サトウキビ工場

サトウキビ工場は、サトウキビを加工して粗糖^[1]またはプランテーション白砂糖^[2]を生産する工場です。一部の製糖工場は、粗糖を（精製）白砂糖に変えるバックエンドの製糖所の隣にあります。^[3]

この用語は、サトウキビの茎を砕いてジュースを抽出する装置を指す場合にも使用されます。^[4]

サトウキビから粗糖を生産するにはいくつかの段階がある。^[5]

1. 収穫と砂糖工場への輸送
2. ジュース抽出（サトウキビの準備と粉砕または拡散）
3. ジュースの精製（ジュースから浮遊物、典型的には泥、ワックス、繊維を除去する）
4. 水分を蒸発させる（ジュースを約65°ブリックスの濃いシロップに濃縮する）
5. 結晶
6. 遠心分離（遠心分離機によって母液から砂糖結晶を分離する）
7. 砂糖と糖蜜の貯蔵

これらの処理手順により、ブラウン シュガーまたは粗糖が生産されます。粗糖は通常、白砂糖を生産するために砂糖精製工場に送られます。この砂糖精製は、完全に別の工場で行うこともあれば、粗糖工場に併設されたバックエンドの精製工場で行うこともあります。

サトウキビ製糖工場では、直接家庭や産業で消費するのに適した砂糖も生産できます。これはプランテーション白砂糖または製糖工場白砂糖と呼ばれます（下記参照）。^[6]

工場に送られる粗糖の全体的な品質は、農業の実践と使用される栽培品種に依存します。収穫は機械または手作業で行われます。手作業で行う場合は、通常、その前に畑を焼却します。しかし、焼却された畑から収穫された茎は、加工を待つ間に糖分がより早く失われます。^[7]

サトウキビはトラック、狭軌鉄道、コンテナ、またはカートで輸送されます。到着すると、重量または糖度に基づいて販売されます。収穫物を降ろす方法はいくつかあります。全体として、刈り取りから製粉までの時間を制限することが、高い砂糖収量と品質を達成するために不可欠です。^[8]

実際にサトウキビジュースの抽出を始める前に、サトウキビを準備する必要があります。これは回転ナイフやシュレッダーを使って行うことができます。^[9]

サトウキビからジュースを抽出する現代的な方法には2つの種類があります。^{[10] [11]}

• タンデムミルと
• 拡散。

抽出段階の生成物は以下の通りである: ^[12]

• ミックスジュース（粉砕の場合）
• ディフューザージュース（拡散の場合）
• バガス

2004年と2005年、ルイジアナ州のエンタープライズ製糖工場には、同じ地域のサトウキビを加工する従来の製糖工場と拡散機が設置されていた。毎週、生のジュースのサンプルを採取して分析したところ、拡散機の方が抽出率が高いにもかかわらず、結果は非常に似通っていることがわかった。^[13]

製粉によるジュースの抽出は、一連のミルの下で重い鉄のローラーの間に高圧をかけ、サトウキビからジュースを搾り出すプロセスです。これらのミルには 3 ～ 6 個のロールがあり、各ミルのセットはタンデムミルまたはミルトレインと呼ばれます。製粉抽出効率を向上させるために、各ミルで吸収水が追加されます。製粉トレインの最後のミルに入る直前にサトウキビに熱湯が注がれ、最初のミルに達するまで再循環されます。このサトウキビから絞られたジュースは糖分濃度が低く、前のミルにポンプで送られ、ローラーに入る直前にサトウキビに注がれます。このミルからのジュースも同様に、製粉トレインにポンプで戻されます。ミックスジュース (つまり、最後のミルで導入された水と混合されたサトウキビジュース) は、最初のミルと 2 番目のミルから取り出され、次の処理に送られます。製粉トレインには通常、タンデムに 4、5、または 6 つのミルがあります。サトウキビが最初の製粉所に到着する前に製粉抽出性能を向上させるために、通常はナイフとシュレッダーの準備装置が使用されます。^{[引用が必要]}

サトウキビ拡散法は、浸透と浸出（リーチングとも呼ばれる）によってサトウキビからショ糖を抽出するプロセスです。^[14]拡散装置には2つのタイプがあります。1つは、逆流によってバガスマットをジュースに浸す方法です。もう1つは、バガスマットを通してジュースを浸透させる方法です。^[15]

化学的なレベルでは、最初のステップは細胞を開くことです。これは通常、回転するサトウキビナイフと3つのローラークラッシャーによって行われ、これらが一緒になって薄壁の細胞の大部分を開きます。次に、これらの開いた細胞からジュースが浸出によって除去されます。^[14]つまり、これらの開いた細胞からのスクロースは水に溶解します。拡散プロセス自体は、開いていない糖を含む細胞の10〜16％で行われます。最初に熱湯をかけて細胞の原形質を殺します。これにより、細胞の壁が半透性になります。浸透によって、水またはより薄いジュースが細胞に入り、平衡に達するまで重いジュースと入れ替わります。この段階では、スクロースは分子量の大きい非糖よりも速く壁を浸透します。これにより、拡散によって抽出された最後のジュースの純度は、拡散によってより多くの糖が抽出されるにもかかわらず、ストレートミルで得られるものよりも高くなります。^[14]

パーコレーション システム プロセスでは、細断されたサトウキビが供給端からディフューザーに導入され、ディフューザーの排出端の直前で細断されたサトウキビに熱湯が注がれます。熱湯はサトウキビの層を浸透し、サトウキビからスクロースを除去します。この希釈ジュースはサトウキビの層の下の区画に集められ、ディフューザーの供給端に少し近い地点にポンプで送られ、この希釈ジュースはサトウキビの層を浸透します。この時点で、サトウキビのスクロースの濃度は、先ほど述べた希釈ジュースのスクロースの濃度よりも高いため、スクロースはサトウキビからジュースに拡散します。このわずかに濃くなったジュースは、ポンプでディフューザーに送り返され、このプロセスが通常 12 ～ 15 回繰り返されます (製粉プロセスでは 4 ～ 6 回)。

混合ジュースのpHは4.0 ～ 4.5 とかなり酸性です。^{[16]精製の過程で、}石灰乳または石灰水としても知られる水酸化カルシウムがサトウキビジュースに加えられ、pH が 7 または 8 程度に調整されます。これはジュースがまだ冷たい間に行うこともできます (冷石灰処理) し、または約 104°C に加熱した後 (熱石灰処理) 行うこともできます。段階的に行うこともできます (分割石灰処理)。^[17]

石灰は、スクロースがグルコースとフルクトースに分解するのを防ぐのに役立ちます。過熱された石灰処理されたジュースは、飽和温度までフラッシュされます。このプロセスにより、炭酸カルシウムの結晶に保持された不純物が沈殿します。フラッシュされたジュースは、その後、清澄化タンクに移されます 。

この浄化槽では、浮遊物質が沈殿します。上澄み液は清澄装置から取り除かれ、清澄化されたジュースは蒸発器に送られます。^[17]沈殿した固形物は濾過して透明度の低いジュースを生成し、さらに精製するためにリサイクルすることができます。^[18]

蒸発工程は、清澄化したジュースを濃縮するために使用される。^[18]最も広く使用されている蒸発器は、ロバーツ型の多重効果蒸発器である。 ^[要出典]このステップの生成物は、純度78〜86％のシロップであり、可溶性固形分は60〜65°Brixで、3.5〜4.5％の転化糖を含む。^[19]

蒸発器内の温度、速度、保持時間は、ショ糖の転化、つまりショ糖がグルコースとフルクトースに分解するのを防ぐために調整されます。もう1つの懸念は、蒸発器の加熱面にスケールが形成されることです。磁気流を応用すると、スケールを防ぐのに役立ちます。^[18]

結晶化は、単効用真空沸騰鍋と結晶化装置で行われます。真空鍋では、シロップが砂糖で過飽和になるまで蒸発します。この時点で、砂糖結晶の核となる種粒が追加され、水分が蒸発するにつれてさらにシロップが追加されます。結晶の成長は真空鍋がいっぱいになるまで続きます。^[20]結晶と母液（糖蜜）は、マスキットと呼ばれる高密度の塊を形成します。^[21]次に、「ストライク」（鍋の内容物）が結晶化装置に排出されます。

結晶化装置では、マスキットの結晶化プロセスが継続されます。結晶化装置の目的は、特に低品質のマスキットの場合、母液/糖蜜に残るスクロースの損失を減らすことです。結晶化装置はマスキットを冷却することによって機能します。これにより溶解度が低下し、再び飽和度​​が上昇し、結晶化が継続されます。結晶化装置は、低速撹拌要素を備えた円筒形またはU字型の容器です。連続運転のために直列に接続されることがよくあります。^[22]

マスキットを冷却すると粘度が上昇する。結晶化に最適な温度では、マスキットは粘度が高すぎるため、遠心分離機で糖蜜から結晶を適切に分離することができない。しかし、この時点ではマスキットの母液はまだ過飽和状態にあるため、結晶を再溶解することなく粘度を下げることができる。これは、加熱または水を加えて飽和状態にすることで実現できる。^[23]

砂糖遠心分離機は、砂糖の結晶と母液/糖蜜にマスキットを分離するために使用されます。これらの遠心分離機は、スピンドルに吊るされた円筒形のバスケットで構成されています。穴の開いた側面は金網で裏打ちされており、その内側には1平方インチあたり400〜600個の穴が開いた金属板があります。バスケットは1000〜1800 rpmで回転します。^[20]

母液である糖蜜が遠心分離機の穴を通過する間、砂糖の結晶は保持されます。砂糖が除去された後、砂糖は切り落とされ、遠心分離機は次のバッチの準備が整います。^[20]

砂糖は結晶化と遠心分離の工程を繰り返すことで作られるのが一般的です。これは煮沸システムによって異なります。

最も一般的な煮沸方式は、3段階煮沸方式である。この方法では、砂糖液をA段階、B段階、C段階と呼ばれる3段階の結晶化/遠心分離段階で煮沸する。第1段階で得られた砂糖、A糖は貯蔵される。A段階の遠心分離で得られた糖蜜、A糖蜜は、B真空パンに送られる。これにより、B糖とB糖蜜が生成される。A糖とB糖の混合物が工場の商品となる。^{[20] [24]}

B-糖蜜は純度がはるかに低い。C-パンで再度煮沸される。AおよびB段階では必ずしも晶析装置が使用されるわけではないが、この低品質のマスキットには必須である。^[23]マスキットは1日以上晶析装置内に留まる。遠心分離機から出たC-糖はシロップと混合され、マスキットの種として使用され、工程の最初に戻される。この遠心分離工程で得られる糖蜜は最終糖蜜またはブラックストラップと呼ばれる。これは粘性の高い重い物質で、約3分の1が蔗糖、5分の1が還元糖、残りは灰分、有機非糖類、水である。これは家畜の飼料、工業用アルコール、酵母生産などのベースとして使用される。^[25]

真空鍋での煮沸はかつてはバッチプロセスでしたが、連続鍋煮沸は本質的にはるかに効率的です。1970年代に初めて商業的に成功した連続真空鍋（CVP）が開発されました。1980年代には、これらの最初の鍋は、一部の工場がバッチプロセスの真空鍋で達成したものよりも均一な結晶サイズを達成しました。^[26]

遠心分離機から出た砂糖は乾燥され、冷却されてから貯蔵される。バルク貯蔵中に、アミノ酸と分解された転化糖の間の化学反応（メイラード反応）により、粗糖の品質は低下する。^[27]粗糖は出荷のために直接袋詰めされることもある。

多くのサトウキビ生産国では、標準的な砂糖製品は一般にプランテーション白砂糖として知られています。豊かな国では、直接消費または工業用に標準的な砂糖製品は白砂糖です。コーデックスホワイトA品質では、白砂糖の偏光度は最低99.7%、ICUMSA色は60 IUです。プランテーションホワイトは、例えば偏光度が99.4～99.7%、色は80～250 IUです。^{[2] [28]}

プランテーション白砂糖は、上記の段階のいくつかに変更を加えることで生産されます。プランテーション白砂糖の製造方法には、炭酸化と亜硫酸化の 2 つの方法があります。

炭酸化によってプランテーション白砂糖を作るには、精製、蒸発、および保管の手順を変更する必要があります。

精製工程では、炭酸化の目的は、コロイドや不溶性粒子などの糖以外の成分や着色物質を分離することです。^[6]炭酸化を使用する場合、混合ジュースは55°Cに加熱され、石灰がpH10.5-11に達するまで加えられます。次に、二酸化炭素（CO2 _）が追加され、ジュースは圧力フィルターに押し込まれます。これにより、炭酸カルシウム泥が生成されます。次に、ジュースは再び55°Cに加熱され、石灰とCO2が_pH8.4-8.6に達するまで追加されます。その後、2回目の圧力濾過が行われます。^[29]

蒸発工程の最後に二酸化硫黄（SO2 _）を添加してシロップのpHを7.0まで下げる。^[29]

砂糖工場では炭酸化は広く行われていない。大量の石灰と二酸化炭素が必要であり_、亜硫酸化の方が安価だからである。インドは例外である。^[29]

プランテーションの白砂糖を作るために亜硫酸塩を使用する方法は複数あります。

冷酸性亜硫酸法の精製段階では、混合ジュースにSO2_を添加してpHを3.8～4.2に下げる。次に石灰を添加してpHを7.2～7.4に上げる。次にジュースは103～105℃に加熱されてから清澄器に移される。清澄器で不純物が沈殿し、その結果が濾過される。^[30]

高温亜硫酸法の精製段階では、まず混合ジュースを70℃に加熱し、その後SO2を添加してpHを3.8～4.2に下げる_。その後のプロセスは低温亜硫酸法と同様に進行する。^[30]

二重石灰処理の精製段階では、まず混合ジュースを 70°C に加熱し、石灰を加えて pH を 7.2 ～ 7.4 にします。次に SO2_を加えて pH を 5.4 ～ 5.6 に下げます。次に石灰を 2 回目に加えて、再び pH を 7.2 ～ 7.4 にします。その後、ジュースを 103 ～ 105°C に加熱してから清澄装置に移します。

プランテーションホワイトの蒸発工程は粗糖と同じです。最後に二酸化硫黄（SO ₂）を加えてシロップのpHを6.5から5.5に下げます。^[31]

蒸発後、追加の清澄化プロセスを挿入することができます。このサブプロセスの基本的な手順は、リン酸、界面活性剤、リン酸塩の添加、続いてシロップの加熱と通気、凝集剤の添加です。その後、シロップは特別な清澄装置に移されます。^[31]

プランテーションホワイトの結晶化と遠心分離の手順は、使用される煮沸システムによって異なる場合があります。プランテーションホワイトでは、通常の3回の煮沸システムを使用できます。別の方法としては、A糖のみを出荷する方法があります。その後、B糖を溶解してシロップに戻しますが、C糖は溶解するか、B糖の種として使用されます。^[31]

貯蔵中、プランテーションホワイトは粗糖よりも脆弱です。炭酸化によって生成された砂糖は特に変色しやすくなります。灰分も変色の原因となります。ブラジルでは、最高温度35〜40°Cで貯蔵し、166 IUの砂糖を生産することで変色を防ぎ、230 IUの低基準に達する前に多くの色を失わせることができます。^[28]

一部のサトウキビ製糖工場には、いわゆるバックエンド精製所があります。バックエンド精製所では、工場で生産された粗糖が、地元消費、輸出、または瓶詰め会社向けに、より純度の高い精製糖に変換されます。廃棄物は、製糖工場での熱生成に使用されます。

ジュース抽出段階で残った繊維状の固形物はバガスと呼ばれ、工場の蒸気ボイラーで燃料として燃やされます。これらのボイラーは高圧蒸気を生成し、タービンを通過して電気エネルギーを生成します（コジェネレーション）。タービンからの排気蒸気は多重効用蒸発器ステーションを通過し、結晶化段階の真空パンの加熱や製糖工場のその他の加熱目的に使用されます。

バガスは製糖工場にエネルギーの自給自足以上のものをもたらし、余剰のバガスは家畜の飼料や製紙に使われたり、販売用の電力を生成するために使われたりします。

他の多くの産業と同様に、ここ数十年で製糖工場でも工場の自動化が積極的に推進されてきました。生産プロセスは一般的に中央プロセス制御システムによって制御され、ほとんどの機械とコンポーネントを直接制御します。製糖工場の遠心分離機などの特定の特殊な機械にのみ、分散型PLCが使用されます。これはセキュリティ上の理由からもセキュリティと関係があります。^[32]

砂糖工場の歴史は12世紀のアラブエジプトに遡ります。 ^[33]職人が作ったものがトラピチェで、後にエンジェニョやインジェニオに取って代わられました。

1820年代には、ジャマイカの砂糖農園の概要が記されています。^[34]現在、砂糖工場と呼ばれるものは、当時は砂糖工場本体、煮沸室、蒸留室で構成されていました。これらは斜面上に並んでおり、砂糖液が工場から蒸留室へと流れ落ちるようになされていました。^[35]

1820年代には、風力、水力、蒸気、牛やラバで回転する4種類の風車がありました。バルバドスでは風車が広く使用されていました。風車が好まれたのは、その出力（約15馬力）によるものですが、風がないときには補助的な牛車が必要でした。^{[35]機械自体は3つの垂直ローラーで構成されていました。メイン（中央）ローラーに動力が供給され、}歯車によって他の2つが回転しました。^[36]

ジャマイカの牛舎は、一般的には直径が60フィート以上の円形の屋根付き建物でした。堅い木の支柱、または石積みの柱が屋根を支え、屋根の大部分は木製の屋根板で覆われていました。1820年代の例では、メインローラーの下部4フィートは鋳鉄製のケースで覆われ、その中央にはガジョンがありました。これが、油で満たされた焼き入れされた鉄のステップにセットされた硬化鉄片の上で回転します。鋳鉄製のケースの上には歯車があり、その上に支柱で支えられた2つの外部ローラーがありました。上部のメインローラーは、回転木馬で歩く牛に取り付けられた長いレバーで駆動されました。^[36]

• トラピチェ
• 砂糖精製所
• フィジーの製糖工場
• クイーンズランド州の製糖工場一覧

09

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• 「南アフリカにおける生砂糖と精製砂糖の加工」、砂糖製粉研究所 NPC (SMRI) 、 2023 年3 月 4 日閲覧
• バルデス・デルガド、アントニオ、デ・アルマス・カサノバ、カルロス（2001）。「砂糖の加工と砂糖産業の副産物」FAO農業サービス速報。FAO。ISBN 9789251045701。

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