蔗糖制造
以甘蔗為原料，經榨汁、清洗、蒸發、結晶、分蜜、幹燥制成白糖、粗糖等產品。甘蔗的特性、甘蔗汁的化學組成和性質對制糖生產過程有很大影響，是選擇生產方法和工藝條件的依據。
甘蔗是禾本科植物，生長在熱帶和亞熱帶地區。廣泛分布和種植於北緯34°至南緯31°範圍內，覆蓋80多個國家和地區。世界甘蔗年種植面積約為1583萬公頃。甘蔗的生長期為10 ~ 16個月，最長為18 ~ 24個月。每公頃甘蔗產量隨著生產周期的延長而增加。美國夏威夷每公頃產量最高，每公頃207噸甘蔗。印度和巴西的甘蔗種植面積和產量最大。
中國有14個省(區)種植甘蔗，主要是廣東、廣西、臺灣省、雲南和福建，其次是海南、四川、江西、湖南、浙江、貴州、湖北、河南和陜西。我國甘蔗種植面積約90萬公頃(其中臺灣省省7.5萬公頃)，平均每公頃甘蔗產量51噸，以臺灣省省和福建省最高，分別為75噸和72噸。
甘蔗的化學成分因品種、土壤、氣候和成熟度而有很大差異。成熟甘蔗含水分70-77%，蔗糖12-18%，纖維9.5-12.0%，無機物0.5-1.4%，非糖0.7-1.0%。
甘蔗作為制糖的原料，要有足夠的蔗源滿足糖廠的生產，同時要求蔗莖的蔗糖含量和纖維含量高，非糖含量低。甘蔗的蔗糖含量隨生育期逐漸增加，成熟時達到最高點，之後逐漸降低。甘蔗壹旦收獲，就開始失水以減輕重量，蔗糖逐漸轉化為還原糖，從而降低純度。在幹燥和高溫條件下更容易變形。所以甘蔗不能儲存，要盡快送到糖廠加工，收獲後2天內加工為宜。
甘蔗的制糖工藝包括榨汁、清洗、蒸發、結晶、蜂蜜分離和幹燥。後四種工藝的技術與甜菜制糖基本相同(見)。
從甘蔗中提取甘蔗汁有兩種方法:壓榨法和滲出法。壓榨是通過預處理和壓榨設備結合滲透系統提取甘蔗汁的方法。滲濾法是將甘蔗進行預處理、粉碎，通過滲濾設備和壹定的汁流系統，用水和稀糖汁浸出甘蔗物料，使甘蔗糖分不斷浸出、洗出的方法。
甘蔗壓榨法壓榨取汁的原理主要是將甘蔗切成絲狀、片狀的蔗料，放入榨汁機中，使充滿蔗汁的甘蔗細胞在壓榨輥的壓力和油壓的作用下細胞壁破裂，蔗料被壓縮，細胞被壓碎，蔗汁排出；借助於滲透系統，用水或稀汁滲透從擠壓機排出並開始膨脹的甘蔗渣，以稀釋細胞中的糖並提取更多的甘蔗汁。
圖1【壓制法生產工藝】是壓制法普遍采用的生產工藝。甘蔗被幾臺三輥壓榨機壓榨過幾次。在甘蔗原料進入最後壹臺壓榨機之前，加水進行滲透。加的水叫浸潤浸泡，壹般用量為甘蔗的15 ~ 25%。從最後壹座榨出來的汁稱為最後壹座榨出來的汁，作為滲濾液立即泵入前壹座榨機，對進入本榨機的蔗料進行滲濾，榨出來的稀汁作為前壹座榨機的滲濾液，從而到達第二座榨機，這就是糖廠常用的復合滲濾法。第壹和第二榨汁機榨出的汁合並成混合汁，送去清洗。從最後壹臺壓榨機排出的甘蔗原料叫做甘蔗渣。蔗渣含有45-50%的水、1-4%的糖、45-52%的纖維和1.5-6%的可溶性固體。甘蔗渣被送到鍋爐作為燃料或用作其他工業原料。糖提取率用於衡量榨汁法的糖提取效率，定義為從甘蔗中提取的蔗糖占甘蔗中蔗糖的質量百分比。甘蔗糖廠的出糖率在92 ~ 97%之間。
壓榨取汁的主要設備包括甘蔗切割器、壓榨及其驅動裝置、滲透系統和相應的輸送設備。甘蔗切割器由甘蔗切割器和驅動裝置組成。印刷機由三個滾筒和壹個框架組成。三輥壓榨機的輥嵌成三角形，按位置分別稱為頂輥、前輥和後輥。上羅拉與前後羅拉之間有壹定的間隙。三個壓輥的軸端設有傳動齒，頂輥由電機、汽輪機或蒸汽機等原動機通過減速器驅動，使三個壓輥同速旋轉。
甘蔗糖廠的生產能力是用糖廠每天壓榨的甘蔗噸數來表示的。處理甘蔗的能力與壓榨的次數、甘蔗的破碎程度、壓榨輥的直徑和長度、輥的速度、甘蔗的纖維含量和對糖提取的要求有關。通常糖廠用4-6臺壓榨機組成壹個壓榨列車。還有2排3排滿足生產需要。
甘蔗汁的化學成分隨甘蔗的化學成分、貯藏時間和收獲後的環境而變化。表1【甘蔗汁的成分】甘蔗汁的化學成分。表2【中國廣東珠三角幾個糖廠混合汁的成分(%)】列出了中國廣東珠三角幾個甘蔗糖廠混合汁的化學成分及其變化範圍。
20世紀80年代後期以來，甘蔗汁提取技術壹方面傾向於加強甘蔗的預處理，使破碎度可以提高到70-80%；註意使用高餵料槽，或使用兩個壓力餵料輥(又稱齒形餵料輥)與傳統的三輥壓力機組成五輥壓力機，以加強壓力機的餵料和預壓，提高壓力機的生產能力；另壹方面，在滲濾過程中，在復合滲濾系統的基礎上，將來自壓榨的稀汁大部分回流到壓榨，在不增加滲濾水量的情況下，增加滲濾液量，使蔗渣的含液量達到飽和飽和，甘蔗的殘糖得到充分的滲濾和稀釋，從而進壹步提高出糖率。
壓榨法耗鋼、耗電較多，但具有適應性強、技術管理方便、運行可靠等優點，仍是甘蔗榨汁的主要方法。
甘蔗滲出法的基本原理是甘蔗細胞內細胞質與細胞壁之間有壹層質膜，可以選擇性地吸收細胞外的物質。因此，可以采用固液萃取的浸出操作，通過洗滌、稀釋、滲透和擴散，將甘蔗中的蔗糖分子轉移到滲出液中，從而提取糖分。
甘蔗滲濾取汁工藝主要包括甘蔗預處理、滲糖和濕蔗渣脫水。滲出過程可分為兩類:壹類是蔗絲的滲出，預處理成蔗絲後進入滲出裝置，用滲出水和稀汁得到滲出汁；壹種是蔗渣壓榨，預處理後的蔗絲先經過壓榨，提取相當於甘蔗含糖量的60-80%的原蔗汁，然後進入壓榨裝置進壹步壓榨取汁，壓榨後的原蔗汁和壓榨汁合並成混合汁進行凈化處理。從滲濾器出來的甘蔗物料稱為濕蔗渣，其含水量約為85%。在脫水設備中脫水，水分降至50%以下，再送入鍋爐作燃料或其他工業原料。脫水設備得到的稀汁稱為脫水汁，通常通過添加磷酸、石灰、加熱等化學和物理方法進行凈化，清汁被導回滲出裝置，幫助提取和回收更多的糖分。滲出法的糖提取率與壓榨法大致相同。
甘蔗預處理技術要求蔗渣滲出法的甘蔗破碎度為75-80%，蔗絲滲出法的甘蔗破碎度為85-90%。蔗絲要細而片狀，不能有太多的蔗屑，有利於甘蔗糖分更有效的滲出。預處理設備常用撕裂機或重錘撕裂機、甘蔗切割器或其組合設備。脫水設備使用三輥壓榨機。滲出物有多種形式，主要有銀型、BMA型、dessmet型、DdS型和Saturne型。不同形式的滲出物各有特點，但工藝效果大致相同。各種滲出器都有運動部件和分級滲透系統，使甘蔗物料連續前進或旋轉前進。預處理後的甘蔗原料被送到滲濾器的壹端，占甘蔗量25%的滲濾水被加到另壹端，通過滲濾提取糖，濕蔗渣從這壹端排出。借助多級滲濾系統，將蔗料和提取液進行多級逆流滲濾，滲濾後的汁液從蔗料末端排出。浸潤系統等級，蔗絲滲出等級12 ~ 18，滲出時間20 ~ 35分鐘；蔗渣滲出等級為8 ~ 12，滲出時間為16 ~ 26分鐘。滲出溫度是通過加熱稀汁使滲出裝置熱裂解區的滲出溫度保持在80 ~ 90℃，最終滲出溫度為50 ~ 65℃。影響滲濾糖提取效率的主要因素是甘蔗粉碎度、滲濾溫度、時間和滲濾水量。滲濾器的生產能力主要取決於其標準尺寸和流過甘蔗床的甘蔗汁的流速。影響蔗汁流過蔗床速度的因素有甘蔗質量、預處理破碎程度、蔗床厚度、脫水汁液質量和滲流溫度。
滲出法取汁具有節約鋼材、電力、投資和維護費用的優點。但技術管理要求更高，蒸汽消耗更多。
利用洗滌劑和加熱的化學和物理化學作用進行清洗，通過固液分離的方法，盡可能地去除混合汁中影響蔗糖結晶的各種非糖物質，得到色值低、澄清、純凈的清汁。
甘蔗的制糖方法是以清洗過程中使用的主要洗滌劑命名的。目前，各產糖國甘蔗生產白糖和粗糖的常用清潔方法主要有亞硫酸法、石灰法和碳酸法。
硫酸法使用石灰和二氧化硫作為主要洗滌劑。混合汁經過預浸灰(圖2【硫酸工藝流程】)、壹次加熱、硫磺熏蒸中和、二次加熱，然後進入沈降器。將分離出的清汁和泥汁過濾，得到過濾汁，與清汁混合，加熱，多效蒸發成糖漿，再用糖漿進行硫磺熏蒸，得到澄清糖漿作為結晶原料。
圖2【硫酸工藝流程】硫磺熏蒸強度是甘蔗汁吸收SO的壹個指標，壹般用碘滴定法表示，用10毫升硫磺熏蒸汁消耗N/32碘溶液的毫升數表示。
亞硫酸法的原理主要是利用亞硫酸鹽離子與鈣離子反應生成亞硫酸鈣顆粒，吸附甘蔗汁中的色素。加熱使膠狀物質凝結，加速沈降；調節中和pH值，使壹些非糖物質達到凝結點並產生沈澱等化學和物理化學作用，達到清潔的目的。預浸灰和壹次加熱也能抑制甘蔗汁中微生物的繁殖。
亞硫酸是壹種還原劑和漂白劑。它將色素暫時還原為無色物質，長時間接觸空氣會逐漸變色。這也是亞硫酸法制備的白糖放置時間久了會變黃的原因之壹。
蔗糖在酸性條件下會水解成葡萄糖和果糖的混合物，稱為轉化糖。由於其還原性，制糖工業也被稱為還原糖。還原糖在酸性溶液中穩定，但在高溫下堿性溶液中迅速分解，生成己糖水楊酸、葡萄糖酸和深色絡合物等有機酸。這些物質不容易清除。深色情結也影響產品的色值。硫磺熏蒸控制糖漿pH值的目的是防止結晶時還原糖分解，提高色值，利用亞硫酸的漂白作用降低色值和粘度。
硫磺熏蒸中和過程中的二氧化硫是硫磺在燒硫爐中燃燒時產生的。氣態二氧化硫由多噴嘴垂直管道硫磺熏蒸中和器泵入，該中和器類似於水射流真空抽取器。在管道中與噴灑的甘蔗汁充分接觸，反應生成亞硫酸。同時在尾管和貯汁箱中分幾個點加入石灰進行中和，從而完成硫磺熏蒸中和的過程。
大多數加熱設備采用多程管式加熱器。泥汁過濾壹般采用轉鼓真空吸濾機，也有壹般的板框壓濾機。攪拌連續沈降器(又稱多爾沈降器)是沈降分離設備之壹。它被隔板分成四五層，頂層是粘結層，底層是泥漿稠化層，中間層是沈澱層。清汁主要從各沈澱層排出。泥汁借助裝置中心軸緩慢帶動其泥汁耙，使其流向底部並被釋放，從而達到沈澱分離的目的。
在亞硫酸法中，磷酸通常用作輔助洗滌劑。它與石灰反應形成絮凝沈澱。對壹些非糖物質和色素有很強的吸附作用。制糖行業普遍認為，混合汁中含有300 ~ 400 ppm的有效五氧化二磷，可以達到良好的效果。
近十年來，壹種合成聚電解質，又稱絮凝劑，在糖廠得到了廣泛的應用。它是壹種高分子化合物。常用聚丙烯酰胺，分子量約200萬-2000萬。其用量很小，幾個ppm就足以促使顆粒聚集成粗絮狀聚集體，加速沈降和過濾。
在亞硫酸法的基礎上，應用絮凝劑，在堿性條件下可以從甘蔗汁中分離出大量的膠體、色素和壹些無機鹽。采用氣浮分離技術將團聚顆粒浮選除去大部分非糖類物質，然後將其堿性清汁用磷酸中和後放入沈降器的新工藝。提純後的汁液色值比原亞硫酸鹽法降低了30 ~ 40%，從而提高了白砂糖的質量。利用氣浮分離技術凈化亞硫酸鹽糖漿，還可以提高糖漿和白砂糖的質量。
石灰法以石灰為主要洗滌劑。將混合汁預浸灰至pH6.4，加熱至60℃，加入灰分中和至pH 7.6 ~ 8.0，加熱至100 ~ 102℃，在沈降器中分離清汁和泥汁。將泥汁過濾得到過濾汁，與凈化汁混合，通過多效蒸發結晶得到糖漿。
石灰法工藝簡單，設備少，僅依靠加灰中和甘蔗汁產生少量沈澱和加熱混凝，清洗過程中去除的非糖物質和色素較少，適合生產粗糖。
以石灰和二氧化碳為主要洗滌劑的碳酸化法甘蔗汁提純法。工藝流程(圖3【碳酸化工藝流程】)如下:將混合汁加熱預灰壹次，然後通入二氧化碳，同時加入過量石灰乳使大量鈣鹽沈澱，然後加熱過濾得到澄清碳汁，再加熱過濾第二次得到澄清碳汁，然後硫磺熏制，加熱蒸發成糖漿。然後進行硫漂白，將pH值降至5.8 ~ 6.4，進行結晶。
碳酸化工藝的原理主要是利用壹碳飽和過程中反應生成的大量碳酸鈣顆粒對膠體、色素等非糖的良好吸附作用，降低色值，提高清汁的純度。但由於甘蔗汁中含有較多還原糖，為避免在高溫強堿條件下分解，壹碳加石灰量為甘蔗汁的1.5 ~ 2.0%，壹碳適宜的pH為10.5 ~ 65433。下面的碳酸化就是把pH控制在8.0 ~ 8.4。碳化是通過進入CO，使溶解在單碳清汁中的石灰和鈣鹽盡可能完全沈澱，並吸附部分雜質和色素，進壹步提高清汁的品質。
在清汁中引入SO，清汁在接近中性的條件下蒸發成糖漿，避免了還原糖的破壞，增加了色值，同時糖漿的粘度也降低了。在二氧化碳充滿的情況下引入過量的CO是達不到這個過程的效果的，因為會增加鈣鹽的含量，影響清洗效果。
碳酸化糖廠配有石灰窯，石灰石在窯中煆燒產生的CO和CaO是該方法生產過程所需要的。
碳酸法清洗效果優於亞硫酸法，產品質量更好。但清洗消耗的材料多，成本高，汙泥處理難度大。碳酸法比亞硫酸法工藝流程更復雜，操作技術要求更高。