原糖加工工艺的选择

原糖加工工艺的选择

0精制成糖工艺是我国食用糖品质发展的基随着国家储备糖和进口糖的出现，原糖逐渐成为糖产业的热点。原糖亦称粗糖,是供炼糖厂再加工的原料,它是原糖厂采用简单的石灰法澄清工艺生产的甘蔗糖。原糖质量较低,而且由远洋货轮散装运输,在长时间的装、运、卸、存过程中,不可避免地会混入对人体健康有害的混杂物、昆虫、螨类、微生物等,很难保证达到食品卫生标准的要求。所以原糖不能直接食用,需要加工成白糖或精糖作为食用糖。国际上制糖生产有2条主要的工艺路线。一是由甘蔗或甜菜直接生产白糖即耕地白糖,二是先制成原糖,再回溶加工精制成白糖。中国、印度、印尼、巴西等国的糖厂和欧美的甜菜糖厂多数直接生产耕地白糖,但很多种植甘蔗的国家如澳大利亚、南非、古巴、泰国等的糖厂多数将甘蔗制成原糖出口和部分制成精糖。原糖是国际贸易的主要产品,产量和销量都很大。随着我国食糖消费量的增加,国内食糖产量不能满足消费需求,必须从国外进口食糖补充。我国加入WTO后,与国际间的糖贸易不断增加,原糖加工在我国糖业中的地位变得越来越重要。原糖精炼加工在我国已有50多年历史。不同国家及不同厂家,由于甘蔗品种和生产工艺不同,其原糖质量有很大的差别,而原糖质量的优、劣,直接影响成品的产率、质量、加工能力和加工成本。据资料记载,由于进口原糖国、季节、批次、船次的不同,原糖加工过程糖份回收率最高可达97.96%,最低的仅为86.98%,成品糖的产率最高95.39%,最低87.84%。1原糖品质分析近几年进入我国的原糖来自泰国、澳洲(澳大利亚)、古巴、巴西、南非、北美洲、斐济、菲律宾,表1为2003~2006年我公司所加工的各国原糖理化指标,各理化指标对比见表2。从对比可知:(1)原糖含糖分:巴西>澳洲>泰国;(2)原糖色值:巴西<澳洲<泰国;(3)原糖水分:巴西<北美洲<泰国;(4)原糖还原糖:巴西<澳洲<泰国。从上述4个指标综合分析,巴西原糖质量最好,各理化指标稳定;其次是澳洲原糖;再次是北美洲原糖、古巴原糖和斐济原糖;最差的是泰国原糖,且其理化指标变动大,质量不稳定。1.1还原糖含量巴西原糖在各国原糖中质量最好:糖度一般达到99%,还原糖含量低于0.2%,水分低于0.15%,色值低于1000IU。各指标稳定,最容易加工。1.2还原糖与葡聚糖澳洲原糖质量仅次于巴西原糖:糖度一般98.5%以上,还原糖0.3%以下,色值一般3000IU以下;砂粒粗,复筛脱色效果好;葡聚糖含量低,2005年检测结果为9mg/kg。澳洲原糖也是一种容易加工的原糖。1.3还原糖和葡聚糖北美洲原糖一般是指洪都拉斯、尼加拉瓜、危地马拉等国家的原糖。北美洲原糖质量中等:糖度98.5%以上,有些超过99%;还原糖含量一般,0.4%以下;水分含量低,仅次于巴西原糖;色值较高,3000~6000IU,仅次于泰国原糖;晶粒色深,砂粒幼,含蜜多,复筛时容易粘筛,筛糖困难;葡聚糖含量低,2004年、2005年检测结果分别为14mg/kg、36mg/kg。但北美洲原糖在澄清过程容易脱色。1.4水分一般情况古巴原糖质量中等,糖度97.5%~98.5%,还原糖0.2%~0.4%,水分一般0.2%~0.5%,最高0.77%;色值2000~5000IU,砂粒偏幼,复筛不好操作;葡聚糖含量高,2004年和2005年检测结果为325mg/kg和280mg/kg。1.5虾壳蛋白和葡聚糖含量高斐济原糖质量偏差:糖度97.5%~98.5%,水分和还原糖含量0.5%以上;色值3000IU左右,葡聚糖含量高,2004年检测结果为445mg/kg;胶体物质多,粘性大,难脱色,难处理。1.6其他指标检测结果菲律宾原糖质量亦偏差,除糖度(98%)较好外,其他指标如色值、还原糖分、水分等都偏高。葡聚糖含量低,2004年检测结果为18mg/kg;砂粒幼,粘性大,水分高,难复筛,较难处理。1.7葡聚糖的理化性质泰国原糖在各国原糖中质量最差:糖度大多低于98%,最低96.2%;色值普遍高于5000IU,最高20000IU,远远高于我国原糖标准(GB15108-2006)4500IU的要求;水分普遍超过0.4%,最高1%;还原糖普遍超过0.4%,最高1.49%;葡聚糖含量多数较高,2004年检测其含量为352mg/kg;含胶体物质多,粘性大;含蜜量多,晶粒色深,难脱色,难加工。2原糖质量对加工和精炼的影响对原糖的质量要求主要是易于精炼加工,即“精炼品质”好。糖度、色值、还原糖、水分、葡聚糖、晶体粒度等是原糖质量的主要指标。2.1原糖的加工糖度是原糖最重要的指标。糖度高意味着糖分高、杂质少,其加工精炼也比较容易。加工糖度高的原糖产品质量好,处理量大,炼糖收回高。还可以简化生产工艺,降低药剂消耗和成本,提高糖厂炼糖经济效益。2.2糖液降解物的制备原糖加工精炼最大的困难是脱色。不同来源的原糖色值会有很大的差别,如最差的泰国原糖色值高达20000IU,而巴西原糖色值不到1000IU。原糖有色物主要是高分子量多酚类和黄酮类,其次是焦糖色素、拟黑色素、果糖的碱性降解物色素。多酚类和黄酮类来源于甘蔗,占原糖色素的2/3;焦糖色素、拟黑色素、果糖的碱性降解物是在原糖生产过程中产生的(焦糖是蔗糖的热降解物,拟黑色素是酰胺化合物与糖发生美拉德(Maillard)反应的产物,果糖在高pH下会降解形成大分子量的深色产物)。酚类色素和黄酮类色素容易除去,可以通过蜜洗工序除去大部分,以及通过离子树脂和骨炭、活性炭除去。焦糖色素、拟黑色素、果糖的碱性降解物色素则在炼糖中很难除去。原糖色值可以分别以全原糖色值和洗原糖色值来表示:全原糖色值即是原来的糖样本色值;洗原糖色值是指原糖按一定条件蜜洗后的色值,它排除了表面糖蜜膜的影响,反映原糖晶体的真实情况。我国一般以全原糖色值反映原糖色值。原糖的色素或存在晶体内,或存在母液中。晶体内色素可以在澄清脱色过程中除去,母液中色素则容易通过蜜洗除去。一般来说,糖度高的原糖色泽较浅,但由于不同原糖厂的原料和生产工艺不一样,两者之间并不一定有直接的关系。有些原糖糖度不低,但呈红褐色,加工很困难。颜色浅糖度稍低的原糖比加工糖度高颜色深的原糖容易处理。加工深色原糖会大大增加成本,降低处理量和收回率,甚至会降低产品的质量。2.3原糖氧化反应原糖中还原糖含量高,不但降低原糖中糖分含量,而且会增加加工困难。还原糖在碱性状态特别是较高温度时,会发生异构化、脱水、分子断裂等化学反应,这些产物会进一步缩合或聚合成大分子深色物和被氧化成有机酸。还原糖和氨基酸发生美拉德反应,产生的拟黑色素很难除去,对炼糖生产很有害。2.4影响原糖品质的指标原糖水分高,也意味着含糖分低。另外,原糖的水分主要影响它的保存性,水分高的原糖变质快。变质的原糖更易滋生微生物,产生酸性物质,使含糖分和纯度下降,色泽加深。原糖水分会影响贮存和运输的“安全性”,我国对原糖的“安全性”越来越重视,故原糖新标准(GB15108-2006)中,将干燥失重指标改为安全系数指标。安全系数=水分/(100-糖度)。安全系数越低,存放时变质越少越安全。一般来说,安全系数低于0.25时,原糖贮存是很安全的。2.5旋光值对原糖糖度的影响葡聚糖是由微生物繁殖生成的大分子物质,俗称“蔗饭”。葡聚糖是多糖的一种,其旋光值高,会造成原糖糖度高的假象。葡聚糖使糖浆粘度增加,降低过滤速度,阻塞骨炭、活性炭或树脂脱色系统。葡聚糖不但增加处理困难,而且会导致蔗糖晶体产生异形体,增大白糖的混浊度,加大造蜜效应,降低炼糖的收回率。2.6糖蜜均分蜜法分蜜法原糖晶粒的大小和均匀程度对原糖加工精炼蜜洗过程影响较大。晶粒粗且均匀,有利于蜜洗时除去原糖表面的糖蜜膜,并有较好的分蜜性能。如果原糖中细晶粒多,不但蜜洗和复筛分蜜的效果降低,而且细小的晶粒在蜜洗和复筛分蜜过程中容易被溶解,增加复筛糖蜜量,导致处理量和收回的降低。3亚硫酸—亚硫酸—磷酸二次浮清法处理各种原糖的工艺特点在我国,原糖加工精炼方法有亚硫酸法和碳酸法,以及上世纪80年代后期开发的亚硫酸—磷酸二次浮清法和碳酸—磷酸二次浮清法。由于各国原糖质量不同,性质不同,因而亚硫酸—磷酸二次浮清法处理各种原糖时工艺条件也各有不同。下面介绍亚硫酸—磷酸二次浮清法对各种原糖的处理工艺特点。3.1泰国原糖的加工泰国原糖特点是糖度低、色值高、晶粒内含色素、还原糖高、葡聚糖亦高、含蜜量多、粘性大、砂粒较粗。下面是加工泰国原糖工艺要点:3.1.1复筛糖的制备蜜洗是将原糖与加工过程生成的糖蜜(如乙蜜)混和,将原糖颗粒表面的糖蜜膜置换,再通过复筛用离心机排走蜜洗糖的糖蜜,得到色值低的复筛糖。泰国原糖砂粒粗,给复筛操作带来便利。复筛时应多打水洗涤,尽量降低复筛糖的色值。泰国原糖色泽深,而澄清脱色效果是有限的,必须靠蜜洗复筛工序除去绝大部分的色素,否则很难得到合格的白糖。3.1.2深化磷酸加入量亚硫酸—磷酸二次浮清法的澄清脱色主要靠磷酸钙和亚硫酸钙的吸附作用,加上絮凝剂的絮凝经上浮分离后将色素杂质除去。处理泰国原糖时,应在预灰阶段加大磷酸加入量,以生成较多的磷酸钙粒子。对色深的原糖,磷酸的脱色效果是非常明显的,笔者曾做过磷酸对糖浆的脱色效果试验,结果见表3。磷酸加入量越多,糖浆脱色效果越明显。加工精炼泰国原糖时,加大磷酸加入量是有利的。预灰磷酸加入量以500~800ppm为宜。3.1.3高硫熏蒸控制对色值高的原糖,特别是晶粒含色素的原糖,由于色素不能在蜜洗复筛工序除去,需靠较多的亚硫酸钙粒子来吸附色素。3.1.4葡聚糖含量对糖浆粘度的影响泰国原糖糖浆粘度大,特别是当原糖葡聚糖含量高时,糖浆粘度更大,影响糖浆的吸硫和上浮效果。因此,宜采用较低的糖浆浓度(60°Bx以下)。3.1.5二次硫醇浆的ph值降低采用较低的二次硫熏糖浆pH(6.0~6.2),以进一步降低糖浆色值。3.1.6不同复筛蜜、回煮丙糖不同纯度对白糖色值的影响原糖加工白糖时,多以乙糖为甲糖的种子,而乙膏纯度直接影响乙糖色值从而影响白糖质量。由于泰国原糖糖度低,色值高,杂质多,因而复筛蜜纯度亦低,用复筛蜜煮制的丙糖纯度亦低,回煮丙糖糖浆色值高也会影响白糖色值。提高乙糖膏纯度的措施是:乙糖膏分蜜时多出乙蜜,少出乙洗蜜。因乙膏由甲蜜和乙洗蜜煮制,少用乙洗蜜能保证乙糖膏纯度。乙糖膏纯度应保证95%以上。提高丙糖膏纯度的措施是少回煮丙蜜。丙糖膏纯度应保证88%以上。3.2复筛的添加量北美洲原糖的特点是糖度高,葡聚糖低,但色值较高,晶粒色深,砂粒幼,含蜜多。对这种糖的处理与处理泰国糖相似,要保证乙、丙糖膏的纯度,磷酸加入量适当增大,预灰磷酸加入量以400~600ppm为宜。由于北美洲原糖砂粒幼且不整齐,,影响复筛蜜的排出,即使加大打水洗涤量,也难以保证复筛砂的质量,且导致复筛蜜多、浓度低,影响处理量,增加能耗。因此要特别注意复筛操作,复筛时应薄筛,并尽量筛干。可多次打水洗涤分离,每次打水量不能过多,防止复筛蜜多。北美洲原糖葡聚糖含量不高,糖浆浓度可以比泰国糖浆浓度高些,糖浆上浮时应加大絮凝剂的加入量,保证糖浆上浮效果。3.3福建省的原糖加工菲律宾原糖性质与北美洲原糖相似,采用的炼糖工艺与处理北美洲原糖的相似。3.4艺与美、日的原糖比较斐济原糖的特点是糖度低,色值高,还原糖分高,胶体物质多,粘性大。因此其处理工艺与北美洲原糖的相似。但其葡聚糖含量大,胶体物质多,糖浆粘性很大,严重影响糖浆的澄清脱色效果,因此要低浓度控制,并采用高预灰磷酸和高絮凝剂量。这种糖的色素容易进入结晶体内,生产优级白砂糖时,一般要求清净糖浆色值低于400IU以下。3.5控制原糖的脱色古巴原糖主要是砂粒偏幼,葡聚糖含量高,如果能控制好复筛操作,就能保证原糖的脱色效果,糖浆浓度宜偏低控制。古巴原糖色素易进入结晶体内,与斐济原糖一样,要生产优级糖,清净糖浆色值须400IU以下。3.6低酸硫使用、复筛澳洲原糖质量较好,加工过程脱色不是主要问题,主要考虑提高收回,降低加工成本:宜采用低磷酸、低硫熏控制;糖浆浓度尽量偏高以节省煮制蒸汽;复筛可以少打水或不打水,以增加复筛糖砂量,有利于增加收回。当原糖质量好且生产一级糖时,部分蜜洗糖可以不经复筛,与复筛糖砂一起回溶处理。3.7控制上浮建模磷酸钙巴西原糖质量最好,基本不用复筛处理,直接回溶经清净脱色就可以达到生产要求。由于巴西原糖纯度高,杂质少,因此硫熏中和pH值不宜过高,否则在后工序上浮时,需加入较多的磷酸来调节上浮糖浆pH值,生成过多的磷酸钙。由于糖浆杂质少,磷酸钙粒子不易被絮凝上网,受重力作用下沉而出现上浮过程的“反底”现象,上浮糖浆混浊。4加工工艺的提高进口原糖质量变化多样,不同的原糖,应采用不同的工艺。经过数十年的实践,我国原糖加工精炼经验越来越丰富,加工工艺也越来越进步。如我国自创的亚硫酸—磷酸二次浮清法和碳酸—磷酸二次浮清法,大幅度提高了澄清的脱色率,即使加工质量差的原糖,也能生产优级白糖。但我国的原糖加工精炼技术与国外相比,还存在一定的差距。因此,我国发展原糖加工业,需在加工工艺、加工设备、加工品种等方面加以改进。4.1原糖的贮藏和运输过程中色值的变化以及防止糖质的发生国内原糖加工厂,一般对原糖的运输和贮存工作重视不够,没有对原糖做好足够的保护措施。原糖相对于白糖来说,纯度低、水分高,还存在多种微生物。因而,原糖的质量在贮存和运输过程会发生变化和降低:糖度和纯度下降,色值增加,特别是在贮存和运输的环境不好时变化更大,有些原糖在贮存1年后色值升高达1倍之多。原糖中含有黑曲菌、萨氏曲菌、灰绿曲菌以及渗透性酵母等微生物,霉菌产生转化酶使蔗糖转化,有些圆酵母特别消耗果糖,使左旋物质减少,糖品旋光度因而升高;原糖中还原糖和氨基酸发生美拉德反应,使色泽变深,它随温度升高而加速。为防止原糖的变质和色泽加深,应采取相当的保护措施:防潮和防高温,在32℃以下和干爽环境下贮存,以免原糖水分增大和蔗糖转化的加快;注意运输和贮存的卫生环境,防止微生物滋生等等。4.2原糖色素的类别原糖加工精炼的困难是脱色,影响原糖色泽的因素是多种多样的:一种色值很低的原糖,可能遇到估计不到的脱色困难;有些原糖的色素存在于晶粒中,有些原糖的色素存在于母液中;原糖色素有些容易除去,如酚类色素,有些色素则很难除去,如焦糖色素和拟黑色素。因此,如果能分析出原糖所含色素的类别,则对原糖加工精炼有很大的指导意义,可以针对原糖色素采用不同的脱色工艺,达到更好的脱色效果。原糖中的胺基氮物质、酚类物质、多糖类物质和大分子色素物质可以用化学方法分析,如乙醇可以将大分子物质沉淀下来。一般来说,沉淀物浓稠表示原糖含较多的总糖类;沉淀物较深色表示分子量大的色素较多;灰色沉淀物表示含较多的葡聚糖;黄色或淡红色沉淀物表示含大分子多酚类色素;灰棕色或暗色表示含大分子拟黑色素。又如,通过测定洗原糖和原糖的IV值(IV值指pH为9时的色值与pH为4时的色值之比),可以知道原糖的色素类别:当洗原糖IV高于原糖,则表示酚类色素含量多;当洗原糖IV低于原糖,则表示胺态色素和焦糖色素多。通过测定全原糖色值和洗原糖色值,可以知道原糖色素是存在于晶体内还是存在于母液中。4.3固糖、提取液过滤我国的原糖加