蘇 麗，溫惠宇，謝凌波

（中糧崇左糖業(yè)有限公司，廣西 崇左 532200）

1 前言

葡聚糖并不是甘蔗中原有的，而是生產(chǎn)過(guò)程中由L.M.腸膜明串珠菌的繁殖而生成的。在甘蔗制糖前期過(guò)程即蒸發(fā)前，蔗汁的溫度、濃度和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)蔗糖是L.M.腸膜明串珠菌繁殖的溫床，加上微生物的活動(dòng)能使蔗汁酸化，從而加重了蔗糖的轉(zhuǎn)化。一般葡聚糖在田間和甘蔗堆場(chǎng)中就開(kāi)始生成，在壓榨車(chē)間由于衛(wèi)生條件較差，蔗汁呈微酸性，使葡聚糖生成更快［1］。葡聚糖除影響蔗汁轉(zhuǎn)光度升高外，對(duì)蔗糖的結(jié)晶影響極大，即結(jié)晶時(shí)生成異常形態(tài)的晶體。雖然葡聚糖對(duì)人的健康無(wú)害，但它可使糖質(zhì)飲料變渾濁，使產(chǎn)品質(zhì)量下降，在生產(chǎn)過(guò)程中影響物料的過(guò)濾速度和結(jié)晶速度，它本身也是一種造蜜物質(zhì)而影響糖的產(chǎn)糖率。

2 制糖業(yè)傳統(tǒng)測(cè)定葡聚糖的方法

在制糖工業(yè)，葡聚糖的檢測(cè)一直是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，不能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行檢測(cè)，目前對(duì)葡聚糖含量的檢測(cè)方法主要分為兩類(lèi)：化學(xué)分析法和生物學(xué)分析法。化學(xué)分析法包括羅伯特銅法、酒精Haze法和SPRI法等；比較新的一種檢測(cè)法為生物學(xué)分析法，如酶解法和免疫法。但現(xiàn)有的檢測(cè)方法仍然存在問(wèn)題，為解決該問(wèn)題，廣州甘蔗糖業(yè)研究所制備出了葡聚糖特異性抗體檢測(cè)法，可快速、準(zhǔn)確的測(cè)定葡聚糖含量。目前由于抗體分析方法的檢測(cè)試劑即葡聚糖單抗體試劑盒較貴，還暫未能將葡聚糖檢測(cè)列為日常檢測(cè)項(xiàng)目。

抗體分析方法測(cè)定葡聚糖含量具有準(zhǔn)確、便捷、適用性廣的優(yōu)點(diǎn)?？贵w分析方法是根據(jù)抗原抗體的結(jié)合具有特異性和專(zhuān)一性的特點(diǎn)，形成一定的絡(luò)合物，使糖液混濁，通過(guò)其濁度變化值與標(biāo)準(zhǔn)樣品的濁度變化值比較，可以定量的檢測(cè)并計(jì)算L.M.腸膜明串珠菌量，即葡聚糖含量。

3 制糖原料葡聚糖含量的分析

制糖工業(yè)中為減少葡聚糖含量的措施主要是從源頭上著手解決，即針對(duì)原料進(jìn)行合理的調(diào)配?？s短甘蔗堆放時(shí)間，壓榨時(shí)盡可能地采用新鮮甘蔗，通過(guò)對(duì)甘蔗品種、向背陽(yáng)、山上等成熟情況的分析，與農(nóng)戶(hù)聯(lián)系進(jìn)行甘蔗砍收時(shí)間的總體調(diào)配，實(shí)行先熟先砍，先砍先榨的原則；煉糖的原料在有條件的情況下，可根據(jù)糖分、葡聚糖含量、還原糖等進(jìn)行原料的搭配，一般按照兩種原料進(jìn)行一定的比例配置，使得煉糖原料的質(zhì)量不至于兩極分化，便于煉糖生產(chǎn)管理。

3.1 原料甘蔗中葡聚糖的差別

甘蔗在存放過(guò)程中可能出現(xiàn)腐敗、陳化現(xiàn)象，導(dǎo)致原料劣變、加工性能變差，主要是L.M.腸膜明串珠菌，它分泌出的葡聚糖蔗糖酶能夠催化蔗糖生成葡萄糖，葡萄糖進(jìn)一步聚和形成葡聚糖。不同甘蔗品種在相同時(shí)間內(nèi)形成的葡聚糖含量各不相同，值得注意的是葡聚糖在機(jī)器收割和人工砍收上也有明顯的區(qū)別。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，機(jī)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，主要原因是機(jī)械收割對(duì)甘蔗外表皮的損失較大，甘蔗機(jī)械收割的長(zhǎng)度是較為均勻的小節(jié)，一般為20cm左右，使得甘蔗外露的部分增多，甘蔗在缺少了表皮的保護(hù)作用后，容易滋生L.M.腸膜明串珠菌，L.M.腸膜明串珠菌與蔗糖反應(yīng)生成葡聚糖。所以，在收割時(shí)盡量減少甘蔗夾雜物和較大面積的甘蔗損傷的情況，在榨季期間對(duì)原料蔗進(jìn)行葡聚糖的檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至生產(chǎn)，能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行工藝的適當(dāng)調(diào)整。甘蔗在堆放時(shí)可通過(guò)噴灑石灰乳、蒸汽噴射等措施減少葡聚糖的產(chǎn)生，最為重要的一點(diǎn)是保持車(chē)間良好的衛(wèi)生條件，定時(shí)清洗。

2020/2021年榨季開(kāi)展的葡聚糖含量與存放時(shí)間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法為一次性采收的42#品種甘蔗，干燥環(huán)境下堆放，連續(xù)8天測(cè)定甘蔗葡聚糖含量在人工砍收與機(jī)械收獲時(shí)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，如表1所示。

表1 葡聚糖含量在人工砍收與機(jī)械收獲時(shí)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

3.2 煉糖原料產(chǎn)地的葡聚糖差別

煉糖的原糖產(chǎn)地不同，原糖和葡聚糖含量也不同。某糖廠(chǎng)煉糖用的回溶糖的產(chǎn)地主要有自產(chǎn)原糖、古巴原糖、巴西原糖、薩爾瓦多原糖、國(guó)儲(chǔ)原糖和國(guó)儲(chǔ)白糖六種原料。自產(chǎn)原糖、巴西原糖和國(guó)儲(chǔ)白糖的葡聚糖含量較低，原料質(zhì)量相對(duì)較好，如圖1所示。在制定煉糖排產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，可綜合原料葡聚糖、還原糖、色值、淀粉和膠體物質(zhì)等的測(cè)定結(jié)果，同時(shí)考慮該年度煉糖原料的總體質(zhì)量做一個(gè)搭配計(jì)劃，即將自產(chǎn)原糖與進(jìn)口原糖混合后再做回溶處理，增加生產(chǎn)過(guò)程的可控性和整體生產(chǎn)的均衡性、穩(wěn)定性，通過(guò)及時(shí)調(diào)整輔料添加、過(guò)濾、脫色等生產(chǎn)工藝，解決煉糖原料不確定性造成生產(chǎn)較難管控的問(wèn)題。該糖廠(chǎng)于2021年8月，根據(jù)原糖的葡聚糖、還原糖含量以及原糖色值的不同，按比例搭配進(jìn)行原糖回溶，生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，產(chǎn)糖率提升到97.42%，廢蜜損失降至0.49%。由于膠體物質(zhì)主要存在未成熟的甘蔗中，煉糖原料中的含量相對(duì)較少，且膠體物質(zhì)和淀粉含量對(duì)生產(chǎn)的負(fù)影響相對(duì)葡聚糖較小，所以，在制定原料糖混合的時(shí)候主要考慮葡聚糖、還原糖分和色值的影響。

圖1 煉糖原料中葡聚糖含量測(cè)定

4 葡聚糖在工藝上對(duì)產(chǎn)糖率的影響

4.1 葡聚糖在澄清方面的分析

原料蔗經(jīng)壓榨機(jī)組壓榨后，榨機(jī)、汁槽消毒不到位也會(huì)使混合汁葡聚糖含量增多，造成初混汁純度差較大，對(duì)澄清工序影響較大。微生物對(duì)蔗糖的破壞性比化學(xué)轉(zhuǎn)化大20~40倍，可使初壓汁與混合汁純度相差1%~3%，甚至更高，糖分損失0.7%~1%［2］。

生產(chǎn)過(guò)程中葡聚糖含量較多會(huì)使pH值、溫度與設(shè)定工藝稍有偏差，影響較大的則是過(guò)濾設(shè)備。糖汁經(jīng)過(guò)濾時(shí)因葡聚糖黏性較大，容易在濾網(wǎng)縫隙處堆積，殘留在過(guò)濾設(shè)備的葡聚糖會(huì)降低設(shè)備過(guò)濾性能，不僅會(huì)使糖漿的簡(jiǎn)純度降低，還對(duì)脫色性能有影響。糖液中出現(xiàn)小分子葡聚糖時(shí)，飽充所生成的碳酸鈣顆粒呈分叉鐘乳石狀，這一變化有利于糖液澄清；但當(dāng)糖液中存在大量的葡聚糖時(shí)，會(huì)使碳酸鈣顆粒變成不規(guī)則狀，不僅無(wú)法使碳酸鈣顆粒發(fā)生有利于澄清的變化，脫色效果變差，而且大分子葡聚糖增加了糖液黏度，使澄清效果進(jìn)一步惡化［3］。所以，在葡聚糖較多時(shí)，可以考慮增大飽充能力及過(guò)濾設(shè)備的過(guò)濾能力，將葡聚糖盡可能地?cái)r截，但是葡聚糖在過(guò)濾設(shè)備堆積時(shí)，需要定期對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清理才能保證過(guò)濾設(shè)備的性能，減少后段煮糖和分蜜工序的難度。如圖2真空吸濾機(jī)上的葡聚糖團(tuán)即“蔗飯”的堆積，間接的反映了在澄清工序時(shí)葡聚糖含量較多的情況，有一部分葡聚糖可以隨濾泥排出，還有一部分葡聚糖殘留在過(guò)濾設(shè)備上，也沒(méi)有具備吸濾機(jī)用刮刀刮下來(lái)的條件，所以設(shè)備的過(guò)濾性能大打折扣；同時(shí)葡聚糖本身的黏性會(huì)使濾泥糖分增加從而減少收回率。

圖2 真空吸濾機(jī)上的“蔗飯”

因此，除了在過(guò)濾設(shè)備上定期清理外，工藝上也應(yīng)有所調(diào)整，以達(dá)到增加澄清效率的目的，對(duì)于亞硫酸工藝的糖廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，適當(dāng)提高磷酸用量和增大硫熏強(qiáng)度能更好的處理葡聚糖濃度較高的蔗汁，中和pH值盡量控制在7.0左右?？傮w來(lái)說(shuō)，澄清工段受葡聚糖含量大的影響，致使脫色效果變差，混合汁和清汁純度偏高，測(cè)量偏差較大，不僅對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有一定的影響，在工藝制定時(shí)受糖漿純度虛假增高的影響而達(dá)不到指導(dǎo)生產(chǎn)的要求。

4.2 葡聚糖在煮糖方面的分析

雖然經(jīng)過(guò)蒸發(fā)的高溫條件后，L.M.腸膜明串珠菌無(wú)法存活，但前期生成的葡聚糖仍然存在，還會(huì)對(duì)煮糖造成惡劣、不可逆的影響。從蔗糖晶體中測(cè)得的葡聚糖約有80%是在晶格內(nèi)的，只有20%存在于晶面上。葡聚糖作為一種聚合糖，不僅能影響煮糖的速度，還使晶體呈現(xiàn)不規(guī)則性，附在晶面上抑制晶體長(zhǎng)大，降低煮煉收回率。在葡聚糖的影響下，a軸與b軸的生長(zhǎng)速度被減慢，致使c軸擴(kuò)延成針狀晶，這是由于雜質(zhì)高度立體定向吸附于某些晶面的緣故，如圖3所示。葡聚糖濃度過(guò)大致使煮糖罐積垢增多，母液黏度大，影響傳熱效率和糖膏對(duì)流，在一定程度上增加了煮糖效汽的使用，降低了煮糖時(shí)間和煮煉收回率；不規(guī)則晶體在干燥冷卻時(shí)，即在晶體經(jīng)振動(dòng)輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)和振篩的過(guò)程中，比規(guī)則晶體的磨損程度更大，增加了糖粉量和二次回溶量，對(duì)節(jié)能降耗等生產(chǎn)方面造成一系列的影響。

圖3 常見(jiàn)蔗糖結(jié)晶面角圖

4.3 葡聚糖在增加糖蜜方面的分析

葡聚糖作為一種造蜜物質(zhì)，濃度高時(shí)黏度增大，糖膏對(duì)流不好則導(dǎo)致一小部分蔗糖無(wú)法被晶體吸收而影響煮煉收回率，即蔗糖分子傳質(zhì)阻力增大；且葡聚糖含量較多會(huì)使晶體粒度不均勻，導(dǎo)致在分蜜工段篩分時(shí)分蜜機(jī)振動(dòng)較大，增加分蜜機(jī)故障的可能性，加之糖膏中的蜜量有所增加，需適當(dāng)增加打水量、打汽量或增加高速分離時(shí)間才能達(dá)到最終產(chǎn)品質(zhì)量的要求。葡聚糖含量較多會(huì)使煮糖與分蜜的糖蜜量增加，而糖蜜量增加后有兩個(gè)主要的影響，一是直接增加了廢蜜的產(chǎn)量和重力純度，即對(duì)收回率造成直接影響；二是可能會(huì)影響生產(chǎn)的整體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惡性循環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

葡聚糖含量越多，說(shuō)明蔗糖被L.M.腸膜明串珠菌的消耗就越多，蔗糖分的含量就越少，直接對(duì)產(chǎn)糖率造成較大影響。所以，從源頭上減少葡聚糖含量是提高產(chǎn)糖率最直接最有效的方式，主要采取的措施有合理調(diào)配原料，保持良好衛(wèi)生，定期進(jìn)行消殺或者預(yù)灰，定期檢測(cè)原料葡聚糖含量調(diào)整生產(chǎn)工藝。實(shí)際生產(chǎn)工藝是無(wú)法完全清除葡聚糖的，當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)葡聚糖含量較多時(shí)，會(huì)對(duì)澄清、煮糖以及糖蜜方面造成較大影響。在煮糖和糖蜜方面，葡聚糖的控制手段較少，所以應(yīng)在澄清工序時(shí)就利用過(guò)濾設(shè)備盡可能多的阻隔葡聚糖往下一個(gè)工段走，提前監(jiān)測(cè)葡聚糖含量，對(duì)澄清操作和工藝進(jìn)行調(diào)整。

在糖業(yè)上如能利用葡聚糖在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，把葡聚糖監(jiān)測(cè)的結(jié)果反饋至操作平臺(tái)，可及時(shí)針對(duì)葡聚糖含量的控制手段進(jìn)行調(diào)整，例如輔料添加、工藝pH值調(diào)整等。同時(shí)，在工藝上應(yīng)盡可能地縮減物料停留時(shí)間，加快工藝流程，在一定程度上可以減少L.M.腸膜明串珠菌的繁殖從而提高產(chǎn)糖率。