復(fù)配酶制劑在制糖工藝中的應(yīng)用

宋宵因，吳 鵬，楊萬(wàn)明，李天安，萬(wàn)迎華，王 帆，鄭劍輝，沈榮周

(1蘇州昆藍(lán)生物科技有限公司，江蘇蘇州215123；2英茂糖業(yè)勐捧糖業(yè)有限責(zé)任公司，云南勐臘666300)

0 引言

在制糖生產(chǎn)中，蔗汁中除了蔗糖外，還存在大量非糖分成分，包括膠體物、蛋白質(zhì)、氨基酸、酰胺、有機(jī)酸等[1]。蔗汁中主要的膠體物包括淀粉、葡聚糖、木聚糖、果膠等大分子多糖類物質(zhì)，這些膠體物質(zhì)溶于蔗汁中，會(huì)增加蔗汁粘度，對(duì)絮凝劑沉降效果帶來(lái)不良影響，在煮糖過(guò)程中，糖漿粘度大，不利于傳質(zhì)，造成糖難煮、蜜多，并且部分膠體物質(zhì)進(jìn)入蔗糖晶體，影響白砂糖品質(zhì)。例如葡聚糖的存在給制糖工藝過(guò)程造成極大的麻煩，由此引起的糖分損失更加慘重，蔗汁含葡聚糖每增加250 mg/(kg·°Bx)，意味著蔗糖損失0.1%。從蔗汁到產(chǎn)品，制糖工藝過(guò)程自始至終存在著葡聚糖引起的不良影響，葡聚糖會(huì)引起糖分損失，明顯增大糖液的粘度，降低糖液的過(guò)濾性，使蔗糖結(jié)晶時(shí)生成異常形態(tài)的晶體，蔗糖回收率減少，制糖能耗增加，同時(shí)也嚴(yán)重影響糖的品質(zhì)，影響產(chǎn)品的適用性[2-8]。

傳統(tǒng)的亞硫酸法清凈工藝對(duì)膠體物的去除效果十分有限，大大限制了制糖技術(shù)水平的提高。近年來(lái)，隨著生物酶在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，其也逐漸受到甘蔗制糖工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重視，被很多人認(rèn)為是能夠提高傳統(tǒng)制糖除雜澄清效果的手段之一。α-淀粉酶在糖業(yè)中應(yīng)用的比較早，1967～1968年在南非就有能分解蔗汁中70%淀粉的報(bào)道。相對(duì)當(dāng)時(shí)的Rabe真空浮選法，酶法降解淀粉被認(rèn)為是最有效、最經(jīng)濟(jì)、最容易管理的方法[9-13]。Kumbhar[14]用酶法澄清甘蔗汁，顯著地提高了甘蔗汁的過(guò)濾速度，提高了溶液的真溶性。黃俊杰[15]等人總結(jié)了果膠酶、淀粉酶、葡聚糖酶、纖維素酶等在蔗汁澄清中的特性和作用。由于生物酶作用的專一性，每種酶只能針對(duì)特定的膠體物質(zhì)作用，而蔗汁中存在多種不同的膠體物質(zhì)，因此需要多種生物酶的共同作用才能更好地消除膠體物質(zhì)對(duì)制糖帶來(lái)的不良影響。本文主要介紹了復(fù)配酶制劑在制糖工藝過(guò)程中的應(yīng)用效果，以期提高糖廠經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)制糖行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

1 2019/20年榨季復(fù)配酶制劑試用情況

2019/20 年榨季后期，由于糖膏粘度大難以煮制，云南勐捧糖廠在甲膏煮制過(guò)程中試用了由蘇州昆藍(lán)生物科技有限公司供應(yīng)的制糖用復(fù)配酶制劑KL-0056，該產(chǎn)品由纖維素酶、α-葡聚糖酶、木聚糖酶、果膠酶等多種酶制劑復(fù)合而成，可有效降解糖液中存在的纖維素、α-葡聚糖、木聚糖、果膠等非糖分膠體物，并且該酶不含任何蔗糖酶活力，不會(huì)水解蔗糖造成糖分損失。

復(fù)配酶制劑直接按推薦添加量(每35 m3甲膏添加5 kg)加入甲膏煮糖罐中，操作簡(jiǎn)單方便。此次試用過(guò)程中，連續(xù)在50鍋甲膏(編號(hào)1967～2016)煮制過(guò)程中添加KL-0056，作為加酶組，并與加酶組前50鍋甲膏(編號(hào)1917～1966)和加酶組后50鍋甲膏進(jìn)行(編號(hào)2017～2066)比較，主要考察其對(duì)甲膏煮制的影響。煮糖過(guò)程中，操作工感觀上能感覺(jué)加酶后甲膏粘度下降，蜜更少，晶體吸收更好，糖更好煮。結(jié)晶率和立方甲膏產(chǎn)糖量對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。加酶組與空白組甲膏錘度接近，糖膏簡(jiǎn)純度僅相差0.11個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明加酶組與空白組原料差別不大，而加酶組抽蜜簡(jiǎn)純度比空白組低0.53個(gè)百分點(diǎn)。加酶組結(jié)晶率比空白組高0.83個(gè)百分點(diǎn)，甲膏產(chǎn)糖量比空白組平均提高11.04 kg/m3。

表1 2019/20年榨季復(fù)配酶制劑應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)比

加酶后由于甲膏吸收更好，甲膏能多產(chǎn)11.04 kg/m3白砂糖，每罐甲膏(35 m3甲膏)能多產(chǎn)386.4 kg白砂糖。按白砂糖5000元/t計(jì)算，則可增加收入1932元。而每鍋甲膏使用復(fù)配酶制劑的成本投入為450元，投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶4.29。此次試用結(jié)果表明，應(yīng)用復(fù)配酶制劑可解決糖膏粘度大難以煮制的問(wèn)題，并且可以多產(chǎn)白砂糖，顯著提高糖廠經(jīng)濟(jì)效益。

2 2020/21年榨季復(fù)配酶制劑應(yīng)用情況

在2019/20年榨季試用的基礎(chǔ)上，為了更好地評(píng)價(jià)復(fù)配酶制劑在生產(chǎn)上長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)應(yīng)用的效果，勐捧糖廠在2020/21年榨季自2020年12月20日至2021年6月1日榨季結(jié)束期間連續(xù)應(yīng)用復(fù)配酶制劑，并與未加酶期間(2020年11月5日開(kāi)榨至2020年12月19日)生產(chǎn)情況進(jìn)行對(duì)比。

2.1 復(fù)配酶制劑對(duì)甲膏煮制過(guò)程的影響

煮糖操作工通過(guò)加酶前后煮糖感觀對(duì)比，反映加酶后糖膏粘度下降、砂粒吸收更好，更好煮糖。由于物料純度有差異，會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶率變化，為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)加酶對(duì)結(jié)晶率的影響，本文結(jié)合2019/20年榨季同期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。從表2可知，2019/20年榨季加酶組同期相比對(duì)照組同期，甲膏簡(jiǎn)純度提高0.94個(gè)百分點(diǎn)、結(jié)晶率提高0.77個(gè)百分點(diǎn)，本榨季加酶組比對(duì)照組甲膏簡(jiǎn)純度提高0.86個(gè)百分點(diǎn)、結(jié)晶率提高1.38個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)2019/20年榨季甲膏簡(jiǎn)純度和結(jié)晶率的變化，可計(jì)算本榨季加酶組若不添加酶的話，結(jié)晶率應(yīng)比對(duì)照組提高0.70%(0.86%×0.77%/0.94%)，而實(shí)際加酶組加酶后結(jié)晶率比對(duì)照組提高1.38個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明由于應(yīng)用復(fù)配酶制劑，結(jié)晶率提高了0.68個(gè)百分點(diǎn)。這說(shuō)明應(yīng)用復(fù)配酶制劑降解了非糖分膠體物質(zhì)，降低糖膏粘度，提高了蔗糖結(jié)晶效率。

表2 復(fù)配酶制劑對(duì)結(jié)晶率的影響

2.2 復(fù)配酶制劑對(duì)不同糖膏煮制量的影響

通過(guò)比較甲膏、乙膏、丙膏煮制體積的比例關(guān)系，可以反映甲膏煮制過(guò)程的提糖效率，旨在甲膏煮制過(guò)程中盡可能地多提出糖，減少乙膏、丙膏的煮制量，從而降低糖分損失和多煮制乙膏、丙膏增加的能耗。

從表3可知，加酶組每煮1體積甲膏，后續(xù)需煮0.29體積乙膏，相比對(duì)照組降低0.03體積，需煮0.22體積丙膏，相比對(duì)照組降低0.02體積。按本榨季總共煮制甲膏117882 m3計(jì)算，若全程不應(yīng)用復(fù)配酶制劑，則需煮制乙膏37722 m3、丙膏28292 m3，若全程應(yīng)用復(fù)配酶制劑，則需煮制乙膏34186 m3、丙膏25934 m3，相比不用復(fù)配酶制劑可少煮乙膏3536 m3(下降9.37%)，可少煮丙膏2358 m3(下降8.33%)。這表明，應(yīng)用復(fù)配酶制劑后，可以從甲膏中提取出更多的糖，減少乙丙膏煮制量，可以提高生產(chǎn)效率、降低能耗。

表3 復(fù)配酶制劑對(duì)不同糖膏煮制量的影響

2.3 復(fù)配酶制劑對(duì)更正煮煉收回率的影響

收回率是考核制糖工藝技術(shù)的主要技術(shù)指標(biāo)，但計(jì)算結(jié)果客觀受原料純度高低的影響，因此通過(guò)更正煮煉收回率評(píng)價(jià)復(fù)配酶制劑提高糖分收回的效果更為合理。從表4可知，2019/20年榨季加酶組同期相比對(duì)照組同期，混合汁重力純度提高0.74個(gè)百分點(diǎn)，更正煮煉收回率提高1.89個(gè)百分點(diǎn)；本榨季加酶組比對(duì)照組混合汁重力純度提高0.36個(gè)百分點(diǎn)，更正煮煉收回率提高2.88個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)2019/20年榨季混合汁重力純度和更正煮煉收回率的變化，可計(jì)算本榨季加酶組若不添加酶的話，更正煮煉收回率應(yīng)比對(duì)照組提高0.92%(0.36%×1.89%/0.74%)，而實(shí)際加酶組加酶后結(jié)晶率比對(duì)照組提高2.88個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明由于應(yīng)用復(fù)配酶制劑，更正煮煉收回率提高了1.96個(gè)百分點(diǎn)。

表4 復(fù)配酶制劑對(duì)更正煮煉收回率的影響

2.4 復(fù)配酶制劑對(duì)廢蜜與蔗比的影響

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，榨季的不同階段，廢蜜與蔗比會(huì)發(fā)生變化，并且榨季期間廢蜜的重量難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，而丙膏煮制體積與廢蜜重量有較為直接的聯(lián)系，因此可以參考丙膏體積與蔗比來(lái)比較廢蜜與蔗比的變化情況。

如圖1所示，隨著榨季的進(jìn)行，丙膏體積與蔗比整體呈上升趨勢(shì)，其中2020/21年榨季相比2019/20年榨季，丙膏體積與蔗比上升幅度較小。

圖1 丙膏體積與蔗比變化趨勢(shì)

從表5可知，加酶組上榨季同期丙膏體積與蔗比比對(duì)照組上榨季同期高0.50個(gè)百分點(diǎn)，而本榨季加酶組相比對(duì)照組，僅提高0.22個(gè)百分點(diǎn)，應(yīng)用復(fù)配酶制劑后丙膏體積與蔗比的增加幅度下降，說(shuō)明丙膏煮制體積下降，從而可以減少?gòu)U蜜產(chǎn)生量。

表5 本榨季與上榨季同期丙膏體積與蔗比對(duì)比

2.5 2019/20年榨季與2020/21年榨季對(duì)比

2020/21 年榨季勐捧糖廠對(duì)照組壓榨甘蔗量140319.116 t，占榨季壓榨總量19.62%，加酶組壓榨甘蔗量574725.440 t，占榨季壓榨總量80.38%，可見(jiàn)本榨季絕大部分甘蔗屬于加酶組。為了從更宏觀、直接的角度評(píng)價(jià)復(fù)配酶的作用，將2020/21年榨季視作全程應(yīng)用復(fù)配酶制劑，并與2019/20年榨季進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，同時(shí)與同屬西雙版納州公司的景真糖廠、勐阿糖廠進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2019/20年榨季與2020/21年榨季產(chǎn)糖率對(duì)比

本榨季受氣候、疫情等多種因素影響，周邊糖廠產(chǎn)糖率普遍低于上榨季，景真糖廠產(chǎn)糖率比上榨季下降0.36%，勐阿糖廠產(chǎn)糖率下降0.45%，相比較 而言，勐捧糖廠在應(yīng)用復(fù)配酶制劑的情況下，最終產(chǎn)糖率僅下降0.10%，結(jié)合前述加酶組比對(duì)照組更正煮煉收回率提高1.96%，說(shuō)明復(fù)配酶制劑確實(shí)起到了提高產(chǎn)糖率的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

云南勐捧糖廠在2020/21年榨季對(duì)復(fù)配酶制劑的應(yīng)用效果進(jìn)行了全面查定。結(jié)果表明，通過(guò)應(yīng)用復(fù)配酶制劑降解膠體物質(zhì)，甲膏結(jié)晶率提高了0.68%，每煮制1體積甲膏，后續(xù)可少煮制0.03體積乙膏、0.02體積丙膏，提高煮煉收回率1.96%，有利于減少?gòu)U蜜帶走的糖分損失，提高糖廠經(jīng)濟(jì)效益。