【專家視點】提高白糖質量的現實措施與研發方向

 白糖殘留二氧化硫問題  
 白糖色值問題 
 怎樣生產質量高而二氧化硫含量低的白糖 
 怎樣生產二氧化硫含量很低的白糖 
 不用二氧化硫的制糖工藝 
　　提高產品質量是企業的永恒課題。目前國內糖廠面對兩個重要的具體問題：
　　1、新的白糖質量國家標準對產品質量要求更高。上榨季一些糖廠未能適應，并由于去年部分地區嚴重干旱造成糖廠澄清比較困難，以至產品的一級品率下降，二級糖比例增大；糖廠要對產品規定“保質期”，而白糖在這段期間中質量有所降低，使問題更突出。
　　2、社會和食品衛生的發展趨勢，要求逐步降低白糖的殘留二氧化硫量。現在已有用戶要求白糖殘留二氧化硫低于10mg/kg或6mg/kg，甚至無二氧化硫。而國內大部分甘蔗糖廠使用亞硫酸法工藝，如何應對這種趨勢和要求？
　　對于白糖的各項質量指標，難度較大的是降低色值和二氧化硫，而這兩者經常是密切相關的。下面圍繞這些問題進行深入的分析研討。
　　一、白糖殘留二氧化硫問題
　　國內絕大多數甘蔗糖廠應用亞硫酸法工藝，以二氧化硫為主要的澄清劑和脫色劑。而且，近年來由于要求白糖的色值更低，多數糖廠的硫熏量逐漸提高。清汁和糖漿中難免含有相當數量的二氧化硫。即使碳酸法糖廠的清凈效果已相當好，還是要用硫漂，有時亦難達到一些食品廠的要求。
　　影響白糖中二氧化硫殘留量的首要因素是生產過程中加入的二氧化硫的數量。同時，它還受到甘蔗原料和生產過程中其他因素的重要影響，因而在基本相同的工藝流程和條件下，白糖殘留二氧化硫量也會有較大的差異。
　　二氧化硫在制糖過程中有多種作用，因而在很多甘蔗糖廠和甜菜糖廠中應用：
　　(1) 抑制蔗汁（或甜菜汁）中細菌和酶的活動。
　　(2) 將有色的有機物的雙鍵部分飽和，使它們的色澤變淺。
　　(3) 和石灰反應生成亞硫酸鈣沉淀，將多種雜質（包括色素）吸附一起沉淀除去。
　　(4) 清汁中的亞硫酸可以減輕蒸發過程中的美拉德反應，減少色澤加深。
　　(5) 將高價鐵化合物還原為低價鐵，防止低價鐵氧化成高價鐵，使鐵化合物顏色較淺。
　　(6) 白糖中的二氧化硫可以減慢酚類物和低價鐵被氧化的速度，減緩白糖變色。
　　制糖工藝要發揮二氧化硫有益的作用，又要防止白糖含二氧化硫過多，這是糖廠必須解決好的技術難題。
　　白糖中的二氧化硫來自蔗汁硫熏和糖漿硫熏。蔗汁硫熏加入的二氧化硫大部分在澄清過程中形成亞硫酸鈣沉淀而從濾泥排走，但也有少量存留在清汁中，其比例和澄清的工藝技術條件和操作管理有關。清汁中的二氧化硫在蒸發過程中部分隨汁汽揮發，另有部分被氧化（成為三氧化硫和硫酸鹽），但大部分是留在粗糖漿中。糖漿再次進行硫熏，其中的二氧化硫量增加。它們在煮煉過程中部分隨汁汽溢去，部分被氧化，但大部分是形成亞硫酸鈣沉淀和溶解性的亞硫酸氫鈣、以及亞硫酸與有機物的化合物，存留在糖膏內。它們會以不同的形式進入到白糖產品，如晶體生長時將少量母液包裹在晶體中、沉淀物微粒混雜在產品中等。在白糖晶體表面有缺陷及細晶體較多時，這些現象比較嚴重。
　　按目前的質量標準，白糖殘留二氧化硫偏高的主要原因是：
　　(1) 糖漿硫熏量偏大。
　　(2) 澄清處理不好，清汁殘留二氧化硫偏高。
　　(3) 濾汁質量差，增加了入罐清汁的二氧化硫量。
　　(4) 蔗糖結晶質量不好，晶體缺陷多和細晶粒多。
　　目前多數糖廠的糖漿硫熏用pH值來控制，這是不科學的。應當改為用糖漿中的二氧化硫量來控制，如同蔗汁硫熏那樣。因為糖漿pH值受到很多因素的復雜影響（甘蔗原料的成分、粗糖漿的pH值等），同一pH值下的糖漿含二氧化硫量會有較大的差別。因此，糖廠應當經常取硫熏前后的糖漿，用碘液滴定，測定它們的二氧化硫含量。因為糖漿顏色較深，可以只用5mL的樣本，加20～30mL蒸餾水稀釋，以便觀看滴定的終點。應當將這個分析項目作為車間崗位的常規工作。積累較多的數據，將硫熏糖漿的二氧化硫量和白糖二氧化硫量聯系起來，找出白糖二氧化硫量不超標的糖漿的極限硫熏量，據此進行操作控制。此值在不同糖廠和不同時期會有差異。通常，5mL硫熏糖漿消耗碘液不應超過4mL。
　　近年來一些糖廠白糖二氧化硫含量高是和設備有關的。有些糖廠將糖漿硫熏器的尾管加長，例如到6m，噴射器抽吸力很強，而且硫氣管道直徑大，閥門打開一點，硫熏已經過量。其實糖漿硫熏不應該用很長的尾管，一般3～4m已經足夠。過長是有害的。有上述情況的糖廠，應當在原有的硫氣閥旁邊裝直徑較小的旁路管和閥門，不用原有的閥門。要能夠靈活地調節糖漿硫熏量。
　　清汁中殘留二氧化硫偏高，是不少糖廠白糖二氧化硫高的重要原因。應當經常取澄清汁和濾清汁用碘液滴定，分析它們的二氧化硫量。這也是衡量澄清效果是否良好的一個重要標志。國內的亞硫酸法糖廠，較好者10mL澄清汁耗碘液低于3mL，中等的為3～4mL，較差的超過4mL，個別廠在澄清不正常時，此值會高于5mL。如果發現此值偏高，必須盡快找出原因，采取措施改進。
　　清汁中殘留SO2多，有時是由于甘蔗的質量不好，不新鮮，本身的酸度大，膠體物質多，以及石灰質量不好，影響亞硫酸與鈣反應不完全。但在很多情況下，是由于清汁pH偏低或波動大，使清汁中殘留大量溶解性的亞硫酸氫鈣。另一重要原因是二次加熱溫度偏低或波動大。糖廠必須加強對澄清技術條件的控制，力求適當和穩定，這是亞硫酸法工藝的極重要環節。在蔗汁質量良好（比較新鮮、純度較高、還原糖較少）的情況下，應當用偏高的清汁pH值，例如7.2～7.3，絕不要出現7.0以下。同時要盡可能穩定。二次加熱的溫度不可低于100℃。
　　近年發現，濾汁質量對白糖的二氧化硫含量有顯著影響，特別是無濾布吸濾機的濾汁回流到中和汁再處理，降低了澄清汁的質量。采用新的濾汁處理技術得到清亮的汁，入蒸發罐而不回流，可有效地降低白糖殘留二氧化硫量。多個糖廠應用這項技術有良好效果。
　　二、白糖色值問題
　　白糖中的色素主要是高分子量的多酚類物質和糖類分解（包括美拉德反應）產物以及它們與鐵的化合物。影響白糖色值的因素很多：甘蔗原料的情況、澄清處理、煮煉技術和產品保存等。糖廠的白糖色值偏高比較常見的原因有：
　　（1）甘蔗質量影響：如甘蔗夾雜物多（特別是蔗尾長）、不新鮮；品種不好、糖分和純度低；蔗區土壤含鐵量高；甘蔗施肥用硫酸銨，過量施加氮肥而少用磷肥；甘蔗生長條件不良，如遇到長期干旱或低溫霜凍等。
　　（2）澄清處理不好：燃硫設備或操作不好，生成三氧化硫；中和pH偏低或波動大，二次加熱溫度偏低或波動大；石灰和石灰乳質量不好；沉淀池停留時間長，泥汁積存多，pH下降大；吸濾機濾汁回流使部分非糖分復溶；蒸發設備偏大，對流不好，經過時間長，致使色值升高；糖漿硫熏pH偏低，使煮糖物料含鐵量不斷增加等。
　　（3） 煮煉系統：煮糖種子質量不好，晶粒不整齊；煮糖過程濃度波動大或洗砂過度，使晶體包藏母液多；煮甲糖過多用深色物料（洗蜜和回溶糖漿）；丙糖煮糖和分蜜操作不良，赤糖質量低，回溶糖漿質量差，無適當的處理。甲糖分蜜打汽溫度高，白糖冷卻設備與效果不良、裝包溫度高等。
　　糖廠應努力處理好這些問題。如果白糖色值還是偏高，應當改進糖漿的處理（如應用新的高效糖漿磷浮工藝），采用新的濾汁處理和回溶糖漿處理技術。同時要密切注意糖漿的SO2量和pH值，減少煮煉長過程中對鐵器的腐蝕。以及將煮煉的部分重要設備表面噴鋁，降低物料含鐵量。 
　　三、怎樣生產質量高而二氧化硫含量低的白糖
　　從近年的發展趨勢來看，食品衛生管理部門和主要的用糖大戶，對白糖中殘留二氧化硫量的要求越來越嚴格。例如在國際白糖質量標準（Codex）中，新版(1999年)對比舊版(1981年)，A級白糖的指標絕大部分沒有改變，只有將SO2量由原來的20mg/kg降低到15mg/kg。一些大型飲料廠和食品廠，對白糖的其他指標（例如色值）的要求不很嚴格，而對SO2量則特別重視。有些用糖戶要求白糖二氧化硫殘留量低于10mg/kg，亞硫酸法糖廠怎樣才能生產出這樣的產品？
　　根據現有的知識和經驗，原來基礎較好的糖廠，通過一定的努力和技術改造就可以做到。首先要認真搞好澄清處理，這是前提。技改方面以三個環節為重點：一是糖漿用新的磷浮處理并大幅度提高其脫色效果，得到高質量的淺色糖漿，取消糖漿硫熏；二是濾汁處理，得到清晰而較淺色的濾清汁；三是赤糖回溶糖漿處理，要大幅度除去其中的深色物質和膠體物質。這些處理需要應用高效快速的分離（氣浮或沉降）技術和適當使用清凈脫色劑。三個項目可以分期進行，每搞好一項都會有顯著的效果。
　　要通過這些技術措施來提高糖液的質量，改變過去單純依靠二氧化硫和石灰的狀況。要用新的方法使各種物料的色值降低20％～30％，同時相應減少使用硫磺的數量。雖然清凈劑的價格高于硫磺（硫磺和石灰確實是最便宜的糖廠澄清劑），但要生產高質量的產品，成本難免增加一些。上述的技改會使生產流程復雜化，但是對比碳酸法還是簡單得多。如果和甜菜糖廠的澄清處理（多次全汁或全糖漿過濾）相比，或者和“兩步法”（將糖回溶再清凈煮煉）相比，就簡單得更多。亞硫酸法糖廠習慣了流程簡單和用最便宜的硫磺石灰，這種狀況已經有一個世紀，需要逐步改進提高了。我們應該把對產品質量的“壓力”轉化為改進工藝技術的動力。
 
　　四、怎樣生產二氧化硫含量很低的白糖
　　一些大型飲料廠要求所用的白糖含二氧化硫量低于6mg/kg，碳酸法糖廠也難以做到這點。亞硫酸法糖廠有沒有這種可能？
　　如果用傳統的工藝，這可以說是“天方夜譚”。但只要很好運用新的技術，也完全能夠實現這點。而且技術都基本成熟，難度不大，只是成本略高一些（接近碳酸法）。
　　首先是應用上述的方法，搞好糖漿處理、濾汁處理和回溶糖漿處理，并降低蔗汁硫熏強度。在此基礎上，在糖漿中加入氧化劑如臭氧或過氧化氫，進一步將有色物氧化和分解，并將糖漿中的二氧化硫大部分氧化除去。國內外都對糖漿用氧化劑處理進行過大量的研究工作，它沒有副作用，流程簡單，效果明顯。應用這些措施可以將白糖二氧化硫降低到 5 mg/kg以下。
　　五、不用二氧化硫的制糖工藝
　　有一些用糖單位要求白糖不含二氧化硫。國外用“兩步法”的糖廠的生產過程也不用二氧化硫。能否不用“兩步法”又不用二氧化硫生產品質優良的白糖呢？
　　我們對這個問題已經進行了幾年的很大量的研究工作，可以走自己的技術創新之路，解決這個國際性的難題。而且，工藝流程、設備和成本肯定要比"兩步法"簡單和節省很多。我們可以不走國外常規的"兩步法"的老路。
　　這個新工藝是先將混合汁經過低溫磷浮法處理，除去汁中絕大部分不溶物和部分其他膠體雜質，得到的浮清汁再用高效清凈劑和活性炭進一步澄清脫色。
　　低溫磷浮法是將混合汁在50～60℃下加入磷酸、石灰乳和充氣、加絮凝劑，將蔗汁中絕大部分不溶性的雜質和部分色素、膠體等凝聚在一起，通過氣浮分離法除去，得多基本清亮的浮清汁。這種新工藝已經在南寧糖紙廠等三個大糖廠生產上應用了較長時間，它的主要優點是可以除去大量的有機膠體物質，如除去蔗蠟和淀粉80％～95％，除去蛋白質約60％，以及可溶性硅化合物約35％，純度比混合汁提高1～1.5度，這就為其后的澄清處理提供了很好的原料和基礎。廣西自治區經貿委在2002年組織了多位高級專家對此項新技術進行了鑒定，肯定了它“對治理碳酸法糖廠的濾泥嚴重污染問題提供了一種好的解決方法，有良好的社會效益和顯著的環保效益”。后來只是由于成本略為增加，沒有繼續使用。
　　上項得到的浮清汁加入高效清凈劑，主要作用是除去分子量較高的帶電的色素和膠體等雜質。隨后再加入活性炭，主要作用是除去分子量較低的不帶電的色素。兩者的功能有良好的互補性，可以將蔗汁中的有害雜質大部分除去，得到淺色高質量的蔗汁。
　　這三項都是成熟而現實的技術。將它們有機地結合起來成為新的“集成技術”，就可以實現不用二氧化硫的制糖工藝。應用這些技術沒有大的風險，隨時可以實施。
　　這種方法生產的白糖，全面質量指標都比較高，如色值低于80或60IU，這要根據實際需要而定，同時要考慮生產成本。初步估算，它的生產成本會略高于碳酸法，但沒有碳酸法的濾泥污染問題，省去了處理濾泥污染的大量費用，經濟上還是合算的。更重要的是它有良好的社會效益和環境效益。（完）