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論蔗糖工業(yè)用復(fù)合酶制劑研究及生產(chǎn)應(yīng)用

摘要蔗糖工業(yè)用復(fù)合酶制劑——TKSE蔗糖生物助劑進(jìn)行配方研究、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)查定情況,分析研究生物酶對蔗汁中非糖分的作用機(jī)理。試驗(yàn)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(jié)晶率可增加1~2。這表明蔗糖生物

復(fù)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(jìn),對提高糖業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。關(guān)鍵詞蔗糖工業(yè)用復(fù)合酶;配方研究;室內(nèi)實(shí)驗(yàn);生產(chǎn)試驗(yàn)作者簡介:王順發(fā)(1956—)男,江西省科學(xué)院高級工程師,主要從事食品科學(xué)技術(shù)研究與開發(fā)。1概述我國現(xiàn)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(dá)國家相比,我國糖業(yè)存在自動化程度低、能源消耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差等問題。尤其是亞硫酸法工藝白糖,要達(dá)到優(yōu)級糖質(zhì)量還存在色值、濁度和殘硫量指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)的問題,因此,國產(chǎn)白砂糖在高等食品、醫(yī)藥中的應(yīng)用以及產(chǎn)品的出口受到制約。美國、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家研究單體生物酶如淀粉酶、葡聚糖酶應(yīng)用于耕地白糖生產(chǎn)相對較早[1],生物酶應(yīng)用對于改善糖液品質(zhì)、降低粘度、增加產(chǎn)糖和降低能耗具有良好的效果。但這些發(fā)達(dá)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(dǎo)的制糖工業(yè)并不適用。本研究根據(jù)我國蔗糖工業(yè)原料、工藝、設(shè)備和管理特點(diǎn),系統(tǒng)研究了復(fù)合生物酶配方和在我國糖業(yè)的應(yīng)用技術(shù),于2005年開發(fā)出了蔗糖工業(yè)用復(fù)合酶制劑第一代產(chǎn)品——TKSE蔗糖生物助劑。2蔗糖工業(yè)用復(fù)合酶制劑技術(shù)基礎(chǔ)2.1復(fù)合酶作用機(jī)理加入糖汁后主要有以下兩種酶促反應(yīng):①生物水解水解酶催化大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì),反應(yīng)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(yīng)大多數(shù)是不可逆的。如果膠在果膠酶的作用下發(fā)生以下反應(yīng):②氧化還原反應(yīng)氧化還原酶催化底物氧化和還原反應(yīng)時需電子的供體和受體,而不是基團(tuán)的加成和去除,反應(yīng)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(nèi)酯:綜上所述復(fù)合酶作用機(jī)理是:通過復(fù)合生物酶促作用,將糖液中原料帶來的果膠、花色素、蛋白質(zhì)、淀粉、葡聚糖、纖維及半纖維素,以及生產(chǎn)過程中新產(chǎn)生的焦糖色素、米拉德反應(yīng)產(chǎn)物,還原糖堿性分解產(chǎn)物等有害大分子及膠體物質(zhì)進(jìn)行生物水解、氧化還原和生物復(fù)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(zhì)經(jīng)過沉淀、過濾被除去,部分非糖雜質(zhì)由于分子形態(tài)發(fā)生了改變而減少了在蔗糖結(jié)晶過程中的不良影響最終進(jìn)入廢蜜。因此,TKSE蔗糖生物助劑可有效改善糖液品質(zhì)、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(zhì)量和產(chǎn)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(chǎn)品與國外同類產(chǎn)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(zhì)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(yīng)溫度90~105℃;PH值6.5~7.5;作用時間:>5min。主要理化指標(biāo):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(nèi)實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)流程室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M生產(chǎn)流程在糖廠化驗(yàn)室進(jìn)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(nèi)實(shí)驗(yàn)工藝流程3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)連續(xù)進(jìn)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(yàn)各一次,實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)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(chǎn)試驗(yàn)4.1基本情況為驗(yàn)證TKSE蔗糖生物助劑的實(shí)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(jìn)行了大生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)及效果查定。試驗(yàn)從2005年12月30日上午10點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。自投加TKSE后,可觀察到的變化是白砂糖質(zhì)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(xì)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(nèi)非糖分的分配已發(fā)生了明顯變化,即進(jìn)[NextPage]入泥汁的比例增多而停留在澄清汁內(nèi)的比例減少了。據(jù)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(yàn)的三天,只有1個編號的甲膏進(jìn)行了混篩,而且還不是色值原因。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,甲膏結(jié)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(fù)到了試驗(yàn)前的150IU左右。為進(jìn)一步驗(yàn)證助劑效能,于元月5日晚12時再次投料,重復(fù)試驗(yàn)。結(jié)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(yàn)結(jié)果及分析4.2.1白砂糖質(zhì)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(zhì)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)??梢姡瑢Σ捎脕喠蛩岱üに嚨奶菑S來說,加入TKSE蔗糖生物助劑可以穩(wěn)定白砂糖質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量提高到高等級糖甚至達(dá)到優(yōu)級白砂糖質(zhì)量水平,從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。4.2.2糖分收回由于缺糖膏抽蜜裝置,甲膏結(jié)晶率查定采用甲原蜜純度數(shù)據(jù),經(jīng)計算,試驗(yàn)三天與對比三天比較,甲膏結(jié)晶率提高了1.38(見表1),相當(dāng)于等折白砂糖產(chǎn)率增加0.21,即萬噸甘蔗多產(chǎn)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(shí)際增收7.6萬元。若加上產(chǎn)品質(zhì)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(jié)晶率對照表內(nèi)容經(jīng)過時間甲膏AP甲原蜜AP甲膏結(jié)晶率加TKSE未加TKSE對比12.31~01.0212.26~12.2891.8191.5874.2374.6168.2266.841.385結(jié)論(1)復(fù)合酶制劑用于制糖生產(chǎn),通過生物酶促作用,將原料中帶來和生產(chǎn)過程中新產(chǎn)生的對制糖有害大分子及膠體物質(zhì)進(jìn)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(jié)晶速度,可顯著提高成品糖得率和產(chǎn)品質(zhì)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

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