蔗糖工业用复合酶制剂研究及生产应用
2007-12-18 22:07:43 来源：本站原创 评论：0 点击：
摘要 蔗糖工业用复合酶制剂——TKSE蔗糖生物助剂进行配方研究、室内实验和生产性试验查定情况，分析研究生物酶对蔗汁中非糖分的作用机理。试验表明：亚硫酸法糖厂在中和汁箱位置以每吨甘蔗加入TKSE蔗糖生物助剂8mL时，白砂糖色值可下降20%～30%、甲膏结晶率可增加1%～2%。这表明蔗糖生物复合酶研制成功对我国占主流地位的亚硫酸法制糖工艺有大的改进，对提高糖业经济效益具有重大意义。
关键词 蔗糖工业用复合酶 ；配方研究；室内实验；生产试验
作者简介：王顺发（1956—）男，江西省科学院高级工程师，主要从事食品科学技术研究与开发。
1 概述
我国现有300多家糖厂基本上都是耕地白糖厂(从甘蔗提汁到成品白砂糖)，其中90%以上是亚硫酸法工艺。与发达国家相比，我国糖业存在自动化程度低、能源消耗高、产品质量差等问题。尤其是亚硫酸法工艺白糖，要达到优级糖质量还存在色值、浊度和残硫量指标难以达标的问题，因此,国产白砂糖在高等食品、医药中的应用以及产品的出口受到制约。
美国、日本、澳大利亚等发达国家研究单体生物酶如淀粉酶、葡聚糖酶应用于耕地白糖生产相对较早[1]，生物酶应用对于改善糖液品质、降低粘度、增加产糖和降低能耗具有良好的效果。但这些发达国家耕地白糖厂并不多，且工艺以碳酸法为主，所研制的生物酶对于我国以亚硫酸法工艺为主导的制糖工业并不适用。
本研究根据我国蔗糖工业原料、工艺、设备和管理特点，系统研究了复合生物酶配方和在我国糖业的应用技术，于2005年开发出了蔗糖工业用复合酶制剂第一代产品——TKSE蔗糖生物助剂。
2 蔗糖工业用复合酶制剂技术基础
2.1 复合酶作用机理
加入糖汁后主要有以下两种酶促反应：
① 生物水解
水解酶催化大分子物质分解成小分子物质，反应通式[2]为：
式中R和R′之间的键代表酯键、糖苷键、肽键等，水解酶催化反应大多数是不可逆的。如果胶在果胶酶的作用下发生以下反应：
② 氧化还原反应
氧化还原酶催化底物氧化和还原反应时需电子的供体和受体，而不是基团的加成和去除，反应通式[2]为：
式中AH2为供氢体（或称为供体），B为受氢体。如葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下被氧化成葡糖酸内酯：
综上所述复合酶作用机理是：通过复合生物酶促作用，将糖液中原料带来的果胶、花色素、蛋白质、淀粉、葡聚糖、纤维及半纤维素，以及生产过程中新产生的焦糖色素、米拉德反应产物，还原糖碱性分解产物等有害大分子及胶体物质进行生物水解、氧化还原和生物复合，使大分子变成小分子，有害物变成无害物，胶体溶液变成真溶物。部分非糖杂质经过沉淀、过滤被除去，部分非糖杂质由于分子形态发生了改变而减少了在蔗糖结晶过程中的不良影响最终进入废蜜。因此，TKSE蔗糖生物助剂可有效改善糖液品质、降低物料粘度、提高沉降过滤效果，加速糖膏母液糖分的吸收，具有提高白砂糖质量和产品得率、降低能源消耗的显著效果。
2.2 TKSE蔗糖生物助剂配方
本产品与国外同类产品相比增加了果胶酶、还原糖氧化酶和某些特定的高分子有色物质水解酶等，包括淀粉酶16%、果胶酶12%、葡聚糖酶10%、还原糖氧化酶10%、蛋白酶12%、纤维素及半纤维素酶18%、其他22%。
助剂作用条件：反应温度90～105℃；PH值6.5～7.5；作用时间：＞5min 。
主要理化指标：酶活力 40000 u/mL；PH值（25℃原酶液）5.5～6.5；容重 1.15～1.25 g/mL；沙门氏菌不得检出。
3 室内实验
3.1 实验流程
室内实验模拟生产流程在糖厂化验室进行，混合汁取自压榨车间，流程和工艺条件如图1所示：
图1 室内实验工艺流程
3.2实验结果
实验连续进行3d，每d同时做加TKSE蔗糖生物助剂和不加助剂的对比试验各一次,实验结果见图2～6。从图2～6中看出加入TKSE蔗糖生物助剂，清汁和糖浆品质都有较大程度的改善，其中清汁色值下降22.7%、清度提高12.2%、粘度减少33.3%，并且沉降时间明显缩短，泥层减薄；糖浆色值下降31.9%，粘度减少30%。
4 生产试验
4.1 基本情况
为验证TKSE蔗糖生物助剂的实际效果，本研究于05/06榨季选择广西某日处理甘蔗3500t的亚硫酸法糖厂进行了大生产应用试验及效果查定。试验从2005年12月30日上午10点开始，TKSE蔗糖生物助剂加入位置选择在中和汁箱，按每吨甘蔗加8ml计算，每班9000毫升，四倍稀释后通过阀门控制由塑料管流加入。正式记录实验效果从12月31日早班始，到2006年元月2日晚班止，共三天9个班时，对比资料取12月26日至28日三天的生产统计数据。
自投加TKSE后，可观察到的变化是白砂糖质量稳步提高，其中白砂糖色值由原来的150IU左右降低并稳定在120IU左右，糖浆泡沫明显减少，泡沫层变薄变细腻。由沉淀池清汁筛面可看到澄清汁泡沫明显减少，而滤清汁泡沫增多，这说明通过TKSE作用，沉淀池内非糖分的分配已发生了明显变化，即进入泥汁的比例增多而停留在澄清汁内的比例减少了。据岗位职工反映，各段糖膏粘度下降，母液中糖分吸收更快，尤其是乙糖膏显得比过去好煮。甲膏分蜜对比的三天中有8个编号的甲膏采取了混筛措施，而试验的三天，只有1个编号的甲膏进行了混筛，而且还不是色值原因。从统计数据看，甲膏结晶率有明显提高。
从元月三日早班开始停用TKSE，可观察到成品糖色值从元月3日晚上开始不断上升，元月4日又恢复到了试验前的150IU左右。为进一步验证助剂效能，于元月5日晚12时再次投料，重复试验。结果元月6日中班开始，白砂糖色值又大幅下降，其后稳定在100IU左右。
4.2 试验结果及分析
4.2.1 白砂糖质量
从12月31日早班第一个编号（377号）到元月2日晚班最后一个筛糖编号（421号）我们共跟踪了45罐甲糖，对比12月26日～28日三天共41个编号（322～362号），白砂糖质量明显提高，其中成品糖色值下降16.78%，浊度下降2.2%（见图7～8）。
可见，对采用亚硫酸法工艺的糖厂来说，加入TKSE蔗糖生物助剂可以稳定白砂糖质量，提高一级品率；而对于有一定管理水平的亚硫酸法糖厂，加入TKSE蔗糖生物助剂可将产品质量提高到高等级糖甚至达到优级白砂糖质量水平，从而提高企业的经济效益。
4.2.2糖分收回
由于缺糖膏抽蜜装置，甲膏结晶率查定采用甲原蜜纯度数据，经计算，试验三天与对比三天比较，甲膏结晶率提高了1.38%（见表1），相当于等折白砂糖产率增加0.21%，即万吨甘蔗多产糖21吨。按每吨白砂糖4000元计算，可增收 8.4万元，扣除万吨甘蔗使用TKSE成本约8000元，万吨甘蔗实际增收7.6万元。若加上产品质量水平提高所带来的效益，企业增收更加可观。
表1 甲膏结晶率对照表
|
内容 |
经过时间 |
甲膏AP |
甲原蜜AP |
甲膏结晶率% |
|
加TKSE
未加TKSE
对比 |
12.31～01.02
12.26～12.28 |
91.81
91.58 |
74.23
74.61 |
68.22
66.84
+1.38 |
5 结论
(1)复合酶制剂用于制糖生产，通过生物酶促作用，将原料中带来和生产过程中新产生的对制糖有害大分子及胶体物质进行生物水解和生物氧化，使大分子变成小分子，有害物变成无害物，胶体溶液变成真溶液。有效降低糖汁粘度、加快澄清沉降过滤和蔗糖分结晶速度，可显著提高成品糖得率和产品质量，降低能源消耗。研究表明：将TKSE蔗糖生物助剂按吨蔗8mL的用量加入中和汁，白砂糖色值下降20%～30%，白砂糖浊度下降10%～20%，甲膏结晶率增加1%～2%，增加产糖率0.2%。
(2)复合酶制剂用于制糖生产能显著提高和稳定产品质量水平，提高产品得率，使得有条件在亚硫酸法糖厂采取降低中和硫熏强度、取消二次硫熏工艺单元等措施，提升亚硫酸法工艺技术水平，解决亚硫酸法工艺产品质量档次不高的问题，不须作较大规模投资和技术改造就可使亚硫酸法糖厂产出优级白砂糖。
参考文献
[1]陈其斌 .甘蔗糖手册【M】. 北京: 中国轻工业出版社 1987: 179～181
[2]姜锡瑞, 段 钢. 酶制剂实用技术手册【M】. 北京:中国轻工业出版社, 2002.
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