炼糖过程葡聚糖含量变化研究

陈家贤，常国炜，刘桂云，杨宇格，杨 华，马 步，梁达奉，

（1.广西农垦糖业集团防城精制糖有限公司，广西 防城港 538021；2.广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室；3.广西糖业研发中心）

炼糖过程葡聚糖含量变化研究

陈家贤1，常国炜2，刘桂云2，杨宇格1，杨 华1，马 步3，梁达奉2，3

（1.广西农垦糖业集团防城精制糖有限公司，广西 防城港 538021；2.广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室；3.广西糖业研发中心）

文章采用免疫比浊法测定炼糖过程中各物料的葡聚糖含量，研究葡聚糖在生产过程中的含量变化，为葡聚糖清除工艺提供依据。结果表明：原糖精炼过程中七系结晶各系糖浆葡聚糖含量逐渐提高，前后两系糖浆中葡聚糖含量具有相关性；由原糖带入的葡聚糖进入糖产品中的比例约为45%。

免疫比浊法；葡聚糖；原糖加工；清除率

0 前言

葡聚糖是一种普遍存在于原糖中的多糖，其含量是原糖质量的重要指标之一。新鲜甘蔗中几乎不含葡聚糖，但当甘蔗受刀伤、火烧、霜冻或在收割后长时间放置，就会受肠膜明串珠菌等微生物感染消耗蔗糖形成葡聚糖。在国外，甘蔗砍收方式主要以机械收割为主，有些地区在甘蔗砍收前还会对甘蔗进行火烧等处理，所得的甘蔗表皮损失严重且切口数量多，容易受微生物感染［1］。国外生产原糖的澄清工艺主要是石灰法，整个生产过程对葡聚糖清除率不高，因此进口原糖中往往含有一定量的葡聚糖［2］，表1为国外原糖葡聚糖情况。

表1 不同品牌原糖输出国的分析指标［2］

葡聚糖的存在会使炼糖过程中糖浆粘度升高，对过滤、蒸发浓缩、煮糖（结晶）和分蜜等工艺过程造成不良影响，而且葡聚糖在煮糖过程中会包裹在蔗糖晶体内，降低精制糖品质［3-4］。国外的炼糖企业很早就认识到葡聚糖对炼糖的不良影响，并制定了相关措施从源头控制葡聚糖的进入，如美国著名的Amstar炼糖公司制定的原糖购买合同中，规定了葡聚糖等指标及惩罚制度（见表2）［2］。

中国是原糖进口大国，国家标准（GB15108-2006）要求进口原糖的葡聚糖含量小于400mg/kg。但由于传统的葡聚糖检测技术复杂、检测耗时长、准确性不高［5］，国内并没有对进口原糖的葡聚糖含量进行检测。再加上国内精炼糖厂对原糖的质量要求常常偏重于原糖的糖度、色值等指标［6］，对葡聚糖含量这一重要指标缺乏认识，进口原糖质量参次不齐，严重影响国内炼糖工业。

由于之前炼糖业普遍对葡聚糖问题缺乏关注，而且受检测手段限制，葡聚糖在原糖精炼过程中含量变化情况如何，目前尚无定量评价。免疫比浊方法根据抗体与抗原（葡聚糖）的特异性反应，可快捷、准确、定量测定原糖、中间物料和产品及副产品中的葡聚糖含量，因此本文采用免疫比浊法测定炼糖过程中各物料的葡聚糖含量，研究葡聚糖在生产过程中的含量变化，为葡聚糖清除工艺提供依据。

表2 原糖质量合同（葡聚糖）

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

葡聚糖单克隆抗体试剂盒（由绿色制糖八桂学者研发团队提供）；原糖、糖浆及精糖（广西农垦糖业集团防城精制糖有限公司）。

1.2 主要设备

MCA浊度计、锤度计、阿贝折光仪、电子天平

1.3 分析指标和方法

1.3.1 常规指标

按《甘蔗制糖化学管理分析方法》进行。

1.3.2 葡聚糖含量

1.3.2.1 试剂配制和样品预处理

抗体溶液的配制：室温下溶解葡聚糖单克隆抗体。加入13mL抗体稀释液，充分摇匀溶解，静置15min备用。用0.45μm滤膜过滤抗体。

Dextran T-2000标准液的配制：称量0.0500g Dextran T-2000粉末，记录其质量m（精确至0.0001g），用蒸馏水溶解并定容至100mL，摇匀。用移液管吸取5mL上述Dextran T-2000溶液到4.0g标准糖中，继续用蒸馏水将标准糖溶解并定容至25mL，摇匀，用0.45μm滤膜过滤，备用。

固体糖品的预处理方法：取16.0g样品，用蒸馏水溶解并定容到100mL，用0.45μm滤膜过滤，备用。

液体样品的预处理方法：测量样品的锤度和密度，记为°Bx原（精确至0.1）和ρ原。用蒸馏水将样品稀释至锤度为13.5～16.5°Bx，记录其锤度为°Bx稀（精确至0.1）。测量其密度，记为ρ稀。用0.45μm滤膜过滤，备用。

1.3.2.2 抗体标定

把1mL抗体加入测试皿中，读取稳定浊度值作为空白值（N样）加入10μL待测样品，立即用移液枪反复吹打6次（尽量避免产生气泡）并置入浊度计，取最高值为样品溶液的浊度值（N样）。

1.3.2.3 样品标定

把1mL抗体加入测试皿中并置入浊度计，读取最高值作为样品的浊度值（N标0），加入10μL浓度的标准品，立即用移液枪反复吹打6次（避免产生气泡）并开始计时，置入浊度计，读取标准品的浊度值N标。

1.3.2.4 数据处理

其中：

C——Dextran T-2000标准液的浓度，mg/L

m——T-2000的质量，g

w——T-2000的含水量（已在试剂盒内注明）

其中：

G——固体糖品中葡聚糖含量，mg/kg糖

其中：

S——液体样品中，每千克固溶物含葡聚糖的毫克数（即对锤度的葡聚糖含量），单位：mg/kg×°Bx

ρ稀——稀释后的液体样品的密度，单位：kg/L

°Bx稀——稀释后的液体样品的锤度。

2 过程与操作

2.1 原糖精炼过程简介

原糖精炼工艺过程如图1所示：原糖蜜洗后（蜜洗情况由原糖色值决定）回溶，并用碳饱充、板式压滤进行澄清处理，得到的糖浆经过离子交换树脂脱色、蒸发浓缩、煮制（分蜜）等工序，最终得到产品精糖。精炼糖厂采用七系煮糖制度，依次为R1、R2、R3、R4、A、B、C，即前一系糖膏离心出的糖蜜作为下一系的糖浆，其中，R1、R2糖浆煮制的糖膏分蜜得到精制糖。

图1 原糖精炼工艺过程

2.2 试验方法和时间

在糖厂进行常规化验的情况下，增加采集以下样品进行葡聚糖含量检验：每5天集一次原糖样，每班取原糖稀汁瞬时样，定期取A糖、B糖、C糖的瞬时样，每天取精糖、各系糖浆（R1糖浆、R2糖浆、R3糖浆、R4糖浆、A糖浆、B糖浆、C糖浆）的集合样；每罐C糖的糖蜜瞬时样。试验时间为29天。

3 结果与讨论

3.1 原糖的葡聚糖含量与溶糖过程对葡聚糖含量的影响

表3为试验期间的原糖葡聚糖含量情况。由于入厂原糖质量的差异，5次原糖样中的葡聚糖含量有所波动，幅度在186～325mg/kg糖，原糖稀汁中含葡聚糖在226～275mg/kg°Bx。两种样品的平均值分别是243mg/kg糖和242mg/kg°Bx，结果非常接近，说明在溶糖的过程中，葡聚糖含量没有明显变化。从微生物生长的角度分析，由于溶糖时温度较高（达63～ 70℃），糖液锤度较高（达62～67°Bx），微生物很难在这种条件下生长，所以并不能把蔗糖转化为葡聚糖。从葡聚糖的性质来看，63～70℃的高温并不能将葡聚糖降解。所测原糖主要从巴西进口，而巴西以机收甘蔗为主，所以原糖中葡聚糖含量较高。

表3 原料中葡聚糖量

3.2 澄清、蒸发后葡聚糖含量变化情况

根据29天的平均结果，R1糖浆葡聚糖含量为246mg/kg°Bx，而原糖稀汁的葡聚糖含量为242 mg/kg °Bx，葡聚糖含量没有明显变化，这主要是因为葡聚糖在水中高溶解性和低极性，澄清和蒸发均不能有效去除或降解葡聚糖。在加灰、CO2饱充、硅藻土吸附、压滤、树脂处理及蒸发等几个处理中，糖汁一直处于不利于微生物生长的状态，所以应该是没有新的葡聚糖产生。

3.3 煮糖过程葡聚糖含量变化

蔗糖结晶是一个高度提纯过程，但是在结晶过程中仍然会有杂质被包藏并与蔗糖共结晶。其中，糖液中葡聚糖就会以一定的比例进入蔗糖晶体中，并阻碍蔗糖晶体的生长，降低产品质量［7-8］。通过表4的数据可知，糖浆葡聚糖含量随煮糖系数后移而逐渐升高，图2、图3表明后系糖浆中葡聚糖量与前系糖浆中葡聚糖量具有相关性，也证明了这一点，主要是因为结晶过程部分葡聚糖进入蔗糖晶体，其余留在母液中，分蜜后作为下一系的糖浆进行下系煮糖。由表5可知，中间在制品糖晶体中葡聚糖含量随煮糖系数后移逐步升高，把表4和表5的相关数据对应起来分析，可以看出，糖浆的葡聚糖含量越高，对应晶体中葡聚糖含量越高。精制糖产品中葡聚糖量平均为134mg/kg糖，根据糖厂实验期间处理原糖总量和所得精糖量的数据，可知糖浆中大概45%的葡聚糖进入精制糖产品。

表4 各系糖浆葡聚糖含量

表5 产品及中间制品、废蜜中葡聚糖量含量

图2 R1糖浆与R2糖浆中葡聚糖量的关系

图3 R2糖浆与R3糖浆中葡聚糖量的关系

4 结论与展望

从生产工艺和各试验数据可以知道，整个炼糖过程都处于微生物难以生长的状态，所以炼糖过程中出现的葡聚糖绝大部分是从原料（原糖）引入的，而炼糖过程中的澄清、蒸发工段并不能有效去除葡聚糖，结晶过程对葡聚糖的清除率也不高。所以，要解决炼糖过程中的葡聚糖问题应该从两个方面入手：一是使用不含或含量较低的原糖作为炼糖原料；二是在炼糖过程中加入葡聚糖酶。葡聚糖酶是能高效降解葡聚糖的生物制剂，随着绿色制糖的深入发展，葡聚糖酶已经被成功开发并进行了糖厂应用。梁达奉教授［9］及其科研团队进行了葡聚糖酶在炼糖厂生产应用的试验，结果表明，葡聚糖酶对原糖精炼过程物料及产品中葡聚糖的除去有明显的效果，对糖厂节能减排及提高糖回收率等有显著效果。因此免疫比浊法检测葡聚糖含量及葡聚糖酶在精炼糖厂的使用，将有利于提高糖厂产品质量和经济效益。

［1］ 韦雪珠译.精炼糖厂中的原糖质量概况［J］.广西蔗糖，2013，70（1）:37-39. ［2］ 霍汉镇.制糖工艺与装备的新概念与新实践［M］.全国甘蔗糖业信息中心，2002:297-298.

［3］ 梁达奉，曾练强，郭亭等.葡聚糖对制糖工业的影响及对策（上）［J］.甘蔗糖业，2008，3:28-33.

［4］ 梁达奉，曾练强．葡聚糖对制糖工业的影响及对策（下）［J］.甘蔗糖业，2008（4）:23-27.

［5］ 柳颖，蚁细苗，林荣珍，等U免疫比浊法定量检测葡聚糖的研究［C］.甘蔗糖业，2013（05）:1-2.

［6］ 何凤仪.原糖的质量与加工［J］.甘蔗糖业，2007，（2）:37-44.

［7］ 杨光昭，甘蔗制糖过程葡聚糖初探［J］.四川制糖发酵，1992（3），15-19.

［8］ PromraksaA，FloodA E，SchneiderP A.Measurement and analysis of the dextran partition coefficient in sucrose crystallization［J］.JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH.2009，14（311）:3667-3673.

［9］ 马步，常国炜，蚁细苗等.葡聚糖酶在原糖精炼生产中的应用研究［J］.广西糖业，2014，（3）:18-21.

TS244

B

2095-820X（2016）05-05

2016-09-17

陈家贤（1983-），女，工程师，主要从事制糖工业化学分析技术。

梁达奉（1964-），男，教授级高级工程师，主要从事制糖及微生物工程技术研究。