甘蔗糖蜜酶法澄清技术的研究

张洛铫，尚红岩*，杨凤婷，郑毅锋，付金亿，陈秀丽，黄泽彬，钟靖琪，曹嘉亮，郑子鑫，殷德运

(1广东轻工职业技术学院食品与生物技术学院，广东广州 510300；2广东省科学院南繁种业研究所，广东广州 510316)

0 前言

糖蜜是制糖工业副产物，富含蔗糖、还原糖等可发酵性糖，广泛应用于食品、发酵、饲料等行业[1-4]。但糖蜜中还含有胶体、无机盐灰分和色素等，其中胶体约占10%左右，主要来源于甘蔗原料中果胶和含氮有机物[5]。果胶是以半乳糖醛酸和还原糖聚合成复合多糖类，在糖蜜中形成胶体溶液，增大糖蜜粘度。目前国内糖蜜大部分用于发酵生产酵母、酒精和发酵制品，糖蜜中的胶体不能被发酵微生物利用，并且会抑制酵母等微生物的繁殖和发酵，糖蜜利用前必须进行澄清处理[6-7]。

目前糖蜜澄清方法多采用添加酸、碱、钙盐或絮凝剂等化学方法处理。化学方法处理原理是将糖蜜中的胶体和灰分沉降，沉降后的有机物成为工厂废渣，仍然需要处理才能排放，并且加进糖蜜中的酸碱会将过多的阴离子或阳离子残留在糖蜜中，给糖蜜在食品发酵中应用带来安全隐患[8-11]。本研究采用生物酶解方法澄清糖蜜，采用果胶酶等酶制剂将糖蜜中的胶体水解成小分子糖，酶法澄清后糖蜜还原糖浓度明显提高。

1 材料与方法

1.1 原料及试剂

糖蜜85°Bx，广西凤糖生化股份有限公司；酿酒活性干酵母，广西丹宝利酵母有限公司；过磷酸钙、硫酸铵、酚酞等均为分析纯，广州化学试剂厂；浓硫酸，重庆长鹏化工有限公司；氢氧化钠，天津华东试剂厂；果胶，分析纯，Sigma公司。

果胶酶100000 U/g[酶活(U)：1 g酶在50℃，pH 5.0的条件下，1 h分解果胶产生1 mg半乳糖醛酸为一个酶活单位]，广州瑟烨生物科技有限公司。

1.2 仪器及设备

PHS-3精密酸度计，上海大普仪器有限公司；FA224电子分析天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；UV-520紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；DK-98-II电热恒温水浴锅，郑州长城科工贸有限公司；98-1-C数显控温电热套，天津市泰斯特仪器有限公司；DHP-9162电热恒温培养箱，上海恒科科学仪器有限公司；酒精浓度计，河北省武强县同辉仪表厂；移液枪，济南欧莱博技术有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 糖蜜无酸澄清

称取200 g糖蜜，加水稀释到50°Bx，加入过磷酸钙0.3%，硫酸铵0.6%，果胶酶19 U/g到糖蜜后，平均分成 5组，分别搅拌加热到 30、40、50、60、70℃，分别自然沉降40 min，离心分离沉降物，澄清糖液降温至30℃，分析每组锤度。

1.3.2 糖蜜酶法澄清工艺研究

称取500 g糖蜜，加水稀释到50°Bx，分析其还原糖浓度。加过磷酸钙0.3%，硫酸铵0.6%，加热到50℃，平均分成5组，每组分别按每克糖蜜加入果胶酶10、13、15、17、19 U/g(即上述5组糖蜜分别加入果胶酶 0.01、0.013、0.015、0.017、0.019 g)，搅拌混合均匀后再平均分成5组，每组分别自然沉降20、30、40、50、60 min，分别离心分离排除沉降物，降温至30℃，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖浓度。

1.4 检测方法

1.4.1 糖锤度的测定

采用阿贝折光仪测定糖锤度：取待检溶液数滴，置于折光棱镜面上，合上盖板，使溶液均匀分布在棱镜面。将仪器进光窗对向光源，调节视度圈，读取明暗分界线对应刻度读数，即为糖锤度。

1.4.2 酒精度测定

采用酒精计法测定酒精度[12]。

1.4.3 还原糖测定

采用 3,5-二硝基水杨酸比色法(DNS法)测定还原糖的含量[10]。

1.5 数据处理与分析

每组实验重复3次，实验结果取平均值，采用Excel软件对实验数据进行统计和绘图。

2 结果与讨论

2.1 温度对果胶酶酶解后糖锤度的影响

将稀释到50°Bx的糖蜜分别在不同温度下澄清，离心分离排除沉降物，分析澄清糖液的锤度，实验结果如表1，澄清后锤度随温度变化如图1所示。

由表1和图1可以看出，随着温度的升高，果胶酶将糖蜜中果胶水解成小分子糖越多，糖锤度相应升高。在温度50℃时果胶酶活性最高，糖锤度达到峰值，温度过高，果胶酶活性降低，糖锤度相应降低。同时也验证了果胶酶最适温度为50℃[13]，接下来实验将对果胶酶升温到50℃酶解。

图1 温度对果胶酶酶解后糖锤度的影响

表1 温度对果胶酶酶解后糖锤度的影响

2.2 果胶酶不同添加量对糖蜜澄清的影响

称取500 g糖蜜，加水稀释到50°Bx，DNS法测定分析其还原糖浓度为30.11 g/100mL。

2.2.1 果胶酶用量10 U/g时，沉降时间对糖蜜澄清效果的影响

当果胶酶用量为10 U/g时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，如表2所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图2所示。

从表2和图2可以看出，开始时随澄清时间延长，糖锤度和还原糖都在升高，澄清时间在40 min时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，酶解的糖可能被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为10 U/g时，最佳澄清时间是40 min。

表2 果胶酶10 U/g时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果

图2 果胶酶10 U/g时糖锤度和总还原糖随澄清时间变化趋势

2.2.2 果胶酶用量13 U/g，沉降时间对糖蜜澄清效果的影响

当果胶酶用量为13 U/g时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，如表3所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图3所示。从表3和图3可以看出，开始时随澄清时间延长，糖锤度和还原糖都在升高，澄清时间在40 min时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，糖会被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为13 U/g时，最佳澄清时间是40 min。

表3 果胶酶13 U/g时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果

图3 果胶酶13 U/g时糖锤度和总还原糖随澄清时间变化趋势

2.2.3 果胶酶用量15 U/g时沉降时间对糖蜜澄清效果的影响

当果胶酶用量为15 U/g时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，如表4所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图4所示。

从表4和图4可以看出开始时随澄清时间延长，糖锤度和还原糖都在升高，澄清时间在40 min时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，糖会被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为15 U/g时，最佳澄清时间是40 min。

表4 果胶酶15 U/g时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果

图4 果胶酶15 U/g时糖锤度和总还原糖随澄清时间变化趋势

2.2.4 果胶酶用量17 U/g，沉降时间对糖蜜澄清效果的影响

当果胶酶用量为17 U/g时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，结果如表 5所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图5所示。从表5和图5可以看出，开始时随澄清时间延长，糖锤度和还原糖都在升高，澄清时间在40 min时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，糖会被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为17 U/g时，最佳澄清时间是40 min。

表5 果胶酶17 U/g时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果

图5 果胶酶17 U/g时糖锤度和总还原糖随澄清时间变化趋势

2.2.5 果胶酶用量19 U/g时沉降时间对糖蜜澄清效果的影响

当果胶酶用量为19 U/g时，分析每组澄清糖液的锤度和总还原糖变化，结果如表6所示，分别做糖锤度和还原糖随澄清时间变化趋势，如图6所示。

从表6和图6可以看出，开始时随着澄清时间的延长，糖锤度和还原糖都在升高，澄清时间在40 min时，糖锤度和还原糖浓度达到峰值。澄清时间过长，糖会被灰分和胶体吸附到沉淀物中，造成糖损失。因此果胶酶用量为19 U/g时，最佳澄清时间是40 min。

图6 果胶酶19 U/g时糖锤度和总还原糖随澄清时间变化趋势

表6 果胶酶19 U/g时糖蜜不同澄清时间下的澄清效果

2.3 果胶酶最适添加量研究

糖蜜添加果胶酶澄清，综上实验所示，果胶酶添加量从10 U/g到19 U/g，最佳沉降时间均为40 min。糖蜜添加果胶酶澄清后，还原糖浓度是糖蜜食品发酵应用最核心的指标，将上述实验中沉降时间固定为40 min，果胶酶添加量从10 U/g到19 U/g，澄清后还原糖浓度数据整理到表7中，分析糖蜜澄清后还原糖浓度随果胶酶添加量不同变化趋势，如图7所示。

图7 果胶酶不同添加量糖蜜澄清后还原糖浓度变化趋势

表7 不同果胶酶添加量下糖蜜澄清后还原糖浓度

从表7和图7可看出，随果胶酶添加量增加，糖蜜澄清后还原糖不断升高，果胶酶用量为17 U/g时，还原糖浓度达到峰值32.90 g/100mL，比未加酶糖蜜还原糖浓度30.11 g/100mL提高了9.3%。因此糖蜜最佳澄清条件为：糖蜜稀释到 50°Bx, 加热到50℃，然后沉降40 min，果胶酶最佳添加量是17 U/g。

3 结论与讨论

本实验研究了添加果胶酶对糖蜜澄清效果的影响，首先对糖蜜进行稀释，添加过磷酸钙、硫酸铵和果胶酶，加热升温至不同温度后自然沉降，分析澄清糖蜜锤度，实验研究出最适合的澄清温度。然后将糖蜜稀释添加不同浓度果胶酶，每组糖蜜分别自然沉降不同时间，分析澄清糖液的锤度和总还原糖，研究最适澄清时间。最后根据实验数据，分析出果胶酶最佳添加量。最终实验得出的糖蜜最佳澄清条件为：糖蜜稀释到50°Bx，加热到50℃，果胶酶最佳添加量是17 U/g，自然沉降时间为40 min，澄清后糖蜜还原糖浓度为32.90 g/100mL，比未加果胶酶的糖蜜还原糖浓度提高了9.3%。因此糖蜜添加果胶酶澄清能够明显提高还原糖浓度，有利于糖蜜应用于食品发酵工业后提高产品得率。