多晶冰糖生產工藝的改進與探索

賀 湘，姚志敏，潘葆萱

(1中國輕工業(yè)廣州工程有限公司，廣東廣州 511447；2江門市南字食品有限公司，廣東江門 529000)

0 前言

冰糖是白砂糖的結晶再制品，晶瑩如冰，品質純正[1-2]。目前市面上在售的冰糖主要包括單晶冰糖、多晶冰糖(即“土冰”)、冰片糖，以及根據客戶需求制作成的其他冰糖品種，如咖啡冰糖、黑糖、冰糖粉等[3-4]。

冰糖可直接食用，也可以用來烹羹燉菜或制作甜點，著名的“冰糖湘蓮”是八大菜系中的湘菜珍饈；另外還有如“冰糖雪梨”、“冰糖燕窩”等滋補品[5-9]。冰糖還可用于高級食品甜味劑、配制藥品浸漬酒類和滋補佐藥等，廣泛用于食品和保健行業(yè)作為高檔補品和保健品[10-11]。

中醫(yī)認為，冰糖味甘、性平，入肺、經脾，有補中益氣和潤肺的功效；冰糖養(yǎng)陰生津，潤肺止咳，對肺燥咳嗽、干咳無痰、咯痰帶血都有很好的輔助治療作用；用于肺燥、肺虛、風寒勞累所致的咳喘、小兒瘧疾、噤口痢、口瘡、風火牙痛，有很強的藥理作用[10,12-13]。

我國冰糖主要消費區(qū)分布在華東、京津、華中、華南和東北地區(qū)，其中華東和京津地區(qū)的消費量最大。而從國際市場來說，冰糖也是極具中國特色的傳統(tǒng)產品，目前國內的冰糖系列產品約有40%出口[10]。冰糖憑借其獨有的保健功能會在食糖市場中占據越來越大的份額，具有廣闊的發(fā)展前景。

而從冰糖生產來看，之前絕大部分停留在小作坊生產，導致質量不穩(wěn)定，衛(wèi)生情況欠佳。隨著食品衛(wèi)生要求的日益嚴格以及市場需求量增大，陸續(xù)出現(xiàn)了具有一定規(guī)模的冰糖廠，如義烏市帝奧食品有限公司、大連佐源食品有限公司、山東省臨沂市泰沂食品有限責任公司、河北寶利食品有限公司、天津開發(fā)區(qū)蘭德食品有限公司、廣西柳州市金柳食品加工廠、廣西來賓食品有限責任公司、佛山市西豪江糖制品有限公司、東莞市東糖中輕糖業(yè)有限公司等。

然而與白砂糖生產線不同的是，多晶冰糖生產具有周期性，即典型的間歇生產特性。因此，目前國內冰糖廠生產工藝一直比較落后，自動化程度低，能耗高，生產過程中部分工序工人勞動強度大，使該工序聘工困難。同時許多設備仍為非標設備，離規(guī)范化設計和生產的差距甚遠。

本文提出一套較先進的多晶冰糖生產設計方案，旨在對傳統(tǒng)多晶冰糖生產工藝進行研究整理和改進，適當引入自控設備，以減少勞動生產力，降低勞動強度，提高生產效率，為現(xiàn)代化冰糖生產企業(yè)提供參考。

1 多晶冰糖結晶原理

結晶過程是冰糖生產工藝的最關鍵過程。因此了解多晶冰糖結晶的原理極為重要。

根據蔗糖結晶理論，蔗糖的結晶與溶液過飽和系數(shù)有關。過飽和系數(shù)是指在某一溫度下某蔗糖溶液內一份水所溶解的蔗糖量與該溫度下飽和純蔗糖溶液中一份水所溶解的蔗糖量的比值。蔗糖溶液根據其過飽和系數(shù)的不同可分為溶晶區(qū)、介穩(wěn)區(qū)、中間區(qū)和易變區(qū)。過飽和系數(shù)小于1.0時，晶體只能溶解不能長大，故稱為溶晶區(qū)；過飽和系數(shù)1.0～1.2時，不能自然生成晶核，但可以使已有的晶核長大，故稱為介穩(wěn)區(qū)；過飽和系數(shù)在1.2～1.3時，不僅使已有的晶核能夠長大，當溶液受到外界的刺激時，還能產生新的晶核，故稱為中間區(qū)；過飽和系數(shù)大于1.3時，能自動大量地產生晶核，故稱為易變區(qū)[14-16]。

多晶冰糖結晶基于“自然起晶法”。生產過程一開始是將過飽和糖液控制在易變區(qū)內使其自然起晶，起晶后其濃度降低至中間介穩(wěn)區(qū)，靠近已形成的晶核的蔗糖分子，不斷地被晶核表面所吸引，沉積在晶體表面上，并按晶體形狀整齊地、一層層地排列起來，晶體得以慢慢長大，養(yǎng)晶1周后即可成為成品[17-18]。

2 設計工藝流程詳述

2.1 總工藝流程

多晶冰糖，以一級白砂糖為原料，采用傳統(tǒng)自然結晶法生產，大致流程包括：白砂糖回溶，過濾，濃縮，注盆結晶，倒盆去蜜破碎，干燥，包裝，成品。其總工藝流程見圖1。

圖1 多晶冰糖工藝流程方框圖

2.2 設計生產工藝詳述

多晶體冰糖俗稱土冰、老冰、盆冰或桶冰，是一種由多個蔗糖晶體并聚而成的大塊冰糖，按色澤又可分為白冰糖和黃冰糖2種。

根據其生產工藝的不同，多晶體冰糖又分為吊線法冰糖(成品為冰柱和冰邊，會有棉線、紙片等雜質)和盆晶法冰糖(全部冰糖均沿結晶盆結晶，成品較純凈)。在國內，北方主要采用吊線法生產多晶體冰糖，南方主要采用盆晶法生產。二者除了在生產流程上略有差異外，其生產原理大體相同。本設計采用盆晶法結晶工藝。

2.2.1 溶糖、過濾

工藝條件：

⑴溶糖溫度：90～100℃；

⑵溶糖濃度：68～70°Bx；

⑶溶糖時間：約20～30 min

⑷溶糖汽源：約0.3 MPa飽和蒸汽。

⑸操作流程：原料糖由叉車送到白糖暫儲間，用噸糖升降平臺運送至二樓解包間，樓層高度約6.5 m。經無動力滾筒輸送機送至各落糖斗附近，人工解包后進入落糖斗。落糖斗支撐于樓面，以節(jié)省解包工人勞動強度。

原料糖經落糖斗進入布置在夾層(約3.5 m層高)的間歇溶糖罐，根據溶糖錘度要求，向溶糖機加入熱水或蜜水，有蜜水時優(yōu)先加入蜜水，溶解成68～70°Bx的糖漿，溶糖機罐內溫度自動控制蒸汽通入量。溶解后的糖漿由泵送去多晶車間糖漿儲罐。

因多晶冰糖生產的間歇性，多晶溶糖可不考慮連續(xù)溶糖系統(tǒng)，以節(jié)省投資。

2.2.2 煮糖濃縮

技術要求：

⑴煮糖濃縮壓力：0.6～0.8 MPa；

⑵煮糖濃縮溫度：115～120℃(最終溫度)；

⑶煮糖濃縮濃度：78～82°Bx；

⑷煮糖濃縮時間：控制在20～30 min。

⑸操作流程：煮糖初期為糖漿的濃縮過程。開啟蒸汽閥，控制蒸汽壓力在0.6～0.8 MPa，使糖漿加熱沸騰，升溫至115～120℃，糖漿達到78～82°Bx時即達到濃縮要求。濃縮過程要求在30 min內快速完成，以防色值上升。煮糖罐最好采用間接加熱的換熱器。

煮糖濃縮的目的是將溶糖后得到的糖液加熱蒸發(fā)使糖液進一步濃縮到過飽和，為下一步結晶做準備。

煮糖濃縮注意事項：①煮糖用的加熱蒸汽溫度太高或太低都不利于煮糖，溫度太高蔗糖容易焦化產生較多的焦糖色素；溫度太低煮糖的時間過長，蔗糖轉化較多，會降低冰糖的結晶率；②根據蔗糖結晶理論可知：煮糖后得到一水糖漿的錘度過低或過高都不利于結晶。當糖液的錘度較低使過飽和系數(shù)小于1.2時，過飽和糖液處于介穩(wěn)區(qū)，不能自發(fā)起晶；如果糖液錘度較高使過飽和系數(shù)過高則容易起砂，得到的冰糖晶形細碎，不符合質量的要求。

2.2.3 注盆、結晶、養(yǎng)晶

結晶要求：結晶室溫度：80～40℃，逐天下降；

養(yǎng)晶時間：約7～8天。

操作流程：

⑴注盆

糖漿濃縮至規(guī)定錘度后，采用電控注盆機構注盆。結晶盆置于結晶盆架上，以3個X3個X4層為一單位，內設升降機構，上層盆注滿后下移，下層盆上移等待注盆。依次注盆完后用叉車送至結晶室內。

傳統(tǒng)的注盆為手動開關閥門來人工注盆，既要防高溫的糖液燙傷，又要防堆疊的結晶盆倒塌造成的傷害。改用電控注盆機構注盆，不僅有效降低了工人勞動強度，也減少了此崗位的工傷風險。

⑵結晶

多晶冰糖結晶過程為自然冷卻結晶，其關鍵設計為結晶室的設計。傳統(tǒng)的結晶室為一帶蒸汽保溫和散熱系統(tǒng)的空房，結晶盆的進出和室內布置均為人工操作，勞動強度大，且有高溫燙傷風險。本設計的結晶室借鑒現(xiàn)代化立體倉庫設計思路，設計成移動式貨架，貨架以3個X3個X4層為單位依次排列，方便叉車叉送每單位的結晶盆。

⑶養(yǎng)晶

多晶冰糖的結晶過程主要是對溫度的控制，結晶室內的溫度第1～2天控制在70～80℃，以預冷起晶；溫度太高或者太低都不利，溫度太高過飽和系數(shù)太低，不能自然起晶或者形成晶體太慢；溫度太低過飽和系數(shù)太高，則容易返砂，形成的冰糖晶形細碎，不符合冰糖質量要求。第3～4天溫度保持在70～55℃，第5～6天溫度保持在55～40℃，第7天打開門降至室溫，第8天將結晶盆取出。為了防止結晶室內溫度下降過快(特別是在冬天)，可以在結晶室內設置加熱管，在加熱管內通入加熱蒸汽，通過調節(jié)蒸汽的開關便可調節(jié)結晶室內的溫度。

2.2.4 排蜜、倒盆、破碎、篩選

操作流程：養(yǎng)晶達到規(guī)定天數(shù)后，用叉車將結晶盆送至無動力滾筒輸送機，再經升降平臺和推盤機構送至鏈板輸送機。用抽蜜泵抽去結晶盆中的蜜(熟稱冰水)，再送往多晶倒盆靜置平臺，倒盆平臺的合理設計可大大降低此崗位工人的勞動強度。平臺設計兩邊高，向中間傾斜，傾角約4°，以便糖盆靜置時剩余的蜜水在重力作用下自動流入糖蜜輸送槽，繼而流入蜜水箱。

靜置后結晶盆內的多晶冰塊人工扣盆倒出，用刀砍去結晶不良的底砂和黑點，經鏈板輸送機送去破碎和篩選。破碎后合格的多晶冰糖用輸送機送往多晶冰糖烘干線進行干燥，碎冰作他用，如用于單晶冰糖晶種。

2.2.5 干燥、冷卻

技術要求：

⑴干燥熱風溫度：65～70℃；

⑵烘干后冰糖含水量：1%以下；

⑶烘干時間：約36 h。

⑷操作流程：多晶冰糖干燥線采用3層不銹鋼鏈板式連續(xù)烘干線，濕糖經3層路線總長約100 m，分為干燥段和冷卻段。干燥段通入干燥后的蒸汽進行加熱，冷卻段通入干燥后的冷空氣進行冷卻。烘干溫度保持在65～75℃，冷卻溫度保持在40℃以下。整個干燥時間掌握在36 h左右，烘干后冰糖含水量控制在1%以下。成品烘干后，掉入成品糖輸送帶，送至包裝間。

2.2.6 成品糖的包裝

包裝要求：根據客戶需求。

成品糖經計量、除鐵后進行包裝，包裝規(guī)格根據客戶需求確定。然后入庫貯存或直接出廠銷售。

為了盡可能減少操作人員與成品糖的接觸，同時提高自動化生產水平，成品糖包裝設備采用全自動裝包系統(tǒng)，包括自動供袋機、電子包裝秤、自動折邊機、自動縫包機、噴碼機、倒袋整形機、揀選機(復核重量、金屬檢測)等。

為控制產品灰分、水不溶物等指標要求，本設計主要工藝設備與糖接觸的部分全部采用不銹鋼或內襯不銹鋼的材質。包裝袋采用符合食品衛(wèi)生標準的彩印塑料包裝袋。

3 本設計與傳統(tǒng)工藝對比分析

多晶冰糖工藝獨特的周期性是其實現(xiàn)自動化生產的極大障礙。冰糖生產企業(yè)要提高生產效益，需在現(xiàn)有技術的基礎上，在生產各環(huán)節(jié)的細節(jié)中尋求突破，如溶糖、濃縮、結晶、干燥等，通過對各個環(huán)節(jié)深入分析總結，引入自動化生產，減少勞動強度，才能在生產過程中實現(xiàn)降低能耗、提高產率、穩(wěn)定產品質量等指標要求，這也是冰糖企業(yè)提高經濟效益的關鍵。

本設計最大的特點是在經濟適應的原則上，引入了自控設備和自控工藝，大大降低了工人的勞動強度。現(xiàn)從各個環(huán)節(jié)進行對比分析。

3.1 溶糖

傳統(tǒng)冰糖廠溶糖采用“地鍋”溶糖，一般安裝在地面以下。結構為一立式圓筒敞口設備，內設加熱蒸汽環(huán)管，環(huán)管上開孔，蒸汽與糖液直接接觸進行加熱。基本無自控系統(tǒng)。

本設計溶糖系統(tǒng)增加了自控儀表，多晶冰糖因其具有典型的周期性，仍用間歇溶糖系統(tǒng)，配溫度和液位自控儀表。

3.2 多晶濃縮糖漿注盆

多晶冰糖濃縮后，傳統(tǒng)的冰糖廠采用人工注盆方式。結晶盆提前人工擺放至結晶室內，用木條設排架，工人扛著不銹鋼管道開關閥門注盆，勞動強度非常大，且115℃左右的糖漿注盆時隨時有高溫燙傷風險。使工廠直接造成人工成本高，同時卻聘工難的局面。

本設計采用了帶電控的注盆機構，結晶盆以3個X3個X4層為一單位設置，內置升降機構，電控注盆，上層注完后移至下層，下層的空盆移至上層，以此快速注滿一個單位，用叉車一次性送入結晶室。

3.3 多晶冰糖結晶室、倒糖

傳統(tǒng)的結晶室是一簡單的空房，結晶盆疊堆于結晶室內。結晶過程結束后，抽母液，用人工推車將結晶盆移出結晶室，置于扣盆區(qū)，靜置后，再人工摔盆倒糖，一系列工序全部為人工操作，勞動強度非常大。

本設計結晶室內采用結晶盆架設計，引入了現(xiàn)代化立體倉庫設計，整體為固定式貨架，內配可移動式結晶盆架，結晶盆架布置以3個X3個X4層為單位依次排列，方便叉車叉送。此設計也大大增加了結晶室的生產能力。例如100 m3的結晶室，可容納近85 t糖漿，約3000個結晶盆。達到了0通道、100%的空間利用率。結晶過程結束后，用叉車送至無動力滾筒輸送機，再經升降平臺和推盤機構送至鏈板輸送機。經抽蜜后，送往多晶倒盆靜置平臺。平臺設計兩邊高，向中間傾斜，以便糖盆靜置時剩余的蜜水在重力作用下自動流入糖蜜輸送槽，繼而流入蜜水箱。

這一系列的設計，與傳統(tǒng)工藝過程相比，極大地降低了工人勞動強度，減少了勞動力，大大提高了生產效率，同時也避免了注盆時的高溫燙傷風險。

3.4 多晶連續(xù)烘干線

傳統(tǒng)的多晶車間隔有2、3個烘房，烘房內設有鋼架。將人工盛好的待烘的多晶冰糖用小車裝載，推入烘房有序擺放于鋼架上。整批待烘的多晶冰糖送入烘房待烘。關閉烘房，做好保溫工作，緩緩開啟蒸汽閥，啟動烘房頂部的抽風機。烘干溫度保持在65～75℃之間，烘干時間掌握在36 h左右。成品烘干后，關閉該烘房的蒸汽。待溫度下降后，將已烘干的成品推出烘房，自然冷卻后，人工破碎篩選，裝袋，再送至包裝間。

本設計采用多晶冰糖連續(xù)干燥線。濕糖經破碎和篩選后，合格的多晶冰糖由濕糖輸送機送至連續(xù)烘干線。該干燥線采用3層不銹鋼鏈板緩慢輸送，內通入干燥后的蒸汽進行加熱干燥，再通入干燥后的冷空氣進行冷卻。烘干溫度保持在65℃左右，冷卻溫度保持在40℃以下。整個干燥時間控制在36 h以下。烘干后冰糖含水量控制在1%以下。成品烘干后，自動卸入成品糖輸送帶，送至包裝間。

多晶連續(xù)干燥減少了人工，大大降低了勞動強度，同時產品質量更穩(wěn)定，更有保障。

4 結論與展望

針對目前冰糖廠自動化程度低、勞動強度大、生產效率低等缺陷，本設計在現(xiàn)有成熟工藝的基礎上，從各個生產環(huán)節(jié)中進行深入分析、總結和改進，在經濟可靠可行的原則上，引入自動化設備和自控儀表，大大減少了勞動生產力，降低了勞動強度，極大地提高了生產效率，穩(wěn)定了產品質量，從而實現(xiàn)多晶冰糖生產的規(guī)模化、規(guī)范化和自動化，提高了企業(yè)的經濟效益。

規(guī)?；?、規(guī)范化、自動化生產冰糖項目，為企業(yè)提高產品市場競爭力，提高經濟效益，實現(xiàn)做大做強的戰(zhàn)略目標，在激烈的市場競爭中獲得生存和發(fā)展，走出了重要的一步。