葡聚糖對煮糖及白砂糖晶體形態(tài)的影響

莫柳珍，廖炳權(quán)，焦 博，謝彩鋒*

（1廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004；2廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州 510316）

葡聚糖對煮糖及白砂糖晶體形態(tài)的影響

莫柳珍1,2，廖炳權(quán)1，焦 博1，謝彩鋒1*

（1廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004；2廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州 510316）

葡聚糖是高分子高粘度多糖，對制糖生產(chǎn)過程危害很大。通過使用小型試驗型真空煮糖設(shè)備煮制含有不同葡聚糖的糖漿，分析糖膏粘度、煮糖時間、提糖率及觀察蔗糖晶體形態(tài)，研究煮糖物料中含不同濃度的葡聚糖對煮糖操作及白砂糖晶形的影響。結(jié)果表明：葡聚糖濃度增大，會增大糖膏粘度，延長煮糖時間，降低提糖率，改變蔗糖晶體形態(tài)甚至出現(xiàn)針狀晶體；高分子量葡聚糖比低分子量葡聚糖對煮糖影響更大。

葡聚糖；煮糖；粘度；晶體形態(tài)；提糖率

0 前言

在適宜的溫度和濕度下，甘蔗組織及其夾雜物中攜帶的腸膜明串珠菌類微生物能以蔗糖為主要物質(zhì)進行發(fā)酵，使蔗糖降解為葡萄糖和果糖，同時分泌的葡聚糖蔗糖酶，使所生成的葡萄糖發(fā)生聚合，產(chǎn)生葡聚糖。當糖汁中葡聚糖含量大時，會形成白色的珠狀團塊，即國內(nèi)糖廠通常稱的“蔗飯”[1]。腸膜明串珠菌的這種發(fā)酵不僅消耗蔗糖，造成糖分損失，同時所生成高分子量、高粘度葡聚糖，給制糖工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的危害：葡聚糖的高右旋性影響在制品蔗糖純度的測定[2]，誤導(dǎo)生產(chǎn)；增加在制品粘度，影響沉降、過濾及蒸發(fā)煮糖物料對流，導(dǎo)致蒸發(fā)煮糖時間延長[3]；影響蔗糖結(jié)晶晶型；增加分蜜難度，導(dǎo)致廢蜜損失增大。此外，葡聚糖是白砂糖酸性絮凝物的主要成分之一[4]。

煮糖是制糖生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到

成品的質(zhì)量和收回率。若在不良的生產(chǎn)環(huán)境下（環(huán)境溫度長期偏高、殺菌效果差），糖廠蔗汁中葡聚糖不斷增加，而在澄清過程中除去葡聚糖量非常少，不斷累積到蒸發(fā)糖漿當中，增大糖漿粘度，將會使煮糖的難度也大大增加。本文利用雙層玻璃反應(yīng)釜進行糖漿煮糖試驗，研究葡聚糖對煮糖過程及蔗糖晶體晶型的影響。

1 試驗材料與儀器

1.1 試驗材料

糖漿（廣西某糖廠）；一級白砂糖；葡聚糖T-500（B.R美國Sigma公司）；葡聚糖T-2000（B.R美國Sigma公司）；α-淀粉酶；三氯乙酸(TCA)；無水乙醇；無水甲醇；純硅藻土；鹽酸。

1.2 試驗儀器

RAT-5雙層玻璃反應(yīng)釜；CCKJ溶劑-超聲波協(xié)同起晶器；LS200-N離心機；501型超級恒溫水浴鍋；SHB循環(huán)水式多用真空泵；HHS數(shù)顯恒溫水浴鍋；SP-752型紫外分光光度計；掃描電鏡(SEM)。

2 實驗方法

2.1 物料含葡聚糖對煮糖的影響試驗

用砂糖與蒸餾水配置成一定濃度的糖糊（用作晶種）和糖漿，分別在糖糊與糖漿中加不同數(shù)量溶解好的葡聚糖T-500溶液、葡聚糖T-2000溶液，混勻，作為煮糖物料待用；使用雙層玻璃反應(yīng)釜進行煮糖試驗研究，煮糖真空度控制為0.09 MPa，反應(yīng)釜內(nèi)攪拌速度200 r/min；研究不同葡聚糖分子量及其在物料中的含量對煮糖的影響，分析指標包括煮糖時間、提糖率、糖膏粘度、煮制所得的白砂糖中葡聚糖含量、進入蔗糖晶體葡聚糖含量與物料葡聚糖含量之比。其中：

（1）煮糖時間：放入糖糊后，啟動攪拌和抽真空，待真空度上升至穩(wěn)定值并且反應(yīng)釜內(nèi)的糖糊開始沸騰時開始計時，連續(xù)入糖漿煮糖，至煮糖結(jié)束解除真空放糖為止，記錄時間(min)。

（2）提糖率：指任意純度下成品固溶物質(zhì)量與糖膏總固溶物質(zhì)量之比，也可以是高純度物料固溶物質(zhì)量m1與中純度物料固溶物質(zhì)量之比m2。計算公式見式⑴。

其中：P1、P2、P3分別表示高純度、中純度、低純度物料純度。

（3）糖膏粘度測定：放糖時接取適量糖膏，水浴保溫于60℃用旋轉(zhuǎn)粘度計測定其粘度；同時根據(jù)《甘蔗制糖化學(xué)管理統(tǒng)一分析方法》[5]測定糖膏錘度；糖膏粘度單位取mPa.s/°Bx。

（4）白砂糖中的葡聚糖含量測定：使用Haze-酒精法，參照原糖國標GB15108-2006中“葡聚糖測定方法”[6]進行，單位mg/kg。

2.2 葡聚糖對白砂糖晶型的影響試驗

以糖廠糖漿為煮糖物料，在其中加入不同數(shù)量的葡聚糖T-2000溶液，煮種采用投粉法，晶種用溶劑-超聲法制得，煮糖真空度控制為0.09 MPa，反應(yīng)釜內(nèi)攪拌速度200 r/min，記錄煮糖時間。煮制好的糖膏經(jīng)離心分離后，取白砂糖分析其葡聚糖含量，并采用掃描電鏡對白砂糖晶體形態(tài)進行觀察，研究葡聚糖對白砂糖晶型的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 物料中含不同濃度的葡聚糖T-500和葡聚糖T-2000的煮糖指標比較

圖1～圖5為物料中含不同濃度的葡聚糖T-500和葡聚糖T-2000的煮糖指標比較。

圖1 物料中葡聚糖含量對煮糖時間的影響

圖2 物料中葡聚糖含量對提糖率的影響

圖3 物料中葡聚糖含量對糖膏粘度的影響

圖4 物料中葡聚糖含量對白砂糖葡聚糖含量的影響

圖5 進入蔗糖晶體葡聚糖含量與物料葡聚糖含量之比

從圖1、圖2可以看出，隨著物料中葡聚糖含量（葡聚糖濃度）的增加，煮糖時間延長，葡聚糖T-2000對煮糖時間的影響大于葡聚糖T-500；葡聚糖含量的增加，提糖率有所下降，葡聚糖T-2000在濃度低時對提糖率的影響小于葡聚糖T-500，但在濃度高時會使提糖率迅速降低。主要是因為物料中葡聚糖-T500和葡聚糖T-2000含量增加會使糖膏母液粘度增大，煮糖過程中物料對流受到影響，蔗糖分子傳質(zhì)阻力增大，擴散降低。葡聚糖T-2000的平均分子量遠大于葡聚糖T-500，相同的添加量能使糖膏粘度增大更多，從而需要更長的煮糖時間。

從圖3中可以看出，在物料中添加葡聚糖T-2000比添加葡聚糖T-500對煮糖糖膏粘度的影響更大。從圖4、圖5中可以看出，隨著物料中葡聚糖含量的增加，經(jīng)分蜜和洗蜜后得到的白砂糖中葡聚糖含量增大，但進入蔗糖晶體的葡聚糖含量與物料中葡聚糖含量的百分比不斷降低，趨于平緩。說明增加物料中葡聚糖的含量，在煮糖過程中會阻礙蔗糖的結(jié)晶，但晶體吸收母液中的蔗糖和葡聚糖分子比例趨于定值。

綜上可知，高分子量的葡聚糖對糖膏粘度、煮糖時間、提糖率的影響比低分子量的大，隨著糖漿葡聚糖濃度的增加，低分子量的葡聚糖比高分子量的更容易進入到蔗糖晶體中。

3.2 葡聚糖對白砂糖晶形影響的研究

表1為糖漿添加葡聚糖量對糖膏粘度、煮糖時間和白砂糖葡聚糖含量的試驗結(jié)果。由表1可知，糖漿中葡聚含量越高，煮糖時間越長，進入白砂糖的葡聚糖含量增大。在煮糖過程中，糖漿葡聚糖含量增加，糖膏粘度增大，物料對流循環(huán)受到影響，溫度、過飽和度均勻度受到影響，且蔗糖晶體結(jié)晶析出阻力增大，蔗糖分子穿越主體溶液達至晶體表面的擴散速度變小，故糖分吸收較差，煮糖時間延長。當葡聚糖T-2000用量為2000 mg/L時，在煮糖過程發(fā)現(xiàn)糖膏母液變得混濁，存在偽晶生成現(xiàn)象，分蜜后所得的白砂糖晶體存在著許多小顆粒的晶粒，甚至有少量細長的結(jié)晶顆粒（見圖6）。

用掃描電鏡(SEM)技術(shù)對一級白砂糖（作對比樣）以及用葡聚糖T-2000濃度分別為1000、2000 mg/L的糖漿煮制所得白砂糖晶體進行分析，見圖7～圖9。

表1 糖漿添加葡聚糖量對糖膏粘度、煮糖時間和白砂糖葡聚糖含量的試驗結(jié)果

圖6 煮糖得到白砂糖外觀圖

圖7 一級白砂糖(對照品)

圖8 葡聚糖T-2000濃度為1000 mg/L的糖漿煮制所得蔗糖晶體

圖9 葡聚糖T-2000濃度為2000 mg/L的糖漿煮制所得蔗糖晶體

由圖7看到，正常的蔗糖晶體，其晶形各面間成的角度是較為恒定，厚度適中，最大的面{1 0 0}長寬比例約為1.25：1。從放大1000倍SEM圖片可看到參照物一級白砂糖的表面較光滑，殘留有極少的蔗糖小晶核，小晶核的晶面近似橢圓形和方形。

由圖8看到，糖漿中葡聚糖T-2000含量為1000 mg/L時煮制所得的蔗糖晶體形狀發(fā)生了變化，晶面{1 0 0}面變窄，長寬比例約為2.5～3.5：1，a軸方向上晶體變厚，晶體不斷沿c軸生長，有些晶面已經(jīng)消失。從放大200倍SME圖中看到，晶面有些褶皺，說明有些晶面上吸收蔗糖的速度不均勻，晶體表面上附著的小晶體也變成長條形。

由圖9看到，糖漿中葡聚糖T-2000含量為2000 mg/L、煮制時間超過3 h得到的晶體中有許多針狀晶體，晶體沿c軸生長，長、寬比例甚至超過了5：1，c軸晶面上有些為六邊形，有些變成了四邊形，即有些晶面已經(jīng)完全消失。從放大1000倍SEM圖片上，有許多小晶體呈長條狀，稍大的晶體晶面上有些粗糙。

針狀晶體在糖膏沸騰碰撞過程中易折斷，其流動性也很差，使晶體吸收蔗糖速度變慢，煮糖時間延長，糖品收回降低，分蜜時易堵塞篩孔，增加洗水用量，使廢蜜帶走糖分增多。

4 結(jié)論

隨著物料中葡聚糖濃度增加和葡聚糖分子量的增大，糖膏粘度增大，煮糖時間延長，糖膏提糖率降低，進入到蔗糖晶體的葡聚糖含量增大，但增加到蔗糖中的葡聚糖相對于初始物料中的葡聚糖百分比逐漸減小，趨于恒定，說明物料中的葡聚糖濃度低時更容易通過煮糖進入到蔗糖晶體，分子量大的葡聚糖對煮糖的影響更大。

由蔗糖晶體掃描電鏡圖片可知，糖漿中添加葡聚糖T-2000濃度越大、煮糖時間越久，生成的蔗糖晶體晶形沿c軸申長越多，在煮制過程中一些晶面生長過快，導(dǎo)致一些晶面逐漸消失。因此，葡聚糖存在會影響蔗糖晶體形態(tài)、晶面減少甚至消失、晶面不完整且粗糙、存在針狀晶。

[1] 霍漢鎮(zhèn). 現(xiàn)代制糖化學(xué)與工藝學(xué)[M]. 北京：化學(xué)化工出版社，2008：10-11.

[2] 周文紅，劉慧霞，張建法，等. 葡聚糖含量使糖度測定值虛假增加的影響研究[J]. 廣西蔗糖，2009(3)：39-48.

[3] ARWUT P, ADRIAN E F, PHILIP A. et al. Measurement and analysis of the dextran partition coefficient in sucrose crystallization[J]. Journal of Crystal Growth，2009, 311：3667-3673.

[4] 鄭偉基. 白砂糖中酸性絮凝物的研究進展[J]. 廣西輕工業(yè)，2007(7)：14-15.

[5] 廣東省甘蔗糖業(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，1976.

[6] 中國輕工業(yè)聯(lián)合會. GB/T15108-2006原糖[S]. 北京：中國標準出版社，2006.

(本篇責(zé)任編校：朱滌荃)

Effects of Dextran on Boiling and White Sugar Crystal Morphology

MO Liu-zhen1,2, LIAO Bing-quan1, JIAO Bo1, XIE Cai-feng1
(1Institute of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004;2Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316)

Dextran is a kind of polysaccharide, a macromolecule and high viscosity material. It can do great harm in the sugar producing process. Using a small experimental vacuum equipment to cook syrup containing different dextran, this paper analyzed the massecuite, boiling time, sugar extraction rate, observed the sucrose crystal morphology, studied the influence of boiled sugar material containing different concentrations of dextran to the operation of boiling sugar and sugar crystal morphology. The results showed that dextran concentration increases will increase the viscosity of massecuite, prolong boiling time, reduce the sugar extraction rate, change sucrose crystal morphology even cause acicular crystals to appear. High molecular weight dextran has greater influence on boiling sugar than low molecular one has.

Dextran; Sugar boiling; Viscosity; Crystal morphology; Sugar extraction rate

TS244+.4

A

1005-9695(2015)02-0020-05

2015-02-10；

2015-04-01

莫柳珍(1986-)，女，碩士，主要從事制糖工程技術(shù)研究；E-mail: mlz9287@126.com

*通訊作者：謝彩鋒(1976-)，女，博士，副教授，主要從事制糖過程強化技術(shù)研究；E-mail: fcx11@163.com

莫柳珍，廖炳權(quán)，焦博，等. 葡聚糖對煮糖及晶型的影響研究[J]. 甘蔗糖業(yè)，2015(2)：20-24