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        煉糖過程葡聚糖含量變化研究

        2016-12-19 06:37:16陳家賢常國煒劉桂云楊宇格梁達奉
        廣西糖業(yè) 2016年5期
        關(guān)鍵詞:原糖糖業(yè)制糖

        陳家賢,常國煒,劉桂云,楊宇格,楊 華,馬 步,梁達奉,

        (1.廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團防城精制糖有限公司,廣西 防城港 538021;2.廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室;3.廣西糖業(yè)研發(fā)中心)

        煉糖過程葡聚糖含量變化研究

        陳家賢1,常國煒2,劉桂云2,楊宇格1,楊 華1,馬 步3,梁達奉2,3

        (1.廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團防城精制糖有限公司,廣西 防城港 538021;2.廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室;3.廣西糖業(yè)研發(fā)中心)

        文章采用免疫比濁法測定煉糖過程中各物料的葡聚糖含量,研究葡聚糖在生產(chǎn)過程中的含量變化,為葡聚糖清除工藝提供依據(jù)。結(jié)果表明:原糖精煉過程中七系結(jié)晶各系糖漿葡聚糖含量逐漸提高,前后兩系糖漿中葡聚糖含量具有相關(guān)性;由原糖帶入的葡聚糖進入糖產(chǎn)品中的比例約為45%。

        免疫比濁法;葡聚糖;原糖加工;清除率

        0 前言

        葡聚糖是一種普遍存在于原糖中的多糖,其含量是原糖質(zhì)量的重要指標之一。新鮮甘蔗中幾乎不含葡聚糖,但當(dāng)甘蔗受刀傷、火燒、霜凍或在收割后長時間放置,就會受腸膜明串珠菌等微生物感染消耗蔗糖形成葡聚糖。在國外,甘蔗砍收方式主要以機械收割為主,有些地區(qū)在甘蔗砍收前還會對甘蔗進行火燒等處理,所得的甘蔗表皮損失嚴重且切口數(shù)量多,容易受微生物感染[1]。國外生產(chǎn)原糖的澄清工藝主要是石灰法,整個生產(chǎn)過程對葡聚糖清除率不高,因此進口原糖中往往含有一定量的葡聚糖[2],表1為國外原糖葡聚糖情況。

        表1 不同品牌原糖輸出國的分析指標[2]

        葡聚糖的存在會使煉糖過程中糖漿粘度升高,對過濾、蒸發(fā)濃縮、煮糖(結(jié)晶)和分蜜等工藝過程造成不良影響,而且葡聚糖在煮糖過程中會包裹在蔗糖晶體內(nèi),降低精制糖品質(zhì)[3-4]。國外的煉糖企業(yè)很早就認識到葡聚糖對煉糖的不良影響,并制定了相關(guān)措施從源頭控制葡聚糖的進入,如美國著名的Amstar煉糖公司制定的原糖購買合同中,規(guī)定了葡聚糖等指標及懲罰制度(見表2)[2]。

        中國是原糖進口大國,國家標準(GB15108-2006)要求進口原糖的葡聚糖含量小于400mg/kg。但由于傳統(tǒng)的葡聚糖檢測技術(shù)復(fù)雜、檢測耗時長、準確性不高[5],國內(nèi)并沒有對進口原糖的葡聚糖含量進行檢測。再加上國內(nèi)精煉糖廠對原糖的質(zhì)量要求常常偏重于原糖的糖度、色值等指標[6],對葡聚糖含量這一重要指標缺乏認識,進口原糖質(zhì)量參次不齊,嚴重影響國內(nèi)煉糖工業(yè)。

        由于之前煉糖業(yè)普遍對葡聚糖問題缺乏關(guān)注,而且受檢測手段限制,葡聚糖在原糖精煉過程中含量變化情況如何,目前尚無定量評價。免疫比濁方法根據(jù)抗體與抗原(葡聚糖)的特異性反應(yīng),可快捷、準確、定量測定原糖、中間物料和產(chǎn)品及副產(chǎn)品中的葡聚糖含量,因此本文采用免疫比濁法測定煉糖過程中各物料的葡聚糖含量,研究葡聚糖在生產(chǎn)過程中的含量變化,為葡聚糖清除工藝提供依據(jù)。

        表2 原糖質(zhì)量合同(葡聚糖)

        1 材料與方法

        1.1 主要材料與試劑

        葡聚糖單克隆抗體試劑盒(由綠色制糖八桂學(xué)者研發(fā)團隊提供);原糖、糖漿及精糖(廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團防城精制糖有限公司)。

        1.2 主要設(shè)備

        MCA濁度計、錘度計、阿貝折光儀、電子天平

        1.3 分析指標和方法

        1.3.1 常規(guī)指標

        按《甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法》進行。

        1.3.2 葡聚糖含量

        1.3.2.1 試劑配制和樣品預(yù)處理

        抗體溶液的配制:室溫下溶解葡聚糖單克隆抗體。加入13mL抗體稀釋液,充分搖勻溶解,靜置15min備用。用0.45μm濾膜過濾抗體。

        Dextran T-2000標準液的配制:稱量0.0500g Dextran T-2000粉末,記錄其質(zhì)量m(精確至0.0001g),用蒸餾水溶解并定容至100mL,搖勻。用移液管吸取5mL上述Dextran T-2000溶液到4.0g標準糖中,繼續(xù)用蒸餾水將標準糖溶解并定容至25mL,搖勻,用0.45μm濾膜過濾,備用。

        固體糖品的預(yù)處理方法:取16.0g樣品,用蒸餾水溶解并定容到100mL,用0.45μm濾膜過濾,備用。

        液體樣品的預(yù)處理方法:測量樣品的錘度和密度,記為°Bx原(精確至0.1)和ρ原。用蒸餾水將樣品稀釋至錘度為13.5~16.5°Bx,記錄其錘度為°Bx?。ň_至0.1)。測量其密度,記為ρ稀。用0.45μm濾膜過濾,備用。

        1.3.2.2 抗體標定

        把1mL抗體加入測試皿中,讀取穩(wěn)定濁度值作為空白值(N樣)加入10μL待測樣品,立即用移液槍反復(fù)吹打6次(盡量避免產(chǎn)生氣泡)并置入濁度計,取最高值為樣品溶液的濁度值(N樣)。

        1.3.2.3 樣品標定

        把1mL抗體加入測試皿中并置入濁度計,讀取最高值作為樣品的濁度值(N標0),加入10μL濃度的標準品,立即用移液槍反復(fù)吹打6次(避免產(chǎn)生氣泡)并開始計時,置入濁度計,讀取標準品的濁度值N標。

        1.3.2.4 數(shù)據(jù)處理

        其中:

        C——Dextran T-2000標準液的濃度,mg/L

        m——T-2000的質(zhì)量,g

        w——T-2000的含水量(已在試劑盒內(nèi)注明)

        其中:

        G——固體糖品中葡聚糖含量,mg/kg糖

        其中:

        S——液體樣品中,每千克固溶物含葡聚糖的毫克數(shù)(即對錘度的葡聚糖含量),單位:mg/kg×°Bx

        ρ稀——稀釋后的液體樣品的密度,單位:kg/L

        °Bx稀——稀釋后的液體樣品的錘度。

        2 過程與操作

        2.1 原糖精煉過程簡介

        原糖精煉工藝過程如圖1所示:原糖蜜洗后(蜜洗情況由原糖色值決定)回溶,并用碳飽充、板式壓濾進行澄清處理,得到的糖漿經(jīng)過離子交換樹脂脫色、蒸發(fā)濃縮、煮制(分蜜)等工序,最終得到產(chǎn)品精糖。精煉糖廠采用七系煮糖制度,依次為R1、R2、R3、R4、A、B、C,即前一系糖膏離心出的糖蜜作為下一系的糖漿,其中,R1、R2糖漿煮制的糖膏分蜜得到精制糖。

        圖1 原糖精煉工藝過程

        2.2 試驗方法和時間

        在糖廠進行常規(guī)化驗的情況下,增加采集以下樣品進行葡聚糖含量檢驗:每5天集一次原糖樣,每班取原糖稀汁瞬時樣,定期取A糖、B糖、C糖的瞬時樣,每天取精糖、各系糖漿(R1糖漿、R2糖漿、R3糖漿、R4糖漿、A糖漿、B糖漿、C糖漿)的集合樣;每罐C糖的糖蜜瞬時樣。試驗時間為29天。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 原糖的葡聚糖含量與溶糖過程對葡聚糖含量的影響

        表3為試驗期間的原糖葡聚糖含量情況。由于入廠原糖質(zhì)量的差異,5次原糖樣中的葡聚糖含量有所波動,幅度在186~325mg/kg糖,原糖稀汁中含葡聚糖在226~275mg/kg°Bx。兩種樣品的平均值分別是243mg/kg糖和242mg/kg°Bx,結(jié)果非常接近,說明在溶糖的過程中,葡聚糖含量沒有明顯變化。從微生物生長的角度分析,由于溶糖時溫度較高(達63~ 70℃),糖液錘度較高(達62~67°Bx),微生物很難在這種條件下生長,所以并不能把蔗糖轉(zhuǎn)化為葡聚糖。從葡聚糖的性質(zhì)來看,63~70℃的高溫并不能將葡聚糖降解。所測原糖主要從巴西進口,而巴西以機收甘蔗為主,所以原糖中葡聚糖含量較高。

        表3 原料中葡聚糖量

        3.2 澄清、蒸發(fā)后葡聚糖含量變化情況

        根據(jù)29天的平均結(jié)果,R1糖漿葡聚糖含量為246mg/kg°Bx,而原糖稀汁的葡聚糖含量為242 mg/kg °Bx,葡聚糖含量沒有明顯變化,這主要是因為葡聚糖在水中高溶解性和低極性,澄清和蒸發(fā)均不能有效去除或降解葡聚糖。在加灰、CO2飽充、硅藻土吸附、壓濾、樹脂處理及蒸發(fā)等幾個處理中,糖汁一直處于不利于微生物生長的狀態(tài),所以應(yīng)該是沒有新的葡聚糖產(chǎn)生。

        3.3 煮糖過程葡聚糖含量變化

        蔗糖結(jié)晶是一個高度提純過程,但是在結(jié)晶過程中仍然會有雜質(zhì)被包藏并與蔗糖共結(jié)晶。其中,糖液中葡聚糖就會以一定的比例進入蔗糖晶體中,并阻礙蔗糖晶體的生長,降低產(chǎn)品質(zhì)量[7-8]。通過表4的數(shù)據(jù)可知,糖漿葡聚糖含量隨煮糖系數(shù)后移而逐漸升高,圖2、圖3表明后系糖漿中葡聚糖量與前系糖漿中葡聚糖量具有相關(guān)性,也證明了這一點,主要是因為結(jié)晶過程部分葡聚糖進入蔗糖晶體,其余留在母液中,分蜜后作為下一系的糖漿進行下系煮糖。由表5可知,中間在制品糖晶體中葡聚糖含量隨煮糖系數(shù)后移逐步升高,把表4和表5的相關(guān)數(shù)據(jù)對應(yīng)起來分析,可以看出,糖漿的葡聚糖含量越高,對應(yīng)晶體中葡聚糖含量越高。精制糖產(chǎn)品中葡聚糖量平均為134mg/kg糖,根據(jù)糖廠實驗期間處理原糖總量和所得精糖量的數(shù)據(jù),可知糖漿中大概45%的葡聚糖進入精制糖產(chǎn)品。

        表4 各系糖漿葡聚糖含量

        表5 產(chǎn)品及中間制品、廢蜜中葡聚糖量含量

        圖2 R1糖漿與R2糖漿中葡聚糖量的關(guān)系

        圖3 R2糖漿與R3糖漿中葡聚糖量的關(guān)系

        4 結(jié)論與展望

        從生產(chǎn)工藝和各試驗數(shù)據(jù)可以知道,整個煉糖過程都處于微生物難以生長的狀態(tài),所以煉糖過程中出現(xiàn)的葡聚糖絕大部分是從原料(原糖)引入的,而煉糖過程中的澄清、蒸發(fā)工段并不能有效去除葡聚糖,結(jié)晶過程對葡聚糖的清除率也不高。所以,要解決煉糖過程中的葡聚糖問題應(yīng)該從兩個方面入手:一是使用不含或含量較低的原糖作為煉糖原料;二是在煉糖過程中加入葡聚糖酶。葡聚糖酶是能高效降解葡聚糖的生物制劑,隨著綠色制糖的深入發(fā)展,葡聚糖酶已經(jīng)被成功開發(fā)并進行了糖廠應(yīng)用。梁達奉教授[9]及其科研團隊進行了葡聚糖酶在煉糖廠生產(chǎn)應(yīng)用的試驗,結(jié)果表明,葡聚糖酶對原糖精煉過程物料及產(chǎn)品中葡聚糖的除去有明顯的效果,對糖廠節(jié)能減排及提高糖回收率等有顯著效果。因此免疫比濁法檢測葡聚糖含量及葡聚糖酶在精煉糖廠的使用,將有利于提高糖廠產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。

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        [3] 梁達奉,曾練強,郭亭等.葡聚糖對制糖工業(yè)的影響及對策(上)[J].甘蔗糖業(yè),2008,3:28-33.

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        TS244

        B

        2095-820X(2016)05-05

        2016-09-17

        陳家賢(1983-),女,工程師,主要從事制糖工業(yè)化學(xué)分析技術(shù)。

        梁達奉(1964-),男,教授級高級工程師,主要從事制糖及微生物工程技術(shù)研究。

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