不同溫度和pH值對(duì)蔗汁品質(zhì)指標(biāo)的影響

沈石妍，李艷芳，胡瑞云，李雪珍，郭家文

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開(kāi)遠(yuǎn)661699）

不同溫度和pH值對(duì)蔗汁品質(zhì)指標(biāo)的影響

沈石妍，李艷芳，胡瑞云，李雪珍，郭家文*

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開(kāi)遠(yuǎn)661699）

制糖生產(chǎn)過(guò)程中蔗糖的轉(zhuǎn)化會(huì)使得糖分回收率大大降低，同時(shí)蔗糖轉(zhuǎn)化生成的還原糖、色素物質(zhì)還加大了糖分提煉的難度。為研究蔗汁在不同處理工序中糖分的變化情況，模擬壓榨和清凈過(guò)程的操作條件對(duì)蔗汁在不同pH值和溫度下各主要技術(shù)指標(biāo)的變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明，不同溫度及pH值條件下蔗汁的視純度、蔗糖分、還原糖分、pH值、色值均會(huì)發(fā)生不同的變化，中性條件下蔗汁的品質(zhì)能得到較好的保證，可減少蔗糖的分解和有色物質(zhì)的大量生成，達(dá)到提高糖分回收率和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

蔗汁；溫度；pH值；糖分轉(zhuǎn)化；品質(zhì)指標(biāo)

蔗汁是甘蔗經(jīng)過(guò)壓榨后的產(chǎn)物，是制糖過(guò)程的主要原料。蔗汁中含有很多種化學(xué)成分不同的物質(zhì)，如：蔗糖、還原糖、各種多糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、各種氨基酸和酰胺、有機(jī)酸、果膠和其它膠體、蔗酯、蔗蠟及各種色素，還有混雜的蔗屑和泥沫等，成分非常復(fù)雜[1]。在制糖生產(chǎn)的壓榨和澄清工序，受到蔗汁成分和甘蔗本身所帶有的微生物、細(xì)菌等的影響，蔗汁在處理和流轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)生糖分轉(zhuǎn)化，造成蔗汁品質(zhì)下降，如出現(xiàn)蔗糖分降低、還原糖升高、糖液粘度增大、顏色加深等情況[2]，這些對(duì)制糖生產(chǎn)的糖分回收和產(chǎn)品質(zhì)量都是極為不利的，且糖液在低濃度下更容易發(fā)生蔗糖的轉(zhuǎn)化。本試驗(yàn)擬模擬壓榨和清凈過(guò)程的操作條件，研究蔗汁在不同pH值和溫度條件下蔗糖分、還原糖分、視純度、pH值的變化情況，以期能為實(shí)際生產(chǎn)中采取最佳的工藝控制方法、減少糖分的轉(zhuǎn)化、提高糖分回收率提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所第一試驗(yàn)基地種植的新臺(tái)糖22、云蔗05-51、桂糖29混合樣品作為研究材料，甘蔗均為種植2年的宿根蔗。

1.2 主要儀器

自動(dòng)折光儀（Rudolph J257，美國(guó)魯?shù)婪蚬荆蛔詣?dòng)旋光儀（Rudolph AUTOPOL 880，美國(guó)魯?shù)婪蚬荆缓銣厮″仯℉WS-26，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；數(shù)顯pH計(jì)（BenverUB-7，德國(guó)賽多利斯股份公司）；紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV754N型，上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品預(yù)處理將準(zhǔn)備好的甘蔗混合樣品用實(shí)驗(yàn)室小型壓榨機(jī)壓榨提汁，蔗汁過(guò)100目濾網(wǎng)濾去蔗渣、蔗屑后待用。本試驗(yàn)榨出汁的pH值為5.3，試驗(yàn)?zāi)M制糖生產(chǎn)壓榨和清凈過(guò)程蔗汁的溫度條件，設(shè)定試驗(yàn)溫度為30℃和90℃。

1.3.2 試驗(yàn)步驟將準(zhǔn)備好的蔗汁分成3份，1份為原樣，其余兩份用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為7.0和8.5，將3組pH值不同的樣品各分成兩份用塑料自封袋盛裝，分別置于30℃和90℃恒溫水浴鍋中進(jìn)行保溫，間隔規(guī)定時(shí)間取出適量蔗汁用于錘度、旋光度、蔗糖分、還原糖分、pH值、色值等指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.3 檢測(cè)方法檢測(cè)方法按照文獻(xiàn)[3]進(jìn)行檢測(cè)。錘度用折光法、轉(zhuǎn)光度用一次旋光法、蔗糖分用二次旋光法、還原糖分用蘭—艾農(nóng)法、pH值用電位法、色值采用在制品色值測(cè)定方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗汁視純度變化情況

視純度是糖液固形物中蔗糖含量的近似值，由于視純度的測(cè)定比較簡(jiǎn)單快速，其變化情況間接反映出蔗糖分的變化情況，是制糖生產(chǎn)中比較重要的一個(gè)工藝指標(biāo)。蔗糖的化學(xué)轉(zhuǎn)化需要在高溫下才易發(fā)生，室溫下蔗糖的轉(zhuǎn)化多由微生物和細(xì)菌分解的轉(zhuǎn)化酶引起[2]。從圖1、圖2可以看出，30℃條件下酸性蔗汁視純度下降很快，經(jīng)過(guò)保溫330 min后，視純度下降了2.49%，中性蔗汁下降了0.69%，而堿性條件下視純度變化很微小，說(shuō)明蔗糖在堿性條件下比較穩(wěn)定。而90℃高溫下，中性蔗汁和堿性蔗汁的視純度變化均很小，保溫330 min后視純度分別下降-0.1%和-0.3%，說(shuō)明高溫下蔗糖在中性和堿性條件下均比較穩(wěn)定，不容易發(fā)生轉(zhuǎn)化，甚至由于蔗汁中的還原糖在堿性條件下容易分解，蔗汁中左旋性物質(zhì)減少而導(dǎo)致視純度略有升高。而酸性蔗汁的視純度則隨時(shí)間下降較快，保溫330 min后視純度降低了3.3%。蔗汁中的酸性物質(zhì)主要是有機(jī)酸，其酸性較弱，對(duì)蔗糖的轉(zhuǎn)化作用也較慢，因此初始階段蔗汁視純度下降較慢，150 min以后才開(kāi)始有明顯下降的趨勢(shì)。

圖1 30℃下蔗汁視純度變化情況

圖2 90℃下蔗汁視純度變化情況

2.2 蔗汁蔗糖分變化情況

二次旋光法測(cè)定的蔗糖分消除了蔗汁中還原糖等其它旋光性物質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，能更準(zhǔn)確地表達(dá)蔗汁中蔗糖分的變化情況。見(jiàn)圖3、圖4，酸性蔗汁在30℃和90℃下蔗糖分均下降明顯，30℃下保溫330min后酸性蔗汁蔗糖分降低了0.51%，中性蔗汁降低了0.20%，而堿性條件下蔗糖分相對(duì)穩(wěn)定，僅變化了0.04%。高溫下蔗糖的轉(zhuǎn)化多為酸性條件下的化學(xué)轉(zhuǎn)化，由于蔗汁中的有機(jī)酸酸性較弱，對(duì)蔗糖的轉(zhuǎn)化能力也較弱，初始階段蔗糖分下降較慢，90℃下保溫150 min蔗糖分的降低不到0.1%，但是330 min后蔗糖分下降了0.42%。中性蔗汁和堿性蔗汁的蔗糖分在高溫下則較穩(wěn)定，保溫330 min后蔗糖分僅下降了0.14%和0.05%。

圖3 30℃下蔗汁蔗糖分變化情況

圖4 90℃下蔗汁蔗糖分變化情況

2.3 蔗汁還原糖分變化情況

從圖5、圖6可以看出，30℃下堿性蔗汁的還原糖分隨時(shí)間變化很小，僅變化了0.03%，這是由于pH8.5的堿性條件下蔗糖分較穩(wěn)定不易分解。而酸性蔗汁和中性蔗汁中還原糖分別升高了0.09%和0.13%，升高的比例與蔗糖分降低程度不一致，這可能是由于微生物在將蔗糖轉(zhuǎn)化為還原糖的同時(shí)，進(jìn)一步將還原糖分解成了小分子的有機(jī)酸[4]，從蔗汁pH值明顯降低可印證這一結(jié)論。蔗汁中還原糖分變化情況取決于蔗糖和還原糖分解的速度差，當(dāng)二者速度一致時(shí)，還原糖不會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)前者大于后者時(shí)，還原糖分升高。90℃下酸性蔗汁還原糖明顯升高，保溫330 min后還原糖升高了0.49%，這是因?yàn)楦邷睾退嵝原h(huán)境使得蔗糖迅速轉(zhuǎn)化為還原糖，而還原糖在酸性條件下不易分解積累所致。堿性和中性蔗汁在90℃下保溫330 min，還原糖分變化值僅為-0.08%和-0.01%，這與在此條件下蔗糖不易分解有關(guān)，且還原糖在堿性條件下容易分解，使得蔗汁還原糖分還有所降低。

圖5 30℃下蔗汁還原糖分變化情況

圖6 90℃下蔗汁還原糖分變化情況

2.4 蔗汁pH值變化情況

從圖7可以看出，30℃下酸性蔗汁和中性蔗汁的pH值下降速度快于堿性條件，保溫330 min后酸性和中性蔗汁的pH值分別降低了0.44和0.89，說(shuō)明在轉(zhuǎn)化酶的作用下，蔗糖轉(zhuǎn)化成的還原糖被進(jìn)一步分解為有機(jī)酸及其它物質(zhì)，蔗汁的pH值逐步降低。而堿性蔗汁的pH值僅下降了0.22，這是由于弱堿性條件下蔗糖不容易發(fā)生轉(zhuǎn)化，僅蔗汁本身所含有的還原糖分解導(dǎo)致pH值略有降低。從圖8可以看出90℃下，酸性和中性蔗汁pH值下降較緩，330 min后pH值分別下降了0.12和0.45，而堿性蔗汁的pH值下降了0.78，這與堿性條件下還原糖易分解為有機(jī)酸和色素物質(zhì)有關(guān)[2]，此過(guò)程由于美拉德反應(yīng)而大大加速，導(dǎo)致pH值明顯下降。

圖7 30℃下蔗汁pH變化情況

圖8 90℃下蔗汁pH變化情況

2.5 蔗汁色值變化情況

高溫下，蔗汁中的成分容易發(fā)生變化產(chǎn)生色素物質(zhì)。從表1可以看出，蔗汁在不同的pH值條件下，色值的增加值差別是很大的，經(jīng)過(guò)330 min保溫后，酸性蔗汁色值升高了11.11%，中性蔗汁升高了36.36%，堿性蔗汁升高了50.00%。堿性條件下色值的增加值最高，這與還原糖的美拉德反應(yīng)、堿性條件下還原糖的分解以及蔗汁中的色素前體在堿性條件下顯色有關(guān)，這些有色物質(zhì)的生成往往是不可逆的，且不容易被清除，留在蔗汁中對(duì)最終產(chǎn)品的色值造成影響。

表1 90℃下不同pH蔗汁色值

3 結(jié)論與討論

3.1 不論是高溫下還是室溫下，酸性條件都是蔗糖發(fā)生轉(zhuǎn)化的重要因素，隨著時(shí)間的變化，酸性蔗汁的蔗糖分下降速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中性蔗汁，而堿性條件下蔗糖分則相對(duì)穩(wěn)定。試驗(yàn)中蔗汁在30℃和90℃下保溫330 min，酸性蔗汁的蔗糖分下降了0.51%和0.42%，但高溫下初始階段蔗糖分的下降速度并不快，150 min內(nèi)蔗糖分下降率不到0.1%。中性蔗汁蔗糖分下降了0.2%和0.12%，堿性蔗汁蔗糖分降低僅0.04%和0.05%。在壓榨生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備、管道的衛(wèi)生死角常常導(dǎo)致微生物和細(xì)菌大量繁殖，致使蔗糖的轉(zhuǎn)化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，造成嚴(yán)重的糖分損失，因此除定時(shí)采取消毒殺菌措施外，對(duì)蔗汁進(jìn)行預(yù)灰處理，使蔗汁保持中性是非常必要的，且時(shí)間越早越好。同時(shí)應(yīng)盡量縮短蔗汁停留的時(shí)間，可大大減少蔗汁流轉(zhuǎn)過(guò)程的糖分損失。在清凈過(guò)程中，蔗汁溫度較高，停留時(shí)間較長(zhǎng)，酸值偏低容易造成糖分的轉(zhuǎn)化，保持蔗汁呈中性且縮短高溫下蔗汁的停留時(shí)間是減少蔗糖轉(zhuǎn)化的最佳方法。

3.2 糖分轉(zhuǎn)化會(huì)導(dǎo)致蔗汁視純度降低、還原糖分升高，通過(guò)了解蔗汁視純度和還原糖分的變化情況可間接地了解蔗糖分的變化情況。試驗(yàn)中酸性蔗汁在30℃和90℃下保溫330 min，視純度分別下降了2.49%和3.3%，還原糖分增加了0.09%和0.49%。30℃下還原糖分變化值不大的原因，主要是微生物和細(xì)菌在將蔗糖轉(zhuǎn)化為還原糖的同時(shí)，又將還原糖分解為有機(jī)酸等多種產(chǎn)物。

3.3 堿性條件下還原糖易分解生成有機(jī)酸、膠體及色素物質(zhì)。試驗(yàn)中90℃下堿性蔗汁保溫330 min后pH值降低了0.78，色值升高了50.00%，而酸性和中性蔗汁pH僅降低0.12和0.45，色值分別升高11.11%和36.36%。反應(yīng)生成的深色物質(zhì)通常是不可逆的，也很難除去，留在蔗汁中會(huì)影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。另外，還原糖、膠體物質(zhì)的增加會(huì)加大后續(xù)工序糖分回收的難度。因此生產(chǎn)中蔗汁的pH值應(yīng)盡量控制至中性，以減少糖分的損失和深色物質(zhì)的生成，提高糖分回收率和產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]霍漢鎮(zhèn).制糖工藝與裝備的新概念與新實(shí)踐[M].北京：全國(guó)甘蔗糖業(yè)信息中心，2002：1-38

[2]無(wú)錫輕工業(yè)學(xué)院，華南理工學(xué)院.甘蔗制糖工藝學(xué)[M].北京：輕工業(yè)出版社，1979：12-23

[3]李墉，鄭長(zhǎng)庚.甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法[M].廣州：中國(guó)輕工業(yè)總會(huì)甘蔗糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，1995：30-53

[4]J Bruijn:Sucrose Decomposition during the Milling of Cane[J].South African Sugar Journal，1959，10：871-889

Effect of Different Temperature and pH on the Quality Indices of Cane Juice

SHEN Shi-yan,LI Yan-fang,HU Rui-yun,LI Xue-zhen,GUO Jia-wen*
(Sugarcane Research Institute,Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kaiyuan Yunnan 661699)

Sugar conversion led to decreases of sugar recovery rate in the sugar manufacturing.The reducing sugar and pigment can significantly increase the difficulties of sugar refine.In order to study the change of the sugar in different sugar juice treatment process,simulation test of main technical parameters was made under different temperature and pH during the milling and purification process.The result showed that the content of apparent purity,sucrose and reducing sugars,pH and colour of cane juice had different changes with change of temperature and pH.Neutral pH could reduce sucrose destruction and the produce of colored matters,so that neutral pH could guarantee the quality of cane juice and achieve the aim of improving recovery rate and sugarquality.

cane juice;temperature;pH;sugar conversion;quality index

S566.1；TS244

A

1007－2624（2016）06－0007－03

10.13570/j.cnki.scc.2016.06.003

2016-07-05

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012 BAD14 B18-04）。

沈石妍（1968-），女，高級(jí)工程師，主要從事蔗糖深加工及副產(chǎn)物綜合利用方面研究。E-mail：okmlshshy@sina.com

郭家文（1979-），男，研究員,從事甘蔗產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)研究。E-mail：79jwguo@163.com.