糖的种植

在化学上，由于其由碳、氢、氧元素构成，在化学式的表现上类似于“碳”与“水”聚合，故又称之为碳水化合物。在古代，人们利用蜂蜜来制造糖果。最先是在罗马周围的地区出现了糖衣杏仁这种糖果。制造者用蜂蜜将一个杏仁裹起来，放在太阳底下晒干，就可以得到糖衣杏仁了。这种糖果一直以来广受人们的喜爱。位于MEUSE的VERDUN地区是今天最有名的糖衣杏仁制造地。这里的BRAQUIER公司制造多种形状和颜色的糖衣果仁，有巧克力的、烤杏仁的、开心果的，均采用古老的方法精心制作。制造糖衣果仁的过程超过10天。FLAVIGNY修道院的茴香糖相比之下要小一点、圆一点。这种糖果是1650年的时候在位于BOURGOGNE地区的FLAVIGNY小城被发明的，现在已被出口到20个国家。史前时期，人类就已知道从鲜果、蜂蜜、植物中摄取甜味食物。后发展为从谷物中制取饴糖，继而发展为从甘蔗甜菜中制糖等。制糖历史大致经历了早期制糖、手工业制糖和机械化制糖3个阶段。早期制糖阶段 中国是世界上最早制糖的国家之一。早期制得的糖主要有饴糖、蔗糖，而饴糖占有更重要的地位。制饴 将谷物用来酿酒造糖是人类的一大进步。中国西周的《诗经·大雅》中有“周原膴膴，堇荼如饴”的诗句，意思是周的土地十分肥美，连堇菜和苦苣也象饴糖一样甜。说明远在西周时就已有饴糖。饴糖被认为是世界上最早制造出来的糖。饴糖属淀粉糖，故也可以说，淀粉糖的历史最为悠久。饴糖是一种以米（淀粉）和以麦芽经过糖化熬煮而成的糖，呈粘稠状，俗称麦芽糖。自西周创制以来，民间流传普遍，广泛食用。西周至汉代的史书中都有饴糖食用、制作的记载。其中，北魏贾思勰所著的《齐民要术》（第89篇“饧”）记述最为详尽。书中对饴糖制作的方法、步骤、要点等都作了叙述，为后人长期沿用。时至今日，这类淀粉糖的甜味剂仍有生产，也有较好的市场，在制糖业中仍有一定地位。但通常所说的制糖是指以甘蔗、甜菜为原料制糖。甘蔗制糖 甘蔗制糖最早见于记载的是公元前 300年的印度的《吠陀经》和中国的《楚辞》。这两个国家是世界上最早的植蔗国，也是两大甘蔗制糖发源地。在世界早期制糖史上，中国和印度占有重要地位。史前时期，人类就已知道从鲜果、蜂蜜、植物中摄取甜味食物。后发展为从谷物中制取饴糖，继而发展为从甘蔗甜菜中制糖等。制糖历史大致经历了早期制糖、手工业制糖和机械化制糖3个阶段。早期制糖阶段 中国是世界上最早制糖的国家之一。早期制得的糖主要有饴糖、蔗糖，而饴糖占有更重要的地位。制饴 将谷物用来酿酒造糖是人类的一大进步。中国西周的《诗经·大雅》中有“周原膴膴，堇荼如饴”的诗句，意思是周的土地十分肥美，连堇菜和苦苣也象饴糖一样甜。说明远在西周时就已有饴糖。饴糖被认为是世界上最早制造出来的糖。饴糖属淀粉糖，故也可以说，淀粉糖的历史最为悠久。饴糖是一种以米（淀粉）和以麦芽经过糖化熬煮而成的糖，呈粘稠状，俗称麦芽糖。自西周创制以来，民间流传普遍，广泛食用。西周至汉代的史书中都有饴糖食用、制作的记载。其中，北魏贾思勰所著的《齐民要术》（第89篇“饧”）记述最为详尽。书中对饴糖制作的方法、步骤、要点等都作了叙述，为后人长期沿用。时至今日，这类淀粉糖的甜味剂仍有生产，也有较好的市场，在制糖业中仍有一定地位。但通常所说的制糖是指以甘蔗、甜菜为原料制糖。甘蔗制糖 甘蔗制糖最早见于记载的是公元前 300年的印度的《吠陀经》和中国的《楚辞》。这两个国家是世界上最早的植蔗国，也是两大甘蔗制糖发源地。在世界早期制糖史上，中国和印度占有重要地位。答案补充在中国，最早记载甘蔗种植的是东周时代。公元前4世纪的战国时期,已有对甘蔗初步加工的记载。屈原的《楚辞·招魂》中有这样的诗句：“胹鳖炮羔，有柘浆些”。这里的“柘”即是蔗，“柘浆”是从甘蔗中取得的汁。说明战国时代，楚国已能对甘蔗进行原始加工。西晋陈寿所著的《三国志·吴书·孙亮传》中，有"亮使黄门以银椀并盖,就中藏吏取交州所献甘蔗饧……"的记述。交州在现今的广东、广西一带，与上述的楚国同是中国的南方，是甘蔗制糖最早的地区。甘蔗饧是一种液体糖，呈粘稠状，是将甘蔗汁浓缩加工至较高浓度（粘稠），便于储存食用。这里的加工技术已经提高了一大步。东汉张衡著的《七辨》中，有“沙饴石蜜”之句。这里“沙饴”二字，是指制得的糖有微小的晶体，可看作是砂糖的雏形。6世纪时陶弘景著的《名医别录》中写到:“蔗出江东为胜,卢陵也有好者,广州一种数年生,皆大如竹,长丈余，取汁为沙糖，甚益人。”这里描述的种蔗区域更加广阔了，种蔗的技术也已提高，且已经制出砂糖。这种砂糖是将蔗汁浓缩至自然起晶，成为带蜜的糖。比先前的甘蔗饧的加工技术又提高一步。答案补充在长期的制糖实践中，很多制糖方法逐步被总结出来。 北宋王灼于 1130年间撰写出中国第一部制糖专著──《糖霜谱》。全书共分7篇，内容丰富,分别记述了中国制糖发展的历史、甘蔗的种植方法、制糖的设备（包括压榨及煮炼设备）、工艺过程、糖霜性味、用途、糖业经济等。1637年初刊的明代宋应星所著《天工开物》卷六（《甘嗜》）中,记述了种蔗、制糖的各种方法,比《糖霜谱》一书更系统、更详尽。这些方法，在中国民间一直沿用到20世纪。书中记述的采用牛拉石辘（或木辘）多次压榨取汁的方法(压榨法)，与现代的甘蔗多重压榨原理相似。在蔗汁澄清方面，书中首次总结了石灰法澄清工艺，其原理在现代的制糖业中仍有沿用。“甘嗜”中总结的具有系统性的压榨取汁、石灰法澄清、浓缩煮糖等手工业制糖工艺，成为现代机械化制糖的工艺基础。

制糖厂多级蒸馏能量系统是怎样的?

甘蔗特性、蔗汁的化学成分及性质，对制糖工艺影响甚大，是选择生产方法及工艺条件的依据。下面跟着我一起来看看甘蔗制糖的工艺流程是怎样的。

　甘蔗制糖工艺流程之提汁

从甘蔗提取蔗汁的方法有压榨法与渗出法。压榨法是对甘蔗通过预处理和压榨设备与渗浸系统相配合提取蔗汁的方法。渗出法是甘蔗经预处理破碎，通过渗出设备和采用一定的流汁系统，蔗料经水和稀糖汁淋渗，使甘蔗糖分不断被浸沥而洗出的方法。

甘蔗压榨法

压榨提汁原理主要是将甘蔗斩切成丝状与片状的蔗料，入压榨机，使充满蔗汁的甘蔗细胞的细胞壁受到压榨机辊和油压的压力而破裂，蔗料被压缩，细胞被压扁的同时排出蔗汁;借助于渗浸系统将从压榨机排出、开始膨胀的蔗渣进行加水或稀汁渗浸，以稀释细胞内的糖分，提取更多的蔗汁。

蔗料相继通过几座三辊压榨机被多次压榨。在蔗料进入末座压榨机之前加水渗浸。加入的水称渗浸水，一般用量为甘蔗量的15~25%。从末座榨出的汁称末座榨出汁，它随即被泵入前一座压榨机作为渗浸液，渗浸进入该座压榨机的蔗料，所榨出的稀汁再作前一座压榨机的渗浸液，如此直至第二座压榨机，这就是糖厂普遍使用的复式渗浸法。由第一座及第二座压榨机压出的汁合并成混合汁，送清净处理。从末座压榨机排出的蔗料称为蔗渣。蔗渣中水分为45~50%，糖分1~4%，纤维分45~52%，可溶性固体物1.5~6%。蔗渣送锅炉作燃料，或另作其他工业原料。衡量提汁方法的提糖效率用糖分抽出率，其定义为从甘蔗中已被提取的蔗糖对甘蔗中蔗糖的质量百分数。甘蔗糖厂糖分抽出率在92~97%之间。

压榨提汁主要设备包括切蔗机、压榨机及其驱动装置、渗浸系统及相应的输送设备。切蔗机由蔗刀及驱动装置组成。压榨机由 3个辊子及机架构成。三辊压榨机的辊被装嵌成三角形，视其所处位置分别称为顶辊、前辊和后辊。顶辊与前、后辊间有一定的间隙。3个辊的轴端带有传动齿，由原动机如电动机、汽轮机或蒸汽机经减速装置驱动顶辊，从而使3个榨辊以相同的速度转动。

甘蔗糖厂生产能力，以糖厂每日压榨甘蔗吨数来表示。处理甘蔗的能力与压榨机座数、甘蔗破碎度、压榨辊直径与长度、辊子转速、甘蔗纤维分和对糖分抽出的要求等因素有关。通常，糖厂采用4~6座压榨机组成一压榨机列。亦有采用2列、3列，以适应生产的需要。

蔗汁的化学成分，随甘蔗的化学成分、甘蔗收获后存放时间和环境等不同而变化。表1 [蔗汁成分]为蔗汁化学成分。

80年代后期以来，甘蔗提汁技术一方面倾向于加强甘蔗预处理，使破碎度提高到70~80%;注重采用高位入料槽，或者采用压力入料辊(又称齿状入料辊)两个与传统的三辊压榨机组成五辊压榨机，以强化压榨机的入料，并进行预压缩，从而提高压榨机生产能力;另方面在渗浸工艺上，又在复式渗浸系统的基础上，采用压榨机出来的稀汁的大部分回流本座压榨机，使在不增加渗浸水量的前提下增加渗浸液量，使蔗渣含液量达到饱和，呈饱和渗浸，充分渗浸与稀释蔗料的残留糖分，达到进一步提高糖分抽出的目的。

压榨法耗用钢材与电力较多，但它具有的处理甘蔗能力适应性强、技术管理方便和运行可靠等优点，使之迄今仍是甘蔗提汁的主要方法。

甘蔗渗出法

甘蔗渗出法的基本原理是利用甘蔗细胞中的细胞质与细胞壁之间有一层细胞质膜，对细胞外面的物质能起选择吸收的渗透作用。因此，可以应用固―液萃取的浸沥操作，通过洗涤、稀释、浸透和扩散作用把甘蔗中蔗糖分子转移于渗出汁中，达到提取糖分的目的。

甘蔗渗出法提汁工艺主要包括甘蔗预处理、糖分渗出和湿蔗渣脱水。渗出工艺又可分成两类:一类是蔗丝渗出，甘蔗经预处理成蔗丝后进入渗出器，经渗出水和稀汁渗浸得渗出汁;一类是蔗渣渗出，是甘蔗预处理后的蔗丝先经一台压榨机，榨取相当于甘蔗含糖的60~80%的原蔗汁后，再进入渗出器作进一步的渗出提汁，压榨出原蔗汁与渗出汁合并成混合汁送清净处理。从渗出器出来的蔗料称湿蔗渣，水分约85%，入脱水设备脱水，将水分降至50%以下，送锅炉作燃料或作其他工业原料。脱水设备所得稀汁称脱水汁，通常经加入磷酸、石灰和加热等化学、物理方法清净处理，清汁导回渗出器以助萃取和多回收糖分。渗出法糖分抽出率与压榨法大体相同。

甘蔗预处理工艺要求的甘蔗破碎度，对蔗渣渗出法为75~80%，对蔗丝渗出法达到85~90%，蔗丝幼细、片状，蔗屑不应过多，以利于更有效地渗出甘蔗糖分。预处理设备常用撕裂机或重锤式撕裂机，切蔗机或其组合设备。脱水设备多用三辊压榨机。渗出器有多种形式，主要有Silver型、BMA型、De Smet型、DdS型和Saturne型等。不同形式的渗出器各具特点，但工艺效果大致相同。各种渗出器都具有使蔗料连续向前移动或旋转推前的运动构件、分级渗淋系统。预处理的蔗料送入渗出器的一端，在另一端加入约甘蔗量25%的渗出水，以渗淋萃取糖分，并从此端排出湿蔗渣。借助多级渗淋系统，使蔗料与萃取液经受多级逆流渗滤，渗出汁自入蔗料端排出。渗淋系统级数，蔗丝渗出用12~18级，渗出时间20~35分钟;蔗渣渗出用8~12级，渗出时间16~26分钟。渗出温度是通过加热渗淋稀汁，使维持渗出器内热裂区渗出汁温度在80~90℃，最终渗出汁温度在50~65℃。影响渗出糖分抽出效率的主要因素，是甘蔗破碎度、渗出温度、时间和渗出水加入量。渗出器生产能力主要取决于它的规范尺寸和流过蔗料层的蔗汁流速。而影响蔗汁流过蔗料层速度的因素是甘蔗质量、预处理破碎度、蔗料层厚度、脱水汁质量和渗出温度。

渗出提汁法具有省钢材、省动力、省投资、省维修费用等优点。但技术管理要求较高，耗用蒸汽较多。

　甘蔗制糖工艺流程之清净

借助清净剂和加热所起的化学和物理化学作用，并通过固液分离方法，尽可能除去混合汁中影响蔗糖结晶的各种非糖物质，获得色值较低、清晰、较纯净的清净汁。

甘蔗制糖方法是以清净过程中使用的主要清净剂来命名。各产糖国家用甘蔗生产白砂糖、粗糖的通用清净方法主要有亚硫酸法、石灰法和碳酸法。

亚硫酸法 采用石灰和二氧化硫为主要清净剂。混合汁经预灰(图2[ 亚硫酸法工艺流程])、一次加热、硫熏中和、二次加热后入沉降器，分离出清净汁和泥汁泥汁经过滤得滤清汁，它与清净汁混合再经加热、多效蒸发成糖浆，再经糖浆硫熏得清糖浆作结晶原料。

亚硫酸法工艺原理主要是利用亚硫酸离子与钙离子反应生成亚硫酸钙粒子，吸附蔗汁中的色素;加热凝聚胶体物质与加速沉降;调节中和pH值而达到某些非糖物的凝聚点而生成沉淀等化学和物理化学的作用以达到清净的目的。预灰与一次加热对蔗汁中微生物的繁殖亦会起到抑制的作用。

亚硫酸具还原性，是一种漂白剂。它把色素暂时还原成无色物质，当与空气长期接触又会渐渐呈色。这就是亚硫酸法制得的白砂糖放置时间较长会变黄的原因之一。

蔗糖在酸性条件下会水解成葡萄糖与果糖等分子混合物，称为转化糖。由于其具还原性，制糖工业又称之为还原糖。还原糖在酸性溶液中稳定，在碱性溶液中当温度较高时则迅速分解，生成有机酸如己糖二酸、葡萄糖酸等及深色的络合物。这些物质不易除去。深色的络合物还影响产品色值。糖浆硫熏控制调节其pH值，是为了防止结晶时还原糖分解，增加色值，并利用亚硫酸的漂白作用降低色值和粘度。

硫熏中和过程的二氧化硫是借燃硫炉燃烧硫磺时生成。气态二氧化硫由类似水喷射式真空抽吸器的多喷嘴立式管道硫熏中和器抽入。在管道内与作喷射的蔗汁充分接触，反应生成亚硫酸。同时，在该器尾管及储汁箱分几点加入石灰与之中和，从而完成硫熏中和工艺过程。

加热设备大多采用多程列管式加热器。泥汁过滤普遍采用转鼓式真空吸滤机，亦有采用通用的板框式压滤机。带搅拌连续沉降器(又称Dorr式沉降器)是沉降分离设备之一。它以隔板分成4或5层，顶层为凝聚层，底层为泥汁增浓层，中间几层为沉降层。清净汁主要从各沉降层放出。泥汁借助于该器中心轴慢慢带动它的泥汁耙，使之流向底层而放出，达到沉降分离的目的。

在亚硫酸法流程中，通常还用磷酸作辅助清净剂。它与石灰作用形成絮凝状的沉淀。它对部分非糖物和色素具有较强的吸附作用。制糖工业界普遍认为，混合汁中含有效五氧化二磷300~400ppm，清净可获良好的效果。

2002-2012年，糖厂广泛使用一种能起絮凝作用的人工合成的聚合电解质，又称絮凝剂。它是一类高分子化合物。常用的有聚丙烯酰胺，分子量在200万到2000万左右。它的用量极少，几个ppm便足以促使粒子聚成粗大的絮状团粒，加速沉降及过滤。

在亚硫酸法流程的基础上，应用絮凝剂，利用蔗汁在碱性条件下能大量析出胶体、色素和部分无机盐，采用以气浮分离技术先使凝聚的粒子上浮而除去大部分非糖物，然后将它的碱性清汁用磷酸中和后入沉降器的新工艺。所得清净汁的色值比原亚硫酸法降低30~40%，从而提高白砂糖质量。利用气浮分离技术，对亚硫酸法糖浆进行清净处理，同样可达到改善糖浆质量，提高白砂糖质量的目的。

石灰法 以石灰为主要清净剂。将混合汁预灰至pH6.4，加热至60℃，然后加灰中和至pH7.6~8.0，再加热至100~102℃，入沉降器分离出清净汁与泥汁。泥汁过滤得滤清汁与清净汁混合，经多效蒸发得糖浆以供结晶用。

石灰法流程简单，设备少，只靠加灰中和蔗汁生成较少量的沉淀物与加热的凝聚作用，清净过程除去的非糖物和色素较少，适用于生产粗糖。

碳酸法 以石灰和二氧化碳为主要清净剂的蔗汁清净法。其工艺流程(图3[碳酸法工艺流程])为:混合汁经一次加热、预灰，然后在加入过量的石灰乳的同时通入二氧化碳进行一次碳酸饱充，使产生大量钙盐沉淀，随即加热、过滤得一碳清汁，再经第二次碳酸饱充，然后加热、过滤，得二碳清汁，又经硫熏、加热、蒸发成糖浆。然后进行硫漂使pH降至5.8~6.4，供结晶之用。

碳酸法工艺原理主要是利用一碳饱充过程反应生成的大量碳酸钙粒子对胶体、色素及其他非糖分的良好吸附作用，达到降低色值和提高清汁纯度的目的但由于蔗汁含还原糖较多，为了避免在高温，强碱条件下分解，一碳加石灰量为蔗汁的1.5~2.0%，一碳适宜的pH为10.5~11，相当于0.03~0.05克CaO/100ml的饱充碱度。随后的二碳饱充控制pH为8.0~8.4二碳饱充是通过进入CO，尽可能完全地沉淀溶解在一碳清汁中的石灰和钙盐，并吸附部分杂质和色素，进一步提高清净汁的质量。

二碳清汁通入SO,是使清汁在接近中性的条件下蒸发成糖浆，以避免还原糖的破坏而增加色值，同时糖浆粘度也得到降低。这一工艺作用不能以在二碳饱充时通入过量的CO来达到，因为这样会增加钙盐含量和影响清净效果。

碳酸法糖厂均备有石灰窑，石灰石在窑中煅烧产生的CO和CaO供该法生产工艺所需。

碳酸法的清净效果优于亚硫酸法，产品质量较好。但清净耗用物料较多，成本较高，且滤泥处理比较困难。碳酸法工艺流程比亚硫酸法复杂，操作技术要求较高。

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糖厂糖汁经过澄清后，需要加热蒸发掉其中水分，这个过程在制糖工艺中称为蒸发工段，糖汁蒸发浓缩采用的是多效蒸发系统，其工作原理是：将几个蒸发罐串连组合使用，各效压力和温度由前往后逐渐降低；当加热蒸汽从第一效加入，罐内糖汁受热沸腾产生的二次蒸汽引入第二效做为加热蒸汽，二效产生的二次蒸汽再引入第三效汽鼓，依次类推，末效的二次蒸汽除了被抽往加热器使用外，多余的汁汽进入水喷射冷凝器。

采用多效蒸发可以节约蒸汽，效数越多，则所需加热蒸汽量越少。然而，效数过多是不经济的。以不抽取汁气为例，如果不考虑糖汁的自蒸发及热损失，采用两效蒸发的蒸汽消耗量为单效蒸发的50％，三效的蒸发的蒸汽消耗则为单效蒸发的33％，效数越多，则每增加一效罐所能增加的节能效益就越少，并且所增多的设备所获得的效益增长不足以抵消设备投资和维护费用的增加。另外，效数的增加会增加有效温差的损失，因为蒸发系统的总温差是一定的，效数的增加会使每效罐所能分得的温差减小，这会降低蒸发罐的蒸发强度，使蒸发罐的传热系数下降，因此糖厂一般采用3～5效的蒸发方案。