四川萬(wàn)原能種植甘蔗嗎

【專家解說(shuō)】：甘蔗制糖
cane sugar manufacturing

以甘蔗為原料，經(jīng)提汁、清凈、蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜和干燥等工序制成白砂糖、粗糖等產(chǎn)品的過(guò)程。甘蔗特性、蔗汁的化學(xué)成分及性質(zhì)，對(duì)制糖工藝影響甚大，是選擇生產(chǎn)方法及工藝條件的依據(jù)。
甘蔗是禾本科植物，生長(zhǎng)在熱帶和亞熱帶。廣泛分布種植在從北緯34°至南緯31°的范圍，遍布80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。全世界每年甘蔗種植面積約1583萬(wàn)公頃。甘蔗生長(zhǎng)期為10～16個(gè)月，長(zhǎng)的達(dá)18～24個(gè)月。每公頃產(chǎn)蔗量隨生產(chǎn)期延長(zhǎng)而增高。美國(guó)的夏威夷單產(chǎn)最高，每公頃產(chǎn)蔗量為 207噸。甘蔗種植面積和產(chǎn)量最多的是印度和巴西。
中國(guó)種植甘蔗的省(區(qū))有14個(gè)，以廣東、廣西、臺(tái)灣、云南、福建等為主，其次有海南、四川、江西、湖南、浙江、貴州、湖北、河南和陜西等省。全國(guó)甘蔗種植面積約90萬(wàn)公頃（含臺(tái)灣省7.5萬(wàn)公頃）,每公頃平均產(chǎn)蔗量51噸，其中以臺(tái)灣省和福建省最高，分別為75噸和72噸。
甘蔗的化學(xué)成分隨品種、土壤、氣候、成熟程度等的不同而變化甚大。成熟的甘蔗水分為70～77％，蔗糖分12～18％,纖維分9.5～12.0％,無(wú)機(jī)物0.5～1.4％,非糖分0.7～1.0％。
甘蔗作為制糖原料，既要有足夠的蔗源以滿足糖廠生產(chǎn)，同時(shí)要求蔗莖的蔗糖分和纖維分較高，非糖分要低。甘蔗的蔗糖分隨生長(zhǎng)期而逐漸提高，成熟時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，然后逐漸下降。甘蔗一經(jīng)收獲，便開(kāi)始失水減輕重量，蔗糖逐漸轉(zhuǎn)化為還原糖，從而使純度下降。在干燥和高溫條件下更易轉(zhuǎn)化。因此，甘蔗不能貯存，應(yīng)盡快送糖廠加工，以收獲后不超過(guò)2天即加工為宜。
甘蔗制糖工序包括提汁、清凈、蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜和干燥。后 4道工序的工藝技術(shù)與甜菜制糖的基本相同（見(jiàn)）。
提汁 從甘蔗提取蔗汁的方法有壓榨法與滲出法。壓榨法是對(duì)甘蔗通過(guò)預(yù)處理和壓榨設(shè)備與滲浸系統(tǒng)相配合提取蔗汁的方法。滲出法是甘蔗經(jīng)預(yù)處理破碎，通過(guò)滲出設(shè)備和采用一定的流汁系統(tǒng)，蔗料經(jīng)水和稀糖汁淋滲，使甘蔗糖分不斷被浸瀝而洗出的方法。
甘蔗壓榨法 壓榨提汁原理主要是將甘蔗斬切成絲狀與片狀的蔗料，入壓榨機(jī)，使充滿蔗汁的甘蔗細(xì)胞的細(xì)胞壁受到壓榨機(jī)輥和油壓的壓力而破裂，蔗料被壓縮，細(xì)胞被壓扁的同時(shí)排出蔗汁；借助于滲浸系統(tǒng)將從壓榨機(jī)排出、開(kāi)始膨脹的蔗渣進(jìn)行加水或稀汁滲浸，以稀釋細(xì)胞內(nèi)的糖分，提取更多的蔗汁。
圖1[ 壓榨法生產(chǎn)流程]是壓榨法一般采用的生產(chǎn)流程。蔗料相繼通過(guò)幾座三輥壓榨機(jī)被多次壓榨。在蔗料進(jìn)入末座壓榨機(jī)之前加水滲浸。加入的水稱滲浸水，一般用量為甘蔗量的15～25％。從末座榨出的汁稱末座榨出汁，它隨即被泵入前一座壓榨機(jī)作為滲浸液，滲浸進(jìn)入該座壓榨機(jī)的蔗料，所榨出的稀汁再作前一座壓榨機(jī)的滲浸液，如此直至第二座壓榨機(jī)，這就是糖廠普遍使用的復(fù)式滲浸法。由第一座及第二座壓榨機(jī)壓出的汁合并成混合汁，送清凈處理。從末座壓榨機(jī)排出的蔗料稱為蔗渣。蔗渣中水分為45～50％，糖分1～4％，纖維分45～52％，可溶性固體物1.5～6％。蔗渣送鍋爐作燃料，或另作其他工業(yè)原料。衡量提汁方法的提糖效率用糖分抽出率，其定義為從甘蔗中已被提取的蔗糖對(duì)甘蔗中蔗糖的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。甘蔗糖廠糖分抽出率在92～97％之間。
壓榨提汁主要設(shè)備包括切蔗機(jī)、壓榨機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置、滲浸系統(tǒng)及相應(yīng)的輸送設(shè)備。切蔗機(jī)由蔗刀及驅(qū)動(dòng)裝置組成。壓榨機(jī)由 3個(gè)輥?zhàn)蛹皺C(jī)架構(gòu)成。三輥壓榨機(jī)的輥被裝嵌成三角形，視其所處位置分別稱為頂輥、前輥和后輥。頂輥與前、后輥間有一定的間隙。 3個(gè)輥的軸端帶有傳動(dòng)齒，由原動(dòng)機(jī)如電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)或蒸汽機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)頂輥,從而使3個(gè)榨輥以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
甘蔗糖廠生產(chǎn)能力，以糖廠每日壓榨甘蔗噸數(shù)來(lái)表示。處理甘蔗的能力與壓榨機(jī)座數(shù)、甘蔗破碎度、壓榨輥直徑與長(zhǎng)度、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、甘蔗纖維分和對(duì)糖分抽出的要求等因素有關(guān)。通常，糖廠采用4～6座壓榨機(jī)組成一壓榨機(jī)列。亦有采用2列、3列，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。
蔗汁的化學(xué)成分，隨甘蔗的化學(xué)成分、甘蔗收獲后存放時(shí)間和環(huán)境等不同而變化。表1 [蔗汁成分]為蔗汁化學(xué)成分。表2[ 中國(guó)廣東珠江三角洲幾家糖廠混合汁成分(％)]所列是中國(guó)廣東珠江三角洲幾家甘蔗糖廠混合汁的化學(xué)成分及其變化范圍。
80年代后期以來(lái)，甘蔗提汁技術(shù)一方面傾向于加強(qiáng)甘蔗預(yù)處理，使破碎度提高到70～80％；注重采用高位入料槽，或者采用壓力入料輥（又稱齒狀入料輥）兩個(gè)與傳統(tǒng)的三輥壓榨機(jī)組成五輥壓榨機(jī)，以強(qiáng)化壓榨機(jī)的入料，并進(jìn)行預(yù)壓縮，從而提高壓榨機(jī)生產(chǎn)能力；另方面在滲浸工藝上，又在復(fù)式滲浸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用壓榨機(jī)出來(lái)的稀汁的大部分回流本座壓榨機(jī)，使在不增加滲浸水量的前提下增加滲浸液量，使蔗渣含液量達(dá)到飽和，呈飽和滲浸，充分滲浸與稀釋蔗料的殘留糖分，達(dá)到進(jìn)一步提高糖分抽出的目的。
壓榨法耗用鋼材與電力較多，但它具有的處理甘蔗能力適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)管理方便和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，使之迄今仍是甘蔗提汁的主要方法。
甘蔗滲出法 甘蔗滲出法的基本原理是利用甘蔗細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁之間有一層細(xì)胞質(zhì)膜，對(duì)細(xì)胞外面的物質(zhì)能起選擇吸收的滲透作用。因此，可以應(yīng)用固―液萃取的浸瀝操作，通過(guò)洗滌、稀釋、浸透和擴(kuò)散作用把甘蔗中蔗糖分子轉(zhuǎn)移于滲出汁中，達(dá)到提取糖分的目的。
甘蔗滲出法提汁工藝主要包括甘蔗預(yù)處理、糖分滲出和濕蔗渣脫水。滲出工藝又可分成兩類：一類是蔗絲滲出,甘蔗經(jīng)預(yù)處理成蔗絲后進(jìn)入滲出器,經(jīng)滲出水和稀汁滲浸得滲出汁；一類是蔗渣滲出，是甘蔗預(yù)處理后的蔗絲先經(jīng)一臺(tái)壓榨機(jī)，榨取相當(dāng)于甘蔗含糖的60～80％的原蔗汁后,再進(jìn)入滲出器作進(jìn)一步的滲出提汁,壓榨出原蔗汁與滲出汁合并成混合汁送清凈處理。從滲出器出來(lái)的蔗料稱濕蔗渣,水分約85％,入脫水設(shè)備脫水，將水分降至50％以下，送鍋爐作燃料或作其他工業(yè)原料。脫水設(shè)備所得稀汁稱脫水汁，通常經(jīng)加入磷酸、石灰和加熱等化學(xué)、物理方法清凈處理，清汁導(dǎo)回滲出器以助萃取和多回收糖分。滲出法糖分抽出率與壓榨法大體相同。
甘蔗預(yù)處理工藝要求的甘蔗破碎度，對(duì)蔗渣滲出法為75～80％,對(duì)蔗絲滲出法達(dá)到85～90％,蔗絲幼細(xì)、片狀,蔗屑不應(yīng)過(guò)多,以利于更有效地滲出甘蔗糖分。預(yù)處理設(shè)備常用撕裂機(jī)或重錘式撕裂機(jī)，切蔗機(jī)或其組合設(shè)備。脫水設(shè)備多用三輥壓榨機(jī)。滲出器有多種形式，主要有Silver型、BMA型、De Smet型、DdS型和Saturne型等。不同形式的滲出器各具特點(diǎn)，但工藝效果大致相同。各種滲出器都具有使蔗料連續(xù)向前移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)推前的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件、分級(jí)滲淋系統(tǒng)。預(yù)處理的蔗料送入滲出器的一端，在另一端加入約甘蔗量25％的滲出水，以滲淋萃取糖分，并從此端排出濕蔗渣。借助多級(jí)滲淋系統(tǒng)，使蔗料與萃取液經(jīng)受多級(jí)逆流滲濾，滲出汁自入蔗料端排出。滲淋系統(tǒng)級(jí)數(shù)，蔗絲滲出用12～18級(jí)，滲出時(shí)間20～35分鐘；蔗渣滲出用8～12級(jí),滲出時(shí)間16～26分鐘。滲出溫度是通過(guò)加熱滲淋稀汁，使維持滲出器內(nèi)熱裂區(qū)滲出汁溫度在80～90℃，最終滲出汁溫度在50～65℃。影響滲出糖分抽出效率的主要因素，是甘蔗破碎度、滲出溫度、時(shí)間和滲出水加入量。滲出器生產(chǎn)能力主要取決于它的規(guī)范尺寸和流過(guò)蔗料層的蔗汁流速。而影響蔗汁流過(guò)蔗料層速度的因素是甘蔗質(zhì)量、預(yù)處理破碎度、蔗料層厚度、脫水汁質(zhì)量和滲出溫度。
滲出提汁法具有省鋼材、省動(dòng)力、省投資、省維修費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。但技術(shù)管理要求較高，耗用蒸汽較多。
清凈 借助清凈劑和加熱所起的化學(xué)和物理化學(xué)作用，并通過(guò)固液分離方法，盡可能除去混合汁中影響蔗糖結(jié)晶的各種非糖物質(zhì)，獲得色值較低、清晰、較純凈的清凈汁。
甘蔗制糖方法是以清凈過(guò)程中使用的主要清凈劑來(lái)命名。目前，各產(chǎn)糖國(guó)家用甘蔗生產(chǎn)白砂糖、粗糖的通用清凈方法主要有亞硫酸法、石灰法和碳酸法。
亞硫酸法 采用石灰和二氧化硫?yàn)橹饕鍍魟??；旌现?jīng)預(yù)灰(圖2[ 亞硫酸法工藝流程])、一次加熱、硫熏中和、二次加熱后入沉降器,分離出清凈汁和泥汁泥汁經(jīng)過(guò)濾得濾清汁，它與清凈汁混合再經(jīng)加熱、多效蒸發(fā)成糖漿，再經(jīng)糖漿硫熏得清糖漿作結(jié)晶原料。
圖2[ 亞硫酸法工藝流程]中，硫熏強(qiáng)度為蔗汁吸收SO量的指標(biāo),一般用碘滴定法，以10毫升硫熏汁消耗的N/32碘液毫升數(shù)表示。
亞硫酸法工藝原理主要是利用亞硫酸離子與鈣離子反應(yīng)生成亞硫酸鈣粒子，吸附蔗汁中的色素；加熱凝聚膠體物質(zhì)與加速沉降；調(diào)節(jié)中和pH值而達(dá)到某些非糖物的凝聚點(diǎn)而生成沉淀等化學(xué)和物理化學(xué)的作用以達(dá)到清凈的目的。預(yù)灰與一次加熱對(duì)蔗汁中微生物的繁殖亦會(huì)起到抑制的作用。
亞硫酸具還原性，是一種漂白劑。它把色素暫時(shí)還原成無(wú)色物質(zhì)，當(dāng)與空氣長(zhǎng)期接觸又會(huì)漸漸呈色。這就是亞硫酸法制得的白砂糖放置時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)變黃的原因之一。
蔗糖在酸性條件下會(huì)水解成葡萄糖與果糖等分子混合物，稱為轉(zhuǎn)化糖。由于其具還原性，制糖工業(yè)又稱之為還原糖。還原糖在酸性溶液中穩(wěn)定，在堿性溶液中當(dāng)溫度較高時(shí)則迅速分解，生成有機(jī)酸如己糖二酸、葡萄糖酸等及深色的絡(luò)合物。這些物質(zhì)不易除去。深色的絡(luò)合物還影響產(chǎn)品色值。糖漿硫熏控制調(diào)節(jié)其pH值，是為了防止結(jié)晶時(shí)還原糖分解，增加色值，并利用亞硫酸的漂白作用降低色值和粘度。
硫熏中和過(guò)程的二氧化硫是借燃硫爐燃燒硫磺時(shí)生成。氣態(tài)二氧化硫由類似水噴射式真空抽吸器的多噴嘴立式管道硫熏中和器抽入。在管道內(nèi)與作噴射的蔗汁充分接觸，反應(yīng)生成亞硫酸。同時(shí)，在該器尾管及儲(chǔ)汁箱分幾點(diǎn)加入石灰與之中和，從而完成硫熏中和工藝過(guò)程。
加熱設(shè)備大多采用多程列管式加熱器。泥汁過(guò)濾普遍采用轉(zhuǎn)鼓式真空吸濾機(jī)，亦有采用通用的板框式壓濾機(jī)。帶攪拌連續(xù)沉降器（又稱Dorr式沉降器）是沉降分離設(shè)備之一。它以隔板分成4或5層，頂層為凝聚層，底層為泥汁增濃層，中間幾層為沉降層。清凈汁主要從各沉降層放出。泥汁借助于該器中心軸慢慢帶動(dòng)它的泥汁耙，使之流向底層而放出，達(dá)到沉降分離的目的。
在亞硫酸法流程中，通常還用磷酸作輔助清凈劑。它與石灰作用形成絮凝狀的沉淀。它對(duì)部分非糖物和色素具有較強(qiáng)的吸附作用。制糖工業(yè)界普遍認(rèn)為，混合汁中含有效五氧化二磷300～400ppm,清凈可獲良好的效果。
近十年來(lái)，糖廠廣泛使用一種能起絮凝作用的人工合成的聚合電解質(zhì)，又稱絮凝劑。它是一類高分子化合物。常用的有聚丙烯酰胺,分子量在200萬(wàn)到2000萬(wàn)左右。它的用量極少,幾個(gè)ppm便足以促使粒子聚成粗大的絮狀團(tuán)粒，加速沉降及過(guò)濾。
在亞硫酸法流程的基礎(chǔ)上,應(yīng)用絮凝劑,利用蔗汁在堿性條件下能大量析出膠體、色素和部分無(wú)機(jī)鹽，采用以氣浮分離技術(shù)先使凝聚的粒子上浮而除去大部分非糖物，然后將它的堿性清汁用磷酸中和后入沉降器的新工藝。所得清凈汁的色值比原亞硫酸法降低30～40％，從而提高白砂糖質(zhì)量。利用氣浮分離技術(shù)，對(duì)亞硫酸法糖漿進(jìn)行清凈處理，同樣可達(dá)到改善糖漿質(zhì)量，提高白砂糖質(zhì)量的目的。
石灰法 以石灰為主要清凈劑。將混合汁預(yù)灰至pH6.4，加熱至60℃,然后加灰中和至pH7.6～8.0，再加熱至100～102℃，入沉降器分離出清凈汁與泥汁。泥汁過(guò)濾得濾清汁與清凈汁混合，經(jīng)多效蒸發(fā)得糖漿以供結(jié)晶用。
石灰法流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，只靠加灰中和蔗汁生成較少量的沉淀物與加熱的凝聚作用，清凈過(guò)程除去的非糖物和色素較少，適用于生產(chǎn)粗糖。
碳酸法 以石灰和二氧化碳為主要清凈劑的蔗汁清凈法。其工藝流程（圖3[碳酸法工藝流程]）為:混合汁經(jīng)一次加熱、預(yù)灰，然后在加入過(guò)量的石灰乳的同時(shí)通入二氧化碳進(jìn)行一次碳酸飽充,使產(chǎn)生大量鈣鹽沉淀,隨即加熱、過(guò)濾得一碳清汁，再經(jīng)第二次碳酸飽充，然后加熱、過(guò)濾，得二碳清汁，又經(jīng)硫熏、加熱、蒸發(fā)成糖漿。然后進(jìn)行硫漂使pH降至5.8～6.4，供結(jié)晶之用。
碳酸法工藝原理主要是利用一碳飽充過(guò)程反應(yīng)生成的大量碳酸鈣粒子對(duì)膠體、色素及其他非糖分的良好吸附作用,達(dá)到降低色值和提高清汁純度的目的但由于蔗汁含還原糖較多,為了避免在高溫,強(qiáng)堿條件下分解，一碳加石灰量為蔗汁的1.5～2.0％，一碳適宜的pH為10.5～11,相當(dāng)于0.03～0.05克CaO/100ml的飽充堿度。隨后的二碳飽充控制pH為8.0～8.4二碳飽充是通過(guò)進(jìn)入CO，盡可能完全地沉淀溶解在一碳清汁中的石灰和鈣鹽，并吸附部分雜質(zhì)和色素，進(jìn)一步提高清凈汁的質(zhì)量。
二碳清汁通入SO,是使清汁在接近中性的條件下蒸發(fā)成糖漿，以避免還原糖的破壞而增加色值，同時(shí)糖漿粘度也得到降低。這一工藝作用不能以在二碳飽充時(shí)通入過(guò)量的CO來(lái)達(dá)到,因?yàn)檫@樣會(huì)增加鈣鹽含量和影響清凈效果。
碳酸法糖廠均備有石灰窯，石灰石在窯中煅燒產(chǎn)生的CO和CaO供該法生產(chǎn)工藝所需。
碳酸法的清凈效果優(yōu)于亞硫酸法，產(chǎn)品質(zhì)量較好。但清凈耗用物料較多，成本較高，且濾泥處理比較困難。碳酸法工藝流程比亞硫酸法復(fù)雜，操作技術(shù)要求較高。