甘蔗不同壓榨程度對蔗汁和紅糖營養(yǎng)成分的影響

楊 婷，王智能，楊 柳，應(yīng)雄美，郭家文，尚試雄，沈石妍

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，云南開遠(yuǎn)661699)

0 引言

甘蔗(Saccharum officinarumL.)是我國重要的糖料作物之一，同時也是重要的生物質(zhì)能源作物[1-5]，據(jù)報道，我國食糖約90%都來自甘蔗[2]，紅糖是食糖產(chǎn)品的重要組成，它是以甘蔗為原料，經(jīng)過榨汁、澄清、蒸發(fā)濃縮得到的一種有營養(yǎng)價值的產(chǎn)品[6-7]，因未經(jīng)過高度提煉，幾乎保留了蔗汁中所有的營養(yǎng)成分。目前已有研究表明，紅糖除了具有淳厚的甜味之外，還含有多種礦物質(zhì)、維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、多酚類化合物等有益于人體健康的成分，在抗氧化、抗毒性、保護(hù)細(xì)胞等方面發(fā)揮著積極作用[8-10]。

制糖過程的首道工序是對甘蔗進(jìn)行提汁，壓榨法是最常用的提汁方法，是將甘蔗破碎后，通過壓榨機(jī)壓榨擠出蔗汁的工藝過程。糖廠為了保證最大的經(jīng)濟(jì)效益，通常采用5座壓榨機(jī)進(jìn)行串聯(lián)壓榨，在每座壓榨機(jī)榨出的蔗渣上噴淋熱水或后幾座壓榨機(jī)榨出的低糖分蔗汁，以便充分抽出蔗渣中的糖分，提高甘蔗的糖分抽出率。目前國內(nèi)紅糖主要以小型企業(yè)或家庭作坊生產(chǎn)的傳統(tǒng)紅糖為主，工藝過程較為簡單，一般采用小型壓榨機(jī)對甘蔗進(jìn)行一次壓榨即可，糖分抽出率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及大型糖廠的多次壓榨，一次壓榨與多次壓榨對蔗汁中非糖成分含量的影響目前尚無相關(guān)的研究報道，本文以3個不同品種的甘蔗為試驗材料，進(jìn)行一次壓榨及模擬大型糖廠多次壓榨處理，從糖分抽出率、所得蔗汁及制成紅糖的蛋白質(zhì)、總游離氨基酸、總多酚、還原糖分、蔗糖分等方面進(jìn)行比較研究，以期選擇更適合的壓榨工藝，為生產(chǎn)高品質(zhì)紅糖提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黃皮果蔗購買于本地農(nóng)貿(mào)市場，ROC22、云蔗14-1386由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所科研實驗基地提供。

1.2 實驗試劑

氯化鈉、鹽酸、水合茚三酮、氯化亞錫、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、福林酚、碳酸鈉、沒食子酸均為分析純購買自廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心；亮氨酸標(biāo)準(zhǔn)品 99%，購買自中國食品藥品檢定研究所。

1.3 儀器與設(shè)備

AE224分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；SXZ-8小型甘蔗壓榨機(jī)，佛山市樂創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司；UV-5800 PC紫外分光光度計，上海元析儀器有限公司；HWS-24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；Smart-N15VF型超純水系統(tǒng)，上?？道追治鰞x器有限公司；ZD-3A型電位滴定儀，上海本昂科學(xué)儀器有限公司；JH-P400型全自動旋光儀，上海佳航儀器儀表有限公司；Kjeltec TM8400全自動凱氏定氮儀；DZF-6050真空干燥箱，上海博訊實業(yè)有限公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 樣品處理

根據(jù)實驗室前期實驗結(jié)果，同一試驗地、相同品種的甘蔗間糖分、純度、非糖分含量仍會存在一定的差異，為了避免甘蔗本身差異帶來的影響，本試驗采取以下處理方式采集實驗樣品：

一次壓榨處理：每個品種挑選長短、粗細(xì)相近的甘蔗10～15棵，總質(zhì)量保持一致，用小型壓榨機(jī)進(jìn)行榨汁，壓榨一次后得到的蔗汁即為一次蔗汁，把一次蔗汁平均分為兩份，一份用200目尼龍濾袋過濾后，取800 mL進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定，剩余蔗汁于電力加熱鍋上加熱煮沸，用200目漏勺撇去不斷上浮的黑色浮沫至浮沫變白，繼續(xù)加熱濃縮至糖漿濃度達(dá)到92～93°Bx時，停止加熱，持續(xù)對糖漿進(jìn)行攪拌打砂，當(dāng)糖漿出現(xiàn)大量細(xì)小砂粒并逐漸變稠后立即將糖膏倒入3 cm×3 cm×1.5 cm的硅膠模具中成型，溫度降至80℃左右時即可脫模，然后于電熱鼓風(fēng)干燥箱中65℃干燥5 h得到甘蔗一次壓榨紅糖，另一份待用。

多次壓榨處理：把上述一次壓榨所得甘蔗渣混合均勻，稱取一半蔗渣進(jìn)行二次壓榨，所得蔗渣澆淋對應(yīng)甘蔗重量 80%、溫度約 90 ℃的熱水并攪拌混合均勻，然后再次進(jìn)行壓榨，共加水3次，每次加水后壓榨2次，所得壓榨汁與上述待用的一次蔗汁混合，即為多次壓榨混合汁，同樣經(jīng)200目尼龍濾袋進(jìn)行過濾后，取800 mL進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定，剩余蔗汁按上法加工制成多次壓榨紅糖。3個不同甘蔗品種實驗處理方法一致。

1.4.2 主要成分的測定

水分：參照GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》減壓干燥法測定；蛋白質(zhì)：參照GB 5009.5-2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》凱氏定氮法測定；還原糖分：參照GB 5009.7-2016《食品中還原糖分的測定》直接滴定法測定；錘度、蔗糖分：參照 GB/T 35998-2018《甘蔗和蔗渣的蔗糖分、錘度及纖維分測定濕式分解法》二次旋光法測定；糖分抽出率、重力純度參照《甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法》第七章第二節(jié)進(jìn)行測定及計算[11]。

1.4.3 總多酚的測定

蔗汁及紅糖總多酚含量參照 Singleton等[12]的方法改進(jìn)后進(jìn)行測定。標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：準(zhǔn)確稱取0.05 g沒食子酸于100 mL的容量瓶中，超聲溶解后定容，然后分別吸取0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL于25 mL比色管中，加入1.5 mL福林酚試劑(0.2 mol/L)，2 mL碳酸鈉溶液(10%)，加水定容到25 mL，此時沒食子酸終濃度為0、1、2、4、6、8、10、12 μg/mL，靜置1 h后，于765 nm下比色，試劑空白為調(diào)零管，以沒食子酸濃度μg/mL為橫坐標(biāo)，吸光值A(chǔ)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

蔗汁中總多酚的測定：吸取0.5 mL蔗汁于25 mL比色管中，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法進(jìn)行測定，結(jié)果以固形物含量來表示(單位：mg/100g·°Bx)；紅糖中總多酚的測定：稱取0.5 g紅糖溶解后定容至25 mL的容量瓶中，然后吸取1 mL于25 mL比色管中，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法進(jìn)行測定。

1.4.4 總游離氨基酸的測定

蔗汁及紅糖總游離氨基酸含量參照文獻(xiàn)[13]的方法改進(jìn)后進(jìn)行測定。標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：準(zhǔn)確吸取0、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0 mL，200 μg/mL 的亮氨酸標(biāo)準(zhǔn)液于25 mL的比色管中，分別加蒸餾水補(bǔ)充到4 mL，然后加入1 mL水合茚三酮和1 mL 磷酸緩沖液(pH 8.0)，搖勻后于沸水中加熱15 min，于570 nm下比色，試劑空白為調(diào)零管，以亮氨酸濃度μg/mL為橫坐標(biāo)，吸光值A(chǔ)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

蔗汁中總游離氨基酸的測定：吸取稀釋倍數(shù)(20～50倍)的蔗汁4 mL，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法進(jìn)行測定，結(jié)果以固形物含量來表示(單位：mg/100g·°Bx)。紅糖中總游離氨基酸的測定：稱取0.5 g紅糖溶解后定容至25 mL的容量瓶中，然后吸取1 mL于25 mL比色管中，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法進(jìn)行測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 22.0對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計及顯著性分析，用Sigmaplot 10.0對統(tǒng)計結(jié)果作圖，圖中的數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同小寫字母表示差異達(dá)到P＜0.05水平，不同大寫字母表示差異達(dá)到P＜0.01水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壓榨程度對糖分抽出率的影響

糖分抽出率是甘蔗制糖過程中一項重要的工藝指標(biāo)，據(jù)相關(guān)研究報道，同一壓榨條件下，每提升1%的抽出率，10萬 t的甘蔗能多產(chǎn) 120 t的機(jī)制糖[14]，由此可見糖分的回收有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。從表 1可以得知，3個品種的甘蔗經(jīng)過一次壓榨后，糖分抽出率都在70%左右，而經(jīng)過多次壓榨后糖分抽出率都達(dá)到96%以上，黃皮果蔗的更正抽出率僅為 94.86%是由于其纖維分較低，僅為9.14%的緣故。多次壓榨極大地提高了甘蔗的糖分抽出率，黃皮果蔗、ROC22、云蔗 14-1386多次壓榨后，抽出率比一次壓榨分別提高了22.33%、36.18%、25.9%，而同一處理條件下，不同甘蔗品種之間抽出率的差異可能與不同甘蔗間糖分、纖維分不同有關(guān)，更重要的是人工手動送料壓榨過程中送料量不一致或不均衡所致。以上結(jié)果說明通過多次壓榨顯著提高了甘蔗的糖分抽出率。

2.2 不同壓榨程度對蔗汁和紅糖還原糖分及蔗糖分的影響

表2是不同壓榨程度下蔗汁還原糖及蔗糖分的檢測結(jié)果，從數(shù)據(jù)可以看出，黃皮果蔗、ROC22、云蔗14-1386這3個甘蔗品種一次壓榨蔗汁的還原糖分、蔗糖分、錘度均高于多次壓榨混合汁，這是由于多次壓榨添加了甘蔗重量近80%的滲浸水，蔗汁被稀釋所致，國內(nèi)糖廠滲浸水與蔗比一般為15%～25%，通常加于末組壓榨機(jī)之前的蔗渣中，然后將后一座壓榨機(jī)的榨出汁回復(fù)到前一座進(jìn)行浸透，由于實驗室條件，未能按此方法進(jìn)行處理，而是全部采用清水進(jìn)行滲浸，所以添加滲浸水量比糖廠大。此外，3個甘蔗品種一次壓榨蔗汁重力純度高于多次壓榨混合汁，說明經(jīng)過多次壓榨后更多的非糖分進(jìn)入到了蔗汁中，從而降低了蔗汁的純度。

表1 不同壓榨程度對糖分抽出率的影響

表3是不同壓榨程度下紅糖還原糖分及蔗糖分的檢測結(jié)果。總的來說，黃皮果蔗、ROC22、云蔗14-1386多次壓榨所制成的紅糖還原糖分、蔗糖分、總糖均略低于一次壓榨的紅糖，說明非糖分較高的蔗汁所制成的紅糖其非糖成分含量也相應(yīng)較高，導(dǎo)致蔗糖分相應(yīng)較低。表2、3結(jié)果說明，3個甘蔗品種多次壓榨蔗汁及其紅糖還原糖分、蔗糖分略低于一次壓榨處理下蔗汁及其紅糖還原糖分、蔗糖分。

2.3 不同壓榨程度對蔗汁和紅糖總游離氨基酸含量的影響

表2 不同壓榨程度對蔗汁還原糖分及蔗糖分的影響

表3 不同壓榨程度對紅糖還原糖分及蔗糖分的影響

游離氨基酸是一類非蛋白質(zhì)氨基酸，是人體內(nèi)維 E、葉酸等營養(yǎng)素的來源，可以直接被人體吸收利用，其含量可以很好的反映食品的營養(yǎng)價值[15-16]。

圖1(A)是不同壓榨程度下蔗汁總游離氨基酸含量的檢測結(jié)果，從圖中可以得知，多次壓榨處理極顯著地提高了3個不同甘蔗品種蔗汁中總游離氨基酸含量，與一次壓榨處理相比，多次壓榨處理后，黃皮果蔗、ROC22、云蔗 14-1386蔗汁中總游離氨基酸含量分別極顯著提高了 20.49%、16.43%、34.24%。圖1(B)是不同壓榨程度下紅糖總游離氨基酸含量的檢測結(jié)果，3個不同甘蔗品種多次壓榨處理熬制的紅糖總游離氨基酸含量都高于一次壓榨處理熬制的紅糖總游離氨基酸含量(P＜0.01)，以上結(jié)果說明，多次壓榨處理極顯著地提高了3個甘蔗品種蔗汁及其紅糖中總游離氨基酸的含量。

2.4 不同壓榨程度對蔗汁和紅糖總多酚含量的影響

多酚類化合物是一類存在于多種植物體內(nèi)的天然抗氧化劑，具有抗氧化、清除自由基等作用[15]。從圖2(A)可以得知，與一次壓榨處理相比較，多次壓榨處理后，3個不同甘蔗品種蔗汁總多酚含量極顯著提高，其中黃皮果蔗蔗汁總多酚含量提高了30.98%，ROC22蔗汁總多酚含量提高了 21.32%，云蔗14-1386總多酚含量提高了25.75%。經(jīng)過傳統(tǒng)工藝熬制成紅糖后，紅糖中總多酚含量變化見圖2(B)，同一甘蔗品種，多次壓榨蔗汁熬制的紅糖總多酚含量較一次壓榨蔗汁熬制的紅糖含量都有所提高，其中黃皮果蔗變化較明顯，多次壓榨紅糖總多酚含量較一次壓榨紅糖總多酚含量提高了2.17%(P＜0.01)，以上結(jié)果表明，多次壓榨處理可以提高蔗汁及紅糖中總多酚含量。

圖1 不同壓榨程度對蔗汁和紅糖總游離氨基酸含量的影響

圖2 不同壓榨程度對蔗汁和紅糖總多酚含量的影響

2.5 不同壓榨程度對蔗汁和紅糖蛋白質(zhì)含量的影響

蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞的基本有機(jī)物，食物中的蛋白質(zhì)是人體中氮的唯一來源，具有糖類和脂肪不可替代的作用[18]。圖3是不同壓榨程度對蔗汁(A)和紅糖(B)蛋白質(zhì)含量的影響。從圖3(A)中可得知，與一次壓榨處理相比較，多次壓榨處理極顯著地提高了黃皮果蔗、ROC22、云蔗 14-1386蔗汁中蛋白質(zhì)含量，同時經(jīng)傳統(tǒng)工藝熬制成紅糖后，黃皮果蔗、ROC22、云蔗 14-1386多次壓榨紅糖較一次壓榨紅糖，蛋白質(zhì)含量分別提高了 23.23%、22.86%、18.88%。這結(jié)果表明，多次壓榨處理提高了黃皮果蔗、ROC22、云蔗 14-1386蔗汁及紅糖中蛋白質(zhì)含量。

3 結(jié)論

圖3 不同甘蔗壓榨程度對蔗汁和紅糖蛋白質(zhì)含量的影響

本試驗比較了一次壓榨處理、多次壓榨處理下黃皮果蔗、ROC22、云蔗 14-1386糖分抽出率，蔗汁及其所制成紅糖在蔗糖分、還原糖分、總游離氨基酸、總多酚、蛋白質(zhì)含量上的差異。結(jié)果顯示，多次壓榨處理有助于提高黃皮果蔗、ROC22、云蔗14-1386糖分抽出率；與一次壓榨處理相比較，多次壓榨處理極顯著地提高了黃皮果蔗、ROC22、云蔗14-1386蔗汁及紅糖總游離氨基酸含量、蛋白質(zhì)含量，且可以提高蔗汁及紅糖中總多酚含量；多次壓榨處理蔗汁及其紅糖還原糖分、蔗糖分略低于一次壓榨處理下蔗汁及其紅糖還原糖分、蔗糖分。紅糖是一種非分蜜糖，凝結(jié)了原料中所有的精華成分，深受人們喜愛，多次壓榨處理不僅提高了紅糖中營養(yǎng)成分含量，同時提高了經(jīng)濟(jì)效益，此結(jié)果為生產(chǎn)高品質(zhì)紅糖提供了參考。