葡聚糖在制糖生產過程中的影響

蘇 麗，溫惠宇，謝凌波

（中糧崇左糖業有限公司，廣西 崇左 532200）

1 前言

葡聚糖并不是甘蔗中原有的，而是生產過程中由L.M.腸膜明串珠菌的繁殖而生成的。在甘蔗制糖前期過程即蒸發前，蔗汁的溫度、濃度和營養物質蔗糖是L.M.腸膜明串珠菌繁殖的溫床，加上微生物的活動能使蔗汁酸化，從而加重了蔗糖的轉化。一般葡聚糖在田間和甘蔗堆場中就開始生成，在壓榨車間由于衛生條件較差，蔗汁呈微酸性，使葡聚糖生成更快［1］。葡聚糖除影響蔗汁轉光度升高外，對蔗糖的結晶影響極大，即結晶時生成異常形態的晶體。雖然葡聚糖對人的健康無害，但它可使糖質飲料變渾濁，使產品質量下降，在生產過程中影響物料的過濾速度和結晶速度，它本身也是一種造蜜物質而影響糖的產糖率。

2 制糖業傳統測定葡聚糖的方法

在制糖工業，葡聚糖的檢測一直是一個難點問題，不能快速準確的進行檢測，目前對葡聚糖含量的檢測方法主要分為兩類：化學分析法和生物學分析法。化學分析法包括羅伯特銅法、酒精Haze法和SPRI法等；比較新的一種檢測法為生物學分析法，如酶解法和免疫法。但現有的檢測方法仍然存在問題，為解決該問題，廣州甘蔗糖業研究所制備出了葡聚糖特異性抗體檢測法，可快速、準確的測定葡聚糖含量。目前由于抗體分析方法的檢測試劑即葡聚糖單抗體試劑盒較貴，還暫未能將葡聚糖檢測列為日常檢測項目。

抗體分析方法測定葡聚糖含量具有準確、便捷、適用性廣的優點。抗體分析方法是根據抗原抗體的結合具有特異性和專一性的特點，形成一定的絡合物，使糖液混濁，通過其濁度變化值與標準樣品的濁度變化值比較，可以定量的檢測并計算L.M.腸膜明串珠菌量，即葡聚糖含量。

3 制糖原料葡聚糖含量的分析

制糖工業中為減少葡聚糖含量的措施主要是從源頭上著手解決，即針對原料進行合理的調配。縮短甘蔗堆放時間，壓榨時盡可能地采用新鮮甘蔗，通過對甘蔗品種、向背陽、山上等成熟情況的分析，與農戶聯系進行甘蔗砍收時間的總體調配，實行先熟先砍，先砍先榨的原則；煉糖的原料在有條件的情況下，可根據糖分、葡聚糖含量、還原糖等進行原料的搭配，一般按照兩種原料進行一定的比例配置，使得煉糖原料的質量不至于兩極分化，便于煉糖生產管理。

3.1 原料甘蔗中葡聚糖的差別

甘蔗在存放過程中可能出現腐敗、陳化現象，導致原料劣變、加工性能變差，主要是L.M.腸膜明串珠菌，它分泌出的葡聚糖蔗糖酶能夠催化蔗糖生成葡萄糖，葡萄糖進一步聚和形成葡聚糖。不同甘蔗品種在相同時間內形成的葡聚糖含量各不相同，值得注意的是葡聚糖在機器收割和人工砍收上也有明顯的區別。通過實驗數據表明，機器收割的甘蔗葡聚糖含量普遍比人工收割的甘蔗葡聚糖含量高，主要原因是機械收割對甘蔗外表皮的損失較大，甘蔗機械收割的長度是較為均勻的小節，一般為20cm左右，使得甘蔗外露的部分增多，甘蔗在缺少了表皮的保護作用后，容易滋生L.M.腸膜明串珠菌，L.M.腸膜明串珠菌與蔗糖反應生成葡聚糖。所以，在收割時盡量減少甘蔗夾雜物和較大面積的甘蔗損傷的情況，在榨季期間對原料蔗進行葡聚糖的檢測，將檢測數據及時反饋至生產，能根據生產實際情況進行工藝的適當調整。甘蔗在堆放時可通過噴灑石灰乳、蒸汽噴射等措施減少葡聚糖的產生，最為重要的一點是保持車間良好的衛生條件，定時清洗。

2020/2021年榨季開展的葡聚糖含量與存放時間關系的實驗，實驗方法為一次性采收的42#品種甘蔗，干燥環境下堆放，連續8天測定甘蔗葡聚糖含量在人工砍收與機械收獲時的實驗對比結果，如表1所示。

表1 葡聚糖含量在人工砍收與機械收獲時的實驗對比結果

3.2 煉糖原料產地的葡聚糖差別

煉糖的原糖產地不同，原糖和葡聚糖含量也不同。某糖廠煉糖用的回溶糖的產地主要有自產原糖、古巴原糖、巴西原糖、薩爾瓦多原糖、國儲原糖和國儲白糖六種原料。自產原糖、巴西原糖和國儲白糖的葡聚糖含量較低，原料質量相對較好，如圖1所示。在制定煉糖排產計劃時，可綜合原料葡聚糖、還原糖、色值、淀粉和膠體物質等的測定結果，同時考慮該年度煉糖原料的總體質量做一個搭配計劃，即將自產原糖與進口原糖混合后再做回溶處理，增加生產過程的可控性和整體生產的均衡性、穩定性，通過及時調整輔料添加、過濾、脫色等生產工藝，解決煉糖原料不確定性造成生產較難管控的問題。該糖廠于2021年8月，根據原糖的葡聚糖、還原糖含量以及原糖色值的不同，按比例搭配進行原糖回溶，生產統計結果，產糖率提升到97.42%，廢蜜損失降至0.49%。由于膠體物質主要存在未成熟的甘蔗中，煉糖原料中的含量相對較少，且膠體物質和淀粉含量對生產的負影響相對葡聚糖較小，所以，在制定原料糖混合的時候主要考慮葡聚糖、還原糖分和色值的影響。

圖1 煉糖原料中葡聚糖含量測定

4 葡聚糖在工藝上對產糖率的影響

4.1 葡聚糖在澄清方面的分析

原料蔗經壓榨機組壓榨后，榨機、汁槽消毒不到位也會使混合汁葡聚糖含量增多，造成初混汁純度差較大，對澄清工序影響較大。微生物對蔗糖的破壞性比化學轉化大20~40倍，可使初壓汁與混合汁純度相差1%~3%，甚至更高，糖分損失0.7%~1%［2］。

生產過程中葡聚糖含量較多會使pH值、溫度與設定工藝稍有偏差，影響較大的則是過濾設備。糖汁經過濾時因葡聚糖黏性較大，容易在濾網縫隙處堆積，殘留在過濾設備的葡聚糖會降低設備過濾性能，不僅會使糖漿的簡純度降低，還對脫色性能有影響。糖液中出現小分子葡聚糖時，飽充所生成的碳酸鈣顆粒呈分叉鐘乳石狀，這一變化有利于糖液澄清；但當糖液中存在大量的葡聚糖時，會使碳酸鈣顆粒變成不規則狀，不僅無法使碳酸鈣顆粒發生有利于澄清的變化，脫色效果變差，而且大分子葡聚糖增加了糖液黏度，使澄清效果進一步惡化［3］。所以，在葡聚糖較多時，可以考慮增大飽充能力及過濾設備的過濾能力，將葡聚糖盡可能地攔截，但是葡聚糖在過濾設備堆積時，需要定期對濾網進行清理才能保證過濾設備的性能，減少后段煮糖和分蜜工序的難度。如圖2真空吸濾機上的葡聚糖團即“蔗飯”的堆積，間接的反映了在澄清工序時葡聚糖含量較多的情況，有一部分葡聚糖可以隨濾泥排出，還有一部分葡聚糖殘留在過濾設備上，也沒有具備吸濾機用刮刀刮下來的條件，所以設備的過濾性能大打折扣；同時葡聚糖本身的黏性會使濾泥糖分增加從而減少收回率。

圖2 真空吸濾機上的“蔗飯”

因此，除了在過濾設備上定期清理外，工藝上也應有所調整，以達到增加澄清效率的目的，對于亞硫酸工藝的糖廠來說，適當提高磷酸用量和增大硫熏強度能更好的處理葡聚糖濃度較高的蔗汁，中和pH值盡量控制在7.0左右。總體來說，澄清工段受葡聚糖含量大的影響，致使脫色效果變差，混合汁和清汁純度偏高，測量偏差較大，不僅對產品質量有一定的影響，在工藝制定時受糖漿純度虛假增高的影響而達不到指導生產的要求。

4.2 葡聚糖在煮糖方面的分析

雖然經過蒸發的高溫條件后，L.M.腸膜明串珠菌無法存活，但前期生成的葡聚糖仍然存在，還會對煮糖造成惡劣、不可逆的影響。從蔗糖晶體中測得的葡聚糖約有80%是在晶格內的，只有20%存在于晶面上。葡聚糖作為一種聚合糖，不僅能影響煮糖的速度，還使晶體呈現不規則性，附在晶面上抑制晶體長大，降低煮煉收回率。在葡聚糖的影響下，a軸與b軸的生長速度被減慢，致使c軸擴延成針狀晶，這是由于雜質高度立體定向吸附于某些晶面的緣故，如圖3所示。葡聚糖濃度過大致使煮糖罐積垢增多，母液黏度大，影響傳熱效率和糖膏對流，在一定程度上增加了煮糖效汽的使用，降低了煮糖時間和煮煉收回率；不規則晶體在干燥冷卻時，即在晶體經振動輸送機、螺旋輸送機和振篩的過程中，比規則晶體的磨損程度更大，增加了糖粉量和二次回溶量，對節能降耗等生產方面造成一系列的影響。

圖3 常見蔗糖結晶面角圖

4.3 葡聚糖在增加糖蜜方面的分析

葡聚糖作為一種造蜜物質，濃度高時黏度增大，糖膏對流不好則導致一小部分蔗糖無法被晶體吸收而影響煮煉收回率，即蔗糖分子傳質阻力增大；且葡聚糖含量較多會使晶體粒度不均勻，導致在分蜜工段篩分時分蜜機振動較大，增加分蜜機故障的可能性，加之糖膏中的蜜量有所增加，需適當增加打水量、打汽量或增加高速分離時間才能達到最終產品質量的要求。葡聚糖含量較多會使煮糖與分蜜的糖蜜量增加，而糖蜜量增加后有兩個主要的影響，一是直接增加了廢蜜的產量和重力純度，即對收回率造成直接影響；二是可能會影響生產的整體物料平衡和增加能耗，例如，糖蜜待箱、回煮糖蜜量、糖膏色值升高、分蜜打水增大、干冷糖粉增加和二次洄溶量增加等造成惡性循環。

5 結語

葡聚糖含量越多，說明蔗糖被L.M.腸膜明串珠菌的消耗就越多，蔗糖分的含量就越少，直接對產糖率造成較大影響。所以，從源頭上減少葡聚糖含量是提高產糖率最直接最有效的方式，主要采取的措施有合理調配原料，保持良好衛生，定期進行消殺或者預灰，定期檢測原料葡聚糖含量調整生產工藝。實際生產工藝是無法完全清除葡聚糖的，當生產過程中出現葡聚糖含量較多時，會對澄清、煮糖以及糖蜜方面造成較大影響。在煮糖和糖蜜方面，葡聚糖的控制手段較少，所以應在澄清工序時就利用過濾設備盡可能多的阻隔葡聚糖往下一個工段走，提前監測葡聚糖含量，對澄清操作和工藝進行調整。

在糖業上如能利用葡聚糖在線監測技術，把葡聚糖監測的結果反饋至操作平臺，可及時針對葡聚糖含量的控制手段進行調整，例如輔料添加、工藝pH值調整等。同時，在工藝上應盡可能地縮減物料停留時間，加快工藝流程，在一定程度上可以減少L.M.腸膜明串珠菌的繁殖從而提高產糖率。