浅析原糖糖浆中葡聚糖与淀粉含量对过滤速度的影响

钟映萍，谭文兴，吴兆鹏，蚁细苗，黄玉南，梁达奉

（广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所），广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316）

浅析原糖糖浆中葡聚糖与淀粉含量对过滤速度的影响

钟映萍，谭文兴，吴兆鹏，蚁细苗，黄玉南，梁达奉

（广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所），广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316）

【目的】一是通过试验探究葡聚糖和淀粉含量与原糖糖浆过滤速度之间的关系，指导制糖过程葡聚糖酶/淀粉酶的添加量；二是通过降低原糖糖浆粘度提高过滤速度来评价葡聚糖酶/淀粉酶在制糖过程应用中的效果。【方法】利用葡聚糖单克隆抗体免疫比浊法测定原糖中葡聚糖的含量；利用淀粉和碘结合生成深蓝色至紫红色络合物的原理测算出原糖中淀粉含量。【结果】一是原糖中葡聚糖含量的高低会影响原糖糖浆过滤的速度；原糖中淀粉含量对过滤速度影响不明显；二是当原糖中葡聚糖含量一样，淀粉含量高，过滤速度慢，反之亦然。【结论】葡聚糖含量高会降低原糖糖浆过滤速度，葡聚糖含量和淀粉含量同时较高也会降低原糖液过滤速度。从原糖葡聚糖含量、淀粉含量与其糖液过滤速度的相关性说明在影响原糖液过滤速度的因素中，葡聚糖含量的高低比淀粉含量的高低重要，当然还存在其他一些因素有待探究。

原糖；葡聚糖；淀粉；试剂盒

0 引言

对于碳酸法炼糖厂而言，过滤性是原糖澄清阶段过滤特性的一项重要指标，若正常过滤速率受到影响，将会降低炼糖产量而增加投资运行成本。目前主要通过降低糖液锤度的方法来解决其过滤性差的问题，但该方法的负面影响不但增加能耗，还会减少炼糖产量。研究表明过滤性能差是由以下因素单独或者相互作用的结果［1］：一是滤泥、蔗渣、混浊度。粒径为5μm或者更小的非糖分微粒对糖液过滤性影响显著。二是磷酸盐、硅酸盐、其它有机非糖分。磷酸盐在现阶段可以通过相关技术除去。因此胶体物质和可溶性硅酸盐是影响过滤性能的主要因素，Mg2+、Fe3+、Al3+对糖液过滤性能也有一定影响。三是葡聚糖、淀粉、树胶、蛋白质和其他高分子多糖可降低糖液的过滤性能。葡聚糖是一种普遍存在于原糖中的多糖类杂质，它的存在主要是因为甘蔗砍收后及其加工过程受到某些微生物的感染，这些微生物将蔗糖转化成葡聚糖，而一般的生产工艺无法完全去除葡聚糖，最终在结晶时混入到原糖中。葡聚糖的存在对于精炼有很多不利影响，包括导致糖浆粘度增大，减慢过滤速度、絮凝速度及浮渣压紧速度，阻塞活性炭或树脂脱色系统；在结晶过程中造成糖蜜粘度增高，影响蔗糖分的结晶率，导致蔗糖晶体产生异形体，影响分蜜效果等，严重时只能降低处理量来平衡生产；淀粉是存在于甘蔗茎、梢部及叶子中的多糖，淀粉分子对砂糖晶体的吸附系数较高，因此较其他非糖分更容易附着到生长中的晶体表面。在碳酸法炼糖过程中，它会影响碳酸钙的沉淀和凝聚，从而影响糖液的过滤性能。本文针对淀粉、葡聚糖的含量和原糖糖浆的过滤性能之间的相关性作了初步的研究试验。原糖质量是影响其价格和精炼糖厂效益的一个关键因素，原糖的质量指标如糖度、色值、灰分、葡聚糖、过滤性、粒度、淀粉等，都会对精炼的效益和效能有影响。近年来已有科研人员对原糖澄清阶段过滤特性的影响因素进行研究，其中梁达奉科研团队关于葡聚糖对制糖行业的影响方面有颇多研究［2，3，4，5］，相比之下，淀粉对原糖过滤性能的影响方面的研究就比较缺乏。本文并非单一地研究淀粉含量或葡聚糖含量和原糖糖浆过滤性能之间的相关作用，而是研究它们之间对过滤性能的协同作用。通过测定原糖中葡聚糖、淀粉含量及原糖糖浆过滤速度，建立葡聚糖、淀粉含量与原糖糖浆过滤速度的相关性，为精炼糖厂生产是否加酶及酶的添加量提供数据依据。

1 材料与方法

1.1 主要试剂与仪器

原糖，葡聚糖单克隆抗体试剂盒（自制），可溶性淀粉，碘化钾，碘酸钾，醋酸，氯化钙，浊度计及配套测试皿，玻璃烧杯，玻璃比色管，一次性过滤器（滤膜孔径0.45μm）及一次性注射器1mL移液枪及枪头：10μL，1mL定量滤纸，漏斗，秒表，锤度计（PAL-1），Atago电热恒温鼓风干燥箱（DHG-914385-Ⅲ），紫外可见分光光度计（WFZ UV-2800），电子天平（AL104），METTLER TOLEDO。

1.2 实验工艺流程

配制25°Bx原糖糖浆→取50mL用定量滤纸过滤→在烘箱中85℃保温→记录过滤1h时滤液的体积→做三次平行实验。

1.3 实验方法与步骤

1.3.1 葡聚糖含量的测定：单克隆抗体免疫比浊法［6，7，8］

原糖中葡聚糖含量的测定：抗体法的原理是，待测样品中的葡聚糖（抗原）与其抗体发生特异性的结合，形成一定的络合物，产生浊度。当抗体过量时，抗原抗体络合物形成的浊度与葡聚糖含量成正比，通过测定样品引起的浊度变化值与标准品引起的浊度变化值比较，可计算得样品中葡聚糖含量。

1.3.1.1 试剂配制

抗体溶液的配制：室温下溶解葡聚糖单克隆抗体。加入10mL抗体稀释液，充分摇匀溶解，静置15min备用。取1.0mL配制好的抗体溶液静置2min后在浊度计上读数，如果读数大于50NTU，则必须用滤膜过滤抗体，直至读数小于100NTU。抗体溶液在室温下可保存6h，置4℃冰箱可保存1周。切忌反复冻融。

样品稀释液的配制：当样品葡聚糖浓度超过500mg/L时，需用样品稀释液稀释后测定。试剂盒中配有的样品稀释液为浓缩10倍的母液，使用前取一份稀释液，加入9倍体积的蒸馏水混匀备用。

样品制备：液体样品如存在明显可见的不溶物（如蔗渣等），以快速定性滤纸先过滤一次，取续滤液以0.45μm滤膜过滤后备用。

固体糖样品，称重后以配好的样品稀释液配制为约50°Bx的糖汁，0.45μm滤膜过滤后备用。

1.3.1.2 测定步骤

设置测定模式：参照浊度仪的使用说明开机、选择标准模式并校正。

标准溶液测定：把1.0mL抗体溶液加入测试皿中，静置2min读取浊度值作为空白值（N标0）。加入10μL标准溶液，用移液枪反复吹打6次（避免产生气泡），置浊度计中并开始计时，精确读取2min时标准溶液的浊度值（N标）。

样品测定：用蒸馏水洗测试皿3次，沥干。把1mL抗体溶液加入测试皿中，静置2min读取浊度值作为空白值（N样0）。加入10μL样品，用移液枪反复吹打6次（避免产生气泡），置浊度计中并开始计时，精确读取2min时样品的浊度值（N样）。

1.3.1.3 计算及结果表示

1.3.2 淀粉含量的测定［9，10，11］

利用淀粉与碘作用产生的显色反应，淀粉的结构有两种，即直链淀粉（Amylose）和支链淀粉（Amylopectin）。测定淀粉的比色方法以直链淀粉——碘络合物的蓝色为基础础，而支链淀粉与碘的络合物是呈红紫或红色。本文用酒精沉淀原糖中的淀粉，用0.45μm孔径的过滤膜过滤，得到沉淀，加氯化钙溶液煮沸液化淀粉沉淀，样液在酸性条件下，在碘酸钾、碘化钾作用下生成深蓝色至紫红色的络合物，然后在580nm波长下进行比色分析。

1.3.2.1 制备样品溶液

称取原糖样品50.00g放入250mL烧杯中，加60mL水溶解样品。

1.3.2.2 分析步骤

在样液（样品溶液或淀粉标准溶液）中加200mL无水乙醇搅拌均匀，静置15min，用0.45微米孔径的过滤膜缓慢抽滤沉淀，用适量的80%（V/V）乙醇洗涤烧杯中的残留物，一并倒入抽滤瓶的漏斗内过滤，再用少量的80%（V/V）乙醇洗涤过滤膜上的沉淀物两次，抽干；把过滤膜上的沉淀物用适量的水冲洗到250mL烧杯中，把样液分成两等份∶分别加入400g/L酸化的氯化钙40mL，用文火煮沸15min（用表面皿盖好烧杯防止过量蒸发）；冷却至室温后把样品转移于50mL容量瓶中；一份定容至50mL；另一份按顺序加入2mol/L醋酸溶液2.5mL，100g/LKI溶液0.5mL，0.3567g/L KIO3溶液5.0mL，加水至刻度，摇匀，在暗处放置2min使溶液显色；在580nm波长用空白样品调零测定两样液吸光度，显色样液吸光度减去未加显色剂的样液吸光度以除去底色。

1.3.2.3 工作曲线

分别在8个250mL烧杯（编号1～8）中，各加30、29、28、27、26、24、22、20mL水溶解样品，准确移取500μg/mL淀粉标溶液1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL分别置于编号为2～8烧杯中（编号1为空白），制得对应淀粉含量范围为500～5000μg系列的标准溶液，按顺序加入2mol/L醋酸溶液2.5mL，100g/L KI溶液0.5mL，0.3567g/LKIO3溶液5.0mL，加水至刻度，摇匀，在暗处放置2min使溶液显色；在580nm波长用空白样品调零测定吸光度A，并以淀粉溶液中的的淀粉含量w同吸光度A的关系作图得淀粉工作曲线（见图1），得到线性回归方程：y=3015.3x+378.84，式中：y-淀粉含量（μg）；x-吸光度（A）。

图1淀粉标准工作曲线

图1说明淀粉在此浓度范围内，工作曲线线性良好。

1.3.2.4 计算

由样品的吸光度A在工作曲线上查得淀粉的含量w，用线性回归方程公式计算原糖中的淀粉含量（mg/kg）。

1.3.3 原糖糖浆过滤速度的测定

影响糖浆过滤的主要因素有糖浆的粘度与糖浆中的非糖物质（如多聚糖胶体及无机灰分等）的结构及含量。在相同的温度、压力、过滤面积及相同的糖浆浓度下，非糖分含量不同的原糖糖浆流经过滤装置的量是不同的。因此通过测定一定时间内糖浆流经过滤装置的体积量可以计算出原糖糖浆过滤速度，用mL/min来表示。本方法以测定1h内原糖糖浆（25°Bx）通过定量滤纸过滤的滤液体积来表示。

1.3.4 试验步骤

第一，取不同批次的原糖多份，配制成25°Bx糖浆，用分光光度计法测定各批次原糖中淀粉含量，用葡聚糖单克隆抗体免疫比浊法测定各批次原糖中葡聚糖含量，做三次平行实验，取平均值，记录相关数据。

第二，取50mL用定量滤纸过滤（在85℃烘箱中保温），用秒表记录过滤1h时滤液体积，做三次平行实验，取平均值，记录相关数据。

第三，统计原糖中淀粉与葡聚糖含量与糖浆过滤速度的关系。

2 结果与分析

表1 葡聚糖、淀粉含量对原糖糖浆过滤速度的影响

图2 原糖糖浆中葡聚糖含量与过滤速度的相关性

从图2可以看出随着原糖中葡聚糖含量的升高糖浆过滤速度有明显降低的趋势。这主要是葡聚糖的存在，增大糖浆的粘度，使其过滤速度明显降低。

从图3可以看出随着原糖中淀粉含量的升高糖浆过滤速度有降低的趋势，但趋势不是很明显。这可能是糖浆的粘度本来就比较大，而淀粉所增加的粘度，对其影响不明显。

图3 原糖糖浆中淀粉含量与过滤速度的相关性

表2 原糖糖浆中葡聚糖含量、淀粉含量与过滤速度的相关性

从表2可以得出原糖糖浆中葡聚糖含量与过滤速度的相关性比淀粉含量与过滤速度的相关性密切。

3 讨论

一是原糖糖浆中葡聚糖含量对过滤速度影响较为明显，葡聚糖含量高，过滤速度慢，而淀粉含量对过滤速度影响较小。

二是当原糖糖浆中葡聚糖含量一样，淀粉含量高的过滤速度慢；淀粉含量一样时，其葡聚糖含量高的过滤速度慢，两者对过滤速度都存在反向作用。

三是从原糖糖浆葡聚糖含量、淀粉含量与其过滤速度的相关性说明：葡聚糖比淀粉对原糖糖浆过滤速度影响更大，当然还存在其他一些因素有待进一步探究。

4 结论

降低炼糖过程中葡聚糖和淀粉含量，特别是葡聚糖含量能够有效地提高原糖糖浆的过滤速度，有利于提高糖品品质；相应地快速地检测出原糖中的葡聚糖含量与淀粉含量成为制糖生产中极为需求的手段，葡聚糖单克隆抗体免疫比浊法是一种快捷准确的葡聚糖含量测定方法，而淀粉含量的快速测定方法还有待进一步改善。

［1］Terry M·Jansen.精炼糖厂中的原糖质量概况［J］.广西蔗糖，2013，1（70）:39-40.

［2］梁达奉，曾练强，郭亭，等.葡聚糖对制糖工业的影响及对策（上）［J］.甘蔗糖业，2008（3）：28-32.

［3］钟志才，马步，徐杰荣，等.葡聚糖酶应用于甘蔗制糖过程的试验研究［J］.甘蔗糖业，2014（3）：41-46.

［4］马步，常国炜，蚁细苗，等.葡聚糖酶在原糖精炼生产中的应用研究［J］.广西糖业，2014（3）：18-20.

［5］岑成福.右旋糖酐酶在制糖生产中的应用研究［D］.南宁：广西大学，2014.

［6］蚁细苗，柳颖，林荣珍，等.免疫比浊法定量测定制糖过程中的葡聚糖［J］.广西蔗糖，2013，4（73）:35-36.

［7］胡玉枚.特异性抗体定量检测葡聚糖方法的研究［D］.南宁：广西大学，2012.

［8］黄海波.甘蔗制糖生产中葡聚糖测定方法的研究［D］.南宁：广西大学，2015.

［9］余构彬.测定白糖中淀粉含量的微孔过滤分析方法［J］.甘蔗糖业，2006（4）：27-29.

［10］张志刚，郑羽茜.分光光度法测定白砂糖中淀粉含量的重复性和再现性研究［J］.检测与分析，2013，16（11）：36-38.

［11］黄凯.白砂糖中酸性絮凝物的成分分析及快速测定方法的研究［D］.南宁：广西大学，2007.

The Effects of Glucan and Starch Content in Raw Sugar Syrup on Filtration Rate

Zhong Ying-ping，Tan Wen-xing，Wu Zhao-peng，Yi Xi-miao，Huang Yu-nan，Llang Da-feng
（Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement&Biorefinery，Guangdong Bioengineering Institute（Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute），Guangzhou 510316）

∶【Objective】1.In order to guide the addition of dextranase/amylase in the process of sugar production，we explore the correlation between glucan and starch content and the filtration rate of raw sugar syrup；2. Toevaluate the effect ofdextranase/amylase in the process ofsugar production by reducing the viscosity of raw sugar syrup and increasing the filtration rate.【Methods】Using the method ofglucan monoclonal antibody kit to calculate the glucan content in the raw sugar；Using starch and iodine combine to form dark blue to magenta complex to calculate the starch content in the raw sugar.【Result】1.The content of glucan in raw sugar can affect the filtration rate of raw sugar syrup and the starch has no obvious effect；2.When the content of glucan is same in raw sugar，the starch content is higher，the filtration is slower.【Conclusion】The high content of glucan will reduce the filtration rate of raw sugar syrup，and the higher glucan and starch content have the same effect.The relationship between the content of starch on the rate of filtration of sugar liquid and the content of glucan on the rate of filtration of sugar liquid showed that the content of glucan was more important than the starch content in the factors influencing the filtration rate of raw sugar liquor.Moreover，there were other factors we should explore.

∶Raw sugar；Glucan；Starch；Kit

TS245.4

B

2095-820X（2016）06-06

2016-11-25