【专家视点】提高白糖质量的现实措施与研发方向

 白糖残留二氧化硫问题  
 白糖色值问题 
 怎样生产质量高而二氧化硫含量低的白糖 
 怎样生产二氧化硫含量很低的白糖 
 不用二氧化硫的制糖工艺 
　　提高产品质量是企业的永恒课题。目前国内糖厂面对两个重要的具体问题：
　　1、新的白糖质量国家标准对产品质量要求更高。上榨季一些糖厂未能适应，并由于去年部分地区严重干旱造成糖厂澄清比较困难，以至产品的一级品率下降，二级糖比例增大；糖厂要对产品规定“保质期”，而白糖在这段期间中质量有所降低，使问题更突出。
　　2、社会和食品卫生的发展趋势，要求逐步降低白糖的残留二氧化硫量。现在已有用户要求白糖残留二氧化硫低于10mg/kg或6mg/kg，甚至无二氧化硫。而国内大部分甘蔗糖厂使用亚硫酸法工艺，如何应对这种趋势和要求？
　　对于白糖的各项质量指标，难度较大的是降低色值和二氧化硫，而这两者经常是密切相关的。下面围绕这些问题进行深入的分析研讨。
　　一、白糖残留二氧化硫问题
　　国内绝大多数甘蔗糖厂应用亚硫酸法工艺，以二氧化硫为主要的澄清剂和脱色剂。而且，近年来由于要求白糖的色值更低，多数糖厂的硫熏量逐渐提高。清汁和糖浆中难免含有相当数量的二氧化硫。即使碳酸法糖厂的清净效果已相当好，还是要用硫漂，有时亦难达到一些食品厂的要求。
　　影响白糖中二氧化硫残留量的首要因素是生产过程中加入的二氧化硫的数量。同时，它还受到甘蔗原料和生产过程中其他因素的重要影响，因而在基本相同的工艺流程和条件下，白糖残留二氧化硫量也会有较大的差异。
　　二氧化硫在制糖过程中有多种作用，因而在很多甘蔗糖厂和甜菜糖厂中应用：
　　(1) 抑制蔗汁（或甜菜汁）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。
　　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，这是糖厂必须解决好的技术难题。
　　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。
　　按目前的质量标准，白糖残留二氧化硫偏高的主要原因是：
　　(1) 糖浆硫熏量偏大。
　　(2) 澄清处理不好，清汁残留二氧化硫偏高。
　　(3) 滤汁质量差，增加了入罐清汁的二氧化硫量。
　　(4) 蔗糖结晶质量不好，晶体缺陷多和细晶粒多。
　　目前多数糖厂的糖浆硫熏用pH值来控制，这是不科学的。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值下的糖浆含二氧化硫量会有较大的差别。因此，糖厂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。此值在不同糖厂和不同时期会有差异。通常，5mL硫熏糖浆消耗碘液不应超过4mL。
　　近年来一些糖厂白糖二氧化硫含量高是和设备有关的。有些糖厂将糖浆硫熏器的尾管加长，例如到6m，喷射器抽吸力很强，而且硫气管道直径大，阀门打开一点，硫熏已经过量。其实糖浆硫熏不应该用很长的尾管，一般3～4m已经足够。过长是有害的。有上述情况的糖厂，应当在原有的硫气阀旁边装直径较小的旁路管和阀门，不用原有的阀门。要能够灵活地调节糖浆硫熏量。
　　清汁中残留二氧化硫偏高，是不少糖厂白糖二氧化硫高的重要原因。应当经常取澄清汁和滤清汁用碘液滴定，分析它们的二氧化硫量。这也是衡量澄清效果是否良好的一个重要标志。国内的亚硫酸法糖厂，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，个别厂在澄清不正常时，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SO2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。糖厂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（比较新鲜、纯度较高、还原糖较少）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℃。
　　近年发现，滤汁质量对白糖的二氧化硫含量有显著影响，特别是无滤布吸滤机的滤汁回流到中和汁再处理，降低了澄清汁的质量。采用新的滤汁处理技术得到清亮的汁，入蒸发罐而不回流，可有效地降低白糖残留二氧化硫量。多个糖厂应用这项技术有良好效果。
　　二、白糖色值问题
　　白糖中的色素主要是高分子量的多酚类物质和糖类分解（包括美拉德反应）产物以及它们与铁的化合物。影响白糖色值的因素很多：甘蔗原料的情况、澄清处理、煮炼技术和产品保存等。糖厂的白糖色值偏高比较常见的原因有：
　　（1）甘蔗质量影响：如甘蔗夹杂物多（特别是蔗尾长）、不新鲜；品种不好、糖分和纯度低；蔗区土壤含铁量高；甘蔗施肥用硫酸铵，过量施加氮肥而少用磷肥；甘蔗生长条件不良，如遇到长期干旱或低温霜冻等。
　　（2）澄清处理不好：燃硫设备或操作不好，生成三氧化硫；中和pH偏低或波动大，二次加热温度偏低或波动大；石灰和石灰乳质量不好；沉淀池停留时间长，泥汁积存多，pH下降大；吸滤机滤汁回流使部分非糖分复溶；蒸发设备偏大，对流不好，经过时间长，致使色值升高；糖浆硫熏pH偏低，使煮糖物料含铁量不断增加等。
　　（3） 煮炼系统：煮糖种子质量不好，晶粒不整齐；煮糖过程浓度波动大或洗砂过度，使晶体包藏母液多；煮甲糖过多用深色物料（洗蜜和回溶糖浆）；丙糖煮糖和分蜜操作不良，赤糖质量低，回溶糖浆质量差，无适当的处理。甲糖分蜜打汽温度高，白糖冷却设备与效果不良、装包温度高等。
　　糖厂应努力处理好这些问题。如果白糖色值还是偏高，应当改进糖浆的处理（如应用新的高效糖浆磷浮工艺），采用新的滤汁处理和回溶糖浆处理技术。同时要密切注意糖浆的SO2量和pH值，减少煮炼长过程中对铁器的腐蚀。以及将煮炼的部分重要设备表面喷铝，降低物料含铁量。 
　　三、怎样生产质量高而二氧化硫含量低的白糖
　　从近年的发展趋势来看，食品卫生管理部门和主要的用糖大户，对白糖中残留二氧化硫量的要求越来越严格。例如在国际白糖质量标准（Codex）中，新版(1999年)对比旧版(1981年)，A级白糖的指标绝大部分没有改变，只有将SO2量由原来的20mg/kg降低到15mg/kg。一些大型饮料厂和食品厂，对白糖的其他指标（例如色值）的要求不很严格，而对SO2量则特别重视。有些用糖户要求白糖二氧化硫残留量低于10mg/kg，亚硫酸法糖厂怎样才能生产出这样的产品？
　　根据现有的知识和经验，原来基础较好的糖厂，通过一定的努力和技术改造就可以做到。首先要认真搞好澄清处理，这是前提。技改方面以三个环节为重点：一是糖浆用新的磷浮处理并大幅度提高其脱色效果，得到高质量的浅色糖浆，取消糖浆硫熏；二是滤汁处理，得到清晰而较浅色的滤清汁；三是赤糖回溶糖浆处理，要大幅度除去其中的深色物质和胶体物质。这些处理需要应用高效快速的分离（气浮或沉降）技术和适当使用清净脱色剂。三个项目可以分期进行，每搞好一项都会有显著的效果。
　　要通过这些技术措施来提高糖液的质量，改变过去单纯依靠二氧化硫和石灰的状况。要用新的方法使各种物料的色值降低20％～30％，同时相应减少使用硫磺的数量。虽然清净剂的价格高于硫磺（硫磺和石灰确实是最便宜的糖厂澄清剂），但要生产高质量的产品，成本难免增加一些。上述的技改会使生产流程复杂化，但是对比碳酸法还是简单得多。如果和甜菜糖厂的澄清处理（多次全汁或全糖浆过滤）相比，或者和“两步法”（将糖回溶再清净煮炼）相比，就简单得更多。亚硫酸法糖厂习惯了流程简单和用最便宜的硫磺石灰，这种状况已经有一个世纪，需要逐步改进提高了。我们应该把对产品质量的“压力”转化为改进工艺技术的动力。
 
　　四、怎样生产二氧化硫含量很低的白糖
　　一些大型饮料厂要求所用的白糖含二氧化硫量低于6mg/kg，碳酸法糖厂也难以做到这点。亚硫酸法糖厂有没有这种可能？
　　如果用传统的工艺，这可以说是“天方夜谭”。但只要很好运用新的技术，也完全能够实现这点。而且技术都基本成熟，难度不大，只是成本略高一些（接近碳酸法）。
　　首先是应用上述的方法，搞好糖浆处理、滤汁处理和回溶糖浆处理，并降低蔗汁硫熏强度。在此基础上，在糖浆中加入氧化剂如臭氧或过氧化氢，进一步将有色物氧化和分解，并将糖浆中的二氧化硫大部分氧化除去。国内外都对糖浆用氧化剂处理进行过大量的研究工作，它没有副作用，流程简单，效果明显。应用这些措施可以将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艺
　　有一些用糖单位要求白糖不含二氧化硫。国外用“两步法”的糖厂的生产过程也不用二氧化硫。能否不用“两步法”又不用二氧化硫生产品质优良的白糖呢？
　　我们对这个问题已经进行了几年的很大量的研究工作，可以走自己的技术创新之路，解决这个国际性的难题。而且，工艺流程、设备和成本肯定要比"两步法"简单和节省很多。我们可以不走国外常规的"两步法"的老路。
　　这个新工艺是先将混合汁经过低温磷浮法处理，除去汁中绝大部分不溶物和部分其他胶体杂质，得到的浮清汁再用高效清净剂和活性炭进一步澄清脱色。
　　低温磷浮法是将混合汁在50～60℃下加入磷酸、石灰乳和充气、加絮凝剂，将蔗汁中绝大部分不溶性的杂质和部分色素、胶体等凝聚在一起，通过气浮分离法除去，得多基本清亮的浮清汁。这种新工艺已经在南宁糖纸厂等三个大糖厂生产上应用了较长时间，它的主要优点是可以除去大量的有机胶体物质，如除去蔗蜡和淀粉80％～95％，除去蛋白质约60％，以及可溶性硅化合物约35％，纯度比混合汁提高1～1.5度，这就为其后的澄清处理提供了很好的原料和基础。广西自治区经贸委在2002年组织了多位高级专家对此项新技术进行了鉴定，肯定了它“对治理碳酸法糖厂的滤泥严重污染问题提供了一种好的解决方法，有良好的社会效益和显著的环保效益”。后来只是由于成本略为增加，没有继续使用。
　　上项得到的浮清汁加入高效清净剂，主要作用是除去分子量较高的带电的色素和胶体等杂质。随后再加入活性炭，主要作用是除去分子量较低的不带电的色素。两者的功能有良好的互补性，可以将蔗汁中的有害杂质大部分除去，得到浅色高质量的蔗汁。
　　这三项都是成熟而现实的技术。将它们有机地结合起来成为新的“集成技术”，就可以实现不用二氧化硫的制糖工艺。应用这些技术没有大的风险，随时可以实施。
　　这种方法生产的白糖，全面质量指标都比较高，如色值低于80或60IU，这要根据实际需要而定，同时要考虑生产成本。初步估算，它的生产成本会略高于碳酸法，但没有碳酸法的滤泥污染问题，省去了处理滤泥污染的大量费用，经济上还是合算的。更重要的是它有良好的社会效益和环境效益。（完）