降低白砂糖残留二氧化硫含量的方法

作者：黄桂忠

    [摘要] 本文论述了白砂糖二氧化硫形成的机理及解决问题.白砂糖中的二氧化硫来自于蔗汁硫熏和糖浆硫熏。蔗汁硫熏加入的二氧化硫大部分在澄清过程中形成亚硫酸钙沉淀而从滤泥排走，但也有少量存留在清汁中，其比例和澄清的工艺技术条件和操作管理有关。其形成方式大多数是以络合物存在于清汁中，清汁中的二氧化硫在蒸发过程中部分随汁汽挥发，另有部分被氧化（成为三氧化硫和硫酸盐），但大部分还是以络合物形式留在粗糖浆中。它们在煮炼过程中部分随汁汽溢去，部分被氧化，有部分形成亚硫酸钙沉淀和溶解性的亚硫酸氢钙、以及亚硫酸与有机物的化合物，存留在糖膏内，最后形成糖蜜，这些形式的沉淀物对白砂糖残留二氧化硫含量影响不大，影响最大的还是以络合物存在的残留二氧化硫含量。它们会以不同的形式进入到白砂糖产品中。

    本文同时提出了解决二氧化硫残留问题，指出减少二氧化硫含量的方法是加强中和反应，采用高散的散气设备，采用最新的第三代静态快速沉降器，实践证明:这些方法是有效可行的，已有27例成功的例子了。

1  序言

    提高产品质量是企业的永恒课题。新的白砂糖质量国家标准对产品质量要求更高，这就使很多糖厂很难达标，特别是碰到严重干旱时会造成糖厂澄清比较困难，以至产品的一级品率下降，二级品率比例增大；保质期缩短，而糖厂要对产品规定“保质期”，这使问题更突出。同时社会和食品卫生的发展趋势，要求逐步降低白砂糖的残留二氧化硫含量。现在已有用户要求白砂糖残留二氧化硫低于10mg/kg，甚至无二氧化硫。这对国内大部分甘蔗糖厂使用亚硫酸法工艺来说是一个挑战.比如有些厂产品色值极低，但是产品二氧化硫含量却超标。下面围绕这些问题进行深入的分析研讨。

2  产品二氧化硫含量形成机理

    亚硫酸法工艺，是以二氧化硫为主要的澄清剂和脱色剂。而且，近年来由于要求白砂糖的色值更低，多数糖厂的硫熏量逐渐提高。清汁和糖浆中难免含有相当数量的二氧化硫。即使碳酸法糖厂的清净效果已相当好，还是要用硫漂，有时亦难达到一些食品厂的要求。影响白砂糖中二氧化硫残留量的首要因素是生产过程中加入的二氧化硫的数量。同时，它还受到甘蔗原料和生产过程中其他因素的重要影响，因而在基本相同的工艺流程和条件下，白砂糖残留二氧化硫量也会有较大的差异。

    白砂糖中的二氧化硫来自于蔗汁硫熏和糖浆硫熏。蔗汁硫熏加入的二氧化硫大部分在澄清过程中形成亚硫酸钙沉淀而从滤泥排走，但也有少量存留在清汁中，其比例和澄清的工艺技术条件和操作管理有关。其形成方式大多数是以络合物存在于清汁中，清汁中的二氧化硫在蒸发过程中部分随汁汽挥发，另有部分被氧化（成为三氧化硫和硫酸盐），但大部分还是以络合物形式留在粗糖浆中。糖浆再次进行硫熏，使其中的二氧化硫量增加。它们在煮炼过程中部分随汁汽溢去，部分被氧化，有部分形成亚硫酸钙沉淀和溶解性的亚硫酸氢钙、以及亚硫酸与有机物的化合物，存留在糖膏内，这些形式的沉淀物对白糖残留二氧化硫含量影响不大，影响最大的还是以络合物存在的残留二氧化硫含量，它们会以不同的形式进入到白砂糖产品 。

3 影响白砂糖二氧化硫含量的主要因素

3.1  中和反应问题

    吸收和反应永远是澄清的大前提，吸收不了，再多的添加剂也是白费的，而反应不了时，再多的添加剂也起不了作用，反而起到负作用，反应不完全时就相当于人为地添加杂质。澄清理论认为：新生成的CaSO3和Ca3（PO4）2才能起到吸附杂质的作用，因此反应要求在中和加灰后立即得到较完全的反应，如果在沉降器或蒸发罐反应时，生成的CaSO3没能起到吸附杂质的作用，反而起到负作用。后反应一旦发生，时间是很长的，尽管多层沉降器停留时间长，但也不可能反应完全，后反应可能延续至蒸发或煮糖，甚至到桔水。

    有某厂生产情况是这样：在沉降器积垢严重，厚度达300mm。桔水也积垢严重，从中和汁到桔水的时间已将近30个小时，那么长的时间还在反应，这说明后反应一旦发生，反应的时间是很长的。发生后反应后，尽管多层沉降器停留时间长，，反应也会延续到煮糖，白砂糖的灰分和SO2含量也很难控制。因此后反应不能发生，反应阶段应在中和反应箱完成，不能延续到沉降器或更远，沉降器主要起到沉降分离作用。

    后反应发生的原因有：（1）石灰乳质量差。现象是：清汁的PH值比中和PH值偏高，滤汁PH值也偏高太多。理论上及实际生产上表明：中和汁经沉降器停留及磷酸的多级反应后，清汁PH值应降低，但反而升高，说明不溶的石灰颗粒在沉降器溶解出来，这些不溶的石灰颗粒会继续在蒸发、煮糖和分蜜过程中溶解出来，造成后反应的延续，白砂糖灰分高。（2）反应器反应效果差，吸入的SO2来不及反应，SO2以各种形式与蔗糖溶液形成络合物，这些络合物随着时间慢慢地放出SO2，这种情况会延续到分蜜，使得桔水含SO2也高。这种SO2的络合物是造成白砂糖含SO2的主要原因。

    现代制糖理论认为：起澄清作用的主要因素是杂质凝聚的等电点和吸附作用，CaSO3等主要起助滤作用，因此要求：尽量减少添加化学药品Ca2+，添加的药品除去完全，如添加的药品不反应完全，就相当于人为地添加杂质，这会引起灰分及SO2超标，清汁纯度降低。

3.2   滤汁回流问题

    无布吸滤机滤汁的特点是：（1）含无机沉淀物CaSO3和Ca3（PO4）2多，如不用蔗糠作过滤介质时，此量更多，（2）含氧多，各种微生物和氧化酯容易在氧的作用下加快反应。因此滤汁回流到沉降器存在如下缺点：无机沉淀物复溶，清汁含灰分高，浊度高，SO2含量高，糖分损失多，这此无机物附在白砂糖表面，使白砂糖暗淡。

    沉降理论认为：沉淀物复溶后，很难重新沉淀，它会变成细小的可溶物。广西用无滤布机的滤汁现在渐趋单独处理，滤汁不回流，广西博庆食品有限公司怀远糖厂上个榨季由于滤汁回流时造成沉降器紧迫，产品质量不稳定，白砂糖二氧化硫含量偏高，有时常超标，这个榨季用了快沉单独低温处理滤汁后，质量很稳定，产糖率也提高了。

    采用新的滤汁处理技术得到清亮的汁，入蒸发罐而不回流，可有效地降低白糖残留二氧化硫量。多个糖厂应用这项技术获得良好效果。

3.3 沉降分离问题

    沉降分离必须完全，如不完全就相当于人为地添加杂质，需采用高效能的沉降器，获取清度高的清汁。海南省八一糖业有限公司使用高效能的沉降器后清汁清度高达350-450mm。云南沧源南华糖业有限公司使用高效能的沉降器之后清汁的混浊度也高达45MAU。有些人认为，我们的白砂糖混浊度不超标，已很低，没必要获取高清度的清汁，事实不是这样，清度不高的清汁相当于人为添加了杂质。因此获取清澈透明的清汁是质量保证的前提。

4 降低白砂糖残留二氧化硫含量的方法

4.1 加强中和反应及散气

    柳州科思达制糖技术有限公司最新研发出加强中和反应的技术，在海南八一糖业有限公司使用成功，它能加强中和反应，降低清汁残留二氧化硫，从而降低白砂糖残留二氧化硫含量，使用后白砂糖残留二氧化硫含量从原来的15+降低至8+。

4.2 无布机滤汁不回流，采取单独处理，在低温下处理，温度为80-900C。

4.3 采用高效散气箱，用第三代静态快速沉降器代替原多层沉降器.

    静态快速沉降器是近年开发出的第三代快速沉降器的一种新型设备。它针对传统的连续沉淀器效率低、设备庞大笨重、工作不稳定、容易“反底”等缺点；也针对传统单层沉淀池工作不稳定、出汁带渣等缺点，作出了根本性的改进。它可以大幅度地提高蔗汁沉降过程的效率，在确保清汁质量良好的前提下，简化设备，缩小设备体积，缩短蔗汁停留时间，减少蔗糖转化，减少投资，简化操作管理。

    由于第三代静态快速沉降器配套了高效散气设备，沉降器又具有优异的内部结构，因此散气良好，沉降分离完全.获取高清度的清汁是降低产品二氧化硫含量的前提条件.

    应用实例：海南八一糖业有限公司2007年应用了快速沉降器之后，产品白砂糖的二氧化硫含量从15降至7;广西农垦集团昌菱制糖有限公司2006年应用快速沉降器之后产品白砂糖二氧化硫含量降至8，广西博庆食品有限公司怀远糖厂2007年应用快速沉降器之后产品白砂糖二氧化硫含量大幅度地降低，类似的例子有27例。

4.4 采取碱性中和工艺

    在碱性情况下二氧化硫容易反应，后反应较少。但在碱性情况下还原糖易分解，因此需解决此问题。云南沧源南华糖业有限公司已解决此问题，采取碱性PH8.0-8.2中和加灰，采用快速沉降器沉降，从而在保证产品质量的前提下，降低白砂糖残留二氧化硫含量，从原来的20mg/kg降到10mg/kg以下。

5 采用糖浆上浮

    这是众所周知的工艺，这是牺牲了收回率来换取的工艺。