不同形式的糖料蔗入榨對比試驗(yàn)與甘蔗整稈機(jī)收方式探索

楊 瑤，吳傳云*，黃曉斌，黃 嚴(yán)，劉慶庭，區(qū)穎剛

(1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站，北京 100021；2廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心，廣西南寧 530023；3華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州 510642)

0 前言

目前，我國糖廠普遍采用“一步法”制糖工藝，甘蔗進(jìn)廠壓榨后直接制取白砂糖。該工藝對原料蔗的含雜率要求比較嚴(yán)格，比較適合人工砍收剝?nèi)~去梢“凈稈”蔗（含雜率1%左右[1]）。我國主流甘蔗機(jī)械化收獲方式為切段式聯(lián)合收獲，根據(jù)廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳調(diào)查統(tǒng)計(jì)，截至2022年3月，廣西甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)數(shù)量達(dá)到2431臺，其中切段式2399臺，整稈式32臺。切段機(jī)收原料蔗中混入的雜質(zhì)和泥土較多(含雜率7%～15%)[2-3]。糖廠對高含雜率的切段式機(jī)收蔗接受度不高，按不超過日入榨量的10%發(fā)放“蔗票”，控制切段式機(jī)收蔗入廠量。同時(shí)，入廠原料蔗扣雜率普遍高于實(shí)際含雜率，個(gè)別糖廠甚至出現(xiàn)過高達(dá)28%的扣雜率[4]，極大地挫傷了蔗農(nóng)采用機(jī)械化收獲的積極性，影響甘蔗機(jī)收技術(shù)的推廣應(yīng)用。

國內(nèi)整稈式聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)工序有去梢、根切和剝?nèi)~，機(jī)收整稈蔗要求含雜率≤3.5%。由于對含雜率要求比較嚴(yán)格，整稈聯(lián)合機(jī)收作業(yè)效率普遍較低。蔗農(nóng)和機(jī)手普遍反映作業(yè)效率低、機(jī)具不成熟、對農(nóng)藝配套要求高。主要原因是追求低的含雜率導(dǎo)致剝?nèi)~裝置復(fù)雜而帶來整機(jī)工作效率難以提升。廣西全區(qū)32臺整稈式聯(lián)合收獲機(jī)，2020/21年榨季作業(yè)面積共400 hm2，單個(gè)榨季作業(yè)量僅12.5 hm2/臺。同等功率段，整稈式甘蔗收獲機(jī)作業(yè)效率只有切段式甘蔗收獲機(jī)作業(yè)效率的15%左右，如表1所示。“十三五”期間，我國甘蔗機(jī)收率從2015/16年榨季的0.75%提高到2019/20年榨季的3.28%，5個(gè)榨季共提高了2.53個(gè)百分點(diǎn)[5]。甘蔗收獲機(jī)械化呈緩慢發(fā)展趨勢，距離國發(fā)[2018]42號文件[6]和《“十四五”全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展規(guī)劃》[7]設(shè)定的2025年甘蔗機(jī)收率達(dá)到30%的目標(biāo)還有很大差距。

表1 整稈式甘蔗收獲機(jī)與切段式甘蔗收獲機(jī)作業(yè)效率對比情況

為此，亟需探索既符合當(dāng)前糖廠生產(chǎn)工藝條件，又能高效快速作業(yè)的甘蔗機(jī)械化收獲方式。2020年12月20～24日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站組織廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘蔗全程機(jī)械化專家指導(dǎo)組、國家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系機(jī)械化研究室、國家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系加工研究室的指導(dǎo)下，在廣西鳳糖雒容制糖有限責(zé)任公司開展了全株整稈甘蔗制糖入榨試驗(yàn)，與人工砍收凈稈甘蔗入榨效果進(jìn)行了比較，探索了不剝?nèi)~、不去梢整稈機(jī)械化收獲的可行性，并提出了相關(guān)措施和建議。

1 試驗(yàn)基本情況

1.1 田間全株整稈收獲試驗(yàn)

采用廣西柳林廣鵬4GP-1型甘蔗割鋪機(jī)進(jìn)行不剝?nèi)~不去梢整稈機(jī)收試驗(yàn)。試驗(yàn)蔗地甘蔗生長密度為9.4株/m（有效株數(shù)為52665株/hm2），壟高為17.7 cm，平均種植行距180 cm，屬于寬窄行種植，窄行為50 cm，寬行為130 cm；單株蔗莖質(zhì)量為1.36 kg，產(chǎn)量為71.55 t/hm2，葉莖比為19.88%，倒伏度為17.3°，倒伏程度較低[2]。表2為試驗(yàn)結(jié)果。

在作業(yè)效率上，割鋪機(jī)作業(yè)效率為13 t/h，小于對比試驗(yàn)的切段式聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)效率22 t/h，但遠(yuǎn)高于人工傳統(tǒng)剝?nèi)~去梢砍收作業(yè)效率1 t/d。

在作業(yè)成本方面，割鋪機(jī)作業(yè)成本23元/t，小于對比試驗(yàn)的切段式聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)成本105元/t，也小于人工傳統(tǒng)剝?nèi)~去梢砍收作業(yè)成本116元/t。

表2 割鋪機(jī)整稈收試驗(yàn)結(jié)果

1.2 全株整稈入榨試驗(yàn)

用割鋪機(jī)收獲后的全株整稈甘蔗共23.827 t，分3車直接送到糖廠進(jìn)行壓榨。第一車的甘蔗經(jīng)田間初步整理捆綁裝車，其余2車不經(jīng)捆綁直接裝車。

壓榨車間用時(shí)23 min，折算生產(chǎn)效率62.09 t/h，糖廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為145 t/h，僅達(dá)到42.82%的生產(chǎn)能力。作業(yè)期間出現(xiàn)以下現(xiàn)象：一是未經(jīng)捆綁的第2、3車甘蔗原料不能順利進(jìn)入撕解機(jī)，經(jīng)抓車處理后進(jìn)入；二是有2座壓榨機(jī)出現(xiàn)蔗料無法正常入轆情況，需人工干預(yù)。

1.3 出榨糖汁對比試驗(yàn)

試驗(yàn)蔗料經(jīng)車間壓榨、制煉后的數(shù)據(jù)與糖廠人工砍收凈稈蔗料正常生產(chǎn)的數(shù)據(jù)對比情況如表3、表4所示。

表3 壓榨車間物料初壓汁、末壓汁、蔗渣成分情況

表4 制煉車間物料混合汁成分情況

“帶梢?guī)~整稈”試驗(yàn)物料在壓榨過程中糖度從17.44%下降到0.77%，下降了95%，視純度從82.10%下降到55.15%，下降了33%；“去葉去梢凈稈”正常生產(chǎn)物料在壓榨過程中，糖度從15.49%下降到1.11%，下降了93%，視純度從83.28%下降到67.28%，下降了19%。試驗(yàn)物料的下降幅度遠(yuǎn)大于正常生產(chǎn)的物料。試驗(yàn)物料的混合汁蔗糖分為10.05%、重力純度為73.27%。根據(jù)GB/T 10498-2010《糖料甘蔗》[8]中“甘蔗蔗糖分≥12%，蔗汁重力純度≥80%”的要求，試驗(yàn)物料的技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，無法滿足“一步法”制取白砂糖產(chǎn)品GB/T 317-2018《白砂糖》[9]的要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)物料入榨作業(yè)故障率高、生產(chǎn)能力下降

因試驗(yàn)物料帶梢蔗葉，不夠緊密，重量不夠，結(jié)果導(dǎo)致：①輸蔗機(jī)蔗帶板的摩擦力不足以將甘蔗原料送入撕解機(jī)；②在壓榨機(jī)入口處發(fā)生蔗料打滑或架空現(xiàn)象，難以進(jìn)入壓榨機(jī)；③一定體積下，按重量計(jì)算的生產(chǎn)能力下降。

2.2 出榨糖汁質(zhì)量達(dá)不到要求

因試驗(yàn)物料帶梢蔗葉，降低了入榨蔗料的蔗糖分，帶進(jìn)了更多的非糖分，導(dǎo)致壓榨過程中提取出了更多的非糖雜質(zhì)進(jìn)入蔗汁中。同時(shí)，蔗梢蔗葉也帶入了更多的微生物污染。最終得到的混合汁糖度、蔗糖分、純度都無法達(dá)標(biāo)。

3 結(jié)論與建議

3.1 入榨甘蔗不能帶梢?guī)~

從試驗(yàn)情況可以得出，在現(xiàn)有糖廠“一步法”制取白砂糖的工藝條件下，帶梢?guī)~的整稈機(jī)收方式既無法滿足壓榨設(shè)備生產(chǎn)條件，也無法滿足制糖技術(shù)指標(biāo)條件。必須盡量減少入榨甘蔗的梢葉含量。如何實(shí)現(xiàn)“剝?nèi)~去梢”凈稈機(jī)收作業(yè)是甘蔗機(jī)械化收獲一個(gè)重點(diǎn)方向。

3.2 現(xiàn)有去梢剝?nèi)~整稈式聯(lián)合收獲機(jī)必須提高工效

現(xiàn)有整稈式聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)效果不足0.27 hm2/d，在實(shí)際生產(chǎn)中沒有意義。整稈式聯(lián)合收獲機(jī)工效提升的瓶頸在于剝?nèi)~環(huán)節(jié)，必須從設(shè)計(jì)原理上突破，加大攻關(guān)力度。

3.3 整稈割堆、田間除雜的分步收獲方式是一個(gè)選擇

割鋪機(jī)的作業(yè)效率接近切段式聯(lián)合收獲機(jī)，作業(yè)成本卻只有其20%，如果配上剝?nèi)~去梢機(jī)，采取“整稈割堆+田間除雜”分步式機(jī)械化收獲方式，既解決了作業(yè)效率，又降低了作業(yè)成本，還能得到“去葉去梢凈稈”糖料蔗。另外，還能適合丘陵山區(qū)小田塊機(jī)收，是一項(xiàng)值得試驗(yàn)推廣的甘蔗機(jī)械化收獲技術(shù)。目前廣西壯族自治區(qū)農(nóng)機(jī)部門正在探索先割鋪再地頭剝?nèi)~除雜、先田間剝?nèi)~再割鋪2種甘蔗分步機(jī)械收獲技術(shù)路線。對于先割鋪再地頭剝?nèi)~除雜技術(shù)路線，需要從標(biāo)準(zhǔn)化種植和機(jī)器設(shè)計(jì)原理突破兩方面努力，解決剝?nèi)~除雜機(jī)作業(yè)效率低、甘蔗破損率高等問題；對于先田間剝?nèi)~再割鋪技術(shù)路線，需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)田間剝?nèi)~機(jī)，同時(shí)推動農(nóng)民接受新事物。