甘蔗糖蜜酶法澄清技术的研究_张洛铫.pdf

收稿日期：2022-11-17；修回日期：2022-12-20 基金项目：广东轻工职业技术学院大学生科研项目(XSKYL202105)；广东轻工职业技术学院第二十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛项目(A59)；广东轻工职业技术学院科研项目(KJ2021-12)；广东省普通高校特色创新项目(2021KTSCX201)作者简介：张洛铫(2002-)，男，大专，研究方向：化工生物技术；E-mail：*通讯作者：尚红岩(1974-)，男，硕士，教授，研究方向：生物工程；E-mail： 引文格式：张洛铫，尚红岩，杨凤婷，等.甘蔗糖蜜酶法澄清技术的研究J.甘蔗糖业，2022，51(6)：43-49.甘蔗糖业甘蔗糖业 2022年第51卷第6期，2022年12月 Sugarcane and Canesugar Vol.51,No.6,Dec.2022 甘蔗糖蜜酶法澄清技术的研究 张洛铫1，尚红岩1*，杨凤婷1，郑毅锋1，付金亿1，陈秀丽2，黄泽彬1，钟靖琪1，曹嘉亮1，郑子鑫1，殷德运1(1广东轻工职业技术学院食品与生物技术学院，广东广州 510300；2广东省科学院南繁种业研究所，广东广州 510316)摘 要：甘蔗糖蜜中除了含有糖分，还有胶体和灰分，其中胶体会增大糖蜜粘度，阻碍糖蜜利用，必须进行澄清处理。目前糖蜜澄清多采用化学方法处理，处理后会把酸碱离子残留在糖蜜中，给糖蜜在食品发酵中应用带来安全隐患。本研究采用果胶酶酶解方法澄清糖蜜，果胶酶将糖蜜中的胶体水解成小分子糖。酶法最佳澄清条件为：澄清温度为 50，果胶酶最佳添加量是 17 U/g，沉降时间为 40 min，澄清后糖蜜还原糖浓度提高了 9.3%。关键词：甘蔗糖蜜；酶法；澄清技术 中图分类号：TS249.3 文献标识码：A 文章编号：1005-9695(2022)06-0043-07 Study on Clarification Technology of Sugarcane Molasses by Enzymatic Method ZHANG Luodiao1,SHANG Hongyan1,YANG Fengting1,ZHENG Yifeng1,FU Jinyi1,CHEN Xiuli2,HUANG Zebin1,ZHONG Jingqi1,CAO Jialiang1,ZHENG Zixin1,YIN Deyun1(1College of Food and Biotechnology,Guangdong Industry Polytechnic,Guangzhou 510300;2Institute of Nanfan&Seed Industry,Guangdong Academy of Sciences,Guangzhou 510316)Abstract:In addition to sugar,sugarcane molasses also contains colloids and ash.The colloids will increase the viscosity of molasses and hinder the use of molasses.Clarification must be carried out.At present,chemical methods are often used to clarify molasses,which will leave acid and alkali ions in molasses after treatment,bringing potential safety hazards to the application of molasses in food fermentation.In this study,pectinase was used to clarify molasses,and pectinase hydrolyzed the colloids in molasses into small molecules of sugar.The optimal clarification conditions of enzymatic method were:clarification temperature was 50,the optimal addition amount of pectinase was 17 U/g,and the settling time was 40 minutes.After clarification,the concentration of reducing sugar in molasses increased by 9.3%.Keywords:Sugarcane molasses;Enzymatic method;Clarification techniques 0 前言 糖蜜是制糖工业副产物，富含蔗糖、还原糖等可发酵性糖，广泛应用于食品、发酵、饲料等行业1-4。但糖蜜中还含有胶体、无机盐灰分和色素等，其中胶体约占 10%左右，主要来源于甘蔗原料中果胶和含氮有机物5。果胶是以半乳糖醛酸和还原糖聚合成复合多糖类，在糖蜜中形成胶体溶液，增大糖蜜粘度。目前国内糖蜜大部分用于发酵生产酵母、酒 【制糖与综合利用】甘蔗糖业 2022 年第 51 卷第 6 期 Sugarcane and Canesugar-44-精和发酵制品，糖蜜中的胶体不能被发酵微生物利用，并且会抑制酵母等微生物的繁殖和发酵，糖蜜利用前必须进行澄清处理6-7。目前糖蜜澄清方法多采用添加酸、碱、钙盐或絮凝剂等化学方法处理。化学方法处理原理是将糖蜜中的胶体和灰分沉降，沉降后的有机物成为工厂废渣，仍然需要处理才能排放，并且加进糖蜜中的酸碱会将过多的阴离子或阳离子残留在糖蜜中，给糖蜜在食品发酵中应用带来安全隐患8-11。本研究采用生物酶解方法澄清糖蜜，采用果胶酶等酶制剂将糖蜜中的胶体水解成小分子糖，酶法澄清后糖蜜还原糖浓度明显提高。1 材料与方法 1.1 原料及试剂 糖蜜 85 Bx，广西凤糖生化股份有限公司；酿酒活性干酵母，广西丹宝利酵母有限公司；过磷酸钙、硫酸铵、酚酞等均为分析纯，广州化学试剂厂；浓硫酸，重庆长鹏化工有限公司；氢氧化钠，天津华东试剂厂；果胶，分析纯，Sigma 公司。果胶酶 100000 U/g酶活(U)：1 g 酶在 50，pH 5.0 的条件下，1 h 分解果胶产生 1 mg 半乳糖醛酸为一个酶活单位，广州瑟烨生物科技有限公司。1.2 仪器及设备 PHS-3 精密酸度计，上海大普仪器有限公司；FA224 电子分析天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；UV-520 紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；DK-98-II 电热恒温水浴锅，郑州长城科工贸有限公司；98-1-C 数显控温电热套，天津市泰斯特仪器有限公司；DHP-9162 电热恒温培养箱，上海恒科科学仪器有限公司；酒精浓度计，河北省武强县同辉仪表厂；移液枪，济南欧莱博技术有限公司。1.3 试验方法 1.3.1 糖蜜无酸澄清 称取 200 g 糖蜜，加水稀释到 50 Bx，加入过磷酸钙 0.3%，硫酸铵 0.6%，果胶酶 19 U/g 到糖蜜后，平均分成 5 组，分别搅拌加热到 30、40、50、60、70，分别自然沉降 40 min，离心分离沉降物，澄清糖液降温至 30，分析每组锤度。1.3.2 糖蜜酶法澄清工艺研究 称取 500 g 糖蜜，加水稀释到 50 Bx，分析其还原糖浓度。加过磷酸钙 0.3%，硫酸铵 0.6%，加热到 50，平均分成 5 组，每组分别按每克糖蜜加入果胶酶 10、13、15、17、19 U/g(即上述 5 组糖蜜分别加入果胶酶 0.01、0.013、0.015、0.017、0.019 g)，搅拌混合均匀后再平均分成 5 组，每组分别自然沉降 20、30、40、50、60 min，分别离心分离排除沉降物，降温至 30，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖浓度。1.4 检测方法 1.4.1 糖锤度的测定 采用阿贝折光仪测定糖锤度：取待检溶液数滴，置于折光棱镜面上，合上盖板，使溶液均匀分布在棱镜面。将仪器进光窗对向光源，调节视度圈，读取明暗分界线对应刻度读数，即为糖锤度。1.4.2 酒精度测定 采用酒精计法测定酒精度12。1.4.3 还原糖测定 采用 3,5-二硝基水杨酸比色法(DNS 法)测定还原糖的含量10。1.5 数据处理与分析 每组实验重复 3 次，实验结果取平均值，采用Excel 软件对实验数据进行统计和绘图。2 结果与讨论 2.1 温度对果胶酶酶解后糖锤度的影响 将稀释到 50 Bx 的糖蜜分别在不同温度下澄清，离心分离排除沉降物，分析澄清糖液的锤度，实验结果如表 1，澄清后锤度随温度变化如图 1 所示。由表 1 和图 1 可以看出，随着温度的升高，果胶酶将糖蜜中果胶水解成小分子糖越多，糖锤度相应升高。在温度 50时果胶酶活性最高，糖锤度达到峰值，温度过高，果胶酶活性降低，糖锤度相应降低。同时也验证了果胶酶最适温度为 5013，接下来实验将对果胶酶升温到 50酶解。表 1 温度对果胶酶酶解后糖锤度的影响 温度()30 40 50 60 70 糖锤度(Bx)51 51 51.5 51 51 张洛铫等：甘蔗糖蜜酶法澄清技术的研究-45-图 1 温度对果胶酶酶解后糖锤度的影响 2.2 果胶酶不同添加量对糖蜜澄清的影响 称取 500 g 糖蜜，加水稀释到 50 Bx，DNS 法测定分析其还原糖浓度为 30.11 g/100mL。2.2.1 果胶酶用量 10 U/g 时，沉降时间对糖蜜澄清效果的影响 当果胶酶用量为 10 U/g 时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，如表 2 所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图 2 所示。从表 2 和图 2 可以看出，开始时随澄清时间延长，糖锤度和还原糖都在升高，澄清时间在 40 min时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，酶解的糖可能被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为 10 U/g 时，最佳澄清时间是 40 min。表 2 果胶酶 10 U/g 时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果 澄清时间(min)锤度(Bx)处理后还原糖浓度(g/100mL)20 51.0 29.41 30 51.5 30.29 40 52.0 31.59 50 51.0 31.57 60 50.0 31.44 图 2 果胶酶 10 U/g 时糖锤度和总还原糖随澄清时间变化趋势 2.2.2 果胶酶用量 13 U/g，沉降时间对糖蜜澄清效果的影响 当果胶酶用量为 13 U/g 时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，如表 3 所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图 3 所示。从表 3 和图 3 可以看出，开始时随澄清时间延长，糖50.650.85151.251.451.63040506070糖锤度(Bx)温度()4949.55050.55151.55252.52828.52929.53030.53131.5322030405060锤度(Bx)还原糖浓度(g/100mL)澄清时间(min)还原糖浓度(g/100mL)锤度(Bx)甘蔗糖业 2022 年第 51 卷第 6 期 Sugarcane and Canesugar-46-锤度和还原糖都在升高，澄清时间在 40 min 时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，糖会被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为 13 U/g 时，最佳澄清时间是 40 min。表 3 果胶酶 13 U/g 时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果 澄清时间(min)锤度(Bx)还原糖浓度(g/100mL)20 50.5 30.48 30 51.0 31.03 40 51.5 32.34 50 51.0 32.00 60 51.5 31.72 图 3 果胶酶 13 U/g 时糖锤度和总还原糖