優化煮糖制度提高煮煉回收率的研究

王鞠萱，李朝明，黃振軍，梅 二，曾練強，鐘志才*

(1云南英茂糖業(集團)有限公司，云南昆明650228；2云南西雙版納英茂糖業有限公司，云南景洪666100；3云南西雙版納英茂糖業有限公司景真糖廠，云南勐海666300；4廣東省科學院生物工程研究所，廣東廣州510316)

0 引言

在制糖工業生產中，煮糖工序是關鍵而重要的環節。經過澄清、蒸發處理的糖漿，最終在煮糖罐內結晶成糖，這一道工序控制的好壞直接影響著蔗糖產品的產量和質量，從而決定著糖廠的經濟效益[1]。煮糖的任務是應用結晶的原理，在煮糖罐內進一步濃縮糖漿，使糖漿中的蔗糖形成高純度的蔗糖晶體結晶而析出。根據結晶的特性和產品質量的要求，不可能一次把糖分都提取出來，而為了把糖漿中的蔗糖分最大限度地提取出來，就必須在煮糖工序采用多段煮糖，即分段提取糖分的方法[2]。為了做好這個多段提糖的過程，需要把各種物料純度的控制、調配的比例、煮制程序和要求都事先編排好，以便執行操作[3]，這就是煮糖制度。多段煮糖的段數主要根據原料糖漿的純度、產品的品種和質量要求而定，我國的甘蔗糖廠一般采用三段煮糖工藝：第一段甲糖即為產品白砂糖，第二段乙糖一般是用作甲糖的種子利用，第三段丙糖(赤砂糖)是最后一段提糖工序產物，其自然產量與甲糖(白砂糖)的比例約為 10%～12%，其中丙糖的處理方法直接影響白砂糖產品質量和煮煉回收率，是糖廠生產重要的環節[4]。

目前丙糖的處理方法主要有下面3種方法：①丙糖作為乙糖種子進行套種處理。套種法流程簡單，物料回煮量少，對提高糖廠生產處理量及降低能耗有明顯效果，但對產品質量有影響，要求丙糖的質量必須控制好，控制不好會對白砂糖產品質量和回收率有不良影響；②丙糖回溶處理?；厝軐嶋H是一種重結晶的方法，回溶糖漿一般要進行必要的澄清處理才能進行重結晶，回溶法相當于增加物料的處理量，而且處理過程會造成蔗糖的轉化損失，能耗增加[5-6]；③丙糖直接作為產品(赤砂糖)出廠銷售，此方法流程更加簡單，產品質量及回收都能得到較好的結果，但前提是赤砂糖必須有相對穩定的需求客戶，而目前赤砂糖的國內消費不是主流產品，一旦銷售受阻，因產品的特性會造成較大經濟損失[4]。

2017/18 年榨季云南西雙版納英茂糖業有限公司景真糖廠(下簡稱“景真糖廠”)采用赤砂糖部分打包出售的煮糖制度，經過工藝探索和試驗，其生產的赤砂糖能滿足客戶對質量的特殊需求，客戶訂購意愿強烈，客源穩定。2018/19年榨季和2019/20年榨季生產的赤砂糖均全部打包出售，2個榨季的實踐數據表明，赤砂糖全部打包出售不僅具有較高的煮煉收回率和提糖率，而且白砂糖產品質量也得到了提高。

1 煮糖制度制定的原則和煮煉回收率評價

1.1 煮糖制度的制定原則

煮糖制度是糖廠煮煉技術管理中的重要環節，必須要綜合考慮產品的質量、糖分收回率、物料平衡、設備的配置和操作者的煮糖技術水平等眾多因素。合理的煮糖制度制定的基本要求是在保證產品質量的前提下，盡可能降低糖蜜的純度和減少煮制糖膏的總量[7]。梁漢平[8]曾根據物料和糖分平衡的原理，按全產白砂糖的煮糖系統中各種物料純度和質量關系(圖 1)以及流程推導出全產白砂糖的煮糖系統中各物料的質量和純度之間的關系，如式(1)、(2)。

圖1 全產白砂糖的煮糖系統中各種物料純度和質量關系

從上式(2)中，我們可以得出糖蜜產量mM與糖蜜純度M之間的關系，即糖蜜的純度越低，糖蜜的產量就越低，糖蜜帶走的蔗糖就越少，則提糖率越高。

基于上述梁漢平的模型與公式，對于既生產白砂糖又兼產赤砂糖的糖廠，煮糖系統中各種物料純度和質量關系模型還要考慮丙膏量，我們可以把圖1的物料平衡圖變換為圖2的形式。

圖2 生產白砂糖和赤砂糖的煮糖系統物料純度和質量的關系

根據圖 2，煮糖系統物料純度和質量的關系公式可轉換為：

若設定丙糖打包出售量為m(0≤m≤mSC)，可得到白砂糖產量和糖蜜產量與純度之間的關系公式：

當m=0時，即丙糖全部回溶，此時白砂糖產量與糖蜜產量與式(1)、(2)相同；

當0＜m≤mSC時，白砂糖產量下降，直至m=mSC時(即丙糖全打包出售)，降至最低，式(5)可變為：

當0＜m≤mSC時，糖蜜產量也下降，直至m=mSC時(丙糖全打包)，降至最低，式(6)可變為：

從公式(2)、(3)、(4)可知在糖漿和成品糖純度一定的條件下，丙膏的純度越高，丙膏的煮制量越大，相應的丙糖量和糖蜜量也增加。但比較公式(2)和(6)可知，在丙糖和廢蜜純度一定的情況下，赤砂糖(丙糖直接作為產品)打包出售量越大，廢蜜產量越少。在丙膏和赤砂糖純度一定的條件下，廢蜜的純度越低，廢蜜的產率越低。上述2點對整個煮煉系統是必須兼顧平衡的，從丙膏系統而言，則是廢蜜純度一定的條件下，丙膏結晶率隨丙膏純度升高而升高，廢蜜產率也隨之降低。有些片面的觀點就是從這點出發，誤解為只要提高丙膏的純度，就可以降低廢蜜產率。實際上優化煮糖制度必須從整個煮煉大系統出發，丙膏的純度和廢蜜的純度絕非可隨人們的意愿想降多低就降多低的，只能根據物料純度、煮糖設備狀況、煮糖操作者的技術能力和罐時平衡等進行綜合考慮。

1.2 不同煮糖制度對煮煉回收率影響的評價

優化煮糖制度要解決的技術問題主要是赤砂糖的處理方法和丙糖膏的純度確定。在糖漿純度和各系糖膏純度(主要是丙膏純度)基本一致的情況下，赤砂糖打包出售，赤砂糖產品無需循環處理，各系糖膏的煮制量相應減少，并且減少煮糖過程的蔗糖轉化等帶來的損失，最終的廢蜜量會減少，糖蜜帶走的糖分也隨之降低，因此回收率高。對于不同榨季的煮煉回收率的比較，我們認為單一變量才能真正反映這一變量對回收率的影響評價，本文將2017/18年榨季和2019/20年榨季在丙膏純度基本一致的前提下，針對赤砂糖部分打包出售和全部打包出售的不同，對煮煉回收率的影響作評價；同時基于2018/19年榨季和2019/20年榨季赤砂糖均全部打包出售，但丙糖膏純度不同的情況，對煮煉回收率的影響進行評價。

2 生產實際效果及分析

2.1 糖廠近3個榨季的生產情況

景真糖廠2017/18～2019/20年榨季近3個榨季的甘蔗蔗糖分逐年有所增加，初壓汁純度及糖漿純度和廢蜜純度基本接近，但煮糖制度有所不同，其中 2017/18年榨季為少量赤砂糖打包出售，其余赤砂糖循環再結晶；2018/19年榨季和2019/20年榨季則是全部赤砂糖打包出售。但 2018/19年榨季為了提高產品的質量，將各系糖膏的純度(主要是丙膏的純度)適當提高，即各系煮糖物料純度有變化。近3個榨季景真糖廠煮糖各種物料的具體數據如表1所示。

表1 近3個榨季景真糖廠主要物料基本數據

從表1可知，2017/18年榨季和2018/19年榨季與煮煉回收率相關的數據中，丙糖膏純度和赤砂糖打包量(打包赤砂糖量與蔗比)這2個指標相差較大，也就是說有 2個變量，因此比較煮煉回收率的提高或減少影響因素較復雜，本文不作比較。2017/18年榨季和 2019/20年榨季與煮煉回收率相關的數據只有赤砂糖打包量(打包赤砂糖量與蔗比)不同這一變量，本文就這個變量對煮煉回收率的影響作比較，得出赤砂糖少量打包與全部打包對煮煉回收率影響的評價結論。而2018/19年榨季和2019/20年榨季(赤砂糖均全部打包出售)與煮煉回收率相關的數據中只有丙膏純度有明顯差異這一變量，本文基于此就丙膏純度高或低對煮煉回收率的影響作比較得出評價結論。

2.2 2017/18年榨季赤砂糖少量打包與2019/20年榨季赤砂糖全部打包的生產情況比較

2017/18 年榨季赤砂糖打包量為1425 t，打包赤砂糖量對蔗比為 0.24%，打包赤砂糖量約占全部赤砂糖量的20%，余下80%的赤砂糖全部回溶重新結晶，增加煮糖物料的處理量，處理過程會造成蔗糖的轉化損失及廢蜜量增加，廢蜜與蔗比為 3.45%。2019/20年榨季赤砂糖全部打包，赤砂糖無需重新結晶，減少煮糖物料處理量，廢蜜與蔗比為 2.82%。表2為2017/18年榨季和2019/20年榨季與煮煉回收率相關的生產實際數據。

從表2可知，2017/18年榨季和2019/20年榨季初壓汁純度和糖漿純度有所差異，2019/20年榨季的初壓汁純度和糖漿純度均比 2017/18年榨季分別低1.01%(絕對值)和 1.04%(絕對值)，但是煮糖的甲、乙、丙膏的純度基本相同，2019/20年榨季糖漿純度低相對應的廢蜜純度也低0.71%(絕對值)，如果赤砂糖的處理方法一樣，按上文公式模型的結論理論上應該為2個榨季的煮煉回收率相差不大。但生產實際情況是 2019/20年榨季赤砂糖全部打包銷售，赤砂糖產品無需循環處理，減少了煮糖過程的蔗糖轉化等的損失，丙膏與蔗比減少0.63個百分點，廢蜜與蔗比也減少 0.63個百分點，煮煉回收率達到了92.68%，比2017/18年榨季的91.26%提高了1.42個百分點。因此我們認為，在保證產品質量和煮糖制度基本一致的前提下，赤砂糖全部打包比赤砂糖小部分打包或全部回溶(套種)處理的工藝煮煉回收率更高，并且可以節約能源和罐時。

表2 2017/18和2019/20年榨季與煮煉回收率相關的生產實際數據

2.3 赤砂糖全部打包的2018/19年榨季與2019/20年榨季生產情況比較

2018/19 年榨季是景真糖廠首次采用赤砂糖全部打包出售的煮糖制度，為達到更好的產品質量要求，我們將各系糖膏的純度適當提高，主要是煮制丙種時提高丙種純度，丙膏純度也相應提高至59.2%，比之前榨季的約 57%提高了 2%(絕對值)，根據式(3)的推論會造成丙膏量的增加，同時廢蜜純度也會相應提高，廢蜜帶走的糖分會增加。在2018/19年榨季煮糖制度的基礎上，2019/20年榨季，我們對各系煮糖配料的純度作進一步優化，特別是采取增加甲洗回煮甲糖膏的量，即高純度物料盡量往前移，使各系的糖膏純度相對下降，各系糖蜜也跟隨有所下降，最終使丙糖膏純度降低的煮糖制度，從而提高煮煉回收率。表 3為 2018/19年榨季和2019/20年榨季與煮煉回收率相關的生產實際數據。

表3 2018/19和2019/20年榨季與煮煉回收率相關的生產實際數據

從表3可知，2019/20年榨季甘蔗的初壓汁純度和糖漿純度均比2018/19年榨季的低0.31%(絕對值)和0.20%(絕對值)，糖汁的純度低說明糖汁中含糖百分率低，糖汁純度與糖分回收率存在正相關關系，因此我們認為 2019/20年榨季的甘蔗純度相對低些對糖分回收率的提高是不利的，然而 2019/20年榨季我們對煮糖制度稍作調整，主要是采取甲洗回煮甲糖膏的量適當增加，甲洗只能用于起種底料，其他全部回煮甲糖膏，即高純度物料盡量往前移，使2019/20年榨季的甲糖膏與蔗比為 24.23%，比2018/19年榨季的23.57%提高0.66個百分點，并且可以使各系的糖膏純度相對下降，各系糖蜜也跟隨有所下降，最終丙糖膏的純度從 2018/19年榨季的59.20%下降至 2019/20年榨季的 56.93%，下降2.27%(絕對值)，根據上文式(3)和(4)可知，丙膏的純度越低，成品糖的產率越高，丙膏的量越少，表 1生產實際數據表明 2019/20年榨季丙糖膏與蔗比為4.41%，比2018/19年榨季的4.56%降低0.15個百分點，相應的廢蜜純度也從2018/19年榨季的42.59%下降至2019/20年榨季的41.23%，下降1.36%(絕對值)。廢蜜與蔗比也從3.18%降至2.82%，廢蜜帶走的蔗糖量少，使煮煉回收率提高，2019/20年榨季煮煉回收率達到92.68%，比2018/19年榨季的91.88%提高 0.8個百分點。因此可以得到在煮糖制度基本一致的前提下，丙膏純度越低，丙膏量越少，在丙糖結晶率基本不變的情況下煮煉回收率越高。

2.4 近3個榨季的白砂糖產品質量情況

煮糖結晶是整個制糖過程的重要工段，制定合理可行的煮糖制度，必須綜合考慮產品質量，糖分回收率和經濟效益等。我們認為在保證產品質量的前提下，才能追求提高糖分回收率，表4為景真糖廠近3個榨季的白砂糖質量指標。

表4 近3個榨季白砂糖質量指標

從表3可知，2018/19年榨季和2019/20年榨季采用赤砂糖打包出售的煮糖工藝后，白砂糖不溶于水雜質和二氧化硫等2項指標得到較大幅度的下降，其他指標基本保持不變，即是說產品質量得到提高，說明赤砂糖全部打包銷售的煮糖制度既能提高產品質量，又能提高煮煉回收率。

3 結語

景真糖廠2018/19年榨季和2019/20年榨季在采用赤砂糖全部打包出售煮糖制度下煮煉回收率均得到提高，2019/20年榨季通過對2018/19年榨季的煮糖制度作進一步優化，甲洗回煮甲糖膏的量適當增加，即高純度物料盡量往前移，丙膏純度從2018/19年榨季時的59.2%降低至2019/20年榨季的56.93%，下降2.27%(絕對值)，相應的廢蜜純度下降1.36%(絕對值)，最終達到丙膏量減少和廢蜜重力純度下降的目的，煮煉回收率達到92.68%，比2018/19年榨季的 91.88%提高 0.8個百分點。2019/20年榨季相比2017/18年榨季的少量赤砂糖打包(大部分赤砂糖回溶或套種)的煮煉回收率的91.26%提高1.42個百分點。

從景真糖廠2017/18年榨季至2019/20年榨季近3個榨季的煮糖制度的不同變化可以看出，赤砂糖全部打包出售的煮糖制度對產品質量提升和煮煉回收率的提高有良好的幫助，并可以減少煮制的糖膏總量，對糖廠節約能耗和提高日處理甘蔗量有良好幫助。