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    各種非糖分對蔗糖結(jié)晶質(zhì)量的影響及其在生產(chǎn)過程中的變化(下)

    2015-03-21 01:55:18霍漢鎮(zhèn)
    甘蔗糖業(yè) 2015年5期
    關(guān)鍵詞:蔗汁亞硫酸糖液

    霍漢鎮(zhèn)

    (原廣東省制糖造紙工業(yè)總公司,廣東廣州510000)

    各種非糖分對蔗糖結(jié)晶質(zhì)量的影響及其在生產(chǎn)過程中的變化(下)

    霍漢鎮(zhèn)

    (原廣東省制糖造紙工業(yè)總公司,廣東廣州510000)

    詳細(xì)研討了糖液中各類非糖分對蔗糖結(jié)晶質(zhì)量的影響,它們在煮糖結(jié)晶過程中介入到蔗糖晶體和產(chǎn)品中的介入率、相關(guān)規(guī)律與機理,以及它們在生產(chǎn)過程中的性狀與變化,據(jù)此研討提高糖產(chǎn)品質(zhì)量的各種技術(shù)關(guān)鍵和措施。

    介入率;包裹作用;吸附;有色物;二氧化硫;絮狀物;葡聚糖;多糖類

    2.6 白糖和精糖中的絮狀物[24-27]

    白糖質(zhì)量有一個重要標(biāo)志,就是它在酸性溶液中靜置較長時間后有無形成絮狀懸浮物。一般來說,全面質(zhì)量指標(biāo)較高的白糖較少形成絮凝物,而質(zhì)量較次的白糖則相反。白糖中的某些非糖分即使含量很小,也會在酸性溶液中形成絮凝物。國外稱它為ABF(Acid Beverage Floc)。有些精糖產(chǎn)品也有此問題。

    飲料廠用糖量大(如為食糖總量的10%~20%),質(zhì)量要求較高(有些糖廠稱之為飲料糖)。多數(shù)高級飲料要清澈透明,混濁就不合格。因為不少飲料是酸性的,故要求所用的糖在酸性下不形成絮凝物。因此,有些高級飲料廠將白糖溶解后加熱和加活性炭與硅藻土進行精細(xì)過濾,以達(dá)到很清澈的要求。糖液的過濾速度影響到生產(chǎn)能力,故要求糖液過濾性好,這和白糖的酸性絮凝物有關(guān)。飲料廠選購白糖時,常把這2個項目放在首位。

    白糖酸性絮凝物的具體檢測方法,各用戶略有不同。一種常用方法如下:將600 g糖全部溶解于500 mL水中,滴入磷酸到pH 1.5(有些規(guī)定是pH 3~3.5),蓋密靜置。在3、7、10天后檢查。在暗室中將糖液放在強光束的前面觀察,注意糖液的上、中、下各部分有無絮狀物體。靜置10天后無形成絮狀物的為良好。

    白糖中的酸性絮凝物呈小球粒狀,或連結(jié)成線形、絨毛狀或棉絮狀,可能是浮起的、懸浮的或下沉的。溶液振動時會分散,靜置時再形成。這些物質(zhì)都是高分子物質(zhì),具有膠體的性質(zhì),可以用超離

    心機或超過濾將它們分離出來。

    酸性絮凝物的組成十分復(fù)雜,主要成分是微生物和病蟲害產(chǎn)物、淀粉、葡聚糖、多糖類物質(zhì)、蛋白質(zhì)、類脂物、硅化合物等。大體上可粗分為多糖類(25%~60%),蛋白質(zhì)(5%~30%)和無機物(25%~45%)這3大類,含量變化較大。

    白糖中的細(xì)菌形成凝膠狀的小球體,霉菌形成線形和絨毛狀物,酵母使糖液顯混朦狀態(tài)。這些是白糖形成酸性絮凝物的最常見原因。

    甘蔗糖廠的白糖,碳酸法產(chǎn)品較少出現(xiàn)絮凝物,原糖加工(煉糖)用碳酸法者也是,即碳酸法較好地除去了形成絮凝物的各種雜質(zhì)。亞硫酸法產(chǎn)品出現(xiàn)絮凝物的比例較高,但也有部分優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品沒有絮凝物。關(guān)鍵是搞好生產(chǎn)管理,提高甘蔗的質(zhì)量和新鮮度,提高清汁和糖漿質(zhì)量,嚴(yán)格認(rèn)真搞好清潔殺菌工作,以及加強化驗分析。

    2.7 有機化合物

    2.7.1 還原糖

    甘蔗汁含有較多的還原糖(主要是葡萄糖和果糖),這是它和甜菜糖汁的主要不同之處,是造成兩者澄清方法不同的基本原因。還原糖的介入率通常低于0.01,也是通過包裹體的形式進入白糖的。由于它不帶電、且含有多個羥基,與蔗糖分子有親和力,其介入率稍高于鉀等無機離子。蔗糖產(chǎn)品中的還原糖含量通常不高。但在精糖生產(chǎn)中,如果物料反復(fù)煮煉次數(shù)過多,此值會較高。

    2.7.2 微生物和葡聚糖[8,28-29]

    甘蔗特別是不新鮮的或受到各種傷害的甘蔗易被微生物感染,或從外部帶入細(xì)菌。在糖廠生產(chǎn)的后階段,大部分微生物被殺滅,但亦會有少量微生物在車間內(nèi)和某些物料中繁殖,甚至可能出現(xiàn)在產(chǎn)品中。

    一種常見的細(xì)菌是腸膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)。在甘蔗的斬切口、蟲害傷口、風(fēng)折或霜凍裂口等處,或甘蔗收割前被火燒、或在收割后放置較長時間,這種細(xì)菌都會迅速繁殖,在傷口處形成粘液狀物質(zhì),消耗蔗糖而生成葡聚糖。它們常在糖廠設(shè)備的死角位特別是壓榨蔗汁槽底、曲篩底和混合汁箱底等處繁殖,生成的葡聚糖粘附堆積形成白色的珠狀團塊,俗稱為“蔗飯”(國外稱“蛙卵”)。

    葡聚糖是葡萄糖的高分子縮合物,分子量由數(shù)萬到數(shù)百萬。新鮮甘蔗含葡聚糖很少,但不新鮮的及受細(xì)菌感染的甘蔗,葡聚糖含量迅速增加。例如,砍下的長條甘蔗在24 h后葡聚糖增加至740 mg/(kg·°Bx),而被切短(約250 mm)的蔗段,1 h后葡聚糖增至170 mg/(kg·°Bx),24 h后增至10倍?;馃笤偈崭畹母收幔粫r間后的葡聚糖含量比未經(jīng)火燒者高1~3倍。氣溫高和甘蔗表面黏泥都會增強細(xì)菌活動。美國和澳洲的一些糖廠要求甘蔗從砍下到壓榨的時間不超過9~12 h。澳大利亞正常甘蔗壓榨汁的葡聚糖含量低于200 mg/(kg·°Bx),若在甘蔗砍下后放置時間長、特別是在空氣濕度高或周圍不清潔的情況下,葡聚糖含量可增加10多倍。

    蔗汁含葡聚糖每增加250 mg/kg,意味著蔗糖損失增加0.1%。如蔗汁含葡聚糖0.1%,蔗糖損失就達(dá)到0.4%。腸膜串珠菌一方面將葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槠暇厶牵硪环矫鎸⒐瞧茐纳捎袡C酸。如果蔗汁含0.05%葡聚糖,則相應(yīng)生成的有機酸為0.07%。

    腸膜串珠菌容易在稀糖液中生長,在微酸性和中性、及在50~60℃下迅速繁殖。它和糖廠中的多種微生物能夠形成有莢膜覆蓋的孢子,耐熱性很強。它在95~100℃高溫下雖大部分死亡,但仍有少量只是處于休眠狀態(tài);一旦溫度降低又恢復(fù)活力。故泥汁和吸濾機都可能有細(xì)菌繁殖,有些糖廠曾發(fā)現(xiàn)吸濾機出汁管有大量蔗飯堆積。

    葡聚糖的分子量一般由數(shù)千到數(shù)百萬。它明顯增大糖液黏度,尤其是高分子量葡聚糖在高濃度糖液中。美國糖業(yè)研究所試驗在糖漿中加入定量葡聚糖后濃縮結(jié)晶,得到的晶體的葡聚糖含量與糖漿之比為10%~25%,分子量高者比例較大,即其介入率為0.1%~0.25,屬最高者之列。這與它的高黏性以及分子內(nèi)含有大量葡萄糖基團、分子結(jié)構(gòu)接近蔗糖有關(guān)。葡聚糖容易黏著在過濾物表面上,將液體通道堵塞而阻礙過濾。葡聚糖增大糖膏黏度,妨礙蔗糖結(jié)晶并增加分蜜困難。在原糖廠中,糖漿含葡聚糖 0.03% 會使糖蜜純度上升一度。當(dāng)糖漿中葡聚糖的含量達(dá)到0.04%~0.06%時,會使結(jié)晶過程中的蔗糖晶體變長,甚至成為針狀。葡聚糖大部分存在于蔗糖晶體內(nèi)部,水洗也難除去。糖廠購入原糖加工時,要注意其葡聚糖含量,超過250 mg/(kg·°Bx)者難加工。

    酵母如Saccharomyces和Torula亦常存在于蔗汁中。它們在很低濃度下已使糖液混濁;霉菌如

    Aspergillus和Penicillium 普遍存在于原糖中;細(xì)菌如B. subtilis和B. cereus在糖液中能迅速繁殖,合成多糖體,主要是Levans(果糖聚合物),是凝膠狀的小球粒。如果白糖中的酵母含量超過10 cfu/10g,形成酸性絮凝物的可能性就相當(dāng)大。

    甘蔗受到病蟲害或嚴(yán)重干旱或霜凍,都會增加蔗汁中的有害高分子物質(zhì),使生產(chǎn)工藝發(fā)生困難,甚至影響白糖質(zhì)量。

    過去,甘蔗糖廠常被看作是農(nóng)作物的初級加工廠,對清潔衛(wèi)生不夠重視?,F(xiàn)代化的糖廠則應(yīng)當(dāng)以食品工業(yè)的要求來運作,努力提高原料質(zhì)量和新鮮度,嚴(yán)格認(rèn)真做好各項清潔衛(wèi)生工作。

    2.7.3 淀粉[28-30]

    淀粉在自然界中分布很廣,某些品種和地區(qū)的甘蔗含淀粉較多,成為白糖絮凝物的重要成分,并對生產(chǎn)過程有不良影響。但也有些甘蔗含淀粉很少。

    美國、印度、澳大利亞和南非等地的糖廠經(jīng)常進行分析。美國路州10個品種甘蔗的淀粉含量為200~1400 mg/(kg·°Bx),變動范圍很大。澳大利亞一些品種甘蔗的初壓汁含淀粉量超過300 mg/(kg·°Bx)。印度多個品種甘蔗的初壓汁含淀粉量平均為700 mg/(kg·°Bx),有些超過1000 mg/(kg·°Bx),但也有些較低。亞硫酸法澄清對淀粉的除去19%~28%,平均22%。幾種中間制品的淀粉含量為:糖漿820 mg/(kg·°Bx),甲糖膏1070 mg/(kg·°Bx),乙糖膏1570 mg/(kg·°Bx),丙糖膏2400 mg/(kg·°Bx)。淀粉的介入率很高,為0.1~0.2。印度21個亞硫酸法白糖含淀粉量大部分在150~250 mg/kg之間,有2個低于100 mg/kg,2個高于300 mg/kg。埃及的3個品種甘蔗含淀粉量在10月份不到100 mg/(kg·°Bx),但以后逐漸增加,到翌年3月增加到300~800 mg/(kg·°Bx)。

    國內(nèi)亞硫酸法生產(chǎn)的白糖,較好的含淀粉50~70 mg/kg,較差的超過100 mg/kg,個別達(dá)160~300 mg/kg。碳酸法生產(chǎn)的白糖含淀粉10~30 mg/kg。淀粉使糖液呈混濁狀,白糖含淀粉超過50 mg/kg可能形成酸性絮凝物。

    淀粉是葡萄糖的高分子縮合物,分子量由數(shù)萬到數(shù)百萬。天然的淀粉以顆粒狀態(tài)存在,不溶于冷水,成懸浮狀態(tài)。它受熱時吸水膨脹,超過一定溫度就糊化形成很粘稠的糊狀物。糊化溫度一般為56~76℃。糊化后的淀粉是典型的親水性膠體物質(zhì),化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。不能被一般的方法凝聚或沉淀。因此,石灰法和亞硫酸法澄清對淀粉的除去率很低,而碳酸法先在較低溫度下過濾,可將大部分淀粉除去。糊化后的淀粉會明顯增大糖液黏度,降低糖汁的沉降過濾速度,妨礙蔗糖結(jié)晶。

    淀粉可以用淀粉酶水解成為小分子物質(zhì)(低聚糖或單糖)。國外的原糖廠在甘蔗含淀粉多的情況下,常在混合汁中加入淀粉酶將它水解,可提高產(chǎn)品質(zhì)量并改善煮糖操作。

    淀粉酶現(xiàn)在已有大量工業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)品有多種類型。不同產(chǎn)品的適宜工作溫度和pH值有差異。糖廠使用要選擇耐熱性高和適用pH范圍適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。

    2.7.4 其它多糖類物質(zhì)[8,27-30]

    各種植物含有多種不同組成的多糖類物質(zhì)。除了上述的葡聚糖和淀粉外,甘蔗汁還含有多縮戊糖(阿拉伯糖或木糖的縮合物)、多縮己糖(含葡萄糖、半乳糖、甘露糖和鼠李糖等)以及酸性多糖(葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸的縮合物及其甲酯化產(chǎn)物,后者即是果膠)等。

    這些多糖的分子量較高,如接近50000或以上。在甘蔗壓榨時部分分散到蔗汁中,加熱時逐漸水化而溶解,細(xì)菌活動也加強其溶解。

    美國10個品種甘蔗在不同時期的蔗汁的總多糖含量平均為2100 mg/(kg·°Bx),變化幅度為1500~3200 mg/(kg·°Bx),通常在11月最高。糖廠用多重壓榨提汁,將甘蔗細(xì)胞中的多糖類物質(zhì)大量壓出,因而末壓汁的總多糖(對°Bx)遠(yuǎn)高于初壓汁。如果滲透水用高溫的熱水,蔗汁中的多糖類亦明顯增加。蔗屑中的半纖維素原來是不溶的,但在澄清加灰加熱時會部分被水解而溶出,增加多糖總量,故宜先用較細(xì)密的篩將其隔除。

    這幾類物質(zhì)的分子量都很大,溶入水中的都屬于親水性很強的膠體物質(zhì)(因含有大量親水性的羥基-OH)。它們顯著增大溶液黏度,降低過濾速度,影響糖漿混濁,阻礙蔗糖結(jié)晶,而且介入率很高,降低蔗糖晶體質(zhì)量。它們還增大糖蜜帶走的糖分,對制糖過程十分有害。

    果膠比較特殊。原果膠中的糖醛酸基團被甲酯化,但它在堿性和較高溫度下水解而釋出羧基,變成果膠酸。后者可與鈣離子結(jié)合形成果膠酸鈣沉淀。甜菜糖汁含果膠較多,它們在加灰和碳酸飽充時發(fā)

    生這些反應(yīng)并和碳酸鈣沉淀物一起除去。甘蔗糖汁含果膠較少。

    蔗汁中的多糖類物質(zhì)在石灰法和亞硫酸法澄清時除去不多,在蒸發(fā)濃縮時部分形成懸浮物。將糖漿處理可部分除去。據(jù)美國6組試驗數(shù)據(jù),處理前糖漿含葡聚糖310 mg/(kg·°Bx),總多糖730 mg/(kg·°Bx),處理后分別降低19%及34%。

    2.7.5 蛋白質(zhì)[1,8,31]

    蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ),成分十分復(fù)雜,是由多個多種氨基酸和非氮成分結(jié)合而成的高分子化合物。蛋白質(zhì)還常和糖類、脂肪類結(jié)合成為糖蛋白、脂蛋白等更復(fù)雜的物質(zhì)。不同蛋白質(zhì)的性質(zhì)可以有較大差別。

    甘蔗含蛋白質(zhì)較多,常超過0.2%(對汁)。溶解性的蛋白質(zhì)多數(shù)在高溫下凝結(jié)析出,但亦有部分不凝結(jié)。蔗汁用亞硫酸法澄清對蛋白質(zhì)的除去率,在榨季初期較高,如70%~80%,榨季后期逐漸降低到50%以下,故清汁和糖漿中仍會有不少蛋白質(zhì)。碳酸法澄清對蛋白質(zhì)的除去率較高。

    蛋白質(zhì)是兩性膠體,在低pH下帶正電。酸性下帶正電的蛋白質(zhì)傾向于與其它帶負(fù)電的物質(zhì)結(jié)合凝聚成絮狀物。故白糖溶液在酸性下形成絮凝物的可能性比在中性下大得多。精糖形成ABF的可能性與它的蛋白質(zhì)含量直接相關(guān)。

    美國10多種精糖含蛋白質(zhì)0.01~0.13 mg/kg,而原糖含0.7~1.3 mg/kg。原糖中的蛋白質(zhì),分子量較大的部分可在精煉時部分除去,而分子量較小者難除去。有些蛋白質(zhì)在低溫下與多糖類結(jié)合存在,可用精細(xì)的過濾除去,但在80℃以上則分散為單個的小分子穿過濾層。

    糖品中還含有多種且數(shù)量不少的氨基酸、酰胺和其他“非蛋白氮”化合物,它們多數(shù)都易溶解而難吸附,很難除去。它們與還原糖產(chǎn)生不良反應(yīng),屬于“有害氮”化合物。它們不同于蛋白質(zhì),不應(yīng)混淆。

    2.8 硅化合物[14,32]

    蔗汁中含有以溶解或膠體狀態(tài)存在的硅化合物,折算為SiO2量為1000~3000 mg/(kg·°Bx)。它是精糖與白糖絮凝物中的重要組分。硅酸是負(fù)電膠體,能與Ca、Mg、Al、Fe等陽離子結(jié)合成為復(fù)合物凝聚析出。這種作用在堿性下(pH 8~10)較強,碳酸法澄清可將它大部分除去(70%~80%),亞硫酸法除去較少。清汁中的SiO2常與其他物質(zhì)結(jié)合成為懸浮混濁物。這類沉淀物有可逆性,在pH降低或用水洗時有部分復(fù)溶,進入過濾機甜水中形成反復(fù)循環(huán)。氧化硅是石灰法清汁和原糖中膠體物質(zhì)的主要無機成分。它在糖廠設(shè)備積垢(特別是前效罐)和濾布結(jié)垢中亦占相當(dāng)比例。硅在精糖生產(chǎn)中的為害亦較大。

    外國糖廠很重視所用石灰的含硅量,不用含硅量高者。但國內(nèi)對此不夠注意,亟需改進。

    3 結(jié)語

    (1)關(guān)于白糖質(zhì)量的研究工作和文章非常多,可比喻為這個問題的“正視圖”。本文則是從一個新的切入點、即詳細(xì)研究各種非糖分的情況來研討這個課題,可比喻為是對它的“剖視圖”。這是一種新的研究途徑和嘗試,還需更多的具體研究工作。

    (2)非糖分介入蔗糖產(chǎn)品有幾種方式:包裹作用、吸附作用和沉淀物混雜。包裹作用是基本方式,吸附作用對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大,它取決于非糖分的種類和性質(zhì),鈣鹽則主要成為沉淀微?;烊搿?/p>

    (3)對白糖質(zhì)量為害最大的非糖分是:鈣鹽、硫酸根、高分子有機物(原有的和細(xì)菌生成的)以及生產(chǎn)過程產(chǎn)生的色素。

    (4)糖廠的工藝處理,一方面要盡可能多除去糖汁中原有的非糖分,另一方面要盡可能避免增加非糖分(主要是有色物和各種無機物),兩者同等的重要。但過去對后者不夠重視。糖汁的澄清方法,碳酸法除去非糖分的效率較高,因此絕大多數(shù)甜菜糖廠都用碳酸法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白糖??上Ц收崽菑S用碳酸法者越來越少。亞硫酸法有其優(yōu)點,最大缺點是亞硫酸和石灰未完全反應(yīng)和沉淀,以及除去非糖分不多,致使產(chǎn)品質(zhì)量不高和設(shè)備積垢嚴(yán)重。必需進行深層次的研究改進,才能跟上社會進步的需求。

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    (本篇責(zé)任編校:朱滌荃)

    Non-Sugars, Their Influences on the Crystal Sugar Quality and Their Behavior in the Process (II)

    HUO Han-zhen
    (Guangdong Provincial Sugar and Paper Industries Corporation, Guangzhou 510180)

    This paper gives a detailed description of the influences of various non-sugar upon the quality of sugar crystal, their interpose ratio and related rules and mechanism; as well as their behavior and changes in the production process. Based on these, the major keys and measures of raising sugar quality are suggested.

    Interpose ratio; Inclusion; Adsorption; Color matter; Sulfur dioxide; Floccule; Dextran; Polysaccharide

    TS244+.2

    A

    1005-9695(2015)05-0028-05

    2015-04-08;

    2015-07-21

    霍漢鎮(zhèn),男,原廣東省制糖造紙工業(yè)總公司總工程師;E-mail: sugar-huo@163.com

    霍漢鎮(zhèn). 各種非糖分對蔗糖結(jié)晶質(zhì)量的影響及其在生產(chǎn)過程中的變化(下)[J]. 甘蔗糖業(yè),2015(5):28-32.

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