糖浆气浮清净技术提升糖浆质量的研究

黄振军，马海峰，杨万明，李茂华，常国炜，钟志才*

(1云南西双版纳英茂糖业有限公司，云南西双版纳666100；2英茂糖业勐捧糖业有限责任公司，云南西双版纳666300；3广东省科学院生物工程研究所，广东广州510316)

0 引言

我国糖厂生产白砂糖基本是以一步法生产的耕地白糖，采用的生产工艺主要有碳酸法和亚硫酸法2种[1]，对于南方的甘蔗糖厂而言，由于碳酸法糖厂诸多条件的限制，原来使用碳酸法的糖厂已逐步改为亚硫酸法工艺生产白砂糖。亚硫酸法的优点是工艺流程短，设备较简单，耗用化辅材料量比碳酸法少，而其特出的缺点主要包括：清净效率不高，非糖分除去不多，蔗汁纯度提高小，糖汁中含有多种杂质会对磷酸与钙的反应有很大影响，会大幅度增加反应后残留磷酸根或钙离子，总的来说，亚硫酸法澄清工艺的清汁含钙量和灰分含量较高，致使蒸发罐积垢严重[2]。霍汉镇编著的《现代制糖化学与工艺学》指出亚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]，因此蒸发后的糖浆含有较多的悬浮微粒和混浊物，只通过简单的过滤方法难以除去这些非糖杂质，白砂糖质量相比碳酸法生产的白砂糖质量差。由于用糖客户对白砂糖质量的要求不断提高，特别是近年来修订白砂糖国家标准时对 SO2残留量、色值和混浊度等指标要求更严，用普通亚硫酸法澄清工艺已很难满足产品质量要求[4]。随着自控技术的进步及澄清剂和进口絮凝剂的开发应用，糖厂使用糖浆气浮技术已经取得了很好的效果[5-6]。一般来说，使用糖浆气浮技术，能使白砂糖色值有所下降，SO2残留量达到10 mg/kg以下，混浊度达到60 MAU以下，基本可以达到饮料厂要求的高品质糖要求。糖浆气浮清净技术是近年来国内甘蔗制糖厂采用的提高产品质量的可行技术方法，该方法使用絮凝物吸附和捕集糖浆中的悬浮微粒，部分色素和大分子胶体物质，得到清晰有光泽的糖浆，为后续的煮糖工段提供更优质的糖浆，从而提高白砂糖的产品质量。2019/20年榨季，云南省勐捧糖厂对糖浆气浮清净技术的生产应用进行了全面的查定，统计检测的结果表明，勐捧糖厂的糖浆气浮清净技术达到很好的清净效率。

1 糖浆气浮清净技术原理及工艺控制

1.1 气浮清净原理

气浮清净原理是设法在液体中通入大量的微细气泡，使其粘附于杂质颗粒上，造成这些杂质颗粒的密度小于原液体的密度，并依靠浮力使其上浮至液体表面从而实现固液分离，达到液体的清净目的[7-9]。

1.2 糖浆气浮清净技术

因亚硫酸法澄清工艺的澄清效果有限，而且清汁的含钙量比混合汁高很多，清汁经蒸发浓缩后，水分大量减少，很多无机物变成过饱和状态，部分有机物包括一些胶体物质也会凝聚成为悬浮物，使糖浆变浊，气浮清净技术在糖浆中加入磷酸与糖浆中的钙离子(有时需加入石灰)反应生成磷酸钙，新生磷酸钙具有吸附色素、胶体、杂质等作用，通过对糖浆适当打泡，大量的极微细的空气泡分散于糖浆中，由于气泡所具有表面能可以使其依附于糖浆中的悬浮微粒，磷酸钙具有强力吸附和架桥作用[10]，在絮凝剂的作用下，这些非糖杂质一起被网络捕集在一起，在气泡的作用下形成体积较大的浮渣层，这种浮渣层的比重比糖浆的比重小，从而浮渣便会浮升至糖浆液面上，通过刮渣器被除去。清净糖浆通过上浮器底部环型出汁管收集经溢流箱排出后泵送煮糖楼。为使操作更稳定，必须对糖浆流量、糖浆温度、辅料添加量作定量自控。

1.3 糖浆气浮工艺流程图

糖浆气浮工艺流程图如图1所示，糖浆经加热器加热至一定温度，部分糖浆进入高速打泡机制泡后进入一级反应器，未进入打泡机的其余糖浆进入一级反应器内加入磷酸，石灰进行反应，与制泡糖浆充分混合后加入絮凝剂进入二级反应器，之后进入糖浆上浮器进行分离，各种澄清药剂和絮凝剂用计量泵按比例加入，处理过程自动控制。

1.4 糖浆气浮工艺控制参数

图1 糖浆气浮工艺流程图

2019/20年榨季，云南省勐捧糖厂糖浆气浮清净技术主要参数：

蒸发糖浆锤度：58～63°Bx；糖浆加热温度：80～85℃；加入磷酸量(相当于 P2O5对应糖浆锤度计算)：300～400 mg/kg；加入絮凝剂量(对应糖浆锤度计算)：10～15 mg/kg。

2 生产应用结果与分析

2019/20年榨季，云南省勐捧糖厂对糖浆气浮清净技术的生产应用进行了全面的查定，检测结果显示，糖浆的纯度得到了提高、糖浆浊度、色值、钙盐等非糖分均有不同程度的清除效率，结果表明勐捧糖厂的糖浆气浮清净技术达到很好的清净效率。

2.1 糖浆气浮前后各项指标对比

糖浆气浮前后的锤度、纯度、色值、浊度、钙盐含量、pH值等指标的变化值是衡量糖浆气浮澄清效果的重要指标，良好的气浮澄清效果要达到糖浆锤度基本不变，纯度要提高，色值、浊度、钙盐等非糖分要下降，pH值中性偏酸，为了查定勐捧糖厂的糖浆气浮技术项目的应用效果，2019/20年榨季期间我们对糖浆气浮清净前后的锤度、纯度、色值、浊度、钙盐含量、pH值进行日常检测，每 4 小时分析一次，每日进行统计平均作日报表数据，我们将2019/20年榨季日报表数据平均得到结果如表1。

表1数据表明，上浮前后的糖浆锤度基本相同，上浮后糖浆的简纯度提高0.47 AP，说明上浮后能除去部分的非糖分，对糖浆具有提纯作用；色值下降了21.91%，这当中有磷酸钙吸附部分色素的原因，也有部分因 pH值下降使测量的色值相对低的原因[11]；浊度下降 76.2%，表明除去了大部分粗糖浆中悬浮微粒和混浊物；钙盐含量下降了17.85%，说明加入的磷酸与糖浆中残留的钙离子起反应结合而减少，起到除灰分的作用。整体清除效果显示，糖浆上浮清净的效果明显，得到清晰有光泽的糖浆，为后续的煮糖工段提供更优质的糖浆，提高白砂糖的产品质量。

2.2 糖浆纯度变化

表1 糖浆气浮前后的主要检测指标数据(榨季平均值)

将 2019/20年榨季期间每天检测糖浆气浮前后简纯度结果制成曲线图(见图2)。其中因受今年的新冠肺炎病毒影响我国海关封关甘蔗无法从老挝蔗区运回国内，因此2020年3月24日至2020年4月19日勐捧糖厂停榨。

因疫情影响停榨约1个月，重新开榨后甘蔗受

图2 每天糖浆气浮前、后简纯度检测结果曲线图

成熟期及虫害的影响，甘蔗糖分及纯度下降，图2的后部分显示纯度下降较多，纯度的提高平均只有0.47 AP，故此上浮前纯度曲线与上浮后纯度曲线距离相对没有太大，但上浮后纯度值整体而言高于上浮前，说明纯度得到提高。为了更精确反映纯度提高的变化情况，我们以疫情封关停榨前和重新开榨为界将数据分为2段：2月1日至3月24日与4月20日至6月3日，并用每天简纯度的分析数据分上浮前和上浮后的不同标志点标出，按线性回归方程作直线，见图3、图4，图中明显看出上浮后的糖浆纯度红线在糖浆上浮前的蓝线上方，图3表示的封关前的生产情况相对稳定，两条线基本显示平行(斜率系数基本相同)，说明纯度的提高幅度基本稳定；图4表示重新开放海关开榨后，因糖浆纯度下降较大，最低时约75 AP，比榨季平均低月10 AP，但经过糖浆上浮处理，纯度的提高幅度大，说明提纯效果在低纯度时更好。

2.3 糖浆浊度变化

图3 糖浆气浮前、后纯度变化线性图(2020.02.01～3.23)

图4 糖浆气浮前、后纯度变化线性图(2020.04.20～06.03)

图5 为榨季糖浆气浮前、后浊度变化曲线，图中显示，气浮清净前浊度较高，而且相对波动很大，但经过气浮清净后浊度较平稳，并且尽管后期(重新开榨)浊度较高，最终也能降低到前期低值水平，说明糖浆气浮对浊度的除去作用很好，榨季平均浊度除去率到达 76.2%，因此能为煮糖提供清晰有光泽的糖浆，对白砂糖浊度降低起到很好作用。

2.4 糖浆色值变化

图6为糖浆气浮前、后色值变化曲线，曲线显示，糖浆气浮后的色值下降也是明显，榨季平均色值下降了21.91%，而且糖浆气浮前后曲线起伏相对同步，说明降幅相对稳定，这当中有磷酸钙吸附部分色素的作用，也有因 pH值下降使测量的色值相对偏低影响有关系，总的来说，糖浆气浮可以去除部分色值。

2.5 糖浆钙盐变化

钙盐对制糖生产有突出的不良影响，是白糖灰分和设备积垢中的主要成分[12]，Honig P曾对糖浆进行过成分分析，指出糖浆中的悬浮物为糖浆总固溶物的 0.03%～0.1%，其中无机物的主要成分为钙[13]，糖浆气浮清净处理就是在蒸发浓缩后的糖浆中加入的磷酸与糖浆中残留的钙离子起反应结合而减少，起到除灰分的作用，图7为糖浆气浮前、后钙盐含量变化曲线，曲线显示，气浮后的糖浆钙盐含量明显低于气浮前，下降的幅度也相对稳定。

2.6 白砂糖产品质量

图5 糖浆气浮前、后浊度变化曲线图

图6 糖浆气浮前、后色值变化曲线图

图7 糖浆气浮前、后钙盐含量变化曲线

表 2为 2019/20年榨季使用糖浆气浮技术和2009/10年榨季未用糖浆气浮技术(勐捧糖厂2010/11年榨季开始使用糖浆气浮技术)的白砂糖产品榨季平均的主要质量指标，其中白砂糖混浊度和不溶于水杂质指标使用糖浆气浮技术后得到大幅度下降，下降率为61.8%和65.2%，与糖浆气浮后的浊度除去率 76.2%基本一致。说明糖浆气浮技术对处理蒸发糖浆具有良好的清净效果，为后续的煮糖工段提供更优质的糖浆，对提高产品质量有较好的帮助。

表2 白砂糖质量指标检测结果及国标规定

3 结语

云南勐捧糖厂通过对 2019/20年榨季的糖浆气浮清净技术进行全面查定，查定结果表明，糖浆的二次清净效果非常明显，特别是在糖浆简纯度的提高榨季平均提高达到0.47 AP(绝对值)，即除去非糖分的量较多，同时混浊度下降也达到 76.2%，钙盐含量下降17.85%，色值下降21.91%，糖浆质量的提高能为后续的煮糖工段提供优质的结晶原料，使白砂糖的产品质量也相应得到提高，因此，我们认为勐捧糖厂的糖浆气浮清净技术充分发挥了提高糖浆纯度，降低糖浆色值，混浊度，钙盐含量，最终达到提高产品质量目的。