（农业生物环境与能源工程专业论文）防腐剂对甜高粱茎秆汁液贮存及酒精发酵影响的试验研究.pdf

沈阳农业大学硕士学位论文 防腐剂对甜高梁茎秆汁液贮存及酒精 发酵影响的试验研究摘要 研究生：汪彤彤导师：刘荣厚 利用甜高粱制取酒精，作为新能源的开发利用已成为当今关注的热门课题。在甜高 粱茎秆汁液制取燃料乙醇技术中，甜高粱茎秆汁液的贮藏问题并没有得到很好的解决， 已成为制约该技术发展的瓶颈。为延长甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇的生产时间，提高 设备利用率，使甜高粱茎秆汁液制取乙醇更具有经济性，甜高梁采收榨汁加工后的汁液 贮藏问题就成为一个亟待解决的问题。 本课题结合辽宁省攻关课题“生物质制取乙醇燃料新技术及应用开发”( 编号： 2 0 0 3 2 2 4 0 0 3 ) 和欧盟资助项目中国农业及大城市郊区中小企业生物酒精在交通运输中的 应用( 编号：i c a 4 2 0 0 2 1 0 0 2 3 ) 进行的。 首先研究了o 1 苯甲酸钠、o 0 2 尼泊金乙酯、0 0 5 漂白粉三种防腐剂对3 种甜 高粱茎秆汁液贮藏的影响。平均室温为1 2 4 。试验表明：甜高粱品种对防腐剂贮藏和 酒精发酵效果的影响不显著。添加三种防腐剂的三个品种的甜高粱茎秆汁液都能贮存 3 0 d ，且总糖含量变化不大。贮存3 0 d 后，对于吉甜2 号甜高粱，添加o 1 苯甲酸钠、 o 0 2 尼洎金乙酯、0 0 5 漂白粉茎秆汁液的总糖分别为1 4 6 5 、1 4 1 5 、9 9 8 ；辽饲 杂3 号甜高梁茎秆汁液的总糖含量分别为1 6 2 5 、1 3 5 1 、1 1 8 2 ；辽饲杂4 号甜高 粱茎秆汁液的总糖含量分别为1 0 2 、8 8 8 、1 0 8 9 。在贮藏的前几天，三种防腐剂 的抗菌效力差异不大，在贮藏的后期，苯甲酸钠抑制糖分损失的效果比漂白粉和尼泊金 乙酯好。 贮存后的甜高粱茎秆汁液的游离态酒精摇瓶发酵试验结果表明：漂白粉处理甜高粱 茎秆汁液在产酒精速度和酒精产量方面明显优于其它两种防腐剂，漂白粉处理的吉甜2 号、辽饲杂3 号、辽饲杂4 号甜高梁茎秆汁液的酒精含量分别为8 2 、7 9 、6 9 ， 而添加苯甲酸钠的甜高粱茎秆汁液发酵不正常。 在相同的贮存条件下，随着贮存时间的增加，无论是否添加防腐剂，甜高粱茎秆汁 液中糖分的变化趋势为：锤度逐渐下降，蔗糖损失逐步增加，还原糖含量逐渐升高，p h 值逐渐下降。防腐剂对于抑制甜高粱茎秆汁液中蔗糖和还原糖转化效果都不明显，在贮 存过程中，防腐剂的添加能延缓p h 值下降，其中苯甲酸钠抑制茎秆汁液p h 值下降的 摘要 效果最好。 以沈农甜杂2 号甜高粱茎秆为原料，0 0 5 、o 1 、0 1 5 苯甲酸钠，o 0 1 ，o 0 2 、 o 0 5 尼泊金乙酯，o 0 5 、o 1 、o 1 5 漂白粉，o 0 1 、o 0 5 、o 1 山梨酸钾为试验 的防腐剂。室温在1 0 1 6 。试验结论为：在贮藏的前3 d ，甜高粱茎秆汁液总糖含量变 化不大，3 d 后，防腐剂种类及浓度间的差异开始显现。其中苯甲酸钠的保藏效果最好， 甜高粱茎秆汁液可贮藏3 0 d ，总糖含量分别为5 8 6 、5 5 4 、5 5 0 ；漂白粉的贮藏效果 最差，贮存到第9 d 时，总糖已降至3 5 3 、3 7 1 、3 7 l 。 对于甜高粱茎秆汁液酒精发酵，四种防腐剂对固定化酵母发酵力抑制都不显著，其 中漂白粉的抑制作用最弱。漂白粉、苯甲酸钠和尼泊金乙酯，浓度间的作用差异不明显。 山梨酸钾对酒精发酵的抑制随着浓度的增加略有增强。贮藏3 0 d 后，添加苯甲酸钠贮存 的甜高粱茎秆汁液的酒精含量最高，酒精含量在3 6 3 8 之间，发酵时间6 8 h 。 关键词：甜高粱茎秆汁液；防腐剂：贮存：发酵 2 沈阳农业大学硕士学位论文 e x p e r i m e n t a ls t u d i e so fe f 蛋e c to fp r e s e r v a 廿v e so n c o n s e r v a t i o na n da i c o h o l i cf e r m e n t a t i o no fs t e mj u i c e o fs w e e ts o r g h u ma b s t r a c t c a d i d a t e ：w a n gt o n g t o n gs u p e r v i s o r ：l i ur - o n g h o u r e 觚n ge t h a n o l 丘d ms w e e ts o r 舀n 】m ，a sm ed e v e l o p m e l l ta n du s eo f n e we n e r g yh a s b e c o m et l l e l o tt o p i co fc o n c e n l h 1j 1 1 i c eo fs w e e ts o r g h u ms t e mt of 沁le t t l a n 0 1 t e c h n o l o g y ， p r o b l e n l o f s t e m j u i c es t o r a g e h a v e l l o t b e e n p r o p e r l y r 髂0 1 v c d ，h 嬲r t r i c t m e d e v e l o p m e n t o f t 酏h n 0 1 0 9 y f o rm ee x t e n s i o no f s w e e ts o r 曲u mt o 如dd h a n 0 1p r o d l l c t i o nd m ea n d i m p m v ee q u i p m e n tu t i l i z a d o n ，j u i c eo f8 w e c ts o 曙h ms t 锄f o rd m a n o lm o r ee c o n o m i c ，j u i c e s t o r a g ea f t e rs w e c ts o r 醇i u mh a r v e s tp r o c e s s e dh 觞b e c o m eap r e s s i n gi s s u e n l er e s e a r c hi sc o n b i n e d 弼mm ep r q e c ts p o n s o r e db yl i a o 工l i r 培p r o v 访c i a ls c i c ea l l d t e c h n 0 1 0 9 yd 印州m e n te n t i t l e d n e wt e c h n o l o 科o f p m d u c i n gf i l e le t h 锄o l 、】l ，i t l lb i 1 a s s a i l dm e 埘1 i z a t i o n 蛐dd e v e l o p m e mo f f u e l 甜l a 士l o l ”a i l dn l ep r o j e c tb ye 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盯t o t a l o f s t e m j u i c e o fl i a o s i z a 4s w e e ts o r g h u ma r el o 2 ， 8 8 8 ，1 0 8 9 i nm ef o m c rs t o r a g e ，l i t n ed i 琢j r e l l c e i n t i l e 讯l l i b i t o r ye f f b c t o f3 p r e s e r v a t i v e s i nm el a t e rs t o r a g e ，s o d i 啪b e 1 1 l z o i ca c i dd e c r e a s es u g a rt o t a ll o s sb e t t e rm a n n i p a g me s t e r sa n db l e a c h i n gp o w e r f c n 肌t a t i o nn o a t i n gt e s t so f m es w e e ts o r g h 啪j u i c es h o w e dt 1 1 a tb l e a c h j n gp o w d e ri s 1 e b e s ti np r o d u c i n g 廿1 es p e e do fe m 蚍o la f l do u t p u to fe m a n 0 1 t h ee t l 瑚l o ly i e l do fs w e e t s o r 曲哪w i mb l e a c h i n gp o w d c ri s8 2 ，7 9 ，6 ，9 1 ks o d i 啪b e l l z o i ca c i dh a si i l l l i b m o n 1 英文摘要 t of b f m e n t a t i o no nt h e 锄a i l 0 1 i nm es a n l es t o r a g ec o n d i t i o n s ，w i t l ls t o r a g et i m ei n c r e a s i n 舀w h e t l l e ro ri l o tt oa d d p r c s e r v a t i v e s ，s u g a rc o n t e l l to fm ej l l i c eo fs w e e ts o r 曲啪s t 锄t 恸1 d sw a sb r i x 毋砒a 1 1 y d e s c c i l d 如g ，s u c r o s e1 0 s e 酉a d u a l l y 缸盯e a s i n 岛m ei n c r e a s eo fr e d u c i l l gs u g a rc o n t e n t ，p h g r a d u a l l yd e c l i l l i n g n l ee f f b c to fp r e s e r v a t i v e sf o rs u g a r 订a n s f o m i n go fs t e mj u i c ea r cn o t c l e 瓯i nt h es t o r a g ep r o c e s s ，p r e s e r v a t i v e sh a v ed e l a y e dp hd c c l i n i n 舀s o d i u mb 彻i ca c i di s m e b e s to n ei nd e l 蛳n gp hd e d i l l i n g s h e 皿o n gt i a n z a2 a sf e e d s t o d ( ，o 0 5 ，o 1 ，o 1 5 s o d i u mb e n z o i ca c i d ，o 0 1 ，o 0 2 ， n i p a 西n o 0 5 ，0 0 5 ，o 1 ，0 1 5 b l e a c l l i n g p o w e r ，o 0 1 ，o 0 5 a n d o 1 p o t 蛔s i m s o r b a t ea sf e s e a r c hp r e s 州a t i v e s t h es 幻r a g ee 蛞的to f c o n c 锄蛔t i o no f p r 髓廿v a t i v 船f b ft h e s t o r a g eo f s t e m j u i c ew a ss t u d i e d t e s ts h o w e di n l ef o r m e r3 ds t o r a g e 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生能源的兴趣，寻求一种可再生能源是人们一直探索的课题，其中利用能源作物生产生 物液体燃料越来越受到各国政府的重视。从人类正在开发的许多产能技术和效益来看， 酒精很可能是未来的石油替代物。燃料酒精不仅可缓解能源短缺的问题，而且可缓解地 球大气污染日益严重的趋势。使用乙醇汽油作为燃料，可以明显降低汽车废气的排放， 有效改善大气环境质量，缓解因地球温室效应加剧带来的气温升高及地球气候恶化等严 重后果。 国内酒精生产方法以发酵法为主。每年2 0 0 万吨的产品中只有l o 万吨为合成法生产， 其余均为发酵法生产。发酵法生产的酒精中约8 0 为玉米为主的谷物原料，约2 0 为糖 蜜原料( 任立伟，2 0 0 3 ) 。中国是一个缺粮的发展中国家，因此从长远看，应寻求不与粮 食争地的燃料酒精生产原料。以甜高粱为原料生产燃料酒精，不仅解决了国内能源短缺 的问题，不冲击我国的粮食市场，不占用粮食耕地，同时可大幅度增加农民收入，调动 农民的生产积极性，是生产酒精的原料中较为有前景的原料之一( g o s s e g ，1 9 9 6 ) 。 甜高梁也叫糖高粱、芦粟或甜秆，为普通粒用高粱的一个变种。甜高粱为短日照“ 植物，具有很高的光合效率( e v a g g e l ib i l l a ，1 9 9 7 ) ，生长能力特别强，有“高能作物”之 称。甜高粱的产量一般为2 2 5 0 7 5 0 0 k 驰m 2 、产出约6 0 0 0 0 7 5 0 0 0 k 咖n 2 富含糖份的茎 秆，甜高粱植株高达4 m 以上，它所合成的碳水化合物豹产量为一般玉米的3 2 倍。甜高 粱具有适应性强、抗旱、耐涝、耐盐碱、对土壤、肥料要求不高、生长迅速、糖份积累 快、生物学产量高等优点，在一些不适宜种植其它糖料作物的地区种植甜高粱既不与粮 争地，又可粮、糖双收，因而引起了许多国家的广泛重视、积极研究并大力推广。 第一章前言 甜高粱燃料酒精产业发展的潜力巨大，具有广阔的市场空间。从生产条件看，我国 盐渍土的面积为3 4 6 7 万公顷，已开垦种植的有5 7 6 8 万公顷，开发利用潜力巨大。沿海气 候条件优越，降水相对丰富，且雨热同季，只要盐分含量水平在0 6 以下，甜高梁就能 生长，因此，沿海滩涂盐土是我国发展甜高粱酒精产业不可多得的土地资源。由于这些 土地的成本低，再加上规模生产及技术集成，完全可以在控制改良盐碱土地的前提下， 实现燃料酒精的可持续生产，而酒精的生产成本完全可以降到2 5 0 0 元吨以下，具有很强 的市场竞争力( 谷卫彬，2 0 0 6 1 ， 美国的试验结果表明：甜高粱可产酒精6 1 0 6 庙曲2 ，而被称为太阳能最有效的转化 器的甘蔗，仅产酒精4 6 8 0 l h m 2 ，约比甘蔗高3 0 。在同样的种植面积条件下，甜高粱 的酒精产量约为玉米的3 2 倍( 黎大爵，2 0 0 4 ) 。中国科学院植物研究所植物园的试验表明， 甜高梁的酒精产量每6 6 7 m 2 可达4 0 0 升。约为1 9 9 9 年我国甘蔗酒精产量的1 2 3 ，为玉米 的2 6 3 。而且，甜高粱的糖最易发酵转化为酒精，用其生产酒精比用粮食生产酒糖的 成本低5 0 以上，所产汽油乙醇的价格也比汽油便宜1 0 左右( 赵立欣等，2 0 0 5 ) 。国外 的试验表明，用甜高粱生产酒精的收入要比甜菜、玉米高得多。欧共体的研究表明，如 果只用甜高粱生产酒精，则投入与产出之比是l ：2 ，而将糖和糖渣利用起来，可极大减 少成本，投入与产出之比可达到l ：5 ( 王同朝等，2 0 0 4 ) 。在美国，6 6 7 m 2 的甜高梁总产值 为9 3 1 7 美元，而玉米和大豆的大致收入仅为3 2 1 9 4 0 1 2 美元，他们也对用甜高粱生产酒 精的成本作了分析，每升酒精的粗原料的成本0 1 2 0 1 8 美元，而甜菜生产的成本为0 3 4 美元，比甜高梁高6 5 8 5 。在伊朗也有类似情况，甜菜和甜高粱的净收入分别为 3 0 0 0 2 5 和6 6 4 8 8 0 里亚尔i 皿2 ( 黎大爵，2 0 0 3 ) 。由此可见，甜高粱作为一种新型的生物能 源，具有广阔的发展前景。 1 1 2 甜高粱制取酒精燃料的研究现状 美国、巴西、印度、欧洲等国和地区，都开展了培育和种植甜高粱及其生产燃料酒 精方面的研究与开发。巴西2 0 世纪7 0 年代就开始利用甜高梁、甘蔗等生产乙醇作为汽车 燃料，巴西已制定了一个发展酒精汽车燃料工业计划，最初预算产量为每年生产约3 2 0 亿吨酒精，现在的计划为每年约1 1 2 亿吨。他们在对1 7 个甜高粱品种的比较试验中， “b r 5 0 5 ，茎秆产量达9 2 8 0 5 k 卧蚰2 。巴西目前1 5 的轻型汽车完全使用酒精燃料，其它8 5 的轻型汽车均在汽油中强制掺加了2 5 的酒精。轻型汽车使用酒精作为可替代能源占燃 2 沈阳农业大学硕士学位论文 料消耗的4 0 每年大约使用酒精燃料大约1 1 0 亿公升。随着巴西政府提倡使用酒精作 为替代能源政策的实施和汽油酒精两用汽车的使用推广和普及，以酒精作为燃料的能源 消费将会快速发展( 朱翠云，1 9 9 9 ) 。 乌拉圭仿效巴西，每年种植6 5 万公顷甜高粱用于制作酒精燃料( 黎大爵，1 9 9 7 ) 。 欧洲对甜高粱的研究与开发也十分重视，从1 9 8 2 年开始，在欧共体的支持下，开展 了甜高粱的研究，首先评价甜高粱作为一种有潜力的工业和能源作物的可能性，并经过 生物质能源的多年试验，结果表明，甜高粱是欧洲未来最有希望的再生能源。1 9 9 1 年在 欧共体内成立了“甜高梁协作网”，在不同的国家分别开展甜高粱研究。 印度尼西亚对甜高粱的栽培及其利用也进行了研究，认为从它的汁液中获取酒精比 甘蔗容易，甜高粱生产酒精前途是光明的。印度的研究表明甜高粱在热带和亚热带地区 是一种理想的粮食、饲草和能源作物( 朱翠云，1 9 9 9 ) 。 中国自2 0 世纪7 0 年代后期，陆续从国外引进了“丽欧”、“凯勒”、“雷伊”等若于个优 良品种，并改良和试种成功。这些品种的引进也给饲料的青贮提供了优质资源，在北京、 天津、河南等地的奶牛厂已大面积种植，代替了玉米、大麦等青贮饲料。沈阳农业大学、 辽宁农科院、山西农科院等单位相继开展了甜高粱新品种选育研究，并选育出一批优良 杂交新品种，如沈杂l 、2 号，辽饲杂1 、2 号等在生产上大面积推广利用，并表现出强大 的杂种优势。河南省农科院与沈阳农业大学试验利用甜高粱汁液制酒成功，并利用其生 产的乙醇开动了北京吉普车。湖北襄阳兆银科技有限公司对利用甜高粱制取酒精的工艺 的设备进行了多年的研究，并获得国家专利。2 0 0 1 年联合国粮农组织分别在山东和陕西 设立甜高粱试验基地，大力扶持甜高粱的开发利用，欧洲生物工业协会与中国农村能源 行业协会已签署意向，在中国内蒙古呼和浩特和山东衮营扩大甜高粱示范工程。2 0 0 1 年 国家决定在全国推广使用车用乙醇汽油，将“甜高粱茎秆制取乙醇技术”列入国家“十 五”8 6 3 期间高科技研究开发计划，大量开发生物乙醇( 康志河，2 0 0 5 ) 。 1 9 8 0 年后，我国的河南、辽宁、内蒙等地，利用甜高粱茎秆固体发酵生产白酒的研 究获得成功。1 9 8 1 年1 9 8 3 年河南省商丘平台洒厂以“丽欧”甜高梁茎秆固体发酵制取白 酒，起名为“丽欧大曲”销往市场，颇受酒民的欢迎。1 9 9 2 年改种m _ 8 1 e ，亩产白酒过 2 3 0 k g 。2 0 世纪8 0 年代中，辽宁辽阳千山酒厂、朝阳酒厂也曾利用本厂固体酿酒设备发 酵“沈农甜杂2 号”高粱，生产出白酒平均折合亩产6 0 白酒2 0 0 k g 。近几年，内蒙古托王 集团酒厂，连续多年搞甜高梁茎秆榨汁发酵生产白酒和酒精并获得成功( 曹玉瑞，2 0 0 1 ) - 第一章前言 沈阳农业大学和中国科学院应用生态研究所合作进行固定化酵母细胞甜高粱茎秆 汁液发酵乙醇的研究获得成功。固定化细胞技术用于乙醇发酵与传统发酵工艺相比较， 具有速度快、周期短、产量高、工艺设各简单和易于实现连续化和自动化等特点，乙醇 的生产能力比传统发酵提高l o 2 0 倍，为甜高梁工业化生产乙醇试验提供了可靠的依据 ( 黎大爵，2 0 0 2 ) 。山东省巨野县凯乐酒厂用甜高粱生产了凯乐系列酒产品，甘肃省科学 院生物所用甜高粱茎秆生产保健饮料和黄酒系列产品( 王同朝等，2 0 0 4 ) 。 1 2 甜高粱茎秆汁液贮存的意义 甜高梁茎秆中的糖类比甘蔗更容易转化，甜高粱的收获期约为半个月左右，收获后 其茎秆中的糖份容易变质，收获后必须迅速加工。压榨后的茎秆汁液也不能长时间贮存， 茎秆汁液如贮存不好，极易酸败，将影响酒精的发酵。在甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇 技术中，甜高粱茎秆汁液的贮藏问题并没有得到很好的解决，已成为制约该技术发展的 瓶颈。因此，在短时间内压榨、并有效的贮存茎秆和汁液，可以延长加工季节，提高设 备的利用率，缩短投资回收期，增加产业经济效益，所以探求茎秆汁液的贮存是一项有 意义的研究( 黎大爵，1 9 9 2 ) 。 1 - 3 甜高粱贮存的研究现状 关于甜高粱的贮存，国外许多学者对此进行了大量的研究，但主要研究的是茎秆的 贮存。由于各地的环境条件不相同，故试验结果也不甚一致。有的专家提出了湿贮藏茎 秆、冷冻贮藏茎秆、收穗后让茎秆在地里生长一个月后收获等方法。 c o l e m a n ( 1 9 6 4 ) 发现，蔗糖的转化是微不足道的。当甜高梁品种r e x 的茎秆在潮湿 条件下贮藏时，视纯度稍有减少，在干燥条件下贮藏时，蔗糖的转化是微弱的。 若用制造糖浆，短时间的贮藏，不仅无害，反而有利。甜高粱品种萨尔特和威利 贮藏约一个星期，蔗糖迅速转化为葡萄糖和果糖。只要贮藏2 3 天，就常常可以得到负 值的转光度读数。总的来说，收获后贮藏6 天，所制成的糖浆的透明度和粘度，均能得 到改善而糖浆产量没有减少，只是颜色变深一些。在贮存开始的1 0 天，葡萄糖、果糖增 加而蔗糖下降，存放11 1 4 天，三种糖处于同一水平，存放时间的长短、干湿条件对酸 度没有影响。 沈阳农业大学硕士学位论文 湿贮藏对糖浆质量不利，宁可把足够1 2 天生产用的高粱秆存放于干燥、通风良好 的地方。从而保证得到优质的糖浆。 b r o a d l l e a d 用不同种植期、不同收获期的丽欧甜高粱茎秆进行贮藏试验，分别收获 后贮藏0 ，2 4 和4 8 小时。结果表明，贮藏2 4 和4 8 小时后，汁液提出率和视纯度稍有下降， 而锤度和蔗糖稍有增加。部分水分从茎秆中蒸发能够说明锤度和蔗糖的增加和汁液提出 率减少的原因。 种植期不同对贮藏中的茎秆和汁液质量也有影响，4 月1 5 日播种者贮藏2 4 小时，锤 度由1 9 4 增加到2 0 9 ，增加了1 5 ，而6 月1 5 日播种者则只增加了o 9 ；视纯度的下 降也以早播为甚，4 月1 5 日播种者，收获后贮藏4 8 小时，视纯度由7 5 4 降至6 9 5 ，下降 了4 9 ，而6 月1 5 日播种者只降低了1 i 。因为早植者收获时的温度较高，水分的蒸发 和茎秆均较高，试验表明，丽欧的茎秆在户外贮藏4 8 小时蔗糖没有减少，贮藏2 4 小时 后汁液的视纯度没有显著减少，但4 8 小时后则显著减少，锤度的增加是水分蒸发所致， 实际上蔗糖并没有相应增加，这些资料指出，甜高粱从收获至加工可以贮藏4 8 小时而蔗 糖没有严重损失。 b r o a d l l e a d 研究把茎秆切成短段后贮藏，2 4 和4 8 小时后对汁质的影响。结果表明贮 藏2 4 小时对锤度和视纯度没有影响，贮藏4 8 小时后锤度增加，视纯度减少，贮藏4 8 小时 对蔗糖没有影响。 e i l a n d 研究了用作酒精原料的甜高粱在贮藏期问可发酵糖类损失情况。当用饲料收 获机时贮藏2 4 小时，糖分损失很快，因为被收获机粉碎了的材料在贮藏时温度急剧上升， 丽整株茎秆能贮藏一个星期酒精产量没有显著损失。 e c 灶。滞研究了二氧化硫的剂量及温度对甜高粱品种丽欧茎秆切段贮藏性能的 影响。试验用3 种二氧化硫的剂量( o 5 ，1 5 和3 o ) 和5 种贮藏温度( 1 6 ，2 ，1 2 ，2 2 和 3 2 ) ，各样品在恒温培养箱中保存3 个月，测定了样品可发酵的糖、样品的p h 值和最 初及最终二氧化硫的水平。所有3 种剂量的二氧化硫对于保存切成短段的甜高粱茎秆， 其总的可发酵的糖并没有显著地下降。这表明，温度影响不是最重要的因素。此法较简 单易行，有可能得以推广应用。 欧盟对甜高梁收获后的茎秆贮藏作了试验，分劈开、切段和整株3 种处理，结果表 明贮藏的形式对糖分的损失有着显著影响。在一般露天条件下，整株存放每日减少的糖 分占干重的o 1 7 ，而劈开的则每日减少5 6 。切段贮藏几乎同整株一样好。在堆放的 5 第一章前言 内部没有观察到温度的上升。这样，整株露天贮藏2 7 天或2 5 4 0 c m 长的切段贮藏1 9 天， 都可保持原含糖量的9 0 。而切段长为1 0 c m 则必需在1 2 天加工。如果劈开的话。则必需 收获后马上加工。糖渣温度含量的控制是成功利用甜高粱的关键因素( 马鸿图等，1 9 9 4 ) 。 大量试验表明，甜高梁茎秆假若在夏末初秋温度较高时收获，贮藏时间不能超过4 8 小时，超过4 8 小时汁液提出率就会下降。假若在秋末温度较低的条件下，收穗后让其在 地里长着，优良的品种在一个月后收获，茎秆仍不致蒲心，虽然汁液提出率有所下降， 但锤度比收穗时还高，在收穗后连根砍掉整株茎秆贮藏一个星期对产量和汁液质量没有 多大影响。用饲料收割机收获的甜高粱茎秆材料不宜贮藏，因经粉碎了的秆材堆在一起 极易发热变质，故须立即加工。用塑料薄膜覆盖并充以二氧化硫，可能是贮藏甜高粱茎 秆的有效方法。 国内在该领域的研究还很少。中国农业科学院作物品种资源研究所的曹文伯研究了 2 个甜高粱品种的茎秆在存贮过程中主要性状出汁率、含糖量及秆重的变化情况( 曹文 伯，2 0 0 5 ) 。 关于甜高粱茎秆汁液的贮藏国内外研究的很少。有报道说地甜高粱茎秆汁液浓缩至 6 6 b 血，浓缩后的汁液就可以贮存较长时间，但该方法耗能大，很难在生产中应用( 宁喜 斌，1 9 9 5 1 。 1 4 防腐剂贮藏原理 食品贮藏的基本原理是：根据食品品质变化的原因和影响因素，采取不同的贮藏方 法和技术措施，通过控制外界环境条件或改变食品内部的成分或结构，以达到抑制或杀 灭微生物，抑制或破坏食品中的酶的活性，抑制食品营养成分和风昧物质的变化及成分 之间的不良反应，防止或减少食品中水分的蒸发和其它物理变化，维持鲜活食品在贮藏 中最低限度的生命活动，提高生物体的免疫力( n w d e s r o i e r ，1 9 8 9 ) 。 引起食品腐败变质的原因有物理、化学及生物等诸多因素，如氧化作用可使食品发 生变色，油脂酸败会引起食品变味，许多微生物在食品中繁殖生长，会导致食品腐败。 这些现象都会引起食品品质下降，有的甚至产生有害物质，引起食物中毒等a 防止各种食品在加工、贮藏、运输和销售等过程中由微生物引起的腐败变质的方法 可分为物理法和化学法等。物理法防腐包括热力杀菌、冷藏、干藏及辐射等a 化学法是 指在生产和贮运过程中添加某种对人体无害的化学物质，增强食品的贮藏性能和保持食 6 沈阳农业大学硕士学位论文 品品质的方法。这些化学物质就防腐剂。这种方法有投资少、见效快、不需要特殊的食 品设备，使用中一般不改变食品的形态等优点而被广泛地使用。随着化学工业和食品科 学的发展，化学合成的防腐剂逐渐增多，在世界各国的食品工业中得到普遍应用。 防腐剂是用于防止食品在贮存基流通过程中主要是微生物繁殖引起的变质，提高保 存性，延长食用价值而在食品中使用的添加剂。它可以保证食品有较长的货架期，同时 保证食品能够方便地贮存而不致腐败变质，从而避免经济上的损失( 刘钟栋。2 0 0 1 ) 。防 腐剂主要作用是对付那些引起食品腐败的各种微生物，对于抑制被污染食品中且有致病 或产毒能力的微生物亦有一定的作用( e 吕克等，1 9 8 8 ) 。按照防腐剂抗微生物的主要作 用性质，可将其大致分为具有杀菌作用的杀菌剂和仅具抑菌作用的抑菌剂。杀菌或抑菌， 并无绝对界限，常常不易区分。同一物质，浓度高时可杀菌，而浓度低时只能抑菌：作 用时间长可杀菌，作用时间短则只能抑菌。另外，由于各种微生物性质的不同，同一物 质对一种微生物具有杀菌作用，而对另一种微生物可能仅有抑菌作用( 天津轻工业学院 食品工业教研室，1 9 8 7 ) 。 1 4 1 防腐剂的作用机理 防腐剂抑制与杀死微生物的机理是十分复杂的，有些至今尚未清楚其作用本质。目 前使用的防腐剂一般认为对微生物具有以下几方面的作用：( 何唯平等，2 0 0 4 ) ( 1 ) 破坏微生物细胞膜的结构或者改变细胞膜的渗透性，使微生物体内的酶类和代谢 产物逸出细胞外，导致微生物正常的生理平衡被破坏而失活。 ( 2 ) 防腐剂与微生物的酶作用，如与酶的巯基作用，破坏各种含硫蛋白酶的活性，干 扰微生物体的正常代谢，从而影响其生存和繁殖。通常防腐剂作用于微生物的呼吸酶系， 如乙酰辅酶a 缩全酶、脱氢酶、电子转递酶系等。 ( 3 ) 其他作用：包括防腐剂作用于蛋白质，导致蛋白质部分变性、蛋白质交联而导致 其他的生理作用不能进行等。 如酸型防腐剂能够以未解离的有机酸分子迅速渗透到细胞内部并酸化细胞，使蛋白 质变性等。 近年来，宁正祥等人对防腐剂的抗菌机理及构效关系进行了探讨，在他们的研究中 发现，防腐剂主要是抑制微生物的呼吸作用，导致能量物质a t p 及还原力n a d h 亏缺， 所有的合成代谢受阻，活性的动态膜结构不能维持，代谢方向趋于水解，最后产生细胞 第一章前言 自溶。微生物的呼吸代谢途径主要是由糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径和无氧呼吸 途径组成。由此推测出不同类型防腐剂的抗菌谱和抗菌效力存在差异可能与作用的呼吸 途径及抑制强度有关( 宁正祥等，1 9 9 7 ) 。 1 4 2 影响防腐剂作用的因素 ( 1 ) 食品的p h 值 食品的p h 值对酸型防腐剂有很大的影响，因为酸型防腐剂主要是依靠溶液内未电离 分子对微生物起作用，而p h 值直接影响其分子的电离情况。p h 值降低，氢离子浓度增 加，未电离分子的比例就增大，防腐效果就会更加明显。或者，在达到同样的防腐效果 下，可以降低防腐荆的使用浓度。如山梨酸对黑根霉完全抑制的最小浓度，p h 值6 o 时 是o 2 ，p h 值为5 5 时是0 1 ，p h 值为4 5 时是0 0 2 5 ，p h 值为3 o 时是0 0 0 7 。因此， 使用酸型防腐剂，在不影响食品晶质的范围内，适当降低其p h 值，对增强防腐效果具有 显著作用。 ( 2 ) 食品的染菌情况 食品染菌数量的多少及所染微生物种类等对防腐剂的效果也有很大影响。在使用等 量防腐剂的情况下，食品染菌情况愈严重，则防腐效果愈差。从微生物增殖过程来看， 开始是缓慢的诱导期，接着进入对数期，增殖急骤增加。由于食品防腐剂的作用性质和 用量限制，通常只是抑制微生物，延长微生物增殖过程的诱导期，如果食品已经严重染 菌，再使用防腐剂也无济于事。如山梨酸加入到已经严重污染了大量微生物的食品中， 不仅防腐无效，还被乳酸菌等还原成山梨糖醇，成为碳源而被微生物利用。因此，应尽 可能减少食品的染菌可能和染菌程度。 ( 3 ) 防腐剂在食品中的溶解与分散 防腐剂应该完全溶解和均匀分散在食品中，才能全面发挥作用。如果分散不均匀， 有的部位过少则达不到防腐效果。同时，还要注意防腐剂在食品不同相中的分散特性， 如在油与水中的分配系数，这点对于高比例油水体系的防腐很重要。如果微生物开始出 现于水相，而使用的防腐剂大量分散在油相时，就可能起不到防腐作用。因此，在使用 防腐剂时，要针对食品腐败的具体情况进行处理。 ( 4 ) 其他因素 如食品的水分活度、食品热处理情况、食品中各种成分、多种防腐剂的协同作用等 b 沈阳农业大学硕士学位论文 都会影响防腐剂的作用效果( 刘树兴，2 0 0 1 ) 。 1 4 t 3 几种常用防腐剂 目前各国使用的食品防腐剂种类很多。使用的食品防腐剂主要是化学合成的物质， 它们对微生物的细胞膜有破坏作用，从而抑制了微生物的发育和繁殖。防腐剂一般分为 酸型防腐剂、酯型防腐剂、无机防腐剂和生物防腐剂4 类。目前食品中晟常用的防腐剂 是酸型防腐剂，这一类有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、丙酸及其盐类等。美国允 许使用的食品防腐剂5 0 余种，日本4 0 余种。常用的防腐剂有苯甲酸及其钠盐、山梨酸及 其盐、尼泊金酯类、丙酸盐、亚硫酸及其盐类、硝酸及亚硝酸盐类。 ( 1 ) 苯甲酸及其盐类 苯甲酸及其盐类是使用较早，使用范围很广的抗霉菌剂。苯甲酸和苯甲酸钠又名安 息香酸和安息香酸钠。苯甲酸类防腐剂是以其未离解的分子发生作用的，未离解的苯甲 酸亲油性强，易通过细胞膜，进入细胞内，干扰霉菌和细菌等微生物细胞膜的通透性， 阻碍细胞膜对氨基酸的吸收，进入细胞内的苯甲酸分子，酸化细胞内的储碱，抑制微生 物细胞内的呼吸酶系的活性，从而起到防腐作用( 侯振建，2 0 0 4 ) 。该类抑菌剂为白色晶 体或颗粒，略带安息香味，性质稳定。其中苯甲酸溶于酒精和乙醚，难溶于水，1 7 5 时在水溶液中的溶解浓度仅达2 1 9 l 。苯甲酸钠则溶于水，2 0 时在水中的溶解度为 6 l o g l ：1 0 0 时则为1 0 0 0g l - 1 。由于苯甲酸难溶于水。食品防腐剂一般都使用苯甲酸 钠，但实际上它的防腐作用仍来自苯甲酸本身。 苯甲酸及其钠盐作为广谱抑菌剂，相对较安全。苯甲酸在体内能很快被吸收，苯甲 酸会与甘氨酸结合形成马尿酸( 甘氨酸苯甲酰) 。7 5 8 0 的苯甲酸在6 h 内从人体排出， 1 0 1 4 h 后可以全部从体内排出，这种解毒作用使苯甲酸不会在体内蓄积( 翁江来， 2 0 0 5 1 。据报道，即使苯甲酸的用量超过食品防腐实际需要量的许多倍时也没有毒害作 用。 苯甲酸及其钠盐在酸性条件下防腐效果良好，因此保藏食品的酸度值极为重要。一 般在低p h 范围内苯甲酸钠抑菌效果最著。但对产酸菌的抑制作用却较弱，最适宜的p h 为2 5 4 0 ，p h 值为3 5 时，0 1 2 5 的溶液在1 h 内可杀死葡萄球菌和其他菌；p h 值为4 5 时，对一般菌类的抑制最小质量分数约为0 1 ；p h 值为5 o 时，杀菌效果也不可靠，失 去对大多数霉菌和酵母的抑制作用；在碱性介质中则失去杀菌、抑菌作用。所以该类防 第一章前言 腐剂最好在食品p h 值为2 5 4 0 时使用，以便充分发挥防腐剂的作用( 郝利平等，2 0 0 4 ) 。 使用苯甲酸钠时，一般把苯甲酸钠调制成2 0 3 0 的水溶液，再加入食品中，搅拌 均匀即可。如果苯甲酸钠直接与酸性饮料相接触，容易转化成难溶于水的苯甲酸，如果 不采取相应的措施，就会沉淀在容器底部( 刘志皋等，2 0 0 5 ) 。 ( 2 ) 尼泊金酯类 尼泊金酯类又称对羟基苯甲酸酯类，多呈白色晶体，稍有