酶在制糖工业应用的研究进展.pdf

广西轻工业 GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 2011 年 9 月 第 9 期 （总第 154 期 ） 食品与生物 广西 90%以上的糖厂采用亚硫酸法工艺生产白砂糖， 受亚 硫酸法除杂澄清工艺的限制， 产品很难达到优级糖标准， 这也 制约了我国白砂糖在高端食品、医药中的应用以及产品的出 口。因此探寻一种安全、 有效、 经济的澄清方法， 对白砂糖产品 质量及安全性的提高、 降低企业生产成本、 提高我国食糖产品 竞争力具有重要意义。 蔗汁中的杂质主要有色素、 胶体、 灰分、 蛋白质、 有机酸、 淀 粉、 葡聚糖等， 在传统的亚硫酸法工艺中主要通过石灰、 二氧化 硫、 磷酸、 絮凝剂等澄清剂来除去。近年来， 国内外对制糖过程 澄清方法也进行了大量研究，澄清手段包括离子交换技术、 膜 分离技术、 高分子絮凝剂、 活性炭等等， 但这些方法成本高、 技 术性强， 同时也不符合节能减排的理念。国外早在 20 世纪 60 年代就开始对酶在制糖过程的应用进行研究， 我国近年来也有 一些酶应用的报道。 由于酶制剂具有高效、 无污染、 操作简单等 优点， 在制糖工业具有广阔的应用前景。 1 酶在制糖澄清中的应用 1.1果胶酶 甘蔗中的胶体主要包含果胶质和树胶质。果胶质是 D- 半 乳糖醛酸通过 - 1, 4 糖苷键连接起来的聚合物，在酸碱作用 下成为果胶酸， 果胶酸与石灰作用得到粘性大且很难过滤的钙 盐沉淀， 这些钙盐只有在较高的 pH 条件下才会完全沉淀。树 胶是半纤维素的水解产物，甘蔗中的半纤维素由 D- 木糖、 L- 阿拉伯糖及 D- 葡萄糖醛酸组成， 半纤维素可被酸水解， 但比 果胶水解的慢， 它不能被石灰所沉淀， 因此在蔗汁中的半纤维 素一直留在糖蜜中， 成为一种造蜜物质而影响糖分的回收。 果胶酶是指能分解果胶物质的多种酶的总称，一般认为它 包括四种酶： 原果胶酶、 多聚半乳糖醛酸酶、 裂解酶、 果胶酯酶1。 果胶酶对糖汁降低粘度、 提高澄清度有较明显的作用。 陈健旋2 以果胶酶对甘蔗汁进行澄清，果胶酶的添加量为 200U/100ml 蔗汁， 甘蔗汁的透光率由 5%提高到 95%， 粘度由 3.9mPa s 下 降到 1.1mPa s。黄康宁等3研究了果胶酶降解混合汁中果胶含 量的影响， 研究表明果胶的降解率在一定范围内与果胶酶的添 加量成正比， pH 越低， 对酶的降解反应有促进作用， 果胶的降 解也随着时间的增长而增多。屠康等4研究了青皮甘蔗汁的澄 清方法，果胶酶 - 明胶 - 硅溶胶合用的澄清效果比硅藻土、 果 胶酶 - 壳聚糖等方法的效果要好。 1.2- 淀粉酶 淀粉是葡萄糖的高分子缩合物， 相对分子质量由数万到数 百万。甘蔗中的淀粉包含直链淀粉与支链淀粉， 含量与种植地 区、 甘蔗品种和收割时间有很大的关系。 淀粉不溶于水， 受热时 吸水膨胀、 糊化， 糊化的温度一般在 56- 76。 糊化后的淀粉有 很强的亲水性， 不能被一般的方法凝聚或沉淀除去， 因此亚硫 酸法澄清对淀粉的除去率很低， 仅为 1928%， 影响泥汁过滤 性能， 增大糖膏粘度。 白砂糖中淀粉含量过高， 会增加产品混浊 度和酸性絮凝物， 影响产品质量5。 - 淀粉酶是一种内切酶，可以无差别的切断 - 1, 4 糖 苷键， 既作用于直链淀粉， 也作用于支链淀粉。 Bruijn 等应用一 种对热稳定和无转化酶的 - 淀粉酶对混合汁澄清， 在 70、 pH6.5 的条件下， 淀粉除去率可达 94%6。黎庆涛7等证实耐高 温 a- 淀粉酶可有效降解混合汁中的淀粉，淀粉的降解率在一 定范围内与淀粉酶的添加量成正比，酶的最佳用量为 200 U/mL， 最适 pH 值在 5.66.0， 最适温度 60， 淀粉去除率 72% 78%。 1.3葡聚糖酶 制糖工业中出现的葡聚糖主要是右旋糖酐，是葡萄糖通过 a- 1, 6 糖苷键链接而成的聚合物， 相对分子量由数万到数百万。 葡聚糖是在生产过程中由肠膜明串珠菌的繁殖将蔗糖中的葡萄 糖转变而成的， 呈胶粘状， 粘度随分子量和浓度的增加而增加。 葡聚糖的存在使糖汁粘度明显增大， 对澄清带来不利影响， 它容 易附着在过滤层的微细通道上， 堵塞通道， 妨碍糖汁过滤； 它还 增大糖膏的粘度， 阻碍蔗糖结晶生长， 对煮糖影响很大。 葡聚糖酶根据切断不同的糖苷键而分为 - 葡聚糖酶和 - 葡聚糖酶， - 葡聚糖酶降解以 - 糖苷键连接的葡聚 糖， - 葡聚糖酶降解以 - 糖苷键连接的葡聚糖。由肠膜明 串珠菌产生的葡聚糖含有大量的 - 1， 6 键和少量的 - 1， 2、 - 1， 3 和 - 1， 4 键， 在糖汁中添加 - 葡聚糖酶可显著降低 葡聚糖含量。在国外，葡聚糖酶的使用已有 50 多年的历史。 1996/1997 榨季， 路易斯安那糖厂在混合汁中添加 6g/t 蔗汁的 葡聚糖酶， 作用时间 1215min， 可降解 5085%的葡聚糖， 降 低了煮糖的粘度和糖蜜纯度，晶体中的葡聚糖含量也减少了 80%8。 1995- 1999 年古巴在不同糖厂进行了葡聚糖酶的试验， 【作者简介】姜毅 （1984-） ， 女， 硕士， 助理工程师， 研究方向： 制糖工艺优化及蔗糖深加工。 酶在制糖工业应用的研究进展 姜 毅， 王元春， 雷光鸿， 韦艳君， 曹 敏 （广西轻工业科学技术研究院， 广西 南宁 5 3 0 0 3 1 ） 【摘要】介绍了果胶酶、 - 淀粉酶、 葡聚糖酶、 过氧化物酶、 多酚氧化酶以及复合酶制剂在国内外制糖澄清除杂中的应 用情况， 复合酶制剂具有更广的适应性。酶制剂在我国制糖工业具有广阔的研究和应用前景。 【关键词】酶； 复合酶制剂； 制糖澄清 【中图分类号】S828.5【文献标识码】A【文章编号】1003- 2673(2011)090702 7 在葡聚糖含量为 1600ppm 的蔗汁中使用 16ppm 葡聚糖酶， 10min 时可水解 85%的葡聚糖9。 1.4过氧化物酶 过氧化物酶是以过氧化氢为电子受体催化底物氧化的酶， 在过氧化物酶催化作用下， 过氧化氢氧化酚类物质生成醌类化 合物， 醌类化合物进一步发生缩合或与其它分子缩合， 生成高 分子量且不溶于水的聚合物。 这些聚合物通过沉淀或者过滤可 被除去， 因此过氧化物酶具有除酚脱色的作用。 白砂糖色值偏高和二氧化硫残留量超标是影响白砂糖品 质的主要因素。多酚类物质是蔗汁的主要有色物， 主要由甘蔗 自身带入， 常见的有花青素、 儿茶素、 黄酮类、 鞣质以及多种酚 酸等。但多数多酚化合物不仅本身有色， 在制糖生产过程中会 发生氧化而形成深色物质， 或与蔗汁中的游离铁形成墨绿色甚 至黑色的铁络合物。 研究表明酚类物质是白砂糖致色和贮存变 色的主要原因之一10。在亚硫酸法生产工艺中， 酚类物质主要 通过亚硫酸钙吸附、 沉降过滤而除去， 但去除率低。 目前制糖企 业普遍采用增大硫熏强度来提高酚类的去除率， 以降低白砂糖 的色值。 但硫熏强度的增大， 不仅增加生产成本， 还会导致白砂 糖二氧化硫残留量超标， 影响产品品质。 国内外已有不少关于过氧化物酶催化氧化废水中酚类物 质的研究， 辣根过氧化物酶和大豆种皮过氧化物酶可有效去除 废水中的酚类物质， 可从水中除去 30 种以上的酚类化合物， 对 有些酚的去除率可达 99%11， 12。目前已有学者对过氧化物酶催 化多元酚的作用进行了研究， 陆海勤等13研究了辣根过氧化物 酶 （HRP ） 催化 H2O2氧化多元酚的条件， 并分别用辣根过氧化 物酶处理亚硫酸法糖厂的混合汁、 清汁、 糖浆， 结果表明， HRP 催化 H2O2氧化处理糖汁具有明显的除酚脱色作用， 其中 HRP 对糖浆的脱色效果最明显， 30min 后酚含量减少 76.07%， 脱色 率达 51.42%。 1.5多酚氧化酶 多酚氧化酶以氧为受氢体，催化邻二酚类氧化生成邻醌 类，醌类化合物进一步聚合形成不溶于水的褐色素或黑色素。 常见的多酚氧化酶有漆酶、酪氨酸酶及各种植物多酚氧化酶， 其作用机理与过氧化物酶相似， 都具有除酚脱色的作用。 国内外也有不少学者对多酚氧化酶催化氧化酚类物质进 行了研究。漆酶、 酪氨酸酶可催化氧化废水中的氯酚、 邻苯二 酚、对甲苯酚等，其中漆酶在 pH5.0- 5.5 范围内， 4h 可降解 80%的 2， 4- 二氯酚14,15。蓝虹云等16对香蕉多酚氧化酶催化单 宁进行了研究， 最佳反应条件为 pH5.29， 温度为 30， 反应后 经测定产物分子量生成了大分子物质。 但目前还未见有将单体 多酚氧化酶用于糖汁澄清脱色的研究报道。 1.6复合酶 在实际应用中，一种酶往往不能达到理想的澄清效果， 近 年来出现了复合酶制剂以除去制糖过程存在的各种杂质。 杨涛 17发明了一种榨糖专用色值优化因子， 包含葡聚糖酶、 果胶酶、 漆酶、 木聚糖酶、 还原糖氧化酶、 抗氧化剂、 淀粉酶， 添加量为 6- 8ml/t 蔗汁， 能显著降低成品糖的色值、 浑浊度及 SO2含量。 王顺发等18开发了一种耐高温蔗糖生物助剂 TKSE， 成分包括 淀粉酶、 果胶酶、 葡聚糖酶、 还原糖氧化酶、 蛋白酶、 纤维素及半 纤维素酶等，反应温度 90105， pH 值 6.57.5，作用时间 5min， 在中和汁箱位置以每吨甘蔗加入 8mlTKSE 时， 白砂糖 色值可下降 2030%， 浊度下降 1020%。 2 展望 我国白砂糖成品品质与国际相比显著偏低， 因此研究一种 经济、 高效的澄清除杂手段是制糖工业丞待解决的问题。酶制 剂的应用有利于甘蔗在制品的澄清脱色， 特别是复合酶制剂具 有更广的适应性。 但受甘蔗种植地域的差异性及采运时间的影 响， 不同糖厂的甘蔗汁成分相差很大， 而且各种酶制剂的最适 条件不尽相同，在制糖过程的不同位置所需的酶剂量也不一 样。因此， 酶制剂在我国制糖工业的应用还需进行深入研究。 参考文献 1付大波,程时军.果胶酶的作用机理及其在动物生产中的应用J.饲料 与畜牧,2010,(11):28- 31. 2陈健旋.应用果胶酶澄清甘蔗汁J.闽江学院学报,2005,26(5):51- 53. 3黄康宁等.果胶酶降解蔗汁中果胶的研究J.钦州学院学报,2008,23 (6):37- 38. 4屠康.对青皮甘蔗汁澄清方法的比较研究J.食品工业科技,2005,26 (2):134- 136. 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: 8- 9. 6惇一小原,文国珊.酶在制糖工业的应用J.甜菜糖业,1980,(5):42- 50. 7黎庆涛,黄康宁,潘璐璐.耐高温 - 淀粉酶处理制糖混合汁的研究 J.现代食品科技,2010,26(6):619- 621. 8PauhJS,CuddihyJAandFalgoutRN.Analysing dextran in the sugar industry:A review of dextran in the factory and a new analytical techniqueJ.Proc Sug Ind Technol Ass.1999,58:747. 9Divisin Qumica Fsica, et al.The dextranase along sug- ar- making industryJ. 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