淺析原糖糖漿中葡聚糖與淀粉含量對(duì)過濾速度的影響

鐘映萍，譚文興，吳兆鵬，蟻細(xì)苗，黃玉南，梁達(dá)奉

（廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業(yè)研究所），廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316）

淺析原糖糖漿中葡聚糖與淀粉含量對(duì)過濾速度的影響

鐘映萍，譚文興，吳兆鵬，蟻細(xì)苗，黃玉南，梁達(dá)奉

（廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業(yè)研究所），廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316）

【目的】一是通過試驗(yàn)探究葡聚糖和淀粉含量與原糖糖漿過濾速度之間的關(guān)系，指導(dǎo)制糖過程葡聚糖酶/淀粉酶的添加量；二是通過降低原糖糖漿粘度提高過濾速度來評(píng)價(jià)葡聚糖酶/淀粉酶在制糖過程應(yīng)用中的效果?！痉椒ā坷闷暇厶菃慰寺】贵w免疫比濁法測(cè)定原糖中葡聚糖的含量；利用淀粉和碘結(jié)合生成深藍(lán)色至紫紅色絡(luò)合物的原理測(cè)算出原糖中淀粉含量?！窘Y(jié)果】一是原糖中葡聚糖含量的高低會(huì)影響原糖糖漿過濾的速度；原糖中淀粉含量對(duì)過濾速度影響不明顯；二是當(dāng)原糖中葡聚糖含量一樣，淀粉含量高，過濾速度慢，反之亦然?！窘Y(jié)論】葡聚糖含量高會(huì)降低原糖糖漿過濾速度，葡聚糖含量和淀粉含量同時(shí)較高也會(huì)降低原糖液過濾速度。從原糖葡聚糖含量、淀粉含量與其糖液過濾速度的相關(guān)性說明在影響原糖液過濾速度的因素中，葡聚糖含量的高低比淀粉含量的高低重要，當(dāng)然還存在其他一些因素有待探究。

原糖；葡聚糖；淀粉；試劑盒

0 引言

對(duì)于碳酸法煉糖廠而言，過濾性是原糖澄清階段過濾特性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，若正常過濾速率受到影響，將會(huì)降低煉糖產(chǎn)量而增加投資運(yùn)行成本。目前主要通過降低糖液錘度的方法來解決其過濾性差的問題，但該方法的負(fù)面影響不但增加能耗，還會(huì)減少煉糖產(chǎn)量。研究表明過濾性能差是由以下因素單獨(dú)或者相互作用的結(jié)果［1］：一是濾泥、蔗渣、混濁度。粒徑為5μm或者更小的非糖分微粒對(duì)糖液過濾性影響顯著。二是磷酸鹽、硅酸鹽、其它有機(jī)非糖分。磷酸鹽在現(xiàn)階段可以通過相關(guān)技術(shù)除去。因此膠體物質(zhì)和可溶性硅酸鹽是影響過濾性能的主要因素，Mg2+、Fe3+、Al3+對(duì)糖液過濾性能也有一定影響。三是葡聚糖、淀粉、樹膠、蛋白質(zhì)和其他高分子多糖可降低糖液的過濾性能。葡聚糖是一種普遍存在于原糖中的多糖類雜質(zhì)，它的存在主要是因?yàn)楦收峥呈蘸蠹捌浼庸み^程受到某些微生物的感染，這些微生物將蔗糖轉(zhuǎn)化成葡聚糖，而一般的生產(chǎn)工藝無法完全去除葡聚糖，最終在結(jié)晶時(shí)混入到原糖中。葡聚糖的存在對(duì)于精煉有很多不利影響，包括導(dǎo)致糖漿粘度增大，減慢過濾速度、絮凝速度及浮渣壓緊速度，阻塞活性炭或樹脂脫色系統(tǒng)；在結(jié)晶過程中造成糖蜜粘度增高，影響蔗糖分的結(jié)晶率，導(dǎo)致蔗糖晶體產(chǎn)生異形體，影響分蜜效果等，嚴(yán)重時(shí)只能降低處理量來平衡生產(chǎn)；淀粉是存在于甘蔗莖、梢部及葉子中的多糖，淀粉分子對(duì)砂糖晶體的吸附系數(shù)較高，因此較其他非糖分更容易附著到生長(zhǎng)中的晶體表面。在碳酸法煉糖過程中，它會(huì)影響碳酸鈣的沉淀和凝聚，從而影響糖液的過濾性能。本文針對(duì)淀粉、葡聚糖的含量和原糖糖漿的過濾性能之間的相關(guān)性作了初步的研究試驗(yàn)。原糖質(zhì)量是影響其價(jià)格和精煉糖廠效益的一個(gè)關(guān)鍵因素，原糖的質(zhì)量指標(biāo)如糖度、色值、灰分、葡聚糖、過濾性、粒度、淀粉等，都會(huì)對(duì)精煉的效益和效能有影響。近年來已有科研人員對(duì)原糖澄清階段過濾特性的影響因素進(jìn)行研究，其中梁達(dá)奉科研團(tuán)隊(duì)關(guān)于葡聚糖對(duì)制糖行業(yè)的影響方面有頗多研究［2，3，4，5］，相比之下，淀粉對(duì)原糖過濾性能的影響方面的研究就比較缺乏。本文并非單一地研究淀粉含量或葡聚糖含量和原糖糖漿過濾性能之間的相關(guān)作用，而是研究它們之間對(duì)過濾性能的協(xié)同作用。通過測(cè)定原糖中葡聚糖、淀粉含量及原糖糖漿過濾速度，建立葡聚糖、淀粉含量與原糖糖漿過濾速度的相關(guān)性，為精煉糖廠生產(chǎn)是否加酶及酶的添加量提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器

原糖，葡聚糖單克隆抗體試劑盒（自制），可溶性淀粉，碘化鉀，碘酸鉀，醋酸，氯化鈣，濁度計(jì)及配套測(cè)試皿，玻璃燒杯，玻璃比色管，一次性過濾器（濾膜孔徑0.45μm）及一次性注射器1mL移液槍及槍頭：10μL，1mL定量濾紙，漏斗，秒表，錘度計(jì)（PAL-1），Atago電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-914385-Ⅲ），紫外可見分光光度計(jì)（WFZ UV-2800），電子天平（AL104），METTLER TOLEDO。

1.2 實(shí)驗(yàn)工藝流程

配制25°Bx原糖糖漿→取50mL用定量濾紙過濾→在烘箱中85℃保溫→記錄過濾1h時(shí)濾液的體積→做三次平行實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

1.3.1 葡聚糖含量的測(cè)定：?jiǎn)慰寺】贵w免疫比濁法［6，7，8］

原糖中葡聚糖含量的測(cè)定：抗體法的原理是，待測(cè)樣品中的葡聚糖（抗原）與其抗體發(fā)生特異性的結(jié)合，形成一定的絡(luò)合物，產(chǎn)生濁度。當(dāng)抗體過量時(shí)，抗原抗體絡(luò)合物形成的濁度與葡聚糖含量成正比，通過測(cè)定樣品引起的濁度變化值與標(biāo)準(zhǔn)品引起的濁度變化值比較，可計(jì)算得樣品中葡聚糖含量。

1.3.1.1 試劑配制

抗體溶液的配制：室溫下溶解葡聚糖單克隆抗體。加入10mL抗體稀釋液，充分搖勻溶解，靜置15min備用。取1.0mL配制好的抗體溶液靜置2min后在濁度計(jì)上讀數(shù)，如果讀數(shù)大于50NTU，則必須用濾膜過濾抗體，直至讀數(shù)小于100NTU?？贵w溶液在室溫下可保存6h，置4℃冰箱可保存1周。切忌反復(fù)凍融。

樣品稀釋液的配制：當(dāng)樣品葡聚糖濃度超過500mg/L時(shí)，需用樣品稀釋液稀釋后測(cè)定。試劑盒中配有的樣品稀釋液為濃縮10倍的母液，使用前取一份稀釋液，加入9倍體積的蒸餾水混勻備用。

樣品制備：液體樣品如存在明顯可見的不溶物（如蔗渣等），以快速定性濾紙先過濾一次，取續(xù)濾液以0.45μm濾膜過濾后備用。

固體糖樣品，稱重后以配好的樣品稀釋液配制為約50°Bx的糖汁，0.45μm濾膜過濾后備用。

1.3.1.2 測(cè)定步驟

設(shè)置測(cè)定模式：參照濁度儀的使用說明開機(jī)、選擇標(biāo)準(zhǔn)模式并校正。

標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定：把1.0mL抗體溶液加入測(cè)試皿中，靜置2min讀取濁度值作為空白值（N標(biāo)0）。加入10μL標(biāo)準(zhǔn)溶液，用移液槍反復(fù)吹打6次（避免產(chǎn)生氣泡），置濁度計(jì)中并開始計(jì)時(shí)，精確讀取2min時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濁度值（N標(biāo)）。

樣品測(cè)定：用蒸餾水洗測(cè)試皿3次，瀝干。把1mL抗體溶液加入測(cè)試皿中，靜置2min讀取濁度值作為空白值（N樣0）。加入10μL樣品，用移液槍反復(fù)吹打6次（避免產(chǎn)生氣泡），置濁度計(jì)中并開始計(jì)時(shí)，精確讀取2min時(shí)樣品的濁度值（N樣）。

1.3.1.3 計(jì)算及結(jié)果表示

1.3.2 淀粉含量的測(cè)定［9，10，11］

利用淀粉與碘作用產(chǎn)生的顯色反應(yīng)，淀粉的結(jié)構(gòu)有兩種，即直鏈淀粉（Amylose）和支鏈淀粉（Amylopectin）。測(cè)定淀粉的比色方法以直鏈淀粉——碘絡(luò)合物的藍(lán)色為基礎(chǔ)礎(chǔ)，而支鏈淀粉與碘的絡(luò)合物是呈紅紫或紅色。本文用酒精沉淀原糖中的淀粉，用0.45μm孔徑的過濾膜過濾，得到沉淀，加氯化鈣溶液煮沸液化淀粉沉淀，樣液在酸性條件下，在碘酸鉀、碘化鉀作用下生成深藍(lán)色至紫紅色的絡(luò)合物，然后在580nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色分析。

1.3.2.1 制備樣品溶液

稱取原糖樣品50.00g放入250mL燒杯中，加60mL水溶解樣品。

1.3.2.2 分析步驟

在樣液（樣品溶液或淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液）中加200mL無水乙醇攪拌均勻，靜置15min，用0.45微米孔徑的過濾膜緩慢抽濾沉淀，用適量的80%（V/V）乙醇洗滌燒杯中的殘留物，一并倒入抽濾瓶的漏斗內(nèi)過濾，再用少量的80%（V/V）乙醇洗滌過濾膜上的沉淀物兩次，抽干；把過濾膜上的沉淀物用適量的水沖洗到250mL燒杯中，把樣液分成兩等份∶分別加入400g/L酸化的氯化鈣40mL，用文火煮沸15min（用表面皿蓋好燒杯防止過量蒸發(fā)）；冷卻至室溫后把樣品轉(zhuǎn)移于50mL容量瓶中；一份定容至50mL；另一份按順序加入2mol/L醋酸溶液2.5mL，100g/LKI溶液0.5mL，0.3567g/L KIO3溶液5.0mL，加水至刻度，搖勻，在暗處放置2min使溶液顯色；在580nm波長(zhǎng)用空白樣品調(diào)零測(cè)定兩樣液吸光度，顯色樣液吸光度減去未加顯色劑的樣液吸光度以除去底色。

1.3.2.3 工作曲線

分別在8個(gè)250mL燒杯（編號(hào)1～8）中，各加30、29、28、27、26、24、22、20mL水溶解樣品，準(zhǔn)確移取500μg/mL淀粉標(biāo)溶液1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL分別置于編號(hào)為2～8燒杯中（編號(hào)1為空白），制得對(duì)應(yīng)淀粉含量范圍為500～5000μg系列的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按順序加入2mol/L醋酸溶液2.5mL，100g/L KI溶液0.5mL，0.3567g/LKIO3溶液5.0mL，加水至刻度，搖勻，在暗處放置2min使溶液顯色；在580nm波長(zhǎng)用空白樣品調(diào)零測(cè)定吸光度A，并以淀粉溶液中的的淀粉含量w同吸光度A的關(guān)系作圖得淀粉工作曲線（見圖1），得到線性回歸方程：y=3015.3x+378.84，式中：y-淀粉含量（μg）；x-吸光度（A）。

圖1淀粉標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖1說明淀粉在此濃度范圍內(nèi)，工作曲線線性良好。

1.3.2.4 計(jì)算

由樣品的吸光度A在工作曲線上查得淀粉的含量w，用線性回歸方程公式計(jì)算原糖中的淀粉含量（mg/kg）。

1.3.3 原糖糖漿過濾速度的測(cè)定

影響糖漿過濾的主要因素有糖漿的粘度與糖漿中的非糖物質(zhì)（如多聚糖膠體及無機(jī)灰分等）的結(jié)構(gòu)及含量。在相同的溫度、壓力、過濾面積及相同的糖漿濃度下，非糖分含量不同的原糖糖漿流經(jīng)過濾裝置的量是不同的。因此通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)糖漿流經(jīng)過濾裝置的體積量可以計(jì)算出原糖糖漿過濾速度，用mL/min來表示。本方法以測(cè)定1h內(nèi)原糖糖漿（25°Bx）通過定量濾紙過濾的濾液體積來表示。

1.3.4 試驗(yàn)步驟

第一，取不同批次的原糖多份，配制成25°Bx糖漿，用分光光度計(jì)法測(cè)定各批次原糖中淀粉含量，用葡聚糖單克隆抗體免疫比濁法測(cè)定各批次原糖中葡聚糖含量，做三次平行實(shí)驗(yàn)，取平均值，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

第二，取50mL用定量濾紙過濾（在85℃烘箱中保溫），用秒表記錄過濾1h時(shí)濾液體積，做三次平行實(shí)驗(yàn)，取平均值，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

第三，統(tǒng)計(jì)原糖中淀粉與葡聚糖含量與糖漿過濾速度的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

表1 葡聚糖、淀粉含量對(duì)原糖糖漿過濾速度的影響

圖2 原糖糖漿中葡聚糖含量與過濾速度的相關(guān)性

從圖2可以看出隨著原糖中葡聚糖含量的升高糖漿過濾速度有明顯降低的趨勢(shì)。這主要是葡聚糖的存在，增大糖漿的粘度，使其過濾速度明顯降低。

從圖3可以看出隨著原糖中淀粉含量的升高糖漿過濾速度有降低的趨勢(shì)，但趨勢(shì)不是很明顯。這可能是糖漿的粘度本來就比較大，而淀粉所增加的粘度，對(duì)其影響不明顯。

圖3 原糖糖漿中淀粉含量與過濾速度的相關(guān)性

表2 原糖糖漿中葡聚糖含量、淀粉含量與過濾速度的相關(guān)性

從表2可以得出原糖糖漿中葡聚糖含量與過濾速度的相關(guān)性比淀粉含量與過濾速度的相關(guān)性密切。

3 討論

一是原糖糖漿中葡聚糖含量對(duì)過濾速度影響較為明顯，葡聚糖含量高，過濾速度慢，而淀粉含量對(duì)過濾速度影響較小。

二是當(dāng)原糖糖漿中葡聚糖含量一樣，淀粉含量高的過濾速度慢；淀粉含量一樣時(shí)，其葡聚糖含量高的過濾速度慢，兩者對(duì)過濾速度都存在反向作用。

三是從原糖糖漿葡聚糖含量、淀粉含量與其過濾速度的相關(guān)性說明：葡聚糖比淀粉對(duì)原糖糖漿過濾速度影響更大，當(dāng)然還存在其他一些因素有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

降低煉糖過程中葡聚糖和淀粉含量，特別是葡聚糖含量能夠有效地提高原糖糖漿的過濾速度，有利于提高糖品品質(zhì)；相應(yīng)地快速地檢測(cè)出原糖中的葡聚糖含量與淀粉含量成為制糖生產(chǎn)中極為需求的手段，葡聚糖單克隆抗體免疫比濁法是一種快捷準(zhǔn)確的葡聚糖含量測(cè)定方法，而淀粉含量的快速測(cè)定方法還有待進(jìn)一步改善。

［1］Terry M·Jansen.精煉糖廠中的原糖質(zhì)量概況［J］.廣西蔗糖，2013，1（70）:39-40.

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［4］馬步，常國(guó)煒，蟻細(xì)苗，等.葡聚糖酶在原糖精煉生產(chǎn)中的應(yīng)用研究［J］.廣西糖業(yè)，2014（3）：18-20.

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［11］黃凱.白砂糖中酸性絮凝物的成分分析及快速測(cè)定方法的研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，2007.

The Effects of Glucan and Starch Content in Raw Sugar Syrup on Filtration Rate

Zhong Ying-ping，Tan Wen-xing，Wu Zhao-peng，Yi Xi-miao，Huang Yu-nan，Llang Da-feng
（Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement&Biorefinery，Guangdong Bioengineering Institute（Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute），Guangzhou 510316）

∶【Objective】1.In order to guide the addition of dextranase/amylase in the process of sugar production，we explore the correlation between glucan and starch content and the filtration rate of raw sugar syrup；2. Toevaluate the effect ofdextranase/amylase in the process ofsugar production by reducing the viscosity of raw sugar syrup and increasing the filtration rate.【Methods】Using the method ofglucan monoclonal antibody kit to calculate the glucan content in the raw sugar；Using starch and iodine combine to form dark blue to magenta complex to calculate the starch content in the raw sugar.【Result】1.The content of glucan in raw sugar can affect the filtration rate of raw sugar syrup and the starch has no obvious effect；2.When the content of glucan is same in raw sugar，the starch content is higher，the filtration is slower.【Conclusion】The high content of glucan will reduce the filtration rate of raw sugar syrup，and the higher glucan and starch content have the same effect.The relationship between the content of starch on the rate of filtration of sugar liquid and the content of glucan on the rate of filtration of sugar liquid showed that the content of glucan was more important than the starch content in the factors influencing the filtration rate of raw sugar liquor.Moreover，there were other factors we should explore.

∶Raw sugar；Glucan；Starch；Kit

TS245.4

B

2095-820X（2016）06-06

2016-11-25