蔗汁中淀粉含量快速檢測方法應(yīng)用研究

張家智，溫惠宇，勞權(quán)惠，楊 釗1,,3，于福才*，蒙 軍，董榮富,3，王 寶

(1中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司/老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實驗室/營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室，北京 102209；2中糧崇左糖業(yè)有限公司/廣西壯族自治區(qū)甘蔗產(chǎn)業(yè)鏈延伸工程研究中心，廣西崇左 532200；3中糧糖業(yè)控股股份有限公司/農(nóng)業(yè)部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點實驗室/國家糖料加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心/中糧糖業(yè)控股股份有限公司博士后科研工作站，新疆昌吉 831100)

0 前言

在制糖生產(chǎn)過程中，蔗汁中非糖成分對其澄清工藝指標(biāo)的確定具有很大影響[1]。其中，甘蔗中淀粉顆粒受壓榨滲透熱水作用分散于蔗汁，經(jīng)受熱糊化溶解為可溶性黏稠糊狀物，并難以凝聚或沉淀，進而增加蔗汁黏度、降低沉降效率，增大糖膏黏度、阻礙蔗糖結(jié)晶，明顯提高澄清環(huán)節(jié)過濾難度，嚴(yán)重影響煮糖環(huán)節(jié)成糖品質(zhì)與糖蜜提取率[1-2]。若成品糖中淀粉含量過高，會出現(xiàn)白砂糖混濁、酸性絮凝物偏高等問題，影響成品質(zhì)量[2-3]。有研究報告指出，原糖中淀粉含量高是煉糖廠精制澄清階段過濾性能低下的主要因素[4-5]，且碳酸法澄清工藝比亞硫酸法具有更佳的清凈效果[5-6]。所以測定中間蔗汁中淀粉含量對于監(jiān)控白砂糖質(zhì)量與提升澄清過濾性能具有重要意義。

目前蔗汁中淀粉含量的常用測定方法為酶解法和碘顯色法。酶解法通過淀粉酶和鹽酸將淀粉逐步分解為葡萄糖，通過測定其中還原糖含量以換算淀粉含量，但是反應(yīng)慢、歷時長、重現(xiàn)性差[7]；碘顯色法利用淀粉與碘間的顯色反應(yīng)通過比色分析來測定淀粉含量，可用酒精將淀粉沉淀后離心分離，或?qū)⒄嶂蠓羞^濾后直接測定，但是誤差較大，結(jié)果可信度低[8-10]。陳駿佳[11]等結(jié)合酶解法與碘顯色法各自優(yōu)點建立了一種蔗汁與糖漿中淀粉含量測定新方法，但由于國內(nèi)現(xiàn)有糖漿淀粉含量的分析數(shù)據(jù)較少，其中多選擇白砂糖進行測定，而少有針對中間蔗汁與糖漿開展，對實際生產(chǎn)指導(dǎo)意義有限[4-7,10-12]。故本實驗在此基礎(chǔ)上選取崇左某糖廠原糖生產(chǎn)過程中的初壓汁、末壓汁、混合汁與澄清汁作為研究對象，進一步對中間蔗汁淀粉含量快速測定方法展開研究。

1 試驗與方法

1.1 試驗設(shè)計原理

將蔗汁煮沸以液化淀粉顆粒，添加適量醋酸鉛以澄清除雜，靜置一段時間后經(jīng)壓濾得到蔗汁清液；而后取定量清液加入過量淀粉酶，將其中淀粉完全分解后再升溫使酶失活，從而得到無淀粉的蔗汁清液。以無淀粉蔗汁清液為空白對照，利用碘顯色法測量其中淀粉含量。

1.2 主要儀器與試劑

60目標(biāo)準(zhǔn)篩；數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇科析儀器有限公司；ZD-5L型正壓過濾器，海寧市正大過濾設(shè)備有限公司；微孔過濾膜(孔徑為0.45 μm)，海寧市正大過濾設(shè)備有限公司；手動微量移液器，艾本德(上海)國際貿(mào)易有限公司；721-100型可見分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司。

堿式醋酸鉛（糖用），高溫淀粉酶2.0P（液）(無錫怡竹生物科技有限公司，8萬u/g)，1 mol/L鹽酸，稀碘液(15 mmol/L KI，5 mmol/L I2)。

淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取約1.50 g可溶性淀粉并平鋪于直徑為10 cm的稱量皿中，在120℃的烘箱中烘干約2 h，取出后放入干燥器冷卻至室溫，準(zhǔn)確稱取0.25 g烘干淀粉于150 mL燒杯內(nèi)，用少量水調(diào)和后緩慢倒入約l00 mL的沸水中，煮至透明后繼續(xù)煮沸l(wèi)0 min，冷卻至室溫后加水定容至500 mL，制得500 mg/L的淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液，即配即用。

1.3 實驗方法

1.3.1 經(jīng)澄清除雜制備蔗汁清液

經(jīng)60目標(biāo)準(zhǔn)篩過濾后取500 mL中間蔗汁加入到1000 mL燒杯中，加熱煮沸15 min，煮沸過程中適當(dāng)加水補足。加入適量醋酸鉛后攪拌，靜置待絮凝物沉淀完全，取上層清液，經(jīng)孔徑為0.45 μm的微孔過濾膜趁熱壓濾后，得到不少于150 mL的澄清濾液備用。

1.3.2 酶解法制備空白蔗汁清液

量取100 mL蔗汁清液于150 mL燒杯中，加入50 μL高溫淀粉酶，在70～80℃下反應(yīng)30 min以上，以確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，煮沸過程小火加熱，并補水至100 mL，取出后冷卻至室溫。

1.3.3 碘顯色法確定淀粉在蔗汁清液中的反應(yīng)曲線

采用不同規(guī)格的微量移液槍于7個10 mL比色管中各加入1 mL無淀粉蔗汁清液及1 mL 1 mol/L鹽酸；依次加入500 mg/L可溶性淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液0、50、100、200、300、400、500 μL，加入5 mL稀碘液后加水補足至10 mL定容；搖勻并放置5 min備用。上述各比色管中蔗汁淀粉濃度分別為0、25、50、100、150、200、250 mg/L。以空白對照組調(diào)零，于580 nm波長下測定蔗汁吸光度，并以吸光度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)淀粉含量為縱坐標(biāo)作圖，繪制蔗汁中淀粉含量的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線并建立回歸方程。

1.3.4 樣品淀粉含量測定

于1個10 mL比色管中加入1 mL蔗汁清液，依次加入1 mL稀鹽酸、3 mL蒸餾水、5 mL稀碘液，充分搖勻并放置5 min。以空白對照組調(diào)零測定蔗汁樣液吸光度，再由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計算其淀粉含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法可行性分析

根據(jù)相關(guān)文獻報道，蔗汁中淀粉與碘作用生成的絡(luò)合物顯青藍(lán)色，并在560～600 nm處出現(xiàn)吸收波峰，且在580 nm處有最大吸收，故以蔗汁清液為空白對照于室溫下直接測定淀粉理論可行[4]。同時，已知樣品濁度與色值均對其吸光度測定有所影響，醋酸鉛作為澄清劑，一方面不與糊化淀粉反應(yīng)，對測量結(jié)果無影響，另一方面可去除蔗汁中的非糖分與雜質(zhì)，有利于后續(xù)吸光度測量。同時以無淀粉的蔗汁清液作為空白對照組，也能排除蔗汁中色素等干擾物質(zhì)的影響，取得準(zhǔn)確可靠的測定結(jié)果。

2.2 不同醋酸鉛添加量對蔗汁清液濁度及其標(biāo)準(zhǔn)工作曲線測定的影響

隨著澄清處理過程中醋酸鉛添加量逐漸增加，中間蔗汁經(jīng)壓濾后其相應(yīng)清液濁度的變化趨勢各不相同，如圖1所示。其中，初壓汁、末壓汁與混合汁相對應(yīng)的蔗汁清液濁度均呈先降低后增加的趨勢，其中末壓汁受醋酸鉛添加量影響程度大于初壓汁和混合汁，且需要更多量醋酸鉛才能達(dá)到較好的澄清效果；清汁因其自身濁度較低，添加醋酸鉛后反而因返濁造成其清液濁度上升。

圖1 不同醋酸鉛添加量下中間蔗汁清液濁度變化曲線

以500 mL混合汁為例，不同醋酸鉛添加量所得到的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線有著如圖2所示的變化趨勢，結(jié)合其清液濁度變化趨勢來看，當(dāng)醋酸鉛添加量為0.0和2.5 g時其濁度較大，分別對應(yīng)591和5412 NTU，其標(biāo)準(zhǔn)工作曲線斜率分別為590.83和578.53，而當(dāng)醋酸鉛添加量為0.25和0.75 g時其濁度較小，分別為402和472 NTU，其標(biāo)準(zhǔn)工作曲線斜率均在560上下，較為穩(wěn)定。這一方面是少量的醋酸鉛所起到的澄清作用有限，另一方面是過量的醋酸鉛殘留于蔗汁清液內(nèi)會造成一定程度的返濁，同時也可能會對淀粉酶活性造成影響。

圖2 不同醋酸鉛添加量下混合汁淀粉含量測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

綜上所述，選擇適宜的醋酸鉛添加量至關(guān)重要，需確保經(jīng)過煮沸澄清過濾后的蔗汁清液能夠達(dá)到較好的澄清度，也需保證經(jīng)過淀粉酶降解淀粉后能夠獲得穩(wěn)定有效的空白對照組。在本次研究中，針對多批次中間蔗汁樣品進行試驗得到，當(dāng)醋酸鉛添加量分別為0.25 g（初壓汁）、1.0 g（末壓汁）、0.25 g（混合汁）和0.0 g（清汁）時，其蔗汁清液的濁度均低于500 NTU，并且醋酸鉛添加量需隨著甘蔗原料的改變而重新測定調(diào)整，從整體上看均在0.25 g/500 mL左右。

2.3 中間蔗汁淀粉含量測定對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線結(jié)果與分析

將4種中間蔗汁所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制如圖3所示后發(fā)現(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)曲線整體上均處于相近狀態(tài)，斜率均在565上下，擬合相關(guān)系數(shù)R2均在0.99以上。通過添加醋酸鉛可控制蔗汁清液濁度在相近且較低水平，從而標(biāo)準(zhǔn)工作曲線斜率也具有相近性或統(tǒng)一性。

圖3 中間蔗汁的淀粉含量測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線匯總圖

針對混合汁平行測定3次所得標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的 斜率分別為565.07、566.23、562.37，其標(biāo)準(zhǔn)差為1.62%，表明此方法精度較高，重現(xiàn)性較好，符合分析要求。

2.4 中間蔗汁淀粉含量測定加標(biāo)測試結(jié)果與分析

針對混合汁測得的淀粉含量及其標(biāo)準(zhǔn)工作曲線進行加標(biāo)測試，即在檢測得到混合汁淀粉含量后，人為定量添加淀粉后再進行淀粉含量檢測，如表1所示。結(jié)果顯示，加標(biāo)測試回收率在99%～102%之間，表明該方法檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確，其標(biāo)準(zhǔn)工作曲線均穩(wěn)定可靠。

表1 混合汁淀粉含量檢測加標(biāo)測試回收率

3 總結(jié)

本方法基于酶解法和碘顯色法采用醋酸鉛進行澄清除雜，方法可行，加快測定分析速度。實驗表明：當(dāng)醋酸鉛添加量約為0.50 g/L時，即可將中間蔗汁澄清處理到較低濁度，且不同工段處的中間蔗汁均具有相近的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。這為制糖廠中間蔗汁的淀粉含量實時監(jiān)測提供了一個快速簡便的方法。