酶提高低质量原糖加工效率的应用

赵 路，吴 鹏，刘宝龙，宋宵因

（苏州昆蓝生物科技有限公司，江苏 苏州 215123）

0 前言

在以原糖为原料进行精加工的过程中，原糖质量对加工效率影响很大。受甘蔗品种、气候和生产工艺不同的影响，来源于不同国家、不同批次的原糖质量有很大的差异。数据显示，不同来源的原糖在加工过程糖分回收率一般为86.98%~97.96%，最高和最低回收率差距高达10%以上。特别是泰国原糖，相比巴西、澳大利亚等国的原糖质量更差。其含糖分偏低，水分偏高，而且色值高，含胶体物质多，黏性大；不利于深加工的进行［1］。

江苏某原糖加工厂在2019年进口的部分批次泰国原糖由于质量原因对生产造成了很多负面影响。这些糖溶解后糖浆黏度大，煮糖时糖膏黏度大，对流差，糖蜜多，甲糖膏产糖量低，废蜜率增加，造成糖分损失增多，显著的降低了生产效率。

多数情况下，糖浆黏度大主要是由于淀粉、α-葡聚糖、纤维素、木聚糖和果胶等大分子多聚糖引起的。连续跟踪检测了生产线上溶糖罐糖浆、清净后糖浆、白砂糖中大分子多聚糖含量，结果如表1和表2所示。原料中淀粉、α-葡聚糖和果胶含量高，并且经过清净处理及结晶后，残留到白砂糖中的淀粉、α-葡聚糖和果胶含量分别高达225.14、101.55和44.28 mg/kg°Bx，说明现有生产工艺对这三种多聚糖去除效果有限。淀粉是一种大分子胶体物质，吸水溶胀，会造成蔗汁的黏度显著提高，使糖浆难以过滤，并且淀粉在蔗糖结晶过程中会进入蔗糖晶体，影响白砂糖品质，导致更多的糖分损失。另外，白砂糖的淀粉是导致白砂糖产生酸性絮凝物的主要因素之一［2］。大分子的葡聚糖会导致糖浆和糖膏黏度的大幅提高及蔗糖结晶效率的下降。由于黏度的提高，导致了煮沸和蒸发时间延长及结晶速率降低的综合效应，降低了工厂的加工能力。据估计，在糖浆中，每300mg/kg的葡聚糖会使糖蜜纯度提高1%［3］。推测这三种多聚糖含量高是导致这部分泰国原糖精炼效率低的主要原因，为了验证推测是否准确及提高精炼效率，可通过其他方法去除这三种多聚糖，对比去除前后生产情况。

表1 在制品及白砂糖多聚糖成分检测结果

表2 多聚糖去除率

生物酶能高效、专一的降解相应的大分子底物，可用于提高传统制糖除杂澄清技术的效率。早在20世纪60年代，南非就有将α-淀粉酶用于制糖业的报道。应用淀粉酶降解糖汁中的淀粉被认为是很有应用前景的方法［4］。黄俊杰［5］等人总结了多种酶制剂在制糖澄清工艺的特性和作用。如黄康宁［6］对酶制剂澄清条件进行研究，确定了复合酶用于澄清的最适条件为：pH值4.7，温度30℃。另外煮炼过程中糖膏锤度高，高浓度的蔗糖能对酶起到一定的保护作用。如郑慧琳等［7］指出在甘蔗品质较差的地区，蔗糖复合酶降低糖液黏度，提高糖膏结晶率，提高煮炼收回率，提高产品质量，降低能耗，经济效益明显。

为了解决高黏度原糖对生产造成的不利影响，尝试应用制糖专用复合酶降低糖浆黏度。该复合酶由纤维素酶、α-葡聚糖酶、淀粉酶、果胶酶和木聚糖酶等多种酶制剂复合而成，可用于降解糖浆中存在的α-葡聚糖、可溶性纤维、淀粉、果胶和木聚糖等非糖分杂质，并且该复合酶不会水解蔗糖。

1 降低糖浆黏度

在生产车间溶糖罐中取糖浆，锤度为67.98°Bx，分成几份，60℃水浴将糖浆温度升到60℃，然后分别加入不同添加量的复合酶进行反应，每10min取样检测糖浆黏度。糖浆黏度变化情况，如图1所示。加入复合酶开始反应后，糖浆黏度会迅速下降，并且随着反应时间的增加，黏度下降速度逐渐变慢。当反应时间达到1h时，按原糖量计算，200和250ppm添加量的糖浆黏度相比加酶前分别下降33.14%和34.17%，两者相差不大。说明当添加量增加到一定程度时，继续增加加酶量，只能加快反应初期黏度下降速度，但随着反应的进行，最终黏度下降程度相差并不大。因此，添加200ppm复合酶既可以有效降低糖浆黏度，并且复合酶使用成本低于250ppm添加量，又可以降低生产成本。

图1 糖浆黏度变化情况

2 复合酶去除多聚糖的效果

在生产过程中，在溶糖过程中连续添加复合酶，按原糖计，复合酶添加量为200ppm，连续运行10天后，跟踪检测原料原糖、清净后糖浆、白砂糖中淀粉、α-葡聚糖和果胶等多聚糖含量，结果如表3和表4所示。从表4可以看到，加酶后经过清净处理后多聚糖去除率大幅提高，淀粉、α-葡聚糖和果胶清净去除率分别达到81.11%、78.48%和86.96%，清净后糖浆中含量分别为65.43、92.37和22.46mg/kg°Bx。由于复合酶的作用，多聚糖含量被控制在较低水平，糖浆黏度下降，还发现经过结晶后，多聚糖去除率比未加酶时更高，这说明多聚糖含量越高，其在结晶过程中更容易进入蔗糖晶体。通过前期降低多聚糖含量，能进一步降低蔗糖中多聚糖含量，提高成品白砂糖品质。

表3 原糖及加酶后多聚糖成分检测结果

表4 未加酶和加酶后多聚糖成分去除率

3 应用复合酶对煮糖的影响

3.1 感官影响

煮糖过程中，工人表示加酶后母液黏度降低，物料对流更好，晶体吸收更好、更快，蔗糖晶体颗粒大小更加均匀，糖蜜变少，煮糖更容易了。

3.2 煮糖相关指标对比

由表5所示的统计数据来看，使用复合酶后，由于物料对流更好，晶体吸收更好、更快，煮糖时间平均缩短18min，缩短幅度达17.14%，煮糖时间缩短可以提高生产效率，同样的时间可以煮制更多糖膏，并且可以减少蒸汽和用电等能源消耗。甲糖膏产糖量提高16.16kg/m3，结晶率提高0.67%，说明从甲糖膏中提出了更多的糖分，并且可以减少乙糖膏、丙糖膏煮制量及相应的能耗。从总的物料衡算来看，提高了产糖率，降低了废蜜产率。

表5 煮糖相关指标对比

4 结论

部分批次原糖由于淀粉、α-葡聚糖和果胶等多聚糖含量高，导致糖浆黏度大，产糖率低等问题。通过应用制糖专用复合酶降解原糖中淀粉、α-葡聚糖和果胶等多聚糖，可以有效降低糖浆黏度，缩短煮糖时间，提高煮糖效率和降低能耗。使用复合酶后，生产效率更高，产糖率提高了0.81%，废蜜产率下降1.19%，同样的原糖可以产更多的白砂糖，增加了糖厂的效益。