糖漿氣浮清凈技術提升糖漿質量的研究

黃振軍，馬海峰，楊萬明，李茂華，常國煒，鐘志才*

(1云南西雙版納英茂糖業有限公司，云南西雙版納666100；2英茂糖業勐捧糖業有限責任公司，云南西雙版納666300；3廣東省科學院生物工程研究所，廣東廣州510316)

0 引言

我國糖廠生產白砂糖基本是以一步法生產的耕地白糖，采用的生產工藝主要有碳酸法和亞硫酸法2種[1]，對于南方的甘蔗糖廠而言，由于碳酸法糖廠諸多條件的限制，原來使用碳酸法的糖廠已逐步改為亞硫酸法工藝生產白砂糖。亞硫酸法的優點是工藝流程短，設備較簡單，耗用化輔材料量比碳酸法少，而其特出的缺點主要包括：清凈效率不高，非糖分除去不多，蔗汁純度提高小，糖汁中含有多種雜質會對磷酸與鈣的反應有很大影響，會大幅度增加反應后殘留磷酸根或鈣離子，總的來說，亞硫酸法澄清工藝的清汁含鈣量和灰分含量較高，致使蒸發罐積垢嚴重[2]。霍漢鎮編著的《現代制糖化學與工藝學》指出亞硫酸法的清汁灰分含量一般比混合汁增加8%～30%，CaO增加60%～200%[3]，因此蒸發后的糖漿含有較多的懸浮微粒和混濁物，只通過簡單的過濾方法難以除去這些非糖雜質，白砂糖質量相比碳酸法生產的白砂糖質量差。由于用糖客戶對白砂糖質量的要求不斷提高，特別是近年來修訂白砂糖國家標準時對 SO2殘留量、色值和混濁度等指標要求更嚴，用普通亞硫酸法澄清工藝已很難滿足產品質量要求[4]。隨著自控技術的進步及澄清劑和進口絮凝劑的開發應用，糖廠使用糖漿氣浮技術已經取得了很好的效果[5-6]。一般來說，使用糖漿氣浮技術，能使白砂糖色值有所下降，SO2殘留量達到10 mg/kg以下，混濁度達到60 MAU以下，基本可以達到飲料廠要求的高品質糖要求。糖漿氣浮清凈技術是近年來國內甘蔗制糖廠采用的提高產品質量的可行技術方法，該方法使用絮凝物吸附和捕集糖漿中的懸浮微粒，部分色素和大分子膠體物質，得到清晰有光澤的糖漿，為后續的煮糖工段提供更優質的糖漿，從而提高白砂糖的產品質量。2019/20年榨季，云南省勐捧糖廠對糖漿氣浮清凈技術的生產應用進行了全面的查定，統計檢測的結果表明，勐捧糖廠的糖漿氣浮清凈技術達到很好的清凈效率。

1 糖漿氣浮清凈技術原理及工藝控制

1.1 氣浮清凈原理

氣浮清凈原理是設法在液體中通入大量的微細氣泡，使其粘附于雜質顆粒上，造成這些雜質顆粒的密度小于原液體的密度，并依靠浮力使其上浮至液體表面從而實現固液分離，達到液體的清凈目的[7-9]。

1.2 糖漿氣浮清凈技術

因亞硫酸法澄清工藝的澄清效果有限，而且清汁的含鈣量比混合汁高很多，清汁經蒸發濃縮后，水分大量減少，很多無機物變成過飽和狀態，部分有機物包括一些膠體物質也會凝聚成為懸浮物，使糖漿變濁，氣浮清凈技術在糖漿中加入磷酸與糖漿中的鈣離子(有時需加入石灰)反應生成磷酸鈣，新生磷酸鈣具有吸附色素、膠體、雜質等作用，通過對糖漿適當打泡，大量的極微細的空氣泡分散于糖漿中，由于氣泡所具有表面能可以使其依附于糖漿中的懸浮微粒，磷酸鈣具有強力吸附和架橋作用[10]，在絮凝劑的作用下，這些非糖雜質一起被網絡捕集在一起，在氣泡的作用下形成體積較大的浮渣層，這種浮渣層的比重比糖漿的比重小，從而浮渣便會浮升至糖漿液面上，通過刮渣器被除去。清凈糖漿通過上浮器底部環型出汁管收集經溢流箱排出后泵送煮糖樓。為使操作更穩定，必須對糖漿流量、糖漿溫度、輔料添加量作定量自控。

1.3 糖漿氣浮工藝流程圖

糖漿氣浮工藝流程圖如圖1所示，糖漿經加熱器加熱至一定溫度，部分糖漿進入高速打泡機制泡后進入一級反應器，未進入打泡機的其余糖漿進入一級反應器內加入磷酸，石灰進行反應，與制泡糖漿充分混合后加入絮凝劑進入二級反應器，之后進入糖漿上浮器進行分離，各種澄清藥劑和絮凝劑用計量泵按比例加入，處理過程自動控制。

1.4 糖漿氣浮工藝控制參數

圖1 糖漿氣浮工藝流程圖

2019/20年榨季，云南省勐捧糖廠糖漿氣浮清凈技術主要參數：

蒸發糖漿錘度：58～63°Bx；糖漿加熱溫度：80～85℃；加入磷酸量(相當于 P2O5對應糖漿錘度計算)：300～400 mg/kg；加入絮凝劑量(對應糖漿錘度計算)：10～15 mg/kg。

2 生產應用結果與分析

2019/20年榨季，云南省勐捧糖廠對糖漿氣浮清凈技術的生產應用進行了全面的查定，檢測結果顯示，糖漿的純度得到了提高、糖漿濁度、色值、鈣鹽等非糖分均有不同程度的清除效率，結果表明勐捧糖廠的糖漿氣浮清凈技術達到很好的清凈效率。

2.1 糖漿氣浮前后各項指標對比

糖漿氣浮前后的錘度、純度、色值、濁度、鈣鹽含量、pH值等指標的變化值是衡量糖漿氣浮澄清效果的重要指標，良好的氣浮澄清效果要達到糖漿錘度基本不變，純度要提高，色值、濁度、鈣鹽等非糖分要下降，pH值中性偏酸，為了查定勐捧糖廠的糖漿氣浮技術項目的應用效果，2019/20年榨季期間我們對糖漿氣浮清凈前后的錘度、純度、色值、濁度、鈣鹽含量、pH值進行日常檢測，每 4 小時分析一次，每日進行統計平均作日報表數據，我們將2019/20年榨季日報表數據平均得到結果如表1。

表1數據表明，上浮前后的糖漿錘度基本相同，上浮后糖漿的簡純度提高0.47 AP，說明上浮后能除去部分的非糖分，對糖漿具有提純作用；色值下降了21.91%，這當中有磷酸鈣吸附部分色素的原因，也有部分因 pH值下降使測量的色值相對低的原因[11]；濁度下降 76.2%，表明除去了大部分粗糖漿中懸浮微粒和混濁物；鈣鹽含量下降了17.85%，說明加入的磷酸與糖漿中殘留的鈣離子起反應結合而減少，起到除灰分的作用。整體清除效果顯示，糖漿上浮清凈的效果明顯，得到清晰有光澤的糖漿，為后續的煮糖工段提供更優質的糖漿，提高白砂糖的產品質量。

2.2 糖漿純度變化

表1 糖漿氣浮前后的主要檢測指標數據(榨季平均值)

將 2019/20年榨季期間每天檢測糖漿氣浮前后簡純度結果制成曲線圖(見圖2)。其中因受今年的新冠肺炎病毒影響我國海關封關甘蔗無法從老撾蔗區運回國內，因此2020年3月24日至2020年4月19日勐捧糖廠停榨。

因疫情影響停榨約1個月，重新開榨后甘蔗受

圖2 每天糖漿氣浮前、后簡純度檢測結果曲線圖

成熟期及蟲害的影響，甘蔗糖分及純度下降，圖2的后部分顯示純度下降較多，純度的提高平均只有0.47 AP，故此上浮前純度曲線與上浮后純度曲線距離相對沒有太大，但上浮后純度值整體而言高于上浮前，說明純度得到提高。為了更精確反映純度提高的變化情況，我們以疫情封關停榨前和重新開榨為界將數據分為2段：2月1日至3月24日與4月20日至6月3日，并用每天簡純度的分析數據分上浮前和上浮后的不同標志點標出，按線性回歸方程作直線，見圖3、圖4，圖中明顯看出上浮后的糖漿純度紅線在糖漿上浮前的藍線上方，圖3表示的封關前的生產情況相對穩定，兩條線基本顯示平行(斜率系數基本相同)，說明純度的提高幅度基本穩定；圖4表示重新開放海關開榨后，因糖漿純度下降較大，最低時約75 AP，比榨季平均低月10 AP，但經過糖漿上浮處理，純度的提高幅度大，說明提純效果在低純度時更好。

2.3 糖漿濁度變化

圖3 糖漿氣浮前、后純度變化線性圖(2020.02.01～3.23)

圖4 糖漿氣浮前、后純度變化線性圖(2020.04.20～06.03)

圖5 為榨季糖漿氣浮前、后濁度變化曲線，圖中顯示，氣浮清凈前濁度較高，而且相對波動很大，但經過氣浮清凈后濁度較平穩，并且盡管后期(重新開榨)濁度較高，最終也能降低到前期低值水平，說明糖漿氣浮對濁度的除去作用很好，榨季平均濁度除去率到達 76.2%，因此能為煮糖提供清晰有光澤的糖漿，對白砂糖濁度降低起到很好作用。

2.4 糖漿色值變化

圖6為糖漿氣浮前、后色值變化曲線，曲線顯示，糖漿氣浮后的色值下降也是明顯，榨季平均色值下降了21.91%，而且糖漿氣浮前后曲線起伏相對同步，說明降幅相對穩定，這當中有磷酸鈣吸附部分色素的作用，也有因 pH值下降使測量的色值相對偏低影響有關系，總的來說，糖漿氣浮可以去除部分色值。

2.5 糖漿鈣鹽變化

鈣鹽對制糖生產有突出的不良影響，是白糖灰分和設備積垢中的主要成分[12]，Honig P曾對糖漿進行過成分分析，指出糖漿中的懸浮物為糖漿總固溶物的 0.03%～0.1%，其中無機物的主要成分為鈣[13]，糖漿氣浮清凈處理就是在蒸發濃縮后的糖漿中加入的磷酸與糖漿中殘留的鈣離子起反應結合而減少，起到除灰分的作用，圖7為糖漿氣浮前、后鈣鹽含量變化曲線，曲線顯示，氣浮后的糖漿鈣鹽含量明顯低于氣浮前，下降的幅度也相對穩定。

2.6 白砂糖產品質量

圖5 糖漿氣浮前、后濁度變化曲線圖

圖6 糖漿氣浮前、后色值變化曲線圖

圖7 糖漿氣浮前、后鈣鹽含量變化曲線

表 2為 2019/20年榨季使用糖漿氣浮技術和2009/10年榨季未用糖漿氣浮技術(勐捧糖廠2010/11年榨季開始使用糖漿氣浮技術)的白砂糖產品榨季平均的主要質量指標，其中白砂糖混濁度和不溶于水雜質指標使用糖漿氣浮技術后得到大幅度下降，下降率為61.8%和65.2%，與糖漿氣浮后的濁度除去率 76.2%基本一致。說明糖漿氣浮技術對處理蒸發糖漿具有良好的清凈效果，為后續的煮糖工段提供更優質的糖漿，對提高產品質量有較好的幫助。

表2 白砂糖質量指標檢測結果及國標規定

3 結語

云南勐捧糖廠通過對 2019/20年榨季的糖漿氣浮清凈技術進行全面查定，查定結果表明，糖漿的二次清凈效果非常明顯，特別是在糖漿簡純度的提高榨季平均提高達到0.47 AP(絕對值)，即除去非糖分的量較多，同時混濁度下降也達到 76.2%，鈣鹽含量下降17.85%，色值下降21.91%，糖漿質量的提高能為后續的煮糖工段提供優質的結晶原料，使白砂糖的產品質量也相應得到提高，因此，我們認為勐捧糖廠的糖漿氣浮清凈技術充分發揮了提高糖漿純度，降低糖漿色值，混濁度，鈣鹽含量，最終達到提高產品質量目的。