制糖澄清工藝pH值對質量和收回的影響初探

李章國，肖金強，趙星成

(滄源南華勐省糖業有限公司，云南勐省 677408)

0 引言

進入21世紀以后，我國制糖工業的規模得到了很大的發展，其發展的區域也發生了根本性的改變，由20世紀的沿海地區逐步向欠發達地區擴展。制糖行業是個傳統行業，近年來由于投入不足，導致我國制糖工業在科學技術進步方面較為緩慢，雖然也有一些技術改造及變革，但總體工藝技術的科技進步落后于其他行業[1-3]。

制糖工業是傳統的農產品加工工業，過程中多種復雜的化學反應是制糖工藝的基礎，要提高產品質量和收回，必須是在工藝處理過程中徹底地除去雜質，達到提高澄清效率和提高純度的目的。而目前傳統的亞硫酸法，生產的白砂糖質量偏低，含色素及有機物偏高，貯存時白砂糖容易變黃和吸濕，含有較多的SO2，不溶性物質也偏高；清凈效率不夠理想，除去非糖分不多，即工藝過程中各種雜質的處理難度較大[4-8]。

多年來，云南的制糖企業一直受到產品質量的困擾，生產過程中產品質量難以滿足國家標準的要求和客戶不斷提高的質量要求，優一級品率低，二級糖品率多，白砂糖色值、濁度、殘留SO2高等。產品質量關系到企業的生存與發展，提高產品質量是保證企業占有市場，從而能夠持續經營的重要手段。因此，注重產品的質量問題，也是云南的制糖企業必須考慮的問題[9]。

云南地處山區，受氣候、海拔和甘蔗特性影響較大；不同時期、不同品種、不同區域的甘蔗的處理工藝特性不同，因此每一個榨季的工藝處理措施、工藝控制指標都要求根據不同時期進行相應的調整，才能確保產品質量和收回。而傳統的亞硫酸法工藝控制標準已不適用于云南現代的甘蔗制糖生產工藝，只有不斷改進生產技術，提高白砂糖質量，探索出一條適合于云南現代甘蔗制糖的工藝路線，制糖企業才能在競爭大潮中站穩腳跟。

本文旨在探索高硫高灰工藝即調整生產工藝的pH值在云南制糖企業的應用效果，以期為云南制糖工藝的發展、產品質量的穩定和提升探索出一條新的工藝路線，為云南制糖企業提供參考。

1 勐省糖業公司工藝指標

勐省糖業公司的工藝處理情況為：生產前期，化輔料消耗低，pH值較高，一般控制在7.6～7.8左右。隨著生產的推進，需要適當增大化輔料的添加量，同時適當降低pH值，約在7.3左右，以確保蔗汁清凈工藝處理徹底，滿足澄清效率和清混汁純度差的生產指標。同時結合煮糖技術要求，為確保收回降低廢蜜損失，在清汁pH值較高的情況下，需對蒸發糖漿進行二次硫熏，使其pH值降低至6.0～6.8，確保煮糖糖漿的黏度指標，以利于結晶。清凈車間工藝控制參數具體見表1。

表1 清凈車間工藝控制參數表

公司多年來一直使用該工藝指標，也曾試過中性煮糖，即糖漿pH值在7.0以上煮糖，但由于影響收回而放棄。

從表1可以看出，隨著生產進程的需要，硫熏強度、磷酸添加量增加，pH值逐步降低，生產過程中針對實際情況可進行相應的調整，工藝控制拐點在3月份，不同的年度前后相差10天左右。該工藝參數主要存在問題是：生產中后期產品質量難以保證，優一級品率降低。

2020/21年榨季生產過程中，生產目標按計劃進行，到了3月中旬，產品質量開始波動，前期使用的工藝指標無法滿足生產要求，產品色值和濁度上升，煮糖和分蜜困難。按照以往的經驗，對工藝控制指標進行調整，即適當提高硫熏強度，提高磷酸量，降低pH值到7.3左右，調整后產品色值反而逐步上升，質量不見好轉，反而越來越差。后經過多次工藝查定及試驗，并進行生產調試，發現生產控制指標與過去相比有較大差距。生產過程中必須提高中和pH值及清汁pH值，并適當提高硫熏強度，沉降效果及清汁質量才明顯好轉，產品質量才能保證。研究結果發現提高清汁pH值以后，清汁與混合汁的簡純度差提高，蒸發糖漿與清汁的簡純度差不降反升，即正差值升高，煮糖效果明顯好轉，收回明顯提高。實際工藝控制指標見表2。

表2 2020/21年榨季實際清凈工段工藝控制指標

2 工藝試驗

由于氣候和甘蔗品種、品質的原因，公司的工藝控制情況、控制指標在每年的2月底至3月初將出現拐點，需重新進行調整，2021年3月2日開始，產品質量、收回開始逐步波動，按照常規工藝進行調整后效果反而越來越差。后來通過多次的生產試驗，結果發現，需采用提高中和硫熏強度、大幅度提高中和pH值等措施才能確保產品質量，同時也提高了收回，即高灰后由于清混汁簡純度差的提高，使得收回上升。試驗結果情況總結如下：

2.1 固定硫熏強度為30 mg/L，調試pH值(6.8～7.8)對工藝的影響。

2021年4月10日從生產線采集混合汁集合樣進行中和汁沉降實驗。其中混合汁集合樣的錘度為17.72°Bx，簡純度為81.4%，pH值為6.61，重力純度為88.27%，還原糖含量為0.67%，磷酸值為477 mg/kg。在固定中和汁硫熏強度為30 mg/L、初始磷酸值為500 mg/kg的基礎上，通過調試中和汁pH值(6.8～7.8)檢測清汁的工藝指標，試驗結果見表3，試驗對比情況見圖1。試驗樣品為在生產過程中調整工藝指標后取樣品，在化驗室按照《甘蔗制糖化學管理分析方法》[10]相關檢測方法進行分析，試驗樣品與生產實際情況相符。

表3 固定硫熏強度為30 mg/L，調試pH值(6.8～7.8)對工藝的影響試驗結果

圖1 固定硫熏強度，調試pH值情況對比

2.1.1 pH值和簡純度

從表3可以看出，pH值越高，清汁簡純度和重力純度越高，清混汁簡純度差越大，其純度差值隨pH值的降低呈逐步下降趨勢。即中和汁pH值為7.8，清汁pH值為8.24時，清混汁簡純度差達到5.31%；中和pH值為6.8，清汁pH值7.0時，清混汁簡純度差僅為1.29%。

2.1.2 色值和濁度

從表3可以看出，pH值越低，色值和濁度越低，即中和汁pH值為7.8時，清汁的色值和濁度分別為688 IU和256 MAU；中和汁pH值為6.8時，清汁的色值和濁度分別為472 IU和40 MAU。該工藝試驗高pH值(7.8)的結果與生產實際情況相同，但低pH值的結果與實際生產情況不一致，即實際生產過程中低pH條件下產品的色值很高。

2.1.3 沉降速度和泥角高度

從表3和圖1可以發現，pH值越高，沉降速度越快，泥角量越少，沉降速度隨pH值的降低而減慢，泥角量隨pH值的降低而升高。即中和汁pH值為7.8時，清汁的沉降速度為6′16″/250 mL，泥角高度為8.5 cm；中和汁pH值為6.8時，清汁的沉降速度為15′6″/250 mL，泥角高度為11 cm。

2.1.4 過濾速度

pH值越高過濾速度越慢，pH值越低過濾速度越快。當中和汁pH值為7.8時，清汁過濾速度為1′20″/50 mL；當中和汁pH值為6.8時，清汁過濾速度為25″/50 mL。

2.1.5 還原糖

pH值高時蔗糖有分解現象(即降低)，pH值低時蔗糖有轉化現象(低于7.2)，當中和汁pH值為6.8時，清汁還原糖為0.75%，蔗糖轉化嚴重。

2.2 固定pH值為7.8，調試硫熏強度(25～35 mg/L)對工藝的影響

2021年4月13日從生產線采集混合汁集合樣進行中和汁沉降實驗。其中混合汁集合樣的錘度為17.71°Bx，簡純度為82.71%，pH值為6.72，重力純度為84.32%，還原糖含量為0.86%，磷酸值為383 mg/kg。在固定pH值為7.8、初始磷酸值為500 mg/kg的基礎上，通過調試硫熏強度(25～35 mg/L)檢測清汁的工藝指標，試驗結果見表4，試驗對比情況見圖2。試驗樣品為在生產現場調整工藝指標控制后取樣品，在化驗室按照《甘蔗制糖化學管理分析方法》[10]相關檢測方法進行分析，試驗樣品與生產實際情況相符。

表4 固定pH值為7.8，調試硫熏強度(25～35 mg/L)對工藝的影響試驗結果

從表4可以看出，在固定pH值為7.8的情況下，中和汁的硫熏強度越高，清汁的pH值越高，清汁的簡純度和重力純度也相應的升高。當中和汁硫熏強度分別為25和30 mg/L時，清汁簡純度分別為80.76%和81.66%，均小于混合汁的簡純度(82.71%)；中和汁硫熏強度為35 mg/L時，清汁簡純度為83.14%，大于混合汁的簡純度(82.71%)。說明中和汁的硫熏強度越高，對中和反應效果也越明顯。結合表4和圖2可以發現，沉降速度隨著硫熏強度的升高而加快，泥角量也相應的減少，過濾速度雖然也有一定程度的下降但差異不大，說明硫熏強度越高，化學反應越徹底。根據清汁還原糖、混合汁還原糖以及清混汁還原糖差的數據來看，中和汁硫熏強度分別為25和30 mg/L時，蔗糖有轉化現象，中和汁硫熏強度為35 mg/L時，清混汁還原糖差較小為0.01%，即蔗糖不發生轉化，生產實際情況與工藝試驗結果一致。

圖2 固定pH值，調試硫熏強度情況對比

結合以上2個工藝試驗的研究以及生產實際情況可以得出：①高灰高硫工藝有利于提高清混汁簡純度差，混合汁純度不變的情況下，如果清汁簡純度提高1個百分點，產糖率可以提高0.125%，即高pH值對收回有利；②高pH值條件下，蒸發過程中不發生糖漿純度降低現象，甚至出現糖漿簡純度比清汁簡純度增加0.5%左右的情況；③雖然工藝試驗過程中高pH值條件下清汁的色值升高，但實際生產過程中雜質處理徹底后，產品的色值降低；④高pH值條件下存在還原糖分解現象，低pH值條件下存在還原糖轉化現象，但高pH值時還原糖的分解影響不大，即美拉德反應的存在不影響產品質量。結果表明：高灰高硫工藝對公司2020/21年榨季生產中產糖率的提高起到了重要的作用。

3 生產實踐分析

2020/21年榨季由于生產的特殊性，使得工藝控制情況與往年相比有大幅度的改變，通過將近3個月的生產實踐總結分析高pH值控制工藝，為公司2020/21年榨季各項目標計劃的完成，特別是對產糖率、優一級品率、高品質糖起到了至關重要的作用。

3.1 清汁與混合汁的簡純度差

2020/21年榨季生產過程中1～2月份使用常規工藝，自3月10日起調整工藝，pH控制在7.8～8.0之間，硫熏強度控制在30～32 mg/L之間，清汁與混合汁簡純度差變化情況見表5。1、2月份使用常規工藝的清汁與混合汁簡純度差分別為2.13%、2.21%，3月份調整工藝指標以后，3、4、5月份清汁與混合汁簡純度差依次為2.59%、2.77%、2.88%。即高pH值條件下，清混汁簡純度差明顯增大。

表5 清汁與混合汁的簡純度差

3.2 粗糖漿與清汁的簡純度差

粗糖漿與清汁的簡純度差變化情況見表6。在1～2月份的生產過程中發現蒸發工段粗糖漿簡純度下降的情況，經過多方面查找原因，均未發現設備的異常現象，且近幾年來基本都沒有出現粗糖漿簡純度下降的情況。自3月份工藝調整后，粗糖漿簡純度下降的情況得到緩解，截至5月份，pH值控制在8.0～8.2之間，蒸發工段粗糖漿簡純度不但不下降反而升高，即粗糖漿與清汁的簡純度差為正值。

表6 粗糖漿與清汁的簡純度差

3.3 產品質量分析

多年來，公司的產品質量是1～2月份穩定，優一級品率較高，高品質糖的生產在1～2月份，自3月份起，產品質量難以保證，色值上升，邊沿糖和二級糖增多。產品質量的波動大，導致生產壓力大，一定程度上影響了收回。2018/19～ 2020/21年榨季的產品質量對比見表7。

表7 產品質量對比

從表7的對比可以看出，2020/21年榨季完成的優一級品率為近3年最佳也是歷史最佳，如果做好榨季收尾糖則可以完成99%，高品質率同樣得到了大幅度提升。在2月底至3月初的工藝波動，優一級品率及高品質率有一定程度的降低。工藝改進以后，4月份完成優一級品率100%且高品質率51.21%，創造了歷史最佳成績。

3.4 廢蜜量及廢蜜重力純度分析

在廢蜜形成的各項因素中，最重要的是無機鹽，特別是鉀、鈉鹽；最主要的物理因素是不純糖液的黏度，黏度則是有機膠體和某些鹽類物質。公司的蔗區中土壤的檢測報告(檢測土壤為配方肥料實施)發現土壤中含有較高的鉀含量，由此可推斷甘蔗中的鉀等無機鹽的含量較高，同時由于是山地蔗，2～4月份干旱嚴重，導致生產中、后期膠體物質增加，如果處理不徹底將會導致廢蜜量高，損失加大。

結合煮糖工藝要求，為確保收回及降低廢蜜損失，在清汁pH值較高的情況下，需對糖漿進行二次硫熏，使糖漿pH值降低至6.0～6.8，以利于煮糖收回。2018/19～2020/21年榨季的廢蜜指標完成情況見表8。2020/21年榨季由于對工藝參數進行調整，廢蜜與蔗比、廢蜜與糖比、廢蜜重力純度、廢蜜損失與前2個榨季相比均出現了一定程度的下降，產糖率得到了提升，說明高灰高硫工藝對增加收回起到了很好的作用。

表8 近3年廢蜜及其指標完成情況

3.5 化輔料消耗與收回情況對比分析

由于生產工藝的改變導致化輔料消耗增加，為加強成本核算，需在收回、產品質量和化輔料消耗中找到最佳的平衡點，既要確保產糖目標穩步提高，同時又要控制成本。當硫熏強度增加后，每噸蔗硫磺耗用量增加0.025 kg；按照1816.28元/t計，即每噸蔗增加硫磺費用為0.45元；當pH提高后石灰耗用量為每噸蔗增加0.90 kg，按照均價795.0元/t計，每噸蔗增加石灰費用為0.072元；合計增加費用為每噸蔗0.522元，即100 t蔗合計52.2元。但由于簡純度提高1.5%(實際情況高于1.5%)，收回上升，按照簡純度每提升1個百分點則提高產糖率0.125%計，可增加產糖率0.019%，噸糖均價為5200元/t，增加收益為98.8元。扣除化輔料消耗費用，工藝改進以后增加收益46.60元/t。化輔料消耗的成本低于收益的增加，且上述的簡單測算不包含產品質量提高后帶來的溢價的產品收益(勐省“滄”牌的市場溢價目標50元/t)，即2020/21年榨季由于工藝控制方式的改變，使得生產無形損失減少，收回提高，為榨季最終取得的質量目標起到了重要的作用。

5 結論

近年來通過多次實驗與實踐探索，滄源南華勐省糖業有限公司于2020/21年榨季3月份起不斷改進生產工藝，使用高硫高灰工藝以后取得明顯效果。生產實踐中清混汁簡純度差明顯增大，粗糖漿與清汁的簡純度差為正值，產品的優一級品率和高品質率創造了歷史最佳成績。廢蜜與蔗比、廢蜜與糖比、廢蜜重力純度、廢蜜損失與前2個榨季相比均出現了一定程度的下降，產糖率得到了提升。工藝控制方式的改變，使得生產無形損失減少，收益增加，收回提高，為榨季最終取得的質量目標和經濟效益起到了重要的作用。