糖工程导论(2)

2020-02-21 02:52

的赤砂糖质量标准。1957年,广东省制糖工业公司提出了赤砂糖质量标准草案,经食品工业部制糖工业管理局于1957年11月4日批准,编号为食糖0101-57,作为食品工业部制糖工业管理局产品质量标准予以发布,并于1958年1月1日实施。从此,赤砂糖有了全国统一的质量标准 台湾糖业的发展与演变

台湾在一九0一年以前甘蔗制糖全由旧式糖房(又称糖蔀),以简便粗放之土法制造含蜜糖,又用同样的原始技术在糖间制造白糖,无论在榨出率、产糖率、糖度回收、砂糖品质均简陋粗劣。但是西方工业革命后,已改变为机械制造,故能生产精良的砂糖。一般而言,糖蔀设立在邻聚落不远之广大蔗田中,生产较易,糖间则要洗去糖蜜,直接贩售使用者,有趋近于人口聚集较密地区设置。 按照『赤崁笔谈』记述,旧式糖蔀以人力、牛力为主,「每蔀用十二牛,日夜硖蔗,另四牛载蔗到蔀,又二牛负蔗尾以饲牛,一牛配园四甲或三甲余,每园四甲,现插蔗二甲,留空二甲,递年更易栽种」。蔀中人工「糖师二人、火工二人(煮蔗汁)、车工二人(将蔗入石车硖汁)、牛婆二人(鞭牛硖蔗)、剥蔗七人(园中砍蔗、去尾)、采蔗尾一人、看牛一人」。由此可了解,耕田用牛力、运输用牛车、硖蔗用牛、加上车工、牛婆、看牛的人力资料,几以牛力为主、而以「看牛」的人力为辅。

日本据台后设法淘汰旧式糖蔀,鼓励岛内各地之中小资本家投资采用较进步之小型机器设备,建设改良糖蔀。儿玉总督采用技师山田熙之大机械制糖工场之构想,致力推展新式之制糖法,一九00年日本资本家筹组台湾制糖株式会社(公司),次年即于桥头着手建设二百五十吨之制糖厂一所,在当时而言的确是一件破天荒的创举,制糖技术也从土法炼制进步到机器制糖。

日俄战争后,日本经济界呈现盛况,资本家竞向台湾投资,筹建新式制糖会社。尤其是一九0八年到一九一0年因日政府发给改良糖蔀拆除补助费及发布不许在原料采收区域内新设任何糖蔀后急遽没落。糖间也自一九一0年起严格征收砂糖消费税后因无利可图完全绝迹,许多改良糖蔀到民国二至三年被大型制糖会社吸收。

新式糖厂或改良糖蔀之原料费均占总生产费之55~60%,无何差别,管理营业费亦相差不远,惟制造费一项新式糖厂仅占13.8%,改良糖蔀却占23.3%,足证采用科学方法之新式糖厂,用机器作大规模生产,可以节省许多制造费。这明白表示旧式糖蔀及改良糖蔀之经营在企业形态上与新式糖厂无法相比。 1.旧式糖蔀

台湾旧式糖蔀始于何时,史料上很难查考,惟郑成功在台经营期间糖蔀已有输饷课税之举,可知当时已有糖蔀之存在。旧式糖蔀是由圆锥形之棚屋(压榨甘蔗的地方)及熬糖屋(煮糖的地方)两部份构成,规模较小,平均每十五甲蔗田便设

有一所糖蔀,临时搭建为多,制糖终了就拆除,以牛畜的役力转动石磨榨汁,每蔀每日压榨甘蔗平均在10~20吨之间,可产半吨至一吨含蜜之赤糖,是一种含蜜糖,混一些渣滓,矿物质及有机质,糖度在74~86之间。因为制糖过程中,对蔗汁之pH值、转化、甘蔗新鲜度等均未用检验仪器作测定,一切仅靠唐山师傅多年的经验和猜测制糖,故同一师傅,同一糖蔀也熬出多种的赤糖,砂糖品质参差不齐。 2.改良糖蔀

改良糖蔀与旧式糖蔀大致上相同,均制造含蜜糖,不同的地方只是采用较进步的石油发动机(或蒸汽)为动力,并用欧洲式铁磨榨汁。每日压榨量较旧式糖蔀为高,约20~30吨,日本据台后曾有日压一百廿吨甘蔗之改良糖蔀,产糖率也较旧式糖蔀为高,据台湾研究丛刊报告,一百磅甘蔗在旧式糖蔀压榨二次,可得蔗汁50磅,而在洋商糖蔀的铁磨机可得68磅,榨出率相差18%,产糖率也较旧式糖蔀为高。 3.新式糖厂

新式糖厂规模宏大,设备完全,一切都用机械操作,制糖方法科学化、效率高、产品优,其制造过程约可分为五个步骤:

(1)压榨:原料甘蔗由专用铁道运至糖厂压榨,先以搔卸机卸至甘蔗输送机,经截断机、压碎机及撕裂机后,即送入三组或四组之压榨机,在适当压力下轮番压榨,将蔗茎内汁液压出榨出率高出94%。

(2)清净:清净之方法有石灰法、碳酸法与亚硫酸法等。蔗汁具有酸性,加入石灰中和之,再经煮沸,放入沉淀槽,静置使不纯物分离至液体之底部或表面,中间可得透明之糖液,经压滤机可分离透明之糖液与滤滓,滤滓经水洗浸出。 (3)蒸发:透明糖液用现代化科技减压蒸发浓缩成粗(精)糖膏,糖液之蒸发系在蒸发罐中行之,蒸发罐通常有三个或四个,互相连接,称为多重蒸发罐。 (4)结晶:糖膏再送到结晶罐煎煮至某一程度,即得砂糖之结晶与母液混合物,此混合物放入助晶机搅拌,使结晶次第完全生成。

(5)分蜜:糖膏中大部分为已经结晶之糖粒,糖粒与糖粒间有纯度较低的糖液,即为糖蜜,最后用分蜜机除去糖蜜,产生晶粒整齐之分蜜糖,糖度约97度以上(特砂为99.6以上)。

为新式糖厂有现代化的设备及检验仪器,因此晶粒不但可以要求整齐划一,且砂糖品质的规格也可以统一,已非初期之含蜜糖可比矣。然而白糖制造在技术上无法在一次制程上完成,必先制造一砂,再溶解,经过滤后再结晶之两次制程。因此白糖之制造无形中耗损不少的糖,制造成本亦极不经济。盐水港制糖会社有鉴于此,首先派技师到爪哇调查研究,回来后继续不断试验,结果于一九0九年十二月廿五日,于岸内糖厂第一工场试制少量耕地白糖成功。这是台湾不必经过两

次制程,蔗园耕地甘蔗送厂压榨直接制造白糖(又称耕地白糖)之开始。再经研究改善后,旗山糖厂亦有完备之制造耕地白糖之装置,此后各地制糖会社相继着手制造耕地白糖,到民国廿九年止,全省用碳酸法制造耕地白糖之工场有十五所,据31-32 年期之统计,耕地白糖之产量已达产糖总量75%,其数量尚无法满足日本国内的需要。从此台湾之制糖技术扬名全世界,迈进了另一个新里程。 耕地白糖与粗糖之制造方法大致相同,差别在于清净部份。此法为使蔗汁中的杂质完全除去,使用中和之石灰以约较粗糖法多二0至二五倍,蔗汁中和酸性过剩之石灰,以碳酸气或亚硫酸气中和沉淀,故此法亦名「碳酸法」或「亚硫酸法」,使蔗汁中杂质随石灰而沉淀,澄清之进行较为完善。「石灰法」用以产制粗糖,其要点在将蔗汁加热加石灰后,除去其中沉淀,工作简易,人工较省。「碳酸法」须经二次碳酸气饱和处理,较之石灰法可收回较多砂糖,品质亦佳,惟所需设备与石灰石、焦炭及滤布等清净材料及人工均较多。

光复以来,台湾经济发展迅速,劳力缺乏与日俱增,致碳酸法之石灰供应、压滤机操作、滤泥处理,均造成工场莫大之困扰,为解决此项问题,又能在最短时间及最少投资之前提下,能够产制大量白糖出来,经多方研讨试验,认为采用「亚硫酸法」予以改良,可得较满意之结果,且成本较碳酸法为低。其制造方法,系以石灰法制程,增设蔗汁饱和槽,先将混合汁加热,预加石灰使pH达10以上,以SO饱和至7.2后,加热经澄清蒸发,其粗糖浆经英国Tate & Lyle公司专利设计之磷酸浮选作业(Talodura),将残留杂质除去,再经糖浆亚硫酸饱和后结晶,依特砂制造程序煮糖及分蜜系统制造特砂,谓之「改良式亚硫酸法」或「新亚硫酸法」。

台湾糖业在发展时期,其制糖工场之一切设备都来自欧美,制糖技术主要采自夏威夷,初期由于经验不足,所产之糖,结晶色泽不一,品质低劣,效率尤小,惟经长时期之改进,却能凌驾世界其它产糖地区之上。根据日本制糖专家滨口荣次郎所提供一九三八年之资料,就原料甘蔗中所包含之糖份,经过制糖操作所收回之砂糖及所损失之砂糖百分比加以观察,台湾新式糖厂对于甘蔗糖份之收回率,业已超过90%,与其它产糖区(澳洲、夏威夷、波多黎各、菲律宾、爪哇)比较为最佳者。

历年来制糖工场各室操作集中化,单元设备自动化、大型化、省力化,北港、花莲炼糖工场的分布式控制,以及小港精炼糖厂的引入全厂计算机整合制造系统,目的在减少用人、提高效率、降低成本及确保品质。

亚硫酸法在处理正常甘蔗汁且操作管理比较好时,澄清效果可适应目前的要求,清汁清亮透明,色泽较浅,煮制白砂糖全部达到一级标准,色值一般为110~150IU之间,澄清汁纯度比混合汁提高0.5~1.5度,蔗糖转化损失和还原糖分解均很少,制炼车间的技术经济指标如煮炼收回率都可达到一定的水平。 亚硫酸法澄清能除去一部分有机非糖分,如蛋白质可除去46~84%,平均约65%,总胶体(其中亦包括蛋白质)除去22~42%,平均约为32%,以及蔗腊、蔗脂等类脂物的绝大部分。

我国甘蔗糖厂亚硫酸法的产品质量和主要技术指标,优于国外大多数亚硫酸法糖厂。许多国际上著名的制糖专家到广东省的紫坭、顺德等糖厂参观,对我们的清汁和白糖质量给予较高的评价。近年来又有多种新的改进,进一步提高了白糖质量。国外用亚硫酸法生产的白糖,其色值和浊度一般较高。因此,国外为生产质量较好的白糖,通常先用石灰法制造原糖,然后将它回溶再精炼。 亚硫酸法虽然可以达到一定的水平,但也有较大的缺点,主要是: 1. 白糖质量不够理想,色值、浊度和不溶物含量较高,保存时色泽会变黄和吸潮; 白糖中SO2 含量较高。 因此,生产高档次饮料、罐头、食品和药物的工厂常选择碳酸法生产的白糖或一些产品质量较好的糖厂的产品。不少亚硫酸法糖厂的白糖不适合这些用途。

2. 清汁含钙量和灰分含量较高,致使蒸发罐积垢严重。 亚硫酸法清汁灰分含量一般比混合汁增加8~30%,CaO 增加60~200%,澄清不良时增加更多。 3. 澄清效能不够好,除去非糖分不多,蔗汁纯度提高小, 如果技术条件不适当或操作不好,可能出现“纯度差”为负数,即清汁纯度低于混合汁。 4. 对较复杂的蔗汁的适应性较差。 例如受霜冻或生长在近海地区的甘蔗,用亚硫酸法澄清常不易得到较好效果。 产生这些缺点的基本原因在于:

1. 亚硫酸法基本上是在中性范围内进行。 但蔗汁中的色素及多种有机和无机的非糖分都需要在加灰至强碱性时才能沉淀析出,要在强碱性下将这些沉淀物分离除去才有较高的脱色率和纯度上升。普通亚硫酸法没有经过这种处理,除去色素及非糖分较少。它们被带入到白糖中,就影响到白糖色泽和质量。白糖中存在的杂质在贮存期间会被空气氧化而加深色泽。由于亚硫酸法除去非糖分的能力较差,故对含较多或特殊非糖分的蔗汁就难以适应。

2. 亚硫酸法加入的 SO2 和 CaO 有相当部分未形成 CaSO3 沉淀,残留在清汁中,增加了清汁含钙量和灰分,并降低了清汁纯度。即使澄清良好的工厂,清汁中残留的亚硫酸按 SO2 计也常达到0.15~0.25 g/l ,澄清不良者更高,因而清汁含钙量亦相应升高。

这些问题在国外同样存在。Marches 总结了在印尼爪哇(国外早期的甘蔗白糖主要生产地)应用亚硫酸法的经验,就有同样情况。特别是亚硫酸法的清汁含钙量明显高于石灰法,造成设备积垢严重。Farnell 很早就详细研究了亚硫酸在不纯糖液中与石灰的反应、及形成CaSO3 沉淀的情况,发现在不纯糖液中,亚硫酸经常不能完全反应和形成CaSO3 沉淀,有不少的亚硫酸残留在清糖液中。

亚硫酸法澄清处理过程中蔗汁质量的变化,曾有很多测定数据。几个阶段的主要数据(与混合汁对比)的平均结果如下表。 预灰预热汁 硫熏中和汁 清 汁 纯度上升度 +1.07 -1.17 +0.86 非糖分增减 % 灰分增减% -12.58 +10.98 -15.48 +6.43 +52.58 +4.81 CaO增减% +34.0 +150.1 +89.0 注:上述数字负者为降低,正者为增加,各汁均过滤后分析。

可见, 混合汁经过预灰预热后,除去了一部分非糖分,虽然CaO与灰分有所增加,但纯度仍有较大上升; 再硫熏加灰后,汁中CaO与灰分大量增加,使非糖总量亦增加,纯度明显下降;经过二次加热后,CaSO3 大部分沉淀析出,清汁中CaO与灰分均明显低于硫熏中和汁,纯度亦明显上升,但其含钙量仍高于预灰预热汁,说明硫熏中和时加入的石灰仍有大量未形成沉淀物。

现在各厂分析硫熏中和汁的硫熏强度,是将该汁直接用碘液滴定。如果先将汁过滤,将已形成的CaSO3 沉淀物除去再滴定,其耗碘量只略为减少(低1~3 ml/10ml 汁),这说明在硫熏中和以后的蔗汁中,大部分亚硫酸仍是以溶解状态存在,未与钙结合沉淀。

二次加热促使亚硫酸与钙反应并沉淀析出, 因而清汁中的CaO和总灰份含量都比中和汁大幅度降低,总非糖份减少,纯度明显提高。

不过,亚硫酸法的清汁灰份通常都高于混合汁,增加值还比较大。澄清过程中可以除去蔗汁中的磷酸及部分硅酸和铁铝盐,石灰法的清汁总灰分通常低于或接近于混合汁(均对Bx比),但亚硫酸法由于加入的亚硫酸未完全形成钙盐沉淀,清汁中残存有较多的亚硫酸及相应多加入的 CaO,清汁总灰分通常高于混合汁。因为无机物的比重较大,对糖液锤度和纯度的影响都远大于同一数量的有机物(大70~120%)。

许多试验数据说明,亚硫酸法清汁灰分含量的增值是影响清汁纯度升降的最主要因素。以清汁的(灰分/Bx%)与混合汁的(灰分/Bx%)相比,前者通常高0.1~0.6。在这个增量增大时,纯度差就显着下降;当此增量高于0.4时, 清汁纯度就可能低于混合汁,即纯度差出现负数。


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