葡聚糖在制糖生产过程中的影响

苏 丽，温惠宇，谢凌波

（中粮崇左糖业有限公司，广西 崇左 532200）

1 前言

葡聚糖并不是甘蔗中原有的，而是生产过程中由L.M.肠膜明串珠菌的繁殖而生成的。在甘蔗制糖前期过程即蒸发前，蔗汁的温度、浓度和营养物质蔗糖是L.M.肠膜明串珠菌繁殖的温床，加上微生物的活动能使蔗汁酸化，从而加重了蔗糖的转化。一般葡聚糖在田间和甘蔗堆场中就开始生成，在压榨车间由于卫生条件较差，蔗汁呈微酸性，使葡聚糖生成更快［1］。葡聚糖除影响蔗汁转光度升高外，对蔗糖的结晶影响极大，即结晶时生成异常形态的晶体。虽然葡聚糖对人的健康无害，但它可使糖质饮料变浑浊，使产品质量下降，在生产过程中影响物料的过滤速度和结晶速度，它本身也是一种造蜜物质而影响糖的产糖率。

2 制糖业传统测定葡聚糖的方法

在制糖工业，葡聚糖的检测一直是一个难点问题，不能快速准确的进行检测，目前对葡聚糖含量的检测方法主要分为两类：化学分析法和生物学分析法。化学分析法包括罗伯特铜法、酒精Haze法和SPRI法等；比较新的一种检测法为生物学分析法，如酶解法和免疫法。但现有的检测方法仍然存在问题，为解决该问题，广州甘蔗糖业研究所制备出了葡聚糖特异性抗体检测法，可快速、准确的测定葡聚糖含量。目前由于抗体分析方法的检测试剂即葡聚糖单抗体试剂盒较贵，还暂未能将葡聚糖检测列为日常检测项目。

抗体分析方法测定葡聚糖含量具有准确、便捷、适用性广的优点。抗体分析方法是根据抗原抗体的结合具有特异性和专一性的特点，形成一定的络合物，使糖液混浊，通过其浊度变化值与标准样品的浊度变化值比较，可以定量的检测并计算L.M.肠膜明串珠菌量，即葡聚糖含量。

3 制糖原料葡聚糖含量的分析

制糖工业中为减少葡聚糖含量的措施主要是从源头上着手解决，即针对原料进行合理的调配。缩短甘蔗堆放时间，压榨时尽可能地采用新鲜甘蔗，通过对甘蔗品种、向背阳、山上等成熟情况的分析，与农户联系进行甘蔗砍收时间的总体调配，实行先熟先砍，先砍先榨的原则；炼糖的原料在有条件的情况下，可根据糖分、葡聚糖含量、还原糖等进行原料的搭配，一般按照两种原料进行一定的比例配置，使得炼糖原料的质量不至于两极分化，便于炼糖生产管理。

3.1 原料甘蔗中葡聚糖的差别

甘蔗在存放过程中可能出现腐败、陈化现象，导致原料劣变、加工性能变差，主要是L.M.肠膜明串珠菌，它分泌出的葡聚糖蔗糖酶能够催化蔗糖生成葡萄糖，葡萄糖进一步聚和形成葡聚糖。不同甘蔗品种在相同时间内形成的葡聚糖含量各不相同，值得注意的是葡聚糖在机器收割和人工砍收上也有明显的区别。通过实验数据表明，机器收割的甘蔗葡聚糖含量普遍比人工收割的甘蔗葡聚糖含量高，主要原因是机械收割对甘蔗外表皮的损失较大，甘蔗机械收割的长度是较为均匀的小节，一般为20cm左右，使得甘蔗外露的部分增多，甘蔗在缺少了表皮的保护作用后，容易滋生L.M.肠膜明串珠菌，L.M.肠膜明串珠菌与蔗糖反应生成葡聚糖。所以，在收割时尽量减少甘蔗夹杂物和较大面积的甘蔗损伤的情况，在榨季期间对原料蔗进行葡聚糖的检测，将检测数据及时反馈至生产，能根据生产实际情况进行工艺的适当调整。甘蔗在堆放时可通过喷洒石灰乳、蒸汽喷射等措施减少葡聚糖的产生，最为重要的一点是保持车间良好的卫生条件，定时清洗。

2020/2021年榨季开展的葡聚糖含量与存放时间关系的实验，实验方法为一次性采收的42#品种甘蔗，干燥环境下堆放，连续8天测定甘蔗葡聚糖含量在人工砍收与机械收获时的实验对比结果，如表1所示。

表1 葡聚糖含量在人工砍收与机械收获时的实验对比结果

3.2 炼糖原料产地的葡聚糖差别

炼糖的原糖产地不同，原糖和葡聚糖含量也不同。某糖厂炼糖用的回溶糖的产地主要有自产原糖、古巴原糖、巴西原糖、萨尔瓦多原糖、国储原糖和国储白糖六种原料。自产原糖、巴西原糖和国储白糖的葡聚糖含量较低，原料质量相对较好，如图1所示。在制定炼糖排产计划时，可综合原料葡聚糖、还原糖、色值、淀粉和胶体物质等的测定结果，同时考虑该年度炼糖原料的总体质量做一个搭配计划，即将自产原糖与进口原糖混合后再做回溶处理，增加生产过程的可控性和整体生产的均衡性、稳定性，通过及时调整辅料添加、过滤、脱色等生产工艺，解决炼糖原料不确定性造成生产较难管控的问题。该糖厂于2021年8月，根据原糖的葡聚糖、还原糖含量以及原糖色值的不同，按比例搭配进行原糖回溶，生产统计结果，产糖率提升到97.42%，废蜜损失降至0.49%。由于胶体物质主要存在未成熟的甘蔗中，炼糖原料中的含量相对较少，且胶体物质和淀粉含量对生产的负影响相对葡聚糖较小，所以，在制定原料糖混合的时候主要考虑葡聚糖、还原糖分和色值的影响。

图1 炼糖原料中葡聚糖含量测定

4 葡聚糖在工艺上对产糖率的影响

4.1 葡聚糖在澄清方面的分析

原料蔗经压榨机组压榨后，榨机、汁槽消毒不到位也会使混合汁葡聚糖含量增多，造成初混汁纯度差较大，对澄清工序影响较大。微生物对蔗糖的破坏性比化学转化大20~40倍，可使初压汁与混合汁纯度相差1%~3%，甚至更高，糖分损失0.7%~1%［2］。

生产过程中葡聚糖含量较多会使pH值、温度与设定工艺稍有偏差，影响较大的则是过滤设备。糖汁经过滤时因葡聚糖黏性较大，容易在滤网缝隙处堆积，残留在过滤设备的葡聚糖会降低设备过滤性能，不仅会使糖浆的简纯度降低，还对脱色性能有影响。糖液中出现小分子葡聚糖时，饱充所生成的碳酸钙颗粒呈分叉钟乳石状，这一变化有利于糖液澄清；但当糖液中存在大量的葡聚糖时，会使碳酸钙颗粒变成不规则状，不仅无法使碳酸钙颗粒发生有利于澄清的变化，脱色效果变差，而且大分子葡聚糖增加了糖液黏度，使澄清效果进一步恶化［3］。所以，在葡聚糖较多时，可以考虑增大饱充能力及过滤设备的过滤能力，将葡聚糖尽可能地拦截，但是葡聚糖在过滤设备堆积时，需要定期对滤网进行清理才能保证过滤设备的性能，减少后段煮糖和分蜜工序的难度。如图2真空吸滤机上的葡聚糖团即“蔗饭”的堆积，间接的反映了在澄清工序时葡聚糖含量较多的情况，有一部分葡聚糖可以随滤泥排出，还有一部分葡聚糖残留在过滤设备上，也没有具备吸滤机用刮刀刮下来的条件，所以设备的过滤性能大打折扣；同时葡聚糖本身的黏性会使滤泥糖分增加从而减少收回率。

图2 真空吸滤机上的“蔗饭”

因此，除了在过滤设备上定期清理外，工艺上也应有所调整，以达到增加澄清效率的目的，对于亚硫酸工艺的糖厂来说，适当提高磷酸用量和增大硫熏强度能更好的处理葡聚糖浓度较高的蔗汁，中和pH值尽量控制在7.0左右。总体来说，澄清工段受葡聚糖含量大的影响，致使脱色效果变差，混合汁和清汁纯度偏高，测量偏差较大，不仅对产品质量有一定的影响，在工艺制定时受糖浆纯度虚假增高的影响而达不到指导生产的要求。

4.2 葡聚糖在煮糖方面的分析

虽然经过蒸发的高温条件后，L.M.肠膜明串珠菌无法存活，但前期生成的葡聚糖仍然存在，还会对煮糖造成恶劣、不可逆的影响。从蔗糖晶体中测得的葡聚糖约有80%是在晶格内的，只有20%存在于晶面上。葡聚糖作为一种聚合糖，不仅能影响煮糖的速度，还使晶体呈现不规则性，附在晶面上抑制晶体长大，降低煮炼收回率。在葡聚糖的影响下，a轴与b轴的生长速度被减慢，致使c轴扩延成针状晶，这是由于杂质高度立体定向吸附于某些晶面的缘故，如图3所示。葡聚糖浓度过大致使煮糖罐积垢增多，母液黏度大，影响传热效率和糖膏对流，在一定程度上增加了煮糖效汽的使用，降低了煮糖时间和煮炼收回率；不规则晶体在干燥冷却时，即在晶体经振动输送机、螺旋输送机和振筛的过程中，比规则晶体的磨损程度更大，增加了糖粉量和二次回溶量，对节能降耗等生产方面造成一系列的影响。

图3 常见蔗糖结晶面角图

4.3 葡聚糖在增加糖蜜方面的分析

葡聚糖作为一种造蜜物质，浓度高时黏度增大，糖膏对流不好则导致一小部分蔗糖无法被晶体吸收而影响煮炼收回率，即蔗糖分子传质阻力增大；且葡聚糖含量较多会使晶体粒度不均匀，导致在分蜜工段筛分时分蜜机振动较大，增加分蜜机故障的可能性，加之糖膏中的蜜量有所增加，需适当增加打水量、打汽量或增加高速分离时间才能达到最终产品质量的要求。葡聚糖含量较多会使煮糖与分蜜的糖蜜量增加，而糖蜜量增加后有两个主要的影响，一是直接增加了废蜜的产量和重力纯度，即对收回率造成直接影响；二是可能会影响生产的整体物料平衡和增加能耗，例如，糖蜜待箱、回煮糖蜜量、糖膏色值升高、分蜜打水增大、干冷糖粉增加和二次洄溶量增加等造成恶性循环。

5 结语

葡聚糖含量越多，说明蔗糖被L.M.肠膜明串珠菌的消耗就越多，蔗糖分的含量就越少，直接对产糖率造成较大影响。所以，从源头上减少葡聚糖含量是提高产糖率最直接最有效的方式，主要采取的措施有合理调配原料，保持良好卫生，定期进行消杀或者预灰，定期检测原料葡聚糖含量调整生产工艺。实际生产工艺是无法完全清除葡聚糖的，当生产过程中出现葡聚糖含量较多时，会对澄清、煮糖以及糖蜜方面造成较大影响。在煮糖和糖蜜方面，葡聚糖的控制手段较少，所以应在澄清工序时就利用过滤设备尽可能多的阻隔葡聚糖往下一个工段走，提前监测葡聚糖含量，对澄清操作和工艺进行调整。

在糖业上如能利用葡聚糖在线监测技术，把葡聚糖监测的结果反馈至操作平台，可及时针对葡聚糖含量的控制手段进行调整，例如辅料添加、工艺pH值调整等。同时，在工艺上应尽可能地缩减物料停留时间，加快工艺流程，在一定程度上可以减少L.M.肠膜明串珠菌的繁殖从而提高产糖率。