3種澄清工藝白砂糖主要致色成分的差異研究

韋雪珠，劉慧霞，周文紅，周少基，焦 磊,3

（1廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004；2廣西中科索頓科技咨詢有限公司，廣西南寧 53001；3武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司，湖北武漢 430015）

3種澄清工藝白砂糖主要致色成分的差異研究

韋雪珠1,2，劉慧霞1*，周文紅1，周少基1，焦 磊1,3

（1廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004；2廣西中科索頓科技咨詢有限公司，廣西南寧 53001；3武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司，湖北武漢 430015）

研究亞硫酸法、碳酸法、二步法3種經(jīng)典澄清方法白砂糖樣品的致色成分的差異，系統(tǒng)探討白砂糖致色非糖分與色值的關(guān)系有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過測(cè)定榨季不同工藝不同色值段典型白砂糖中酚類物、鐵、氨基氮含量，分析這些主要致色成分在砂糖中的分布規(guī)律。結(jié)果為：不同工藝不同糖廠白砂糖色值(IU)整體上隨著酚類物、鐵、氨基氮含量的增加而呈升高趨勢(shì)；不同工藝同一色值段白砂糖致色成分含量不同，同一工藝同一色值段不同時(shí)期白砂糖樣品的致色成分含量各有差異；亞硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖酚類物含量依次為13.71～17.26、11.73～16.38、5.60～10.55 mg/kg，鐵含量范圍依次為2.17～4.08、1.54～2.18、0.39～1.23 mg/kg，氨基氮含量范圍依次為17.17～33.68、14.33～20.75、0.19～2.30 mg/kg。

白砂糖；酚類物；鐵；氨基氮；IU

0 前言

產(chǎn)品白砂糖質(zhì)量直接關(guān)系到制糖企業(yè)的效益和

發(fā)展，白砂糖色值在制糖生產(chǎn)質(zhì)量控制中占居著首要的地位。無論是采用亞硫酸法或是碳酸法生產(chǎn)耕地白砂糖廠家，還是采用二步法的精糖廠家，都想方設(shè)法獲得高質(zhì)量低色值的產(chǎn)品。甘蔗原料所帶來的色素含量并不多，但由于色素的成分種類較復(fù)雜，又經(jīng)過制糖生產(chǎn)過程處理，使糖液色素的成分變得復(fù)雜了許多，導(dǎo)致為除去這些色素投入的成本在總成本之中所占比例相當(dāng)大。另一方面，產(chǎn)品白砂糖在出廠時(shí)，其色值是符合國家一級(jí)白砂糖標(biāo)準(zhǔn)的，但是在貯存期間，受相關(guān)因素的影響，白砂糖容易變色，導(dǎo)致色值有一定的增加，甚至使產(chǎn)品不合格，遭受客戶投訴，影響企業(yè)的信譽(yù)，給買賣雙方帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。

白砂糖出廠色值的高低其本質(zhì)是受所含致色非糖分含量所決定的，而白砂糖在貯存期間色值的變化，是白砂糖本身的致色非糖分受貯存外部因素的影響而產(chǎn)生的變化。大量研究表明，白砂糖中酚類物、鐵、氨基氮是影響其色值水平的重要因素[1-3]，這些致色成分種類及含量均受甘蔗原料、制糖工藝、技術(shù)裝備等的影響。開榨初期及末期甘蔗還原糖、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、酚類物等非糖分含量較高，在亞硫酸法、碳酸法、二步法制糖不同工藝條件下[4]，導(dǎo)致最終白砂糖所含致色非糖分各有差異，最終體現(xiàn)在白砂糖色值水平上的差異[5]。因此，系統(tǒng)地分析不同工藝白砂糖不同時(shí)期不同水平色值段的致色成分（如酚類物、氨基氮、鐵）的分布規(guī)律，對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高糖品質(zhì)量具有重要的理論指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料與測(cè)定方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)用白砂糖原料采自廣西4家亞硫酸法、1家碳酸法、1家二步法制糖廠編號(hào)產(chǎn)品糖，其中各廠榨季前期、中期、后期各采9個(gè)編號(hào)糖，各時(shí)期9個(gè)編號(hào)糖中低、中、高色值段均為3個(gè)。具體如表1所示，表中同榨季不同時(shí)期的白砂糖在同一色值段其色值范圍相同。

表1 同榨季不同時(shí)期白砂糖樣品的低、中、高色值段的色值(IU)范圍

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

硫酸鐵銨、沒食子酸、亞硝酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、無水對(duì)氨基苯磺酸、硫酸、氨水、磺基水楊酸、L-谷酰胺(B.R.)、結(jié)晶乙酸鈉、三水合硝酸銅，所用試劑均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

DELTA320型pH計(jì)、電子天平、磁力加熱攪拌器、電子萬用爐、0-111數(shù)顯式電熱恒溫干燥箱、WAY.2S型數(shù)字阿貝折射儀、752型紫外-可見分光光度計(jì)。

1.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法

1.4.1 白砂糖中酚類物的測(cè)定

采用無水對(duì)氨基苯磺酸-亞硝酸鈉分光光度法測(cè)定白砂糖中的酚類物[1]。因無水對(duì)氨基苯磺酸與亞硝酸鈉在酸性條件下可發(fā)生重氮化反應(yīng)，酚類物易與重氮化產(chǎn)物結(jié)合生成黃色產(chǎn)物，其產(chǎn)物顏色深淺與酚濃度成正比，因此可采用分光光度法對(duì)樣品中的酚類進(jìn)行測(cè)定。以酚類物濃度x與吸光度y作圖可得白砂糖中酚類含量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.2 白砂糖中鐵的測(cè)定

磺基水楊酸可與Fe3+在不同的pH條件下反應(yīng)形成不同顏色的絡(luò)合物。在pH為1.8～2.5的溶液中，可形成紫色絡(luò)合物，在pH為4～8的溶液中，形成褐色絡(luò)合物，在pH為8～11.5的氨水溶液中，可形成黃色絡(luò)合物。因Fe2+在氨水堿性介質(zhì)中也與磺基水楊酸生成黃色絡(luò)合物，因此采用pH為8～11.5條件下測(cè)定白砂糖中鐵含量，該條件下其最大吸收波長為420 nm，溶液的顏色強(qiáng)度與鐵含量成正比[6]，以此來建立白砂糖中鐵含量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.4.3 白砂糖中氨基氮的測(cè)定

α-氨基氮與硝酸銅/乙酸鈉緩沖液在pH為6.0的條件下生成藍(lán)色的絡(luò)合物，在600 nm下其吸光度與α-氨基氮濃度成正比[7]，因此以α-氨基氮濃度x與吸光度y作圖得到白砂糖中氨基氮含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析討論

2.1 白砂糖中酚類物分布狀況

2.1.1 白砂糖色值隨所含酚類物的增加而升高

圖1～圖3依次為亞硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖中酚類物的分布圖。由3個(gè)不同工藝樣品白砂糖酚類物分布圖可知，不論生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)廠家是否相同，同榨季不同時(shí)期白砂糖的出廠色值水平隨酚類物含量的增加而升高，白砂糖酚類物含量變化趨勢(shì)與其色值水平具有一致性。酚類物由甘蔗本身帶入，是蔗汁的主要致色成分之一，因其自身具備的化學(xué)特性，容易發(fā)生酶促褐變、氧化致色、與鐵和氨基酸、蛋白質(zhì)等反應(yīng)，生成顏色較深的產(chǎn)物，導(dǎo)致蔗汁色值增加，進(jìn)入到白砂糖晶體中的致色物也增加，是影響白砂糖色值的重要因素。

2.1.2 同一工藝同色值段不同時(shí)期白砂糖所含酚類物不同，不同工藝同時(shí)期同色值段白砂糖所含酚類物不同

由3種工藝白砂糖中酚類物分布圖可知，各個(gè)工藝不同時(shí)期同一色值段的白砂糖所含酚類物不同，其中亞硫酸法同一色值段不同時(shí)期的白砂糖中酚類物含量差異最小，二步法精糖中酚類物受榨期影響最大，碳酸法次之。由圖1可知，對(duì)于亞硫酸法，榨季前期、中期、后期各色值段白砂糖中的酚類物含量較為均衡，波動(dòng)較小，后期酚類物含量略有升高；由圖2可知，碳酸法同一色值段白砂糖，以榨季前期酚類物含量相對(duì)較高，榨季中期和后期酚類物含量相當(dāng)；由圖3可知，榨季同一色值段的二步法精糖，其所含酚類物量大小順序?yàn)榍捌?中期>后期，二步法精糖不同時(shí)期同一色值段精糖酚類物含量差距較其他工藝大，不同工藝同一時(shí)期低、中、高色值段白砂糖所含酚類物差異以二步法精糖最大。甘蔗原料中所含的酚類物受甘蔗品種及質(zhì)量影響，未成熟甘蔗代謝較旺盛，所含酚類物較高，主要表現(xiàn)在榨季初期；其次若受霜凍、洪澇、干旱等極端惡劣天氣，或者甘蔗過熟，甘蔗中的酚類物含量相應(yīng)會(huì)升高。因此，在同一澄清工藝條件下，若甘蔗所含酚類物較高，經(jīng)澄清處理后酚類物殘留量也會(huì)增高，因此帶入白砂糖晶體中的酚類物也必然會(huì)較多，最終使白砂糖色值水平較高。同一糖廠同一色段不同時(shí)期其酚類物含量的差異表明，白砂糖酚類物含量并不是影響其色值水平的唯一因素。

2.1.3 白砂糖中酚類物以二步法含量最少，亞硫酸法含量最高，各糖廠白砂糖所含酚類物波動(dòng)范圍各異

同榨季白砂糖中，亞硫酸法、碳酸法、二步法酚類含量平均水平范圍依次為13.90～16.90、11.73～16.38、5.60～10.55 mg/kg，說明各種制煉工藝澄清過程對(duì)酚類物的除去率順序?yàn)槎椒?碳酸法>亞硫酸法。制糖生產(chǎn)各類澄清劑中以石灰，CO2，SO2，活性炭等最常用，其中澄清過程所生成的碳酸鈣沉淀對(duì)于色素雜質(zhì)的吸附除去效果較亞硫酸鈣沉淀強(qiáng)，石灰法加活性炭對(duì)色素雜質(zhì)的吸附去除效果又比碳酸鈣沉淀更好，最終體現(xiàn)為二步法白砂糖酚類物色素含量最少，色值最低，亞硫酸法白砂糖酚類物色素含量最多，色值最高。因此要提高白砂糖品質(zhì)，應(yīng)主要考慮從提高制糖澄清效率入手，將會(huì)取得事半功倍的效果

圖1 亞硫酸法白砂糖中酚類物的分布

圖2 碳酸法白砂糖中酚類物的分布

2.2 白砂糖中鐵的分布狀況

2.2.1 白砂糖鐵含量對(duì)其出廠色值的影響與酚類物的影響具有高度一致性

圖4～圖6依次為亞硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖中鐵的分布圖。由圖可知，在同榨季中，不論生產(chǎn)工藝是否相同，白砂糖的色值水平均隨鐵含

量的增大呈升高趨勢(shì)，但低、中、高色值段鐵含量變化的幅度不等。白砂糖中鐵含量變化趨勢(shì)與色值水平相一致，這與酚類物對(duì)出廠產(chǎn)品色值的影響是一致的。

2.2.2 白砂糖中的鐵含量以亞硫酸法最高，二步法最低

同榨季亞硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖榨季鐵含量平均水平范圍依次為2.30～3.17、1.54～2.18、0.39～1.23 mg/kg。亞硫酸法相對(duì)于碳酸法和二步法而言，其主要在中性偏酸的條件下進(jìn)行加工生產(chǎn)，因此，其由設(shè)備帶入鐵類物質(zhì)的量較多。再者，亞硫酸法澄清效率較碳酸法及二步法低，因此其白砂糖中鐵的平均含量最高，同一色值段亞硫酸法鐵含量分別是碳酸法及二步法的1.5～2、2.5～6倍之多。

圖3 二步法白砂糖中酚類物的分布

圖6 二步法白砂糖中鐵的分布

2.3 白砂糖中氨基氮的分布狀況

2.3.1 白砂糖中氨基氮含量變化與其產(chǎn)品出廠色值的變化一致

圖7～圖9依次為亞硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖中氨基氮的分布圖。

圖7 亞硫酸法白砂糖中氨基氮的分布

圖8 碳酸法白砂糖中氨基氮的分布

圖9 二步法白砂糖中氨基氮的分布

由圖可知，除二步法白砂糖外，其余白砂糖出廠色值大體上隨著氨基氮含量的增加而呈上升趨勢(shì)。其中以亞硫酸法白砂糖氨基氮含量最高，二步法白砂糖氨基氮相對(duì)很少。由此可知，二步法對(duì)氨基氮類物質(zhì)的除去率較高，其次是碳酸法，最后是亞硫酸法。亞硫酸法、碳酸法、二步法砂糖氨基氮波動(dòng)范圍依次為20.14～28.20、14.33～20.75、0.33～2.39 mg/kg。綜上可知，白砂糖中氨基氮含量變化對(duì)其出廠產(chǎn)品色值的影響，同酚類物、鐵的影響規(guī)律是相同的。

3 結(jié)論

（1）亞硫酸法、碳酸法、二步法白砂糖產(chǎn)品在同榨季白砂糖酚類物含量范圍依次為13.71～17.26、11.73～16.38、5.60～10.55 mg/kg，鐵含量范圍依次為2.30～3.17、1.54～2.18、0.39～1.23 mg/kg，氨基氮含量范圍依次為20.14～28.20、14.33～20.75、0.33～2.39 mg/kg。

（2）不同工藝不同糖廠白砂糖的色值整體上隨著酚類物、鐵、氨基氮含量的增加呈升高趨勢(shì)，其中二步法白砂糖各致色非糖分含量最低，亞硫酸法白砂糖致色成分含量最高。要提高產(chǎn)品白砂糖的質(zhì)量，應(yīng)主要從提高制糖澄清效果方面考慮。

（3）白砂糖中的酚類物、鐵、氨基氮含量受制糖工藝及榨期的影響，不同工藝同一色值段其致色成分含量不同，同一工藝同一色段不同時(shí)期致色成分含量各異，表明白砂糖色值水平是各個(gè)致色成分綜合作用的結(jié)果。

[1] 劉慧霞. 亞硫酸法白砂糖色值差異性的原因分析研究[J]. 甘蔗糖業(yè)，2001(5)：29-33.

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[4] SHARMA S C, JORY P C, RAO G S C. 蔗汁澄清過程中酚的含量[C]. 沈參秋，譯∥國際甘蔗糖學(xué)會(huì)第十七屆年會(huì)論文選集. 廣州：廣東省制糖學(xué)會(huì)，1981：27-30.

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[7] 林金梅. 改性磷酸復(fù)合物用于糖汁澄清脫色的研究[D].廣西：廣西大學(xué)，2010.

(本篇責(zé)任編校：朱滌荃)

The Distribution Difference of Main Colour Components in White Granulated Sugar From Three Clarification Method

WEI Xue-zhu1,2, LIU Hui-xia1, ZHOU Wen-hong1, ZHOU Shao-ji1, JIAO Lei1,3
(1Institute of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004;2China Science and Technology Consultant of Guangxi, Guangxi 530012;3Wuhan Kaiyuan Intellectual Property Anent Ltd., Wuhan, Hubei 430015)

This paper studied the difference of coloring components in cane sugar of sulphitation process, cabonatation process, and the two step process. It is very important to study the law of non-sugar coloring impurities and find their relationship to sugar color. By measuring phenol, iron, and amino nitrogen content in typical white granulated sugar of different color level from different method in the crushing season, this study analyzed the main color component’s distribution regularities in the sugar. Results showed that, with the increasing of phenol, iron, amino nitrogen content, the color (IU) of white granulated sugar for different method trended to increase. The color components content were different while the sugar product was from the same factory in different crushing stage, and the color components content are different while the sugar product is from the same crushing stage and color level in different factory.

White granulated sugar; Phenol; Iron; Amino nitrogen; IU

TS244+.2

A

1005-9695(2015)02-0015-05

2015-03-21；

2015-04-07

廣西科學(xué)基金項(xiàng)目資助，2011GXNSFC018006，GKZ0991034

韋雪珠(1988-)，女，碩士研究生，研究方向：糖類提純分離理論與技術(shù)；Email:wxz726700616@163.com

*通訊作者：劉慧霞，女，廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院教授，研究方向：可再生資源分離理論與技術(shù)；Email: sugarliu@gxu.edu.cn

韋雪珠，劉慧霞，周文紅. 三種澄清工藝白砂糖主要致色成分的差異研究[J]. 甘蔗糖業(yè)，2015(2)：15-19.