甘蔗汁

甘蔗汁澄清工艺研究

杨帆;魏锡均;沈王庆

【摘要】为了明确振荡工艺和离心工艺对甘蔗汁澄清效果的影响,采用单因素试验

探讨了振荡时间、振荡温度和振荡速度对甘蔗汁澄清效果的影响,并利用L9(34)正

交试验得出最优振荡条件组合;在最优振荡条件组合的基础上进一步考察了离心机

的转速、离心时间和升降速度对甘蔗汁澄清效果的影响,并利用L9(34)正交试验得

出最优离心条件组合.结果表明,最优振荡条件组合为:振荡时间60min、振荡温度

70℃、振荡速度150r/min,各因素的主次影响顺序依次为振荡温度、振荡速度、

振荡时间;最优离心条件组合为:离心机转速9000r/min、离心时间12min、升降

速度10档,各因素的主次影响顺序依次为离心机转速、离心时间、升降速度,在最

优振荡条件和离心条件下,甘蔗汁的透光率达86.3％.

【期刊名称】《河南农业科学》

【年(卷),期】2015(044)002

【总页数】5页(P151-155)

【关键词】振荡工艺;离心工艺;澄清;甘蔗汁

【作者】杨帆;魏锡均;沈王庆

【作者单位】内江师范学院化学化工学院,四川内江641112;内江师范学院化学化

工学院,四川内江641112;内江师范学院化学化工学院,四川内江641112

【正文语种】中文

【中图分类】TS275.5

甘蔗含糖量十分丰富，还含有大量的铁、锌、锰等人体必需的微量元素，其中铁的

含量特别多，达9mg/kg，居水果之首，素有“补血果”的美称。此外，还含有

谷氨酸、天门冬酸、丝氨酸等多种氨基酸，并含有苹果酸、柠檬酸等有机酸［1］。

甘蔗鲜汁具有营养丰富、味道鲜美、通便解结、缓解酒精中毒等特点，深受广大消

费者喜爱，但鲜甘蔗汁色泽浑浊，影响销售，因而需要对甘蔗鲜汁进行澄清。同时，

我国是甘蔗生产大国，甘蔗是我国糖业生产的主要原料，在以甘蔗为原料生产蔗糖

过程中也需要经过澄清工艺过程。甘蔗汁澄清工艺的效果是影响蔗糖产品产量和质

量的最主要因素，同时澄清工艺的消耗在整个制糖工艺中也占了很大的比例，因此

甘蔗汁的澄清工艺一直是制糖行业关注的焦点，也是制糖工艺的难点［2-3］。

目前，甘蔗汁的澄清方法主要有石灰法、亚硫酸法、碳酸法等，其他还有磷酸法、

离子交换法、薄膜分离法等［3］。石灰法工艺简单，操作方便，但是其脱色效果

比不上亚硫酸法和碳酸法，我国现有的制糖澄清工艺大多采用亚硫酸法和碳酸法。

但这2种澄清工艺复杂，设备投资高，特别是CaO消耗量大，且需消耗大量能源，

同时CO2和SO2以及滤泥污染严重。磷酸法易产生较多的沉淀物质，清理设备

时比较麻烦，而且磷酸价格高，如果作为主要澄清剂会增加生产成本，因此其一般

作为亚硫酸法和碳酸法的辅助澄清法。离子交换法对交换前的甘蔗汁澄清度有较大

的要求，若甘蔗汁含有过多的不溶物，易堵塞滤孔造成处理量降低，而且交换材料

的再生性和价格较高是其投入生产尚需解决的关键问题。与传统的碳酸法、亚硫酸

法相比，薄膜分离法所得的滤汁色值低、清亮度好、CaO含量低，纯度提高2个

单位以上，但该法的生产能力小，膜清理困难，从而影响了膜分离法在工业中的推

广应用。此外，絮凝剂的应用研究也比较多，一些无机絮凝剂、高分子絮凝剂、生

物絮凝剂等在甘蔗汁澄清工艺中得到应用，但由于絮凝剂对不同性质甘蔗汁的絮凝

效果不同、不易操作管理、成本较高等因素，目前，絮凝剂仅在传统澄清工艺后作

为一种补充，起到进一步的澄清作用［2-5］。加热振荡工艺能加速甘蔗汁里的色

素等的分解，可以提高甘蔗汁的透光率;离心工艺可加速甘蔗汁中一些胶体物质、

大分子蛋白质等凝聚、沉淀，进一步提高甘蔗汁的透光率，从而达到甘蔗汁的澄清

目的。加热振荡工艺和离心工艺过程中无需加入任何其他物质，因而产生的沉淀物

质少、易分离，且具有易操作、能耗低、设备投资成本小等综合优点，但目前还未

见相关研究报道。鉴于此，本研究采用单因素试验和L9(34)正交试验考查振荡工

艺和离心工艺对甘蔗汁澄清效果的影响，得出最优的振荡工艺和离心工艺组合，以

期优化甘蔗汁的澄清工艺，提高甘蔗汁的澄清效果。

1材料和方法

1.1材料与仪器

供试材料:新鲜甘蔗为符合生产工艺要求的黑皮甘蔗，产于四川内江;水，符合GB

5749—85要求。

主要仪器:TG－16台式高速离心机(四川蜀科仪器有限公司)、SJ201A－250苏泊

尔榨汁机(浙江苏泊尔股份有限公司)、SHA－CA水浴恒温振荡器(常州诺基仪器有

限公司)、722N可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)、AB135－3电子天

平(瑞士METTLERTOLEDO公司)。

1.2甘蔗原汁的制备

选取符合生产工艺要求的黑皮甘蔗，清洗甘蔗表面，之后将整根甘蔗沿关节处砍断，

切成小块，再用榨汁机榨取甘蔗汁，用滤布(孔径0.147mm)过滤甘蔗汁，滤掉甘

蔗汁中残留的甘蔗屑。

1.3振荡工艺对甘蔗汁澄清的影响试验

1.3.1振荡条件的单因素试验

1.3.1.1振荡时间分别取10mL的甘蔗原汁置于5个有标号的25mL具塞锥形瓶

中。在振荡温度为40℃、振荡速度为150r/min的条件下分别振荡30、45、60、

75、90min，置于转速为7000r/min、升降速度设为6档的条件下离心5min，

测定透光率，计算相对透光率。相对透光率=T/T0，其中T为待测样品的透光率，

T0为甘蔗原汁在离心机升降速度为6档、转速7000r/min下离心5min测定的

透光率。1.3.1.2振荡温度分别取10mL的甘蔗原汁置于5个有标号的25mL具

塞锥形瓶中。在振荡速度为150r/min、振荡温度分别为30、40、50、60、70℃

条件下振荡60min，置于转速为7000r/min、升降速度为6档的条件下离心5

min，测定透光率，并计算相对透光率。

1.3.1.3振荡速度分别取10mL的甘蔗原汁置于5个有标号的25mL具塞锥形瓶

中。在振荡温度为40℃、振荡速度分别为50、100、150、200、250r/min条

件下振荡60min，置于转速为7000r/min、升降速度为6档的条件下离心5

min，测定透光率，并计算相对透光率。

1.3.2振荡条件的正交试验在单因素试验的基础上进行L9(34)正交试验，正交试

验的因素和水平见表1。分别取10mL甘蔗原汁置于9个有标号的25mL具塞锥

形瓶中。经正交试验条件下振荡后，置于转速为7000r/min、升降速度为6档的

条件下离心5min，测定透光率，并计算相对透光率。

表1振荡条件的因素水平水平振荡时间(A)/min振荡温度(B)/℃振荡速度

(C)/(r/min)0

1.4离心工艺对甘蔗汁澄清的影响试验

1.4.1离心条件的单因素试验

1.4.1.1离心机转速分别取10mL甘蔗原汁置于5个有标号的25mL具塞锥形瓶

中。在1.3所得出的最优振荡条件下振荡，置于转速分别为4000、5000、6

000、7000、8000、9000r/min，升降速度为6档的条件下离心10min，测

定透光率，并计算相对透光率。

1.4.1.2离心时间分别取10mL甘蔗原汁置于5个有标号的25mL具塞锥形瓶中。

在1.3所得出的最优振荡条件下振荡，置于转速为7000r/min、升降速度为6档

的条件下分别离心6、8、10、12、14min，测定透光率，并计算相对透光率。

1.4.1.3离心机升降速度分别取10mL甘蔗原汁置于5个有标号的25mL具塞锥

形瓶中。在1.3所得出的最优振荡条件下振荡，置于转速为7000r/min，升降速

度分别为2、4、6、8、10档的条件下离心10min，测定透光率，并计算相对透

光率。

1.4.2离心条件的正交试验在离心条件单因素试验的基础上进行L9(34)正交试验，

正交试验因素和水平见表2。分别取10mL甘蔗原汁置于9个有标号的25mL具

塞锥形瓶中。在1.3所得出的最优振荡条件下振荡，再置于正交试验条件下离心后，

测定透光率，并计算相对透光率。

表2离心条件的因素水平水平离心转速(A)/(r/min)离心时间(B)/min升降速度档

位(C)0

2结果与分析

2.1振荡工艺对甘蔗汁澄清的影响

2.1.1振荡条件的单因素试验结果

2.1.1.1振荡时间由图1可知，随振荡时间的延长，甘蔗汁的相对透光率不断增大，

当振荡时间超过75min后甘蔗汁的相对透光率增幅较小。这是由于开始时甘蔗汁

中的一些胶体物质、大分子蛋白质和部分天然色素物质随振荡时间的延长发生了沉

淀或分解［3］，相对透光率不断增大，当振荡时间为75min时，沉淀或分解基

本完全，此后再增加振荡时间，相对透光率基本不变。

图1振荡时间对甘蔗汁澄清的影响

2.1.1.2振荡温度由图2可知，当振荡温度为30～60℃时，甘蔗汁的相对透光率

不断增大，60℃达到最大值，此后随振荡温度的升高，甘蔗汁的相对透光率不断

减小。这主要是因为甘蔗汁中色素分为脂溶性色素和水溶性色素，脂溶性色素在甘

蔗汁受热时和各种悬浮物、胶体和蛋白质等一起凝结;水溶性色素主要是各种酚类

物质，在高温和氧化的条件下发生更多种化学反应和缩聚反应，如儿茶素生成缩合

鞣质，花色素在光和热的作用下形成高分子的褐色物［3］。当振荡温度为30～

60℃时脂溶性色素在甘蔗汁中的凝结速度大于水溶性色素的反应速度，此时表现

为相对透光率不断增大;当振荡温度超过60℃后，随振荡温度的升高，水溶性色素

的反应速度大于脂溶性色素的凝结速度，表现为相对透光率不断减小。

图2振荡温度对甘蔗汁澄清的影响

2.1.1.3振荡速度由图3可知，振荡速度为50～200r/min时，甘蔗汁的相对透

光率不断增加，此后随振荡速度的增大，相对透光率减小。这主要是因为甘蔗汁中

含有少量的带电胶体，随振荡速度的增大，它们之间的凝聚、沉淀作用也不断增大，

从而表现为相对透光率不断增大;当振荡速度超过200r/min后，随振荡速度的增

大，沉淀物的溶解速度超过了沉淀物的沉降速度，此时透光率反而减小。

图3振荡速度对甘蔗汁澄清的影响

2.1.2振荡条件的正交试验结果由表3可知，各振荡因素对甘蔗汁澄清效果影响的

主次顺序依次为B、C、A，即振荡温度、振荡速度、振荡时间。最优振荡组合为

在A2B3C2，即振荡时间为60min、振荡温度为70℃、振荡速度为150r/min。

在A2B3C2条件下甘蔗汁的相对透光率为2.2，优于表3中的试验结果。

表3振荡条件的正交试验结果编号水平ABC相对透光率11.421221.5111

31.742121.413351.662311.722371.583211.03139332

1.9k11.531.431.40k21.601.401.63k31.471.771.60R0.130.370.23

2.2离心工艺对甘蔗汁澄清的影响

2.2.1离心条件的单因素试验结果

2.2.1.1离心机转速由图4可知，随离心机转速的增大，甘蔗汁的相对透光率不断

增大，当转速超过7000r/min后，相对透光率基本不变。这主要是由于开始时

离心机转速越大，在相同时间内，甘蔗汁中的胶体等沉淀物质沉淀得越彻底，因而

相对透光率也越大;当转速为7000r/min时，经10min离心后沉淀物质基本沉

淀完全，因而再增加离心机转速，相对透光率基本不变。

图4离心机转速对甘蔗汁澄清的影响

2.2.1.2离心时间由图5可知，当甘蔗汁的离心时间为6～10min时，甘蔗汁的

相对透光率不断增加，此后稍有减小。这是由于甘蔗汁中胶体等沉淀物质［3］在

7000r/min的转速下离心6～10min时不断有沉淀物质析出，因而相对透光率

不断增加;当离心时间超过10min后，基本无沉淀物质析出，反而有少量沉淀物

质溶解了，因而此时相对透光率稍有减小。

图5离心时间对甘蔗汁澄清的影响

2.2.1.3离心机升降速度由图6可知，当离心机的升降速度为2～6档时，甘蔗汁

的相对透光率不断增大，此后随升降速度的增加相对透光率基本不变。这是由于离

心机在7000r/min的转速下离心10min，升降速度达到6档时，沉淀物质基本

沉淀完全，此后随升降速度的增加，相对透光率基本不变。

图6离心机升降速度对甘蔗汁澄清的影响

2.2.2离心条件的正交试验结果由表4可知，各离心因素对甘蔗汁澄清效果影响的

主次顺序依次为A、B、C，即离心转速、离心时间、升降速度。最优离心组合为

A3B3C3，即离心转速为9000r/min、离心时间为12min、升降速度为10档，

在此离心条件下进行试验得到的相对透光率为3.6，稍低于编号为7、9的试验条

件下的相对透光率，这可能是由于试验材料批次不同、存放时间不同甚至甘蔗取样

部位不同造成的。综合分析可得，离心转速9000r/min、离心时间12min、升

降速度为10档为最优离心条件组合，在该条件下透光率为86.3%。

表4离心条件的正交试验结果编号水平ABC相对透光率12.121222.5111

32.842122.813353.262313.422373.783213.63139332

3.8k12.52.93.0k23.13.13.0k33.73.33.2R

3结论与讨论

甘蔗汁澄清的最优振荡条件组合为振荡时间为60min、振荡温度为70℃、振荡速

度为150r/min，各因素的主次影响顺序依次为振荡温度、振荡速度、振荡时间;

在最优振荡组合的基础上，最优离心条件组合为离心机转速为9000r/min、离心

时间为12min、升降速度为10档，各因素的主次影响顺序依次为离心转速、离

心时间、升降速度，在上述最优条件下，甘蔗的透光率达86.3%。

振荡工艺和离心工艺能显著提高甘蔗汁的透光率，该工艺不用添加任何物质，优化

了后续工艺，使甘蔗汁的澄清工艺更经济实惠，且甘蔗汁的澄清效果能基本满足生

产需求。但从甘蔗汁质量和生产实际考虑，工艺流程中温度最好不要过高，处理时

间也尽量短些，以避免甘蔗汁变质。与其果胶酶等处理甘蔗汁的澄清效果比较

［6］，振荡工艺和离心工艺处理下甘蔗汁的透光率相对较低一些，这可能是因为

甘蔗汁里面一些果胶成分单纯通过振荡和离心工艺不能分解，但此工艺流程没添加

任何其他成分，甘蔗汁经澄清后保留了大量的果胶等优质成分，因而较添加果胶酶

和石灰的方法质量更好一些，也更能让消费者接受。

参考文献:

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