不同气候区甜菜制糖生产的分析

2023-01-04林柏森郑笑冉贾玉洲

中国甜菜糖业 2022年4期

林柏森，郑笑冉，韩杰*，贾玉洲

(1.赤峰绿璐种业有限公司，赤峰 024005； 2.呼伦贝尔晟通糖业科技有限公司，额尔古纳 022250；3.赤峰众益糖业有限公司，赤峰 024005)

0 前言

迄今为止，世界上能用工业方法提取蔗糖的只有甘蔗和甜菜两种作物[1]，甜菜是人类发明和创造的一种作物(Coons.G.H，1936)[2]，甜菜是我国北方制糖工业的原料，甜菜块根在经过流洗、切丝、渗出、清净、蒸发、结晶、分蜜、干燥等一系列工艺流程后[3]，便有蔗糖、废蜜、废丝产生。蔗糖是双糖，是糖用甜菜块根的主要储存物质[4]；废蜜的主要成分是蔗糖(含蔗糖50%-55%)、并含有氨基酸、酰胺和少量有机酸和生长刺激物质[5]；废丝经压榨、烘干、造粒、冷却等工艺制成颗粒粕(以下简称粕)。粕的主要成分是纤维素、半纤维素、果胶及少量蛋白质、木质素和灰分[6]。

甜菜的加工期是根据甜菜糖厂的日处理甜菜量和甜菜的收购数量决定的，甜菜保藏加工期长短也要考虑甜菜质量变化、经济效益等[7]。甜菜加工是一个持续的过程，因而甜菜糖厂选择甜菜的收购时间、开机时间[8]以及甜菜储藏期长短都很重要。英国由于特殊的气候条件，甜菜收获期长，边收获甜菜便加工，工厂大部分时间加工新鲜甜菜；德国甜菜收获期长，近年发展到9月上旬就开始收获加工甜菜，甜菜在地头临时储藏，由专业性的第三方公司进行甜菜保藏，11月15日左右收获结束，翌年1月15日左右甜菜加工结束；美国甜菜加工期长，一般从上年的九月初持续到翌年的八月份，美国的甜菜储藏技术先进，一般分室内和室外甜菜储存两种方式，两种方式都是通过人工强制制冷手段使甜菜在冻固状态下保藏。

国外一般采取扩大加工能力、提早开机有计划性收购甜菜等办法相对缩小甜菜的加工期和储藏期，使甜菜处于最佳状态加工[9]。扩大甜菜加工能力的辅助方法是糖浆贮存，即一部分甜菜直接加工成蔗糖，一部分甜菜只生产糖浆，待甜菜加工完之后，再利用制糖车间后工段用糖浆制糖。最早采取糖浆贮存方法的是美国的卡尔墩糖厂，欧洲有些国家甜菜糖厂也采取了糖浆储存的方法，如比利时(1965)、法国(1965)[10]的甜菜糖厂采取了糖浆储存的方法，波兰[11]、德国也相继采用甜菜糖浆贮存的办法。

我国甜菜糖厂既没有采用糖浆贮存技术，也没有采用美国强制制冷技术保藏甜菜，一般采用暖藏、冷藏、自然储藏的一种或两种方式结合的方法储藏甜菜。甜菜糖厂加工新鲜甜菜(刚收获的甜菜)时间短，加工储藏甜菜的时间长。

中国甜菜分布在东北、华北、西北地区，地理位置从北纬39度到北纬50度，海拔从15米到2 300米。我国甜菜加工期长短不一，短则2个月，正常时3个月-4个月，收购甜菜多的年份需加工5个月-6个月[12]。

甜菜经过一段时间储藏后，甜菜本身质量就会发生变化，这些变化在生产中又具体表现在工艺指标的变化上。本文根据两个地理位置不同、气候明显不同糖厂原料区若干年度生产加工情况的基础资料，将各榨季整个甜菜加工期选取三个阶段，同一榨季三个阶段的加工天数一致，不同榨季三个阶段的天数可以不一致，要求三个阶段加工天数的总和占总生产天数的比例要高，甜菜加工量占整个加工期甜菜加工量比例大，通过分析各榨季相邻阶段间(一与二、二与三)甜菜下菜量与蔗糖产量、废蜜产量相对变化关系、相邻阶段间工艺指标的变化情况，揭示甜菜收购储藏期间相邻阶段间甜菜下菜量与蔗糖产量、废蜜产量阶段性变化的一般规律及工艺技术指标阶段性变化规律。以期为企业合理保藏甜菜提供科学依据。

1 企业原料产区地理、气候概况及生产加工概况

1.1 企业原料区地理概况及收购储藏期间气候情况

众益糖业原料区(内蒙古赤峰)位于北纬42度，海拔500米左右，属中温带、半干旱、大陆性季风气候。晟通糖业原料区(内蒙古呼伦贝尔市额尔古纳)位于北纬50度，海拔500米左右，属中温带大陆性草原气候。两企业原料区海拔高度相近，纬度相差8度左右。

众益糖业原料区10月中、下旬平均最低气温和平均最高气温皆在零℃以上，11月份平均最高温度在零℃以上，11月初平均最低气温在零℃以下，12月上旬平均最高气温降到零℃以下，翌年1月中旬平均最低、最高气温降到最低，自1月下旬起气温逐步回升，2月下旬平均最高气温恢复到零℃以上。晟通糖业原料区9月中、下旬平均最低气温和平均最高气温皆在零℃以上，10月份平均最高温度在零℃以上，10月初平均最低气温在零℃以下，11月上旬平均最高气温降到零℃以下，翌年1月中旬平均最低、最高气温降到最低，自1月下旬起气温逐步回升，3月下旬平均最高气温恢复到零℃以上(表1)。

表1 众益、晟通原料区甜菜收购储藏期间部分旬别平均最高、最低温度(℃)

续表1

众益糖业10月中旬开始收获甜菜，截至10月底应该收获完毕。众益原料区10月中旬初收购的甜菜容易“长芽”，如果收购期延长到11月上、中旬，则容易产生“冻化菜”，11月进入保管期后，如果不加强保管，随着昼夜气温零上和零下的变化，“化”、“冻”过程会反复交替进行，由于众益原料区始终处于“暖冬”状态，甜菜垛顶部很难形成“冻固层”。

晟通糖业9月上旬开始收获甜菜，截至9月底应该收获完毕。晟通原料区 9月中旬初收购的甜菜容易“长芽”，但由于气温下降快，反复“冻”“化”过程少，进入11月中旬，平均最高气温、最低气温皆在0℃以下(表1)，在甜菜垛顶端会形成一定程度的“冻固层”。

两企业甜菜收购储藏期间的共同点是:收获期短，储藏期相对较长。也就是说加工新鲜甜菜的时间短，加工储藏甜菜的时间长。

1.2 企业生产概况

众益糖业是由国有企业几经改制而来，其前身赤峰糖厂于1979年投产，至今已有40余年的历史，2017年糖厂搬迁到新地址，日处理甜菜3 500吨。晟通糖业于2018年投产，日处理甜菜5 000吨，到2021/2022年度，只有4个榨季。本文资料分别来源于2013年-2021年众益糖业9个榨季的生产日报表和2018年-2021年晟通糖业4个榨季的生产日报表。分别整理统计两个糖厂每个榨季的加工日期、持续天数、实际加工天数、总下菜量、各阶段日期(分三个阶段)、各阶段起止日期及三个阶段天数之和、各阶段下菜量、阶段总天数占比(%)、阶段总菜量占比(%)于表2(众益糖业)和表3(晟通糖业)。

众益糖业日处理甜菜量小，甜菜相对收购数量少，众益糖业9个榨季，收购甜菜数量18.2万吨-56.2万吨，加工期62天-129天，加工期超过100天有4榨季(表2)，晟通糖业4个榨季，收购甜菜32.5万吨-74.8万吨，加工期93天-146天，加工期超过100天有3个榨季(表3)。甜菜加工期长就意味着甜菜保管期长。

表2 众益糖业2013至2021榨季加工期及各阶段生产概况

续表2

表3 晟通糖业2018至2021榨季加工期及各阶段生产概况

2 统计方法与统计结果

2.1 计算公式

阶段加权菜丝糖(%)=

工艺总损失(%)=菜丝含糖(%)-提糖率(%)

2.2 概念与定义

相邻阶段间：分别指一阶段与二阶段间、二阶段与三阶段间。

双增类型：相邻阶段间相比较的两项指标数值都增加。

一增一减类型：相邻阶段间相比较的两项指标数值，前一项指标数值增加，后一项指标数值减少。

一减一增类型：相邻阶段间相比较的两项指标数值，前一项指标数值减少，后一项指标数值增加。

双减类型：相邻阶段间相比较的两项指标数值都减少。

绝对增加：在一减一增类型中，相邻阶段间前一项指标数值减少，后一项指标数值增加。

相对增加：在双增类型中，相邻阶段间后一项指标数值的增加幅度大于前一项指标数值的增加幅度；在双减少类型中，相邻阶段间后一指标数值的减少幅度小于前一指标数值减少幅度。

绝对减少：在一增一减类型中，相邻阶段间前一项指标数值增加，后一项指标数值减少。

相对减少：在双增加类型中，相邻阶段间后一项指标数值的增加幅度小于前一项指标数值的增加幅度；在双减少类型中，相邻阶段间后一指标数值的减少幅度大于前一指标数值减少幅度。

2.3 统计方法与统计结果

每个榨季划分为三个阶段，根据生产报表，统计每个阶段的产糖量、产蜜量、吨糖耗菜、吨蜜耗菜、加权菜丝糖、提糖率、工艺总损失等工艺技术指标等(表4、表5)。

表4 众益糖业2013至2021榨季各阶段蔗糖、废蜜产量及工艺指标

表5 晟通糖业2018至2021榨季各阶段蔗糖、废蜜产量及工艺指标

根据定义将相邻阶段间下菜量与产糖量、产蜜量的变化情况及吨蜜耗菜相对于吨糖耗菜变化情况汇总于表6。

表6 相邻阶段间下菜量增减与产糖量、产蜜量增减关系及吨蜜耗菜相对应吨糖耗菜关系

3 结果与分析

根据相邻阶段间下菜量增减分为两大类，在此基础上，根据产蜜量增减情况进行分类列表(表7-表10)。

表7 众益糖业2013-2021榨季相邻阶段间下菜量与产糖量阶段性变化分析

表8 晟通糖业2018至2021榨季相邻阶段间下菜量和产糖量阶段性变化分析

表9 众益糖业2013至2018榨季相邻阶段间下菜量和产蜜量变化关系

表10 晟通糖业2018至2021榨季相邻阶段间下菜量和产蜜量变化关系

根据吨糖耗菜增减分为两大类，在此基础上，根据吨蜜耗菜增减情况进行分类列表(表11、表12)。

表11 众益糖业2013榨季-2021榨季相邻阶段间吨糖、吨蜜耗菜变化关系

表12 晟通糖业2018榨季-2021榨季相邻阶段间吨糖、吨蜜耗菜差异性分析

根据工艺损失增减分为两大类，在此基础之上，根据菜丝含糖增减、提糖率增减组合情况分类列表(表13、表14)。

表13 众益糖业2013榨季-2021榨季相邻阶段间菜丝含糖、提糖率、工艺损失变化情况

表14 晟通糖业2018榨季-2021榨季相邻阶段间菜丝含糖、提糖率、工艺损失变化情况

3.1 两企业各榨季相邻阶段间下菜量与产糖量、产蜜量阶段性变化分析

3.1.1 两企业各榨季相邻阶段间下菜量与产糖量阶段性变化分析

根据表7、表8，众益糖业9榨季、晟通糖业4榨季，相邻阶段间下菜量变化与产糖量变化的26种关系中，共分以下几种情况(表6、表7、表8)：相邻阶段间产糖量绝对增加关系为0组；相邻阶段间产糖量相对增加关系为5组，其中众益糖业双增类型中为4组，众益糖业4组相邻阶段间产糖量相对增加原因如下：2014榨季一阶段主要加工冻化菜，二阶段加工正常甜菜，2015年二阶段加工冻化甜菜，三阶段加工正常甜菜，2019年一阶段主要加工赤峰本地甜菜和部分外来高糖菜，这部分菜有冻化菜，而2019年二阶段部分时间加单独工加工一个抗褐斑病、相对高糖品种，并且单独保藏的甜菜，2021年二阶段加工厂内保藏质量不好的菜，三阶段大部分加工站点保藏菜，站点保藏菜的质量好；晟通糖业双减类型中1组，晟通糖业1组相邻阶段间产糖量相对增加原因是：2018年晟通糖业刚开榨，二阶段生产趋于正常，相邻阶段间产糖量下降幅度小于相邻阶段间下菜量减少幅度，因而相邻阶段间产糖量相对增加；相邻阶段间产糖量绝对减少关系为6组，其中众益糖业一增一减类型为5组，晟通糖业一增一减类型为1组；相邻阶段间产糖量相对减少关系为15组，其中众益糖业双增加类型中有3组、双减少类型中有6组(表7)，晟通糖业双增加类型3组、双减少类型3组(表8)。

3.1.2 两企业各榨季相邻阶段间下菜量与产蜜量阶段性变化分析

众益糖业、晟通糖业26组相邻阶段间下菜量增减与产蜜量增减关系中(表6、表9、表10)：有8组相邻阶段间产蜜量绝对增加，其中众益糖业一减一增类型中5组，晟通糖业一减一增类型中3组；16组相邻阶段间产蜜量相对增加，其中众益糖业双增类型中12组，晟通糖业双增类型中4组；2组相邻阶段间产蜜量相对减少，其中众益糖业双增类型中1组，2018年二阶段有冻化菜，三阶段无冻化菜，晟通糖业双减类型中1组，2019年是晟通糖业建厂的第二榨季，总菜量适中，第三阶段菜质量好。

相邻阶段间产蜜量增加的情况占绝大对数，因为蜜中的主要成份是糖，这部分糖不容易被提取出来，也说明储藏期间蜜量在增加。

3.2 两企业各榨季工艺指标阶段性变化分析

3.2.1 两企业各榨季相邻阶段间吨糖耗菜、吨蜜耗菜阶段性差异分析

在众益糖业9榨季、晟通糖业4榨季，相邻阶段间吨糖耗菜和吨蜜耗菜二者变化的26种关系中(表6、表11、表12)：有1组相邻阶段间吨蜜耗菜相对增加关系，在晟通糖业双增加类型中；有19组相邻阶段间吨蜜耗菜绝对减少关系，其中13组在众益糖业一增一减类型中，6组在晟通糖业一增一减类型中；有6组相邻阶段间吨蜜耗菜相对减少关系，其中众益糖业双增类型中1组、众益糖业双减类型中4组，晟通糖业双减类型1组。

在相邻阶段间吨糖耗菜和吨蜜耗菜的26种关系中，25组关系是绝对减少或相对减少，这说明随着生产的进行吨蜜耗菜在减少。

3.2.2 两企业相邻阶段间菜丝含糖、提糖率、工艺损失变化关系

众益糖业9榨季、晟通糖业4榨季相邻阶段间菜丝含糖、提糖率、工艺损失三者之间的26组关系：11组相邻阶段间菜丝糖减少、提糖率减少、工艺损失增加，其中众益糖业8组、晟通糖业3组；9组相邻阶段间菜丝糖增加、提糖率减少、工艺损失增加，其中众益糖业有5组这种关系，虽然提糖率减少的幅度远小于菜丝糖增加的幅度，但这几组相邻阶段间废蜜产量增加幅度大(表9)，因而工艺损失增加，晟通糖业有4组这种关系，由于提糖率减少的幅度远远大于菜丝糖增加的幅度，因而工艺损失增加；3组相邻阶段间菜丝含糖增加、提糖率增加、工艺损失增加(众益糖业)，这3组相邻阶段间废蜜产量增加，因而工艺损失增加；1组相邻阶段间菜丝糖减少、提糖率减少，工艺损失也减少(众益糖业2016/17榨季)，这是因为2016榨季一阶段糖车间蒸发罐菌污染，工艺损失高，而二阶段解决了菌污染的问题；1组相邻阶段间菜丝糖减少、提糖率增加、工艺损失减少(众益糖业2019/20榨季),这是因为2019年二阶段大部分甜菜单独保管，甜菜品质好，因而工艺损失减少; 1组相邻阶段间菜丝含糖减少、提糖率增加、工艺损失减少(晟通糖业2018/2019)，2018年晟通糖业第一年开榨，甜菜数量少，二阶段比一阶段生产正常，因而工艺损失减少。

根据以上分析，只依据菜丝含糖和提糖率的高低来分析工艺损失的高低是不全面的，还应该考虑甜菜在储藏过程中品质变化。甜菜在储藏过程中，糖量减少，废蜜量增加，国外有描述废蜜中糖损失的公式，公式包括甜菜体内钾、钠、a-氨态氮含量、校正数等[13]。

4 讨论

4.1 气候区的差异是甜菜质量差异的主要因素

国内两篇文献阐明了不同积温带与甜菜含糖的关系[14-15]：低积温带甜菜含糖率高，高积温带甜菜含糖率低。众益原料区和晟通原料区气候条件迥然不同(表1)，晟通糖业原料区处于低积温带，众益糖业原料区处于高积温带，众益甜菜菜丝含糖低(表4)，晟通糖业甜菜菜丝含糖高(表5)，两企业三个阶段平均菜丝糖相比较，晟通菜丝含糖较众益菜丝含糖平均高2.12%-2.65%(据表4、表5计算)。

4.2 糖厂甜菜收获量要适中，开机时间要合理

众益糖业日处理甜菜3 000吨，每榨季收购25.0万吨的甜菜比较合理，众益糖业2013/2014、2014/2015、2015/2016三个榨季收购量适中，生产效果也最好；2016/2017、2017/2018两榨季收购量接近35.0万吨左右，2018/2019、2019/2020、2020/2021三个榨季平均收购量接近或超过45.0万吨左右，除2019/2020榨季外，其余四个榨季生产效果并不好；2021/2022榨季虽然甜菜收购数量适中，但由于收购甜菜质量差，保藏效果不好，因而生产效果也不好(表4)。

晟通糖业日处理甜菜5 000吨，每榨季收购55.0万吨甜菜比较合理，晟通糖业开机只有4个榨季，2019/2020榨季收购甜菜53.9万吨，2020/2021、2021/2022榨季甜菜收购量分别达到了70.2万吨、74.8万吨，三个榨季生产相比较，2019/2020榨季生产效果比较好。晟通糖业第二阶段、第三阶段随着收购量的增大，工艺损失逐渐增加，这是应该引起重视的(表5)。

晟通糖业开榨已有4个年头，域外糖厂也去抢收甜菜，由于水浇地面积有限，已经有甜菜重茬、迎茬、连作的地块了，晟通糖业应合理安排播种面积，每榨季不追求过高收购吨数，使该原料区永保高糖状态。

欧、美甜菜糖厂适时提前开机，目的是尽量多加工新鲜甜菜，相对减少加工储藏甜菜的数量，提前开机这段时间，每日提供甜菜数量和糖厂的日处理甜菜量相匹配。

众益糖业10月5日-7日可以开机，10月5日-15日为提前开机时间段，这段时间每日提供甜菜数量要和糖厂的日处理甜菜量相匹配，10月15日起大面积收购甜菜，10月底购结束。众益糖业主要是站点保藏，10月15日起大量收购甜菜，减少了高温“长芽”菜的几率，利于甜菜保藏。

晟通糖业9月5日可以开机，9月5日至9月15日为提前开机时间段，晟通糖业主要是农垦供应甜菜，糖厂附近就有农场，为提前开机这段时间甜菜匹配供应提供了便利条件，9月15日起大面积收购甜菜，9月底收购结束。晟通糖业采取厂内集中储藏甜菜的方式，保藏压力大，适时提前开机，除了加工部分新鲜甜菜外，减轻了甜菜保藏压力。

4.3 甜菜加工储藏期间糖、蜜数量变化原因

甜菜储藏期间最明显的变化就是产糖量减少占多数，产糖量增加占少数(表6)，前文分析了(3.1.1-3.1.2)众益糖业4组相邻阶段间产糖量相对增加和晟通糖业1组相邻阶段间产糖量相对增加原因。

甜菜储藏期间产蜜量的变化和产糖量变化情况相反，相邻阶段间产蜜量增加占多数，而相邻阶段间产蜜量减少占少数(表6)。前文(3.1.2)分析了众益糖业1组相邻阶段间产蜜量相对减少和晟通糖业1组相邻阶段间产蜜量相对减少的原因。

众益糖业9榨季18组相邻阶段间，一、二阶段间产蜜量增加幅度大于二、三阶段间产蜜量增加幅度，晟通糖业除2018年第一年开榨外，其余三榨季一、二阶段间产蜜量增加幅度大于二、三阶段间产蜜量增加幅度。

甜菜储藏这段时间，由于甜菜块根的呼吸作用，消耗蔗糖，所以随着生产进程地进行，产糖量减少，同时，根的呼吸产生热量，甜菜垛局部温度升高，引起甜菜腐烂，真菌病原体的侵入也引起腐烂，原汁纯度下降，转化糖增加，这些因素都引起产糖量的减少。另外，蔗糖的间接损是一部分蔗糖进入到废蜜中去了，因而随着生产阶段的进行，产蜜量增加。

4.3 两企业工艺指标差显著

由于两企业所处生态区不一样，甜菜品质有差异，引起工艺指标差异。众益糖业各阶段吨糖耗菜多，吨蜜耗菜少，而晟通糖业相应各阶段吨糖耗菜少，吨蜜耗菜多，这是因为众益甜菜含糖率低、菜丝含糖低、提糖率低等原因造成的。两企业提糖率按一、二、三阶段依次降低，众益糖业第一阶段提糖率比晟通糖业第三阶段提糖率还低，众益糖业9榨季相邻阶段平均提糖率差依次为0.68%、0.61%(根据表4计算)，晟通糖业4榨季相邻阶段平均提糖率差依次为1.75%、0.65%(根据表5计算)，众益糖业9榨季相邻阶段平均工艺损失差依次为0.30%、0.48%(根据表4计算)，晟通糖业4榨季相邻阶段平均工艺损失差依次为1.93%、0.53%(根据表5计算)，说明晟通糖业在控制工艺损失方便还有潜力。晟通糖业更应该研究甜菜保藏技术，充分发挥出高含糖优势。