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糖蜜的澄清处理及处理前后组分分析
甘蔗糖蜜作为糖厂生产过程中的主要副产品，含糖量高，且含有多酚和黄酮类等抗氧化成分，可充分利用研制出高附加值的新产品。但由于成分复杂，严重影响糖蜜深加工产品品质，因此需要有针对性地进行澄清处理去除胶体、杂质。本实验糖蜜澄清处理分为稀释、絮凝、酸解等流程，通过单因素和正交试验，收集上层清液。然后在100℃水浴，pH值为2的条件下酸解90min，使糖蜜中蔗糖尽可能地转化成还原糖。最后，测定糖蜜澄清处理前后组分含量变化，并采用GC/MS检测分析糖蜜澄清处理前后挥发性组分变化。
关键词：甘蔗糖蜜；澄清处理；组分测定
糖蜜是糖厂的副产品，成分非常复杂，包括水、蛋白质、氨基酸、有机酸和钾钠盐等，并且其含糖量仍非常高，蔗糖和还原糖占30~50，是发酵、食品、饲料和建材工业中质优价廉的原料。经脱色、脱盐、澄清后，可回收制备流体糖，也可在乳酸菌作用下发酵制取乳酸，在酒精酵母存在下制取酒精，或经羰氨反应催化缩聚成焦糖着色剂。但由于糖蜜成分复杂，混有大量的非糖成分和杂质（如胶体物质等），所以分离较困难。
1 材料和方法
1.1 实验材料和设备
甘蔗糖蜜，H2SO4，磷酸，石灰乳，NaOH，絮凝剂（PAM）。
紫外分光光度计，加热套，旋光仪，恒温水浴锅，磁力搅拌器，凯氏定氮仪，电导仪，锤度计，pH计，恒温干燥箱，HP5890气相色谱，MSD5872质谱检测器。
1.2 糖蜜的澄清处理
为提高甘蔗糖蜜的利用率及附加值，本实验对甘蔗糖蜜进行澄清处理，步骤如下。
1.2.1 稀释
糖蜜非常粘稠，6倍稀释后，测定总糖，蔗糖，还原糖，pH值。
1.2.2 絮凝
絮凝剂采用聚丙烯酰胺（PAM），并添加磷酸作为辅助澄清剂。两者共同作用于糖蜜，絮凝大量微细悬浮物及胶体，较大幅度提高糖蜜的纯度。
1.2.3 酸解
H2SO4调pH值至2，100℃水浴加热90min，使甘蔗糖蜜中的蔗糖尽可能多地转化为还原糖。
1.3 测定方法
总糖：采用苯酚-硫酸法测定；
蔗糖：采用二次旋光法测定，GB/T 2684-2005;
还原糖：采用兰-艾农恒容法测定，GB/T 2684-2005;
总氮量：采用凯氏定氮仪；
灰分：目前糖厂测定灰分多采用重量法和电导法，本实验采用电导法。电导法测定溶液的电导率，从而反应糖蜜中离子型物质（如盐类、游离酸等）含量。
OD值：紫外分光光度计测定。
1.4 GC/MS分析检测糖蜜澄清处理前后挥发性物质的组分
澄清处理前糖蜜：取1g按重量稀释50倍，过0.45μm微孔滤膜（Millipore，Bedford，MA），以备GC/MS分析。
澄清处理后糖蜜：取澄清处理糖蜜1g按重量稀释10倍，过0.45μm微孔滤膜（Millipore，Bedford，MA），以备GC/MS分析。
气质联用仪分析条件是，色谱柱：Agilent HP-5MS，60m×0.25mm（i.d.）×0.25μm；进样口温度：250℃；晋阳体积：1μL；柱箱温度程序：50℃，保温1min，以10℃/min升温至140℃，保温1min。再以14℃/min升温至290℃，保温2min；载气流速：1.0mL/min（He）；离子源：EI+；采速模式：全扫描。 
由表1可以看出，糖蜜使用聚丙烯酰胺和磷酸作为絮凝剂，澄清效果明显，聚丙烯酰胺絮凝机理在于桥作用，使胶粒形成粗大絮凝团而沉淀析出。用量增加，有助于架桥充分形成，但过量反而会引起吸附饱和，在胶粒上形成覆盖层使脚力产生再次稳定现象，所以聚丙烯酰胺不足或过量均达不到最佳澄清效果。磷酸能与石灰作用生成磷酸钙沉淀，新生的沉淀物具有较强的吸附能力，能吸附部分非糖分及色素而共同沉淀，改善糖汁过滤性能提高澄清效果。pH值会影响絮凝剂电离度，从而影响到糖蜜澄清效果，宜采用中性pH值。出于节能考虑，絮凝温度选择85℃。
最后，经实验验证：糖蜜添加250mg/L磷酸，石灰水调节pH值至中性，加5mg/L聚丙烯酰胺，在85℃恒温水浴中保温10min进行二次絮凝，然后离心分离得上清液，测得上清液OD值是0.3315.
2.1.2 酸解条件的确定
糖蜜中碳水化合物主要以蔗糖形式存在，还原糖含量较低，为充分利用糖蜜的糖分，将其转化成还原糖，进而可利用还原糖特性来制备增香剂或焦糖色素，提升糖蜜的附加值。
本实验采用酸解法将糖蜜中的蔗糖水解成具有还原性糖，在保证蔗糖水解尽可能完全的同时，避免因加热时间、温度等对还原糖产生的负面影响，如形成糠醛聚合体而时区还原性等。
本文酸解条件的确定是在缘由糖蜜酸解研究的基础上采用正交试验分析法所得。正交试验因素水平及其测定结果见表2，正交试验极差分析结果见表3.
关键词：甘蔗糖蜜；澄清处理；组分测定
糖蜜是糖厂的副产品，成分非常复杂，包括水、蛋白质、氨基酸、有机酸和钾钠盐等，并且其含糖量仍非常高，蔗糖和还原糖占30~50，是发酵、食品、饲料和建材工业中质优价廉的原料。经脱色、脱盐、澄清后，可回收制备流体糖，也可在乳酸菌作用下发酵制取乳酸，在酒精酵母存在下制取酒精，或经羰氨反应催化缩聚成焦糖着色剂。但由于糖蜜成分复杂，混有大量的非糖成分和杂质（如胶体物质等），所以分离较困难。
1 材料和方法
1.1 实验材料和设备
甘蔗糖蜜，H2SO4，磷酸，石灰乳，NaOH，絮凝剂（PAM）。
紫外分光光度计，加热套，旋光仪，恒温水浴锅，磁力搅拌器，凯氏定氮仪，电导仪，锤度计，pH计，恒温干燥箱，HP5890气相色谱，MSD5872质谱检测器。
1.2 糖蜜的澄清处理
为提高甘蔗糖蜜的利用率及附加值，本实验对甘蔗糖蜜进行澄清处理，步骤如下。
1.2.1 稀释
糖蜜非常粘稠，6倍稀释后，测定总糖，蔗糖，还原糖，pH值。
1.2.2 絮凝
絮凝剂采用聚丙烯酰胺（PAM），并添加磷酸作为辅助澄清剂。两者共同作用于糖蜜，絮凝大量微细悬浮物及胶体，较大幅度提高糖蜜的纯度。
1.2.3 酸解
H2SO4调pH值至2，100℃水浴加热90min，使甘蔗糖蜜中的蔗糖尽可能多地转化为还原糖。
1.3 测定方法
总糖：采用苯酚-硫酸法测定；
蔗糖：采用二次旋光法测定，GB/T 2684-2005;
还原糖：采用兰-艾农恒容法测定，GB/T 2684-2005;
总氮量：采用凯氏定氮仪；
灰分：目前糖厂测定灰分多采用重量法和电导法，本实验采用电导法。电导法测定溶液的电导率，从而反应糖蜜中离子型物质（如盐类、游离酸等）含量。
OD值：紫外分光光度计测定。
1.4 GC/MS分析检测糖蜜澄清处理前后挥发性物质的组分
澄清处理前糖蜜：取1g按重量稀释50倍，过0.45μm微孔滤膜（Millipore，Bedford，MA），以备GC/MS分析。
澄清处理后糖蜜：取澄清处理糖蜜1g按重量稀释10倍，过0.45μm微孔滤膜（Millipore，Bedford，MA），以备GC/MS分析。
气质联用仪分析条件是，色谱柱：Agilent HP-5MS，60m×0.25mm（i.d.）×0.25μm；进样口温度：250℃；晋阳体积：1μL；柱箱温度程序：50℃，保温1min，以10℃/min升温至140℃，保温1min。再以14℃/min升温至290℃，保温2min；载气流速：1.0mL/min（He）；离子源：EI+；采速模式：全扫描。
2 实验过程
2.1 原料糖蜜澄清处理
2.1.1 絮凝条件的确定
糖蜜中含有大量灰分和胶体，影响糖蜜风味，降低其利用率，为此，稀释后的糖蜜还需澄清处理。本文采用聚丙烯酰胺作为澄清剂，研究絮凝剂用量、磷酸用量、pH值及絮凝温度对澄清过程的影响，确定糖蜜絮凝条件，见表1.
最后，经实验验证：糖蜜添加250mg/L磷酸，石灰水调节pH值至中性，加5mg/L聚丙烯酰胺，在85℃恒温水浴中保温10min进行二次絮凝，然后离心分离得上清液，测得上清液OD值是0.3315.
2.1.2 酸解条件的确定
糖蜜中碳水化合物主要以蔗糖形式存在，还原糖含量较低，为充分利用糖蜜的糖分，将其转化成还原糖，进而可利用还原糖特性来制备增香剂或焦糖色素，提升糖蜜的附加值。
本实验采用酸解法将糖蜜中的蔗糖水解成具有还原性糖，在保证蔗糖水解尽可能完全的同时，避免因加热时间、温度等对还原糖产生的负面影响，如形成糠醛聚合体而时区还原性等。
本文酸解条件的确定是在缘由糖蜜酸解研究的基础上采用正交试验分析法所得。正交试验因素水平及其测定结果见表2，正交试验极差分析结果见表3.
由方差分析结果表2可知糖蜜酸解处理的温度条件对酸解后糖蜜还原糖和总糖含量的影响达到显著水平，在试验范围内各因素影响主次顺序为温度＞pH值＞时间。酸解条件正交试验结果的确定是以酸解后糖蜜中蔗糖和还原糖的含量为依据，最优的酸解条件酸解后糖蜜中蔗糖含量最低，同时还原糖含量最高。
根据表2、3，可以得出A3B3C1酸解条件下，即温度100℃、pH值为2及酸解时间为90min酸解条件下，酸解后糖蜜中蔗糖含量最低，同时根据总糖的测定，可知同样的酸解条件下，酸解后的还原糖含量最高为49.70%。
2.2 糖蜜成分测定
2.2.1 糖蜜澄清处理前后组分分析
甘蔗糖蜜是棕黄至黑褐色的浓稠液体，其成分因原料甘蔗质量、产地及制糖工艺的不同而有所差异，本实验所用糖蜜取自广西，表4为糖蜜澄清处理前后组分分析。
根据表2、3，可以得出A3B3C1酸解条件下，即温度100℃、pH值为2及酸解时间为90min酸解条件下，酸解后糖蜜中蔗糖含量最低，同时根据总糖的测定，可知同样的酸解条件下，酸解后的还原糖含量最高为49.70%。
2.2 糖蜜成分测定
2.2.1 糖蜜澄清处理前后组分分析
甘蔗糖蜜是棕黄至黑褐色的浓稠液体，其成分因原料甘蔗质量、产地及制糖工艺的不同而有所差异，本实验所用糖蜜取自广西，表4为糖蜜澄清处理前后组分分析。
糖蜜敬澄清处理后，浑浊度降低，粘度下降，由表4可以看出，糖蜜锤度明显下降，主要原因是澄清处理去除了糖蜜中大量的胶体物质和非糖分物质，导致糖蜜中固形物含量下降。
糖蜜澄清处理过程的酸解步骤，使得糖蜜中蔗糖含量由40.07降至0.46%，转化糖由8.75升至49.70%。
可见，在实验酸解条件下，蔗糖较为充分地降解成还原糖，且还原糖未受到处理条件影响发生裂解反应，达到了试验设计的预期目标。
2.2.2 GC/MS测定糖蜜澄清处理前后挥发性物质组分
GC/MS是一种快速分析鉴定物质组分的分析手段，本实验采用GC/MS分析澄清处理前后糖蜜中的挥发性物质组分，用总离子流图（TIC）中各色谱峰通过计算机自动在N IST O5图谱库中比对查找，对匹配度大于80%的化合物进行了鉴定和峰面积归一化计算，以求得各组分相对百分含量，从澄清处理前后的糖蜜中分别鉴定出12，15个组分见表5.糖蜜澄清处理前后，GC/MS分析出的组分以吡啶、呋喃、哌嗪、喹啉、酮类物质等衍生物居多。
糖蜜澄清处理过程的酸解步骤，使得糖蜜中蔗糖含量由40.07降至0.46%，转化糖由8.75升至49.70%。
可见，在实验酸解条件下，蔗糖较为充分地降解成还原糖，且还原糖未受到处理条件影响发生裂解反应，达到了试验设计的预期目标。
2.2.2 GC/MS测定糖蜜澄清处理前后挥发性物质组分
GC/MS是一种快速分析鉴定物质组分的分析手段，本实验采用GC/MS分析澄清处理前后糖蜜中的挥发性物质组分，用总离子流图（TIC）中各色谱峰通过计算机自动在N IST O5图谱库中比对查找，对匹配度大于80%的化合物进行了鉴定和峰面积归一化计算，以求得各组分相对百分含量，从澄清处理前后的糖蜜中分别鉴定出12，15个组分见表5.糖蜜澄清处理前后，GC/MS分析出的组分以吡啶、呋喃、哌嗪、喹啉、酮类物质等衍生物居多。
根据表5中澄清处理前后糖蜜挥发性物质成分对比分析得出，两种糖蜜中分离出最多的是同种胺类物质，保留时间为20.615，澄清处理对该物质影响不大。在其他保留时间如9.636，17.852，18.064，19.308，21.944，糖蜜澄清处理前后亦没有发生物质的变化。澄清处理前后糖蜜的主要变化表现为糖蜜处理前仅在保留时间9.636检出L-丙氨酸的衍生物，糖蜜澄清处理后除在保留时间9.636时检测出同种氨基酸外，还分别在保留时间19.223和21.264出现了 N-甲基-赖氨酸和精氨酸，说明澄清处理将糖蜜中的杂质去除，使得更多的氨基酸游离出来。糖蜜澄清处理前，在保留时间11.655，19.616，19.988，20.945，22.454出现马林、吡咯、嘌呤和喹啉类物质，经过澄清处理，这些物质均被去除。
同时值得关注的是，糖蜜澄清处理前在保留时间为19.616时检出异丙肾上腺素三聚氰胺衍生物（Isopeoterenol tri-TMS derivative），此化合物为TMS衍生物，涉及到食品安全性问题，但是在酸解糖蜜中却未检出此类物质或衍生物。一方面可以估计澄清处理前糖蜜中含有tri-TMS衍生物或其衍生物需要进一步实验研究验证。此外，经过澄清处理，糖蜜增加了偶苯、苯酸脂、苯甲酸一级酰胺物质，新物质的生成及安全性问题有待进一步研究。
3 结论
根据单因素实验，确定了糖蜜絮凝处理条件为：磷酸添加量250mg/L，石灰水调节pH值到7.0进行预絮凝，加入聚丙烯酰胺5mg/L，在85℃恒温水浴中10min进行二次絮凝，然后离心分离得上清液。在此絮凝条件下，糖蜜处理后，测得上层清液OD值是0.3315.
由L9(3)3正交试验最终确定糖蜜酸解条件为：温度100℃、pH值为2及酸解时间为90min，在此条件下酸解后的还原糖含量最高为49.70%，由方差分析可知，糖蜜酸解的温度条件对酸解后还原糖的含量影响达到显著水平，在试验范围内各因素影响主次顺序为温度＞pH值＞时间。糖蜜经过澄清处理后，胶体、灰分含量均有大幅降低，糖蜜中还原糖含量上升，有助于糖蜜进行进一步的深加工。
同时，利用GC/MS检测糖蜜澄清处理前后挥发性物质的组分，根据NISTO5图谱库比对查找，澄清处理前后两种糖蜜分别鉴定出12和15种组分，其中以吡啶、呋喃、哌嗪、喹啉、酮类物质等衍生物居多。澄清处理使得糖蜜中氨基酸游离出来，因此澄清处理后糖蜜检测出更多氨基酸。但值得注意的是，在澄清处理前糖蜜中检测出异丙肾上腺素三聚氰胺衍生物（Isopeoterenol tri-TMS derivative），该化合物是澄清处理前糖蜜中的组分还是在GC/MS检测过程形成的产物仍需进一步的实验进行研究验证。（本文搜集整理于网络，如有侵权之处，请联系我们删除。）