酶提高低質(zhì)量原糖加工效率的應(yīng)用

趙 路，吳 鵬，劉寶龍，宋宵因

（蘇州昆藍(lán)生物科技有限公司，江蘇 蘇州 215123）

0 前言

在以原糖為原料進(jìn)行精加工的過(guò)程中，原糖質(zhì)量對(duì)加工效率影響很大。受甘蔗品種、氣候和生產(chǎn)工藝不同的影響，來(lái)源于不同國(guó)家、不同批次的原糖質(zhì)量有很大的差異。數(shù)據(jù)顯示，不同來(lái)源的原糖在加工過(guò)程糖分回收率一般為86.98%~97.96%，最高和最低回收率差距高達(dá)10%以上。特別是泰國(guó)原糖，相比巴西、澳大利亞等國(guó)的原糖質(zhì)量更差。其含糖分偏低，水分偏高，而且色值高，含膠體物質(zhì)多，黏性大；不利于深加工的進(jìn)行［1］。

江蘇某原糖加工廠在2019年進(jìn)口的部分批次泰國(guó)原糖由于質(zhì)量原因?qū)ιa(chǎn)造成了很多負(fù)面影響。這些糖溶解后糖漿黏度大，煮糖時(shí)糖膏黏度大，對(duì)流差，糖蜜多，甲糖膏產(chǎn)糖量低，廢蜜率增加，造成糖分損失增多，顯著的降低了生產(chǎn)效率。

多數(shù)情況下，糖漿黏度大主要是由于淀粉、α-葡聚糖、纖維素、木聚糖和果膠等大分子多聚糖引起的。連續(xù)跟蹤檢測(cè)了生產(chǎn)線上溶糖罐糖漿、清凈后糖漿、白砂糖中大分子多聚糖含量，結(jié)果如表1和表2所示。原料中淀粉、α-葡聚糖和果膠含量高，并且經(jīng)過(guò)清凈處理及結(jié)晶后，殘留到白砂糖中的淀粉、α-葡聚糖和果膠含量分別高達(dá)225.14、101.55和44.28 mg/kg°Bx，說(shuō)明現(xiàn)有生產(chǎn)工藝對(duì)這三種多聚糖去除效果有限。淀粉是一種大分子膠體物質(zhì)，吸水溶脹，會(huì)造成蔗汁的黏度顯著提高，使糖漿難以過(guò)濾，并且淀粉在蔗糖結(jié)晶過(guò)程中會(huì)進(jìn)入蔗糖晶體，影響白砂糖品質(zhì)，導(dǎo)致更多的糖分損失。另外，白砂糖的淀粉是導(dǎo)致白砂糖產(chǎn)生酸性絮凝物的主要因素之一［2］。大分子的葡聚糖會(huì)導(dǎo)致糖漿和糖膏黏度的大幅提高及蔗糖結(jié)晶效率的下降。由于黏度的提高，導(dǎo)致了煮沸和蒸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)及結(jié)晶速率降低的綜合效應(yīng)，降低了工廠的加工能力。據(jù)估計(jì)，在糖漿中，每300mg/kg的葡聚糖會(huì)使糖蜜純度提高1%［3］。推測(cè)這三種多聚糖含量高是導(dǎo)致這部分泰國(guó)原糖精煉效率低的主要原因，為了驗(yàn)證推測(cè)是否準(zhǔn)確及提高精煉效率，可通過(guò)其他方法去除這三種多聚糖，對(duì)比去除前后生產(chǎn)情況。

表1 在制品及白砂糖多聚糖成分檢測(cè)結(jié)果

表2 多聚糖去除率

生物酶能高效、專(zhuān)一的降解相應(yīng)的大分子底物，可用于提高傳統(tǒng)制糖除雜澄清技術(shù)的效率。早在20世紀(jì)60年代，南非就有將α-淀粉酶用于制糖業(yè)的報(bào)道。應(yīng)用淀粉酶降解糖汁中的淀粉被認(rèn)為是很有應(yīng)用前景的方法［4］。黃俊杰［5］等人總結(jié)了多種酶制劑在制糖澄清工藝的特性和作用。如黃康寧［6］對(duì)酶制劑澄清條件進(jìn)行研究，確定了復(fù)合酶用于澄清的最適條件為：pH值4.7，溫度30℃。另外煮煉過(guò)程中糖膏錘度高，高濃度的蔗糖能對(duì)酶起到一定的保護(hù)作用。如鄭慧琳等［7］指出在甘蔗品質(zhì)較差的地區(qū)，蔗糖復(fù)合酶降低糖液黏度，提高糖膏結(jié)晶率，提高煮煉收回率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

為了解決高黏度原糖對(duì)生產(chǎn)造成的不利影響，嘗試應(yīng)用制糖專(zhuān)用復(fù)合酶降低糖漿黏度。該復(fù)合酶由纖維素酶、α-葡聚糖酶、淀粉酶、果膠酶和木聚糖酶等多種酶制劑復(fù)合而成，可用于降解糖漿中存在的α-葡聚糖、可溶性纖維、淀粉、果膠和木聚糖等非糖分雜質(zhì)，并且該復(fù)合酶不會(huì)水解蔗糖。

1 降低糖漿黏度

在生產(chǎn)車(chē)間溶糖罐中取糖漿，錘度為67.98°Bx，分成幾份，60℃水浴將糖漿溫度升到60℃，然后分別加入不同添加量的復(fù)合酶進(jìn)行反應(yīng)，每10min取樣檢測(cè)糖漿黏度。糖漿黏度變化情況，如圖1所示。加入復(fù)合酶開(kāi)始反應(yīng)后，糖漿黏度會(huì)迅速下降，并且隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，黏度下降速度逐漸變慢。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到1h時(shí)，按原糖量計(jì)算，200和250ppm添加量的糖漿黏度相比加酶前分別下降33.14%和34.17%，兩者相差不大。說(shuō)明當(dāng)添加量增加到一定程度時(shí)，繼續(xù)增加加酶量，只能加快反應(yīng)初期黏度下降速度，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，最終黏度下降程度相差并不大。因此，添加200ppm復(fù)合酶既可以有效降低糖漿黏度，并且復(fù)合酶使用成本低于250ppm添加量，又可以降低生產(chǎn)成本。

圖1 糖漿黏度變化情況

2 復(fù)合酶去除多聚糖的效果

在生產(chǎn)過(guò)程中，在溶糖過(guò)程中連續(xù)添加復(fù)合酶，按原糖計(jì)，復(fù)合酶添加量為200ppm，連續(xù)運(yùn)行10天后，跟蹤檢測(cè)原料原糖、清凈后糖漿、白砂糖中淀粉、α-葡聚糖和果膠等多聚糖含量，結(jié)果如表3和表4所示。從表4可以看到，加酶后經(jīng)過(guò)清凈處理后多聚糖去除率大幅提高，淀粉、α-葡聚糖和果膠清凈去除率分別達(dá)到81.11%、78.48%和86.96%，清凈后糖漿中含量分別為65.43、92.37和22.46mg/kg°Bx。由于復(fù)合酶的作用，多聚糖含量被控制在較低水平，糖漿黏度下降，還發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)結(jié)晶后，多聚糖去除率比未加酶時(shí)更高，這說(shuō)明多聚糖含量越高，其在結(jié)晶過(guò)程中更容易進(jìn)入蔗糖晶體。通過(guò)前期降低多聚糖含量，能進(jìn)一步降低蔗糖中多聚糖含量，提高成品白砂糖品質(zhì)。

表3 原糖及加酶后多聚糖成分檢測(cè)結(jié)果

表4 未加酶和加酶后多聚糖成分去除率

3 應(yīng)用復(fù)合酶對(duì)煮糖的影響

3.1 感官影響

煮糖過(guò)程中，工人表示加酶后母液黏度降低，物料對(duì)流更好，晶體吸收更好、更快，蔗糖晶體顆粒大小更加均勻，糖蜜變少，煮糖更容易了。

3.2 煮糖相關(guān)指標(biāo)對(duì)比

由表5所示的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，使用復(fù)合酶后，由于物料對(duì)流更好，晶體吸收更好、更快，煮糖時(shí)間平均縮短18min，縮短幅度達(dá)17.14%，煮糖時(shí)間縮短可以提高生產(chǎn)效率，同樣的時(shí)間可以煮制更多糖膏，并且可以減少蒸汽和用電等能源消耗。甲糖膏產(chǎn)糖量提高16.16kg/m3，結(jié)晶率提高0.67%，說(shuō)明從甲糖膏中提出了更多的糖分，并且可以減少乙糖膏、丙糖膏煮制量及相應(yīng)的能耗。從總的物料衡算來(lái)看，提高了產(chǎn)糖率，降低了廢蜜產(chǎn)率。

表5 煮糖相關(guān)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論

部分批次原糖由于淀粉、α-葡聚糖和果膠等多聚糖含量高，導(dǎo)致糖漿黏度大，產(chǎn)糖率低等問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)用制糖專(zhuān)用復(fù)合酶降解原糖中淀粉、α-葡聚糖和果膠等多聚糖，可以有效降低糖漿黏度，縮短煮糖時(shí)間，提高煮糖效率和降低能耗。使用復(fù)合酶后，生產(chǎn)效率更高，產(chǎn)糖率提高了0.81%，廢蜜產(chǎn)率下降1.19%，同樣的原糖可以產(chǎn)更多的白砂糖，增加了糖廠的效益。