陳家賢，常國(guó)煒，劉桂云，楊宇格，楊 華，馬 步，梁達(dá)奉，

（1.廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.廣西糖業(yè)研發(fā)中心）

煉糖過(guò)程葡聚糖含量變化研究

陳家賢1，常國(guó)煒2，劉桂云2，楊宇格1，楊 華1，馬 步3，梁達(dá)奉2，3

（1.廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.廣西糖業(yè)研發(fā)中心）

文章采用免疫比濁法測(cè)定煉糖過(guò)程中各物料的葡聚糖含量，研究葡聚糖在生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(jìn)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(biāo)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(zhǎng)時(shí)間放置，就會(huì)受腸膜明串珠菌等微生物感染消耗蔗糖形成葡聚糖。在國(guó)外，甘蔗砍收方式主要以機(jī)械收割為主，有些地區(qū)在甘蔗砍收前還會(huì)對(duì)甘蔗進(jìn)行火燒等處理，所得的甘蔗表皮損失嚴(yán)重且切口數(shù)量多，容易受微生物感染［1］。國(guó)外生產(chǎn)原糖的澄清工藝主要是石灰法，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)葡聚糖清除率不高，因此進(jìn)口原糖中往往含有一定量的葡聚糖［2］，表1為國(guó)外原糖葡聚糖情況。

表1 不同品牌原糖輸出國(guó)的分析指標(biāo)［2］

葡聚糖的存在會(huì)使煉糖過(guò)程中糖漿粘度升高，對(duì)過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮、煮糖（結(jié)晶）和分蜜等工藝過(guò)程造成不良影響，而且葡聚糖在煮糖過(guò)程中會(huì)包裹在蔗糖晶體內(nèi)，降低精制糖品質(zhì)［3-4］。國(guó)外的煉糖企業(yè)很早就認(rèn)識(shí)到葡聚糖對(duì)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(jìn)入，如美國(guó)著名的Amstar煉糖公司制定的原糖購(gòu)買(mǎi)合同中，規(guī)定了葡聚糖等指標(biāo)及懲罰制度（見(jiàn)表2）［2］。

中國(guó)是原糖進(jìn)口大國(guó)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB15108-2006）要求進(jìn)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(cè)技術(shù)復(fù)雜、檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、準(zhǔn)確性不高［5］，國(guó)內(nèi)并沒(méi)有對(duì)進(jìn)口原糖的葡聚糖含量進(jìn)行檢測(cè)。再加上國(guó)內(nèi)精煉糖廠對(duì)原糖的質(zhì)量要求常常偏重于原糖的糖度、色值等指標(biāo)［6］，對(duì)葡聚糖含量這一重要指標(biāo)缺乏認(rèn)識(shí)，進(jìn)口原糖質(zhì)量參次不齊，嚴(yán)重影響國(guó)內(nèi)煉糖工業(yè)。

由于之前煉糖業(yè)普遍對(duì)葡聚糖問(wèn)題缺乏關(guān)注，而且受檢測(cè)手段限制，葡聚糖在原糖精煉過(guò)程中含量變化情況如何，目前尚無(wú)定量評(píng)價(jià)。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(zhǔn)確、定量測(cè)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(cè)定煉糖過(guò)程中各物料的葡聚糖含量，研究葡聚糖在生產(chǎn)過(guò)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(tuán)隊(duì)提供）；原糖、糖漿及精糖（廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)防城精制糖有限公司）。

1.2 主要設(shè)備

MCA濁度計(jì)、錘度計(jì)、阿貝折光儀、電子天平

1.3 分析指標(biāo)和方法

1.3.1 常規(guī)指標(biāo)

按《甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法》進(jìn)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(guò)濾抗體。

Dextran T-2000標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)糖中，繼續(xù)用蒸餾水將標(biāo)準(zhǔn)糖溶解并定容至25mL，搖勻，用0.45μm濾膜過(guò)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(guò)濾，備用。

液體樣品的預(yù)處理方法：測(cè)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稀（精確至0.1）。測(cè)量其密度，記為ρ稀。用0.45μm濾膜過(guò)濾，備用。

1.3.2.2 抗體標(biāo)定

把1mL抗體加入測(cè)試皿中，讀取穩(wěn)定濁度值作為空白值（N樣）加入10μL待測(cè)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(jì)，取最高值為樣品溶液的濁度值（N樣）。

1.3.2.3 樣品標(biāo)定

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

1.3.2.4 數(shù)據(jù)處理

其中：

C——Dextran T-2000標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(guò)程與操作

2.1 原糖精煉過(guò)程簡(jiǎn)介

原糖精煉工藝過(guò)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(jìn)行澄清處理，得到的糖漿經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)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(guò)程

2.2 試驗(yàn)方法和時(shí)間

在糖廠進(jìn)行常規(guī)化驗(yàn)的情況下，增加采集以下樣品進(jìn)行葡聚糖含量檢驗(yàn)：每5天集一次原糖樣，每班取原糖稀汁瞬時(shí)樣，定期取A糖、B糖、C糖的瞬時(shí)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(shí)樣。試驗(yàn)時(shí)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(guò)程對(duì)葡聚糖含量的影響

表3為試驗(yàn)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(dòng)，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(shuō)明在溶糖的過(guò)程中，葡聚糖含量沒(méi)有明顯變化。從微生物生長(zhǎng)的角度分析，由于溶糖時(shí)溫度較高（達(dá)63～ 70℃），糖液錘度較高（達(dá)62～67°Bx），微生物很難在這種條件下生長(zhǎng)，所以并不能把蔗糖轉(zhuǎn)化為葡聚糖。從葡聚糖的性質(zhì)來(lái)看，63～70℃的高溫并不能將葡聚糖降解。所測(cè)原糖主要從巴西進(jìn)口，而巴西以機(jī)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(méi)有明顯變化，這主要是因?yàn)槠暇厶窃谒懈呷芙庑院偷蜆O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(shù)脂處理及蒸發(fā)等幾個(gè)處理中，糖汁一直處于不利于微生物生長(zhǎng)的狀態(tài)，所以應(yīng)該是沒(méi)有新的葡聚糖產(chǎn)生。

3.3 煮糖過(guò)程葡聚糖含量變化

蔗糖結(jié)晶是一個(gè)高度提純過(guò)程，但是在結(jié)晶過(guò)程中仍然會(huì)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(huì)以一定的比例進(jìn)入蔗糖晶體中，并阻礙蔗糖晶體的生長(zhǎng)，降低產(chǎn)品質(zhì)量［7-8］。通過(guò)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(diǎn)，主要是因?yàn)榻Y(jié)晶過(guò)程部分葡聚糖進(jìn)入蔗糖晶體，其余留在母液中，分蜜后作為下一系的糖漿進(jìn)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(duì)應(yīng)起來(lái)分析，可以看出，糖漿的葡聚糖含量越高，對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)可以知道，整個(gè)煉糖過(guò)程都處于微生物難以生長(zhǎng)的狀態(tài)，所以煉糖過(guò)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(guò)程中的澄清、蒸發(fā)工段并不能有效去除葡聚糖，結(jié)晶過(guò)程對(duì)葡聚糖的清除率也不高。所以，要解決煉糖過(guò)程中的葡聚糖問(wèn)題應(yīng)該從兩個(gè)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(guò)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(kāi)發(fā)并進(jìn)行了糖廠應(yīng)用。梁達(dá)奉教授［9］及其科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了葡聚糖酶在煉糖廠生產(chǎn)應(yīng)用的試驗(yàn)，結(jié)果表明，葡聚糖酶對(duì)原糖精煉過(guò)程物料及產(chǎn)品中葡聚糖的除去有明顯的效果，對(duì)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(cè)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(jì)效益。

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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(dá)奉（1964-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事制糖及微生物工程技術(shù)研究。