甘蔗糖蜜酶法澄清技術(shù)的研究

張洛銚，尚紅巖*，楊鳳婷，鄭毅鋒，付金億，陳秀麗，黃澤彬，鐘靖琪，曹嘉亮，鄭子鑫，殷德運(yùn)

(1廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510300；2廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所，廣東廣州 510316)

0 前言

糖蜜是制糖工業(yè)副產(chǎn)物，富含蔗糖、還原糖等可發(fā)酵性糖，廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、飼料等行業(yè)[1-4]。但糖蜜中還含有膠體、無機(jī)鹽灰分和色素等，其中膠體約占10%左右，主要來源于甘蔗原料中果膠和含氮有機(jī)物[5]。果膠是以半乳糖醛酸和還原糖聚合成復(fù)合多糖類，在糖蜜中形成膠體溶液，增大糖蜜粘度。目前國內(nèi)糖蜜大部分用于發(fā)酵生產(chǎn)酵母、酒精和發(fā)酵制品，糖蜜中的膠體不能被發(fā)酵微生物利用，并且會抑制酵母等微生物的繁殖和發(fā)酵，糖蜜利用前必須進(jìn)行澄清處理[6-7]。

目前糖蜜澄清方法多采用添加酸、堿、鈣鹽或絮凝劑等化學(xué)方法處理。化學(xué)方法處理原理是將糖蜜中的膠體和灰分沉降，沉降后的有機(jī)物成為工廠廢渣，仍然需要處理才能排放，并且加進(jìn)糖蜜中的酸堿會將過多的陰離子或陽離子殘留在糖蜜中，給糖蜜在食品發(fā)酵中應(yīng)用帶來安全隱患[8-11]。本研究采用生物酶解方法澄清糖蜜，采用果膠酶等酶制劑將糖蜜中的膠體水解成小分子糖，酶法澄清后糖蜜還原糖濃度明顯提高。

1 材料與方法

1.1 原料及試劑

糖蜜85°Bx，廣西鳳糖生化股份有限公司；釀酒活性干酵母，廣西丹寶利酵母有限公司；過磷酸鈣、硫酸銨、酚酞等均為分析純，廣州化學(xué)試劑廠；濃硫酸，重慶長鵬化工有限公司；氫氧化鈉，天津華東試劑廠；果膠，分析純，Sigma公司。

果膠酶100000 U/g[酶活(U)：1 g酶在50℃，pH 5.0的條件下，1 h分解果膠產(chǎn)生1 mg半乳糖醛酸為一個酶活單位]，廣州瑟燁生物科技有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

PHS-3精密酸度計，上海大普儀器有限公司；FA224電子分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；UV-520紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；DK-98-II電熱恒溫水浴鍋，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；98-1-C數(shù)顯控溫電熱套，天津市泰斯特儀器有限公司；DHP-9162電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海恒科科學(xué)儀器有限公司；酒精濃度計，河北省武強(qiáng)縣同輝儀表廠；移液槍，濟(jì)南歐萊博技術(shù)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 糖蜜無酸澄清

稱取200 g糖蜜，加水稀釋到50°Bx，加入過磷酸鈣0.3%，硫酸銨0.6%，果膠酶19 U/g到糖蜜后，平均分成 5組，分別攪拌加熱到 30、40、50、60、70℃，分別自然沉降40 min，離心分離沉降物，澄清糖液降溫至30℃，分析每組錘度。

1.3.2 糖蜜酶法澄清工藝研究

稱取500 g糖蜜，加水稀釋到50°Bx，分析其還原糖濃度。加過磷酸鈣0.3%，硫酸銨0.6%，加熱到50℃，平均分成5組，每組分別按每克糖蜜加入果膠酶10、13、15、17、19 U/g(即上述5組糖蜜分別加入果膠酶 0.01、0.013、0.015、0.017、0.019 g)，攪拌混合均勻后再平均分成5組，每組分別自然沉降20、30、40、50、60 min，分別離心分離排除沉降物，降溫至30℃，分析每組澄清糖液的錘度和總還原糖濃度。

1.4 檢測方法

1.4.1 糖錘度的測定

采用阿貝折光儀測定糖錘度：取待檢溶液數(shù)滴，置于折光棱鏡面上，合上蓋板，使溶液均勻分布在棱鏡面。將儀器進(jìn)光窗對向光源，調(diào)節(jié)視度圈，讀取明暗分界線對應(yīng)刻度讀數(shù)，即為糖錘度。

1.4.2 酒精度測定

采用酒精計法測定酒精度[12]。

1.4.3 還原糖測定

采用 3,5-二硝基水楊酸比色法(DNS法)測定還原糖的含量[10]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

每組實(shí)驗重復(fù)3次，實(shí)驗結(jié)果取平均值，采用Excel軟件對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對果膠酶酶解后糖錘度的影響

將稀釋到50°Bx的糖蜜分別在不同溫度下澄清，離心分離排除沉降物，分析澄清糖液的錘度，實(shí)驗結(jié)果如表1，澄清后錘度隨溫度變化如圖1所示。

由表1和圖1可以看出，隨著溫度的升高，果膠酶將糖蜜中果膠水解成小分子糖越多，糖錘度相應(yīng)升高。在溫度50℃時果膠酶活性最高，糖錘度達(dá)到峰值，溫度過高，果膠酶活性降低，糖錘度相應(yīng)降低。同時也驗證了果膠酶最適溫度為50℃[13]，接下來實(shí)驗將對果膠酶升溫到50℃酶解。

圖1 溫度對果膠酶酶解后糖錘度的影響

表1 溫度對果膠酶酶解后糖錘度的影響

2.2 果膠酶不同添加量對糖蜜澄清的影響

稱取500 g糖蜜，加水稀釋到50°Bx，DNS法測定分析其還原糖濃度為30.11 g/100mL。

2.2.1 果膠酶用量10 U/g時，沉降時間對糖蜜澄清效果的影響

當(dāng)果膠酶用量為10 U/g時，分析每組澄清糖液的錘度和總還原糖變化，如表2所示，分別做糖錘度和還原糖隨澄清時間變化趨勢，如圖2所示。

從表2和圖2可以看出，開始時隨澄清時間延長，糖錘度和還原糖都在升高，澄清時間在40 min時，糖錘度和還原糖濃度達(dá)到峰值。澄清時間過長，酶解的糖可能被灰分和膠體吸附到沉淀物中，造成糖損失。因此果膠酶用量為10 U/g時，最佳澄清時間是40 min。

表2 果膠酶10 U/g時糖蜜不同澄清時間下的澄清效果

圖2 果膠酶10 U/g時糖錘度和總還原糖隨澄清時間變化趨勢

2.2.2 果膠酶用量13 U/g，沉降時間對糖蜜澄清效果的影響

當(dāng)果膠酶用量為13 U/g時，分析每組澄清糖液的錘度和總還原糖變化，如表3所示，分別做糖錘度和還原糖隨澄清時間變化趨勢，如圖3所示。從表3和圖3可以看出，開始時隨澄清時間延長，糖錘度和還原糖都在升高，澄清時間在40 min時，糖錘度和還原糖濃度達(dá)到峰值。澄清時間過長，糖會被灰分和膠體吸附到沉淀物中，造成糖損失。因此果膠酶用量為13 U/g時，最佳澄清時間是40 min。

表3 果膠酶13 U/g時糖蜜不同澄清時間下的澄清效果

圖3 果膠酶13 U/g時糖錘度和總還原糖隨澄清時間變化趨勢

2.2.3 果膠酶用量15 U/g時沉降時間對糖蜜澄清效果的影響

當(dāng)果膠酶用量為15 U/g時，分析每組澄清糖液的錘度和總還原糖變化，如表4所示，分別做糖錘度和還原糖隨澄清時間變化趨勢，如圖4所示。

從表4和圖4可以看出開始時隨澄清時間延長，糖錘度和還原糖都在升高，澄清時間在40 min時，糖錘度和還原糖濃度達(dá)到峰值。澄清時間過長，糖會被灰分和膠體吸附到沉淀物中，造成糖損失。因此果膠酶用量為15 U/g時，最佳澄清時間是40 min。

表4 果膠酶15 U/g時糖蜜不同澄清時間下的澄清效果

圖4 果膠酶15 U/g時糖錘度和總還原糖隨澄清時間變化趨勢

2.2.4 果膠酶用量17 U/g，沉降時間對糖蜜澄清效果的影響

當(dāng)果膠酶用量為17 U/g時，分析每組澄清糖液的錘度和總還原糖變化，結(jié)果如表 5所示，分別做糖錘度和還原糖隨澄清時間變化趨勢，如圖5所示。從表5和圖5可以看出，開始時隨澄清時間延長，糖錘度和還原糖都在升高，澄清時間在40 min時，糖錘度和還原糖濃度達(dá)到峰值。澄清時間過長，糖會被灰分和膠體吸附到沉淀物中，造成糖損失。因此果膠酶用量為17 U/g時，最佳澄清時間是40 min。

表5 果膠酶17 U/g時糖蜜不同澄清時間下的澄清效果

圖5 果膠酶17 U/g時糖錘度和總還原糖隨澄清時間變化趨勢

2.2.5 果膠酶用量19 U/g時沉降時間對糖蜜澄清效果的影響

當(dāng)果膠酶用量為19 U/g時，分析每組澄清糖液的錘度和總還原糖變化，結(jié)果如表6所示，分別做糖錘度和還原糖隨澄清時間變化趨勢，如圖6所示。

從表6和圖6可以看出，開始時隨著澄清時間的延長，糖錘度和還原糖都在升高，澄清時間在40 min時，糖錘度和還原糖濃度達(dá)到峰值。澄清時間過長，糖會被灰分和膠體吸附到沉淀物中，造成糖損失。因此果膠酶用量為19 U/g時，最佳澄清時間是40 min。

圖6 果膠酶19 U/g時糖錘度和總還原糖隨澄清時間變化趨勢

表6 果膠酶19 U/g時糖蜜不同澄清時間下的澄清效果

2.3 果膠酶最適添加量研究

糖蜜添加果膠酶澄清，綜上實(shí)驗所示，果膠酶添加量從10 U/g到19 U/g，最佳沉降時間均為40 min。糖蜜添加果膠酶澄清后，還原糖濃度是糖蜜食品發(fā)酵應(yīng)用最核心的指標(biāo)，將上述實(shí)驗中沉降時間固定為40 min，果膠酶添加量從10 U/g到19 U/g，澄清后還原糖濃度數(shù)據(jù)整理到表7中，分析糖蜜澄清后還原糖濃度隨果膠酶添加量不同變化趨勢，如圖7所示。

圖7 果膠酶不同添加量糖蜜澄清后還原糖濃度變化趨勢

表7 不同果膠酶添加量下糖蜜澄清后還原糖濃度

從表7和圖7可看出，隨果膠酶添加量增加，糖蜜澄清后還原糖不斷升高，果膠酶用量為17 U/g時，還原糖濃度達(dá)到峰值32.90 g/100mL，比未加酶糖蜜還原糖濃度30.11 g/100mL提高了9.3%。因此糖蜜最佳澄清條件為：糖蜜稀釋到 50°Bx, 加熱到50℃，然后沉降40 min，果膠酶最佳添加量是17 U/g。

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗研究了添加果膠酶對糖蜜澄清效果的影響，首先對糖蜜進(jìn)行稀釋，添加過磷酸鈣、硫酸銨和果膠酶，加熱升溫至不同溫度后自然沉降，分析澄清糖蜜錘度，實(shí)驗研究出最適合的澄清溫度。然后將糖蜜稀釋添加不同濃度果膠酶，每組糖蜜分別自然沉降不同時間，分析澄清糖液的錘度和總還原糖，研究最適澄清時間。最后根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)，分析出果膠酶最佳添加量。最終實(shí)驗得出的糖蜜最佳澄清條件為：糖蜜稀釋到50°Bx，加熱到50℃，果膠酶最佳添加量是17 U/g，自然沉降時間為40 min，澄清后糖蜜還原糖濃度為32.90 g/100mL，比未加果膠酶的糖蜜還原糖濃度提高了9.3%。因此糖蜜添加果膠酶澄清能夠明顯提高還原糖濃度，有利于糖蜜應(yīng)用于食品發(fā)酵工業(yè)后提高產(chǎn)品得率。