甘蔗全株開發(fā)應用路線分析

徐星閃

摘 要：該文主要介紹了甘蔗全株包括甘蔗葉、甘蔗蠟、蔗稍、甘蔗徑、甘蔗渣等以及蔗糖鏈的衍生產(chǎn)品等應用開發(fā)路線過程中獲得的主要產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：甘蔗；全株開發(fā)；應用路線

中圖分類號 S63 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）04-0078-03

1 前言

甘蔗（學名：Saccharum officinarum）為甘蔗屬多年生高大實心草本植物[1]。甘蔗產(chǎn)業(yè)是廣西國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，2016年種植面積約80萬hm2，甘蔗單產(chǎn)約75～120t/hm2，甘蔗葉單產(chǎn)約9～10.5t/hm2。甘蔗的全株各部分營養(yǎng)豐富，如果各部分都能得到充分的開發(fā)應用，其所產(chǎn)生的經(jīng)濟價值比白砂糖價值高的多。傳統(tǒng)的生產(chǎn)線路是甘蔗用于榨糖制白砂糖，蔗渣用于造紙，糖蜜用于釀造酒精，蔗葉、蔗稍等在田地里燃燒當作草木灰肥。甘蔗傳統(tǒng)工藝路線生產(chǎn)出來的產(chǎn)品主要是白砂糖、普通紙、酒精等，傳統(tǒng)工藝線的最大弊端是環(huán)境污染大、產(chǎn)率低等，而隨著社會、科技的發(fā)展，科學家對蔗糖的深入研究，證實攝入過多蔗糖會對人體健康造成不利影響，在西方很多國家都擬定了相關(guān)立法來控制蔗糖的應用，如類似煙草包裝盒上警示提示，特別高糖食品包裝上印上“高糖不利健康”等。同時，科學家們也研究了甘蔗全株應用各種技術(shù)路線的可行性及每條件線路終端產(chǎn)品、產(chǎn)品功能特性、應用方法等。隨著國家推行生態(tài)農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品綜合開發(fā)等政策推動下，各科研機構(gòu)、企業(yè)加大了對甘蔗全株應用的開發(fā)投入，取得了很好的效果，重新為推動甘蔗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新驅(qū)動力。

2 甘蔗全株開發(fā)應用技術(shù)線路

2.1 蔗葉利用路線 蔗葉利用路線如下：

按每1hm2產(chǎn)蔗葉9～10.5t，80萬hm2可產(chǎn)蔗葉720萬～840萬t，每頭牛犢養(yǎng)到出欄約需要2.5～3.3t草料，可以推算出供養(yǎng)254萬～288萬頭牛，每頭可以銷售得到1.5萬～2萬元，單從蔗葉計就可以產(chǎn)值約380億～570億元，可見蔗葉的產(chǎn)生的經(jīng)濟效益非常可觀。由于甘蔗葉季節(jié)性經(jīng)濟作物，集中在每年11月至次年4月采收，故蔗葉保鮮對用于黃牛飼料非常關(guān)鍵。目前主要通過青貯、微貯保鮮技術(shù)來保留蔗葉蔗稍用于黃牛飼料可喂養(yǎng)性、營養(yǎng)性。

2.2 蔗皮上附著物利用路線 其利用路線如下：

這條開發(fā)路線主要是從甘蔗皮上附著的蠟物，通過熱水處理甘蔗徑，使蔗蠟溶到水中，然后分離出蔗蠟，再從蔗蠟中提取出各種成分，如天然二十八烷醇（octacosanol，n-octacosanol）。二十八烷醇具有提高人體精力、提高應激能力、提高代謝活力、提高氧利用率等功效[2]。

2.3 蔗稍開發(fā)路線 其開發(fā)路線如下：

蔗稍是甘蔗采收所切除的甘蔗頂部嫩徑帶葉蔗，可以通過壓榨獲得蔗稍汁，蔗稍汁進一步過濾、凈化處理，濃縮得到風味蔗汁飲料。蔗稍渣用于黃牛、羊飼料獲得菜牛羊肉，糞物用于培養(yǎng)食用菌基料，采收食用菌后的菌渣料生物發(fā)酵后得到生物肥料，生物肥料是良好的甘蔗、果蔬、水稻等有機肥。這條開發(fā)線路形成一個很好的循環(huán)生態(tài)鏈，典型變廢為寶的開發(fā)路線，值得深入研究開發(fā)及推廣應用。

2.4 蔗稈開發(fā)路線 其開發(fā)路線如下：

此條開發(fā)路線具有傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代科技相結(jié)合的特點，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上延伸了新工藝，研制出新的產(chǎn)品，有的新產(chǎn)品功能性非常優(yōu)越，具有巨大的市場容量，如低聚果糖、異麥芽酮糖。此開發(fā)線路除了開發(fā)傳統(tǒng)產(chǎn)品如白砂糖、紙漿等之外，還衍生出更多的新產(chǎn)品。

2.4.1 精制白砂糖 生產(chǎn)出的精制白糖所有技術(shù)有所不同，通過一步法獲得精制白砂糖是近年才研制的技術(shù)，通過離子交換纖維處理蔗汁，濃縮、結(jié)晶得到精制白砂糖，比傳統(tǒng)工藝簡化了流程、降低能耗，提高了生產(chǎn)效率。

2.4.2 低聚果糖 此路線開發(fā)出的新品為低聚果糖。低聚果糖（Fructooligosaccharides，F(xiàn)OS）是指在蔗糖（GF）的果糖殘基C1位置上用β-糖苷鍵結(jié)合1～3個分子果糖所構(gòu)成的低聚糖[3]，主要包括1-蔗果三糖[kestose（GF2）]，蔗果四糖[nystose（GF3）]，蔗果五糖[1-F-β-frutofuranosyl nystose （GF4）]。具有益生元和水溶性膳食纖維的功能特性且功能成分清晰、生理功能明顯，是功能性低聚中應用最廣泛的品種之一。其生產(chǎn)方法主要是在蔗汁濃縮至固形物含量45%～55%時，溫度35～50℃添加果糖基轉(zhuǎn)移酶，轉(zhuǎn)化反應10～30h得到低聚果糖含量55%左右的，經(jīng)過濾濃縮得到符合GB23528低聚果糖國家標準的55型糖漿。

2.4.3 異麥芽酮糖 異麥芽酮糖（α-D-吡喃葡糖基-1，6-D-果糖，Isomaltulose），又稱帕拉金糖（palatinose），是由蔗糖異構(gòu)酶（EC.5.4.99.11）催化蔗糖轉(zhuǎn)化形成的，蔗糖分子中的α-1，2-糖苷鍵在酶活性中心內(nèi)被水解并轉(zhuǎn)位后，葡萄糖單體再與果糖單體形成α-1，6-或α-1，1-糖苷鍵，轉(zhuǎn)化生成2種蔗糖異構(gòu)體[4]。其生產(chǎn)方法是利用酵母或桿菌產(chǎn)生的蔗糖異構(gòu)酶作用于45%～60%蔗糖溶液轉(zhuǎn)化、過濾、結(jié)晶獲得。

2.4.4 右旋糖酐 右旋糖酐（dextran），又稱葡聚糖，是若干葡萄糖脫水形成的聚合物，主要由葡萄糖a（1，6）苷鍵連接而成，同時還雜有β（1，3）和β（1，4）苷鍵連接形成的分支結(jié)構(gòu)[5]。因其具有安全、無毒、生物相容性好等多種優(yōu)點，已被廣泛應用于醫(yī)藥、食品、色譜分析等多個領(lǐng)域，目前公認的優(yōu)良血漿代用品之一是分子量70 000左右的右旋糖酐。

2.4.5 植物蛋白 甘蔗中含有豐富的植物蛋白、礦物質(zhì)、氨基酸等，從甘蔗汁中提取出的天然植物蛋白，具有較高的營養(yǎng)保健價值。目前主要通過膜過濾技術(shù)從甘蔗汁中獲得優(yōu)質(zhì)的植物蛋白。

2.4.6 焦糖色素 蔗汁結(jié)晶后的沉淀物通常被稱糖蜜，也稱桔水，可用發(fā)酵制備酒精、提取氨基酸等，也用于生產(chǎn)焦糖色素。焦糖色素又稱醬色，是以糖蜜為為主要原材料，采用特殊的配方及工藝技術(shù)加工制成的天然焦糖色素[6]。該色素具有著色力強、水溶性好、性質(zhì)穩(wěn)定、安全無毒等特點，是目前常用的一種食用色素。以糖蜜為原料生產(chǎn)焦糖色素主要有以下2種工藝路線：一是高溫使糖進行焦糖化反應，二是使糖與胺類化合物進行美拉德反應生產(chǎn)焦糖色素。

2.4.7 植物多酚 植物多酚（Plant polyphenol）是植物體內(nèi)具有多元酚結(jié)構(gòu)的次生代謝物，在植物中含量較高，是一種具有獨特生物活性的天然產(chǎn)物[7]。植物多酚分子結(jié)構(gòu)中具有多個反應活性基團和部位（酚羥基、醇羥基、羧基、糖苷鍵、吡喃環(huán)中的醚鍵等），使其能夠發(fā)生多種化學反應，其中多酚分子中多個酚羥基可以作為H供體，能參與氧化還原反應，具有較強的清除氧自由基、抑制氧化酶的能力。提取方法是甘蔗渣粉碎加入濃度為65%～70%乙醇，渣料與乙醇液比1∶20～25，并利用微波輔助提取，提取液冷卻后，收集上清液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，制得甘蔗多酚濃縮液。

2.4.8 低聚木糖 低聚木糖（Xylooligosaccharide，XOS），又稱木寡糖，它是由2～7個木糖以β-1，4糖苷鍵連接起來形成的直鍵或分支鍵低聚合度糖的總稱，分子量約為300～2 000Da，其中以木二糖（Xylobiose）和木三糖（Xylotriose）為主[8]。其和低聚果糖一樣具有益生元、水溶性膳食纖維功能理功能，熱穩(wěn)定性及酸穩(wěn)定性比低聚果糖優(yōu)越。蔗渣通過酸處理木聚糖，然后利用木聚糖酶水解木聚糖得到木二糖、木三糖等，然后分離、精制得到以木二糖和木三糖為主要成分的低聚木糖。

2.4.9 木糖和L-阿拉伯糖 蔗渣主要成分是纖維素、戊糖縮合物、木質(zhì)素等，通過低濃度酸如釋鹽酸、稀硫酸等，將其水解后過濾、分離、結(jié)晶、精制得到木糖、L-阿拉伯糖等產(chǎn)品[9]。

2.4.10 生物燃料 提取木聚糖、木糖、L-阿拉伯糖后的廢料，經(jīng)過半纖維素酶、纖維素酶、木質(zhì)素酶分解后成單糖再經(jīng)過酒精酵母發(fā)酵，分離獲得生物燃料乙醇；廢渣進一步發(fā)酵得到生物酵素肥料。

3 展望

甘蔗全株開發(fā)應用是實現(xiàn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，把甘蔗全株的各部分價值充分發(fā)掘并得到推廣應用，才能走出近年來甘蔗產(chǎn)業(yè)低迷局面，重新引起蔗農(nóng)種植的積極性，促進甘蔗產(chǎn)業(yè)走上健康綠色發(fā)展之路。另外，甘蔗全株的應用開發(fā)除了本文提到一部產(chǎn)品外，還有眾多有待開發(fā)產(chǎn)品，如甘蔗渣開發(fā)高吸附性活性炭、糠酫、生物降解高分子聚合物等都具有較好開發(fā)前景。

參考文獻

[1]侯小濤.甘蔗葉化學成分及藥效學研究[D].南寧：廣西醫(yī)科大學，2014.

[2]侯宗福，鄧丹雯，張彬，等.以蔗蠟為原料制備及純化二十八烷醇[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，33（2）：82-84.

[3]藍伯廣，米運宏，李銘等.工業(yè)化制備高純度低聚果糖技術(shù)概述[J].輕工科技，2014（9）：8-10.

[4]唐文竹，陳放，李憲臻.蔗糖異構(gòu)酶催化生產(chǎn)異麥芽酮糖研究進展[J].微生物學通報，2012，39（9）：1314-1322.

[5]常國煒，梁達奉，張九花，等.發(fā)酵耦合酶解高效制備右旋糖酐工藝研究[J].廣西科學，2014（6）：619-623.

[6]農(nóng)立忠，譚文興，鄧廣華，等.用精煉糖糖蜜制備高色率和高紅色素指數(shù)焦糖色素的工藝研究[J].甘蔗糖業(yè)，2013（5）：13-19.

[7]趙毅.甘蔗多酚分離鑒定及及生物活性研究[D].廣州：華南理工大學，2015.

[8]何亮亮.復合酶解蔗渣木聚糖制備低聚木糖的研究[D].南寧：廣西大學，2012.

[9]陳軍，王元春.蔗髓制備木糖、L-阿拉伯糖的工藝[J].食品科技，2011，36（21）：237-240.