葡聚糖对煮糖及白砂糖晶体形态的影响

莫柳珍，廖炳权，焦 博，谢彩锋*

（1广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004；2广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州 510316）

葡聚糖对煮糖及白砂糖晶体形态的影响

莫柳珍1,2，廖炳权1，焦 博1，谢彩锋1*

（1广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004；2广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州 510316）

葡聚糖是高分子高粘度多糖，对制糖生产过程危害很大。通过使用小型试验型真空煮糖设备煮制含有不同葡聚糖的糖浆，分析糖膏粘度、煮糖时间、提糖率及观察蔗糖晶体形态，研究煮糖物料中含不同浓度的葡聚糖对煮糖操作及白砂糖晶形的影响。结果表明：葡聚糖浓度增大，会增大糖膏粘度，延长煮糖时间，降低提糖率，改变蔗糖晶体形态甚至出现针状晶体；高分子量葡聚糖比低分子量葡聚糖对煮糖影响更大。

葡聚糖；煮糖；粘度；晶体形态；提糖率

0 前言

在适宜的温度和湿度下，甘蔗组织及其夹杂物中携带的肠膜明串珠菌类微生物能以蔗糖为主要物质进行发酵，使蔗糖降解为葡萄糖和果糖，同时分泌的葡聚糖蔗糖酶，使所生成的葡萄糖发生聚合，产生葡聚糖。当糖汁中葡聚糖含量大时，会形成白色的珠状团块，即国内糖厂通常称的“蔗饭”[1]。肠膜明串珠菌的这种发酵不仅消耗蔗糖，造成糖分损失，同时所生成高分子量、高粘度葡聚糖，给制糖工业生产带来很大的危害：葡聚糖的高右旋性影响在制品蔗糖纯度的测定[2]，误导生产；增加在制品粘度，影响沉降、过滤及蒸发煮糖物料对流，导致蒸发煮糖时间延长[3]；影响蔗糖结晶晶型；增加分蜜难度，导致废蜜损失增大。此外，葡聚糖是白砂糖酸性絮凝物的主要成分之一[4]。

煮糖是制糖生产过程中最重要的环节，关系到

成品的质量和收回率。若在不良的生产环境下（环境温度长期偏高、杀菌效果差），糖厂蔗汁中葡聚糖不断增加，而在澄清过程中除去葡聚糖量非常少，不断累积到蒸发糖浆当中，增大糖浆粘度，将会使煮糖的难度也大大增加。本文利用双层玻璃反应釜进行糖浆煮糖试验，研究葡聚糖对煮糖过程及蔗糖晶体晶型的影响。

1 试验材料与仪器

1.1 试验材料

糖浆（广西某糖厂）；一级白砂糖；葡聚糖T-500（B.R美国Sigma公司）；葡聚糖T-2000（B.R美国Sigma公司）；α-淀粉酶；三氯乙酸(TCA)；无水乙醇；无水甲醇；纯硅藻土；盐酸。

1.2 试验仪器

RAT-5双层玻璃反应釜；CCKJ溶剂-超声波协同起晶器；LS200-N离心机；501型超级恒温水浴锅；SHB循环水式多用真空泵；HHS数显恒温水浴锅；SP-752型紫外分光光度计；扫描电镜(SEM)。

2 实验方法

2.1 物料含葡聚糖对煮糖的影响试验

用砂糖与蒸馏水配置成一定浓度的糖糊（用作晶种）和糖浆，分别在糖糊与糖浆中加不同数量溶解好的葡聚糖T-500溶液、葡聚糖T-2000溶液，混匀，作为煮糖物料待用；使用双层玻璃反应釜进行煮糖试验研究，煮糖真空度控制为0.09 MPa，反应釜内搅拌速度200 r/min；研究不同葡聚糖分子量及其在物料中的含量对煮糖的影响，分析指标包括煮糖时间、提糖率、糖膏粘度、煮制所得的白砂糖中葡聚糖含量、进入蔗糖晶体葡聚糖含量与物料葡聚糖含量之比。其中：

（1）煮糖时间：放入糖糊后，启动搅拌和抽真空，待真空度上升至稳定值并且反应釜内的糖糊开始沸腾时开始计时，连续入糖浆煮糖，至煮糖结束解除真空放糖为止，记录时间(min)。

（2）提糖率：指任意纯度下成品固溶物质量与糖膏总固溶物质量之比，也可以是高纯度物料固溶物质量m1与中纯度物料固溶物质量之比m2。计算公式见式⑴。

其中：P1、P2、P3分别表示高纯度、中纯度、低纯度物料纯度。

（3）糖膏粘度测定：放糖时接取适量糖膏，水浴保温于60℃用旋转粘度计测定其粘度；同时根据《甘蔗制糖化学管理统一分析方法》[5]测定糖膏锤度；糖膏粘度单位取mPa.s/°Bx。

（4）白砂糖中的葡聚糖含量测定：使用Haze-酒精法，参照原糖国标GB15108-2006中“葡聚糖测定方法”[6]进行，单位mg/kg。

2.2 葡聚糖对白砂糖晶型的影响试验

以糖厂糖浆为煮糖物料，在其中加入不同数量的葡聚糖T-2000溶液，煮种采用投粉法，晶种用溶剂-超声法制得，煮糖真空度控制为0.09 MPa，反应釜内搅拌速度200 r/min，记录煮糖时间。煮制好的糖膏经离心分离后，取白砂糖分析其葡聚糖含量，并采用扫描电镜对白砂糖晶体形态进行观察，研究葡聚糖对白砂糖晶型的影响。

3 结果与讨论

3.1 物料中含不同浓度的葡聚糖T-500和葡聚糖T-2000的煮糖指标比较

图1～图5为物料中含不同浓度的葡聚糖T-500和葡聚糖T-2000的煮糖指标比较。

图1 物料中葡聚糖含量对煮糖时间的影响

图2 物料中葡聚糖含量对提糖率的影响

图3 物料中葡聚糖含量对糖膏粘度的影响

图4 物料中葡聚糖含量对白砂糖葡聚糖含量的影响

图5 进入蔗糖晶体葡聚糖含量与物料葡聚糖含量之比

从图1、图2可以看出，随着物料中葡聚糖含量（葡聚糖浓度）的增加，煮糖时间延长，葡聚糖T-2000对煮糖时间的影响大于葡聚糖T-500；葡聚糖含量的增加，提糖率有所下降，葡聚糖T-2000在浓度低时对提糖率的影响小于葡聚糖T-500，但在浓度高时会使提糖率迅速降低。主要是因为物料中葡聚糖-T500和葡聚糖T-2000含量增加会使糖膏母液粘度增大，煮糖过程中物料对流受到影响，蔗糖分子传质阻力增大，扩散降低。葡聚糖T-2000的平均分子量远大于葡聚糖T-500，相同的添加量能使糖膏粘度增大更多，从而需要更长的煮糖时间。

从图3中可以看出，在物料中添加葡聚糖T-2000比添加葡聚糖T-500对煮糖糖膏粘度的影响更大。从图4、图5中可以看出，随着物料中葡聚糖含量的增加，经分蜜和洗蜜后得到的白砂糖中葡聚糖含量增大，但进入蔗糖晶体的葡聚糖含量与物料中葡聚糖含量的百分比不断降低，趋于平缓。说明增加物料中葡聚糖的含量，在煮糖过程中会阻碍蔗糖的结晶，但晶体吸收母液中的蔗糖和葡聚糖分子比例趋于定值。

综上可知，高分子量的葡聚糖对糖膏粘度、煮糖时间、提糖率的影响比低分子量的大，随着糖浆葡聚糖浓度的增加，低分子量的葡聚糖比高分子量的更容易进入到蔗糖晶体中。

3.2 葡聚糖对白砂糖晶形影响的研究

表1为糖浆添加葡聚糖量对糖膏粘度、煮糖时间和白砂糖葡聚糖含量的试验结果。由表1可知，糖浆中葡聚含量越高，煮糖时间越长，进入白砂糖的葡聚糖含量增大。在煮糖过程中，糖浆葡聚糖含量增加，糖膏粘度增大，物料对流循环受到影响，温度、过饱和度均匀度受到影响，且蔗糖晶体结晶析出阻力增大，蔗糖分子穿越主体溶液达至晶体表面的扩散速度变小，故糖分吸收较差，煮糖时间延长。当葡聚糖T-2000用量为2000 mg/L时，在煮糖过程发现糖膏母液变得混浊，存在伪晶生成现象，分蜜后所得的白砂糖晶体存在着许多小颗粒的晶粒，甚至有少量细长的结晶颗粒（见图6）。

用扫描电镜(SEM)技术对一级白砂糖（作对比样）以及用葡聚糖T-2000浓度分别为1000、2000 mg/L的糖浆煮制所得白砂糖晶体进行分析，见图7～图9。

表1 糖浆添加葡聚糖量对糖膏粘度、煮糖时间和白砂糖葡聚糖含量的试验结果

图6 煮糖得到白砂糖外观图

图7 一级白砂糖(对照品)

图8 葡聚糖T-2000浓度为1000 mg/L的糖浆煮制所得蔗糖晶体

图9 葡聚糖T-2000浓度为2000 mg/L的糖浆煮制所得蔗糖晶体

由图7看到，正常的蔗糖晶体，其晶形各面间成的角度是较为恒定，厚度适中，最大的面{1 0 0}长宽比例约为1.25：1。从放大1000倍SEM图片可看到参照物一级白砂糖的表面较光滑，残留有极少的蔗糖小晶核，小晶核的晶面近似椭圆形和方形。

由图8看到，糖浆中葡聚糖T-2000含量为1000 mg/L时煮制所得的蔗糖晶体形状发生了变化，晶面{1 0 0}面变窄，长宽比例约为2.5～3.5：1，a轴方向上晶体变厚，晶体不断沿c轴生长，有些晶面已经消失。从放大200倍SME图中看到，晶面有些褶皱，说明有些晶面上吸收蔗糖的速度不均匀，晶体表面上附着的小晶体也变成长条形。

由图9看到，糖浆中葡聚糖T-2000含量为2000 mg/L、煮制时间超过3 h得到的晶体中有许多针状晶体，晶体沿c轴生长，长、宽比例甚至超过了5：1，c轴晶面上有些为六边形，有些变成了四边形，即有些晶面已经完全消失。从放大1000倍SEM图片上，有许多小晶体呈长条状，稍大的晶体晶面上有些粗糙。

针状晶体在糖膏沸腾碰撞过程中易折断，其流动性也很差，使晶体吸收蔗糖速度变慢，煮糖时间延长，糖品收回降低，分蜜时易堵塞筛孔，增加洗水用量，使废蜜带走糖分增多。

4 结论

随着物料中葡聚糖浓度增加和葡聚糖分子量的增大，糖膏粘度增大，煮糖时间延长，糖膏提糖率降低，进入到蔗糖晶体的葡聚糖含量增大，但增加到蔗糖中的葡聚糖相对于初始物料中的葡聚糖百分比逐渐减小，趋于恒定，说明物料中的葡聚糖浓度低时更容易通过煮糖进入到蔗糖晶体，分子量大的葡聚糖对煮糖的影响更大。

由蔗糖晶体扫描电镜图片可知，糖浆中添加葡聚糖T-2000浓度越大、煮糖时间越久，生成的蔗糖晶体晶形沿c轴申长越多，在煮制过程中一些晶面生长过快，导致一些晶面逐渐消失。因此，葡聚糖存在会影响蔗糖晶体形态、晶面减少甚至消失、晶面不完整且粗糙、存在针状晶。

[1] 霍汉镇. 现代制糖化学与工艺学[M]. 北京：化学化工出版社，2008：10-11.

[2] 周文红，刘慧霞，张建法，等. 葡聚糖含量使糖度测定值虚假增加的影响研究[J]. 广西蔗糖，2009(3)：39-48.

[3] ARWUT P, ADRIAN E F, PHILIP A. et al. Measurement and analysis of the dextran partition coefficient in sucrose crystallization[J]. Journal of Crystal Growth，2009, 311：3667-3673.

[4] 郑伟基. 白砂糖中酸性絮凝物的研究进展[J]. 广西轻工业，2007(7)：14-15.

[5] 广东省甘蔗糖业食品科学研究所. 甘蔗制糖化学管理统一分析方法[M]. 北京：轻工业出版社，1976.

[6] 中国轻工业联合会. GB/T15108-2006原糖[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

(本篇责任编校：朱涤荃)

Effects of Dextran on Boiling and White Sugar Crystal Morphology

MO Liu-zhen1,2, LIAO Bing-quan1, JIAO Bo1, XIE Cai-feng1
(1Institute of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004;2Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316)

Dextran is a kind of polysaccharide, a macromolecule and high viscosity material. It can do great harm in the sugar producing process. Using a small experimental vacuum equipment to cook syrup containing different dextran, this paper analyzed the massecuite, boiling time, sugar extraction rate, observed the sucrose crystal morphology, studied the influence of boiled sugar material containing different concentrations of dextran to the operation of boiling sugar and sugar crystal morphology. The results showed that dextran concentration increases will increase the viscosity of massecuite, prolong boiling time, reduce the sugar extraction rate, change sucrose crystal morphology even cause acicular crystals to appear. High molecular weight dextran has greater influence on boiling sugar than low molecular one has.

Dextran; Sugar boiling; Viscosity; Crystal morphology; Sugar extraction rate

TS244+.4

A

1005-9695(2015)02-0020-05

2015-02-10；

2015-04-01

莫柳珍(1986-)，女，硕士，主要从事制糖工程技术研究；E-mail: mlz9287@126.com

*通讯作者：谢彩锋(1976-)，女，博士，副教授，主要从事制糖过程强化技术研究；E-mail: fcx11@163.com

莫柳珍，廖炳权，焦博，等. 葡聚糖对煮糖及晶型的影响研究[J]. 甘蔗糖业，2015(2)：20-24