[拼音]：zhitang
[外文]：sugar manufacturing
以甘蔗、甜菜等为原料制取各种食糖的过程。食糖是人类重要食物之一，给人体提供热量。每kg蔗糖含热量约18kJ。食糖的种类很多，有蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖和乳糖等。一般所说的食糖是指以甘蔗糖和甜菜制的糖，其成分都是蔗糖（化学式C12H22O11）。目前，全世界年产食糖约1亿吨。其中60％是甘蔗糖，40％是甜菜糖。1986/87年制糖期，中国产机制砂糖5270千吨（不包括台湾省），其中甘蔗糖占85％，甜菜糖占15％。
近代世界上消费的甘蔗糖主要有精糖和白砂糖（又称耕地白糖），还有少量的带蜜糖。甜菜糖主要产品有精糖、白砂糖，在中国还生产绵白糖。生产甘蔗糖的主要国家有印度、巴西、古巴、中国、墨西哥、澳大利亚等。生产甜菜糖的主要国家有苏联、法国、联邦德国、美国和波兰等。甜菜糖大约80％产于欧洲。
甘蔗及甜菜糖厂生产能力一般均在 4～10 千吨原料/日。最大的日加工能力达 20～30千吨。中国糖厂的规模一般为 1～2千吨原料/日，最大的甘蔗糖厂已超过6千吨原料/日。
生产过程
制糖生产过程包括原料处理、提汁、清净、蒸发、结晶、分蜜和干燥等工序。甘蔗和甜菜的化学成分、性质有较大的差别，致使甘蔗和甜菜的提汁和清净工艺技术有所不同（见甘蔗制糖、甜菜制糖）。蒸发、结晶、分蜜和干燥等技术设备则两者基本相同。
蒸发从清净汁中蒸去大量的水分，获得浓度在60～65°Bx的糖浆的过程。°Bx意为锤度，表示纯蔗糖溶液中蔗糖质量百分率；对于不纯糖液，则近似地表示溶液中可溶性固体物的质量百分率。蒸发设备常用工业上通用的标准式蒸发罐，采用压力或压力-真空多效(如4或5效)蒸发系统，以达到1kg蒸汽蒸发4～5kg水的目的。同时，生产中普遍在多效蒸发系统中，抽出前几效蒸发出的汁汽用作加热和结晶的热源。第 1效汽凝水供锅炉给水，其余的供其他部门使用。以便充分与合理地利用热源，降低能耗。
结晶在真空结晶罐中通过蒸发水分，从过饱和糖浆中使蔗糖结晶析出的过程。随着糖浆不断加入并蒸去水分，晶体不断长大，罐内糖膏容积也不断增高。当达到规定容积，晶体尺寸亦符合产品要求时，便从结晶罐卸入助晶机，逐渐降温，使未结晶的蔗糖进一步析出。然后用离心机进行固液分离，即得成品结晶糖与糖蜜。蔗糖结晶率约50～60％。糖蜜中还有40～50％的蔗糖仍需进行次一级的结晶与分蜜。类似过程要重复2～4级，才能最大限度地提取蔗糖，余下的为废糖蜜作为制糖副产品。
蔗糖结晶原理是利用在某一温度下的蔗糖水溶液中，单位重量的水所溶解的蔗糖量超过相同温度下蔗糖溶解度而呈过饱和状态时，使糖液中的蔗糖结晶析出。然而，蔗糖在水中的溶解度不仅随温度的升高而增加，且受糖汁中非糖物质的影响。因此，在蔗汁、甜菜汁中的蔗糖溶解度，因各自含有不同性质和数量的非糖物质而不同。在制糖工业讨论结晶问题时，采用某一温度下蔗糖水溶液中，单位重量水所能溶解的蔗糖重量与同一温度和相同纯度下的蔗糖溶解度之比来表示该溶液的过饱和程度，称为过饱和率。过饱和率大于1时，蔗糖晶体长大，或生成新晶核。
结晶用种糊是取第二级结晶所得的晶粒，加入糖浆配成糊状的固液混合物。种子则是经过起晶而制成的。起晶方法，如同化学工业结晶过程一样，有自然起晶法、刺激起晶法和晶核起晶法。制糖工业大多采用晶核起晶法，以获得一定数量晶粒的晶种。
结晶设备包括结晶罐与助晶机。结晶罐的种类较多。图1 为通常的结晶罐示意图。它主要由捕汁器、罐体、列管式加热体、罐底和放糖阀等组成。它的结构特点主要是加热管直径较大，一般在80～130mm；加热面积与结晶罐有效容积之比为 5～10m2/m3，以适应结晶物料浓度大、粘度高等物理化学特性，使结晶物料在罐内具有良好的对流。20世纪60年代以来，逐渐采用连续结晶罐。连续结晶可以简化设备，提高设备利用率，节约投资和更有利于使用蒸发罐汁汽。但它的成品晶体还不够均匀。
近年来，随着电子技术的发展，各主要产糖国家，相继采用电子计算机技术和自控系统，用电导仪、折光计或糖膏流变仪来感测结晶罐内情况，以达到结晶自动化。
助晶机分间歇式与连续式。后者又分卧式与立式。连续式目前多用于最终糖膏助晶。最终糖膏助晶机均设有冷却与升温元件、搅拌装置，控制降、升温速度，利于蔗糖析出。
分蜜利用离心力将糖膏中晶体与母液过滤分离的过程。分蜜设备有间歇式和连续式离心机。间歇式离心机是通用的上悬式离心机。连续式普遍采用立式连续离心机（图2）。它由圆锥形转篮、升温布料器、机壳及驱动装置等部件构成。转篮成60～70度角。糖膏受到平行于锥形母线的离心加速的分力作用，使被阻留于筛面上的蔗糖晶体沿着锥形上升直至锥体边缘以切线方向抛出，达到连续分蜜的目的。它具有降低电耗，减轻劳动强度与提高效率的优点。由于会造成晶糖破损，目前连续离心机在制糖工业还只用于低级糖膏的分离。
干燥
将从离心机出来的糖蒸发，以除去其中水分(0.5～2.0％)的过程。成品糖水分会影响糖在贮存过程的质量变化。通常，将成品糖的水分对它的非糖分的比值，定义为成品糖贮存的安全因素。它的经验界限值为0.25或稍低。高于此值时糖易于变质。
衡量甘蔗制糖从清净、蒸发、结晶、分蜜和干燥等全过程的效率用煮炼收回率表示，其定义为从甘蔗混合汁的蔗糖中实际收回的蔗糖百分数。煮炼后收回率低于100。这是由于制糖过程中，诸如蔗糖转化、滤泥含糖及废蜜含糖等损失造成的。
甜菜制糖采用甜菜糖收回率来衡量整个制糖过程的效率，即包括提汁过程的效率，其实质为制糖总收回率。它定义为成品糖（包括在制品）中蔗糖对甜菜中蔗糖的质量百分数。
食糖品种
主要有粗糖、白砂糖、精糖、赤砂糖等。
粗糖又称原糖。一种以甘蔗为原料经过简单加工生产的砂糖。含蔗糖97％左右，呈棕黄色。主要做生产精糖的原料。生产过程包括提汁、石灰法清净、蒸发、结晶及分蜜等工序。
白砂糖一种以甘蔗、甜菜为原料加工生产的食用糖。又称耕地白糖。含蔗糖99.60～99.80％，颜色洁白。按晶体大小分为细砂糖（0.8～1.0mm）、中砂糖(1.0～1.2mm)和粗砂糖(1.2～1.4mm)。甘蔗白砂糖的生产方法采用亚硫酸法或碳酸法，甜菜白砂糖的生产方法采用碳酸法（见甘蔗制糖、甜菜制糖）。
精糖由粗糖精炼而得的高纯度糖。又称精炼糖、精制糖。含蔗糖99.9％以上，颜色洁白。依据晶体大小及各产糖国习惯分成粗砂、中砂、细砂及幼砂糖等等级。用于饮料、糖果、罐头和面包等食品工业和医药工业，同时也是家庭的主要食用糖。精糖以粗糖为原料，经蜜洗、溶糖、清净、过滤、脱色、结晶、分蜜及干燥等工序而成。
赤砂糖纯度较低的一种砂糖。晶粒较小，表面带有糖蜜，呈棕红色或黄色，味甜并略带甘蔗糖蜜香味，蔗糖与还原糖总含量不少于89％。在生产甘蔗白砂糖或炼糖时，最后一级结晶所得糖即为赤砂糖。
绵白糖甜菜糖厂生产的特种糖。晶体较细，约0.3～0.4mm。含蔗糖95～97％、转化糖2～3％、水分1~2％。转化糖在分蜜时加入。入口松软、易溶。多用于糕点业和家庭消费。
方糖形状为方块的精糖。多用于茶、咖啡、牛奶和其他饮料，在饮用前加入。使用方便。制法是把少量的精糖液与精糖混和或用分蜜后含有较高水分的精糖再压成形，经干燥而成。生产精糖的国家均生产方糖。
片糖一种长条片状的带蜜糖。纯度较低，总糖分（蔗糖加还原糖）90％左右。表面为棕黄色，有蜡光面。中间有一层白色的细小晶粒，俗称砂心。味甜并有甘蔗糖蜜的香味，是中国南方人喜爱的一种食糖。传统的生产方法是甘蔗经提汁、加热，用石灰中和并撇去上层糖泡，开口锅蒸发至127～128℃，盛入糖盆用木棍搅拌刺激起晶（俗称打砂），然后倒在糖床上，刮干、自然冷却、划线、分片和包装。片糖的机械化生产采用清净、多效蒸发、连续煮制、连续成型、划线、冷却、分片和包装等工序。
粉糖一种不均匀粉粒状带蜜糖。又称红糖、红糖粉。总糖分90％左右，呈棕色或棕黄色。入口易化，可口，带有甘蔗糖蜜的香味。是中国人喜爱的一种传统消费食糖。生产方法与片糖基本相同。但打砂时加入少量碳酸氢钠，生成大量气泡，经充分混和搅拌使成粉状。
冰糖中国传统的一种食糖。特点是晶体粘结成冰块状，不易潮解，便于贮藏。用白砂糖为原料，加水配成55～65°Bx，加豆浆0.2％并加热至90～100℃进行清净，加热浓缩至114℃，放入镀锌铁盆结晶。在常温下静置约10天便成冰糖，经24小时焙干即可包装。冰糖母液可用以生产冰片糖。其生产方法与片糖相同。
无定形糖一种粉状精糖。含蔗糖99.1～99.3％，含少量的还原糖，外观雪白。色值与精糖相近。晶粒细小，表面积大，溶解极快，但易结块。供家庭食用和工业用糖。无定形糖生产以粗糖为原料，也有以白糖为原料，生产流程简单。粗糖经蜜洗、溶糖、清净、脱色得精糖浆，再经快速蒸发至沸点为 126℃左右。进行快速搅拌结晶，并利用结晶放出的热量使水分进一步减少。再进行干燥、冷却、包装。无定形糖是巴西著名的糖品种，年产量1500千吨左右，约占巴西全国消费糖总量的30％。
液体糖一种含蔗糖浓度为67～68°Bx的蔗糖水溶液；或是以转化糖和蔗糖按一定比例混合成浓度为76～77°Bx的溶液。无色或呈淡黄色。供食用或食品工业应用。以甜菜糖或甘蔗糖为原料，经溶解、脱色精制而成。转化糖液采用强酸型阳离子交换树脂或用盐酸将蔗糖水解。液体糖在贮运过程中应不析出晶体。果萄糖浆亦被列为液体糖。
单晶冰糖一种大颗粒单晶体糖。 含蔗糖 99.5～99.70％。晶面干燥，基本光滑，色白，不易潮解，便于贮藏。晶体尺寸基本均匀，每kg单晶冰糖粒数为500～700粒。生产方法是以白砂糖为原料，经溶解、清净、结晶、固液分离和干燥等工序而成。结晶设备采用摇摆式真空结晶罐，以适应各个晶体长成大颗粒单晶体糖的需要。
副产品利用
糖厂副产品的综合利用，不但可以充分利用资源，满足社会的商品需要，而且可提高工业总产值及提高糖厂经济效益。在中国，生产白砂糖的甘蔗糖厂开展副产品综合利用后，每万吨甘蔗的利润可提高一倍。糖厂副产品综合利用已成为糖厂生产中不可缺少的组成部分。
甘蔗和甜菜制糖的副产品有蔗渣、废粕、废蜜和滤泥等，它们能生产经济价值很高的产品。
蔗渣可用作燃料，能供给糖厂制糖生产所需能量而尚有富余。废蜜、蔗渣、废粕和滤泥已大量用作牛或鱼的饲料。人们还正在研究蔗渣纤维降解制成蛋白饲料的工业化生产，以促进畜牧业的发展。
副产品的利用途径十分广泛。可以用以制造的产品种类很多。中国已投入工业化生产的除酒精和饲料外还有如下方面。
蔗渣用于生产：
（1）纸。中国用蔗渣造纸年产量已达到40万吨。可生产的品种有书写纸、印刷纸、包装纸、波纹板纸等，每吨纸耗绝干蔗渣2～2.5t。
（2）板材。用蔗渣能生产高质量的板材如碎粒板、纤维板、中密度纤维板、吸音隔热板、蔗渣水泥板等，用以代替木材制造家具及室内墙板等。
（3）糠醛。用蔗渣制取糠醛，进一步作农药、塑料等的原料。
（4）木糖醇，作为代糖甜味剂。
糖蜜用糖蜜可制取活性干酵母，制面包馒头用;营养酵母，医药用；味精，即谷氨酸钠，调味用；强力味精，即5′-鸟苷酸，调味用；甘油，作为生产牙膏、高级涂料、食品添加剂等的原料。
滤泥从滤泥可提取卡诺巴蜡（一种植物高级蜡），用于制造复写纸、地板蜡、电绝缘材料及皮鞋油等。亚硫酸法、石灰法的滤泥在中国已广泛用作肥料及鱼、猪等的饲料。
蔗梢蔗梢中的氨基酸、维生素、矿物质的含量比蔗茎多，富营养成分，纤维嫩，在中国有些地区用作饲料或榨汁制天然饮料。又因其所含蔗糖比蔗茎低，榨季初期甘蔗尚未十分成熟，入厂前若除去蔗梢部（约占全茎10％）可提高入厂甘蔗的蔗糖分，有利于提高清净效率和降低糖的成本。
糖业经济
世界产糖国家大都是自产自销。世界总出口量一般只占世界总产量的30％，而流入自由市场的约占10％。自由市场糖价由于种种原因，往往起跌很大。据国际糖业组织掌握的资料，世界食糖的库存量对消费量之比在28％以下时，世界糖价可有较大的稳定性。
糖的消费水平从50年代到70年代增长较快。1956年世界人均消费量14.65kg，到1977年已达19.37kg，近10年一直保持在20kg左右。欧洲、美洲、大洋洲年人均消费量在40kg以上；其次为非洲，14～15kg；亚洲约为10kg。
1984年国际糖业组织和联合国粮农组织统计的世界各大洲年人均分蜜糖消费量（单位kg）为：
欧洲：42.2，北美和中美洲：44.0，南美洲：41.0，大洋洲：41.6，非洲：14.4，亚洲：10.3，世界平均数为20.3。
1984年消费量较高的国家，人年均消费的分蜜糖千克数见表。
随着世界人口的持续增加，以及占世界人口70％以上的亚非两洲人民因生活水平提高而相应地对食糖消费量的增加，世界食糖的产量有继续增长的趋势。国际糖业组织预计世界发达国家食糖产量在2000年以前增加不多，而占世界人口75％的发展中国家，将会有较大的增长。到2000年世界糖总产量将超过 1.2亿吨。占世界甜菜糖产量80％的欧洲，大部分属发达国家，一般人倾向节制食糖，糖的消费量不多甚至有下降的趋势。因此，在2000年以前，世界食糖产量在甘蔗糖方面会有较大增长。
- 参考书目
- R.A.McGinnis，Beet Sugar Technology，3rd Edition， Beet Sugar Development Foundation，1982.
- M.J.Kort，The Industrial Uticisation of Sugar and Mill Byproducts，Research， Institude University of Natal，South Africa，1975.
- Dudley Smith，Cane Sugar World，Palmer Publications，USA，1978.
- R.S. Shallenberger，Advanced Sugar Chemistry，The Saybrook Press，Inc.，Connecticut，1982.