賀 湘,姚志敏,潘葆萱
(1中國(guó)輕工業(yè)廣州工程有限公司,廣東廣州 511447;2江門(mén)市南字食品有限公司,廣東江門(mén) 529000)
冰糖是白砂糖的結(jié)晶再制品,晶瑩如冰,品質(zhì)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(jù)客戶(hù)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(lái)烹羹燉菜或制作甜點(diǎn),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(bǔ)品[5-9]。冰糖還可用于高級(jí)食品甜味劑、配制藥品浸漬酒類(lèi)和滋補(bǔ)佐藥等,廣泛用于食品和保健行業(yè)作為高檔補(bǔ)品和保健品[10-11]。
中醫(yī)認(rèn)為,冰糖味甘、性平,入肺、經(jīng)脾,有補(bǔ)中益氣和潤(rùn)肺的功效;冰糖養(yǎng)陰生津,潤(rùn)肺止咳,對(duì)肺燥咳嗽、干咳無(wú)痰、咯痰帶血都有很好的輔助治療作用;用于肺燥、肺虛、風(fēng)寒勞累所致的咳喘、小兒瘧疾、噤口痢、口瘡、風(fēng)火牙痛,有很強(qiáng)的藥理作用[10,12-13]。
我國(guó)冰糖主要消費(fèi)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(fèi)量最大。而從國(guó)際市場(chǎng)來(lái)說(shuō),冰糖也是極具中國(guó)特色的傳統(tǒng)產(chǎn)品,目前國(guó)內(nèi)的冰糖系列產(chǎn)品約有40%出口[10]。冰糖憑借其獨(dú)有的保健功能會(huì)在食糖市場(chǎng)中占據(jù)越來(lái)越大的份額,具有廣闊的發(fā)展前景。
而從冰糖生產(chǎn)來(lái)看,之前絕大部分停留在小作坊生產(chǎn),導(dǎo)致質(zhì)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(yán)格以及市場(chǎng)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(zé)任公司、河北寶利食品有限公司、天津開(kāi)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(lái)賓食品有限責(zé)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(chǎn)線不同的是,多晶冰糖生產(chǎn)具有周期性,即典型的間歇生產(chǎn)特性。因此,目前國(guó)內(nèi)冰糖廠生產(chǎn)工藝一直比較落后,自動(dòng)化程度低,能耗高,生產(chǎn)過(guò)程中部分工序工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,使該工序聘工困難。同時(shí)許多設(shè)備仍為非標(biāo)設(shè)備,離規(guī)范化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的差距甚遠(yuǎn)。
本文提出一套較先進(jìn)的多晶冰糖生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案,旨在對(duì)傳統(tǒng)多晶冰糖生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究整理和改進(jìn),適當(dāng)引入自控設(shè)備,以減少勞動(dòng)生產(chǎn)力,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率,為現(xiàn)代化冰糖生產(chǎn)企業(yè)提供參考。
結(jié)晶過(guò)程是冰糖生產(chǎn)工藝的最關(guān)鍵過(guò)程。因此了解多晶冰糖結(jié)晶的原理極為重要。
根據(jù)蔗糖結(jié)晶理論,蔗糖的結(jié)晶與溶液過(guò)飽和系數(shù)有關(guān)。過(guò)飽和系數(shù)是指在某一溫度下某蔗糖溶液內(nèi)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(jù)其過(guò)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(guò)飽和系數(shù)小于1.0時(shí),晶體只能溶解不能長(zhǎng)大,故稱(chēng)為溶晶區(qū);過(guò)飽和系數(shù)1.0~1.2時(shí),不能自然生成晶核,但可以使已有的晶核長(zhǎng)大,故稱(chēng)為介穩(wěn)區(qū);過(guò)飽和系數(shù)在1.2~1.3時(shí),不僅使已有的晶核能夠長(zhǎng)大,當(dāng)溶液受到外界的刺激時(shí),還能產(chǎn)生新的晶核,故稱(chēng)為中間區(qū);過(guò)飽和系數(shù)大于1.3時(shí),能自動(dòng)大量地產(chǎn)生晶核,故稱(chēng)為易變區(qū)[14-16]。
多晶冰糖結(jié)晶基于“自然起晶法”。生產(chǎn)過(guò)程一開(kāi)始是將過(guò)飽和糖液控制在易變區(qū)內(nèi)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(lái),晶體得以慢慢長(zhǎng)大,養(yǎng)晶1周后即可成為成品[17-18]。
多晶冰糖,以一級(jí)白砂糖為原料,采用傳統(tǒng)自然結(jié)晶法生產(chǎn),大致流程包括:白砂糖回溶,過(guò)濾,濃縮,注盆結(jié)晶,倒盆去蜜破碎,干燥,包裝,成品。其總工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 多晶冰糖工藝流程方框圖
多晶體冰糖俗稱(chēng)土冰、老冰、盆冰或桶冰,是一種由多個(gè)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(jù)其生產(chǎn)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(huì)有棉線、紙片等雜質(zhì))和盆晶法冰糖(全部冰糖均沿結(jié)晶盆結(jié)晶,成品較純凈)。在國(guó)內(nèi),北方主要采用吊線法生產(chǎn)多晶體冰糖,南方主要采用盆晶法生產(chǎn)。二者除了在生產(chǎn)流程上略有差異外,其生產(chǎn)原理大體相同。本設(shè)計(jì)采用盆晶法結(jié)晶工藝。
2.2.1 溶糖、過(guò)濾
工藝條件:
⑴溶糖溫度:90~100℃;
⑵溶糖濃度:68~70°Bx;
⑶溶糖時(shí)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(chē)送到白糖暫儲(chǔ)間,用噸糖升降平臺(tái)運(yùn)送至二樓解包間,樓層高度約6.5 m。經(jīng)無(wú)動(dòng)力滾筒輸送機(jī)送至各落糖斗附近,人工解包后進(jìn)入落糖斗。落糖斗支撐于樓面,以節(jié)省解包工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
原料糖經(jīng)落糖斗進(jìn)入布置在夾層(約3.5 m層高)的間歇溶糖罐,根據(jù)溶糖錘度要求,向溶糖機(jī)加入熱水或蜜水,有蜜水時(shí)優(yōu)先加入蜜水,溶解成68~70°Bx的糖漿,溶糖機(jī)罐內(nèi)溫度自動(dòng)控制蒸汽通入量。溶解后的糖漿由泵送去多晶車(chē)間糖漿儲(chǔ)罐。
因多晶冰糖生產(chǎn)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(shù)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(shí)間:控制在20~30 min。
⑸操作流程:煮糖初期為糖漿的濃縮過(guò)程。開(kāi)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(dá)到78~82°Bx時(shí)即達(dá)到濃縮要求。濃縮過(guò)程要求在30 min內(nèi)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(jìn)一步濃縮到過(guò)飽和,為下一步結(jié)晶做準(zhǔn)備。
煮糖濃縮注意事項(xiàng):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(chǎn)生較多的焦糖色素;溫度太低煮糖的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),蔗糖轉(zhuǎn)化較多,會(huì)降低冰糖的結(jié)晶率;②根據(jù)蔗糖結(jié)晶理論可知:煮糖后得到一水糖漿的錘度過(guò)低或過(guò)高都不利于結(jié)晶。當(dāng)糖液的錘度較低使過(guò)飽和系數(shù)小于1.2時(shí),過(guò)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(guò)飽和系數(shù)過(guò)高則容易起砂,得到的冰糖晶形細(xì)碎,不符合質(zhì)量的要求。
2.2.3 注盆、結(jié)晶、養(yǎng)晶
結(jié)晶要求:結(jié)晶室溫度:80~40℃,逐天下降;
養(yǎng)晶時(shí)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(jī)構(gòu)注盆。結(jié)晶盆置于結(jié)晶盆架上,以3個(gè)X3個(gè)X4層為一單位,內(nèi)設(shè)升降機(jī)構(gòu),上層盆注滿(mǎn)后下移,下層盆上移等待注盆。依次注盆完后用叉車(chē)送至結(jié)晶室內(nèi)。
傳統(tǒng)的注盆為手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)來(lái)人工注盆,既要防高溫的糖液燙傷,又要防堆疊的結(jié)晶盆倒塌造成的傷害。改用電控注盆機(jī)構(gòu)注盆,不僅有效降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,也減少了此崗位的工傷風(fēng)險(xiǎn)。
⑵結(jié)晶
多晶冰糖結(jié)晶過(guò)程為自然冷卻結(jié)晶,其關(guān)鍵設(shè)計(jì)為結(jié)晶室的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的結(jié)晶室為一帶蒸汽保溫和散熱系統(tǒng)的空房,結(jié)晶盆的進(jìn)出和室內(nèi)布置均為人工操作,勞動(dòng)強(qiáng)度大,且有高溫燙傷風(fēng)險(xiǎn)。本設(shè)計(jì)的結(jié)晶室借鑒現(xiàn)代化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)思路,設(shè)計(jì)成移動(dòng)式貨架,貨架以3個(gè)X3個(gè)X4層為單位依次排列,方便叉車(chē)叉送每單位的結(jié)晶盆。
⑶養(yǎng)晶
多晶冰糖的結(jié)晶過(guò)程主要是對(duì)溫度的控制,結(jié)晶室內(nèi)的溫度第1~2天控制在70~80℃,以預(yù)冷起晶;溫度太高或者太低都不利,溫度太高過(guò)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(guò)飽和系數(shù)太高,則容易返砂,形成的冰糖晶形細(xì)碎,不符合冰糖質(zhì)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(kāi)門(mén)降至室溫,第8天將結(jié)晶盆取出。為了防止結(jié)晶室內(nèi)溫度下降過(guò)快(特別是在冬天),可以在結(jié)晶室內(nèi)設(shè)置加熱管,在加熱管內(nèi)通入加熱蒸汽,通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽的開(kāi)關(guān)便可調(diào)節(jié)結(jié)晶室內(nèi)的溫度。
2.2.4 排蜜、倒盆、破碎、篩選
操作流程:養(yǎng)晶達(dá)到規(guī)定天數(shù)后,用叉車(chē)將結(jié)晶盆送至無(wú)動(dòng)力滾筒輸送機(jī),再經(jīng)升降平臺(tái)和推盤(pán)機(jī)構(gòu)送至鏈板輸送機(jī)。用抽蜜泵抽去結(jié)晶盆中的蜜(熟稱(chēng)冰水),再送往多晶倒盆靜置平臺(tái),倒盆平臺(tái)的合理設(shè)計(jì)可大大降低此崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。平臺(tái)設(shè)計(jì)兩邊高,向中間傾斜,傾角約4°,以便糖盆靜置時(shí)剩余的蜜水在重力作用下自動(dòng)流入糖蜜輸送槽,繼而流入蜜水箱。
靜置后結(jié)晶盆內(nèi)的多晶冰塊人工扣盆倒出,用刀砍去結(jié)晶不良的底砂和黑點(diǎn),經(jīng)鏈板輸送機(jī)送去破碎和篩選。破碎后合格的多晶冰糖用輸送機(jī)送往多晶冰糖烘干線進(jìn)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(shù)要求:
⑴干燥熱風(fēng)溫度:65~70℃;
⑵烘干后冰糖含水量:1%以下;
⑶烘干時(shí)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(jīng)3層路線總長(zhǎng)約100 m,分為干燥段和冷卻段。干燥段通入干燥后的蒸汽進(jìn)行加熱,冷卻段通入干燥后的冷空氣進(jìn)行冷卻。烘干溫度保持在65~75℃,冷卻溫度保持在40℃以下。整個(gè)干燥時(shí)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(jù)客戶(hù)需求。
成品糖經(jīng)計(jì)量、除鐵后進(jìn)行包裝,包裝規(guī)格根據(jù)客戶(hù)需求確定。然后入庫(kù)貯存或直接出廠銷(xiāo)售。
為了盡可能減少操作人員與成品糖的接觸,同時(shí)提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平,成品糖包裝設(shè)備采用全自動(dòng)裝包系統(tǒng),包括自動(dòng)供袋機(jī)、電子包裝秤、自動(dòng)折邊機(jī)、自動(dòng)縫包機(jī)、噴碼機(jī)、倒袋整形機(jī)、揀選機(jī)(復(fù)核重量、金屬檢測(cè))等。
為控制產(chǎn)品灰分、水不溶物等指標(biāo)要求,本設(shè)計(jì)主要工藝設(shè)備與糖接觸的部分全部采用不銹鋼或內(nèi)襯不銹鋼的材質(zhì)。包裝袋采用符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的彩印塑料包裝袋。
多晶冰糖工藝獨(dú)特的周期性是其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的極大障礙。冰糖生產(chǎn)企業(yè)要提高生產(chǎn)效益,需在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上,在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)中尋求突破,如溶糖、濃縮、結(jié)晶、干燥等,通過(guò)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)深入分析總結(jié),引入自動(dòng)化生產(chǎn),減少勞動(dòng)強(qiáng)度,才能在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)降低能耗、提高產(chǎn)率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等指標(biāo)要求,這也是冰糖企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。
本設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是在經(jīng)濟(jì)適應(yīng)的原則上,引入了自控設(shè)備和自控工藝,大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度?,F(xiàn)從各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)比分析。
傳統(tǒng)冰糖廠溶糖采用“地鍋”溶糖,一般安裝在地面以下。結(jié)構(gòu)為一立式圓筒敞口設(shè)備,內(nèi)設(shè)加熱蒸汽環(huán)管,環(huán)管上開(kāi)孔,蒸汽與糖液直接接觸進(jìn)行加熱。基本無(wú)自控系統(tǒng)。
本設(shè)計(jì)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。
多晶冰糖濃縮后,傳統(tǒng)的冰糖廠采用人工注盆方式。結(jié)晶盆提前人工擺放至結(jié)晶室內(nèi),用木條設(shè)排架,工人扛著不銹鋼管道開(kāi)關(guān)閥門(mén)注盆,勞動(dòng)強(qiáng)度非常大,且115℃左右的糖漿注盆時(shí)隨時(shí)有高溫燙傷風(fēng)險(xiǎn)。使工廠直接造成人工成本高,同時(shí)卻聘工難的局面。
本設(shè)計(jì)采用了帶電控的注盆機(jī)構(gòu),結(jié)晶盆以3個(gè)X3個(gè)X4層為一單位設(shè)置,內(nèi)置升降機(jī)構(gòu),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(mǎn)一個(gè)單位,用叉車(chē)一次性送入結(jié)晶室。
傳統(tǒng)的結(jié)晶室是一簡(jiǎn)單的空房,結(jié)晶盆疊堆于結(jié)晶室內(nèi)。結(jié)晶過(guò)程結(jié)束后,抽母液,用人工推車(chē)將結(jié)晶盆移出結(jié)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(dòng)強(qiáng)度非常大。
本設(shè)計(jì)結(jié)晶室內(nèi)采用結(jié)晶盆架設(shè)計(jì),引入了現(xiàn)代化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì),整體為固定式貨架,內(nèi)配可移動(dòng)式結(jié)晶盆架,結(jié)晶盆架布置以3個(gè)X3個(gè)X4層為單位依次排列,方便叉車(chē)叉送。此設(shè)計(jì)也大大增加了結(jié)晶室的生產(chǎn)能力。例如100 m3的結(jié)晶室,可容納近85 t糖漿,約3000個(gè)結(jié)晶盆。達(dá)到了0通道、100%的空間利用率。結(jié)晶過(guò)程結(jié)束后,用叉車(chē)送至無(wú)動(dòng)力滾筒輸送機(jī),再經(jīng)升降平臺(tái)和推盤(pán)機(jī)構(gòu)送至鏈板輸送機(jī)。經(jīng)抽蜜后,送往多晶倒盆靜置平臺(tái)。平臺(tái)設(shè)計(jì)兩邊高,向中間傾斜,以便糖盆靜置時(shí)剩余的蜜水在重力作用下自動(dòng)流入糖蜜輸送槽,繼而流入蜜水箱。
這一系列的設(shè)計(jì),與傳統(tǒng)工藝過(guò)程相比,極大地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,減少了勞動(dòng)力,大大提高了生產(chǎn)效率,同時(shí)也避免了注盆時(shí)的高溫燙傷風(fēng)險(xiǎn)。
傳統(tǒng)的多晶車(chē)間隔有2、3個(gè)烘房,烘房?jī)?nèi)設(shè)有鋼架。將人工盛好的待烘的多晶冰糖用小車(chē)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(guān)閉烘房,做好保溫工作,緩緩開(kāi)啟蒸汽閥,啟動(dòng)烘房頂部的抽風(fēng)機(jī)。烘干溫度保持在65~75℃之間,烘干時(shí)間掌握在36 h左右。成品烘干后,關(guān)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(shè)計(jì)采用多晶冰糖連續(xù)干燥線。濕糖經(jīng)破碎和篩選后,合格的多晶冰糖由濕糖輸送機(jī)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(nèi)通入干燥后的蒸汽進(jìn)行加熱干燥,再通入干燥后的冷空氣進(jìn)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(gè)干燥時(shí)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定,更有保障。
針對(duì)目前冰糖廠自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等缺陷,本設(shè)計(jì)在現(xiàn)有成熟工藝的基礎(chǔ)上,從各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中進(jìn)行深入分析、總結(jié)和改進(jìn),在經(jīng)濟(jì)可靠可行的原則上,引入自動(dòng)化設(shè)備和自控儀表,大大減少了勞動(dòng)生產(chǎn)力,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,極大地提高了生產(chǎn)效率,穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量,從而實(shí)現(xiàn)多晶冰糖生產(chǎn)的規(guī)?;?、規(guī)范化和自動(dòng)化,提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
規(guī)?;?、規(guī)范化、自動(dòng)化生產(chǎn)冰糖項(xiàng)目,為企業(yè)提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,提高經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)做大做強(qiáng)的戰(zhàn)略目標(biāo),在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存和發(fā)展,走出了重要的一步。