3种澄清工艺白砂糖主要致色成分的差异研究

韦雪珠，刘慧霞，周文红，周少基，焦 磊,3

（1广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004；2广西中科索顿科技咨询有限公司，广西南宁 53001；3武汉开元知识产权代理有限公司，湖北武汉 430015）

3种澄清工艺白砂糖主要致色成分的差异研究

韦雪珠1,2，刘慧霞1*，周文红1，周少基1，焦 磊1,3

（1广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004；2广西中科索顿科技咨询有限公司，广西南宁 53001；3武汉开元知识产权代理有限公司，湖北武汉 430015）

研究亚硫酸法、碳酸法、二步法3种经典澄清方法白砂糖样品的致色成分的差异，系统探讨白砂糖致色非糖分与色值的关系有重要的现实意义。通过测定榨季不同工艺不同色值段典型白砂糖中酚类物、铁、氨基氮含量，分析这些主要致色成分在砂糖中的分布规律。结果为：不同工艺不同糖厂白砂糖色值(IU)整体上随着酚类物、铁、氨基氮含量的增加而呈升高趋势；不同工艺同一色值段白砂糖致色成分含量不同，同一工艺同一色值段不同时期白砂糖样品的致色成分含量各有差异；亚硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖酚类物含量依次为13.71～17.26、11.73～16.38、5.60～10.55 mg/kg，铁含量范围依次为2.17～4.08、1.54～2.18、0.39～1.23 mg/kg，氨基氮含量范围依次为17.17～33.68、14.33～20.75、0.19～2.30 mg/kg。

白砂糖；酚类物；铁；氨基氮；IU

0 前言

产品白砂糖质量直接关系到制糖企业的效益和

发展，白砂糖色值在制糖生产质量控制中占居着首要的地位。无论是采用亚硫酸法或是碳酸法生产耕地白砂糖厂家，还是采用二步法的精糖厂家，都想方设法获得高质量低色值的产品。甘蔗原料所带来的色素含量并不多，但由于色素的成分种类较复杂，又经过制糖生产过程处理，使糖液色素的成分变得复杂了许多，导致为除去这些色素投入的成本在总成本之中所占比例相当大。另一方面，产品白砂糖在出厂时，其色值是符合国家一级白砂糖标准的，但是在贮存期间，受相关因素的影响，白砂糖容易变色，导致色值有一定的增加，甚至使产品不合格，遭受客户投诉，影响企业的信誉，给买卖双方带来一定的经济损失。

白砂糖出厂色值的高低其本质是受所含致色非糖分含量所决定的，而白砂糖在贮存期间色值的变化，是白砂糖本身的致色非糖分受贮存外部因素的影响而产生的变化。大量研究表明，白砂糖中酚类物、铁、氨基氮是影响其色值水平的重要因素[1-3]，这些致色成分种类及含量均受甘蔗原料、制糖工艺、技术装备等的影响。开榨初期及末期甘蔗还原糖、有机酸、蛋白质、酚类物等非糖分含量较高，在亚硫酸法、碳酸法、二步法制糖不同工艺条件下[4]，导致最终白砂糖所含致色非糖分各有差异，最终体现在白砂糖色值水平上的差异[5]。因此，系统地分析不同工艺白砂糖不同时期不同水平色值段的致色成分（如酚类物、氨基氮、铁）的分布规律，对优化生产工艺，提高糖品质量具有重要的理论指导意义。

1 实验材料与测定方法

1.1 实验原料

实验用白砂糖原料采自广西4家亚硫酸法、1家碳酸法、1家二步法制糖厂编号产品糖，其中各厂榨季前期、中期、后期各采9个编号糖，各时期9个编号糖中低、中、高色值段均为3个。具体如表1所示，表中同榨季不同时期的白砂糖在同一色值段其色值范围相同。

表1 同榨季不同时期白砂糖样品的低、中、高色值段的色值(IU)范围

1.2 实验试剂

硫酸铁铵、没食子酸、亚硝酸钠、乙二胺四乙酸二钠、无水对氨基苯磺酸、硫酸、氨水、磺基水杨酸、L-谷酰胺(B.R.)、结晶乙酸钠、三水合硝酸铜，所用试剂均为分析纯。

1.3 实验仪器

DELTA320型pH计、电子天平、磁力加热搅拌器、电子万用炉、0-111数显式电热恒温干燥箱、WAY.2S型数字阿贝折射仪、752型紫外-可见分光光度计。

1.4 实验测定方法

1.4.1 白砂糖中酚类物的测定

采用无水对氨基苯磺酸-亚硝酸钠分光光度法测定白砂糖中的酚类物[1]。因无水对氨基苯磺酸与亚硝酸钠在酸性条件下可发生重氮化反应，酚类物易与重氮化产物结合生成黄色产物，其产物颜色深浅与酚浓度成正比，因此可采用分光光度法对样品中的酚类进行测定。以酚类物浓度x与吸光度y作图可得白砂糖中酚类含量测定的标准曲线。

1.4.2 白砂糖中铁的测定

磺基水杨酸可与Fe3+在不同的pH条件下反应形成不同颜色的络合物。在pH为1.8～2.5的溶液中，可形成紫色络合物，在pH为4～8的溶液中，形成褐色络合物，在pH为8～11.5的氨水溶液中，可形成黄色络合物。因Fe2+在氨水碱性介质中也与磺基水杨酸生成黄色络合物，因此采用pH为8～11.5条件下测定白砂糖中铁含量，该条件下其最大吸收波长为420 nm，溶液的颜色强度与铁含量成正比[6]，以此来建立白砂糖中铁含量测定的标准工作曲线。

1.4.3 白砂糖中氨基氮的测定

α-氨基氮与硝酸铜/乙酸钠缓冲液在pH为6.0的条件下生成蓝色的络合物，在600 nm下其吸光度与α-氨基氮浓度成正比[7]，因此以α-氨基氮浓度x与吸光度y作图得到白砂糖中氨基氮含量的标准曲线。

2 实验结果与分析讨论

2.1 白砂糖中酚类物分布状况

2.1.1 白砂糖色值随所含酚类物的增加而升高

图1～图3依次为亚硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖中酚类物的分布图。由3个不同工艺样品白砂糖酚类物分布图可知，不论生产工艺、生产厂家是否相同，同榨季不同时期白砂糖的出厂色值水平随酚类物含量的增加而升高，白砂糖酚类物含量变化趋势与其色值水平具有一致性。酚类物由甘蔗本身带入，是蔗汁的主要致色成分之一，因其自身具备的化学特性，容易发生酶促褐变、氧化致色、与铁和氨基酸、蛋白质等反应，生成颜色较深的产物，导致蔗汁色值增加，进入到白砂糖晶体中的致色物也增加，是影响白砂糖色值的重要因素。

2.1.2 同一工艺同色值段不同时期白砂糖所含酚类物不同，不同工艺同时期同色值段白砂糖所含酚类物不同

由3种工艺白砂糖中酚类物分布图可知，各个工艺不同时期同一色值段的白砂糖所含酚类物不同，其中亚硫酸法同一色值段不同时期的白砂糖中酚类物含量差异最小，二步法精糖中酚类物受榨期影响最大，碳酸法次之。由图1可知，对于亚硫酸法，榨季前期、中期、后期各色值段白砂糖中的酚类物含量较为均衡，波动较小，后期酚类物含量略有升高；由图2可知，碳酸法同一色值段白砂糖，以榨季前期酚类物含量相对较高，榨季中期和后期酚类物含量相当；由图3可知，榨季同一色值段的二步法精糖，其所含酚类物量大小顺序为前期>中期>后期，二步法精糖不同时期同一色值段精糖酚类物含量差距较其他工艺大，不同工艺同一时期低、中、高色值段白砂糖所含酚类物差异以二步法精糖最大。甘蔗原料中所含的酚类物受甘蔗品种及质量影响，未成熟甘蔗代谢较旺盛，所含酚类物较高，主要表现在榨季初期；其次若受霜冻、洪涝、干旱等极端恶劣天气，或者甘蔗过熟，甘蔗中的酚类物含量相应会升高。因此，在同一澄清工艺条件下，若甘蔗所含酚类物较高，经澄清处理后酚类物残留量也会增高，因此带入白砂糖晶体中的酚类物也必然会较多，最终使白砂糖色值水平较高。同一糖厂同一色段不同时期其酚类物含量的差异表明，白砂糖酚类物含量并不是影响其色值水平的唯一因素。

2.1.3 白砂糖中酚类物以二步法含量最少，亚硫酸法含量最高，各糖厂白砂糖所含酚类物波动范围各异

同榨季白砂糖中，亚硫酸法、碳酸法、二步法酚类含量平均水平范围依次为13.90～16.90、11.73～16.38、5.60～10.55 mg/kg，说明各种制炼工艺澄清过程对酚类物的除去率顺序为二步法>碳酸法>亚硫酸法。制糖生产各类澄清剂中以石灰，CO2，SO2，活性炭等最常用，其中澄清过程所生成的碳酸钙沉淀对于色素杂质的吸附除去效果较亚硫酸钙沉淀强，石灰法加活性炭对色素杂质的吸附去除效果又比碳酸钙沉淀更好，最终体现为二步法白砂糖酚类物色素含量最少，色值最低，亚硫酸法白砂糖酚类物色素含量最多，色值最高。因此要提高白砂糖品质，应主要考虑从提高制糖澄清效率入手，将会取得事半功倍的效果

图1 亚硫酸法白砂糖中酚类物的分布

图2 碳酸法白砂糖中酚类物的分布

2.2 白砂糖中铁的分布状况

2.2.1 白砂糖铁含量对其出厂色值的影响与酚类物的影响具有高度一致性

图4～图6依次为亚硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖中铁的分布图。由图可知，在同榨季中，不论生产工艺是否相同，白砂糖的色值水平均随铁含

量的增大呈升高趋势，但低、中、高色值段铁含量变化的幅度不等。白砂糖中铁含量变化趋势与色值水平相一致，这与酚类物对出厂产品色值的影响是一致的。

2.2.2 白砂糖中的铁含量以亚硫酸法最高，二步法最低

同榨季亚硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖榨季铁含量平均水平范围依次为2.30～3.17、1.54～2.18、0.39～1.23 mg/kg。亚硫酸法相对于碳酸法和二步法而言，其主要在中性偏酸的条件下进行加工生产，因此，其由设备带入铁类物质的量较多。再者，亚硫酸法澄清效率较碳酸法及二步法低，因此其白砂糖中铁的平均含量最高，同一色值段亚硫酸法铁含量分别是碳酸法及二步法的1.5～2、2.5～6倍之多。

图3 二步法白砂糖中酚类物的分布

图6 二步法白砂糖中铁的分布

2.3 白砂糖中氨基氮的分布状况

2.3.1 白砂糖中氨基氮含量变化与其产品出厂色值的变化一致

图7～图9依次为亚硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖中氨基氮的分布图。

图7 亚硫酸法白砂糖中氨基氮的分布

图8 碳酸法白砂糖中氨基氮的分布

图9 二步法白砂糖中氨基氮的分布

由图可知，除二步法白砂糖外，其余白砂糖出厂色值大体上随着氨基氮含量的增加而呈上升趋势。其中以亚硫酸法白砂糖氨基氮含量最高，二步法白砂糖氨基氮相对很少。由此可知，二步法对氨基氮类物质的除去率较高，其次是碳酸法，最后是亚硫酸法。亚硫酸法、碳酸法、二步法砂糖氨基氮波动范围依次为20.14～28.20、14.33～20.75、0.33～2.39 mg/kg。综上可知，白砂糖中氨基氮含量变化对其出厂产品色值的影响，同酚类物、铁的影响规律是相同的。

3 结论

（1）亚硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖产品在同榨季白砂糖酚类物含量范围依次为13.71～17.26、11.73～16.38、5.60～10.55 mg/kg，铁含量范围依次为2.30～3.17、1.54～2.18、0.39～1.23 mg/kg，氨基氮含量范围依次为20.14～28.20、14.33～20.75、0.33～2.39 mg/kg。

（2）不同工艺不同糖厂白砂糖的色值整体上随着酚类物、铁、氨基氮含量的增加呈升高趋势，其中二步法白砂糖各致色非糖分含量最低，亚硫酸法白砂糖致色成分含量最高。要提高产品白砂糖的质量，应主要从提高制糖澄清效果方面考虑。

（3）白砂糖中的酚类物、铁、氨基氮含量受制糖工艺及榨期的影响，不同工艺同一色值段其致色成分含量不同，同一工艺同一色段不同时期致色成分含量各异，表明白砂糖色值水平是各个致色成分综合作用的结果。

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[7] 林金梅. 改性磷酸复合物用于糖汁澄清脱色的研究[D].广西：广西大学，2010.

(本篇责任编校：朱涤荃)

The Distribution Difference of Main Colour Components in White Granulated Sugar From Three Clarification Method

WEI Xue-zhu1,2, LIU Hui-xia1, ZHOU Wen-hong1, ZHOU Shao-ji1, JIAO Lei1,3
(1Institute of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004;2China Science and Technology Consultant of Guangxi, Guangxi 530012;3Wuhan Kaiyuan Intellectual Property Anent Ltd., Wuhan, Hubei 430015)

This paper studied the difference of coloring components in cane sugar of sulphitation process, cabonatation process, and the two step process. It is very important to study the law of non-sugar coloring impurities and find their relationship to sugar color. By measuring phenol, iron, and amino nitrogen content in typical white granulated sugar of different color level from different method in the crushing season, this study analyzed the main color component’s distribution regularities in the sugar. Results showed that, with the increasing of phenol, iron, amino nitrogen content, the color (IU) of white granulated sugar for different method trended to increase. The color components content were different while the sugar product was from the same factory in different crushing stage, and the color components content are different while the sugar product is from the same crushing stage and color level in different factory.

White granulated sugar; Phenol; Iron; Amino nitrogen; IU

TS244+.2

A

1005-9695(2015)02-0015-05

2015-03-21；

2015-04-07

广西科学基金项目资助，2011GXNSFC018006，GKZ0991034

韦雪珠(1988-)，女，硕士研究生，研究方向：糖类提纯分离理论与技术；Email:wxz726700616@163.com

*通讯作者：刘慧霞，女，广西大学轻工与食品工程学院教授，研究方向：可再生资源分离理论与技术；Email: sugarliu@gxu.edu.cn

韦雪珠，刘慧霞，周文红. 三种澄清工艺白砂糖主要致色成分的差异研究[J]. 甘蔗糖业，2015(2)：15-19.