煉糖過程葡聚糖含量變化研究

陳家賢，常國煒，劉桂云，楊宇格，楊 華，馬 步，梁達奉，

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

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

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，研究葡聚糖在生產過程中的含量變化，為葡聚糖清除工藝提供依據。結果表明：原糖精煉過程中七系結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性；由原糖帶入的葡聚糖進入糖產品中的比例約為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，其含量是原糖質量的重要指標之一。新鮮甘蔗中幾乎不含葡聚糖，但當甘蔗受刀傷、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量多，容易受微生物感染［1］。國外生產原糖的澄清工藝主要是石灰法，整個生產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、蒸發濃縮、煮糖（結晶）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，降低精制糖品質［3-4］。國外的煉糖企業很早就認識到葡聚糖對煉糖的不良影響，并制定了相關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。但由于傳統的葡聚糖檢測技術復雜、檢測耗時長、準確性不高［5］，國內并沒有對進口原糖的葡聚糖含量進行檢測。再加上國內精煉糖廠對原糖的質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，進口原糖質量參次不齊，嚴重影響國內煉糖工業。

由于之前煉糖業普遍對葡聚糖問題缺乏關注，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。免疫比濁方法根據抗體與抗原（葡聚糖）的特異性反應，可快捷、準確、定量測定原糖、中間物料和產品及副產品中的葡聚糖含量，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，研究葡聚糖在生產過程中的含量變化，為葡聚糖清除工藝提供依據。

表2 原糖質量合同（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（由綠色制糖八桂學者研發團隊提供）；原糖、糖漿及精糖（廣西農墾糖業集團防城精制糖有限公司）。

1.2 主要設備

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 常規指標

按《甘蔗制糖化學管理分析方法》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稀（精確至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，立即用移液槍反復吹打6次（盡量避免產生氣泡）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，立即用移液槍反復吹打6次（避免產生氣泡）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 數據處理

其中：

C——Dextran T-2000標準液的濃度，mg/L

m——T-2000的質量，g

w——T-2000的含水量（已在試劑盒內注明）

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（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，得到的糖漿經過離子交換樹脂脫色、蒸發濃縮、煮制（分蜜）等工序，最終得到產品精糖。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化為葡聚糖。從葡聚糖的性質來看，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、蒸發后葡聚糖含量變化情況

根據29天的平均結果，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、樹脂處理及蒸發等幾個處理中，糖汁一直處于不利于微生物生長的狀態，所以應該是沒有新的葡聚糖產生。

3.3 煮糖過程葡聚糖含量變化

蔗糖結晶是一個高度提純過程，但是在結晶過程中仍然會有雜質被包藏并與蔗糖共結晶。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，降低產品質量［7-8］。通過表4的數據可知，糖漿葡聚糖含量隨煮糖系數后移而逐漸升高，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性，也證明了這一點，主要是因為結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后移逐步升高，把表4和表5的相關數據對應起來分析，可以看出，糖漿的葡聚糖含量越高，對應晶體中葡聚糖含量越高。精制糖產品中葡聚糖量平均為134mg/kg糖，根據糖廠實驗期間處理原糖總量和所得精糖量的數據，可知糖漿中大概45%的葡聚糖進入精制糖產品。

表4 各系糖漿葡聚糖含量

表5 產品及中間制品、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系

圖3 R2糖漿與R3糖漿中葡聚糖量的關系

4 結論與展望

從生產工藝和各試驗數據可以知道，整個煉糖過程都處于微生物難以生長的狀態，所以煉糖過程中出現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、蒸發工段并不能有效去除葡聚糖，結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展，葡聚糖酶已經被成功開發并進行了糖廠應用。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應用的試驗，結果表明，葡聚糖酶對原糖精煉過程物料及產品中葡聚糖的除去有明顯的效果，對糖廠節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品質量和經濟效益。

［1］ 韋雪珠譯.精煉糖廠中的原糖質量概況［J］.廣西蔗糖，2013，70（1）:37-39. ［2］ 霍漢鎮.制糖工藝與裝備的新概念與新實踐［M］.全國甘蔗糖業信息中心，2002:297-298.

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

［4］ 梁達奉，曾練強．葡聚糖對制糖工業的影響及對策（下）［J］.甘蔗糖業，2008（4）:23-27.

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［6］ 何鳳儀.原糖的質量與加工［J］.甘蔗糖業，2007，（2）:37-44.

［7］ 楊光昭，甘蔗制糖過程葡聚糖初探［J］.四川制糖發酵，1992（3），15-19.

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［9］ 馬步，常國煒，蟻細苗等.葡聚糖酶在原糖精煉生產中的應用研究［J］.廣西糖業，2014，（3）:18-21.

TS244

B

2095-820X（2016）05-05

2016-09-17

陳家賢（1983-），女，工程師，主要從事制糖工業化學分析技術。

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研究。