◎ 陳文江，李海洋，尹成海，劉曉雙，張宏文，王 磊

（1.新疆綠原糖業(yè)有限公司，新疆 庫爾勒 841000；

食糖是人類生活不可缺少的必需品，也是重要的輕工業(yè)原料。從食糖的種類分析，食糖分為甘蔗糖和甜菜糖兩種。從地理氣候條件分析，甘蔗種植主要集中于熱帶、亞熱帶地區(qū)，而甜菜種植主要集中在歐洲、日本、美國北部、加拿大以及中國北部地區(qū)。中國、美國、日本、巴基斯坦等同時(shí)生產(chǎn)甘蔗糖以及甜菜糖[1]。我國甜菜現(xiàn)主要分布于北緯40°以北，主要分布在東北、華北、西北3個(gè)產(chǎn)區(qū)。新疆、黑龍江、內(nèi)蒙古是全國前3大甜菜產(chǎn)區(qū)，甜菜種植面積占全國甜菜面積的90%以上，甜菜總產(chǎn)量占全國甜菜的近90%。新疆甜菜種植面積雖然僅占全國的25%，但甜菜糖產(chǎn)量則超過全國50%。2019—2020年榨季新疆產(chǎn)糖58萬t，已然成為我國第二大甜菜糖產(chǎn)區(qū)，僅次于內(nèi)蒙古產(chǎn)區(qū)[2]。

1 新疆地區(qū)甜菜種植的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)

（1）自然條件適宜。新疆熱量資源充足，日照時(shí)間長，晝夜溫差大，灌溉條件好，土壤肥沃，病蟲害較輕，對(duì)甜菜生長發(fā)育和糖分積累極為有利。

（2）傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)70年代中期，甜菜種植開始明顯增加，從原來的瑪納斯、石河子、沙灣地區(qū)向伊犁等北部地區(qū)和庫爾勒等南部地區(qū)發(fā)展。目前，新疆不少制糖企業(yè)躋身世界500強(qiáng)之列，實(shí)力雄厚。

（3）國家和地方政府支持。近10年來，新疆糖業(yè)企業(yè)對(duì)甜菜的采購是企業(yè)與農(nóng)戶協(xié)商確定的。2011年10月，《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善糖料收購價(jià)格政策的通知》將新疆甜菜收購價(jià)與糖價(jià)掛鉤，兼顧制糖企業(yè)和農(nóng)戶的利益，讓農(nóng)戶在一段時(shí)間內(nèi)從糖價(jià)上漲中受益。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，全國甜菜總種植面積大幅減少，而新疆甜菜種植面積近年來顯著增加，產(chǎn)地正由東向西，新疆逐漸取代東部產(chǎn)區(qū)成為我國甜菜主產(chǎn)區(qū)[3]。

2 甜菜制糖工藝流程

制糖是從甘蔗或甜菜等含糖植物中提取蔗糖的過程。甜菜的塊莖薄壁組織的細(xì)胞液中含有12%～18%的蔗糖和一些可溶性非糖（包括含氮和無氮有機(jī)物、礦物質(zhì)），即糖汁。制糖工藝是將糖汁通過滲透或壓榨的方式提取出來，然后除去非糖成分，得到成品。制糖主要工藝流程如圖1所示。

圖1 制糖工藝流程圖

（1）提汁。甜菜必須先經(jīng)過預(yù)處理和粉碎，然后提取滲出液。

（2）清凈。糖汁在濃縮結(jié)晶前應(yīng)進(jìn)行清凈，以盡可能去除非糖分，以免使糖變質(zhì)，造成糖蜜浪費(fèi)和糖分損失。

（3）蒸發(fā)。為了使糖汁在煮糖前濃縮，需要采用多效蒸發(fā)工藝，糖汁蒸發(fā)時(shí)，蔗糖、還原糖及其他糖分在溫度、pH值以及濃縮等條件的影響下會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)變化。

（4）煮糖。將糖漿泵入煮糖罐中，繼續(xù)真空加熱蒸發(fā)。

（5）結(jié)晶。糖漿蒸發(fā)濃縮至一定過飽和度后，可加入糖粉結(jié)晶。

（6）分蜜。隨后繼續(xù)加入糖漿或糖蜜，使晶粒逐漸長大，直到全罐內(nèi)形成含晶率和母液濃度都符合規(guī)定的糖膏，即可分離放罐。

（7）干燥。放出的餡料經(jīng)輔助結(jié)晶容器流入分蜜機(jī)，通過離心力分離母液，機(jī)內(nèi)殘留的砂糖用水洗滌，出料干燥后即為成品[4]。

3 新疆甜菜制糖產(chǎn)業(yè)發(fā)展

3.1 新疆甜菜生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化

在新疆甜菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，形成了一種獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)化體系。這種體系以制糖企業(yè)為主導(dǎo)，以甜菜種植戶為主體，以高校、科研機(jī)構(gòu)為支撐，這種產(chǎn)業(yè)產(chǎn)銷體系以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為甜菜產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營創(chuàng)造了條件。在食糖市場(chǎng)，制糖企業(yè)在制定企業(yè)戰(zhàn)略、制糖和甜菜生產(chǎn)計(jì)劃、組織相應(yīng)的營運(yùn)資金以及形成甜菜生產(chǎn)、收購、加工和銷售的完整供應(yīng)鏈等方面發(fā)揮主導(dǎo)作用[5]。

在甜菜生產(chǎn)供應(yīng)鏈中，種子、化肥、農(nóng)藥等生產(chǎn)資料的供應(yīng)渠道多元化，糖業(yè)企業(yè)和各類農(nóng)資企業(yè)可以隨時(shí)為生產(chǎn)者提供相關(guān)的生產(chǎn)資料。甜菜種植者可以在不違反協(xié)議規(guī)定的情況下自由選擇生產(chǎn)材料，擁有自主生產(chǎn)權(quán)。在甜菜生產(chǎn)中，制糖企業(yè)和科研院所為種植者提供技術(shù)指導(dǎo)。甜菜種植者采用自主實(shí)用的種植技術(shù)實(shí)施生產(chǎn)經(jīng)營，在甜菜銷售環(huán)節(jié)，甜菜種植者將甜菜送到糖廠或采購地[6]。

3.2 制糖控制系統(tǒng)的發(fā)展

為適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)多種糖類、降低生產(chǎn)成本，同時(shí)完善公司生產(chǎn)管理，在制糖過程中充分利用了自動(dòng)化技術(shù)。

針對(duì)目前糖煮過程控制管理存在的不足，李松等人采用先進(jìn)的DCS技術(shù)和高精度自動(dòng)檢測(cè)儀器，提供了一系列全自動(dòng)糖煮過程控制系統(tǒng)，可有效提高糖煮過程的控制和管理水平，有效提高煮糖過程的可控性和可靠性，提高經(jīng)濟(jì)性，減少操作失誤，降低事故率[7]。韋如其等提出了一種蔗糖廠間歇糖煮罐自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有沸騰結(jié)晶效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、自動(dòng)化水平高、事故率低、可靠性和安全性高等優(yōu)點(diǎn)[8]。梁繁貴等提出了一種糖煮沸自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過模塊化控制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)糖煮過程的抽真空工序、入底料工序、濃縮底料工序、投粉工序、起晶工序、固晶工序、養(yǎng)晶工序、糖膏整理工序、糖膏濃縮工序、煮水等待工序、放糖工序及洗灌工序的自動(dòng)控制；糖煮過程的自動(dòng)控制啟動(dòng)后，只需啟動(dòng)底料過程并確認(rèn)運(yùn)行，控制程序?qū)⒏鶕?jù)設(shè)定的糖煮參數(shù)和煮糖過程執(zhí)行每個(gè)工藝步驟，直到最后一道工序[9]。

3.3 甜菜間接式結(jié)晶控制系統(tǒng)

新疆綠原糖業(yè)有限公司運(yùn)用了一種甜菜糖間接式結(jié)晶自動(dòng)控制系統(tǒng)，其原理如圖2所示。該系統(tǒng)利用控制柜的PLC與智能煮糖罐的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制整個(gè)結(jié)晶過程，并通過大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出最佳結(jié)晶參數(shù)，通過壓力傳感器、溫度傳感器分別測(cè)得壓力與溫度值并通過PLC控制真空調(diào)節(jié)閥的開關(guān)來控制壓力與溫度，最終通過錘度傳感器測(cè)得甜菜的錘度從而代替人工檢測(cè)實(shí)現(xiàn)甜菜糖間接式結(jié)晶自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)快速的數(shù)據(jù)傳遞，使制糖企業(yè)管理人員在第一時(shí)間對(duì)關(guān)鍵的生產(chǎn)崗位、重要的生產(chǎn)工段進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、生產(chǎn)控制。系統(tǒng)可以記錄一段時(shí)期內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢，大數(shù)據(jù)分析，可以進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高效益[10]。

圖2 甜菜糖結(jié)晶自動(dòng)控制系統(tǒng)圖

4 結(jié)語

新疆是我國重要的甜菜糖產(chǎn)區(qū)，其甜菜制糖產(chǎn)業(yè)具有巨大的優(yōu)勢(shì)，新疆甜菜生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，控制系統(tǒng)為優(yōu)化新疆甜菜制糖工藝、提高制糖效益提供了基礎(chǔ)。通過調(diào)研，對(duì)新疆制糖產(chǎn)業(yè)提出以下建議。①選用合理的地域建立甜菜制糖廠。②提高制糖工藝水平。③開發(fā)新的高效煮糖控制系統(tǒng)。