論蔗糖工業(yè)用復合酶制劑研究及生產應用

論蔗糖工業(yè)用復合酶制劑研究及生產應用

摘要蔗糖工業(yè)用復合酶制劑——TKSE蔗糖生物助劑進行配方研究、室內實驗和生產性試驗查定情況，分析研究生物酶對蔗汁中非糖分的作用機理。試驗表明：亞硫酸法糖廠在中和汁箱位置以每噸甘蔗加入TKSE蔗糖生物助劑8mL時，白砂糖色值可下降20～30、甲膏結晶率可增加1～2。這表明蔗糖生物

復合酶研制成功對我國占主流地位的亞硫酸法制糖工藝有大的改進，對提高糖業(yè)經濟效益具有重大意義。關鍵詞蔗糖工業(yè)用復合酶；配方研究；室內實驗；生產試驗作者簡介：王順發(fā)（1956—）男，江西省科學院高級工程師，主要從事食品科學技術研究與開發(fā)。1概述我國現有300多家糖廠基本上都是耕地白糖廠(從甘蔗提汁到成品白砂糖)，其中90以上是亞硫酸法工藝。與發(fā)達國家相比，我國糖業(yè)存在自動化程度低、能源消耗高、產品質量差等問題。尤其是亞硫酸法工藝白糖，要達到優(yōu)級糖質量還存在色值、濁度和殘硫量指標難以達標的問題，因此,國產白砂糖在高等食品、醫(yī)藥中的應用以及產品的出口受到制約。美國、日本、澳大利亞等發(fā)達國家研究單體生物酶如淀粉酶、葡聚糖酶應用于耕地白糖生產相對較早[1]，生物酶應用對于改善糖液品質、降低粘度、增加產糖和降低能耗具有良好的效果。但這些發(fā)達國家耕地白糖廠并不多，且工藝以碳酸法為主，所研制的生物酶對于我國以亞硫酸法工藝為主導的制糖工業(yè)并不適用。本研究根據我國蔗糖工業(yè)原料、工藝、設備和管理特點，系統研究了復合生物酶配方和在我國糖業(yè)的應用技術，于2005年開發(fā)出了蔗糖工業(yè)用復合酶制劑第一代產品——TKSE蔗糖生物助劑。2蔗糖工業(yè)用復合酶制劑技術基礎2.1復合酶作用機理加入糖汁后主要有以下兩種酶促反應：①生物水解水解酶催化大分子物質分解成小分子物質，反應通式[2]為：式中R和R′之間的鍵代表酯鍵、糖苷鍵、肽鍵等，水解酶催化反應大多數是不可逆的。如果膠在果膠酶的作用下發(fā)生以下反應：②氧化還原反應氧化還原酶催化底物氧化和還原反應時需電子的供體和受體，而不是基團的加成和去除，反應通式[2]為：式中AH2為供氫體（或稱為供體），B為受氫體。如葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下被氧化成葡糖酸內酯：綜上所述復合酶作用機理是：通過復合生物酶促作用，將糖液中原料帶來的果膠、花色素、蛋白質、淀粉、葡聚糖、纖維及半纖維素，以及生產過程中新產生的焦糖色素、米拉德反應產物，還原糖堿性分解產物等有害大分子及膠體物質進行生物水解、氧化還原和生物復合，使大分子變成小分子，有害物變成無害物，膠體溶液變成真溶物。部分非糖雜質經過沉淀、過濾被除去，部分非糖雜質由于分子形態(tài)發(fā)生了改變而減少了在蔗糖結晶過程中的不良影響最終進入廢蜜。因此，TKSE蔗糖生物助劑可有效改善糖液品質、降低物料粘度、提高沉降過濾效果，加速糖膏母液糖分的吸收，具有提高白砂糖質量和產品得率、降低能源消耗的顯著效果。2.2TKSE蔗糖生物助劑配方本產品與國外同類產品相比增加了果膠酶、還原糖氧化酶和某些特定的高分子有色物質水解酶等，包括淀粉酶16、果膠酶12、葡聚糖酶10、還原糖氧化酶10、蛋白酶12、纖維素及半纖維素酶18、其他22。助劑作用條件：反應溫度90～105℃；PH值6.5～7.5；作用時間：＞5min。主要理化指標：酶活力40000u/mL；PH值（25℃原酶液）5.5～6.5；容重1.15～1.25g/mL；沙門氏菌不得檢出。3室內實驗3.1實驗流程室內實驗模擬生產流程在糖廠化驗室進行，混合汁取自壓榨車間，流程和工藝條件如圖1所示：圖1室內實驗工藝流程3.2實驗結果實驗連續(xù)進行3d，每d同時做加TKSE蔗糖生物助劑和不加助劑的對比試驗各一次,實驗結果見圖2～6。從圖2～6中看出加入TKSE蔗糖生物助劑，清汁和糖漿品質都有較大程度的改善，其中清汁色值下降22.7、清度提高12.2、粘度減少33.3，并且沉降時間明顯縮短，泥層減??；糖漿色值下降31.9，粘度減少30。4生產試驗4.1基本情況為驗證TKSE蔗糖生物助劑的實際效果，本研究于05/06榨季選擇廣西某日處理甘蔗3500t的亞硫酸法糖廠進行了大生產應用試驗及效果查定。試驗從2005年12月30日上午10點開始，TKSE蔗糖生物助劑加入位置選擇在中和汁箱，按每噸甘蔗加8ml計算，每班9000毫升，四倍稀釋后通過閥門控制由塑料管流加入。正式記錄實驗效果從12月31日早班始，到2006年元月2日晚班止，共三天9個班時，對比資料取12月26日至28日三天的生產統計數據。自投加TKSE后，可觀察到的變化是白砂糖質量穩(wěn)步提高，其中白砂糖色值由原來的150IU左右降低并穩(wěn)定在120IU左右，糖漿泡沫明顯減少，泡沫層變薄變細膩。由沉淀池清汁篩面可看到澄清汁泡沫明顯減少，而濾清汁泡沫增多，這說明通過TKSE作用，沉淀池內非糖分的分配已發(fā)生了明顯變化，即進[NextPage]入泥汁的比例增多而停留在澄清汁內的比例減少了。據崗位職工反映，各段糖膏粘度下降，母液中糖分吸收更快，尤其是乙糖膏顯得比過去好煮。甲膏分蜜對比的三天中有8個編號的甲膏采取了混篩措施，而試驗的三天，只有1個編號的甲膏進行了混篩，而且還不是色值原因。從統計數據看，甲膏結晶率有明顯提高。從元月三日早班開始停用TKSE，可觀察到成品糖色值從

元月3日晚上開始不斷上升，元月4日又恢復到了試驗前的150IU左右。為進一步驗證助劑效能，于元月5日晚12時再次投料，重復試驗。結果元月6日中班開始，白砂糖色值又大幅下降，其后穩(wěn)定在100IU左右。4.2試驗結果及分析4.2.1白砂糖質量從12月31日早班第一個編號（377號）到元月2日晚班最后一個篩糖編號（421號）我們共跟蹤了45罐甲糖，對比12月26日～28日三天共41個編號（322～362號），白砂糖質量明顯提高，其中成品糖色值下降16.78，濁度下降2.2（見圖7～8）。可見，對采用亞硫酸法工藝的糖廠來說，加入TKSE蔗糖生物助劑可以穩(wěn)定白砂糖質量，提高一級品率；而對于有一定管理水平的亞硫酸法糖廠，加入TKSE蔗糖生物助劑可將產品質量提高到高等級糖甚至達到優(yōu)級白砂糖質量水平，從而提高企業(yè)的經濟效益。4.2.2糖分收回由于缺糖膏抽蜜裝置，甲膏結晶率查定采用甲原蜜純度數據，經計算，試驗三天與對比三天比較，甲膏結晶率提高了1.38（見表1），相當于等折白砂糖產率增加0.21，即萬噸甘蔗多產糖21噸。按每噸白砂糖4000元計算，可增收8.4萬元，扣除萬噸甘蔗使用TKSE成本約8000元，萬噸甘蔗實際增收7.6萬元。若加上產品質量水平提高所帶來的效益，企業(yè)增收更加可觀。表1甲膏結晶率對照表內容經過時間甲膏AP甲原蜜AP甲膏結晶率加TKSE未加TKSE對比12.31～01.0212.26～12.2891.8191.5874.2374.6168.2266.841.385結論(1)復合酶制劑用于制糖生產，通過生物酶促作用，將原料中帶來和生產過程中新產生的對制糖有害大分子及膠體物質進行生物水解和生物氧化，使大分子變成小分子，有害物變成無害物，膠體溶液變成真溶液。有效降低糖汁粘度、加快澄清沉降過濾和蔗糖分結晶速度，可顯著提高成品糖得率和產品質量，降低能源消耗。研究表明：將TKSE蔗糖生物助劑按噸蔗8mL的用量加入中和汁，白砂糖色值下降20～30，白砂糖濁度下降10～20