甘蔗一壓汁與二壓汁的成分差異分析與研究

李清，劉慧霞，周少基，周文紅，田光超，3，李鮮能，4

（1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧530004；2.廣西南華商貿(mào)有限公司，廣西南寧530022；3.云南省輕紡工業(yè)設(shè)計(jì)院，云南昆明650041；4.華泰長城期貨有限公司，廣西南寧530022）

甘蔗一壓汁與二壓汁的成分差異分析與研究

李清1，2，劉慧霞1，*，周少基1，周文紅1，田光超1，3，李鮮能1，4

（1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧530004；2.廣西南華商貿(mào)有限公司，廣西南寧530022；3.云南省輕紡工業(yè)設(shè)計(jì)院，云南昆明650041；4.華泰長城期貨有限公司，廣西南寧530022）

為了探索糖汁清濁分流澄清新工藝，研究甘蔗壓榨中一壓汁、二壓汁和混合汁的常規(guī)成分、無機(jī)成分及氨基酸含量的差異。采用甘蔗制糖統(tǒng)一分析方法、電感耦合等離子體發(fā)光光譜儀（ICP-AES）、氨基酸分析儀等檢測分析方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一壓汁的品質(zhì)優(yōu)于混合汁，顯著優(yōu)于二壓汁。與一壓汁相比：混合汁的純度低1.53 Gp，色值高35.21%（3 358 IU560），無機(jī)成分高16.59%，氨基酸含量高19.00%；二壓汁純度低5.22 Gp，色值高60.24%（5 745 IU560），無機(jī)成分高58.07%，氨基酸含量高41.11%。蔗汁中的非糖分主要集中在二壓汁中。

甘蔗；一壓汁；二壓汁；混合汁；糖汁分析

甘蔗經(jīng)第一座壓榨機(jī)壓榨得到一壓汁，經(jīng)復(fù)式滲浸從第二座壓榨機(jī)壓榨所得蔗汁為二壓汁。傳統(tǒng)蔗汁澄清工藝是將一壓汁與二壓汁混合成為混合汁后再作澄清處理。由于二壓汁是經(jīng)反復(fù)滲浸壓榨所得，使得其中的膠體、有機(jī)酸、鐵、色素等非糖分含量高，導(dǎo)致其品質(zhì)低劣。按清濁分流的原則，探索將一壓汁與二壓汁分路處理，這是蔗汁澄清的一個創(chuàng)新研究方向。搜資顯示，目前一壓汁與二壓汁的成分檢測只有較零散的數(shù)據(jù)［1-3］，且鮮有對一壓汁與二壓汁特性進(jìn)行針對性研究的報導(dǎo)。

系統(tǒng)分析一壓汁、二壓汁及混合汁中蔗糖分、純度、色值、蛋白質(zhì)、酚類色素、灰分、總氮量、膠體含量、還原糖、葡聚糖等主要成分，應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)光光譜儀（ICP-AES）分析檢測蔗汁中的無機(jī)成分，用氨基酸分析儀測定蔗汁中氨基酸含量。研究蔗汁成分變化的規(guī)律，為實(shí)施蔗汁清濁分流澄清新工藝，確定一壓汁、二壓汁澄清最佳工藝參數(shù)提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料與試劑

原料：南寧糖業(yè)股份有限公司伶俐糖廠的一壓汁、二壓汁及混合汁。

主要試劑：氫氧化鈉、對氨基苯磺酸、堿式醋酸鉛、氯化鈉、乙醇、硝酸、高氯酸、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、草酸鉀、苯甲酸、沒食子酸、亞硝酸鈉、α-萘酚、雙氧水、硼酸等試劑，均為分析純。

1.2主要儀器

METTLER TOLEDO DELTA320 pH計(jì)：梅特勒-托利多儀器有限公司；WYA－2S數(shù)字阿貝折射儀：上海物理光學(xué)儀器有限公司；WZZ-2S/2SS數(shù)字式自動旋光儀：上海精密儀器科學(xué)有限公司；UV-2802S型紫外可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司；Carbolite箱式馬弗爐：上海歡奧科技公司；5300DV型電感藕合等離子體發(fā)光光譜儀：美國PE公司；L8800氨基酸自動分析儀：日本日立公司。

1.3分析方法

pH：電位pH計(jì)測定；錘度：折光錘度測定［4］；蔗糖分、純度：二次旋光法［4］；色值：ICUMSA方法2［4］；灰分：硫酸鹽重量法［4］；膠體含量：酒精沉淀法［4］；還原糖含量的測定：蘭-艾農(nóng)恒容法［4］；總氮量的測定：凱式定氮法［4］。

酚類色素的測定方法：對氨基苯磺酸-亞硝酸鈉吸光光度法［5］，葡聚糖的測定方法：GB15108-2006《原糖》［6］，無機(jī)成分的測定方法：電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀檢測法［7］；氨基酸測定方法：GB/T 5009.124-2003《食品中氨基酸的測定》［8］。

2　結(jié)果與分析

2.1三種蔗汁常規(guī)成分含量差異較大

按照甘蔗制糖統(tǒng)一分析方法測定一壓汁、二壓汁及混合汁這三種蔗汁的常規(guī)成分，結(jié)果列于表1。

從表1可以看出，一壓汁、二壓汁及混合汁的成分差異顯著，一壓汁的品質(zhì)最好，二壓汁的品質(zhì)最差，混合汁的品質(zhì)介于二者之間。一壓汁中蔗糖分和純度最高，與之相比，混合汁蔗糖分低了17.09%，純度低1.53 Gp，色值高35.21%（3 358 IU560），酚類色素含量高30.58%［341 mg/（kg·°Bx）］。二壓汁蔗糖分低46.84%，純度低5.22 Gp，色值高60.24%（5 745 IU560），酚類色素含量高68.70%［766 mg/（kg·°Bx）］。

表1　蔗汁常規(guī)成分含量對比表Table 1Contrast table of the conventional components content in sugar cane juice

一壓汁中總氮量最高，混合汁次之，二壓汁最低。與一壓汁相比，混合汁中總氮量低4.97%，二壓汁低20.84%。蔗汁中的總氮量中蛋白質(zhì)占大部分，這些蛋白質(zhì)經(jīng)加熱后凝固，可吸附憎水性微粒和大量酚類色素而沉淀除去。一壓汁中總氮量最高有利于減少澄清劑用量。

一壓汁中葡聚糖、膠體和灰分含量最低。與一壓汁相比，葡聚糖含量混合汁高了38.89%，二壓汁高了83.33%。膠體含量混合汁高了3.22%，二壓汁高了31.69%?？偦曳只旌现吡?2.43%，二壓汁高了48.52%。二壓汁中的葡聚糖和膠體含量高易導(dǎo)致蔗汁粘度增加，影響過濾速度、結(jié)晶速度，降低收回率；二壓汁中的灰分高易增加造蜜系數(shù)，導(dǎo)致糖蜜純度偏高，提糖率降低。

綜合蔗汁中常規(guī)成分分析可知，一壓汁與二壓汁成份的差異較大，必然導(dǎo)致澄清處理難易的差異。純度高、雜質(zhì)含量低的一壓汁在澄清過程所需澄清劑量必會比非糖分集中的二壓汁要少得多，清凈效率也要高得多。同時也可知，單獨(dú)處理非糖分集中的二壓汁，必有利于清凈效率。

2.2三種蔗汁中無機(jī)成分含量差異

采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定蔗汁中的無機(jī)成分，此檢測設(shè)備的靈敏度高、檢測速度快、精密度高［7，9］，根據(jù)無機(jī)元素特有的譜線強(qiáng)度與其含量成正比，采用標(biāo)準(zhǔn)溶液法測定，蔗汁中無機(jī)成分測定結(jié)果如表2所示。

表2　單位錘度下蔗汁中無機(jī)成分含量對比表Table 2Contrast table of the mineral composition content in sugar cane juice in single Bx

各元素的檢測相關(guān)系數(shù)R2為Al：0.999 996、Ca：0.999 808、Cu：0.999 981、Fe：0.999 980、K：0.999 718、Mg：0.999 792、Na：0.999 914、Zn：0.999 966、P：0.999 985、Si：0.998 679。

2.2.1蔗汁中鉀、鎂、磷、鈉、鋁、銅、鋅、硅含量

從表2可知，蔗汁中含有多種無機(jī)成分，其中鉀元素含量最高，與一壓汁相比，同一錘度下鉀含量混合汁高了18.84%，二壓汁高了64.11%；元素鎂、磷與鉀元素呈現(xiàn)相同的規(guī)律。此外，蔗汁中的鈉、鋁、銅、鋅、硅微量元素主要集中在二壓汁中，一壓汁中含量極少。如二壓汁中的鈉元素較一壓汁高6 440%，鋁元素高1 884%，銅元素高550.0%。蔗汁中的這些無機(jī)成分難在制糖澄清過程中除去而殘留在糖汁中進(jìn)入糖蜜，成為造蜜因子，降低糖分收回率。

2.2.2蔗汁中鈣、鐵含量

從表2可知，在相同錘度下，與一壓汁相比，鈣含量混合汁中低了0.62%，二壓汁低了6.44%。在制糖澄清中，鈣是必須添加的澄清劑，一壓汁中鈣含量高可減少石灰的加入量，利于節(jié)省澄清劑量。

壓榨車間榨輥及耙齒等設(shè)備由鑄鐵制造，在壓榨機(jī)擠壓過程設(shè)備中的鐵在有氧及酸性條件下易溶解到蔗汁中，甘蔗經(jīng)榨輥壓榨次數(shù)增多使得蔗汁中的鐵含量增加。一壓汁只經(jīng)一次壓榨，其中的鐵含量最少，混合汁中鐵含量較一壓汁高130.6%，二壓汁是經(jīng)過第2到5或6座壓榨機(jī)經(jīng)反復(fù)滲浸壓榨后的蔗汁，比一壓汁中鐵含量高630.6%。從上述2.1的數(shù)據(jù)可知，由于二壓汁中的酚類色素含量顯著高于一壓汁，鐵與酚類物在有氧狀態(tài)下極易反應(yīng)生成深色的鐵絡(luò)合物，導(dǎo)致二壓汁的色值最高。

2.3蔗汁中氨基酸含量

采用GB/T5009.124-2003《食品中氨基酸的測定》測定蔗汁中氨基酸含量，測定結(jié)果如圖1所示。

圖1　蔗汁中氨基酸含量差異圖Fig.1Difference figure of amino acid content in sugarcane juice

從圖1可知，一壓汁、二壓汁及混合汁中均含有17種氨基酸，其中門冬氨酸含量最高，占總量的48%～52%；其次為谷氨酸，占總量的8%～10%；絲氨酸、纈氨酸等氨基酸分別占總量的2%～4%。一壓汁、二壓汁及混合汁中氨基酸總量分別為：23.439、33.074、27.893 mg/（100 mL·°Bx）。氨基酸易溶于水，一般的澄清處理很難將其除去，在澄清過程中氨基類化合物無論在酸性、中性還是堿性條件下均會與羰基化合物經(jīng)過復(fù)雜的過程發(fā)生美拉徳反應(yīng)生產(chǎn)棕色甚至黑色的類黑精大分子物質(zhì)，使糖汁色值增加；另外，氨基酸含有親核基團(tuán)，是生產(chǎn)中的“有害氮”，它極易與酚類色素氧化物生成深棕色醌類物質(zhì)，影響澄清效果，降低白砂糖的質(zhì)量和產(chǎn)量。圖1顯示，氨基酸總量一壓汁中最少，而二壓汁中含量最高，將二壓汁單獨(dú)澄清處理可減少類黑精等色素物質(zhì)的生成，有利于提高澄清效率，增加收回率。

3　結(jié)論

1）一壓汁的蔗糖分含量最高，雜質(zhì)含量最少，一壓汁的純度比混合汁高1.53 Gp，比二壓汁高5.22 Gp；色素物質(zhì)、膠體、灰分、還原糖、葡聚糖等雜質(zhì)主要集中在二壓汁中；氨基酸是制糖過程的致色因子，相同錘度下，氨基酸總量與各種氨基酸含量呈現(xiàn)出一壓汁最低，混合汁次之，二壓汁最高的規(guī)律。高低相差9.635 mg/（100 mL·°Bx）。這可為一壓汁與二壓汁清濁分流澄清提供確切的依據(jù)。

2）應(yīng)用ICP-AES分析檢測甘蔗汁的無機(jī)成分快速準(zhǔn)確。三種蔗汁中鉀元素含量最高，其次為鈣、磷、鎂；除鈣含量一壓汁最高而二壓汁最低外，二壓汁中鉀、鈉、鋁、鐵等元素含量顯著高于一壓汁，其中鈉含量高64倍、鋁含量高近19倍，鐵含量高6倍多。若將一壓汁和二壓汁單獨(dú)澄清處理，既有利于大大減少處理一壓汁時澄清劑的用量，降低造密系數(shù)。更有利于集中處理純度低的二壓汁而提高澄清效率。

3）一壓汁與二壓汁分流澄清，有利于實(shí)施清潔生產(chǎn)，提高效率。其工藝研究數(shù)據(jù)將另文論述。

［1］霍漢鎮(zhèn).現(xiàn)代制糖化學(xué)與工藝學(xué)［M］.《Handbook of Cane Sugar Engineering》翻譯組譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：17-20

［2］陳其斌.甘蔗糖手冊（上冊）［M］.北京：輕工業(yè)出版社，1977：98-99

［3］何思蓮，劉慧霞，李小玲，等.提汁過程蔗汁鐵和酚類色素含量對色值影響的研究［J］.甘蔗糖業(yè)，2009（1）：29-33

［4］廣東甘蔗糖業(yè)食品科學(xué)研究所.甘蔗制糖化學(xué)管理統(tǒng)一分析方法［M］.北京：輕工業(yè)出版社，1974：26-73

［5］張篤思.甘蔗制糖工業(yè)分析［M］.北京：輕工業(yè)出版社，1991：15-17

［6］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 15108-2006原糖［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：6-8

［7］梁文君，陳潔，朱紅玉，等.測定甘蔗中鉛、銅、鎘方法的研究［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2009，26（6）：1535-1540

［8］中華人民共和國衛(wèi)生部，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 5009.124-2003食品中氨基酸的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004：115-119

［9］王輝.淺析電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀［J］.煤質(zhì)技術(shù)，2009（1）：26-29

Analysis and Investigation of the Component Differences of the First and Second Expressed Juice of Sugar Cane Mills

LI Qing1，2，LIU Hui-xia1，*，ZHOU Shao-ji1，ZHOU Wen-hong1，TIAN Guang-chao1，3，LI Xian-neng1，4
（1.Light Industry and Food Engineering College，Guangxi University，Nanning 530004，Guangxi，China；2.Guangxi Nanhua Trading Co.，Ltd.，Nanning 530022，Guangxi，China；3.Yunnan Light and Textile

In order to investigate the novel cane juice clarification process through the clear and turbid juice distributary，the conventional parameters and contents of mineral components and amino acids of the first expressed juice，second expressed juice and mixed juice were determined and their differences investigated. The standard analytical method for cane suagr process incorporating the ICP-AES，the amino acid analyzer etc. was adopted.The result showed that compared with the first expressed juice，the purity of the mixed juice was lower by 1.53Gp，the value of color higher by 35.21%（3358 IU560），the inorganic component higher by 16.59%，the content of amino acid higher by 19.00%，and the purity of the second expressed juice was lower by 5.22 Gp，the value of color higher by 60.24%（5 745 IU560），the inorganic component higher by 58.07%，the content of amino acid higher by 41.11%.The quality of the first expressed juice was better than that of the mixed juice and was significantly superior to that of the second expressed juice.The non-sugars were mainly remained in the second expressed juice.

sugarcane；first expressed juice；second expressed juice；mixed juice；juice analysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.13.002Industries Design Institute，Kunming 650041，Yunnan，China；4.Huatai Great Wall Futures Co.，Ltd.，Nanning 530022，Guangxi，China）

2014-02-11

廣西科學(xué)基金項(xiàng)目（2011GXNSFC018006；桂科轉(zhuǎn)1298009-13）

李清（1986—），女（漢），碩士研究生，研究方向：制糖過程強(qiáng)化理論與技術(shù)。

劉慧霞，女（漢），教授。