蒸发糖浆纯度下降的原因分析及应对措施

覃华庆，李增斌，陆宏旺，王绩平，陆民海

（广西来宾东糖凤凰有限公司，广西 来宾 546102）

0 前言

在制糖生产过程中，经澄清处理所得的清汁必须进行浓缩，这就是糖汁的蒸发过程。在蒸发过程中存在不同温度、酸性pH值条件，糖汁会逐步转化损失，亦称为无形损失，使糖汁纯度下降，糖汁纯度下降对收回率、产品质量及后序物料处理都产生不利影响。为了提高糖分收回率，越来越多的制糖企业都加大对无形损失的重视，都想方设法从源头上减少无形损失的比例，清粗糖浆纯度差是反应糖汁在蒸发过程中糖分损失程度，差值越大说明转化损失就越多。由于蒸发过程中糖浆纯度下降是不可避免的，因为在蒸发过程不可避免的会发生一系列的化学反应，而且通常以蔗糖分子离解出氢离子反应占比为主导，但是在生产实际中只要加强管理是可以减少糖汁纯度下降的。要减少蒸发糖浆纯度下降，我们要找出造成蒸发糖浆纯度下降的原因。通过对几家糖厂的生产实际进行比较，做出了分析并提出部分应对措施。

1 原因分析

影响蒸发糖浆纯度下降的关键因素是蒸发效能低，糖汁在蒸发工序停留时间长。广西甘蔗糖厂多以磷酸亚硫酸法生产工艺为主，在澄清工序中的可溶性钙盐随清汁进入蒸发工序，随着糖汁浓度升高，钙盐逐渐析出附着于加热管并越积越厚，降低了传热效率和蒸发效能，使蒸发糖浆在罐内停留时间延长，转化损失增大。

以来宾市某糖厂2016/2017年、2017/2018年榨季生产实际为例，分析蒸发糖浆纯度下降与蒸发效能的关系。蒸发效能体现在蒸发糖浆在同榨量情况下的过罐速度及粗糖浆浓度上，在操作上体现为蒸发罐入口阀门开度，蒸发罐效能高则阀门开度相应增大。

该糖厂榨量稳定在420吨/天时，连续9天蒸发各罐糖汁出口阀门平均开度，如表1和图1所示。

从图1可以看出，该厂2016/2017年榨季榨量稳定在420吨/天时的糖汁进口阀门开度最大为56%，最小为38.33%，均未达到正常生产时60%～100%的阀门开度。根据蒸发糖浆过罐原理，入口阀门开度越大，糖汁进入各效蒸发罐的速度越快，说明蒸发效能高，糖浆浓缩快。蒸发效能提高以后，最主要的表现是糖汁过罐速度快，糖浆浓度维持在65～68°Bx，从而减少了蔗糖的转化损失。

表1 2016/2017年榨季12月份蒸发罐糖汁出口阀门平均开度

图1 2016/2017年榨季12月份蒸发糖汁出口阀门平均开度

由于榨季初期，甘蔗不够成熟，且部分糖厂对进厂原料蔗尾茎要求不严格，还原糖分高，造成糖汁在蒸发过程中pH值不易控制，下降严重［1］，在酸性及一定温度条件下，蒸发糖分损失随pH值下降的增大而增大。2016/2017年榨季以来宾市两家糖厂生产实际为例，分析蒸发糖浆纯度差增大与清汁中还原糖含量的关系，如表2、图2和图3所示。

根据统计结果，两家糖厂的还原糖分呈逐渐下降的关系，说明随着榨季的进行，还原糖分随甘蔗的成熟度上升而下降。对比两家糖厂2016/2017年、2017/2018年榨季蒸发糖浆纯度差进行统计，如表3所示。

从 图 4 和 图 5 可 以 看 出 ， 在 2016/2017 年 、2017/2018年榨季两家糖厂的清粗糖浆纯度差随着榨季生产的进行而呈现下降趋势。蒸发糖浆经过蒸发工序后，其纯度呈现不同程度下降，2016/2017年榨季两个糖厂的平均纯度降为一厂1.08AP，二厂0.72AP；2017/2018 年榨季平均纯度降为一厂0.75AP，二厂0.53AP。2016～2018年榨季的清粗糖浆纯度差在整体上呈现下降关系，即随糖汁还原糖含量升高而增大，随糖汁还原糖含量降低而减小，尤其是以开榨前1～2个月最为严重。这是因为在制糖生产过程中，还原糖中的羧基和羟基在石灰的作用下发生一系列的化学反应，如氧化、还原、分子异构化、脱水、分子断裂等，其中间产物再进一步缩合或聚合成为大分子有机物，最终产物主要以酸性物质为主。其分解的速度和产物与温度、pH值、氧及糖液中的其它物质有关，温度每升高10℃，其分解速率增加3～4倍；pH值每升高1，其分解速度增大10倍；在大量氧的作用下，其分解的产物主要是有机酸。另外，在中性和弱酸性下，都能使还原糖发生分解反应生成酸性物质，使糖汁pH值下降，尤其是氨基酸。资料表明，还原糖含量高的蔗汁pH值不稳定、易降低，特别是在蒸发过程中糖汁pH值可降低0.5以上［2］。而在酸性条件及罐内一定的温度条件下，蔗糖的转化速度持续加快，转化损失也加快，蒸发糖浆纯度下降也相对加大。

表2 2016/2017年榨季和2017/2018年榨季还原糖含量统计表 单位：%

图2 2016/2017年榨季还原糖分

表3 2016/2017年榨季和2017/2018年榨季清粗糖浆纯度差变化情况 单位：AP

图4 2016/2017年榨季清粗糖浆纯度差

图5 2017/2018年榨季清粗糖浆纯度差

入罐清汁纯度也是影响蒸发糖浆纯度下降的一个重要原因。入罐清汁纯度的高低除与澄清工段的处理有关外，很大程度上取决于原料蔗质量的好坏。不新鲜或未成熟的原料蔗及受风折、霜冻、虫害等自然灾害影响的原料蔗，其蔗汁纯度较低，除还原糖含量较高外，非糖分含量也高，尤其是含氮物和有机酸，如氨基酸和酰胺等含量较高。酰胺在蒸发过程中会发生分解，产生氨气，从而使糖汁的碱度下降［3］，酸性条件促使蔗糖分解速度加快。通过统计2016/2017年和2017/2018年榨季这两家糖厂的入罐清汁纯度，如表4所示。

表4 2016/2017年和2017/2018年榨季清汁纯度变化表 单位：AP

图6 2016/2017年榨季清汁纯度变化曲线图

图7 2017/2018年榨季清汁纯度变化曲线图

从图6和图7的结果上看，在开榨初期，甘蔗还不够成熟，非糖分含量偏高，清汁纯度随开榨时间的延长而升高，后期由于天气回暖及霜冻、砍运时间延长等原因，还原糖分与蔗比有所上升。广西大学刘慧霞教授等曾以新鲜蔗汁和陈旧蔗汁为例，对蔗汁中各种氨基酸的含量作对比分析，得出陈旧的原料蔗蔗汁的氨基酸含量，显著高于新鲜原料蔗蔗汁，其中又以天冬氨酸含量为最高，受原料蔗新鲜度影响最大。所以，在榨季初期甘蔗不够成熟或不新鲜及受风折、霜冻、虫害等自然灾害影响时，蒸发糖浆pH值下降更明显，蒸发糖浆纯度下降明显［3］。

根据质量作用定理，蔗糖转化时，反应所产生的转化糖量I应与蔗糖的初浓度S0和时间t都成正比，转化糖量I=KS0t，蔗糖转化量随糖汁在蒸发罐内的停留时间增加而增加；同样，还原糖的分解以及有机物，如氨基酸、酰胺等也与蔗糖一样，受温度、碱度和时间的支配，如要在蒸发过程中减少蒸发糖浆纯度下降，就必须尽可能的减少糖汁在蒸发罐内的停留时间［4］。

综上所述，糖汁在蒸发过程中纯度下降，其原因可以归纳为以下几个方面。

第一，糖汁中各类物质分解产生酸性物质，降低糖汁碱度，加快糖汁转化。主要分解物质为酰胺的分解，糖汁在清净处理过程中未能有效除去的酰胺，在蒸发过程中会继续发生分解，氨氮类形成不凝气体排出，糖汁中氢离子浓度升高；还原糖的分解产物随条件不同而异，一般生成有机酸，如乳酸、醋酸、乙酸、腐植酸等，使糖汁的氢离子浓度增加；蔗糖的分解，蔗糖在酸性条件下，受pH值、温度及时间的影响而加剧，所产生的还原糖进一步分解成有机酸，而降低糖汁碱度。

第二，入罐清汁纯度对蒸发糖浆纯度下降也产生影响，在入罐清汁纯度较低时，其无机非糖分、还原糖含量均较高、易分解，促使蒸发过程糖汁加快转化。

第三，糖浆在蒸发罐内停留时间长的影响，主要表现为蒸发罐效能低的影响，由于采用磷酸亚硫酸法生产工艺，过程中不免产生可溶性或不溶性钙盐，随着浓度及温度的上升，可溶性钙盐在蒸发罐内析出附着于加热管壁，阻碍了蒸发传热，降低蒸发效能，延长了糖汁在罐内的停留时间。蒸发各罐真空度的影响，末效真空度是保证糖汁对流循环的推动力，当末效真空度不足时，蒸发各罐糖汁无法保持有效沸腾，糖汁较难收浓，同样也延长了糖汁在蒸发罐内的停留时间。糖汁过罐管路设计的影响，对于新建的糖厂，其管路布局、走向均经过统一设计、优化，糖汁过罐时阻力较小，过罐速度快；而对于建厂年份较长，且经过多次扩建的老厂则有很大的不同，由于空间、布局的局限性，不得不采用并联、交互式的管路设计，存在较多拐角，增加了糖汁过罐阻力。

2 应对措施

蒸发糖浆纯度下降对生产是很不利的，它直接影响到糖分的收回率，由于蔗糖分的转化及还原糖分的分解，在一定程度上影响了产品质量，同时也影响后序物料的处理，如蒸发粗糖浆纯度过低，甲糖煮制过程晶体吸收速度慢、晶体不长大、颗粒小，影响分蜜过程分离。又由于颗粒度太小，分蜜过程中产生糖头多，加大了物料回煮量，既降低收回率又增加能源消耗，同时颗粒度太小，分类筛没有起到较好的分离效果，易造成糖湿、冷却速度慢等问题，影响后序装包及产品储存。因此要解决这些问题要从源头入手。

第一，提高原料蔗质量，提高入罐清汁纯度。蒸发糖浆纯度下降严重的主要原因之一是原料蔗质量差。原料蔗质量差，其蔗糖分、纯度就低；其还原糖分、非糖分就高。要提高甘蔗质量必须从源头抓起，首先是农务科要加快推进“双高”基地的建设，提高甘蔗种植和管理；企业需加快机械联合收割技术的推进工作，提高机械收割面积，确保进厂原料蔗的新鲜度。企业需要强化内部管理，做好蔗厂甘蔗的翻堆工作，保证蔗厂存蔗时间不超过24小时。

第二，提高清净效率，提高入罐清汁纯度。清净效率的提高，需要清净工序做好中和岗位的稳定控制工作，使用吸附力强的絮凝剂及高效石灰乳，使形成的絮状物网络能力更大，可有效去除糖汁中的杂质。在甘蔗成熟度较高的时间，可以将清汁pH值控制在7.2~7.4，以最大程度的提高清净效率。

第三，提高蒸发效能，减少糖汁在蒸发罐内的停留时间。提高蒸发效能关键在于提高蒸发罐加热管的传热效率。由于清汁钙盐的析出，加热管壁附着的积垢阻碍了传热，因此需要定期通洗蒸发罐加热管。由于目前采用自动通罐设备技术的成熟，通罐压力可以达到900kPa，是人工通洗压力的1.8倍，减少加热管积垢和通罐次数。提高蒸发罐末效真空度，使蒸发罐内负压增大，糖汁沸点降低，促进糖汁的对流循环，提高糖汁蒸发量，有效减少糖汁在罐内的停留时间，使用双过滤高效雾化冷凝器能稳定保持蒸发罐末效真空度，提高蒸发效能。

第四，“严格制度、均衡生产”。严格制度，包括合理制定蒸发操作液位管理规定、蒸发罐轮洗管理制度、煮糖抽用汁汽管理制度等等。各种相应制度的出台目的是为了在稳定蒸发罐液位的同时能保证蒸发罐能干净、及时的通洗；澄清工段要适当根据混合汁来量情况调节好硫磺炉燃烧系统，保证硫气供应并及时调节中和器，使各物料平衡；煮糖工序要根据抽汁汽的相关制度要求，合理调节抽用汁汽，保证蒸发工序用汽均衡。

3 结语

制糖企业是传统的食品生产企业，使用的是传统的生产工艺，在现有条件下，大刀阔斧的进行设备改造在技术上和资金上都存在很大的瓶颈，因此，可以从改进工艺方面入手，优化现有设备组合，做好整个煮炼过程的控制、做好设备清洁和维护以及加强对员工的技术提升等方面的工作，降低糖分的过程损失，使企业获得经济效益的提高，促进制糖企业实现可持续的生存和发展。当前蒸发糖浆纯度降仍然很大，通过改进工艺技术、加强设备和人员的管理，降低糖分损失的潜力很大。