制糖工藝過程的微生物感染與危害

添加劑的通用名稱、功能分類、用量和使用范圍通用名稱：二甲基二硫代氨基甲酸鈉Sodiumdimethyldithiocarbamate功能分類：其他（E.23）使用量：≤0.01g/Kg對象食品種類：食糖分類號：11.01使用范圍：制糖工藝證明技術上確有必要和使用效果的資料或者文件食品添加劑的功能類別及作用機理功能類別：其他（用于制糖工藝過程的微生物控制）作用機理：抑制以銅、鐵等金屬離子為輔基的酶的活性硫代氨基甲酸鹽可與銅、鐵等金屬離子形成螯合物使酶失活，從而影響微生物正常代謝。如三羧酸循環(huán)過程中烏頭酸酶的輔基含有鐵與硫代氨基甲酸鹽作用，使烏頭酸酶失活，三羧酸循環(huán)中斷，微生物無法進行產(chǎn)能代謝。與含有巰基的氨基酸或酶類反應，使蛋白質(zhì)變性或酶失活硫代氨基甲酸鹽進入菌體細胞后代謝生成含硫氰基的化合物，與微生物中蛋白質(zhì)和酶的巰基反應，最終抑制這類物質(zhì)的活性。如破壞乙酰CoA，影響脂肪酸的氧化和合成；脫氫酶體系中CoA-SH結構破壞，細胞氧化傳遞鏈、電子傳遞鏈受阻，細胞無法正常代謝及獲取能量等。在擬添加的食品中添加與否的效果對比實驗目的：檢測二甲基二硫代氨基甲酸鈉在制糖工藝中的抑菌效果及其為制糖企業(yè)帶來的效益。甘蔗、甜菜是高碳水化合物含量的作物，是微生物生長的良好底料，在制糖生產(chǎn)的壓榨過程中，溫度和濕度都很適宜微生物生長繁殖，微生物群與其代謝產(chǎn)物俗稱蔗飯，微生物以腸膜明串白念珠菌（LeuconostocMesenteroides）為主，還有枯草桿菌、微孢菌、乳酸桿菌等，α-葡聚糖（Dextran）是主要的代謝產(chǎn)物，另有乳酸、果聚糖等，微生物能直接消耗蔗糖，繁殖得越多，糖分損失越大，并造成后工序的設備處理能力下降、物料處理困難等問題，同時產(chǎn)生的多糖類，使結晶率降低、粘度增加、糖汁顏色加深。更詳細資料見附文“制糖工藝過程的微生物感染與危害”使用微生物抑制化學品二甲基二硫代氨基甲酸鈉可在壓榨過程抑制細菌的繁殖、生長，最高可使相對損失減少66%。以日榨1萬噸（甘蔗含糖量15%）的甘蔗糖廠為例，使用微生物抑制劑前由微生物引起的糖份損失為24噸/日，使用后糖份損失為8.16噸/日，可減少糖份損失15.84噸/日，同時還可減少由微生物感染繁殖給整個制糖工藝過程帶來的危害，減少硫磺、磷酸、石灰等加工助劑的使用。二甲基二硫代氨基甲酸鈉在制糖工藝中可用于生產(chǎn)設備消毒、糖廠循環(huán)用水抑菌及制糖工藝過程中糖汁的微生物控制。實驗設計：二甲基二硫代氨基甲酸鈉的抑菌效果測試分實驗室（模擬制糖工藝）試驗與糖廠生產(chǎn)應用效果試驗兩部分，實驗原理相同。如下：制糖工藝過程復雜（制糖工藝過程見附錄7），在生產(chǎn)上查定微生物抑制效果的常用方法是根據(jù)混合汁與初壓汁的質(zhì)量差異來評價壓榨車間的蔗糖損失。一般認為，蔗糖與轉(zhuǎn)化糖均為水溶性，它們在甘蔗內(nèi)的分布是一樣的，被抽出的情況也是一樣，若無微生物存在，初壓汁與混合汁質(zhì)量相同或很相近，若有微生物存在，在細菌的作用下，混合汁的質(zhì)量便會下降，評價微生物抑制性能時，檢測添加微生物抑制劑與否的混合汁、初壓汁質(zhì)量差異，可計算出其抑制微生物生長繁殖的效能。制糖生產(chǎn)過程詳見“4、食品添加劑的質(zhì)量規(guī)格要求、生產(chǎn)使用工藝和檢驗方法，食品中該添加劑的檢驗方法或者相關情況說明”中的“制糖生產(chǎn)工藝”。蔗汁質(zhì)量以測定Rs/Pol或Rs/Bx、可滴定酸度表示。蔗糖損失量＝（Rs/Pol混－Rs/Pol初）×0.95×混合汁的Pol量或：蔗糖損失量＝（Rs/Bx混－Rs/Bx初）×0.95×混合汁的Bx量因酸敗損失的糖量：每產(chǎn)生一克當量的有機酸，在大多數(shù)情況下，約消耗0.5摩爾的還原糖，即可滴定酸度每增加1克當量，每100克Bx損失90克還原糖?？傻味ㄋ岫仁侵赣?mol/LNaOH滴定100克Bx蔗汁至酚酞終點時所用堿液的毫升數(shù)，操作中以0.1mol/LNaOH溶液滴定50毫升蔗汁。——初壓汁：壓榨機組最初兩個輥子榨出的蔗汁。——混合汁：用壓榨法或中間蔗渣滲出法提取，送往清凈處理的蔗汁?！狟x：錘度，在20?C時用錘度計測得的讀數(shù)。對純蔗糖溶液為蔗糖重量百分數(shù)，對不純蔗糖溶液則表示溶液中視固溶物的重量百分數(shù)?！猂s：還原糖，凡因有游離的或有潛在游離的醛或酮基，從而具有很易還原在堿性溶液中的銅、銀或鉍等多種金屬鹽的性質(zhì)的一些糖類?！狿ol：轉(zhuǎn)光度，用一次旋光法測得糖品中蔗糖重量百分數(shù)的近似值。實驗方法：實驗室試驗在盛有新鮮混合汁的大燒杯中定量加入10mg/kg二甲基二硫代氨基甲酸鈉，置于溫度35℃（壓榨車間混合汁溫度）的恒溫箱內(nèi)一定時間，通過檢測蔗汁中各項指標的變化來綜合衡量微生物抑制的效果。生產(chǎn)應用試驗二甲基二硫代氨基甲酸鈉使用量為10mg/kg對蔗（10mg/Kg），按一定的比例稀釋后于壓榨過程時加入到蔗汁盤，按使用量的2/3加入到倒數(shù)第二座榨機的蔗汁盤，1/3的量加入到第一座榨機的蔗汁盤（添加位置見下圖所示），并與空白（不使用）對比，檢測糖份轉(zhuǎn)化、損失情況。生產(chǎn)應用試驗一般連續(xù)使用5~6天為一周期（空白試驗同），以排除由蔗源、工藝操作、氣溫等對糖份收回造成影響，因氣溫對微生物生長繁殖影響較大，試驗期間記錄當日氣溫作參考。試驗結果以下數(shù)據(jù)為（輕科鑒字91142號）《糖用消泡劑、脫色劑、殺菌劑的研制及應用》項目對二甲基二硫代氨基甲酸鈉應用于制糖工藝的研究數(shù)據(jù)，項目由輕工業(yè)部科技局下達，包括本單位在內(nèi)的4家研究院所共同承擔。實驗室試驗：項目專題查定小組數(shù)據(jù)，5天試驗平均值表一、糖份損失查定數(shù)據(jù)（平均值）APRS/BxRS/POL空白10*10-620*10-6空白10*10-620*10-6空白10*10-620*10-678.2478.6678.780.0600.0580.0570.0780.0750.074表二、酸度及細菌變化（平均值）pH酸度/Bx細菌數(shù)（億/ml）培養(yǎng)前：0.31空白10*10-620*10-6空白10*10-620*10-6空白10*10-620*10-64.747.924.960.1240.1120.1117.353.341.18生產(chǎn)應用試驗：項目專題查定小組數(shù)據(jù)，空白試驗為連續(xù)檢測5天平均值，使用試驗為10天連續(xù)使用、檢測試驗平均值。表三、糖份損失查定數(shù)據(jù)（平均值）樣品RS/BxRS/polAP氣溫℃初壓汁混合汁差值初壓汁混合汁差值初壓汁混合汁空白0.03060.03360.00300.03700.04170.004782.4680.7911.4~16.8加樣0.03190.03260.00070.03910.04070.001681.5480.1714.1~19.7表四、酸度及細菌檢測數(shù)據(jù)（平均值）酸度/BxPH細菌數(shù)（億/ml）培養(yǎng)前：0.1675空白加樣空白加樣空白加樣0.1790.1294.634.860.96250.5408表五、項目期間在多家糖廠的研究數(shù)據(jù)。制糖企業(yè)試驗周期相對損失減少率其它南寧制糖造紙廠5~15天/周期×354.65~63.40%細菌增長減少率63.05%東莞糖廠工藝技術科9天/周期×161.98%車間細菌代謝物、臭味消失朋普糖廠質(zhì)檢科2天/周期×244.76%車間細菌代謝物、臭味消失海南八一糖廠5天/周期×175.50%/廣東湛江糖廠5天/周期×132%車間細菌代謝物、臭味消失廉江雅塘糖廠15天/周期×165%車間細菌代謝物、臭味消失結果分析：從室內(nèi)試驗的結果看，效果表現(xiàn)在使用微生物抑制劑后蔗汁比空白的蔗糖份高、純度高、酸度低、有效控制了微生物的繁殖，減少糖份損失，并可從表觀看出蔗汁能保持長時間不變色，并能保持蔗汁的香味，空白樣品放置一段時間后會發(fā)泡并產(chǎn)生酸敗氣味。根據(jù)生產(chǎn)查定結果，使用微生物抑制劑后蔗糖相對損失減少率，六家糖廠的平均值為56.76%，項目鑒定小組查定數(shù)據(jù)為65.95%，證明二甲基二硫代氨基甲酸鈉能有效控制細菌的繁殖，查定只檢測了微生物抑制劑在混合汁的效果，但實際上效能從壓榨車間延至蔗汁稱和蔗汁箱，在壓榨工段至進入澄清工段被分解和完全消耗前起作用。與同一功能類別的食品添加劑使用效果的對比資料；目前國內(nèi)仍無同一功能類別的食品添加劑，美國ML公司有同類產(chǎn)品（美國食品和藥物管理局準用產(chǎn)品），本單位曾為比較進口（ML公司）與國產(chǎn)二甲基二硫代氨基甲酸鈉兩種糖用微生物抑制劑的使用性能，于04/05榨季在廣西來賓GB有限公司進行的比較試驗，廣州甘蔗糖業(yè)研究所與GB公司技術人員共同完成。試驗樣品：SDDC：二甲基二硫代氨基甲酸鈉40%水溶液，輕工部日用化學研究所研制，廣州甘蔗糖業(yè)研究所提供。ML：美國ML公司生產(chǎn)，代森鈉、二甲基二硫代氨基甲酸鈉。試驗結果如下，數(shù)據(jù)證明兩種微生物抑制劑均有良好的殺（抑）菌性能，能有效控制蔗汁酸敗及減少糖份損失。糖用殺菌劑室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)試驗方法：壓榨車間取新鮮混合汁500ml，按不同比例加入殺菌劑，恒溫38度，一定時間取出檢測其折光錘度、轉(zhuǎn)光度、還原糖和可滴定酸度等指標，以空白和添加殺菌劑的RS/Bx\RS/pol、AP、酸度與恒溫旋轉(zhuǎn)前混合汁的各項指標的差值作比較，衡量殺菌劑的效能，指標差值小，表示糖份損失少，殺菌效果好。試驗結果樣品添加量BxpolRS酸度AP差RS/Bx差RS/pol差酸度差混合汁017.514.550.554.75////空白*017.713.801.21/5.210.03700.0499/SDDC*10ppm17.417.060.89/2.340.01970.0255/米蘭*10ppm17.614.150.87/2.740.01800.0237/空白017.513.461.4624.635.200.05200.070719.85SDDC10ppm17.413.911.0314.253.200.02780.02149.50米蘭10ppm17.313.931.0413.992.620.02870.03689.24SDDC20ppm17.413.931.0512.993.080.02890.03768.24米蘭20ppm17.514.031.0012.572.970.02570.03357.82SDDC30ppm17.514.000.9512.003.140.02290.03017.25米蘭30ppm17.613.951.0111.933.380.0260.03467.18注：表中帶*號部份為放置5小時抽檢結果，其他為同樣品恒溫7小時結果。附文：制糖工藝過程的微生物感染與危害甘蔗制糖過程中，糖份的損失，有物理的、化學的及微生物的感染，其中以微生物的感染為主。微生物普遍存在于泥土、空氣和水中，在甘蔗的生長過程中，往往受很多病害和蟲害的侵擾，在蔗莖上常產(chǎn)生縱向裂隙，葉鞘部的葉鞘水等會導致甘蔗生理活動上產(chǎn)生的感染。另一感染源是甘蔗概況附近附著的土壤。甘蔗收割后，多種微生物在甘蔗的割口上迅速繁殖，隨壓榨過程進入蔗汁。蔗汁是細菌生長的良好介質(zhì)，壓榨工藝的復式滲透使蔗汁的實際停留時間比靜觀的停留時間長得多，壓榨機及其附屬設備的各處死角、蔗渣碎屑積聚處及曲篩等處繁殖，形成菌團，產(chǎn)生酸臭氣味。它們黏著在曲篩的表面會降低曲篩的過濾性能，黏著在壓榨輥的表面，使輥子打滑，它們還堵塞過濾和分蜜的通道，甚至堵塞糖汁管路。在甘蔗糖廠，由微生物轉(zhuǎn)化引起的蔗糖損失高達1.6%，以日榨1萬噸（甘蔗含糖量15%）的甘蔗糖廠為例，使用微生物抑制劑前由微生物引起的糖份損失為24噸/日。在甜菜糖廠，微生物活動是造成滲出過程未測糖份損失的主要原因，一般每加工百噸甜菜就要損失糖份100KG，如滅菌不好，則損失更高，部分糖廠有時高達400KG。微生物對制糖過程的影響如下：造成糖份損失，減少收回率。蔗汁含葡聚糖0.1%，相應生成的有機酸為0.07%，蔗糖損失0.4%.壓榨過程的糖份損失主要是蔗糖的轉(zhuǎn)化，包括酸敗及微生物分解其過程如下：C12H22O11(蔗糖)→C6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖）C6H12O6（葡萄糖）—（細菌或酵母）→2CH3CHOHCOOH（乳酸）C6H12O6（葡萄糖）→2CH3COOH（乙酸）+2CO2C6H12O6（葡萄糖）→CH3CHOHCOOH（乳酸）+C2H5OH+C23C6H12O6（果糖）→2C6H14O6+CH3CHOHCOOH（乳酸）+CH3COOH（乙酸）+CO轉(zhuǎn)化糖度變成色素，菌體本身消耗等nC12H22O11—（腸膜明串白念珠菌）→nC6H12O6（果糖）+(C6H10O6）n（葡聚糖）測定轉(zhuǎn)光度時轉(zhuǎn)光度偏高糖品中的總糖分為其蔗糖分與還原糖分的總量，蔗糖分是糖品中含蔗糖的重量百分數(shù)，還原糖分是糖品中還原性物質(zhì)（以轉(zhuǎn)化糖表示）的重量百分數(shù)。在生產(chǎn)過程中，會用一次旋光法測得轉(zhuǎn)光度，作為糖品中蔗糖重量百分數(shù)的近似值以監(jiān)測工藝。蔗糖的轉(zhuǎn)光度α＝690，葡聚糖的轉(zhuǎn)光度α＝+1990，比蔗糖高近三倍，即使有少量的葡聚糖存在，也會使測定轉(zhuǎn)光度偏高，出現(xiàn)假轉(zhuǎn)光度，蔗汁中有500ppm的葡聚糖存在，就會使轉(zhuǎn)光度提高0.155%，使糖廠的物料平衡計算混亂。同時也干擾糖錘度（蔗糖溶液中視固溶物的重量百分數(shù)），引起測量偏高。這些誤差的存在，會使糖廠的無形損失增大，收回降低。使糖液的粘度增加1%葡聚糖的存在會導致糖液粘度增加一倍，對高嘗試糖液的影響更大。葡聚糖對糖度的影響如右圖，試驗糖液650Bx。同時對沉淀過濾、煮糖、結晶、分蜜帶來不良影響，使煮糖時間增長、廢蜜的提凈率降低、助晶分蜜困難，糖漿含葡聚糖0.03%會使糖蜜純度上升1度，結果使煮煉收回降低。[數(shù)據(jù)圖片引自：霍漢鎮(zhèn)《現(xiàn)代制糖化學與工藝學》]影響結晶和成品糖的質(zhì)量葡聚糖及微生物導致色素會進入糖的結晶體，使蔗糖結晶體變成灰綠色，糖液中葡聚糖含量達0.04%~0.06%時，會使結晶體變長，影響糖的質(zhì)量，并使廢蜜純度升高，篩蜜純度降低，同時結晶不均勻會在離心分蜜時容易堵塞篩網(wǎng)使排蜜和洗滌不良。如下圖所示，左圖為正常白砂糖晶體，中圖、右圖為受葡聚糖、色素等非糖物質(zhì)污染后發(fā)生變形的晶體[圖片引自：霍漢鎮(zhèn)《現(xiàn)代制糖化學與工藝學》]。對蔗糖相關連工業(yè)的影響葡聚糖含量達到一定的極限值時，會對原糖廠、煉糖廠和飲料廠的各種工藝過程產(chǎn)生負面影響，原糖中80%的葡聚糖存在于晶體內(nèi)部，難以通過洗蜜去除，其危害包括使原糖晶體拉長、丙糖晶體拉長、丙膏純度增加、蔗汁轉(zhuǎn)光度偏高和蔗汁中蔗糖的損失；對煉糖廠和飲料廠，會導致原糖轉(zhuǎn)光度偏高、原糖晶體拉長、蜜洗糖濁度增加、精糖膏粘度增加、廢蜜純度增加、酒精飲料混濁等。微生物的控制微生物抑制劑可有效控制微生物的生長繁殖，消除由此帶來的危害，根據(jù)壓榨過程微生物的生長情況及糖份損失的機理，以盡早抑制細菌的生長為好。二甲基二硫代氨基甲酸鈉在80年代由輕工業(yè)部科技局下達了由天津輕工化學研究所、輕工部日用化學研究所、無錫輕工業(yè)學院、輕工部甘蔗糖業(yè)科學研究所（我所）共同承擔的項目《糖用消泡劑、脫色劑、殺菌劑的研制及應用》（編號86112），1991年通過鑒定（輕科鑒字91142號）；隨后成果轉(zhuǎn)化成壓榨微生物抑制劑，在制糖工藝中廣泛應用。二甲基二硫代氨基甲酸鈉在制糖企業(yè)的使用時間已接近20年，在新《食品安全法》實施后停止使用，停用之后至今仍無其它產(chǎn)品可替代，制糖企業(yè)受到微生物問題的嚴重困擾。如下圖，圖片于2011/12榨季攝于廣東翁源、紫金糖廠。食品添加劑的質(zhì)量規(guī)格要求、生產(chǎn)使用工藝和檢驗方法，食品中該添加劑的檢驗方法或者相關情況說明。食品添加劑的質(zhì)量規(guī)格要求（參考QB/T4091-2010）項目規(guī)定感觀指標外觀淺黃色水溶液氣味輕微刺激性氣味理化指標二甲基二硫代氨基甲酸鹽含量，%40±2.5游離胺+游離堿(以游離堿表示)，%≤1.5密度，g/cm31.10～1.20衛(wèi)生指標砷（以As計）mg/kg≤1重金屬（以Pb計）mg/kg≤10產(chǎn)品檢驗單見附錄6。制糖生產(chǎn)工藝：制糖工藝如圖所示，主要分壓榨、澄清、蒸發(fā)、煮糖、包裝五個部分，具體如下：蔗：原料甘蔗收割后送入制糖廠，經(jīng)過機械破碎后進入壓榨工序。壓榨：用壓榨、滲透等方法提取蔗汁，除去蔗渣，蔗汁（混合汁）進入澄清工序。澄清：用亞硫酸法、碳酸法等方法除去蔗汁中的雜質(zhì)，清凈蔗汁進入蒸發(fā)工序。蒸發(fā)：以多效壓力（或真空）熱力裝置濃縮蔗汁，形成高濃度糖漿進入煮工序。煮糖：糖漿在煮糖罐中傳熱、傳質(zhì)、結晶，再與母液分離，篩分出成品食糖。篩出的廢蜜收回使用。包裝（成品）：成品食糖干燥、包裝、存貯。使用工藝：二甲基二硫代氨基甲酸鈉按一定的比例（建議1:30）稀釋后按使用量的2/3加入到倒數(shù)第二座榨機的蔗汁盤，1/3的量加入到第一座榨機的蔗汁盤；用作壓榨機、蔗槽、榨機底部周圍及曲篩底部或周圍環(huán)境的消毒抑菌；用于糖廠循環(huán)用水的抑菌防臭等。下圖為甘蔗糖廠壓榨工段的復式滲透系統(tǒng)和二甲基二硫代氨基甲酸鈉添加處。壓榨復式滲透系統(tǒng)是在末座之前的蔗渣層中加入一定量的滲透水，并將第三座至末座壓榨機榨出的蔗汁（稀汁）分別依序加入到前一座壓榨機的蔗料中，亦即再前一座的排出蔗渣中，以此提高壓榨抽出（糖份提?。┞?，二甲基二硫代氨基甲酸鈉在此添加，進入蔗汁槽并隨復式滲透系統(tǒng)對整個壓榨過程作微生物控制。檢驗方法：檢驗標準：理化指標：參考QB/T4091-2010《制糖工業(yè)助劑殺菌劑（有機硫類）》衛(wèi)生指標：GB/T5009.76，GB/T5009.74說明：QB/T4091-2010為制糖工業(yè)助劑的行業(yè)標準，為2007年本單位承擔的國家發(fā)改委項目，詳情見該標準的《編制說明》（附錄2）。“游離胺+游離堿”由原標準的“1.0±0.5”，后經(jīng)試驗證明優(yōu)化反應條件可得到更好產(chǎn)品質(zhì)量，使該指標值降低，修改為“≤1.5”。增加砷、重金屬指標。質(zhì)量規(guī)格要求項目規(guī)定感官指標外觀淺黃色水溶液氣味輕微刺激性氣味理化指標二甲基二硫代氨基甲酸鹽含量，%±40游離胺+游離堿(以游離堿表示)，%≤1.5密度，g/cm31.10～1.20衛(wèi)生指標砷（以As計）mg/kg≤1重金屬（以Pb計）mg/kg≤10檢驗方法1.二硫代氨基甲酸鹽含量測定1.1原理二硫代氨基甲酸鹽與碘反應生成二硫代秋藍姆，碘被還原為碘離子，可用淀粉指示劑指示。1.2試劑0.1mol/L碘-碘化鉀溶液（GB/T601，4.9）0.05mol/L乙酸溶液(GB/T603，4.11.3操作方法準確稱取試樣0.5g，精確至0.001g，溶于盛有150ml蒸餾水的三角瓶中，加入1～2滴酚酞溶液指示劑，用0.05mol/L乙酸溶液滴定至紅色消失，記錄乙酸溶液消耗量V1（用