砂糖は世界で最も広く消費されている食品の一つであり、主にサトウキビとテンサイから作られています。高品質の砂糖を生産するには、抽出、清澄化、蒸発、結晶化、精製という複数の段階を経る複雑なプロセスが必要です。砂糖加工の各段階において、糖液の品質と純度を厳密に管理する必要があります。コロイド粒子、タンパク質、色素、微生物などの天然不純物は、清澄化、濾過、結晶化の効率に重大な影響を及ぼす可能性があります。
現代の製糖プロセスにおいて、化学物質は重要な役割を果たしています。適切な化学物質管理が行われないと、これらの不純物がスケールの付着、着色、生産量の減少を引き起こす可能性があります。製糖用化学物質は、効率と生産量を向上させるだけでなく、製品の品質向上、エネルギー消費量の削減、そして工場の環境保護基準の遵守にも役立ちます。これらの化学物質には、以下のような効果があります。
- 清澄効率と固液分離効果を向上させます。
- 果汁やシロップ内の微生物の増殖を防ぎます。
- 高純度白砂糖の脱色効果を高めます。
- 蒸発器および真空蒸発器内の泡およびスケールの形成を制御します。
この記事では、サトウキビを例に、製糖工程を包括的に概説します。また、円滑な操業と高品質な砂糖生産を確保するために、凝集剤、消毒剤、脱色剤、消泡剤といった様々な化学物質が各段階でどのように使用されるかについても解説します。
砂糖生産プロセスと化学物質の応用
原材料の準備
砂糖の生産は、原料の収穫と準備から始まります。サトウキビは洗浄され、切り刻まれ、土、石、葉などが取り除かれます。この段階で搾汁を長時間放置すると、微生物が繁殖し始めます。原料表面の微生物負荷を軽減し、糖化工程における搾汁の汚染や腐敗を防ぐため、サトウキビの表面、貯蔵水、洗浄設備に消毒剤を塗布することがあります。
| 消毒剤の種類 | 推奨濃度 | 応募方法 | 主な機能 | 予防 | 利点 |
| 次亜塩素酸ナトリウム（NaClO） | 遊離塩素50～200ppm | サトウキビの表面に5～10分間スプレーまたは浸漬する | 広範囲の殺菌により微生物負荷を軽減 | 濃度を管理してください（通常、遊離塩素は50～200ppm）。ジュースに過剰な塩素が残留すると、色や結晶化の問題が発生します。使用後は必要に応じてすすぐか、水気を切ってください。 | 広範囲の殺菌、低コスト。 |
| ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム（SDIC） | 遊離塩素50～150ppm | サトウキビの表面に5～10分間スプレーまたは浸漬する | 高い安定性、強力な殺菌効率 | ジュースの結晶化と色に影響を与えないように、遊離塩素を制御します。 | 次亜塩素酸ナトリウムよりも安定しており、効率が高く、残留塩素が制御されており、食品加工環境で広く使用されています。 |
| 過酸化水素（H₂O₂） | 0.1%～0.5% | 洗浄水または表面噴霧に添加 | 殺菌、残留物なし、環境に優しい | 濃度管理：表面処理では通常0.1～0.5%。作業中は注意して取り扱ってください。 | 残留物を残さずに分解されるため、安全で環境に優しいです。 |
| 温水/蒸気 | 80～90℃のお湯または100℃の蒸気 | 2～5分間、温水または蒸気で洗い流す | 化学薬品を添加しない滅菌 | エネルギー消費量が高く、適切な機器が必要であり、安全上の注意事項を守ってください。 | 化学添加物は使用せず、化学残留物を減らします。 |
| 工場・施設洗浄水の消毒 | SDIC、50～100 ppm | 機器、輸送車両の清掃 | 二次汚染を防ぐ | 定期的に交換し、遊離塩素濃度を監視します。 | — |
推奨される実践
サトウキビが工場に入ると、まずきれいな水で洗浄され、土や不純物が除去されます。
その後、状況に応じて低濃度SDICまたは次亜塩素酸ナトリウムを散布し表面消毒を行います。
製糖工場の水源や清掃設備も、全体的な衛生環境を確保するために定期的に消毒する必要があります。
ジュース抽出
洗浄と消毒という最初のステップの後、次のステップはサトウキビジュースの抽出です。ジュースは通常、機械圧搾または拡散システムによって抽出されます。このステップでは、サトウキビの硬い構造を破壊し、そこからジュースを抽出します。
多くの場合、サトウキビ搾汁機は3つのローラーミルとチョッパーまたは回転刃で構成されています。サトウキビは1つのベルトコンベアで加工された後、別のベルトコンベアに送られ、さらにジュースが搾られます。ただし、輸送前に、さらにジュースを搾るために水を散布します。搾汁後に残る残渣はバガスと呼ばれます。
果汁には、植物繊維、タンパク質、さらには完全に洗い流された土壌粒子など、可溶性および懸濁性の不純物が含まれています。これらの不純物は、その後の清澄化と結晶化の効率を高めるために処理する必要があります。
サトウキビジュースの清澄化
ジュースの清澄化は、製糖工程の初期段階における最も重要な工程です。サトウキビジュースから不純物（土、タンパク質、コロイド、有機酸など）を取り除き、純度を高めることが目的です。一般的には、石灰法をリン浮上法または炭酸化法と組み合わせて採用します。
化学物質の使用
石灰（CaO）/石灰乳（Ca(OH)2) : 酸性物質を中和し、不純物を沈殿させます。
二酸化炭素（CO2）（炭酸化法で使用）：石灰と反応して炭酸カルシウムの沈殿物を形成し、不純物を吸着します。
凝集剤/凝固助剤: 浮遊固形物を急速に沈殿させるのに役立ちます。
一般的に使用されるもの：ポリ塩化アルミニウム（PAC）、ポリアクリルアミド（PAM）など。
硫黄（SO2）または亜硫酸ナトリウム：リン浮選における漂白、脱色、殺菌の役割を果たします。
ろ過と予熱
清澄化後、ジュースはろ過して沈殿物を取り除く必要があります。蒸発前にジュースを予熱することは非常に重要です。これはジュースの粘度を下げ、微生物の増殖を防ぐのに役立ちます。
蒸発と濃縮
その後、多段式蒸発器を用いて果汁を濃縮し、シロップ状にします。水分含有量は約85%から30～40%にまで低減されます。真空蒸発は砂糖の品質維持に役立ちますが、同時にいくつかの運用上の課題も伴います。
- 溶解したタンパク質と界面活性剤が泡の形成を引き起こします。
- 蒸発器の表面にスケールが蓄積します。
化学用途:
消泡剤：高温時の泡立ちを抑制するシリコーン系消泡剤。中泡果汁システムに適したポリエーテル系および脂肪族アルコール系消泡剤。
スケール抑制剤/分散剤: 蒸発器内での炭酸カルシウムや硫酸塩スケールの形成を防ぎます。
影響: 効率的な泡制御とスケール防止により、スムーズな蒸発、より高い熱伝達効率、ダウンタイムの短縮が保証されます。
結晶
砂糖製造における結晶化工程（業界ではしばしば煮沸と呼ばれます）は、濃縮糖シロップを固体のショ糖結晶に変換する上で重要なステップです。濃縮糖シロップは真空釜で煮沸され、砂糖の結晶化を開始します。適切な結晶化は、砂糖の収量、結晶のサイズ、そして色に不可欠です。これは、沈殿するショ糖結晶のサイズと均一性を制御するために設計された複雑な物理化学的プロセスです。
この工程では消泡剤がよく使用されます。消泡剤は煮沸中の泡の発生を抑制し、シロップの溢れを防ぎます。
安定した結晶化により糖の収量が増加し、遠心分離中の損失が減少します。
遠心分離と分離
結晶形成後、遠心分離機を用いて糖蜜から結晶を分離し、熱パイプを通して乾燥させます。糖蜜はエタノール、動物飼料、その他の用途に加工することができます。
脱色と精製
脱色・精製は製糖工程の最終段階であり、主に高純度の白色精製糖（グラニュー糖や氷砂糖など）の製造に用いられます。この段階では、大量の化学物質と吸着剤が使用されます。
一般的に使用される化学物質には以下のものがあります:
活性炭（粉末または顆粒）：ポリフェノール、カラメル、その他の色素を吸着します。
脱色樹脂/イオン交換樹脂: イオン性および非イオン性の着色化合物を除去します。
過酸化水素（H₂O₂）：残留色素を酸化して、シロップの色をさらに明るくします。
脱色剤：ICUMSA 値が低く、見た目の品質が高いことを保証します。
上記は砂糖産業における主なプロセスと化学用途の概要です。
関連化学物質の表示：
砂糖産業からの廃水はどのように処理されますか?
製糖工場では、砂糖生産工程で廃水が発生します。この廃水は水質が複雑で汚染負荷が高いため、排出前に体系的な水処理が必要です。
廃水は主に、原料洗浄、設備洗浄、製糖工程廃水、冷却水・コンデンセート、ボイラーブローダウンから発生します。これらの廃水は、糖分に起因する非常に高いCODおよびBOD、高い浮遊物質含有量、強い生分解性を有し、油分やシルトを含む場合もあります。そのため、これらの廃水の処理には、前処理＋凝集沈殿＋生物処理＋高度処理という一連の処理が一般的に用いられます。一般的な処理方法としては、物理的処理（沈殿、ろ過など）、化学的処理（凝集、中和など）、生物学的処理（活性汚泥法、人工湿地など）が挙げられます。
砂糖産業からの廃水を処理するにはどのような化学物質が必要ですか?
具体的な手順と化学物質の用途は次のとおりです。
| 治療段階 | 目的 | 推奨される化学薬品 | 主な機能 |
| 1. 原料の洗浄と一次前処理 | 砂、泥、繊維、浮遊物質を除去する | PAC（ポリ塩化アルミニウム） | 迅速な凝固、SSおよび濁度の除去 |
| PAM（ポリアクリルアミド） – アニオン性/ノニオン性 | フロック形成、沈降促進 | ||
| 消泡剤 | サトウキビの洗浄とジュースの抽出中に発生する泡を抑制します | ||
| 2. 均一化とpH調整 | 流入水質を安定させ、下流プロセスのpHを調整する | 石灰（CaO / Ca(OH)₂） | pHを上昇させ、硬度を部分的に除去 |
| 水酸化ナトリウム（NaOH） | 正確なpH調整 | ||
| 硫酸/塩酸 | pHを下げる | ||
| 消泡剤 | 均等化槽内の泡を削減 | ||
| 3. 凝集とフロック形成（一次沈殿） | 浮遊物質、コロイド、着色料を除去し、CODを低減する | PAC / ポリDADMAC / ポリアミン | 濁度と色を除去するための一次凝固剤 |
| PAM（アニオン性） | フロックの強度と沈降速度を向上 | ||
| 凝固助剤（例：ケイ酸マグネシウム） | 透明度と沈降性能を向上 | ||
| 4. 嫌気性生物学的処理（UASB、EGSB） | 高い有機負荷（COD、BOD）を削減 | 栄養添加物（窒素源およびリン源） | 微生物の活動と健全なバイオマスを維持する |
| pH調整剤 | 嫌気性細菌にとって最適なpH（6.8～7.2）を維持する | ||
| 消泡剤 | バイオガス関連の泡を抑制 | ||
| 5. 好気性処理（活性汚泥、SBR） | COD、BOD、アンモニアをさらに削減 | 栄養添加物（N & P） | 微生物にバランスのとれた栄養素を供給する |
| 消泡剤 | 通気中の泡を抑制 | ||
| バイオ酵素 / 微生物培養 | 生物学的分解効率を高める | ||
| 6. 高度な処理（厳しい排出基準が適用される場合） | 透明度の向上、残留COD、SS、色を除去 | ポリアミン / ポリDADMAC | 強力な脱色と濁り除去 |
| PAC | 追加のSSおよびコロイド除去 | ||
| PAM（高分子量） | 最終的な凝集と研磨 | ||
| 活性炭 | 色、臭い、有機残留物を除去します | ||
| 7. 消毒と水の再利用 | 排出または再利用時の微生物安全性を確保する | 次亜塩素酸カルシウム | 強力な消毒 |
| 次亜塩素酸ナトリウム | 一般的なオンライン投与消毒剤 | ||
| SDIC（ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム） | 安定した長期持続塩素放出 | ||
| TCCA（トリクロロイソシアヌル酸） | 高塩素含有量、徐放性塩素処理 |
砂糖生産は、原料の準備と搾汁から清澄化、蒸発、結晶化、精製、そして廃水処理に至るまで、あらゆる段階で精密な制御を必要とする複雑な工業プロセスです。各段階には、浮遊物質、色、微生物の活動、泡の発生、スケールの蓄積など、それぞれ独自の課題があります。砂糖生産プロセスの各段階に適切な化学薬品を統合することで、製糖工場は生産量の増加、結晶品質の向上、色の鮮やかさの向上、ロスの削減、そしてダウンタイムの最小化を実現できます。同時に、最適化された化学ソリューションは、廃水処理の効率化と化学廃棄物の削減を通じて環境保護にも貢献します。
適切な化学パートナーを選択することで、製糖工場は生産効率を向上させ、製品品質の一貫性を確保し、設備の寿命を延ばし、長期にわたる優れた運用を実現できます。