不同温度和pH值对蔗汁品质指标的影响

沈石妍，李艳芳，胡瑞云，李雪珍，郭家文

（云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远661699）

不同温度和pH值对蔗汁品质指标的影响

沈石妍，李艳芳，胡瑞云，李雪珍，郭家文*

（云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远661699）

制糖生产过程中蔗糖的转化会使得糖分回收率大大降低，同时蔗糖转化生成的还原糖、色素物质还加大了糖分提炼的难度。为研究蔗汁在不同处理工序中糖分的变化情况，模拟压榨和清净过程的操作条件对蔗汁在不同pH值和温度下各主要技术指标的变化规律进行了试验。结果表明，不同温度及pH值条件下蔗汁的视纯度、蔗糖分、还原糖分、pH值、色值均会发生不同的变化，中性条件下蔗汁的品质能得到较好的保证，可减少蔗糖的分解和有色物质的大量生成，达到提高糖分回收率和产品质量的目的。

蔗汁；温度；pH值；糖分转化；品质指标

蔗汁是甘蔗经过压榨后的产物，是制糖过程的主要原料。蔗汁中含有很多种化学成分不同的物质，如：蔗糖、还原糖、各种多糖类、蛋白质、各种氨基酸和酰胺、有机酸、果胶和其它胶体、蔗酯、蔗蜡及各种色素，还有混杂的蔗屑和泥沫等，成分非常复杂[1]。在制糖生产的压榨和澄清工序，受到蔗汁成分和甘蔗本身所带有的微生物、细菌等的影响，蔗汁在处理和流转过程中不可避免地会发生糖分转化，造成蔗汁品质下降，如出现蔗糖分降低、还原糖升高、糖液粘度增大、颜色加深等情况[2]，这些对制糖生产的糖分回收和产品质量都是极为不利的，且糖液在低浓度下更容易发生蔗糖的转化。本试验拟模拟压榨和清净过程的操作条件，研究蔗汁在不同pH值和温度条件下蔗糖分、还原糖分、视纯度、pH值的变化情况，以期能为实际生产中采取最佳的工艺控制方法、减少糖分的转化、提高糖分回收率提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用云南省农业科学院甘蔗研究所第一试验基地种植的新台糖22、云蔗05-51、桂糖29混合样品作为研究材料，甘蔗均为种植2年的宿根蔗。

1.2 主要仪器

自动折光仪（Rudolph J257，美国鲁道夫公司）；自动旋光仪（Rudolph AUTOPOL 880，美国鲁道夫公司）；恒温水浴锅（HWS-26，上海一恒科学仪器有限公司）；数显pH计（BenverUB-7，德国赛多利斯股份公司）；紫外/可见分光光度计（UV754N型，上海精密科学仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品预处理将准备好的甘蔗混合样品用实验室小型压榨机压榨提汁，蔗汁过100目滤网滤去蔗渣、蔗屑后待用。本试验榨出汁的pH值为5.3，试验模拟制糖生产压榨和清净过程蔗汁的温度条件，设定试验温度为30℃和90℃。

1.3.2 试验步骤将准备好的蔗汁分成3份，1份为原样，其余两份用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0和8.5，将3组pH值不同的样品各分成两份用塑料自封袋盛装，分别置于30℃和90℃恒温水浴锅中进行保温，间隔规定时间取出适量蔗汁用于锤度、旋光度、蔗糖分、还原糖分、pH值、色值等指标的测定。

1.3.3 检测方法检测方法按照文献[3]进行检测。锤度用折光法、转光度用一次旋光法、蔗糖分用二次旋光法、还原糖分用兰—艾农法、pH值用电位法、色值采用在制品色值测定方法。

2 结果与分析

2.1 蔗汁视纯度变化情况

视纯度是糖液固形物中蔗糖含量的近似值，由于视纯度的测定比较简单快速，其变化情况间接反映出蔗糖分的变化情况，是制糖生产中比较重要的一个工艺指标。蔗糖的化学转化需要在高温下才易发生，室温下蔗糖的转化多由微生物和细菌分解的转化酶引起[2]。从图1、图2可以看出，30℃条件下酸性蔗汁视纯度下降很快，经过保温330 min后，视纯度下降了2.49%，中性蔗汁下降了0.69%，而碱性条件下视纯度变化很微小，说明蔗糖在碱性条件下比较稳定。而90℃高温下，中性蔗汁和碱性蔗汁的视纯度变化均很小，保温330 min后视纯度分别下降-0.1%和-0.3%，说明高温下蔗糖在中性和碱性条件下均比较稳定，不容易发生转化，甚至由于蔗汁中的还原糖在碱性条件下容易分解，蔗汁中左旋性物质减少而导致视纯度略有升高。而酸性蔗汁的视纯度则随时间下降较快，保温330 min后视纯度降低了3.3%。蔗汁中的酸性物质主要是有机酸，其酸性较弱，对蔗糖的转化作用也较慢，因此初始阶段蔗汁视纯度下降较慢，150 min以后才开始有明显下降的趋势。

图1 30℃下蔗汁视纯度变化情况

图2 90℃下蔗汁视纯度变化情况

2.2 蔗汁蔗糖分变化情况

二次旋光法测定的蔗糖分消除了蔗汁中还原糖等其它旋光性物质对测定结果的影响，能更准确地表达蔗汁中蔗糖分的变化情况。见图3、图4，酸性蔗汁在30℃和90℃下蔗糖分均下降明显，30℃下保温330min后酸性蔗汁蔗糖分降低了0.51%，中性蔗汁降低了0.20%，而碱性条件下蔗糖分相对稳定，仅变化了0.04%。高温下蔗糖的转化多为酸性条件下的化学转化，由于蔗汁中的有机酸酸性较弱，对蔗糖的转化能力也较弱，初始阶段蔗糖分下降较慢，90℃下保温150 min蔗糖分的降低不到0.1%，但是330 min后蔗糖分下降了0.42%。中性蔗汁和碱性蔗汁的蔗糖分在高温下则较稳定，保温330 min后蔗糖分仅下降了0.14%和0.05%。

图3 30℃下蔗汁蔗糖分变化情况

图4 90℃下蔗汁蔗糖分变化情况

2.3 蔗汁还原糖分变化情况

从图5、图6可以看出，30℃下碱性蔗汁的还原糖分随时间变化很小，仅变化了0.03%，这是由于pH8.5的碱性条件下蔗糖分较稳定不易分解。而酸性蔗汁和中性蔗汁中还原糖分别升高了0.09%和0.13%，升高的比例与蔗糖分降低程度不一致，这可能是由于微生物在将蔗糖转化为还原糖的同时，进一步将还原糖分解成了小分子的有机酸[4]，从蔗汁pH值明显降低可印证这一结论。蔗汁中还原糖分变化情况取决于蔗糖和还原糖分解的速度差，当二者速度一致时，还原糖不会发生变化，当前者大于后者时，还原糖分升高。90℃下酸性蔗汁还原糖明显升高，保温330 min后还原糖升高了0.49%，这是因为高温和酸性环境使得蔗糖迅速转化为还原糖，而还原糖在酸性条件下不易分解积累所致。碱性和中性蔗汁在90℃下保温330 min，还原糖分变化值仅为-0.08%和-0.01%，这与在此条件下蔗糖不易分解有关，且还原糖在碱性条件下容易分解，使得蔗汁还原糖分还有所降低。

图5 30℃下蔗汁还原糖分变化情况

图6 90℃下蔗汁还原糖分变化情况

2.4 蔗汁pH值变化情况

从图7可以看出，30℃下酸性蔗汁和中性蔗汁的pH值下降速度快于碱性条件，保温330 min后酸性和中性蔗汁的pH值分别降低了0.44和0.89，说明在转化酶的作用下，蔗糖转化成的还原糖被进一步分解为有机酸及其它物质，蔗汁的pH值逐步降低。而碱性蔗汁的pH值仅下降了0.22，这是由于弱碱性条件下蔗糖不容易发生转化，仅蔗汁本身所含有的还原糖分解导致pH值略有降低。从图8可以看出90℃下，酸性和中性蔗汁pH值下降较缓，330 min后pH值分别下降了0.12和0.45，而碱性蔗汁的pH值下降了0.78，这与碱性条件下还原糖易分解为有机酸和色素物质有关[2]，此过程由于美拉德反应而大大加速，导致pH值明显下降。

图7 30℃下蔗汁pH变化情况

图8 90℃下蔗汁pH变化情况

2.5 蔗汁色值变化情况

高温下，蔗汁中的成分容易发生变化产生色素物质。从表1可以看出，蔗汁在不同的pH值条件下，色值的增加值差别是很大的，经过330 min保温后，酸性蔗汁色值升高了11.11%，中性蔗汁升高了36.36%，碱性蔗汁升高了50.00%。碱性条件下色值的增加值最高，这与还原糖的美拉德反应、碱性条件下还原糖的分解以及蔗汁中的色素前体在碱性条件下显色有关，这些有色物质的生成往往是不可逆的，且不容易被清除，留在蔗汁中对最终产品的色值造成影响。

表1 90℃下不同pH蔗汁色值

3 结论与讨论

3.1 不论是高温下还是室温下，酸性条件都是蔗糖发生转化的重要因素，随着时间的变化，酸性蔗汁的蔗糖分下降速率远远超过中性蔗汁，而碱性条件下蔗糖分则相对稳定。试验中蔗汁在30℃和90℃下保温330 min，酸性蔗汁的蔗糖分下降了0.51%和0.42%，但高温下初始阶段蔗糖分的下降速度并不快，150 min内蔗糖分下降率不到0.1%。中性蔗汁蔗糖分下降了0.2%和0.12%，碱性蔗汁蔗糖分降低仅0.04%和0.05%。在压榨生产过程中，设备、管道的卫生死角常常导致微生物和细菌大量繁殖，致使蔗糖的转化速度远远高于实验室结果，造成严重的糖分损失，因此除定时采取消毒杀菌措施外，对蔗汁进行预灰处理，使蔗汁保持中性是非常必要的，且时间越早越好。同时应尽量缩短蔗汁停留的时间，可大大减少蔗汁流转过程的糖分损失。在清净过程中，蔗汁温度较高，停留时间较长，酸值偏低容易造成糖分的转化，保持蔗汁呈中性且缩短高温下蔗汁的停留时间是减少蔗糖转化的最佳方法。

3.2 糖分转化会导致蔗汁视纯度降低、还原糖分升高，通过了解蔗汁视纯度和还原糖分的变化情况可间接地了解蔗糖分的变化情况。试验中酸性蔗汁在30℃和90℃下保温330 min，视纯度分别下降了2.49%和3.3%，还原糖分增加了0.09%和0.49%。30℃下还原糖分变化值不大的原因，主要是微生物和细菌在将蔗糖转化为还原糖的同时，又将还原糖分解为有机酸等多种产物。

3.3 碱性条件下还原糖易分解生成有机酸、胶体及色素物质。试验中90℃下碱性蔗汁保温330 min后pH值降低了0.78，色值升高了50.00%，而酸性和中性蔗汁pH仅降低0.12和0.45，色值分别升高11.11%和36.36%。反应生成的深色物质通常是不可逆的，也很难除去，留在蔗汁中会影响最终产品质量。另外，还原糖、胶体物质的增加会加大后续工序糖分回收的难度。因此生产中蔗汁的pH值应尽量控制至中性，以减少糖分的损失和深色物质的生成，提高糖分回收率和产品质量。

[1]霍汉镇.制糖工艺与装备的新概念与新实践[M].北京：全国甘蔗糖业信息中心，2002：1-38

[2]无锡轻工业学院，华南理工学院.甘蔗制糖工艺学[M].北京：轻工业出版社，1979：12-23

[3]李墉，郑长庚.甘蔗制糖化学管理分析方法[M].广州：中国轻工业总会甘蔗糖业质量监督检测中心，1995：30-53

[4]J Bruijn:Sucrose Decomposition during the Milling of Cane[J].South African Sugar Journal，1959，10：871-889

Effect of Different Temperature and pH on the Quality Indices of Cane Juice

SHEN Shi-yan,LI Yan-fang,HU Rui-yun,LI Xue-zhen,GUO Jia-wen*
(Sugarcane Research Institute,Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kaiyuan Yunnan 661699)

Sugar conversion led to decreases of sugar recovery rate in the sugar manufacturing.The reducing sugar and pigment can significantly increase the difficulties of sugar refine.In order to study the change of the sugar in different sugar juice treatment process,simulation test of main technical parameters was made under different temperature and pH during the milling and purification process.The result showed that the content of apparent purity,sucrose and reducing sugars,pH and colour of cane juice had different changes with change of temperature and pH.Neutral pH could reduce sucrose destruction and the produce of colored matters,so that neutral pH could guarantee the quality of cane juice and achieve the aim of improving recovery rate and sugarquality.

cane juice;temperature;pH;sugar conversion;quality index

S566.1；TS244

A

1007－2624（2016）06－0007－03

10.13570/j.cnki.scc.2016.06.003

2016-07-05

国家科技支撑计划（2012 BAD14 B18-04）。

沈石妍（1968-），女，高级工程师，主要从事蔗糖深加工及副产物综合利用方面研究。E-mail：okmlshshy@sina.com

郭家文（1979-），男，研究员,从事甘蔗产业综合技术研究。E-mail：79jwguo@163.com.