论甘蔗亚硫酸法制糖工艺指标的选定

《论甘蔗亚硫酸法制糖工艺指标的选定》
糖料甘蔗由于品种不同、土壤不同、每年气候不同、收获季节不同、栽培技术不同；糖汁中各种成分及含量均有变化，因此很难作出统一的加工工艺特性评价，更难制定标准的生产技术条件和工艺指标。

国内外的甘蔗糖厂都是依据各厂的传统习惯或参考附近兄弟厂的经验来下达工艺指标，这种作法造成管理粗放和不够科学，本文的形成是根据笔者在糖厂生产第一线工作二十多年的经验，结合在高校从事教学科研二十多年的心得体会，特提出工艺指标的选定依据和计算公式的推导，以供同行们研讨、指正。

一、各项工艺指标制定的依据
制糖过程总的目标是提高糖分收回，提高产品质量、降低原材料消耗、降低生产成本，获得最佳经济效益。

要达此目的，除有新鲜、高质量的原料、优良的设备条件、科学的管理、精心的操作、稳定均衡的生产外，制定合理可行的工艺指标是重要的一环。

甘蔗压榨过程目的是在保证榨量的基础上，尽量提高糖分抽出率和降低蔗渣水分，所以渗渍系统的水温和水量指标应以甘蔗纤维分的高低为依据。

而澄清过程的目的是在尽可能避免蔗糖转化和还原糖被破坏的前提下，尽量除去非糖分，所以各种澄清剂如石灰乳[Ca(OH2)]、磷酸（H3PO4）、二氧化硫（SO2）等，它们所起的主要作用是调节混合汁的PH值，凝聚胶体，形成具有良好吸附性能的非糖沉淀物，其各自的加入量，应以混合汁中非糖分的多少为依据。

至于中和汁的PH控制和一次、二次加热温度的选取应视混合汁中还原糖含量的高低作参考。

而煮糖过程的目的是保证罐时平衡，合理用汽、合理用水的基础上，尽量提高结晶率，减少母液量和含糖，从而减少糖羔煮制量，最后降低废蜜的糖分损失。

因此各段糖羔的锤度控制应根据糖羔纯度的高低而制定。

至于废蜜纯度的控制指标，应据混合汁中还原糖含量和混合汁的污杂度比而制定。

二、有关工艺指标的计算公式
（一）压榨渗渍水温
水温高，水对蔗料层的渗入和扩散速度快，渗渍效果好，且可破坏柔软细胞壁，使成透析膜而有利于糖分提出。

但水温过高，增加非糖分（特别是蔗腊、果胶质等）的胶溶，影响沉降、过滤和结晶。

我国一般用40～55℃，尼留汪用80～85℃，澳大利亚用80～95℃[1]。

但各个国家的甘蔗纤维含量各异，如尼留汪约16～17%，澳洲约16～20%，而中国约11～12%之间。

故特提出渗渍水温按蔗纤维含量（f）来制定。

公式：渗渍水温（℃）=5f
即亚蔗纤维分乘5。

（二）压榨渗透水量
渗透水（或稀汁）加入蔗渣之后，先吸附于表面。

由于毛细管的作用，水分逐渐渗入蔗渣内部，与残汁接触，因扩散作用而混合稀释。

然后再压榨，压出的稀汁量，稍大于加入的渗透水量，蔗渣内的残汁，则由于渗透水的渗入而由浓变稀，含糖量减少。

渗透水量越多，则提出糖分越多，但两者不是成正比例，而成曲线关系。

即水量增加到一定程度之后（即纤维分的两倍）所得糖分增加极微（如下图）。

此外，渗透水加入蔗汁后，
要通过蒸发除去，能源消耗增多，非糖分进入糖汁也多。

近年来，压榨机效能都比较高，故渗透水量的公式为：渗透水量=1.5×f
即甘蔗纤维分的1.5倍。

（三）初压汁与混合汁纯度差
初压计为首座榨机前辊压出的蔗汁，而混合汁是末座榨机加入渗透水，逐座往前返，经反复压榨直至第二座的压出汁与首座压出汁混合而成，所以其浓度和PH比初压汁低，但温度均各高，停留时间较长，造成化学变化降低AP约0.5，微生物活动降低AP约1.0。

公式为：初压汁AP-混合汁AP≈1.5。

（四）澄清过程的加灰全氧化钙量
即从糖汁预灰到硫熏（或饱充）加灰中和所需的全CaO量。

碳酸法糖厂是在强碱性下进行反应，破坏还原糖和其它非糖分，在饱充过程CO2与Ca(HO)2生成CaCO3，经吸附而把它们除去，一般可除掉非糖分28～34%，所以加灰的全CaO量约对混合汁中非糖分的70～80%。

而亚硫酸法澄清是在中性情况下进行，保护还原糖，在硫熏中和时SO2与Ca(OH2)生成CaCO3↓，将非糖分吸附除去，其除去率仅达8～12%，故加灰全CaO量仅为碳法的10%。

公式：加灰CaO量=混合汁非糖分×7%～8%
设混合汁锤度度为B，纯度为P，所以非糖分B－BP=B（1-P）代入上式得
加灰全CaO量= B（1-P）×7%～8%
（五）总P2O5值的控制
CaO摩尔/ P2O5摩尔≈11.85（右巴系数）
设CaO质量为x，P2O5质量为y；则(x/56)÷(y/142)=11.85
整理得：142x=11.8×56y 所以y=0.214x
设混合汁非糖分为Ｎl，则加灰全CaO量=Ｎl×7%
代入总P2O5公式得：y=0.214×0.07Ｎl=0.015Ｎl
即0.015x混合计非糖分
也可表述为：y=0.015×B（1-P）
(六)硫熏强度
硫熏中和过程中，若SO2与CaO反应完全，则SO2摩尔= CaO摩尔，设SO2的质量为x；CaO质量为y；可得下式：
x/ SO2分子量=y/ CaO分子量；加灰全CaO量，在予灰过程中和混合汁的有机酸和加入的磷酸，约消耗30%，尚余70%与SO2反应。

而加灰含CaO量=Ｎl x0.07%～8%，则与SO2反应的CaO=0.07～0.08×0.07Ｎl=0.049～0.056Ｎl把它代入（1）式得：64×0.049～0.056Ｎ
l/56=0.056Ｎl～0.064Ｎl所得单位是（g/l）化为（mg/10ml）即1000/10=100。

最终公式为：硫熏强度=5.6Ｎl～6.4Ｎl
（七）预期废蜜纯度
废蜜纯度与物料中所含的还原糖和灰分有关，某些产甘蔗糖的国家或地区，根据他们的
统计数，推导出了一些经验公式，兹介绍与评述如下：
1、预期废蜜折光纯度=33.160－4.028(还原性物质/灰分)＋0.16或33.253～5.351(还原性物质/电导灰分)＋0.134（夏威公式）
2、预期废蜜真纯度=40.67－17.8 log(还原糖/灰分) （澳大利亚公式）
3、预期废蜜纯度=35.886－0.08088R＋0.26047A(爪哇公式)
R—还原糖%非糖分；A—硫酸灰分%非糖分
4、预期废蜜纯度=40－4×(还原糖/灰分) （留尼汪公式）
上述四套公式都与废蜜中的还原糖/灰分有关，但使用废蜜中的数据，已失去预期的意义，仅起到检验的作用而已。

笔者搜集了近年来十多家糖厂报表，经统计分析，提出适合我国使用的预期废蜜纯度公式：
50－5×[混合汁还原糖/(混合汁污染度×0.9)]
式中：50—我国丙羔的平均AP
5—常数，还原糖含量＜1.5时用，＞1.5时用4，因还原糖与废蜜AP关系是非线性的。

混合汁污杂度—（100－混合汁AP）/混合汁AP
0.9—亚法非糖分除去率8～12%平均取10%，尚有90%污杂物带到成糖工段。

本公式所用数据，糖厂日报上都有，不用专门测定灰分，经验证准确率达90%以上，而国外公式仅达85%，因为预期废蜜纯度公式，只考虑物料质量情况，未考虑煮炼设备能力，操作工技术水平，工作状况等条件，故有一定的误差是可以理解的。

（八）应控废蜜锤度
废蜜锤度的高低，会影响到废蜜纯度和产蜜量，要降低废蜜中的糖分损失，首先应控制好废蜜锤度。

可使用过饱和度公式来推算：
过饱和系数=非纯糖溶液的蔗糖溶解度/同温度下纯糖溶液的蔗糖溶解度
废蜜的过饱和系数一般控制在1.42，设废蜜锤度为B，纯度为P。

非纯糖溶液（废蜜）的蔗糖溶解度=B×P/（100－B）
查表得50℃时的纯糖溶液蔗糖溶解度为2.614。

代入得：1.42=[ B×P/（100－B）]/2.614
整理上式得应控废蜜锤度B=371/(P＋3.71)
（九）一次加热温度
一次加热的作用是抑制微生物的繁殖；促使胶体物的凝聚；促进硫熏中和时化学反应的进行。

一般控制在55～70℃，至于选用某一温度段，应以混合汁中还原糖含量来划分，避免温度过高而导致蔗糖的转化和还原糖的分解。

建议选用如下指标：
还原糖含量一次加热温度
0.3～1.0 65～70℃
1.0～
2.0 60～65℃
2.0～
3.0 55～60℃
（十）硫熏中和PH
中和PH值的高低对亚硫酸钙沉淀的生成，非糖分的清除和清汁中钙盐含量的高低都有影响。

如果中和PH太低，会使CaCO3沉淀不完全，且出现可溶性Ca(HSO3)2，糖汁中钙盐增加，易生积垢，并易引起蔗糖转化。

如中和PH过高，沉淀比较完全，非糖杂质除去也多，但会使还原糖破坏，糖汁色深。

所以中和PH的控制也应按还原糖含量分段选控。

还原糖含量中和PH值
0.3～1.0 7.2～7.4
1.0～
2.0 7.0～7.2
2.0～
3.0 6.8～7.0
三、计算示例
某些硫酸法甘蔗糖厂，混合锤度（B）17.5%，简纯度（P）84%，还原糖（Rs）0.74%，计算各项工艺条件。

1、混合汁非糖分（Ｎl）= B（1-P）=17.5(1-0.84)=2.8%
2、加灰全CaO=0.07～0.08Ｎl=2.8×7%或8%=0.196～0.224%
3、总磷酸（P2O5）值=0.015Ｎl=0.015×0.028=420mg/㎏
4、硫熏强度=5.6～6.4×Ｎl=5.6～6.4×2.8=15.68～17.92c.c
5、一次加热温度：可取62±2℃。

6、中和PH值：可取7.1～7.3。

7、预期废蜜纯度：
先计混合汁污杂度=(100-84)/84=0.19
代入公式得：50－5×[0.74/(0.19×0.9)]=50-21.64=28.36%，可取30%。

8、应控废蜜锤度=371/(P＋3.71)=3.71/4.01=92.5%.。