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甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析

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甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析 甘蔗糖业 2012 年第 1 期,2012 年 2 月 Sugarcane and Canesugar, No. 1, Feb. 2012 甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析 李 凯,谢彩锋,陆海勤 (广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁 530004) 摘 要:通过分析甘蔗亚硫酸法糖厂色值超标白砂糖的主要色素成分,在线跟踪白砂糖煮制原料糖浆、 乙糖及煮制过程色素成分变化情况,结合分析混合汁的主要色素成分含量,确定造成白砂糖色值超标 的主要色素的是铁与氨基氮,铁来源于生产过程而氨基氮来源于甘蔗...
甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析
甘蔗糖业 2012 年第 1 期,2012 年 2 月 Sugarcane and Canesugar, No. 1, Feb. 2012 甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析 李 凯,谢彩锋,陆海勤 (广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁 530004) 摘 要:通过分析甘蔗亚硫酸法糖厂色值超标白砂糖的主要色素成分,在线跟踪白砂糖煮制原料糖浆、 乙糖及煮制过程色素成分变化情况,结合分析混合汁的主要色素成分含量,确定造成白砂糖色值超标 的主要色素的是铁与氨基氮,铁来源于生产过程而氨基氮来源于甘蔗原料,并讨论在生产过程减少白 砂糖铁与氨基氮含量的措施。 关键词:白砂糖;色值;氨基氮;铁;酚类物质 中图分类号:TS244 文献标识码:A 文章编号:1005-9695(2012)01-0027-07 Factors Resulting in High Color White Granulated Sugar From Sulfitation Process Mills LI Kai,XIE Cai-feng,LU Hai-qin (Institute of Light industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004) Abstract: Contents of amino nitrogen,iron and phenols of white granulated sugar (color value>120IU), milling syrup, B sugar and massecuite of three different stages during boiling process were determined to discuss the main factors resulting in high color white granulated sugar. The results showed that high iron content and amino nitrogen were main factors that resulted in high value white granulated sugar, and most iron was from production process, and amino nitrogen was from sugarcane. Keywords: White granulated sugar; Color; Amino nitrogen; Iron; Phenols 0 引言 色值是衡量白砂糖质量的一个重要理化指标。 目前我国 95%以上甘蔗糖厂均使用亚硫酸法生产白 砂糖。由于亚硫酸法的蔗汁澄清主要通过 Ca3(PO4)2 和 CaSO3 在中性范围内完成,清净效率相对较不理 想,在清净蔗汁中还残留相当多的色素,在煮糖过 程中被蔗糖晶体吸附、包裹,容易造成白砂糖色值 偏高。因此,色值超标一直是亚硫酸法糖厂质量不 合格的主要因素之一,也是亚硫酸法制糖生产企业 多年来致力要解决的棘手难题之一。 本文针对广西甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值容 易超标(>120 IU)问题,以色值超标的白砂糖为 主要研究对象,分析其中多元酚、氨基氮及铁含量 等主要色素成分含量,确定导致白砂糖色值超标的 主要原因,并在线跟踪白砂糖煮制原料糖浆、甲种 (乙糖糊)及煮制过程不同阶段糖膏氨基氮及铁含 量的变化情况,结合分析混合汁的主要色素含量, 研究白砂糖中主要色素的来源,探究白砂糖色值偏 高的主要原因,对亚硫酸法制糖生产降低成品白砂 糖色值提供指导。 1 材料与方法 1.1 试验材料与仪器 1.1.1 原料与试剂 原料:白砂糖(色值>120IU),糖浆,糖膏, 乙糖,混合汁,以上均来自广西某亚硫酸法糖厂。 主要化学试剂:酸酸铁铵,抗坏血酸,1,10- ─────────────── 收稿日期:2012-01-17;修回日期:2012-02-13 作者简介:李凯(1972-),男,高工,主要研究方向:制糖过程强化原理与技术,E-mail: gxlikai@126.com。 基金项目:广西科学研究与技术开发项目(桂科攻 10100022-20),广西甘蔗糖业创新平台建设(桂科能 10100025),广西科 学研究与技术开发计划项目(桂科攻 09321018)。 甘蔗糖业 2012 年第 1 期 Sugarcane and Canesugar -28- 菲啰啉,醋酸钠,没食子酸,EDTA,对氨基苯磺酸, 亚硝酸钠,硫酸,氢氧化钠,盐酸,以上均为分析 纯。 1.1.2 主要仪器 酸度计(Delta320,梅特勒-托利多仪器(上海) 公司);恒温磁力搅拌器(JB-2,上海雷磁新泾仪器 有限公司);数字阿贝折射仪(WYA-2S,上海物理 光学仪器厂);旋光仪(AP IV 589/880,美国鲁道夫 公司);分光光度计(723 型,上海第三分析仪器厂)。 1.2 试验方法 1.2.1 色值超标的白砂糖主要色素成分的分析 随机采集 8 个色值超标的白砂糖样品,分析其 色值[1]、多元酚[2]、铁[3]及氨基氮[4],确定色值超标 的白砂糖主要色素成分。 1.2.2 白砂糖煮制原料及过程主要色素变化情况的 分析 结合白砂糖主要致色成分的分析试验结果,在 线采样分析白砂糖煮制原料,即糖浆与甲种(乙糖) 的主要色素含量情况,并在煮糖过程中不同阶段采 集糖膏样品来分析主要色素变化情况,研究白砂糖 色素的主要来源。煮制过程分初、中及晚期进行采 样,分析糖膏色值、氨基氮及铁含量。采样原则是 每变化一种物料分析一次,表 4、图 6、图 7 甲糖膏 编号后的标示分别对应抽种完毕入糖浆前(1)、入 甲洗完毕(2)及最后收浓放糖前(3)。 1.2.3 混合汁主要色素成分分析 采集该糖厂同期生产的混合汁,分析其酚、铁 及氨基氮含量,确定白砂糖中的铁来源。 2 结果与讨论 2.1 白砂糖的主要色素成分分析 表 1 为白砂糖样品主要色素含量分析,图 1 为 白砂糖含铁量与色值关系图,图 2 为白砂糖含酚量 与色值关系图,图 3 为白砂糖氨基氮含量与色值关 系图。 铁是白砂糖致色的主要原因之一,白砂糖含铁 量不仅直接影响白砂糖色值,对白砂糖存放变色也 有重要影响。在制糖生产过程中,铁很容易被氧化 成三价铁而显色,同时还与物料中的酚类物质生成 表 1 白砂糖样品主要色素含量 样品编号 铁(mg·kg-1) 酚类物质(mg·kg-1) 氨基氮(mg·kg-1) 白砂糖色值(IU) 1 11.0 9.69 59.618 165 2 12.0 10.24 102.930 195 3 17.0 16.62 110.573 265 4 16.0 10.71 85.096 203 5 13.0 14.83 80.000 191 6 19.0 14.37 125.860 223 7 16.0 11.56 90.191 186 8 13.0 13.90 69.809 233 图 1 白砂糖含铁量与色值关系图 0 50 100 150 200 250 300 0 2 4 6 8 10 10 12 14 16 18 20 22 24 白 砂 糖 铁 含 量 ( mg .k g-1 ) 白砂糖色值 白砂糖铁含量 白 砂 糖 色 值 ( IU ) 白砂糖样品编号 李 凯等:甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析 -29- 图 2 白砂糖含酚量与色值关系图 图 3 白砂糖氨基氮含量与色值关系图 深色络合物,影响产品色值。据研究报道,微量的 铁可使糖品颜色变深,当白砂糖含铁量超过 1.0 mg·kg-1 时,白砂糖色值一般超过 120 IU[5-6]。从分 析结果可知,所分析的白砂糖样含铁量平均为 15 mg·kg-1,最低为 11 mg·kg-1,最高达到 19 mg·kg-1, 远高于一般亚硫酸法糖厂白砂糖含铁量(1~ 2 mg·kg-1)[7],是导致白砂糖色值明显高于 120 IU 的 主要原因之一,且白砂糖的色值随其含铁量的增加 而增加。 酚类物质是制糖生产过程主要色素,是由甘蔗 带来的水溶性色素。在制糖生产过程中,酚类物质 容易被氧化和产生缩聚或与铁发生络合反应,生成 深色物质。由分析结果可知,白砂糖样品含酚量在 正常范围内低于 30 mg·kg-1,与白砂糖色值之间的关 系不明显[8],不是该厂白砂糖色值超标的主要原因。 氨基氮来源于甘蔗,其在制糖过程中,与还原 糖生成深色类黑精色素的美拉德反应,贯穿澄清、 蒸发直至煮糖各个工段,所生成类黑精色素在煮糖 过程很容易被蔗糖晶体吸附或包裹进入白砂糖晶体 中(煮糖过程优先被晶体吸附或包裹的色素顺序: 还原糖与氨基酸的美拉德反应色素>酚铁络合物>焦 糖)[8],导致白砂糖色值升高。因此,氨基氮含量 也是白砂糖致色的一主要原因。白砂糖所含的氨基 氮含量增加,白砂糖色值明显增加。由表 1 与图 3 看,所分析白砂糖样品氨基氮含量均远远高于一般 亚硫酸法糖厂水平(30~40 mg·kg-1)[9],是白砂糖 色值超标另一个主要原因。 2.2 白砂糖煮制过程主要色素变化情况 0 50 100 150 200 250 300 0 2 4 6 8 10 白砂糖样品编号 白 砂 糖 色 值 ( IU ) 50.00 70.00 90.00 110.00 130.00 150.00 170.00 白 砂 糖 氨 基 氮 含 量 ( mg .k g- 1 ) 白砂糖色值 白砂糖氨基氮含量 0 50 100 150 200 250 0 2 4 6 8 10 白砂糖样品编号 白 砂 糖 色 值 (I U) 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 白 砂 糖 酚 含 量 ( mg .k g-1 ) 白砂糖色值 白砂糖含酚量 300 甘蔗糖业 2012 年第 1 期 Sugarcane and Canesugar -30- 2.2.1 原料主要色素成分的含量 2.2.1.1 糖浆 表 2 为糖浆主要色素含量,图 4 为糖浆氨基氮 含量与色值的关系,图 5 为糖浆铁含量与色值的关 系。 表 2 糖浆主要色素含量 糖浆样品 氨基氮(mg/kg·°Bx) 铁(mg/kg·°Bx) 色值(IU) 1 1464.61 14.82 1550 2 1514.29 20.05 1756 3 1404.99 13.45 1340 4 1474.55 18.63 1903 5 1325.50 19.82 2282 图 4 糖浆氨基氮含量与色值的关系 图 5 糖浆铁含量与色值的关系 1300 1350 1400 1450 1500 1550 0 1 2 3 4 5 6 糖浆样品编号 糖 浆 氨 基 氮 含 量 mg .k g-1 ) 0 500 1000 1500 2000 2500 样 品 色 值 ( IU ) 样品氨基氮含量(mg.kg-1) 样品色值(IU) 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0 1 2 3 4 5 6 糖浆样品编号 样 品 色 值 ( IU ) 5 7 9 11 13 15 17 19 21 样 品 铁 含 量 ( mg .k g-1 ) 样品色值(IU) 样品铁含量(mg.kg-1) 李 凯等:甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析 -31- 由糖浆铁、氨基氮含量分析知,该糖厂糖浆铁 含量平均为 17.35 mg·kg-1,根据文献[9],铁的 NSC 值一般为 3~4,而该厂糖浆铁含量比较高,因此相 当一部分的铁会进入白砂糖中,影响白砂糖色值。 另外,糖浆的氨基氮含量平均为 1436.78 mg/ kg·°Bx, 约为亚硫酸法糖厂糖浆氨基氮含量的 2 倍[10],则在 煮制过程中氨基氮进入白砂糖的机会非常大,因此 对白砂糖色值有显著影响。 2.2.1.2 乙糖(甲种) 表 3 为乙糖主要色素含量。 表 3 乙糖主要色素含量 乙糖编号 氨基氮(mg·kg-1) 铁(mg·kg-1) 色值(IU) 1 537.67 1544 374 2 454.86 1339 458 乙糖铁含量平均为 1441 mg·kg-1,分别是白砂 糖和糖浆的 96 倍和 83 倍。该厂使用乙糖作为甲种, 是白砂糖晶体长大晶核,因此其铁含量高低对于白 砂糖铁含量有极大影响,从而影响白砂糖色值。而 乙糖铁含量主要取决于乙糖煮制原料、煮制操作、 助晶及分蜜有关。 2.2.2 煮糖过程不同阶段致色物质含量的变化 表 4 为煮糖过程致色物质含量分析结果。 表 4 煮糖过程致色物质含量分析结果 甲糖膏编号 Fe (mg/kg·°Bx)) 氨基氮(mg/kg·°Bx)) 112-1 22.720 1816.36 112-2 31.081 2432.41 112-3 32.957 2829.86 113-1 17.943 1657.37 113-2 19.706 1458.65 113-3 25.905 2233.68 115-1 12.938 1081.07 115-2 14.872 1100.94 115-3 22.777 1935.59 2.2.2.1 含铁量 图 6 为煮糖过程糖膏含铁量变化。 图 6 煮糖过程糖膏含铁量变化 0 5 10 15 20 25 30 35 甲膏112 1 甲膏112 2 甲膏112 3 甲膏113 1 甲膏113 2 甲膏113 3 甲膏115 1 甲膏115 2 甲膏115 3 糖膏编号 糖 膏 铁 含 量 ( mg .k g- 1 ) 甘蔗糖业 2012 年第 1 期 Sugarcane and Canesugar -32- 由图 6 看,煮糖过程中随着煮制时间的延长, 糖膏铁含量偏高,且逐渐增加,尤其是煮制后段, 即入甲洗至放糖阶段,糖膏铁含量平均增加 55.15%,最大增加 76.04%,表明在煮制后期由甲洗 带入或加热管溶解的铁较多。铁是白砂糖致色的主 要原因之一,容易被氧化三价铁而显色,另外铁与 以物料中的酚类物质生成深色络合物导致物料色值 明显增加。当糖膏含铁量高时,则其被蔗糖晶体吸 附或包裹的机会增大,因此白砂糖含铁量增加,影 响其色值。 2.2.2.2 氨基氮 图 7 为煮糖过程糖膏氨基氮含量变化。 图 7 煮糖过程糖膏氨基氮含量变化 由图 7 看,煮糖过程中随着煮制时间延长,糖 膏氨基氮含量逐渐增加,平均增加 56.53%,最高为 79.04%,表明煮制过程所入物料氨基氮含量比较 高。 2.3 混合汁主要色素成分的分析 表 5 为混合汁致色物质含量分析。 表 5 混合汁致色物质含量分析 样品 Fe(mg·kg-1) 氨基氮(mg/kg·°Bx) 酚类物质(mg/kg·°Bx) 混合汁 6.23 404.41 17280 由表 5 知,混合汁的含铁量低,属于正常范围 内的低值[11],氨基氮含量为 404.41 mg/kg·°Bx,含 量较高[12]。 由此可知,表明白砂糖中的铁主要来源于制糖 生产过程,即生产过程中箱、罐及加热管等中的铁 溶解在物料中。另外,结合白砂糖、糖浆氨基氮及 酚类物质含量分析可知,澄清过程中氨基氮及酚类 物质去除率低,故糖浆等物料中还有相当多氨基氮 和酚类物质,在煮糖过程被包裹至白砂糖晶体里面, 影响白砂糖色值。 3 结论 白砂糖铁与氨基氮含量过高是该亚硫酸法糖厂 白砂糖色值超标的主要原因:铁主要来源于制糖生 产过程,表明在生产过程中,生产工艺指标控制、 各种物料箱、罐以及管路的防腐除锈工作有待加强, 并加强乙糖煮制、助晶及分蜜管理,同时减少物料 停留时间,减少溶解在物料中铁的量,以减少白砂 糖中铁含量;氨基氮主要来源于甘蔗,主要是由于 甘蔗质量差导致,且与澄清效率偏低,杂质去除率 不高有关。因此,应加强甘蔗质量管理,特别是保 证甘蔗新鲜度与蔗梢长度不要过长,并科学、稳定 控制澄清工艺,提高澄清过程中含氮物质去除率, 减少在制品中氨基氮含量,减少其对白砂糖色值的 影响。 参考文献 [1] 甘蔗糖业质量监督检测中心. 甘蔗制糖化学管理分析 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 甲膏 112 1 甲膏 112 2 甲膏 112 3 甲膏 113 1 甲膏 113 2 甲膏 113 3 甲膏 115 1 甲膏 115 2 甲膏 115 3 糖膏编号 糖 膏 氨 基 氮 含 量 ( mg .k g-1 ) 李 凯等:甘蔗亚硫酸法糖厂白砂糖色值偏高的原因分析 -33- 方法[M]. 广州:甘蔗糖业质量监督检测中心,1995: 52-53. [2] 张笃思. 甘蔗制糖工业分析[M]. 北京:轻工业出版社, 1991:73-74. [3] 糖品统一分析法国际委员会. 糖品分析-国际统一分 析法[M]. 北京:轻工业出版社,1982:123-125. [4] 林金梅. 改性磷酸复合物用于糖汁澄清脱色的研究[D]. 南宁:广西大学,2010:53. [5] 霍汉镇. 现代制糖化学与工艺学[M]. 北京:化学工业 出版社,2008:90-92. [6] 唐桂兰,李坚斌,刘慧霞. 廖平糖厂白砂糖中铁与酚类 物的测定分析研究[J]. 广西蔗糖,2002(1):22-24. [7] 霍汉镇. 现代制糖工业技术:第一分册[M]. 北京:中 国轻工业出版社,1992:221-239. [8] 沈参秋. 糖品物色香味化学[M]. 广州:华南理工大学 出版社,1994:88. [9] 李坚斌,刘慧霞,陆登俊. 甘蔗氨基酸含量变化及其对 蔗汁品质的影响[J]. 甘蔗糖业,2003(4):36-39. [10] 霍汉镇 . 制糖工艺与装备的新概念与新实践 [M]. 广 州:全国甘蔗糖业信息中心,2002:143-145. [11] 江门甘蔗化工厂 ,轻工部甘蔗糖业质量监督检测中心 . 成品白糖贮存期增色探讨[C]. 第二届全国甘蔗-甜菜制 糖行业技术交流与学术会论文集,哈尔滨,1992: 76-85. [12] 霍汉镇. 现代制糖化学与工艺学[M]. 北京:化学工业 出版社,2008:90-93. (本篇责任编校:朱涤荃)
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