对提高亚硫酸法白砂糖质量的探讨

1 论文提要 亚硫酸法生产白糖的质量主要问题是色值和二氧化硫含量偏高 我国从 2006 年起规定一级白糖色值低于 150IU 二氧化硫含量 不高于 30mg kg 许多亚硫酸法糖厂为了提高一级糖产率 加强提 高了二氧化硫硫熏强度 结果又导致二氧化硫含量偏高 按照新的 国家标准 亚硫酸法糖厂要达到全产百分之百一级白砂糖 其对制 炼工艺治理的技术要求是相当高的 尤其加强澄清工艺治理对生产 一级白砂糖具有相当重要的作用 由于澄清工艺是制炼生产中第一 道工序 它所生产出来的滤 清汁的质量好坏对后序蒸发 煮糖起 着至关重要的作用 因此 本文着重讨论影响澄清工艺的因素和加 强澄清工艺的治理 对治理澄清工艺 提高亚硫酸法白糖质量的探讨 我国从 2006 年起规定一级白糖色值低于 150IU 二氧化硫含量 不高于 30mg kg 饮料工业用糖更严格 要求二氧化硫含量不高于 15mg kg 对于现行的亚硫酸法工艺来说 原来处在 151IU 170IU 范 围内的一级糖都将成为二级糖 特别是碰到严重干旱时会造成糖 2 厂澄清比较困难 以至产品的一级品率下降 二级品率比例增大 同时社会和食品卫生的发展趋势 要求逐步降低白砂糖的残留二 氧化硫含量 现在已有 有用户要求白砂糖残留二氧化硫低于 10mg kg 甚至无二氧化硫 这对 广大亚硫酸法工艺 糖厂使用 来说是一个挑战 亚硫酸法澄清技术在白糖生产工业中是一种 典型的蔗汁与糖浆清净脱色方法 由于该法具有设备较少 工艺 流程比较简单 管理方便等特点 所以 这种澄清技术在我国制 糖工业中得到比较广泛的应用 在新标准出台后 许多亚硫酸 法糖厂都把提高一级糖产率 降低色值和二氧化硫含量作为最重要 的治理目标 本文就 围绕如何提高 亚硫酸法白糖质量 进行分析 探讨 一 亚硫酸法白糖 色值和 二氧化硫超标的问题成因分析 现行的亚硫酸法糖厂生产的白糖的蔗糖分都能达到产品理化 指标的要求 只是非糖分指标无法达到要求 生产的白砂糖色值 可达 150IU 左右 高时甚至超过200IU 新的白砂糖质量国家 标准对于亚硫酸法糖厂来说 意味着原来处在 151IU 170IU 范围内 的一级糖都将成为二级糖 许多亚硫酸法糖厂为了提高一级糖产率 加强提高了二氧化硫硫熏强度 结果又导致二氧化硫含量偏高 显 然 要提高亚硫酸法糖白砂糖的质量 势必要降低产品色值 和二氧化硫的含量 按照新标准 亚硫酸法糖厂要达到全产百分之 百一级白砂糖 其对制炼工艺治理的技术要求是相当高的 尤其加 强澄清工艺治理对生产一级白砂糖具有相当重要的作用 由于澄清 3 工艺是制炼生产中第一道工序 它所生产出来的滤 清汁的质量好 坏降低产品色值和 二氧化硫的含量有相当重要的作用 要降低产 品色值和 二氧化硫的含量就必须从澄清工艺抓起 一 澄清工序包括将甘蔗混合汁加磷酸 预灰 一次加热 55 65 通二氧化硫气体 加石灰乳中和到 pH 6 8 7 2 二 次加热 98 102 沉降池 清汁与泥汁分离 滤 清汁等过程 该澄清工艺通过二氧化硫脱色和磷酸的辅助脱色作用达到澄清效果 二 二氧化硫在制糖过程中作用 1 抑制蔗汁中细菌和酶的活动 2 将有色的有机物的双键部分饱和 使它们的色泽变浅 3 和石灰反应生成亚硫酸钙沉淀 将多种杂质 包括色素 吸附一起沉淀除去 4 清汁中的亚硫酸可以减轻蒸发过程中的美拉德反应 减少 色泽加深 5 将高价铁化合物还原为低价铁 防止低价铁氧化成高价铁 使铁化合物颜色较浅 6 白糖中的二氧化硫可以减慢酚类物和低价铁被氧化的速 度 减缓白糖变色 不难看出 白糖中的二氧化硫来自蔗汁硫熏和糖浆硫熏 蔗 汁硫熏加入的二氧化硫大部分在澄清过程中形成亚硫酸钙沉淀而从 滤泥排走 但也有少量存留在清汁中 其比例和澄清的工艺技术条 4 件和操作管理有关 清汁中的二氧化硫在蒸发过程中部分随汁汽挥 发 另有部分被氧化 成为三氧化硫和硫酸盐 但大部分是留在 粗糖浆中 糖浆再次进行硫熏 其中的二氧化硫量增加 它们在煮 炼过程中部分随汁汽溢去 部分被氧化 但大部分是形成亚硫酸钙 沉淀和溶解性的亚硫酸氢钙 以及亚硫酸与有机物的化合物 存留 在糖膏内 它们会以不同的形式进入到白糖产品 如晶体生长时将 少量母液包裹在晶体中 沉淀物微粒混杂在产品中等 在白糖晶体 表面有缺陷及细晶体较多时 这些现象比较严重 制糖工艺要发挥二氧化硫有益的作用 又要防止白糖含二氧化 硫过多 这是澄清工序 必须解决好的技术难题 三 影响澄清效果的主要因素为如下几个方面 1 当二氧化硫燃烧不稳定 甘蔗榨量不稳定时 则会导致二氧 化硫用量偏高或偏低 并会造成中和 pH 波动较大 严重影响滤 清 汁质量 2 近年来 亚硫酸法工艺向高硫熏 高灰 高磷三高方向变化 不仅造成白砂糖含硫升高 灰份增大 而且生产成本增大 有些厂 为了降低成品二氧化硫含量 采取降低硫熏强度而加大磷酸用量 结果造成沉降困难 滤泥量大 严重时也会使滤汁色值加深 3 过度预灰 为了减少蔗糖转化 调高混合汁的预灰 pH 值 其结果也使得滤清汁色值升高 笔者做过研究 混合汁 pH 值一般在 5 4 5 6 之间 而预灰 pH 值每升高一个单位 经过一次加热后的滤 5 清汁色值会升高 10 左右 与不预灰有显著差异 而这部份的色素主 要是可溶性酚盐 后续过程难以除掉 4 硫熏强度和中和 pH 值 根据对硫磺消耗情况的调查发现 硫熏工艺指标大多数达不到规定要求 而岗位操作记录几乎都达到 要求 硫磺消耗没有严格的交接制度和准确的消耗定额 这一现象 反映出对燃硫岗位治理的疏忽 由于硫熏强度达不到规定要求 直 接影响了滤 清汁的脱色效果和白砂糖色值 中和 pH 值各厂都比较 重视 但不同品质 不同浓度的石灰乳对沉降后的滤 清汁的 pH 值 及色值影响很大 通常石灰乳浓度大 有效氧化钙含量偏低会影响 硫熏及中和反应的效果 导致滤 清汁的 pH 值升高及色值增加 5 滤汁回流的影响 用无滤布吸滤机使滤汁通常回流到混合汁 中进行再循环处理 这一流程过去在原料蔗质量好的情况下对清汁 的质量和白砂糖的色值影响不大 但在新国标要求下 这一流程不 再适应生产低色值 低二氧化硫含量白砂糖的要求 尤其在原料蔗 质量不好的情况下 滤汁更不应回流处理 7 加热温度的影响 加热温度尤其是二次加热温度的稳定与否 关系到澄清效率的高低 二次加热温度必须稳定在 98 105 才能获 得好的澄清效果 温度低于 98 则泥汁和胶体易于水化 沉降速度 慢 浊度高 澄清效果差 目前用 pH 值来控制糖浆硫熏是不科学的 应当改为用糖浆中的 二氧化硫量来控制 如同蔗汁硫熏那样 因为糖浆 pH 值受到很多因 素的复杂影响 甘蔗原料的成分 粗糖浆的 pH 值等 同一 pH 值 6 下的糖浆含二氧化硫量会有较大的差别 因此 应当经常取硫熏前 后的糖浆 用碘液滴定 测定它们的二氧化硫含量 因为糖浆颜色 较深 可以只用 5mL 的样本 加 20 30mL 蒸馏水稀释 以便观看滴 定的终点 应当将这个分析项目作为车间岗位的常规工作 积累较 多的数据 将硫熏糖浆的二氧化硫量和白糖二氧化硫量联系起来 找出白糖二氧化硫量不超标的糖浆的极限硫熏量 据此进行操作控 制 此值在不同时期会有差异 通常 5mL 硫熏糖浆消耗碘液不应 超过 4mL 这也是衡量澄清效果是否良好的一个重要标志 清汁较 好者 10mL 澄清汁耗碘液低于 3mL 中等的为 3 4mL 较差的超过 4mL 个别清汁在澄清不正常时 此值会高于 5mL 如果发现此值偏 高 必须尽快找出原因 采取措施改进 清汁中残留二氧化硫多 有时是由于甘蔗的质量不好 不新鲜 本身的酸度大 胶体物质多 以及石灰质量不好 影响亚硫酸与钙 反应不完全 但在很多情况下 是由于清汁 pH 偏低或波动大 使清 汁中残留大量溶解性的亚硫酸氢钙 另一重要原因是二次加热温度 偏低或波动大 必须加强对澄清技术条件的控制 力求适当和稳定 这是亚硫酸法工艺的极重要环节 在蔗汁质量良好的情况下 应当 用偏高的清汁 pH 值 例如 7 2 7 3 绝不要出现 7 0 以下 同时 要尽可能稳定 二次加热的温度不可低于 100 二 治理澄清工艺提高亚硫酸法白糖质量的方法探讨 一 采用仪器仪表自动检验 记录和控制 澄清工序 7 澄清工艺治理重点是工艺指标控制要准确 如硫熏强度 预灰 及中和 pH 值 一 二次加热温度等工艺指标控制要准 同时泥汁沉 降要快 分离要快 才能减少色值的生成 获得良好的清汁 二次加热温度不稳定 起因是一次加热温度波动大 一次加 热使用后效蒸发罐的汁汽 汽凝水排除易发生问题 排水不良必 然造成温度偏低和波动 另一方面 蔗汁流量不稳定和蒸发汽压 不稳定 也是加热温度不稳定的常见原因 用自动仪器连续记录 利于检查和控制 中和 pH 控制很重要 人工控制的波动较大 采用自控装 置稳定控制澄清技术条件 是提高糖厂技术管理水平的重要环节 二 增加对混合汁色值和浊度的分析测定 根据混合汁质量变 化采取有效的应对措施 澄清工艺指标和澄清原材料的用量应随混 合汁质量变化做出相应调整 通过几个榨季的努力 建立澄清原材 料 如硫磺 磷酸 石灰乳 絮凝剂 的用量随混合汁质量变化的 工作曲线 以便于指导生产 三 加强对燃硫岗位的治理 健全岗位交接班制度 每班要 有准确的硫磺消耗记录 根据硫磺消耗记录和混合汁重量可以算出 该班的平均硫熏强度是否达到工艺要求 燃硫岗位操作工应提供稳 定的燃硫效果和硫熏强度 澄清工段过去治理的注重力集中在中和 岗位 这是片面的 燃硫岗位也是澄清工艺的核心 应抓紧管好 8 四 适度预灰 假如磷酸是在一次加热前加入 则预灰 pH 值 控制在高于混合汁 pH 值 0 5 1 0 为宜 即 pH 值为 6 0 6 5 假如 磷酸是在一次加热后加入 则最好不预灰 这样做可以减少因预灰 加热引起的色值增加 五 强化中和反应 稳定中和 pH 值 硫熏后中和反应是否 完全彻底 关系到二次加热后中和汁是否产生滞后反应和获得良好 清汁的要害 中和反应完全彻底是不会产生滞后反应 并能获得良 好的清汁 过去在中和反应或多或少存在一些问题 如滤 清汁 pH 值偏离中和 pH 值越远 则滞后反应越严重 滤 清汁质量越差 反 之可以说明中和 pH 值控制不稳定 pH 值控制失实 要使硫熏后中 和反应完全彻底 应使用较低的石灰乳浓度 一般不超过 8 波美度 最好在 6 波美度为宜 可以在中和反应罐后增加电动搅拌或管道搅 拌器以强化中和反应 亚硫酸法工艺中和 pH 值通常应控制在使清汁 的 pH 值达到 7 1 7 3 时为宜 并保持稳定 六 用无滤布吸滤机使滤汁回流往往造成清汁色值升高 因 此 滤汁不应回流到混合汁中进行循环处理 而应采用平流式沉降 器单独处理或单独进行上浮处理 在原料蔗质量不好的情况下 赤 砂糖回溶也要慎重 应经过脱色处理再回煮甲糖 否则亦会造成白 砂糖色值偏高 七 将 6528 蔗汁澄清剂与磷酸按 1 1 分别加入到混合汁中 对蔗比总用量为 300ppm 左右 在不改变原有工艺流程 不改变工艺 指标前提下 泥汁沉降速度加快 滤泥带走糖份减少 清汁蒸发热 9 稳定性提高 纯度降减少 白糖一级品率明显提高 不仅降低了原 材料成本 而且经济效益显著 武鸣香山糖厂将 6528 蔗汁澄清剂与 磷酸按 1 1 分别加入混合汁中 对蔗比总用量为 400ppm 左右 清 汁 pH 值控制在 7 2 7 4 范围内 前后 5 天对比结果表明除滤 清汁 司丹默色值指标高于未使用 6528 蔗汁澄清剂前外 其成品白砂糖的 色值 含硫量 电导灰份均低于未使用 6528 蔗汁澄清剂前的指标 使用 6528 前 小于 130IU 色值白砂糖占 69 27 130 150IU 色值白 砂糖占 31 17 使用 6528 后 小于 130IU 色值白砂糖占 90 13 同 比提高 20 86 130 150IU 色值白砂糖占 9 87 含硫量在使用 6528 前 小于 15mg L 白砂糖占 50 大于 15mg L 白砂糖占 50 使用 6528 后 小于 15mg L 白砂糖比例占 82 86 同比提高 32 86 大于 15mg L 白砂糖占 17 14 电导灰份在使用 6528 前 小于 0 06 白砂 糖占 76 62 大于 0 06 白砂糖占 23 38 使用 6528 后 小于 0 06 白砂糖占 96 28 同比提高 19 66 大于 0 06 白砂糖占 3 72 吸滤 机在使用 6528 后 每班从使用前的 10 台降低到