溶剂超声波制种及种糊再培养技术在糖厂的应用

余开科，潘文高，梁 静，黄 猛，朱飞如，覃志这，吴 捷，顾 静

（1.北海市食品药品检验所，广西 北海 536000；2.广西来宾小平阳湘桂制糖有限公司，广西 来宾 546100）

0 前言

广西来宾小平阳湘桂制糖有限公司设计日榨量为7000t/d，2014/2015年榨季总榨甘蔗量达75万吨。2013/2014年榨季以前，白砂糖粒度在70%～80%，未能达到要求的白砂糖粒度的整齐度，降低了出产的白砂糖品质。目前，对于提高白砂糖粒度的均匀度，绝大多数糖厂依靠煮糖工的经验操作。如何制备好颗粒均匀的高质量糖种，这已成为各国制糖业工程师注重研究的一个课题［1］。2014/2015年榨季，通过利用超声波起晶器制备种糊并结合糖种糊再培养技术，把白砂糖的粒度由70%～80%提高到了80%～95%，取得了较为显著的效果，提高了白砂糖的品质。

1 起晶方法

用糖种糊作晶种是当前各糖厂通用的起晶方法。目前，甘蔗糖厂制作种糊常用的方式有以下两种。

1.1 球磨机磨粉制种法

球磨机磨粉制种法是使白砂糖借助瓷球或钢球撞击而粉碎与酒精混合成糖粉糊，是当今制糖结晶过程普遍使用的方法。该方法虽然简单易行，但存在以下问题。

一是数目难以控制，因晶体在磨裂过程中形成大量表面凹凸不平的枝丫、针状、片状粒子，在投种过程中会因碰撞、冲击，使表面晶粒继续分裂、脱落而产生大量微细新晶。

二是晶核外观差，不平整的表面极易包藏杂质。

三是晶体幼小且尺寸分布范围很大，磨裂后较大晶粒与散落的碎片、晶粒之间的大小差异可达十几倍，即5～40μm。

四是起晶时间慢，投入结晶罐中成活率不稳定，时多时少，难以掌握数目。

1.2 溶剂—超声波协同起晶种法

溶剂—超声波协同起晶种法，是20世纪90年代华南理工大学高大维教授等研制的制种技术。溶剂—超声波协同起晶种法是在一定的过饱和糖浆中，通过加入无水酒精夺水和超声波震荡来破坏糖水分子间的氢键缔合结构，从而促使大量蔗糖晶核同时迅速析出，并通过施加适宜的搅拌、分散和悬浮的手段，使析出的蔗糖晶核成为尺寸均匀、表面完整的晶种［2］。这种方法制出的种糊晶体虽然很均匀，但存在以下问题。

一是种糊晶体偏软；二是不能长时间贮存，长时间贮存后，晶体棱角自然溶化；三是晶体幼小，大小为25～35μm，晶种成活率不稳定，时多时少，难以掌握数目；四是起晶时间慢；五是操作较麻烦。

生物复习课是生物课堂教学中一种重要课型，是实现学生生物学核心素养螺旋式进阶的重要阵地。然而目前的生物复习课侧重于在教师的引导下，对已学过的事实性知识进行全面的归纳整理，以实现对知识的机械记忆与生搬硬套的应用。这种偏面追求分数的复习模式阻碍了学生生物学核心素养的升华。生物复习课不是对知识的机械重复，更不是对解题技巧的套用，而应以学生已有的知识、经验与技能为载体，培养学生的创新能力与问题解决能力，进一步全方位地提升学生的生物学核心素养。

2 历程

煮糖结晶过程是一非线性、慢时变过程，其内部机理复杂［3］。粒度的整齐度是糖厂煮糖过程中一个重要指标，它直接影响糖分的吸收情况、糖膏的煮制时间以及各级原蜜、洗蜜的纯度，关系到白砂糖的质量和提糖率的高低，间接影响到糖厂产品成本。

2.1 起晶方法

2014/2015年榨季以前，采用瓷球磨种机和山东蓬莱球磨机两种球磨机研磨制备种糊。

瓷球磨种机：自制Φ350×430的不锈钢圆筒作球磨机，取白砂糖9kg，无水酒精9L，瓷球8kg，加入到球磨机套在种子箱轴头上研磨36小时。

山东蓬莱种糊机：主要是由电机、筒体、桨叶、钢球和支架等组成，磨制种糊时，先向种糊机内加入1.6kg白砂糖、4.5L酒精（PKZ-I型），然后启动种糊机，筒体内的桨叶由电机带动旋转，桨叶推动筒体内的数千个小钢球，转动的小钢球挤压撞击白砂糖粒，将糖粒破碎，工作6h即可完成种糊的制备。

这两种方法所得的种子大小尺寸约为6～30μm，尺寸分布范围比较大。

2.2 操作与结果

用瓷球磨种机或山东蓬莱球磨机两种球磨机制出的种糊投乙种，取1200mL糖种糊量，投入55m3结晶罐内起晶、养晶和煮制，最终得到3～4罐的乙糖膏。在操作过程中，数目难以确定且均匀度不一，从结果来看，得到的粒度整齐度一般，在70%～80%之间。

2.3 原因分析

粒度达不到80%以上，主要有以下原因。

第一，种糊先天不整齐，晶体的棱、角、面不完整、无规则。

第三，起晶时间过长。

3 现状

探索实施溶剂—超声波协同起晶种并结合种糊再培养技术，制备晶种。

3.1 溶剂—超声波协同起晶种法

第一，称取6kg白砂糖放入高压锅内，加入1320mL温水，边煮边搅拌均匀，盖好锅盖，打开搅拌电机，煮至105℃后，让其自然冷却搅拌10分钟，最后把煮好糖浆的高压锅放入准备好的冷水盘内，冷却至38℃。打开锅盖后，用阿贝折光仪测量高纯度糖浆锤度，约为82°Bx。

第二，准备好1500mL的无水酒精。

第三，把冷却好的糖浆倒入超声波起晶槽内，第一次加入750mL无水酒精，打开搅拌和超声波按钮，时间设置为1分钟，停止后，第二次加入750mL无水酒精，重新开启搅拌和超声波按钮，时间设置为5分钟。这时起晶槽内的糖浆逐步变成乳白色，即已有晶核生成。

第四，准备好1320mL食品级的甘油放在桶内，待煮好种糊后，边倒入桶内边搅拌均匀，即可完成制种。

3.2 溶剂—超声波协同起晶种及种糊再培养技术

第一，称取6kg白砂糖放入高压锅内，加入1500mL温水，边煮边搅拌均匀，盖好锅盖，打开搅拌电机，煮至105℃后，让其自然冷却搅拌10分钟，最后把煮好糖浆的高压锅放入准备好的冷水盘内，冷却至40℃。打开锅盖后，用阿贝折光仪测量高纯度糖浆锤度，约为80°Bx。

第二，把原先制好的种糊一半倒入干净的超声波起晶槽内，然后把煮制好的高纯度糖浆全部倒入起晶槽，再把种糊的另一半倒入起晶槽内混合。同时打开超声波和搅拌按钮振荡、搅拌培养种糊，时间设置为3分钟。

第三，准备好1000mL食品级的甘油放在桶内，待煮好种糊后，边倒入桶内边搅拌均匀后即可待用。

第四，共获得约18.5kg的种糊量，晶体大小在50～60μm之间。

第五，乙种投粉分二次，每次投一半。

3.3 成果

采用球磨机制出的种糊，粒度不均匀，晶体的棱角不规则，种糊数量难以控制，如图1所示。

采用溶剂—超声波制种，粒度均匀但不稳定，如图2所示。经过种糊再培养，粒度均匀且稳定，晶体棱角规则，如图3所示。

图2 溶剂—超声波制种

图3 种糊再培养

球磨在煮的和已煮成的乙种，粒度不均匀，晶体的棱角不规则，如图4和图5所示。

图4 球磨煮的乙种

图5 球磨煮成的乙糖

培养种，投入罐15分钟、35分钟、70分钟和100分钟后的晶体变化情况，粒度均匀，晶体棱角规则，分别如图6、图7、图8和图9所示。

图6 培养种投入罐15分钟时的晶体

图7 培养种投入罐35分钟时的晶体

图8 培养种投入罐70分钟时的晶体

图9 培养种投入罐100分钟时的晶体

超培乙糖煮制到40m3时，粒度均匀，晶体棱角规则，如图10所示。超培乙糖，粒度均匀，晶体棱角规则，如图11所示。

图10 煮制到40m3时的超培乙糖

图11 煮制好的超培乙糖

超培丙种，粒度均匀，种糊数量可控，如图12所示。

图12 超培丙种

培养种，煮成50m3丙糖和煮成55m3甲糖，粒度均匀，晶体棱角规则、顶手，煮制过程中吸收效果好，分别如图13和图14所示。

图1 球磨机种糊

图13 培养种煮成50m3的丙糖

图14 培养种煮成55m3的甲糖

4 总结

溶剂—超声波协同起晶种及种糊再培养技术于2014年12月实施后，依赖个人煮种经验的判断减少，种子工逐渐年轻化，同时种子工的工作量减轻，种糊的煮制有了标准流程。根据糖厂化验数据报表系统实际统计，2014/2015年榨季白砂糖总编号数为1840罐，白砂糖粒度达80%以上的有1472罐，占总数的80%，实现了制定的目标值。

采用溶剂—超声波协同起晶种及种糊再培养技术后，等折白砂糖产糖率连续几年排名前列，获得标杆企业荣誉称号，说明该技术能够有效的控制白砂糖的粒度，降低能耗，提高效益，为广西制糖业的发展做出了贡献。