2011年第10期（总第155期)
罗左青，梁 智，雷光鸿，黄忠华（广西轻工业科学技术研究院，广西 南宁530031）
【摘 要】 长期以来，生产蔗糖产生的副产品甘蔗糖蜜以液体的方式贮存、运输、加工酵母和酒精，成本较高。通过多次试验，研究出制备固体甘蔗糖蜜的方法。该方法采用加热和真空联合的干燥技术，生产全营养固体甘蔗糖蜜。产品具有纯度高，色泽好，气味香，利于贮存，便于运输等特点，可大大降低企业的生产成本，对节能减排具有非常重要的意义。
【关键词】 甘蔗糖蜜；固体；液体
1 概述
甘蔗糖蜜含有糖类、蛋白质、氨基酸、有机酸等大量营养成分，故被广泛用于发酵生产酒精、酵母、饲料，制备氨基酸（如L-赖基酸、谷氨酸等）和有机酸（如乳酸、柠檬酸、冰醋酸等），生产焦糖色素和植物叶面肥等。
液体甘蔗糖蜜本身具有的特点是：粘度大（3~8Pa·S,20℃）,受温度影响大，平均温度每下降5℃，其粘度增加一倍；吸湿性强；容易发酵变质；运输、存储需要大型槽罐车和存储罐等特种设备；流动性差，使用时需要添加助剂或稀释，需配置特殊设备，无法准确控制添加量。这给甘蔗糖蜜的运输、存储和使用带来了诸多不便，无法长距离运输，成本较高，从而限制了甘蔗糖蜜的使用区域。
甘蔗糖蜜不能直接通过结晶的方式实现从液体到固体的转化，目前甘蔗糖蜜几乎都是液体包装、运输和使用的。
而现有的固化方式是在液体甘蔗糖蜜中添加大豆粕、玉米芯、小麦麸皮、蔗渣，甚至沸石等作为辅料或载体，再通过一定的干燥方式获得固体甘蔗糖蜜。由于辅料或载体的加入量大，固体甘蔗糖蜜的产品纯度（甘蔗糖蜜的含量）会降低，而且辅料或载体的添加量不均一，产品仅限于饲料加工行业中特种动物使用，产品的使用范围单一。有些辅料或载体不宜做饲料，甚至违反国家的相关法律法规，所以这类固体甘蔗糖蜜并没有被广泛使用。
中国专利200710193043.6提供了粮油加工领域所产生一种大豆的液态糖蜜的固化方法，该专利所述的糖蜜是生产大豆蛋白时经萃取、精炼、浓缩而成的纯天然大豆提取物，呈黄色粘稠液体，其粘性比液体甘蔗糖蜜要低很多，且该方法在加工前还需要将大豆糖蜜研磨、过滤等预处理，只有除去杂质、降低浓度、降低粘度才能采用滚筒刮板干燥机干燥。此外，干燥后的产品含水量为3.0~9.0%。该方法虽也可得到固体大豆糖蜜，但该专利的生产工艺比较繁琐，操作过程复杂，预处理会除去部分营养成分，所得产品并非全营养，且产品含水分高，成品不能长期保存。固体甘蔗糖蜜的吸湿性比大豆糖蜜的还要大得多，故该方法不适用于液体甘蔗糖蜜干燥成固体甘蔗糖蜜的生产加工。
我们通过有关文献检索，未发现操作简单，成本低廉，成品水分含量低的直接将液体甘蔗糖蜜加工成固体甘蔗糖蜜的任何文献报道。经多次试验，我们研究出制备固体甘蔗糖蜜的加工方法。该方法属国内首创，能将液体糖蜜中的营养成分全部保留，我们将产品命名为：全营养固体甘蔗糖蜜。
2 制备
将液体甘蔗糖蜜无需任何预处理直接放入真空干燥机中，控制一定的真空干燥温度和真空度，在真空和加热状态下干燥，得到块状或片状物质，冷却后经粉碎制得粉末状全营养固体甘蔗糖蜜，也可根据客户需要制成颗粒。
由液体甘蔗糖蜜直接制备全营养固体甘蔗糖蜜的方法，所得成品水分低（0.2~1.5%），主要成分不损失，更易保存，能够进行工业化生产。
3 产品及工艺特点
（1）该方法在制备过程中无需预处理，不稀释、不添加任何辅料、载体或助剂。
（2）该方法工艺简单，设备普通，操作方便，生产成本低，干燥后即可直接密封包装。
（3）产品纯度高，色泽好，气味香，甘蔗糖蜜含量可以达到约100%（以固形物计）。
（4）该方法能耗低，易工业化生产，加热用汽可利用糖厂的余热，也可以利用多效废蒸汽经热泵压缩后再使用，除排放所蒸发的蒸汽外无任何污染物排放。
（5）采用该方法可以克服液体产品在运输、存储和使用上的缺点，降低甘蔗糖蜜的运输、存储成本；能够将甘蔗糖蜜固化后长距离输送至离甘蔗糖蜜产区较远又需要大量使用甘蔗糖蜜的省份区域，如湖南、河南等地；同时也可以在广西、广东、云南、海南等甘蔗糖蜜产区的某一个地方建厂，将整个产区的甘蔗糖蜜通过较低的运输成本集中到一个厂区生产加工下游产品，不需要灌装运输，从而大大降低企业的运输和生产成本。
（6）采用该方法制得的全营养固体甘蔗糖蜜含有液体甘蔗糖蜜原有的全部营养成分，故液体甘蔗糖蜜能够使用的行业和领域，如化工、轻工、食品、医药、饲料和建材等，全营养固体甘蔗糖蜜同样可以使用，而且可以直接添加使用，无需添加助剂或者稀释，不用配备特殊的设备，容易混合均匀，可准确控制添加量，使用更加方便，使用范围更加广泛。
（7）全营养固体甘蔗糖蜜的成分基本没有变化，也不像液体那样保存时被微生物消耗，溶解后可按液体甘蔗糖蜜使用，对多级深加工无明显影响。
4 解决的问题
本方法突出的实质性特点和显著性进步是：
我们曾经用热风干燥法和喷雾干燥法等干燥方法对液体甘蔗糖蜜进行固化，它们分别都存在不足之处：热风干燥法耗能很大，需要投资较大的热能设备，例如热风炉、风机等，还必须安装性能优良的除尘设备，否则炉灰与甘蔗糖蜜混合，使甘蔗糖蜜不能使用；喷雾干燥法首先需要对甘蔗糖蜜进行稀释，然后才能通过喷头进行喷雾干燥，喷雾干燥时因甘蔗糖蜜的一些特性，很容易粘壁或堵塞喷头、管道，无法彻底干燥和获得产品，加上液体甘蔗糖蜜耗能和稀释水的耗能，很难将高能耗的喷雾干燥应用于液体甘蔗糖蜜工业化生产上。
我们经过多次试验，采用加热和真空联合的干燥技术生产固体甘蔗糖蜜，取得了成功。样品多次在各类糖业展览博览会上展示，得到与会者的关注。
本方法解决了制糖行业长期以来渴望解决的液体甘蔗糖蜜固化的技术难题，同时克服了传统的制糖行业认为液体甘蔗糖蜜因为成分复杂、粘度高，不能通过结晶的方式获得固体，即甘蔗糖蜜无法固化的技术偏见。我们拓展应用该技术，还成功地固化了多种糖浆母液、低聚糖母液等人们认为难以直接固化的液体糖母液。
5 固体糖蜜与液体糖蜜的优点缺点分析
江门甘化厂曾进行大量的试验研究，基本情况：（1）糖蜜在75℃下15天，蔗糖分损失89.7%，全糖分损失37.7%；存放30天糖蜜粘结，蔗糖分损失99%，全糖分损失56.2%；40天后糖蜜变成多孔性固结物。（2）糖蜜在65℃下20天，全糖分损失21.2%；存放30天损失32.7%；60天后糖蜜逐渐变成多孔性固结物。（3）糖蜜在55℃下45天，蔗糖分损失53.1%，全糖分损失21.2%。（4）糖蜜在室温（约33℃以下）存放40天，蔗糖分损失2.4%；232天后全糖分损失不超过7%，外观变化不大，质量正常。
总的来说，糖蜜在室温下能长期存放，55℃时变质已较快，65℃以上变质很快。这种变化既造成糖分损失，又产生醛和酸等杂质，对酒精、酵母及其他产品的发酵十分不利。甚至至将糖蜜全部破坏，轻者变成一罐废水，严重时糖蜜自行着火燃烧。国外曾发生过糖蜜罐意外爆炸的事故，外泄的糖蜜将小镇淹没。
以上主要说明：液体糖蜜在贮存中糖分是要随着温度的变化、贮存时间而下降的，并伴随着副反应；贮存时还需能耗也伴随着不安全因素。
另外，糖蜜中存在微生物，每克约含104个，甚至可达105个。一般糖蜜中可发现下述微生物: （1）芽孢杆菌属：芽孢杆菌约占糖蜜中微生物的90%以上，有人曾从糖蜜中分离出了23种细菌，其中22种是耐热的产芽孢菌；②产酸和产气细菌：如肺炎克雷伯氏菌、肠杆菌等；③酵母：各种假丝酵母、黑色串孢等；④霉菌：偶尔发现有青酶、曲霉、毛酶和粉孢等。糖蜜中枯草杆菌和肠膜芽孢杆菌要在沸腾温度下维持2h，或在125℃下25分钟才能死亡，因此糖蜜培养基单靠蒸汽灭菌是不保险的。
泰国国立农业大学著名甘蔗专家卡拉纳隆教授在我院建院50周年举行的酒精技术专业论坛上讲演认为，糖蜜酒精在生产过程中遇到的问题之一是液体甘蔗糖蜜在高温条件下不利于保存，由于其含有微生物生长所需的营养成分，容易发霉变质，随着保存期限的延长，甘蔗糖蜜的质量（可发酵性糖/非发酵性糖）降低，这将极大地影响糖蜜酒精的生产。见表1。
表1 液体甘蔗糖蜜质量对比分析
原料
对比项目 原液体
甘蔗糖蜜 放置4～6个月
的液体甘蔗糖蜜
锤度（ºBx） 85 85
可发酵性组分（F） 51 40
非发酵性组分（N） 34 45
F/N 1.50 0.88
由表1可见，由于天气炎热，原锤度为85ºBX的液体甘蔗糖蜜在该条件下放置4~6个月后，可发酵性组分与非发酵性组分之比由原来的1.50降低至0.88，极大地影响酒精的生产。
液体糖蜜储存对糖蜜利用影响分析如下：
（1）糖蜜下游的主要发酵产品是酒精和酵母。糖蜜中大量的微生物存在，对发酵生产不利，发酵前需要对底物进行消毒，需要消耗很多的蒸汽，增加成本；且液体糖蜜存放的时间越长，微生物消耗的糖分就越多，滋生的微生物就越多，也就会消耗更多的蒸汽；而消毒时间越长，糖分的色变也增加。
（2）杂菌带入发酵醪中，必然引起大量的杂菌繁殖，使酵母发酵受到抑制，发酵率降低。同时，还会由于各种杂菌的代谢，使生产出来的酒精中醛、酸等含量超过国家卫生指标规定，使生产成本增加，产品质量降低，甚至不合格。糖分的消耗，降低了产酒率和酵母得率。
（3）糖蜜中含有的大量微生物，对其作为饲料的辅料也是不利的，影响饲料的保存；微生物可消耗饲料中的营养成分，产生数量种类更多的微生物，有害微生物会影响家畜的生长。
（4）产酒率低了，就会诱发人们花代价寻找、培育高产酒率的菌株。但现在发现的高产酒菌株稳定性不好，高的时候高了，低的时候低了，找不到原因何在。
（5）糖蜜生产地在南方，存放都是在夏天，贮罐暴露在烈日下，安全问题特显重要，但投放消泡剂、冰块、淋冷却水或换热降温都是需要成本的。
（6）消泡剂甚至杀菌剂的投放在现在的食品安全问题上可能会受到质疑，也会影响下游深加工的使用，因为糖蜜出库前无法确定下游深加工的工艺要求。
如果将液体糖蜜固化，以上问题大多数得到解决：
（1）干燥过程可以灭掉大部分细菌，固化后水分低，不利于微生物的繁殖，做为发酵产品的原料不需过分的消毒；
（2）糖分不会太受影响，对发酵无影响，产率得率稳定；
（3）因是真空干燥，对糖蜜中所含成分不会破坏；
（4）榨季干燥糖蜜可利用糖厂的余热废气，且热糖蜜直接干燥，还可节约能源；
（5）干燥加工过程只排放水蒸汽，无其它废弃物排放；
（6）贮存过程管理简单、方便，设备不需每年花太多的费用保养，不需冷却、换热等耗能措施；
（7）使用方便，计量准确方便；
（8）减少运输量，液体运输只能用罐车进行，同等载重量的车辆固体运输可增加30%以上的运量；
（9）包装物简单，降低运输成本，除增加运量外，车辆返程仍可载货。
归纳以上，本方法对节能减排工作是有重大贡献的。
固体甘蔗糖蜜的优势更在运输上。以生产酵母为例，按约5.5吨糖蜜生产1吨活性干酵母计，安琪公司的活性干酵母年产约为30000吨，每年光运糖蜜的量约为165000吨，固体的运输价格仅是液体的50%左右，仅短途运输费每年节约的数目就十分可观；为降低运输成本，如用固体可以集中生产，不必在全国各地投资建厂，减少投资，废弃物集中排放，统一处理，更有利于节能减排。
2010年广西糖蜜产量约为200万吨，利用糖蜜生产酒精约25万千升（约20万吨），按3.5吨糖蜜产1千升酒精计算，耗用糖蜜量约88万吨；酵母产量为5万吨，耗用糖蜜20万吨。酒精和酵母生产耗用糖蜜总量108万吨，占总糖蜜量的54%。可以推测每年约有一半的糖蜜需长途跨省运输，其中不论长途还是短途运输，其中25~30%是在运水，运输费用就很大。根据广西糖业“十二五规划”，到2015年广西糖蜜产量为280万吨，糖蜜的运输量及价格均呈增长趋势。2011年7月，来自泰国的6500吨甘蔗糖蜜登陆南京口岸，这不仅是南京地区首次甘蔗糖蜜，也是近五年来我国首次进口糖蜜。因国内甘蔗糖蜜价位居高不下，安琪公司也有进口甘蔗糖蜜的意愿，东南亚诸国一直是糖蜜出口国，欧美诸国需求进口糖蜜，如改用固体运输将大大节约开支。
6 结语
最典型的糖蜜综合利用行业是酵母和酒精行业，两行业是制糖行业后序产业链的首选，是广西糖厂实现清洁生产和循环经济的重要保障，是广西打造的四条糖业循环经济产业链中的二条。中国是一个产糖大国，糖业仍然是多个省（区）的经济支柱，广西作为中国第一产糖大省（区），占全国产糖量的60%，支柱的作用尤为突出。由此可见，本方法进行项目实施对扶持我国蔗糖产业发展的意义重大。
本方法属自主选题自行开发，方法仅在实验室中进行，一些数据需进一步完善，生产模式及条件需进一步优化，需要批量生产，进行固体糖蜜与液体糖蜜的生产性对比试验，从而进行推广。我们认为这是一项十分有意义的项目，不仅是一个物质的简单固化问题，它打破了传统的理念，通过简单的方法将甘蔗糖蜜固化，最重要的是节能减排工作上的非凡意义，体现在:利用余热，减少损耗，长期保存，集中处理，统一排放。现项目已申请国家发明专利，并获受理（专利申请号：201110222965.1）。
我们预计该项目在云南推广的前景更加看好，因为云南的糖厂规模较小、分散，由于糖蜜难运输基本每家糖厂都配套有酒精车间，配套的酒精车间规模均较小，酒精废液难以得到彻底的治理而排放。而液态糖蜜在云南地区运输费用很大。固化糖蜜后就有望解决酒精废液分散排放的问题，可起到节能减排的示范作用。据悉安琪公司有意在云南建立酵母基地，该项目可作为配套工程。例如一日榨3000吨的糖厂，平均榨期约100天左右，年榨蔗30万吨，一年的糖蜜产量不足1万吨，就有约2500吨的水参与运输，按每吨100元的运费计，每年运送这部分水的费用为25万元，而实际费用远远超过此数，反之运输固体的费用则会大大节省。
若在榨季中固化所需的投资：日产糖蜜粉：约75吨（按24小时计），处理液体糖蜜约100吨；厂房：500平方（利用原有旧厂房）；设备：干燥、输送、粉碎、包装、辅助系统等；电：150KW；蒸汽：利用糖厂的余热；总投资约300万元。
