溶劑超聲波制種及種糊再培養技術在糖廠的應用

余開科，潘文高，梁 靜，黃 猛，朱飛如，覃志這，吳 捷，顧 靜

（1.北海市食品藥品檢驗所，廣西 北海 536000；2.廣西來賓小平陽湘桂制糖有限公司，廣西 來賓 546100）

0 前言

廣西來賓小平陽湘桂制糖有限公司設計日榨量為7000t/d，2014/2015年榨季總榨甘蔗量達75萬噸。2013/2014年榨季以前，白砂糖粒度在70%～80%，未能達到要求的白砂糖粒度的整齊度，降低了出產的白砂糖品質。目前，對于提高白砂糖粒度的均勻度，絕大多數糖廠依靠煮糖工的經驗操作。如何制備好顆粒均勻的高質量糖種，這已成為各國制糖業工程師注重研究的一個課題［1］。2014/2015年榨季，通過利用超聲波起晶器制備種糊并結合糖種糊再培養技術，把白砂糖的粒度由70%～80%提高到了80%～95%，取得了較為顯著的效果，提高了白砂糖的品質。

1 起晶方法

用糖種糊作晶種是當前各糖廠通用的起晶方法。目前，甘蔗糖廠制作種糊常用的方式有以下兩種。

1.1 球磨機磨粉制種法

球磨機磨粉制種法是使白砂糖借助瓷球或鋼球撞擊而粉碎與酒精混合成糖粉糊，是當今制糖結晶過程普遍使用的方法。該方法雖然簡單易行，但存在以下問題。

一是數目難以控制，因晶體在磨裂過程中形成大量表面凹凸不平的枝丫、針狀、片狀粒子，在投種過程中會因碰撞、沖擊，使表面晶粒繼續分裂、脫落而產生大量微細新晶。

二是晶核外觀差，不平整的表面極易包藏雜質。

三是晶體幼小且尺寸分布范圍很大，磨裂后較大晶粒與散落的碎片、晶粒之間的大小差異可達十幾倍，即5～40μm。

四是起晶時間慢，投入結晶罐中成活率不穩定，時多時少，難以掌握數目。

1.2 溶劑—超聲波協同起晶種法

溶劑—超聲波協同起晶種法，是20世紀90年代華南理工大學高大維教授等研制的制種技術。溶劑—超聲波協同起晶種法是在一定的過飽和糖漿中，通過加入無水酒精奪水和超聲波震蕩來破壞糖水分子間的氫鍵締合結構，從而促使大量蔗糖晶核同時迅速析出，并通過施加適宜的攪拌、分散和懸浮的手段，使析出的蔗糖晶核成為尺寸均勻、表面完整的晶種［2］。這種方法制出的種糊晶體雖然很均勻，但存在以下問題。

一是種糊晶體偏軟；二是不能長時間貯存，長時間貯存后，晶體棱角自然溶化；三是晶體幼小，大小為25～35μm，晶種成活率不穩定，時多時少，難以掌握數目；四是起晶時間慢；五是操作較麻煩。

生物復習課是生物課堂教學中一種重要課型，是實現學生生物學核心素養螺旋式進階的重要陣地。然而目前的生物復習課側重于在教師的引導下，對已學過的事實性知識進行全面的歸納整理，以實現對知識的機械記憶與生搬硬套的應用。這種偏面追求分數的復習模式阻礙了學生生物學核心素養的升華。生物復習課不是對知識的機械重復，更不是對解題技巧的套用，而應以學生已有的知識、經驗與技能為載體，培養學生的創新能力與問題解決能力，進一步全方位地提升學生的生物學核心素養。

2 歷程

煮糖結晶過程是一非線性、慢時變過程，其內部機理復雜［3］。粒度的整齊度是糖廠煮糖過程中一個重要指標，它直接影響糖分的吸收情況、糖膏的煮制時間以及各級原蜜、洗蜜的純度，關系到白砂糖的質量和提糖率的高低，間接影響到糖廠產品成本。

2.1 起晶方法

2014/2015年榨季以前，采用瓷球磨種機和山東蓬萊球磨機兩種球磨機研磨制備種糊。

瓷球磨種機：自制Φ350×430的不銹鋼圓筒作球磨機，取白砂糖9kg，無水酒精9L，瓷球8kg，加入到球磨機套在種子箱軸頭上研磨36小時。

山東蓬萊種糊機：主要是由電機、筒體、槳葉、鋼球和支架等組成，磨制種糊時，先向種糊機內加入1.6kg白砂糖、4.5L酒精（PKZ-I型），然后啟動種糊機，筒體內的槳葉由電機帶動旋轉，槳葉推動筒體內的數千個小鋼球，轉動的小鋼球擠壓撞擊白砂糖粒，將糖粒破碎，工作6h即可完成種糊的制備。

這兩種方法所得的種子大小尺寸約為6～30μm，尺寸分布范圍比較大。

2.2 操作與結果

用瓷球磨種機或山東蓬萊球磨機兩種球磨機制出的種糊投乙種，取1200mL糖種糊量，投入55m3結晶罐內起晶、養晶和煮制，最終得到3～4罐的乙糖膏。在操作過程中，數目難以確定且均勻度不一，從結果來看，得到的粒度整齊度一般，在70%～80%之間。

2.3 原因分析

粒度達不到80%以上，主要有以下原因。

第一，種糊先天不整齊，晶體的棱、角、面不完整、無規則。

第三，起晶時間過長。

3 現狀

探索實施溶劑—超聲波協同起晶種并結合種糊再培養技術，制備晶種。

3.1 溶劑—超聲波協同起晶種法

第一，稱取6kg白砂糖放入高壓鍋內，加入1320mL溫水，邊煮邊攪拌均勻，蓋好鍋蓋，打開攪拌電機，煮至105℃后，讓其自然冷卻攪拌10分鐘，最后把煮好糖漿的高壓鍋放入準備好的冷水盤內，冷卻至38℃。打開鍋蓋后，用阿貝折光儀測量高純度糖漿錘度，約為82°Bx。

第二，準備好1500mL的無水酒精。

第三，把冷卻好的糖漿倒入超聲波起晶槽內，第一次加入750mL無水酒精，打開攪拌和超聲波按鈕，時間設置為1分鐘，停止后，第二次加入750mL無水酒精，重新開啟攪拌和超聲波按鈕，時間設置為5分鐘。這時起晶槽內的糖漿逐步變成乳白色，即已有晶核生成。

第四，準備好1320mL食品級的甘油放在桶內，待煮好種糊后，邊倒入桶內邊攪拌均勻，即可完成制種。

3.2 溶劑—超聲波協同起晶種及種糊再培養技術

第一，稱取6kg白砂糖放入高壓鍋內，加入1500mL溫水，邊煮邊攪拌均勻，蓋好鍋蓋，打開攪拌電機，煮至105℃后，讓其自然冷卻攪拌10分鐘，最后把煮好糖漿的高壓鍋放入準備好的冷水盤內，冷卻至40℃。打開鍋蓋后，用阿貝折光儀測量高純度糖漿錘度，約為80°Bx。

第二，把原先制好的種糊一半倒入干凈的超聲波起晶槽內，然后把煮制好的高純度糖漿全部倒入起晶槽，再把種糊的另一半倒入起晶槽內混合。同時打開超聲波和攪拌按鈕振蕩、攪拌培養種糊，時間設置為3分鐘。

第三，準備好1000mL食品級的甘油放在桶內，待煮好種糊后，邊倒入桶內邊攪拌均勻后即可待用。

第四，共獲得約18.5kg的種糊量，晶體大小在50～60μm之間。

第五，乙種投粉分二次，每次投一半。

3.3 成果

采用球磨機制出的種糊，粒度不均勻，晶體的棱角不規則，種糊數量難以控制，如圖1所示。

采用溶劑—超聲波制種，粒度均勻但不穩定，如圖2所示。經過種糊再培養，粒度均勻且穩定，晶體棱角規則，如圖3所示。

圖2 溶劑—超聲波制種

圖3 種糊再培養

球磨在煮的和已煮成的乙種，粒度不均勻，晶體的棱角不規則，如圖4和圖5所示。

圖4 球磨煮的乙種

圖5 球磨煮成的乙糖

培養種，投入罐15分鐘、35分鐘、70分鐘和100分鐘后的晶體變化情況，粒度均勻，晶體棱角規則，分別如圖6、圖7、圖8和圖9所示。

圖6 培養種投入罐15分鐘時的晶體

圖7 培養種投入罐35分鐘時的晶體

圖8 培養種投入罐70分鐘時的晶體

圖9 培養種投入罐100分鐘時的晶體

超培乙糖煮制到40m3時，粒度均勻，晶體棱角規則，如圖10所示。超培乙糖，粒度均勻，晶體棱角規則，如圖11所示。

圖10 煮制到40m3時的超培乙糖

圖11 煮制好的超培乙糖

超培丙種，粒度均勻，種糊數量可控，如圖12所示。

圖12 超培丙種

培養種，煮成50m3丙糖和煮成55m3甲糖，粒度均勻，晶體棱角規則、頂手，煮制過程中吸收效果好，分別如圖13和圖14所示。

圖1 球磨機種糊

圖13 培養種煮成50m3的丙糖

圖14 培養種煮成55m3的甲糖

4 總結

溶劑—超聲波協同起晶種及種糊再培養技術于2014年12月實施后，依賴個人煮種經驗的判斷減少，種子工逐漸年輕化，同時種子工的工作量減輕，種糊的煮制有了標準流程。根據糖廠化驗數據報表系統實際統計，2014/2015年榨季白砂糖總編號數為1840罐，白砂糖粒度達80%以上的有1472罐，占總數的80%，實現了制定的目標值。

采用溶劑—超聲波協同起晶種及種糊再培養技術后，等折白砂糖產糖率連續幾年排名前列，獲得標桿企業榮譽稱號，說明該技術能夠有效的控制白砂糖的粒度，降低能耗，提高效益，為廣西制糖業的發展做出了貢獻。