《Food and Bioproducts Processing》：Temperature Optimization of Crystallization with Adiabatic Vacuum Cooling for Sustainable Palm Sugar Production from Arenga Sap
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罗尼·库尔尼瓦万（Ronny Kurniawan）、优诺（Yuono）、艾哈迈德·努尔法乌齐（Ahmad Nurfauzi）、穆罕默德·齐丹（Muhamad Zidan）、维比安蒂·德维·普拉蒂维（Vibianti Dwi Pratiwi）
印度尼西亚万隆国立技术学院（Insti
罗尼·库尔尼瓦万（Ronny Kurniawan）、优诺（Yuono）、艾哈迈德·努尔法乌齐（Ahmad Nurfauzi）、穆罕默德·齐丹（Muhamad Zidan）、维比安蒂·德维·普拉蒂维（Vibianti Dwi Pratiwi）
印度尼西亚万隆国立技术学院（Institut Teknologi Nasional Bandung）工业技术学院化学工程系，邮编40124
摘要
通过利用阿伦加树汁（arenga sap），特别是用于生产棕榈糖，印度尼西亚在可持续农工业发展方面具有巨大潜力。传统的棕榈糖（gula semut）通常是由添加了添加剂的糖成型所得，这导致产品质量不佳且加工效率低下。本研究提出了一种直接结晶的方法，以提高产量和产品质量。实验在三个温度水平（40°C、60°C和80°C）下进行，分为两种条件：大气蒸发和绝热真空冷却。所获得的棕榈糖根据产率百分比和关键质量参数进行了评估，包括水分含量、灰分含量、还原糖、蔗糖百分比、颜色、粒度和质地。最佳条件是在40°C下获得的，产率为21.77%，水分含量为4.10%，还原糖含量为5.28%，蔗糖含量为86.60%，平均粒径为1.25毫米，其特点是质地脆且呈金棕色。研究结果表明，通过在受控低温下直接结晶阿伦加树汁可以提高工艺效率，减少对中间原料的依赖，并促进集成化的可持续食品生产系统的发展。
引言
糖是食品行业中的战略商品，既可作为工业应用的原材料，也可作为家庭消费的主食。随着全球人口的持续增长和食品饮料行业的快速发展，对糖的需求显著增加（Heryanto和Suryatmana 2020年）。在各种糖类中，棕榈糖颗粒（通常称为gula semut）因其独特的风味、香气、便于包装的颗粒形式以及增值当地产品的潜力而越来越受欢迎（Anggraini等人2025年）。
市场报告显示，美国对阿伦加糖的需求达到了6,000公吨，价值约2,200万美元，而印度尼西亚的需求约为5,475公吨。亚太地区估计占全球棕榈糖市场的50%以上，这得益于当地消费习惯以及印度尼西亚和菲律宾等国家的强大供应基础（Adalina和Sawitri 2021年）。森林社区的阿伦加树汁产量可达每棵树每天7至60升，预计到2025年价值约为17.8亿美元。该市场预计将以每年约3.67%的复合增长率增长，到2030年达到25.6亿美元（Rahayu等人2025年）。在印度尼西亚的一些社区，从阿伦加树汁中每天可生产139.2公斤糖，树汁的糖度约为14%（Victor和Orsat 2018年）。
棕榈糖通常是从阿伦加树（Arenga pinnata）的汁液中提取的，这是一种通过采集雄性花序获得的甜水提取物。这种汁液具有高蔗糖含量、独特的香气和良好的化学组成，使其成为天然糖生产的理想原料（Anggraini等人2025年）。然而，传统的生产方式往往依赖糖成型作为中间产品，随后再添加添加剂制成颗粒状棕榈糖。这种多步骤方法增加了能源消耗和运营成本，降低了产品质量，并降低了整体工艺效率（Alarcón等人2021年）。
棕榈糖制造中的一个关键阶段是结晶过程，在这个过程中，浓缩溶液在受控的热力学条件下转化为固体晶体。结晶可以通过冷却或蒸发实现，每种方法都受饱和度和非晶核形成的不同机制控制（Mc Cabe 2001年，Morales等人2024年）。在可持续生产的背景下，直接从新鲜汁液中结晶而不添加添加剂是一种有前景的替代方法，可以简化操作、减少能源投入并持续提高产品质量。
关于阿伦加树汁结晶的最新研究表明，关键工艺参数（包括温度、pH值和加热技术）的影响。基于（Ramadhani等人2023年）和（Dewi等人2024年）的研究，开发了一种简化的结晶系统，在不同的pH值（6–8）和烹饪温度（92–110°C）下生产棕榈糖。在pH值为7和110°C时获得了最佳结果，产出的棕榈糖水分含量为1.02%，灰分含量为1.80%，蔗糖含量为87.81%，这突显了温度控制对结晶形成的关键作用。Rumayar等人（2011年）研究了从阿伦加树汁中结晶蔗糖的过程，重点关注结晶时间和种子晶体的添加效果。他们的研究表明，在75–80°Brix条件下结晶效果最佳，温度和持续时间显著影响最终产品质量（Rumayar等人2011年）。基于（Kurniawan等人2025年）的研究，探讨了加工温度（80–120°C）对棕榈糖产量的影响，发现温度升高会导致产量增加，最高产率为16.11%。
此外，（Richelle Mae D. Mendoza-Olpot 2024年）强调了在提纯和结晶阶段控制温度、pH值和溶液澄清度的重要性，表明策略性参数控制可以提高提纯效率并生产出杂质低的糖晶体。因此，本研究提出了一种新的工艺配置，即首先在80-90°C下制备饮料（Wedang），然后在40–80°C下蒸发并进行真空结晶，这与开放式加热相比，有可能减少蔗糖的反转和HMF的形成，并通过低温操作和利用冷凝蒸汽提高效率（Naknean和Meenune 2015年）。
这些发现表明，从阿伦加树汁中直接结晶并结合精确的温度控制具有显著提高工艺效率和产品质量的潜力。然而，系统地探索整合可持续性和能源效率的工艺集成策略仍然有限。本研究旨在开发和优化直接从阿伦加树汁中生产棕榈糖的结晶过程，采用两种方法：大气蒸发和绝热真空冷却。实验在40°C、60°C和80°C三种温度下进行，以评估它们对产品产量和质量的影响，包括水分含量、灰分含量、还原糖和蔗糖浓度。通过将工艺参数与高效热技术相结合，这项研究推动了一个更加集成化、节能和可持续的棕榈糖生产系统的发展。
部分摘要
实验方法
本研究采用比较实验设计，评估了直接从新鲜阿伦加树（Arenga pinnata）汁液中结晶产生的棕榈糖的行为，研究了两种热处理条件：（1）大气蒸发和（2）绝热真空冷却。目的是确定蒸发温度对产品产量和质量的影响，同时评估工艺集成对可持续棕榈糖生产的潜力。
实验在三个温度下进行蒸发
蒸发温度对棕榈糖产率的影响
结晶过程在40°C、60°C和80°C三个温度水平下进行，同时考虑了大气蒸发和真空条件。在绝热真空冷却条件下，40°C时的产率最高，达到21.77%，而在较高温度下的产率较低。这一结果表明，在真空条件下较低的热输入有助于有效去除水分，同时保持蔗糖的完整性，从而提高了结晶动力学。
图3展示了
结论
将蒸发温度从40°C升至80°C会一致降低棕榈糖的产量，增加产品的色度变深和质地硬度，表明高温对结晶效率和产品质量有负面影响。在40°C时获得了最高的棕榈糖产量（21.77%）和最低的还原糖含量（86.60%），同时水分含量也处于可接受的范围内（4.10%），证实较低的加工温度有利于稳定的晶体形成
