运用创新科技，提升甘蔗糖工业的水平与经济效益

霍汉镇 （广东省制糖学会学术委员会主任

                原广东省制糖造纸工业总公司总工程师）

2006年10月

今年1月，我国又一次召开了全国科学技术大会，公布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》。大会强调指出，我国已进入必须更多依靠科技进步和创新推动经济社会发展的历史阶段。我国的制糖工业是一个传统的老产业，如何依靠科技进步和创新来进行变革，引起了糖业界的很大重视。

本文根据我国甘蔗糖工业当前的实际情况和需要，选择4个重点题目进行深入的研讨。

一、提高白糖质量，消灭二级糖

我国新近执行的食糖质量标准，比原来的标准有较大提高。这是社会发展的必然趋势。纵观我国甘蔗糖厂的产品质量，不少糖厂仍有问题。即使按以前的质量标准，也有相当数量的糖厂的部分产品达不到一级标准，成为二级糖，而且比例较大（例如10～20％）；如果用新标准控制，则二级糖的比例更高。这不但影响到企业的声誉，也造成巨大的经济损失。

糖厂应当更努力地提高产品质量。一方面要强化企业管理，原有工艺、设备、操作方面的缺点要尽快改进；另一方面要适当运用成熟可行的新技术，使白糖质量有较大幅度的提高。其实，如果认真重视和采取适当的措施，这些问题都是可以在短期内解决的。我们应当努力争取尽快消灭二级糖。

根据有关主管部门的检查，国内目前白糖质量的主要存在问题是二氧化硫残留量偏高和色值偏高。下面着重讨论这两个问题。

1、白糖残留二氧化硫问题

国内大部分甘蔗糖厂应用亚硫酸法，以二氧化硫为主要的澄清剂和脱色剂。白糖中残留微量二氧化硫是难以避免的。但是，只要不超过国家规定的标准，就不成问题。白糖残留二氧化硫超标的常见原因是糖厂在工艺、设备或管理方面有缺陷。主要是：

1、糖浆硫熏量偏大。

2、澄清处理不好，或硫熏强度过高，使清汁残留二氧化硫偏高。

3、滤汁质量差，增加了入罐清汁的二氧化硫量。

4、蔗糖结晶质量不好，晶体的缺陷多，细晶粒多。

有问题的糖厂应当经常检查清汁、滤汁和硫熏前后的糖浆的残留二氧化硫量(用碘液滴定，分析清汁用10ml样本，糖浆用5ml样本，硫熏糖浆耗碘液不应超过4ml)。

一些糖厂由于糖浆硫熏器的尾管过长及硫气管道直径过大，造成糖浆硫熏过度。硫熏器抽吸力很强，硫气阀门打开一点点就已过量。其实，糖浆硫熏器的尾管长3～4米已足够，过长有害。这些糖厂应在原有硫气阀的旁边装较小的旁路管，用较小的阀门控制（将原有的阀门关死或封住），调节糖浆硫熏量适当。

清汁中残留二氧化硫偏高，是不少糖厂白糖二氧化硫高的重要原因。应当经常取澄清汁和滤清汁用碘液滴定，分析它们的二氧化硫含量。这也是衡量澄清效果是否良好的一个重要标志。国内的亚硫酸法糖厂，较好者10ml澄清汁耗碘液低于3ml，中等的为3～4ml，较差的超过4ml，个别厂在澄清不良时，此值会高于5ml。如果发现此值偏高，必须尽快找出原因。清汁残留二氧化硫多，最常见的原因是清汁pH偏低或波动大，使清汁中残留大量溶解性的亚硫酸氢钙。另一重要原因是二次加热温度偏低或波动大。

必须加强对澄清技术条件的控制，力求适当和稳定，这是亚硫酸法工艺的极重要环节。在蔗汁质量良好（甘蔗新鲜，纯度较高，还原糖较少）的情况下，应当用偏高的清汁pH值，例如7.2～7.3，绝不要出现7.0以下。同时要尽可能稳定。有些糖厂的设备不完善，管理不严格，操作不认真，或者石灰乳质量不好，清汁pH值波动大，影响到清汁质量差、蒸发罐积垢多和煮糖困难。二次加热的温度不可低于100℃。有些糖厂的二次加热温度波动大，主要由于蔗汁流量波动大、蒸汽（汁汽）压力波动大、或汽凝水排除不良（包括一次和二次加热）。这些问题都应当尽快解决。

糖厂的硫熏强度过高有多种副作用。由于传统亚硫酸法工艺不完善，提高澄清效果主要靠高硫高磷，造成了很多糖厂的硫黄和磷酸用量不断增加。这种情况应当改变。近年研究成功的新型高效清净剂，可以部分取代二氧化硫或磷酸，在不改变原有流程和设备、及在成本基本相同（或增加很少）的情况下，得到质量更高的清汁，有效地提高白糖质量。这是一种简单易行和有效的改进方法。

 滤汁质量不好（特别是无滤布吸滤机）对总的澄清效果有相当大的不良影响。生产实践证明，将滤汁进行适当处理达到清晰的要求，进入蒸发罐而不回流，可以有效地提高白糖质量，显著降低残留二氧化硫量（后述）。

在蔗糖结晶生长过程中，晶体会将少量母液包藏在晶体内、亚硫酸钙沉淀微粒也会混杂在晶体之间。在白糖晶体表面有缺陷和微细晶体较多时，这些情况比较严重，也导致产品残留二氧化硫和色值增加。

2、白糖色值问题

白糖色值受到很多因素的复杂影响。作为生产企业，最重要的是要努力提高甘蔗原料的质量：提高新鲜度、减少蔗梢等各种夹杂物，推广高糖高纯度的优良甘蔗品种；在厂内则是强化管理，努力使澄清工艺稳定，煮炼操作良好。

澄清工艺方面的要点已如前述。如果还需要进一步降低白糖色值，可以在澄清过程中加入少量的聚铝型高效清净剂。多次实验说明，在相同的澄清技术条件下，加入0.1％的TR高效清净剂，可将清汁色值降低（比不加者）约30%。它的成本对每吨蔗约为3元。可以将它加入到中和汁中，其他不变。

糖浆磷浮处理可以提高糖浆质量，大幅度降低白糖的浊度和不溶物。但传统的磷浮法对糖浆色值和白糖色值降低不多（10～15%）。如果加入少量高效清净剂如0.1%，则脱色效果可再提高约20%。

糖浆磷浮处理在国内已经有20多年的成功经验。在广东，通过岗位培训提高人员素质，可以用人工操作，设备费用并不大（30～40万元）。但广西、云南一些糖厂参考国外技术，配备较多的自控设备，费用相当高（100～200万元，从国外引进的更高），管理维护也比较复杂，影响了它们的推广。近年，我们进一步改进了主要的技术环节――采用新型的平流式浮清器和新的高效充气方法，使它的稳定性更高，管理更容易，不用自控装置也能良好运行，便于推广使用。

3、吸滤机滤汁处理问题

吸滤机滤汁的质量对产品质量有极大影响。即使是有滤布的吸滤机，滤汁质量也明显低于沉淀池清汁，无滤布吸滤机的滤汁质量更差。大量的实践经验证明，用适当的方法处理滤汁提高其质量，对改善白糖质量有很大作用。

我们近年研究成功的新方法，是将滤汁升温到约90℃，加入微量的絮凝剂，混匀后进入平流式快速沉降器沉淀，除去其中的大量杂质，得到清亮透明而颜色较浅的清汁，与大沉淀池清汁混合进入蒸发罐。不用回流再澄清（如果要求进一步降低色值或提高纯度，可在此处理中加入少量如0.03%高效清净剂）。

广西大新雷平糖业公司应用这个方法已经两个榨季，经过多次改进，这项技术已经很成熟，效果良好。在05～06年榨季，该厂白糖色值多数在130IU左右，二氧化硫只约10mg/kg，蔗汁硫熏强度13～15，二次硫熏经常不开，很少出二级糖。该榨季的日榨量超过9000吨，只用一个450立方米的沉淀池，生产也很正常顺利。无滤布吸滤机的滤汁经处理后，质量良好，进入蒸发。

这个工艺应用的平流式快速沉降器是一种新型设备，是我国的专利技术。它的工作原理和传统的沉淀池不同，物料在器内水平流动，很平静，沉淀物能够迅速地沉降，不受干扰。沉降时间只需15～20分钟。雷平原用的设备直径5米，容积33立方米，每小时处理滤汁70～80吨。为适应该厂扩大生产的需要，现重制一台直径7米的沉降器，要能够处理日榨13000吨甘蔗的全部吸滤汁（原有的5米沉降器转用于处理二次加热汁）。同时，金光、来宾2和广东丰收等糖业公司亦决定应用，正在制作设备。

平流式快速沉降器的基本结构如右图。

沉降器的主体部分为圆筒形，底部为圆锥形。在圆筒形的主体内，装有4件垂直设置并互相平行的导流挡板，将器体的圆筒形部分分隔成为两侧各三格的互相平行的结构。蔗汁先进入左面的入汁絮凝箱，散去气泡和使沉淀物絮凝良好，再流入沉降器。蔗汁沿着挡板水平流动，在靠近器体外边缘处向两侧转折，流到另一侧末端后又转折，再流向两侧排出。蔗汁在器内的流动过程很长，约为器体直径的一倍（10～15米）。因为蔗汁均匀散布在很大的面积上，流动速度很低。这样，加入絮凝剂后形成的粗大絮凝沉淀物，能够以较高的速度自然沉降到器体下部。得到的清汁从器体的两侧流出。

沉降器底部圆锥体内装有低速旋转的拨桨。基于国内外糖厂应用连续沉淀器一百多年的经验教训，在泥汁区装设这种拨桨，可以促进沉淀物浓集，缩小泥汁体积，改善泥汁过滤，并消除泥汁区的死角，防止泥汁变质（糖厂曾用过几种没有拨桨排泥的连续沉淀池都被淘汰）。本设备的泥汁浓度很高，含泥量达到6～8％。

在平流式沉降器中，液体水平流动，不会干扰沉淀物的沉降过程。而传统型式的沉淀池，都是在下部入料再向上流，汁液流动直接干扰和妨碍了沉淀物的沉降。此外，在平流式沉降器中，物料水平流动距离很长，它们顺着一定的通道向前流动，顺序前进，物料条件（如温度、密度等）稍有变化也不会产生强烈的对流，不会因此而反底。而在传统的沉淀器中，新入的物料和原有的物料接触面积很大，在入料条件变化时，大容积中的物料会产生明显的对流以至反底。

二、生产更高质量和档次的白糖

我国生产的白糖，即使是一级糖，按国际标准仍属于B级白糖，比A级白糖（主要是欧美国家用甜菜生产的白糖，也是用“一步法”生产）还有很大的差距。例如色值，B级标准是低于150IU，A级标准是低于60IU，伦敦国际白糖市场的期货质量标准是低于45IU。广东过去曾有多批次出口白糖，色值多数控制在80IU以下。当前，国内市场对高质量白糖也有较大的需求，例如高级饮料厂就要用质量较好的白糖（或称饮料糖），价格比普通白糖每吨高150～200元，每年用量100多万吨。过去多数由碳酸法糖厂生产，亚硫酸法糖厂要生产这种糖比较困难。

主要的问题是：饮料厂通常要求所用的白糖没有“酸性絮凝物”，而且不溶物、浊度和残留二氧化硫都要较低。亚硫酸法工艺简单、没有经过“全汁过滤”，并大量加入二氧化硫，都和这些要求相抵触。

我们对这个课题已经进行了多年的研究，成功地开发了几种新工艺和新设备，可以组合成全新的高效率的澄清工艺流程。在大生产上实现这个目标，技术上的难度已经不大，正是“万事俱备，只欠东风”了。

新工艺的基本流程如下：

1、混合汁先用低温磷浮法处理，除去蔗汁中的大部分蔗糠、蔗蜡、淀粉和部分蛋白质、硅化合物和其他大分子物质（特别是会在白糖中形成酸性絮凝物的成分），得到基本清亮的浮清汁，为其后的处理打下良好的基础。

这阶段处理的温度为50～60℃，在中性或微碱性下（pH7.0~7.5）下进行，不会发生转化等问题，加磷酸量约250mg/l（按P₂O₅计），采用新型的平流式快速浮升器分离，处理时间只是10～15分钟。这个方法在3个大型糖厂生产上应用过较长时间，并已通过广西区一级的十多位著名制糖专家的技术鉴定。最近又对以前的一些存在问题作了全面的改进，是相当成熟的技术。

2、上项浮清汁进入糖厂原有的澄清流程，硫熏强度降低到10～12ml，在中和汁中加入适量的高效清净剂，二次加热后进入平流式快速沉降器分离。沉降时间不超过20分钟。得到的清汁色值为400～600IU，比常规亚硫酸法清汁低一半以上，相当于碳酸法清汁，胶体物质的总除去率达50～60％。

3、糖浆用新的磷浮法处理，取消二次硫熏。

这种新的澄清法，清净效果接近碳酸法（只是纯度差不及碳酸法），但流程和设备比碳酸法简单得多，投资和成本比碳酸法低很多，而且它没有碳酸法的大量滤泥造成的严重环境污染问题。对比普通亚硫酸法，设备费用只增加数十万元，成本增加对每吨糖为50～60元。

这个工艺流程的大部分都已经有相当成熟的经验。生产的白糖，色值可以低于80IU，不溶物、浊度、残留二氧化硫都比较低，能满足国内市场对高品质白糖的质量要求。

再进一步，将上项糖浆加少量活性炭和硅藻土（约0.3％）过滤，就能够生产国际A级标准的白糖，质量与国际接轨。如果再用离子交换树脂进一步脱色，就可能生产符合我国精制糖质量标准（色值30IU以下）的产品，实现甘蔗糖厂“一步法”生产精糖。这个过程也可以应用超滤膜等新技术。虽然它们的具体实施还要继续研究，但方向和技术路线都已经很清楚，只要坚持努力，几年内就可以实现。

三、降低能耗，大量节约蔗渣

节能是我国经济和科技领域的重点课题，是可持续发展的重大关键。我国每年要大量进口石油，而能源利用的效率远低于国外先进国家。我国的甘蔗糖厂虽然在节能方面已有进步，但潜力仍很大。

甘蔗糖厂历来以蔗渣为燃料，节能搞得好的糖厂，每年仍能剩余大量的蔗渣。蔗渣是很好的造纸原料，价格相当高。一些大糖厂每年外售蔗渣的收入超过千万元，效益很大。用蔗渣造纸还可以减少林木的消耗，是造福于社会和国家的大好事。因此，应当将糖厂的节能问题作为一个突出的重要事项，大力采取措施，力争早日取得重大进步。

糖厂节能搞得好不好，一个具体的衡量标志是：每压榨一百吨甘蔗能剩余多少蔗渣（以不烧其他燃料和不用外电为前提）。目前广西的糖厂，此值多数为3～5吨，一些较好的厂为6～8吨。如果再采取积极有效的措施搞好节能，是可以超过10吨的。以广西目前年榨甘蔗5千多万吨为例，就此可多节余的蔗渣超过百万吨！

节能是一个综合性的反映技术与管理水平的指标，关系到工厂的工艺、设备和管理控制等多个方面。节能的措施很广泛，糖厂要搞好节能，既要从管理上下功夫，也要在工艺技术和设备方面采取积极措施。

管理方面的主要措施是：

1、加强企业管理，实现安全连续生产，尽量减少各种可能的停机。同时要搞好均衡生产，使整个生产过程尽可能保持稳定，减少波动。

2、尽可能实现高榨，对于同一的设备，压榨量越高，耗能率越低，节余蔗渣的比例越大。

3、努力提高糖浆浓度。国外先进糖厂的糖浆浓度达70～72％，国内节能较好的糖厂也达到65～68％，但目前很多糖厂的糖浆浓度只在60％左右，有些还不到。

4、努力使用后效蒸发罐汁汽煮糖。国外先进的甜菜糖厂用第三、第四效汁汽煮糖，国内较好的糖厂可以部分用第三效汁汽煮糖，其余用第二效汁汽煮糖。但现在国内多数甘蔗糖厂主要用第一和第二效汁汽煮糖。

5、尽量减少煮糖过程用水和煮糖用汽量。目前国内甘蔗糖厂煮糖用汽量对甘蔗的比例多数超过20％，国内较先进的为16～18％，而国外先进的甜菜糖厂为13～15％。虽然它们有不可比之处，但差距确实很大。

6、尽量减少生产过程用水，如压榨渗透水、过滤机洗水、分蜜用水等。

7、搞好各工段的汽凝水系统，充分回收其热能，并提供充足的优质热水供锅炉用，锅炉不用冷水。

8、推广应用高效的煮糖罐搅拌器，降低煮糖用汽压力和耗汽量。

9、采用大容量、低汽耗和低电耗的离心分蜜机，降低汽、电消耗。

10、搞好设备与管路的保温，减少各种散热损失。

11、采用高效率的真空系统，减少电能和冷水的消耗。

12、加强科学管理，准确计量糖厂的各种重要物料和蒸汽的数量，及时发现存在问题和薄弱环节，采取有效措施解决，并建立相应的核算制度和激励机制。

应用和研究开发新工艺和新设备方面，主要是：

1、改进制糖工艺，提高煮糖原料的质量，提高各级糖膏的产糖率，减少煮炼过程物料的复煮。

2、改进清净工艺，降低蔗汁中钙盐和灰分的含量，减少蒸发罐和各种设备的积垢，提高传热效率。

3、各种泵和风机应选用高效率的设备和应用变频调速技术，提高驱动效率。

4、目前多数糖厂有很大量的末效蒸发罐汁汽放入冷凝器，热能损失十分巨大（是糖厂的最大热损耗），而且要消耗大量的冷水。应当用新型设备从汁汽中回收热能，大幅度减少热能损失。

5、蒸发系统采用仪表自控装置，稳定控制蒸发过程，提高与稳定糖浆浓度，降低蒸发液面，提高传热效能。

6、大型糖厂应逐步推广应用压力较高的锅炉发电机组。现国内多数甘蔗糖厂还是使用3.9MPa的机组，效率较低。国外的大型糖厂已较多应用6Mpa甚至8Mpa的机组，国内近期的动力机组和化工厂亦多应用较高压的动力设备，它们可以大幅度降低能耗。据国外设计资料，糖厂用的背压式汽轮发电机组，在相同的用汽量下，以原用蒸汽为3MPa、400℃为基础计算，提高到6MPa、500℃可多发电36％，如提高到8.5MPa、525℃可多发电65％。

四、开发新的高档产品――抗氧化剂

甘蔗综合利用的前景非常广阔。这里只讨论一种新的高档产品――抗氧化剂。

抗氧化剂对人的身体健康和食品工业的产品保存都十分重要，近年国内外的医学界和产业界都大力进行研究。

近代医学的大量研究结果说明，人体的多种疾病是由于身体内过多的氧自由基(游离基)将正常细胞氧化破坏造成，自由基几乎是所有非病毒和细菌性疾病、以及机体老化性和退化性疾病的主要致病原因，至今已经发现70多种疾病与自由基有关。自由基的为害与年龄的增长成正比例，是导致人体衰老的首要原因之一。抗氧化剂能够和这些氧自由基结合，将它们消除和形成其他无害的物质排出体外，阻缓氧化反应，因而有良好的保健、防衰老和减少疾病的作用。喝茶有益于健康，就是由于茶叶含有丰富的儿茶素等多酚类抗氧化剂。不少营养学家指出：抗氧化营养素是新世纪营养学研究的重点。抗氧化剂的种类很多，传统的如维生素C、维生素E、胡萝卜素等，新开发的高效制品如有机硒化合物、原花青素(OPC)等。原花青素（属多酚类）具有极强的抗氧化活性，是维C的20倍、维E的50倍。

另一方面，氧化是导致食品变坏的重要因素，特别是含油脂多的食品。脂肪氧化产生恶劣的气味甚至有毒的物质。因此，食品的保存必须采取有效的防氧化措施，不少食品（如速食面、饼干等）还加入抗氧化剂。早期常使用人工合成的抗氧化剂如BHA。但近年对食品安全卫生的要求越来越高，人们转向于开发和应用从天然的可食用植物中提取抗氧化剂。现在已经有40多种产品，多数是用茶叶、蔬菜、水果和某些中草药为原料提取，成本相当高。

甘蔗含有丰富的天然抗氧化剂，其多酚类物质含量达到0.04～0.1%，其中也包括原花青素。抗氧化剂的含量常以每100g的ORAC值（Oxygen-radical Absorbance Capacity――氧自由基吸收能力）表示，一些水果为：梅子5770，葡萄干2830，草莓1540，李子949，桔子750，红葡萄739，樱桃670，柚子483；一些蔬菜为：甘蓝1770，菠菜1260，椰菜花890，甜菜840，胡椒710，洋葱450，玉米400，茄子390。据美国（华裔）著名制糖专家周重吉博士等的研究，从甘蔗糖厂的蔗汁和糖浆中提取得到的抗氧化剂，100g（干固物）的ORAC值为26400～27600，高于上述的水果和蔬菜。提取物的数量约为甘蔗量的0.02%，其中含多酚类物质约25％。

甘蔗中的多酚类物质在压榨时大部分进入蔗汁中。从蔗汁提取抗氧化剂是比较方便的，而且蔗汁在提取抗氧化剂后可以返回原有制糖工艺流程收回蔗糖，损失很少。甘蔗的产量很大，原料十分充足，从蔗汁提取抗氧化剂的工艺比用其他原料简单，生产成本比较低。因此，这个项目研究成功以后能够大量生产，成为未来的天然抗氧化剂的主流产品。

周重吉前几年已开始研究，将石灰法的清汁通过阴离子交换树脂柱，吸附出汁中的抗氧化剂，然后用碱液把它们洗出，再通过阳离子交换树脂柱提纯，得出抗氧化剂溶液，精制浓缩后为成品。他曾和我国的一些单位合作研究，并计划进行小型连续性试验，以及向国外转让技术。

我们近年亦着重研究从蔗汁中提取抗氧化剂的方法，开发了一种与国外不同的新工艺，就是从低温磷浮的清汁中提取，由于物料未经过高温，抗氧化剂很少变化和损失，提取和纯化都方便很多，效果更好。我们应当努力研究开发这个项目，拥有自主知识产权。

甘蔗抗氧化剂的工业化生产，将形成一个有巨大社会效益和经济效益的高新科技产业。

（感谢霍工为本网站提供此文）