提高亚法白砂糖质量的途径

（黄桂忠）

[提要]  影响亚硫酸法糖厂白砂糖质量的主要因素是色素，通过对产品色素的来源及其份量的分析可知，清汁的质量以及结晶、分蜜的工艺管理对产品质量有很大程度的影响。据此，研究并提出了提高亚硫酸法糖厂白砂糖质量的技术措施，包括：加强蔗汁的澄清脱色；加强煮炼工序的管理体制等，实践证明，这些技术措施实用可行，并且投资少，见效快，适应性强等特点。

1 序言

亚硫酸法澄清技术在白砂糖生产工业中是一种典型的蔗汁与糖浆清净脱色方法，由于该法具有设备较少，工艺流程比较简单、管理方便等特点，所以，这种澄清技术在我国制糖工业中得到比较广泛的应用。但是，与碳酸法澄清技术相比较起来，由于亚硫酸法澄清工艺主工依靠磷酸钙和亚硫酸钙来吸附蔗汁中的杂质，而且糖浆的硫漂作用是基于还原反应的原理，因此，亚硫酸法糖厂所生产的白砂糖质量往往欠佳，久置后还有变黄的现象。

    一来说，亚硫酸法糖厂生产的白砂糖的蔗糖分都有可能达到产品理化指标的要求，只是个别的非糖分指标无法达到要求，这就是亚硫酸法糖厂白砂糖质量欠佳的原因。生产的白砂糖色值可达150IU左右，高时甚至超过200IU。显然，要提高亚硫酸法糖白砂糖的质量，势必要降低产品色值。

     本论文就是根据亚硫酸法糖厂的工艺特点和产品特性，进行提高白砂糖质量的研究。有关研究结果已经应用于一些具体的亚硫酸法糖厂，事实证明，论文中提出的一系列技术措施，确能有效地降低亚硫酸法糖厂的色值，从而提高这类糖厂的白砂糖质量。

2  白砂糖色素来源的分析

    任何糖厂生产的白砂糖，其色值都是由于蔗糖晶体包藏一定量的色素引起的。这些色素是以两种形式存在于蔗糖晶体中：其一，包藏于结晶体内；其二，吸附于结晶体表面。一般来说，吸附于结晶体表面的糖蜜类色素可以采用打水打汽的方法来除去。而对于包藏于结晶体中的色素则不可能采用打水打汽的方法来除去，它们与蔗糖晶体是共存的。因此，蔗糖结晶体内包藏的色素杂质愈多，它的色值就愈高，产品质量就愈低，由此可知，限制或减少色素杂质在结晶体中的包藏，是提高白砂糖质量的根本途径。

   色素等杂质之所以可能包藏于蔗糖结晶体中，是因为蔗糖晶体在生长过程中，由于生长环境及其内部结构等条件的变化，使得母液糖浆中的色素等杂质包裹于结晶晶体内而引起的。换言之，蔗糖晶体中杂质包裹体的形成必须具有两个必要条件：第一，糖浆母液中必须存在一些色素等杂质；第二，在蔗糖晶体生长过程中，生长环境和晶体的内部结构必须有一定程度的变化。因此，欲限制减少色素在蔗糖晶体中的包藏，就必须尽可能地减少糖浆母液中所存在的色素以及保持蔗糖晶体生长环境和晶体内部结构的稳定。

    蔗糖晶体生长环境及晶体内部结构的稳定性问题，与结晶设备的结构及其操作方法等是有可能使蔗糖晶体处于一个基本稳定的生长环境中生长，并保持其内部结构的基本稳定性。在这种情况下，糖浆中色素杂质的多少对蔗糖结晶包裹体的形成有相当大的影响。糖浆母液的色素来源是多方面的，这是因为白砂糖的生产过程是一个多工序的工艺过程。对于亚硫酸法澄清工艺来说，从甘蔗提取的蔗汁经预灰、加磷酸以及硫熏、加灰中和后，首先要絮凝沉降，除去蔗汁中的大部分非糖物质，然后蒸发浓缩，提高蔗汁的浓度，形成粗糖浆，再进行硫漂处理，把粗糖浆中的一些色素漂白，并降低其粘度，成为清糖浆。这些清糖浆配合回溶丙糖糖浆等到作为母液，以乙糖制成的糖糊作晶种，进行培养长大。由此可知，在白砂糖生产过程中，各工序中形成的色素等杂质都可能等同概率地包藏于白砂糖结晶体中，从而影响产品质量。

    M．Getaz等人曾深入分析了白砂糖煮制过程中色素的不同来源，并进行了定量研究，给出了表1所示的研究结果。

表1 白砂糖煮制过程式中色素的来源及其份量

从表1可以看出，在白砂糖的煮制过程中，有可能给白砂糖带来色素的主要工序是清汁、回溶丙糖和结晶过程。换言之，如欲减少白砂糖中色素杂质包裹体的产生，除了要强化煮炼工序的管理，采用先进的结晶设备和操作运行手段外，最主要的还是必须加强清汁的脱色处理，并把回溶丙糖的色素尽可能地除去。因此沉降和分离是降低清汁色值，提高产品质量的关建。

3         提高白砂糖质量技术措施

3.1 混合汁低温处理的必要性

由于现在不断地要求高抽出率，要求甘蔗破碎度不断地提高，因此压榨汁中含有大量悬浮颗粒，如蔗糠、蔗蜡等，含有大量的半悬浮微粒如淀粉等。它们原来是不溶解的，但加热至高温特别是经过较长时间后，它们有一部分溶解或转变成胶体状态分散到蔗汁中，一些原来浅色的物质在高温下变为深色物质。主要如下：

（1）混合汁中80%的杂质是蔗糠。蔗糠中所含的果胶和一些多糖类物质，原来也是不溶解的，但在高温下会逐渐溶解或水解而溶入糖汁中。人们知道，压榨过程如果用高温渗透，会大大增加蔗汁的胶体含量和澄清的困难，就是这个原因。混合汁中的蔗糠对制糖过程有不良影响，主要亦是它在高温下会溶解出有色物质和高分子有机物。甜菜糖厂亦有类似情况，如果渗出时的温度超过80℃，果胶就大量溶入汁中，造成澄清、过滤和结晶的困难。

（2）蔗汁通常含淀粉0.03～0.06％(某些地区和品种的甘蔗较多)。国内亚硫酸法糖厂的白糖，含淀粉量普遍超过50mg/kg，有些厂甚至超过100mg/kg，显著地增大了白糖的浊度和酸性絮凝物。亚硫酸法将蔗汁高温加热，难免使较多的淀粉糊化而分散溶解。

（3）蔗汁中含有0.04%～0.06%的类脂物(因甘蔗品种和种植条件等因素而异)，其中蔗蜡和蔗脂各占约一半。蔗脂在55℃以上熔融、蔗蜡在约80℃熔融，就分散到水中形成乳浊液；在温度降低时又复变为固体或半固体。在糖厂的设备中经常发现这类物质，特别是在滤布的表面，蔗脂和蔗蜡的积聚明显地降低了滤布的过滤性能。

（4）蔗汁中的多种酚类物受热时会分裂或缩合形成更深色的物质，石灰法的清汁就带有很深的红褐色，部分就是在高温下生成的。

总的来说，高温加热使一些原来不溶或微溶的物质水解、溶胀、熔融而进一步分散到糖汁中，或变成深色的物质，使它们更难除去。如果先在低温下除去汁中原有的各种悬浮物，蔗汁的质量和随后的处理都会得到明显的改善。

3.2 改善蔗汁清净系统——用第三代静态快速沉降器，提高亚法产品质量

第三代静态快速沉淀池是柳州科思达制糖技术有限公司开发出先进的制糖设备，它针对传统的多层沉淀池效率低，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、出汁易带渣等缺点，作出了根本性改进。它可以大幅度地提高蔗汁沉淀过程的效率。在确保清汁质量良好的前提下，缩短蔗汁停留时间，仅需25-45分钟，减少蔗糖转化，简化操作管理，不需操作岗位工；生产稳定，不易“反底”。泥汁浓度高，利于吸滤机工作，减少吸滤面积，减少蔗汁回流量。

静态快速沉淀池充分考虑了影响沉淀的因素，它具有良好的内部设计：出入物料互不相干扰，全面积分布趋于均匀，基本上以整层面进行，基本上接近“静态”自由沉淀的效果。

国内广西数家糖厂采用静态快速沉淀池，生产证明快速沉淀池的沉淀效果比多层沉淀池好，可取得多层沉淀池无法达到的如下好效果：

（1）  蔗汁在沉淀池中停留时间短，只用25—45分钟，（而多层沉淀池用2小时左右），沉淀时间10分钟。因此，减少了很多不利的化学反应：蔗糖在沉淀池中转化少，新生成的色素少，澄清效率高。

（2）  得到清晰透明的清汁，清汁悬浮物少。

（3）  泥汁浓度大，因此泥汁量少，占入汁量的10%。利于吸滤机的操作，蔗汁回流量减少。

（4）   操作简便，工作稳定，不易发生“反底”，可以无需看管，减少操作工。

（5）   维修方便、安全，费用低。

3.3 执行合理的煮糖制度和严格的煮糖操作管理

（1） 制订并执行合理的煮糖制度

    一来说，制订煮糖制度不仅要考虑生产的均衡、糖分的收回，而且还要考虑产品的质量，也应该根据白砂糖的质量要求来确定甲糖膏的质量标准。从表1的数据可以知道，要保证成品糖的质量，在煮糖方面必须尽量减少回溶丙糖的色素以及提高乙糖糊的质量。

    为了减少回溶丙糖带至甲糖膏的色素，通常可以采用三种措施：其一，将丙糖作为产品出厂；其二，回溶的丙糖溶液直接泵送至糖浆脱色岗位；其三，先用甲原蜜把丙糖制成糖糊，经复筛处理，以减少丙糖中带的色素杂质等。一般来讲，采用第一种措施时，要求赤砂糖的销路得到保障，且能在一定的程度上保证工厂的经济效益。而采用第二种措施时，尽管设备投资少，且能保证减少丙糖的色素等。但可能会有少部分蔗糖始终处于循环体系中，导致转化糖量的增加。至于第三种措施，设备投资会高一些，而复筛糖糊的制备尚需一定的经验。

    为了提高乙糖糊的质量，必须管好乙种和乙糖的煮炼工作。由于乙糖用清糖浆制成乙糖糊后，是直接作为甲糖的晶种的，因此，煮制出高质量的乙糖糖膏无疑会提高甲糖膏的质量水平。就煮糖制度的制订和执行而言，要做到这一点就必须设法提高乙种煮制物料的纯度，在生产过程中，乙种和丙种应该分开煮制，采用较高纯度的物料来煮制乙种。

   此外，甲稀回煮甲糖膏的数量对白砂糖产品的质量也有一定程度的影响，因为甲稀的纯度通常比较低，其中的色素杂质较多，它的回煮势必提高甲糖膏母液的色值。由此可知，制订煮糖制度时，要视白砂糖质量要求来确定甲稀回煮量的多少。原则是，白砂糖的质量要求越高，甲稀的回煮量就越少，甚至全部不回煮。

   （2） 严格管理煮糖操作

在具体生产过程中，乙种、乙膏和甲膏等物料的煮制好坏都将在不同程度上影响到成品白砂糖的质量。一来说，晶种是关键。如欲获得颗粒均匀度较高、色值较低的蔗糖晶体产品，就要求煮制的乙种晶粒要均匀整齐，因此，在乙种的煮制过程中，除了要求糖粉要尽量满足“齐、密、实”的条件外，还必须熟练地对晶粒进行整理，以要求获得均匀性较好的蔗糖晶体。此外，在各类物料的煮制过程中，都应该尽量减少煮水洗砂的次数，防止二次成核和减少结晶包裹体的生成。当然，操作条件的稳定，入料的均衡，控制适当的晶体生长速度等也是煮制好各种物料所必须具备的条件。

3.4 严格控制分蜜操作

分蜜是整个制糖生产过程控制产品质量的最后一道工序，也是一个较为重要的生产操作工序。高质量的糖膏若采用低水平的分蜜操作手段是不可能生产出令人满意的白砂糖的。因此，在实际生产过程式中，糖膏的分蜜，特别是甲糖膏的分蜜是相当重要的，必须严格执行有关的分蜜操作规程。

糖膏分蜜的目的是要把糖膏中的母液与蔗糖晶体分离开来，也尽量把粘附于蔗糖晶体表面的糖蜜甩掉。显然，要较好地达到这一目的，除了晶体颗粒均匀性要良好外，还与分蜜的操作运行有很大关系。一来说，一个良好的糖膏分蜜操作通常包括以下三个过程：其一，原蜜的充分分离；其二，洗水必须洗透整个糖膏药层；其三，汽洗要适度。

此外，对于膏药的分蜜来说，稀蜜必须与原蜜有效地分开，保证其纯度差在10%以上，这样，才可能保证乙种煮制时具有较高纯度的煮上物料。

对于乙膏的分蜜来说，要注意控制乙糖的色值和颗粒度的大小。一来讲，如果清糖浆的色值较低，则乙糖的色值可控制高些；而如果清糖浆的色值较高，则应控制乙糖的色值尽可能低些。通常，要保证乙糖糊的色值。另外，乙糖的颗粒度也应控制适当，不宜太大，否则会较大地影响白砂糖的质量。

4  关于丙糖处理工艺影响产品质量的问题

 4.1 丙糖回溶。

    理论上丙糖回溶至混合汁箱时不应太大地影响到产品质量，只是影响到收回率而已。但很多厂生产实际表明：如丙糖质量不稳定时，白砂糖质量也不稳定，这说明丙糖回溶确实影响到了产品质量。这是因为丙糖含有的还原糖份多，特别是使用连续助晶机，而丙糖又不进行加热，分蜜困难。当分蜜不良时，丙糖带蜜多，丙糖含有的还原糖更多。如果生产正常，物料过得快，那就不影响产品质量，但如果生产不正常时，造成清汁停留时间过长时，还原糖份转化反应严重，此时就影响到产品质量。因此丙糖回溶不同程度地影响到产品质量。

4.2   丙糖套种法影响产品质量和收回

过去认为，丙糖套种可提高收回，但实际上掌握不好反而降低收回和影响产品质量。因为：丙糖套种必须要求丙糖煮制时煮得颗粒大些，分蜜时分筛得干些，不然带蜜或颗粒小都不利于套种，但分筛干些（造成废蜜多）和煮制颗粒大（会不利吸收糖分）都不利于收回。有时丙糖煮制不好，分蜜困难，此时用于套种，会严重影响产品质量（色值、SO₂）。

     据观察：乙糖晶粒“不成形”，缺角，浊象严重，颗粒均匀度差，较粘，观测色值高。这些都是因为丙糖套种引起的，这样的晶体要求煮出好糖时，操作工必须有很高的水平。

     结晶理论认为：新形成的晶核纯度最高、吸收糖分最快，晶粒细小量多有利于吸收糖份。丙糖套种法主要的目的是提高收回率，但丙糖套无法兼顾到收回率和质量两方面。

4.3 丙糖回溶，单独低温磷浮处理方案

4.3.1 必要性

丙糖回溶的处理有两种方法：第一种是糖浆硫漂，第二种是糖浆气浮清净。如用第一种方法，由于硫漂的作用是暂时性，其结果是白砂糖含硫量高，白砂糖贮存期短，贮存过程中易变色，易回潮结块。第二种方法采取磷酸钙盐吸附除杂作用，把糖浆中残留的硫、色素和悬浮物吸附除去，因此提高了糖浆的质量和纯度，煮出的糖外观好，洁白闪亮，质量稳定，含硫量少，贮存期长，适合整年销售。

4.3.2 低温处理技术的必要性及可行性分析

白糖大量用于制造饮料(饮料工业用糖一般占糖消费总量的30％)。优质饮料要清澈透明，因此对所用的糖在这方面的要求也特别严格。许多饮料是酸性的, pH3～4, 故要求所用的糖开成的溶液在酸性下静置几天不形成絮状物。有些精制糖如果处理不好也可能形成一些酸性絮凝物。

酸性饮料中的絮凝物，英文简写为ABF(acid beverage floc)。在浓度15％、pH3～4的糖液中，静置1～10天时缓慢形成，呈棉絮状或线粒状。它具有胶体物质的性质，可以用超离心机或超过滤处理将它们分离出来。

由于目前我国没有精制糖，因此我国国内有多个高级饮料的制造厂（如百事可乐），它们多数购买国内生产的白糖，使用时要将这些糖经过净化处理，即将糖溶解成50～55%浓度，加活性炭和硅藻土(用量对糖的比例各为0.2～0.3%)进行精细的过滤，以达到完全清亮的要求。为了保证产品质量以及过滤设备和生产线的生产能力，他们选购的白糖，要求水不溶物含量比较低，没有（或很少）酸性絮凝物，糖液过滤性良好。通常用碳酸法糖厂生产的白糖，也有用亚硫酸法糖厂制造的质量较高的白糖。

Roberts等的研究说明，将糖液在25℃下通过助滤剂过滤可将很多酸性絮凝杂质除去，但在85℃下℃的效果较差。他们认为这些物质在低温下是分子量很高的大分子物质，但在高温下则分散溶解成为较小的分子(由于分子热运动和水化的加强)。与此相似，糖液中的蛋白质在低温下过滤可以除去，但在80℃过滤则无效。他们认为这些蛋白质在低温下与多糖类结合存在，在高温下则分散为单个的较小的分子。

丙糖由于是低纯度的糖，含有很多酸性絮凝物。根据上面的理论我们采取低温处理技术来处理丙糖，即丙糖无需蒸汽加热，这样的糖浆温度为65⁰C左右。在此温度下直接上浮。温度低时上浮较困难。为了保证能顺利地进行澄清，柳州科思达制糖技术有限公司对上浮系统进行了强化，使其能在低温下正常运行。公司设计的广西柳城糖厂静态糖浆上浮系统在低温下（65⁰C）已正常运行了两个榨季。2005年公司改造的湛江恒福糖业发展有限公司（龙门糖厂）的炼糖上浮也在较低的温度下运行。实践证明，在设备设计和工艺上进行强化下完全可以在低温下进行澄清。低温澄清是可行的。

4.3.3 方案的优点

上浮技术是一个在不断进步过程中的成熟工艺，它是投资少，效率大的工艺方法。

上浮清净技术处理丙糖浆的可获得如下效果：

l         脱色率效果明显，平均可达 20 %左右（不加脱色剂），30%左右（加脱色剂）。

l         混浊度可降低 69 % 以上。

l         可除去非糖份如灰份、钙盐、硫酸根、胶体物质等各为 20 %以上。

l         粘度降低 50 % 以上。

l         白砂糖含硫量降低至 10 mg/kg 以下。

l         煮炼收回率可提高 0.4-0.8 %。、

由于除去的杂质多，除去很多“造蜜”成份，因此废蜜纯度和废蜜量都降低了，废蜜纯度从GP41    降至GP39，废蜜量减少了0.5%c,因此提高了产糖率。