蔗糖澄清工段糖漿色值影響因素的灰色關聯分析

宋春寧 楊瑞標

SONG Chun-Ning YANG Rui-Biao

（廣西大學電氣工程學院，廣西 南寧 530004）

(GuangXi University Institute of Electrical Engineering,Nanning,Guangxi530004,China)

澄清工段是蔗糖生產工藝的重要流程之一，包括預灰、一碳飽充、二碳飽充、清汁硫漂、糖漿硫漂5個過程[1]。澄清工段過程復雜，是一個非線性，多變量，大滯后的灰色系統。在澄清工段中，糖漿色值是反映澄清效果的關鍵指標。澄清效果的好壞直接影響到成品糖的質量。但澄清工段中影響糖漿色值的因素很多，如何找到制約糖漿色值的因素及其對糖漿色值的影響程度是值得探討的問題。文章運用灰色關聯分析，揭示蔗糖澄清工段糖漿色值的影響因素及影響主次。

1 灰色關聯分析

灰色關聯分析是灰色系統理論[2]的一個重要組成部分，與主成分分析[3]，回歸分析[4]，數據包絡分析[5]等因素分析法相比，原理簡單，計算量小，容易實現，已經廣泛用于農業、氣象等學科[6]。

灰色關聯分析的思想是通過參考序列和若干比較序列之間發展態勢的相似程度來判斷它們之間關聯是否密切。用關聯度表示它們之間的相似程度。關聯度大的因素對系統發展影響大，關聯度小的因素對系統發展影響小甚至沒影響[6-10]。

灰色關聯分析的基本原理是先定參考序列x0(t)和m個比較序列xi(t)，每個序列有n個數；再對所有序列進行數據處理，統一量綱；然后計算它們的絕對差值

記二級最大差值和最小差值分別是：

接著，比較序列xi（t）和參考序列x0（t）的關聯程度就用關聯系數γ0i（t）表示，計算公式見式（3）：

式中：

ρ——分辨系數，介于0～1之間，通常取0.5。

最后得出關聯度計算公式，即

關聯度η0i越大，表示比較序列與參考序列的關聯程度越大；反之，關聯程度就越小。

2 糖漿色值灰色關聯分析

蔗糖澄清工段糖漿色值與關聯度大的影響因素有關。分析影響因素與糖漿色值的關聯度及它們的主次，得出糖漿色值的主要影響因素。

2.1 參考序列和比較序列的確定

蔗糖澄清工段的糖漿色值和影響因素數據每2 h采樣1次，共12組。把糖漿色值（°St）隨采樣時間變化的數據設為參考序列x0，預灰pH表示為x1，預灰閥位表示為x2，一碳pH表示為x3，一碳閥位表示為x4，二碳pH表示為x5，二碳閥位表示為x6，清汁pH表示為x7，清汁閥位表示為x8，糖漿pH表示為 x9，糖漿閥位表示為 x10，一清色值（°St）表示為 x11，二清色值（°St）表示為 x12，清汁色值（°St）表示為 x13，蔗汁流量（t/h）表示為x14，一碳加灰量(g/100 mL)表示為x15，二清濁度表示為x16。統計結果見表1。

2.2 數據均值化處理

因為各影響因素的單位不同，不僅表示的物理意義不同，而且數量級也不同。因此，為了后續的計算，必須對所有序列的數據進行處理。常用的數據處理方法有標準化、均值化、初值化、歸一化。均值化就是這個數列的每一個數除以該數列所有數據的平均值。因為有的序列數據間大小差距較大，所以采用均值化數據處理。這種處理方法既防止數據的分散，又保持數據的信息變化。均值化數據處理的結果見表2。

2.3 絕對差值和二級最大最小差值的計算

表1 蔗糖澄清工段糖漿色值與影響因素覮Table1 Syrup color value and influence factors in the sucrose clarification section

表2 糖漿色值與影響因素的均值化Table2 Mean change value of the syrup color value and influence factors

經過數據均值化處理后，根據式(1)求出比較序列與參考序列的絕對差值，再通過式(2)，從絕對差值的數據表格中找到二級最大差值和最小差值。絕對差值的計算結果見表3。

2.4 關聯系數和關聯度的求值

關聯系數γ0i(t)表示比較序列xi(t)與參考序列x0(t)的相似程度，γ0i(t)越大，比較序列與參考序列的相似程度越大，反之越小。當分辨系數取0.5時，根據式(3)計算比較序列與參考序列的關聯系數，結果見表4。

利用式(4)計算比較序列與參考序列的關聯度，從而知道各個影響因素對糖漿色值的關聯程度，結果見表5。把表中的關聯度從大到小排序：η011<η05<η01<η03<η07<η09<η012<η013<η014<η015<η06<η02<η04<η010<η016<η08。顯而易見，糖漿色值與一清色值的關聯度最大，則二者之間關聯程度最大；與清汁閥位的關聯度最小，則二者之間的關聯程度最小。

表3 糖漿色值與影響因素的絕對差值Table3 Absolute difference value of the syrup color value and influence factors

表4 糖漿色值與影響因素的關聯系數Table4 Relational coefficientof the syrup color value and influence factors

表5 糖漿色值與影響因素的關聯度Table5 Relational degree of the syrup color value and influence factors

從灰色關聯分析結果來看，一清色值與糖漿色值的關聯度最大。糖漿色值受一清色值的影響最大。一清色值是蔗糖澄清工段中一碳飽充過濾后蔗汁的色值大小。色值大，說明蔗汁溶液中的色素等非糖分物質多；色值小，說明蔗汁溶液中的色素等非糖分物質就少。一碳飽充的作用有：①生成碳酸鈣沉淀，②除去蔗汁中膠體、色素以及其他非糖分物質。碳酸鈣沉淀不僅吸附非糖分沉淀物，也能加快它們的沉降過濾。但要注意的是加灰量不宜過多，否則會造成還原糖的分解，一般控制在相對蔗汁溶液的1.2%～1.5%的范圍[11]。因此，為了使糖漿色值低，必須做好對一清色值的檢測，同時控制好一碳飽充的加灰量。

其次，緊跟著一清色值的是二碳pH，它與糖漿色值的關聯度排在第二。二碳pH是蔗糖澄清工段二碳飽充過程的一個重要參數。二碳飽充蔗汁中含有大量的鈣鹽，添加一定量的CO2和石灰乳，使蔗汁溶液的鈣鹽含量降低。二碳最適pH一般控制在8.2～8.6[11]，此時的溶液中鈣鹽含量少，色值低。如果二碳pH達不到這個要求，就會導致鈣鹽增多，吸附能力下降，不利于糖漿色值的降低。因此要對二碳pH定期檢測，便于生產過程調整。

預灰pH、一碳pH、清汁pH和糖漿pH與糖漿色值的關聯程度依次遞減，但比剩下的影響因素靠前。蔗汁pH關系到膠體的性質和碳酸鈣晶體，而膠體物的凝聚沉降影響到沉淀效果，關系到最后的糖漿色值。二清色值和清汁色值對糖漿色值都有重要的影響。它們的好壞反映了二碳飽充和清汁硫漂的澄清效果。蔗汁流量影響糖漿色值是因為蔗汁流量涉及到蔗汁溶液中非糖分的量和鈣鹽含量。一碳加灰量就是一碳飽充中加灰的用量，控制還原糖的分解，影響碳酸鈣沉淀。二碳閥位、預灰閥位、一碳閥位、糖漿閥位和二清濁度對糖漿色值的關聯度比較小。

與糖漿色值關聯度最低就是清汁閥位，它是清汁硫漂過程中的一個參數。因為二碳飽充的蔗汁鈣鹽含量很低，所以清汁硫熏中除去鈣鹽非常少，一般情況下，蔗汁鈣鹽含量幾乎不變。因此清汁閥位的改變不會對糖漿色值有什么影響。

3 結論

糖漿色值是糖漿硫漂過濾后蔗汁的色值，不僅反映了蔗糖澄清工段的澄清效果，也影響了成品糖的質量。蔗糖澄清工段的影響因素對糖漿色值都有一定影響。通過灰色關聯分析，揭示了蔗糖澄清工段糖漿色值主要影響因素及影響主次。從關聯度排序結果可以看出一清色值、二碳pH、預灰pH和一碳pH對糖漿色值的影響很大。清汁pH、糖漿pH、二清色值、清汁色值、蔗汁流量和一碳加灰量對糖漿色值的影響也比較大。二碳閥位、預灰閥位、一碳閥位、糖漿閥位、二清濁度和清汁閥位對糖漿色值的影響很小甚至沒影響。因此，在蔗糖生產中，一清色值反映了一碳飽充中非糖分的除去程度，要做好一清色值的檢測。另外，每個過程的pH要定時監測，最適pH時蔗汁中的還原糖不易分解且鈣鹽含量低。

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