不同氣候區甜菜制糖生產的分析

林柏森，鄭笑冉，韓 杰*，賈玉洲

(1.赤峰綠璐種業有限公司，赤峰 024005； 2.呼倫貝爾晟通糖業科技有限公司，額爾古納 022250；3.赤峰眾益糖業有限公司，赤峰 024005)

0 前言

迄今為止，世界上能用工業方法提取蔗糖的只有甘蔗和甜菜兩種作物[1]，甜菜是人類發明和創造的一種作物(Coons.G.H，1936)[2]，甜菜是我國北方制糖工業的原料，甜菜塊根在經過流洗、切絲、滲出、清凈、蒸發、結晶、分蜜、干燥等一系列工藝流程后[3]，便有蔗糖、廢蜜、廢絲產生。蔗糖是雙糖，是糖用甜菜塊根的主要儲存物質[4]；廢蜜的主要成分是蔗糖(含蔗糖50%-55%)、并含有氨基酸、酰胺和少量有機酸和生長刺激物質[5]；廢絲經壓榨、烘干、造粒、冷卻等工藝制成顆粒粕(以下簡稱粕)。粕的主要成分是纖維素、半纖維素、果膠及少量蛋白質、木質素和灰分[6]。

甜菜的加工期是根據甜菜糖廠的日處理甜菜量和甜菜的收購數量決定的，甜菜保藏加工期長短也要考慮甜菜質量變化、經濟效益等[7]。甜菜加工是一個持續的過程，因而甜菜糖廠選擇甜菜的收購時間、開機時間[8]以及甜菜儲藏期長短都很重要。英國由于特殊的氣候條件，甜菜收獲期長，邊收獲甜菜便加工，工廠大部分時間加工新鮮甜菜；德國甜菜收獲期長，近年發展到9月上旬就開始收獲加工甜菜，甜菜在地頭臨時儲藏，由專業性的第三方公司進行甜菜保藏，11月15日左右收獲結束，翌年1月15日左右甜菜加工結束；美國甜菜加工期長，一般從上年的九月初持續到翌年的八月份，美國的甜菜儲藏技術先進，一般分室內和室外甜菜儲存兩種方式，兩種方式都是通過人工強制制冷手段使甜菜在凍固狀態下保藏。

國外一般采取擴大加工能力、提早開機有計劃性收購甜菜等辦法相對縮小甜菜的加工期和儲藏期，使甜菜處于最佳狀態加工[9]。擴大甜菜加工能力的輔助方法是糖漿貯存，即一部分甜菜直接加工成蔗糖，一部分甜菜只生產糖漿，待甜菜加工完之后，再利用制糖車間后工段用糖漿制糖。最早采取糖漿貯存方法的是美國的卡爾墩糖廠，歐洲有些國家甜菜糖廠也采取了糖漿儲存的方法，如比利時(1965)、法國(1965)[10]的甜菜糖廠采取了糖漿儲存的方法，波蘭[11]、德國也相繼采用甜菜糖漿貯存的辦法。

我國甜菜糖廠既沒有采用糖漿貯存技術，也沒有采用美國強制制冷技術保藏甜菜，一般采用暖藏、冷藏、自然儲藏的一種或兩種方式結合的方法儲藏甜菜。甜菜糖廠加工新鮮甜菜(剛收獲的甜菜)時間短，加工儲藏甜菜的時間長。

中國甜菜分布在東北、華北、西北地區，地理位置從北緯39度到北緯50度，海拔從15米到2 300米。我國甜菜加工期長短不一，短則2個月，正常時3個月-4個月，收購甜菜多的年份需加工5個月-6個月[12]。

甜菜經過一段時間儲藏后，甜菜本身質量就會發生變化，這些變化在生產中又具體表現在工藝指標的變化上。本文根據兩個地理位置不同、氣候明顯不同糖廠原料區若干年度生產加工情況的基礎資料，將各榨季整個甜菜加工期選取三個階段，同一榨季三個階段的加工天數一致，不同榨季三個階段的天數可以不一致，要求三個階段加工天數的總和占總生產天數的比例要高，甜菜加工量占整個加工期甜菜加工量比例大，通過分析各榨季相鄰階段間(一與二、二與三)甜菜下菜量與蔗糖產量、廢蜜產量相對變化關系、相鄰階段間工藝指標的變化情況，揭示甜菜收購儲藏期間相鄰階段間甜菜下菜量與蔗糖產量、廢蜜產量階段性變化的一般規律及工藝技術指標階段性變化規律。以期為企業合理保藏甜菜提供科學依據。

1 企業原料產區地理、氣候概況及生產加工概況

1.1 企業原料區地理概況及收購儲藏期間氣候情況

眾益糖業原料區(內蒙古赤峰)位于北緯42度，海拔500米左右，屬中溫帶、半干旱、大陸性季風氣候。晟通糖業原料區(內蒙古呼倫貝爾市額爾古納)位于北緯50度，海拔500米左右，屬中溫帶大陸性草原氣候。兩企業原料區海拔高度相近，緯度相差8度左右。

眾益糖業原料區10月中、下旬平均最低氣溫和平均最高氣溫皆在零℃以上，11月份平均最高溫度在零℃以上，11月初平均最低氣溫在零℃以下，12月上旬平均最高氣溫降到零℃以下，翌年1月中旬平均最低、最高氣溫降到最低，自1月下旬起氣溫逐步回升，2月下旬平均最高氣溫恢復到零℃以上。晟通糖業原料區9月中、下旬平均最低氣溫和平均最高氣溫皆在零℃以上，10月份平均最高溫度在零℃以上，10月初平均最低氣溫在零℃以下，11月上旬平均最高氣溫降到零℃以下，翌年1月中旬平均最低、最高氣溫降到最低，自1月下旬起氣溫逐步回升，3月下旬平均最高氣溫恢復到零℃以上(表1)。

表1 眾益、晟通原料區甜菜收購儲藏期間部分旬別平均最高、最低溫度(℃)

續表1

眾益糖業10月中旬開始收獲甜菜，截至10月底應該收獲完畢。眾益原料區10月中旬初收購的甜菜容易“長芽”，如果收購期延長到11月上、中旬，則容易產生“凍化菜”，11月進入保管期后，如果不加強保管，隨著晝夜氣溫零上和零下的變化，“化”、“凍”過程會反復交替進行，由于眾益原料區始終處于“暖冬”狀態，甜菜垛頂部很難形成“凍固層”。

晟通糖業9月上旬開始收獲甜菜，截至9月底應該收獲完畢。晟通原料區 9月中旬初收購的甜菜容易“長芽”，但由于氣溫下降快，反復“凍”“化”過程少，進入11月中旬，平均最高氣溫、最低氣溫皆在0℃以下(表1)，在甜菜垛頂端會形成一定程度的“凍固層”。

兩企業甜菜收購儲藏期間的共同點是:收獲期短，儲藏期相對較長。也就是說加工新鮮甜菜的時間短，加工儲藏甜菜的時間長。

1.2 企業生產概況

眾益糖業是由國有企業幾經改制而來，其前身赤峰糖廠于1979年投產，至今已有40余年的歷史，2017年糖廠搬遷到新地址，日處理甜菜3 500噸。晟通糖業于2018年投產，日處理甜菜5 000噸，到2021/2022年度，只有4個榨季。本文資料分別來源于2013年-2021年眾益糖業9個榨季的生產日報表和2018年-2021年晟通糖業4個榨季的生產日報表。分別整理統計兩個糖廠每個榨季的加工日期、持續天數、實際加工天數、總下菜量、各階段日期(分三個階段)、各階段起止日期及三個階段天數之和、各階段下菜量、階段總天數占比(%)、階段總菜量占比(%)于表2(眾益糖業)和表3(晟通糖業)。

眾益糖業日處理甜菜量小，甜菜相對收購數量少，眾益糖業9個榨季，收購甜菜數量18.2萬噸-56.2萬噸，加工期62天-129天，加工期超過100天有4榨季(表2)，晟通糖業4個榨季，收購甜菜32.5萬噸-74.8萬噸，加工期93天-146天，加工期超過100天有3個榨季(表3)。甜菜加工期長就意味著甜菜保管期長。

表2 眾益糖業2013至2021榨季加工期及各階段生產概況

續表2

表3 晟通糖業2018至2021榨季加工期及各階段生產概況

2 統計方法與統計結果

2.1 計算公式

階段加權菜絲糖(%)=

工藝總損失(%)=菜絲含糖(%)-提糖率(%)

2.2 概念與定義

相鄰階段間：分別指一階段與二階段間、二階段與三階段間。

雙增類型：相鄰階段間相比較的兩項指標數值都增加。

一增一減類型：相鄰階段間相比較的兩項指標數值，前一項指標數值增加，后一項指標數值減少。

一減一增類型：相鄰階段間相比較的兩項指標數值，前一項指標數值減少，后一項指標數值增加。

雙減類型：相鄰階段間相比較的兩項指標數值都減少。

絕對增加：在一減一增類型中，相鄰階段間前一項指標數值減少，后一項指標數值增加。

相對增加：在雙增類型中，相鄰階段間后一項指標數值的增加幅度大于前一項指標數值的增加幅度；在雙減少類型中，相鄰階段間后一指標數值的減少幅度小于前一指標數值減少幅度。

絕對減少：在一增一減類型中，相鄰階段間前一項指標數值增加，后一項指標數值減少。

相對減少：在雙增加類型中，相鄰階段間后一項指標數值的增加幅度小于前一項指標數值的增加幅度；在雙減少類型中，相鄰階段間后一指標數值的減少幅度大于前一指標數值減少幅度。

2.3 統計方法與統計結果

每個榨季劃分為三個階段，根據生產報表，統計每個階段的產糖量、產蜜量、噸糖耗菜、噸蜜耗菜、加權菜絲糖、提糖率、工藝總損失等工藝技術指標等(表4、表5)。

表4 眾益糖業2013至2021榨季各階段蔗糖、廢蜜產量及工藝指標

表5 晟通糖業2018至2021榨季各階段蔗糖、廢蜜產量及工藝指標

根據定義將相鄰階段間下菜量與產糖量、產蜜量的變化情況及噸蜜耗菜相對于噸糖耗菜變化情況匯總于表6。

表6 相鄰階段間下菜量增減與產糖量、產蜜量增減關系及噸蜜耗菜相對應噸糖耗菜關系

3 結果與分析

根據相鄰階段間下菜量增減分為兩大類，在此基礎上，根據產蜜量增減情況進行分類列表(表7-表10)。

表7 眾益糖業2013-2021榨季相鄰階段間下菜量與產糖量階段性變化分析

表8 晟通糖業2018至2021榨季相鄰階段間下菜量和產糖量階段性變化分析

表9 眾益糖業2013至2018榨季相鄰階段間下菜量和產蜜量變化關系

表10 晟通糖業2018至2021榨季相鄰階段間下菜量和產蜜量變化關系

根據噸糖耗菜增減分為兩大類，在此基礎上，根據噸蜜耗菜增減情況進行分類列表(表11、表12)。

表11 眾益糖業2013榨季-2021榨季相鄰階段間噸糖、噸蜜耗菜變化關系

表12 晟通糖業2018榨季-2021榨季相鄰階段間噸糖、噸蜜耗菜差異性分析

根據工藝損失增減分為兩大類，在此基礎之上，根據菜絲含糖增減、提糖率增減組合情況分類列表(表13、表14)。

表13 眾益糖業2013榨季-2021榨季相鄰階段間菜絲含糖、提糖率、工藝損失變化情況

表14 晟通糖業2018榨季-2021榨季相鄰階段間菜絲含糖、提糖率、工藝損失變化情況

3.1 兩企業各榨季相鄰階段間下菜量與產糖量、產蜜量階段性變化分析

3.1.1 兩企業各榨季相鄰階段間下菜量與產糖量階段性變化分析

根據表7、表8，眾益糖業9榨季、晟通糖業4榨季，相鄰階段間下菜量變化與產糖量變化的26種關系中，共分以下幾種情況(表6、表7、表8)：相鄰階段間產糖量絕對增加關系為0組；相鄰階段間產糖量相對增加關系為5組，其中眾益糖業雙增類型中為4組，眾益糖業4組相鄰階段間產糖量相對增加原因如下：2014榨季一階段主要加工凍化菜，二階段加工正常甜菜，2015年二階段加工凍化甜菜，三階段加工正常甜菜，2019年一階段主要加工赤峰本地甜菜和部分外來高糖菜，這部分菜有凍化菜，而2019年二階段部分時間加單獨工加工一個抗褐斑病、相對高糖品種，并且單獨保藏的甜菜，2021年二階段加工廠內保藏質量不好的菜，三階段大部分加工站點保藏菜，站點保藏菜的質量好；晟通糖業雙減類型中1組，晟通糖業1組相鄰階段間產糖量相對增加原因是：2018年晟通糖業剛開榨，二階段生產趨于正常，相鄰階段間產糖量下降幅度小于相鄰階段間下菜量減少幅度，因而相鄰階段間產糖量相對增加；相鄰階段間產糖量絕對減少關系為6組，其中眾益糖業一增一減類型為5組，晟通糖業一增一減類型為1組；相鄰階段間產糖量相對減少關系為15組，其中眾益糖業雙增加類型中有3組、雙減少類型中有6組(表7)，晟通糖業雙增加類型3組、雙減少類型3組(表8)。

3.1.2 兩企業各榨季相鄰階段間下菜量與產蜜量階段性變化分析

眾益糖業、晟通糖業26組相鄰階段間下菜量增減與產蜜量增減關系中(表6、表9、表10)：有8組相鄰階段間產蜜量絕對增加，其中眾益糖業一減一增類型中5組，晟通糖業一減一增類型中3組；16組相鄰階段間產蜜量相對增加，其中眾益糖業雙增類型中12組，晟通糖業雙增類型中4組；2組相鄰階段間產蜜量相對減少，其中眾益糖業雙增類型中1組，2018年二階段有凍化菜，三階段無凍化菜，晟通糖業雙減類型中1組，2019年是晟通糖業建廠的第二榨季，總菜量適中，第三階段菜質量好。

相鄰階段間產蜜量增加的情況占絕大對數，因為蜜中的主要成份是糖，這部分糖不容易被提取出來，也說明儲藏期間蜜量在增加。

3.2 兩企業各榨季工藝指標階段性變化分析

3.2.1 兩企業各榨季相鄰階段間噸糖耗菜、噸蜜耗菜階段性差異分析

在眾益糖業9榨季、晟通糖業4榨季，相鄰階段間噸糖耗菜和噸蜜耗菜二者變化的26種關系中(表6、表11、表12)：有1組相鄰階段間噸蜜耗菜相對增加關系，在晟通糖業雙增加類型中；有19組相鄰階段間噸蜜耗菜絕對減少關系，其中13組在眾益糖業一增一減類型中，6組在晟通糖業一增一減類型中；有6組相鄰階段間噸蜜耗菜相對減少關系，其中眾益糖業雙增類型中1組、眾益糖業雙減類型中4組，晟通糖業雙減類型1組。

在相鄰階段間噸糖耗菜和噸蜜耗菜的26種關系中，25組關系是絕對減少或相對減少，這說明隨著生產的進行噸蜜耗菜在減少。

3.2.2 兩企業相鄰階段間菜絲含糖、提糖率、工藝損失變化關系

眾益糖業9榨季、晟通糖業4榨季相鄰階段間菜絲含糖、提糖率、工藝損失三者之間的26組關系：11組相鄰階段間菜絲糖減少、提糖率減少、工藝損失增加，其中眾益糖業8組、晟通糖業3組；9組相鄰階段間菜絲糖增加、提糖率減少、工藝損失增加，其中眾益糖業有5組這種關系，雖然提糖率減少的幅度遠小于菜絲糖增加的幅度，但這幾組相鄰階段間廢蜜產量增加幅度大(表9)，因而工藝損失增加，晟通糖業有4組這種關系，由于提糖率減少的幅度遠遠大于菜絲糖增加的幅度，因而工藝損失增加；3組相鄰階段間菜絲含糖增加、提糖率增加、工藝損失增加(眾益糖業)，這3組相鄰階段間廢蜜產量增加，因而工藝損失增加；1組相鄰階段間菜絲糖減少、提糖率減少，工藝損失也減少(眾益糖業2016/17榨季)，這是因為2016榨季一階段糖車間蒸發罐菌污染，工藝損失高，而二階段解決了菌污染的問題；1組相鄰階段間菜絲糖減少、提糖率增加、工藝損失減少(眾益糖業2019/20榨季),這是因為2019年二階段大部分甜菜單獨保管，甜菜品質好，因而工藝損失減少; 1組相鄰階段間菜絲含糖減少、提糖率增加、工藝損失減少(晟通糖業2018/2019)，2018年晟通糖業第一年開榨，甜菜數量少，二階段比一階段生產正常，因而工藝損失減少。

根據以上分析，只依據菜絲含糖和提糖率的高低來分析工藝損失的高低是不全面的，還應該考慮甜菜在儲藏過程中品質變化。甜菜在儲藏過程中，糖量減少，廢蜜量增加，國外有描述廢蜜中糖損失的公式，公式包括甜菜體內鉀、鈉、a-氨態氮含量、校正數等[13]。

4 討論

4.1 氣候區的差異是甜菜質量差異的主要因素

國內兩篇文獻闡明了不同積溫帶與甜菜含糖的關系[14-15]：低積溫帶甜菜含糖率高，高積溫帶甜菜含糖率低。眾益原料區和晟通原料區氣候條件迥然不同(表1)，晟通糖業原料區處于低積溫帶，眾益糖業原料區處于高積溫帶，眾益甜菜菜絲含糖低(表4)，晟通糖業甜菜菜絲含糖高(表5)，兩企業三個階段平均菜絲糖相比較，晟通菜絲含糖較眾益菜絲含糖平均高2.12%-2.65%(據表4、表5計算)。

4.2 糖廠甜菜收獲量要適中，開機時間要合理

眾益糖業日處理甜菜3 000噸，每榨季收購25.0萬噸的甜菜比較合理，眾益糖業2013/2014、2014/2015、2015/2016三個榨季收購量適中，生產效果也最好；2016/2017、2017/2018兩榨季收購量接近35.0萬噸左右，2018/2019、2019/2020、2020/2021三個榨季平均收購量接近或超過45.0萬噸左右，除2019/2020榨季外，其余四個榨季生產效果并不好；2021/2022榨季雖然甜菜收購數量適中，但由于收購甜菜質量差，保藏效果不好，因而生產效果也不好(表4)。

晟通糖業日處理甜菜5 000噸，每榨季收購55.0萬噸甜菜比較合理，晟通糖業開機只有4個榨季，2019/2020榨季收購甜菜53.9萬噸，2020/2021、2021/2022榨季甜菜收購量分別達到了70.2萬噸、74.8萬噸，三個榨季生產相比較，2019/2020榨季生產效果比較好。晟通糖業第二階段、第三階段隨著收購量的增大，工藝損失逐漸增加，這是應該引起重視的(表5)。

晟通糖業開榨已有4個年頭，域外糖廠也去搶收甜菜，由于水澆地面積有限，已經有甜菜重茬、迎茬、連作的地塊了，晟通糖業應合理安排播種面積，每榨季不追求過高收購噸數，使該原料區永保高糖狀態。

歐、美甜菜糖廠適時提前開機，目的是盡量多加工新鮮甜菜，相對減少加工儲藏甜菜的數量，提前開機這段時間，每日提供甜菜數量和糖廠的日處理甜菜量相匹配。

眾益糖業10月5日-7日可以開機，10月5日-15日為提前開機時間段，這段時間每日提供甜菜數量要和糖廠的日處理甜菜量相匹配，10月15日起大面積收購甜菜，10月底購結束。眾益糖業主要是站點保藏，10月15日起大量收購甜菜，減少了高溫“長芽”菜的幾率，利于甜菜保藏。

晟通糖業9月5日可以開機，9月5日至9月15日為提前開機時間段，晟通糖業主要是農墾供應甜菜，糖廠附近就有農場，為提前開機這段時間甜菜匹配供應提供了便利條件，9月15日起大面積收購甜菜，9月底收購結束。晟通糖業采取廠內集中儲藏甜菜的方式，保藏壓力大，適時提前開機，除了加工部分新鮮甜菜外，減輕了甜菜保藏壓力。

4.3 甜菜加工儲藏期間糖、蜜數量變化原因

甜菜儲藏期間最明顯的變化就是產糖量減少占多數，產糖量增加占少數(表6)，前文分析了(3.1.1-3.1.2)眾益糖業4組相鄰階段間產糖量相對增加和晟通糖業1組相鄰階段間產糖量相對增加原因。

甜菜儲藏期間產蜜量的變化和產糖量變化情況相反，相鄰階段間產蜜量增加占多數，而相鄰階段間產蜜量減少占少數(表6)。前文(3.1.2)分析了眾益糖業1組相鄰階段間產蜜量相對減少和晟通糖業1組相鄰階段間產蜜量相對減少的原因。

眾益糖業9榨季18組相鄰階段間，一、二階段間產蜜量增加幅度大于二、三階段間產蜜量增加幅度，晟通糖業除2018年第一年開榨外，其余三榨季一、二階段間產蜜量增加幅度大于二、三階段間產蜜量增加幅度。

甜菜儲藏這段時間，由于甜菜塊根的呼吸作用，消耗蔗糖，所以隨著生產進程地進行，產糖量減少，同時，根的呼吸產生熱量，甜菜垛局部溫度升高，引起甜菜腐爛，真菌病原體的侵入也引起腐爛，原汁純度下降，轉化糖增加，這些因素都引起產糖量的減少。另外，蔗糖的間接損是一部分蔗糖進入到廢蜜中去了，因而隨著生產階段的進行，產蜜量增加。

4.3 兩企業工藝指標差顯著

由于兩企業所處生態區不一樣，甜菜品質有差異，引起工藝指標差異。眾益糖業各階段噸糖耗菜多，噸蜜耗菜少，而晟通糖業相應各階段噸糖耗菜少，噸蜜耗菜多，這是因為眾益甜菜含糖率低、菜絲含糖低、提糖率低等原因造成的。兩企業提糖率按一、二、三階段依次降低，眾益糖業第一階段提糖率比晟通糖業第三階段提糖率還低，眾益糖業9榨季相鄰階段平均提糖率差依次為0.68%、0.61%(根據表4計算)，晟通糖業4榨季相鄰階段平均提糖率差依次為1.75%、0.65%(根據表5計算)，眾益糖業9榨季相鄰階段平均工藝損失差依次為0.30%、0.48%(根據表4計算)，晟通糖業4榨季相鄰階段平均工藝損失差依次為1.93%、0.53%(根據表5計算)，說明晟通糖業在控制工藝損失方便還有潛力。晟通糖業更應該研究甜菜保藏技術，充分發揮出高含糖優勢。

5 結論

兩企業相鄰階段間產糖量、產蜜量對應相鄰階段間下菜量變化總體趨勢是：產糖量減少、產蜜量增加；按生產進程，相鄰階段間噸糖耗菜增加、噸蜜耗菜耗量減少；兩企業一、二、三階段平均提糖率依次減少、工藝損失依次增加，晟通糖業二階段較一階段工藝損失增加幅度大。