酶提高低質量原糖加工效率的應用

趙 路，吳 鵬，劉寶龍，宋宵因

（蘇州昆藍生物科技有限公司，江蘇 蘇州 215123）

0 前言

在以原糖為原料進行精加工的過程中，原糖質量對加工效率影響很大。受甘蔗品種、氣候和生產工藝不同的影響，來源于不同國家、不同批次的原糖質量有很大的差異。數據顯示，不同來源的原糖在加工過程糖分回收率一般為86.98%~97.96%，最高和最低回收率差距高達10%以上。特別是泰國原糖，相比巴西、澳大利亞等國的原糖質量更差。其含糖分偏低，水分偏高，而且色值高，含膠體物質多，黏性大；不利于深加工的進行［1］。

江蘇某原糖加工廠在2019年進口的部分批次泰國原糖由于質量原因對生產造成了很多負面影響。這些糖溶解后糖漿黏度大，煮糖時糖膏黏度大，對流差，糖蜜多，甲糖膏產糖量低，廢蜜率增加，造成糖分損失增多，顯著的降低了生產效率。

多數情況下，糖漿黏度大主要是由于淀粉、α-葡聚糖、纖維素、木聚糖和果膠等大分子多聚糖引起的。連續跟蹤檢測了生產線上溶糖罐糖漿、清凈后糖漿、白砂糖中大分子多聚糖含量，結果如表1和表2所示。原料中淀粉、α-葡聚糖和果膠含量高，并且經過清凈處理及結晶后，殘留到白砂糖中的淀粉、α-葡聚糖和果膠含量分別高達225.14、101.55和44.28 mg/kg°Bx，說明現有生產工藝對這三種多聚糖去除效果有限。淀粉是一種大分子膠體物質，吸水溶脹，會造成蔗汁的黏度顯著提高，使糖漿難以過濾，并且淀粉在蔗糖結晶過程中會進入蔗糖晶體，影響白砂糖品質，導致更多的糖分損失。另外，白砂糖的淀粉是導致白砂糖產生酸性絮凝物的主要因素之一［2］。大分子的葡聚糖會導致糖漿和糖膏黏度的大幅提高及蔗糖結晶效率的下降。由于黏度的提高，導致了煮沸和蒸發時間延長及結晶速率降低的綜合效應，降低了工廠的加工能力。據估計，在糖漿中，每300mg/kg的葡聚糖會使糖蜜純度提高1%［3］。推測這三種多聚糖含量高是導致這部分泰國原糖精煉效率低的主要原因，為了驗證推測是否準確及提高精煉效率，可通過其他方法去除這三種多聚糖，對比去除前后生產情況。

表1 在制品及白砂糖多聚糖成分檢測結果

表2 多聚糖去除率

生物酶能高效、專一的降解相應的大分子底物，可用于提高傳統制糖除雜澄清技術的效率。早在20世紀60年代，南非就有將α-淀粉酶用于制糖業的報道。應用淀粉酶降解糖汁中的淀粉被認為是很有應用前景的方法［4］。黃俊杰［5］等人總結了多種酶制劑在制糖澄清工藝的特性和作用。如黃康寧［6］對酶制劑澄清條件進行研究，確定了復合酶用于澄清的最適條件為：pH值4.7，溫度30℃。另外煮煉過程中糖膏錘度高，高濃度的蔗糖能對酶起到一定的保護作用。如鄭慧琳等［7］指出在甘蔗品質較差的地區，蔗糖復合酶降低糖液黏度，提高糖膏結晶率，提高煮煉收回率，提高產品質量，降低能耗，經濟效益明顯。

為了解決高黏度原糖對生產造成的不利影響，嘗試應用制糖專用復合酶降低糖漿黏度。該復合酶由纖維素酶、α-葡聚糖酶、淀粉酶、果膠酶和木聚糖酶等多種酶制劑復合而成，可用于降解糖漿中存在的α-葡聚糖、可溶性纖維、淀粉、果膠和木聚糖等非糖分雜質，并且該復合酶不會水解蔗糖。

1 降低糖漿黏度

在生產車間溶糖罐中取糖漿，錘度為67.98°Bx，分成幾份，60℃水浴將糖漿溫度升到60℃，然后分別加入不同添加量的復合酶進行反應，每10min取樣檢測糖漿黏度。糖漿黏度變化情況，如圖1所示。加入復合酶開始反應后，糖漿黏度會迅速下降，并且隨著反應時間的增加，黏度下降速度逐漸變慢。當反應時間達到1h時，按原糖量計算，200和250ppm添加量的糖漿黏度相比加酶前分別下降33.14%和34.17%，兩者相差不大。說明當添加量增加到一定程度時，繼續增加加酶量，只能加快反應初期黏度下降速度，但隨著反應的進行，最終黏度下降程度相差并不大。因此，添加200ppm復合酶既可以有效降低糖漿黏度，并且復合酶使用成本低于250ppm添加量，又可以降低生產成本。

圖1 糖漿黏度變化情況

2 復合酶去除多聚糖的效果

在生產過程中，在溶糖過程中連續添加復合酶，按原糖計，復合酶添加量為200ppm，連續運行10天后，跟蹤檢測原料原糖、清凈后糖漿、白砂糖中淀粉、α-葡聚糖和果膠等多聚糖含量，結果如表3和表4所示。從表4可以看到，加酶后經過清凈處理后多聚糖去除率大幅提高，淀粉、α-葡聚糖和果膠清凈去除率分別達到81.11%、78.48%和86.96%，清凈后糖漿中含量分別為65.43、92.37和22.46mg/kg°Bx。由于復合酶的作用，多聚糖含量被控制在較低水平，糖漿黏度下降，還發現經過結晶后，多聚糖去除率比未加酶時更高，這說明多聚糖含量越高，其在結晶過程中更容易進入蔗糖晶體。通過前期降低多聚糖含量，能進一步降低蔗糖中多聚糖含量，提高成品白砂糖品質。

表3 原糖及加酶后多聚糖成分檢測結果

表4 未加酶和加酶后多聚糖成分去除率

3 應用復合酶對煮糖的影響

3.1 感官影響

煮糖過程中，工人表示加酶后母液黏度降低，物料對流更好，晶體吸收更好、更快，蔗糖晶體顆粒大小更加均勻，糖蜜變少，煮糖更容易了。

3.2 煮糖相關指標對比

由表5所示的統計數據來看，使用復合酶后，由于物料對流更好，晶體吸收更好、更快，煮糖時間平均縮短18min，縮短幅度達17.14%，煮糖時間縮短可以提高生產效率，同樣的時間可以煮制更多糖膏，并且可以減少蒸汽和用電等能源消耗。甲糖膏產糖量提高16.16kg/m3，結晶率提高0.67%，說明從甲糖膏中提出了更多的糖分，并且可以減少乙糖膏、丙糖膏煮制量及相應的能耗。從總的物料衡算來看，提高了產糖率，降低了廢蜜產率。

表5 煮糖相關指標對比

4 結論

部分批次原糖由于淀粉、α-葡聚糖和果膠等多聚糖含量高，導致糖漿黏度大，產糖率低等問題。通過應用制糖專用復合酶降解原糖中淀粉、α-葡聚糖和果膠等多聚糖，可以有效降低糖漿黏度，縮短煮糖時間，提高煮糖效率和降低能耗。使用復合酶后，生產效率更高，產糖率提高了0.81%，廢蜜產率下降1.19%，同樣的原糖可以產更多的白砂糖，增加了糖廠的效益。