蔗汁中淀粉含量快速检测方法应用研究

2022-06-10张家智温惠宇劳权惠钊1于福才董荣富

甘蔗糖业 2022年1期

张家智，温惠宇，劳权惠，杨钊1,,3，于福才*，蒙军，董荣富,3，王宝

(1中粮营养健康研究院有限公司/老年营养食品研究北京市工程实验室/营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209；2中粮崇左糖业有限公司/广西壮族自治区甘蔗产业链延伸工程研究中心，广西崇左 532200；3中粮糖业控股股份有限公司/农业部糖料与番茄质量安全控制重点实验室/国家糖料加工技术研发专业中心/中粮糖业控股股份有限公司博士后科研工作站，新疆昌吉 831100)

0 前言

在制糖生产过程中，蔗汁中非糖成分对其澄清工艺指标的确定具有很大影响[1]。其中，甘蔗中淀粉颗粒受压榨渗透热水作用分散于蔗汁，经受热糊化溶解为可溶性黏稠糊状物，并难以凝聚或沉淀，进而增加蔗汁黏度、降低沉降效率，增大糖膏黏度、阻碍蔗糖结晶，明显提高澄清环节过滤难度，严重影响煮糖环节成糖品质与糖蜜提取率[1-2]。若成品糖中淀粉含量过高，会出现白砂糖混浊、酸性絮凝物偏高等问题，影响成品质量[2-3]。有研究报告指出，原糖中淀粉含量高是炼糖厂精制澄清阶段过滤性能低下的主要因素[4-5]，且碳酸法澄清工艺比亚硫酸法具有更佳的清净效果[5-6]。所以测定中间蔗汁中淀粉含量对于监控白砂糖质量与提升澄清过滤性能具有重要意义。

目前蔗汁中淀粉含量的常用测定方法为酶解法和碘显色法。酶解法通过淀粉酶和盐酸将淀粉逐步分解为葡萄糖，通过测定其中还原糖含量以换算淀粉含量，但是反应慢、历时长、重现性差[7]；碘显色法利用淀粉与碘间的显色反应通过比色分析来测定淀粉含量，可用酒精将淀粉沉淀后离心分离，或将蔗汁煮沸过滤后直接测定，但是误差较大，结果可信度低[8-10]。陈骏佳[11]等结合酶解法与碘显色法各自优点建立了一种蔗汁与糖浆中淀粉含量测定新方法，但由于国内现有糖浆淀粉含量的分析数据较少，其中多选择白砂糖进行测定，而少有针对中间蔗汁与糖浆开展，对实际生产指导意义有限[4-7,10-12]。故本实验在此基础上选取崇左某糖厂原糖生产过程中的初压汁、末压汁、混合汁与澄清汁作为研究对象，进一步对中间蔗汁淀粉含量快速测定方法展开研究。

1 试验与方法

1.1 试验设计原理

将蔗汁煮沸以液化淀粉颗粒，添加适量醋酸铅以澄清除杂，静置一段时间后经压滤得到蔗汁清液；而后取定量清液加入过量淀粉酶，将其中淀粉完全分解后再升温使酶失活，从而得到无淀粉的蔗汁清液。以无淀粉蔗汁清液为空白对照，利用碘显色法测量其中淀粉含量。

1.2 主要仪器与试剂

60目标准筛；数显恒温水浴锅，江苏科析仪器有限公司；ZD-5L型正压过滤器，海宁市正大过滤设备有限公司；微孔过滤膜(孔径为0.45 μm)，海宁市正大过滤设备有限公司；手动微量移液器，艾本德(上海)国际贸易有限公司；721-100型可见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司。

碱式醋酸铅（糖用），高温淀粉酶2.0P（液）(无锡怡竹生物科技有限公司，8万u/g)，1 mol/L盐酸，稀碘液(15 mmol/L KI，5 mmol/L I2)。

淀粉标准溶液：称取约1.50 g可溶性淀粉并平铺于直径为10 cm的称量皿中，在120℃的烘箱中烘干约2 h，取出后放入干燥器冷却至室温，准确称取0.25 g烘干淀粉于150 mL烧杯内，用少量水调和后缓慢倒入约l00 mL的沸水中，煮至透明后继续煮沸l0 min，冷却至室温后加水定容至500 mL，制得500 mg/L的淀粉标准溶液，即配即用。

1.3 实验方法

1.3.1 经澄清除杂制备蔗汁清液

经60目标准筛过滤后取500 mL中间蔗汁加入到1000 mL烧杯中，加热煮沸15 min，煮沸过程中适当加水补足。加入适量醋酸铅后搅拌，静置待絮凝物沉淀完全，取上层清液，经孔径为0.45 μm的微孔过滤膜趁热压滤后，得到不少于150 mL的澄清滤液备用。

1.3.2 酶解法制备空白蔗汁清液

量取100 mL蔗汁清液于150 mL烧杯中，加入50 μL高温淀粉酶，在70～80℃下反应30 min以上，以确保淀粉酶能完全去除清液中原有的淀粉，再立即煮沸20 min使淀粉酶失活，煮沸过程小火加热，并补水至100 mL，取出后冷却至室温。

1.3.3 碘显色法确定淀粉在蔗汁清液中的反应曲线

采用不同规格的微量移液枪于7个10 mL比色管中各加入1 mL无淀粉蔗汁清液及1 mL 1 mol/L盐酸；依次加入500 mg/L可溶性淀粉标准溶液0、50、100、200、300、400、500 μL，加入5 mL稀碘液后加水补足至10 mL定容；摇匀并放置5 min备用。上述各比色管中蔗汁淀粉浓度分别为0、25、50、100、150、200、250 mg/L。以空白对照组调零，于580 nm波长下测定蔗汁吸光度，并以吸光度为横坐标，相应淀粉含量为纵坐标作图，绘制蔗汁中淀粉含量的标准工作曲线并建立回归方程。

1.3.4 样品淀粉含量测定

于1个10 mL比色管中加入1 mL蔗汁清液，依次加入1 mL稀盐酸、3 mL蒸馏水、5 mL稀碘液，充分摇匀并放置5 min。以空白对照组调零测定蔗汁样液吸光度，再由标准工作曲线计算其淀粉含量。

2 结果与讨论

2.1 方法可行性分析

根据相关文献报道，蔗汁中淀粉与碘作用生成的络合物显青蓝色，并在560～600 nm处出现吸收波峰，且在580 nm处有最大吸收，故以蔗汁清液为空白对照于室温下直接测定淀粉理论可行[4]。同时，已知样品浊度与色值均对其吸光度测定有所影响，醋酸铅作为澄清剂，一方面不与糊化淀粉反应，对测量结果无影响，另一方面可去除蔗汁中的非糖分与杂质，有利于后续吸光度测量。同时以无淀粉的蔗汁清液作为空白对照组，也能排除蔗汁中色素等干扰物质的影响，取得准确可靠的测定结果。

2.2 不同醋酸铅添加量对蔗汁清液浊度及其标准工作曲线测定的影响

随着澄清处理过程中醋酸铅添加量逐渐增加，中间蔗汁经压滤后其相应清液浊度的变化趋势各不相同，如图1所示。其中，初压汁、末压汁与混合汁相对应的蔗汁清液浊度均呈先降低后增加的趋势，其中末压汁受醋酸铅添加量影响程度大于初压汁和混合汁，且需要更多量醋酸铅才能达到较好的澄清效果；清汁因其自身浊度较低，添加醋酸铅后反而因返浊造成其清液浊度上升。

图1 不同醋酸铅添加量下中间蔗汁清液浊度变化曲线

以500 mL混合汁为例，不同醋酸铅添加量所得到的标准工作曲线有着如图2所示的变化趋势，结合其清液浊度变化趋势来看，当醋酸铅添加量为0.0和2.5 g时其浊度较大，分别对应591和5412 NTU，其标准工作曲线斜率分别为590.83和578.53，而当醋酸铅添加量为0.25和0.75 g时其浊度较小，分别为402和472 NTU，其标准工作曲线斜率均在560上下，较为稳定。这一方面是少量的醋酸铅所起到的澄清作用有限，另一方面是过量的醋酸铅残留于蔗汁清液内会造成一定程度的返浊，同时也可能会对淀粉酶活性造成影响。

图2 不同醋酸铅添加量下混合汁淀粉含量测定标准工作曲线

综上所述，选择适宜的醋酸铅添加量至关重要，需确保经过煮沸澄清过滤后的蔗汁清液能够达到较好的澄清度，也需保证经过淀粉酶降解淀粉后能够获得稳定有效的空白对照组。在本次研究中，针对多批次中间蔗汁样品进行试验得到，当醋酸铅添加量分别为0.25 g（初压汁）、1.0 g（末压汁）、0.25 g（混合汁）和0.0 g（清汁）时，其蔗汁清液的浊度均低于500 NTU，并且醋酸铅添加量需随着甘蔗原料的改变而重新测定调整，从整体上看均在0.25 g/500 mL左右。