糖蜜澄清處理工藝研究

糖蜜澄清處理工藝研究

殘?zhí)敲凼翘菑S的副產(chǎn)品，其成分非常復(fù)雜，包括水、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸、水楊酸和鉀鈉，含糖量仍然很高。他參與了30%的糖和50%的糖。它是發(fā)酵、食品、飼料和建筑材料的優(yōu)質(zhì)原材料。經(jīng)脫色、脫鹽、澄清后,可回收制備流體糖,也可在乳酸菌作用下發(fā)酵制取乳酸,在酒精酵母存在下制取酒精,或經(jīng)羰氨反應(yīng)催化縮聚成焦糖著色劑。但由于廢糖蜜成分復(fù)雜,混有大量的非糖成分和雜質(zhì)(如黑色素、重金屬離子、膠體物質(zhì)等),所以分離較困難。目前,大部分廢糖蜜仍只作為飼料或肥料,沒有被增值,凈化廢糖蜜是制糖行業(yè)的一大課題。1材料和方法1.1pam測定廢糖蜜,H2SO4,磷酸,石灰乳,NaOH,絮凝劑(PAM)。紫外分光光度計(jì),加熱套,旋光儀,恒溫水浴鍋,磁力攪拌器,凱氏定氮儀,電導(dǎo)儀,錘度計(jì),pH計(jì),恒溫干燥箱,HP5890氣相色譜,MSD5872質(zhì)譜檢測器。1.2無機(jī)離子灰甘蔗糖蜜含大量糖份,總糖、還原糖約占40%~60%,但也有大量的膠體物質(zhì),鉀、鈉、鈣、鎂等無機(jī)離子灰分。為提高甘蔗糖蜜的利用率及附加值,本文對甘蔗糖蜜進(jìn)行澄清處理,步驟如下。1.2.12、稀釋糖蜜非常粘稠,6倍稀釋后,測定總糖,蔗糖,還原糖,pH值。1.2.2洛伊木馬絮凝劑采用聚丙烯酰胺(PAM),并添加磷酸作為輔助澄清劑。兩者共同作用于糖蜜,絮凝大量微細(xì)懸浮物及膠體,較大幅度提高原料糖蜜的純度。1.2.3酸解H2SO4調(diào)pH值至2,100℃水浴加熱90min,使甘蔗糖蜜中的蔗糖盡可能多地轉(zhuǎn)化為還原糖。1.3糖蜜中離子型物質(zhì)的測定蔗糖:采用二次旋光法測定GB/T2684-2005;還原糖:采用蘭-艾農(nóng)恒容法測定GB/T2684-2005;總氮量:采用凱氏定氮儀;灰分:目前糖廠測定灰分多采用重量法和電導(dǎo)法,本文采用電導(dǎo)法。電導(dǎo)法測定溶液的電導(dǎo)率,從而反映糖蜜中離子型物質(zhì)(如鹽類、游離酸等)含量。OD值:紫外分光光度計(jì)測定。1.4gc/ms分析條件澄清處理前糖蜜:取1g按重量稀釋50倍,過0.45μm微孔濾膜(Millipore,Bedford,MA),以備GC/MS分析。澄清處理后糖蜜:取澄清處理糖蜜1g按重量稀釋10倍,過0.45μm微孔濾膜(Millipore,Bedford,MA),以備GC/MS分析。氣質(zhì)聯(lián)用儀分析條件是,色譜柱:AgilentHP-5MS,60m×0.25mm(i.d.)×0.25μm;進(jìn)樣口溫度:250℃;進(jìn)樣體積:1μL;柱箱溫度程序:50℃,保溫1min,以10℃/min升溫至140℃,保溫1min。再以14℃/min升溫至290℃,保溫2min;載氣流速:1.0mL/min(He);離子源:EI+;采集模式:全掃描。2結(jié)果與討論2.1原料糖蜜澄清處理2.1.1絮凝劑的篩選糖蜜中含有大量灰分和膠體,影響糖蜜風(fēng)味,降低其利用率,為此,稀釋后的糖蜜還需澄清處理。本文采用聚丙烯酰胺作為澄清劑,研究絮凝劑用量、磷酸用量、pH值及絮凝溫度對澄清過程的影響,確定糖蜜絮凝條件,見表6。由表1可以看出,糖蜜使用聚丙烯酰胺和磷酸作為絮凝劑,澄清效果明顯,聚丙烯酰胺絮凝機(jī)理在于架橋作用,使膠粒形成粗大絮凝團(tuán)而沉淀析出。用量增加,有助于架橋充分形成,但過量,反而會引起吸附飽和,在膠粒上形成覆蓋層使膠粒產(chǎn)生再次穩(wěn)定現(xiàn)象,所以聚丙烯酰胺不足或過量均達(dá)不到最佳澄清效果。磷酸能與石灰作用生成磷酸鈣沉淀,新生的沉淀物具有較強(qiáng)的吸附能力,能吸附部分非糖份及色素而共同沉淀,改善糖汁過濾性能提高澄清效果。pH值會影響絮凝劑電離度,從而影響到糖蜜澄清效果,宜采用中性pH值。出于節(jié)能考慮,絮凝溫度選擇85℃。最后,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:糖蜜添加250mg/L磷酸,石灰水調(diào)節(jié)pH值至中性,加5mg/L聚丙烯酰胺,在85℃恒溫水浴中保溫10min進(jìn)行二次絮凝,然后離心分離得上清液,測得上層清液OD值是0.3315。2.1.2還原糖的預(yù)防糖蜜中碳水化合物主要以蔗糖形式存在,還原糖含量較低,為充分利用糖蜜的糖份,將其轉(zhuǎn)化成還原糖,進(jìn)而可利用還原糖特性來制備增香劑或焦糖色素等,提升糖蜜的附加值。本文采用酸解法將糖蜜中的蔗糖水解成具有還原性糖,在保證蔗糖水解盡可能完全的同時(shí),避免因加熱時(shí)間、溫度等對還原糖產(chǎn)生的負(fù)面影響,如形成糠醛聚合體而失去還原性等。本文酸解條件的確定是在原有糖蜜酸解研究的基礎(chǔ)上采用正交實(shí)驗(yàn)分析法所得。正交實(shí)驗(yàn)因素水平及其測定結(jié)果見表2,正交實(shí)驗(yàn)極差分析結(jié)果見表3。由方差分析結(jié)果表3可知糖蜜酸解處理的溫度條件對酸解后糖蜜還原糖和總糖含量的影響達(dá)顯著水平,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)各因素影響主次順序?yàn)闇囟醛僷H值﹥時(shí)間。酸解條件正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的確定是以酸解后糖蜜中蔗糖和還原糖的含量為依據(jù),最優(yōu)的酸解條件酸解后糖蜜中蔗糖含量最低,同時(shí)還原糖含量最高。根據(jù)表2、表3,可以得出A3B3C1酸解條件下,即溫度100℃、pH值為2及酸解時(shí)間為90min酸解條件下,酸解后糖蜜中蔗糖含量最低,同時(shí),根據(jù)總糖的測定,可知同樣的酸解條件下,酸解后的還原糖含量最高為49.70%。2.2測定糖蜜成分2.2.1糖蜜中糖蜜的變化甘蔗糖蜜是棕黃至黑褐色的濃稠液體,其成分依原料甘蔗的質(zhì)量、產(chǎn)地及制糖工藝不同而異,本文采用的糖蜜取自廣東大華糖廠,表4為糖蜜澄清處理前后組分分析。糖蜜經(jīng)澄清處理后,混濁度降低,粘度下降,由表4可以看出,糖蜜錘度明顯下降,主要原因是澄清處理去除了糖蜜中大量的膠體物質(zhì)和非糖份物質(zhì),導(dǎo)致糖蜜中固形物含量下降。糖蜜澄清處理過程的酸解步驟,使得糖蜜中蔗糖含量由40.07%降至0.46%,轉(zhuǎn)化糖由8.75%升至49.70%?？梢?在本文酸解條件下,蔗糖較為充分地降解成還原糖,而且生成的還原糖較少受到反應(yīng)條件的影響而出現(xiàn)分解現(xiàn)象。整體來說,糖蜜澄清處理前后,膠體、灰分等雜質(zhì)含量都有大幅下降,蔗糖較為充分地轉(zhuǎn)化為還原糖,且還原糖未受到處理?xiàng)l件影響發(fā)生裂解反應(yīng),達(dá)到了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。2.2.2糖蜜澄清前后發(fā)性物質(zhì)變化GC/MS是一種快速分析鑒定物質(zhì)組分的分析手段,本實(shí)驗(yàn)采用GC/MS分析澄清處理前后糖蜜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)組分,用總離子流圖(TIC)中各色譜峰通過計(jì)算機(jī)自動在NISTO5圖譜庫中比對查找,對匹配度大于80%的化合物進(jìn)行了鑒定和峰面積歸一化計(jì)算,以求得各組分相對百分含量,從澄清處理前后的糖蜜中分別鑒定出12,15個(gè)組分見表5。糖蜜澄清處理前后,GC/MS分析出的組分以吡啶、呋喃、哌嗪、喹啉、酮類物質(zhì)等衍生物居多。根據(jù)表5中澄清處理前后糖蜜揮發(fā)性物質(zhì)成分對比分析得出,兩種糖蜜中分離出含量最多的是同種胺類物質(zhì),保留時(shí)間均為20.615,澄清處理對該物質(zhì)影響不大。在其它保留時(shí)間如9.636,17.852,18.064,19.308,21.944,糖蜜澄清處理前后亦沒有發(fā)生物質(zhì)的變化。澄清處理前后糖蜜的主要變化表現(xiàn)為糖蜜澄清處理前僅在保留時(shí)間9.636檢出L-丙氨酸的衍生物,糖蜜澄清處理后除在保留時(shí)間9.636時(shí)檢出同種氨基酸外,還分別在保留時(shí)間19.223和21.264出現(xiàn)了N-甲基-1-賴氨酸和精氨酸,說明澄清處理將糖蜜中的雜質(zhì)去除,使得更多的氨基酸游離出來。糖蜜澄清處理前,在保留時(shí)間11.655,19.616,19.988,20.945,22.454出現(xiàn)嗎啉、吡咯、嘌呤和喹啉類物質(zhì),經(jīng)過澄清處理,這些物質(zhì)均被去除。同時(shí),值得關(guān)注的是,糖蜜澄清處理前在保留時(shí)間為19.616時(shí)檢出異丙腎上腺素三聚氰胺衍生物(Isoproterenoltri-TMSderivative),此化合物為tri-TMS衍生物,涉及到食品安全性問題,但是在酸解糖蜜中卻未檢出此類物質(zhì)或衍生物,一方面可以估計(jì)澄清處理前糖蜜中含用tri-TMS組分,經(jīng)過澄清處理后,清除了該組分;另一方面,考慮到GC/MS在高溫條件下進(jìn)行檢測,澄清處理前糖蜜中的組分亦可能在高溫條件下發(fā)生反應(yīng),從而生成tri-TMS衍生物。澄清處理前糖蜜中是否存在tri-TMS或其衍生物需要進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證。此外,經(jīng)過澄清處理,糖蜜增加了偶苯、苯酸酯、苯甲酸以及酰胺物質(zhì),新物質(zhì)的生成及安全性問題有待進(jìn)一步研究。3糖蜜酸解前后糖蜜品質(zhì)的變化根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn),確定了糖蜜絮凝處理?xiàng)l件為:磷酸添加量250mg/L,石灰水調(diào)節(jié)pH值到7.0進(jìn)行預(yù)絮凝,加入聚丙烯酰胺5mg/L,在85℃恒溫水浴中10min進(jìn)行二次絮凝,然后離心分離得上清液。在此絮凝條件下,糖蜜處理后,測得上層清液OD值是0.3315。由L9(3)3正交實(shí)驗(yàn)最終確定糖蜜酸解條件為:溫度100℃、pH值為2及酸解時(shí)間為90min,在此條件下酸解后的還原糖含量最高為49.70%,由方差分析可知,糖蜜酸解的溫度條件對酸解后還原糖的含量影響達(dá)到顯著水平,在試驗(yàn)范圍內(nèi)各因素影響主次順序?yàn)闇囟醛僷H值﹥時(shí)間。糖蜜經(jīng)過澄清處理后,膠體、灰分含量均有大幅降低,糖蜜中還原糖含量上升,有助于糖蜜進(jìn)一步的深加工。同時(shí),利用GC/MS檢測糖蜜澄清處理前后揮發(fā)性物質(zhì)的組分,根據(jù)NISTO5圖譜庫比對查找,澄清處理前后兩種糖蜜分別鑒定出12和1