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摘 要：该文主要介绍了甘蔗全株包括甘蔗叶、甘蔗蜡、蔗稍、甘蔗径、甘蔗渣等以及蔗糖链的衍生产品等应用开发路线过程中获得的主要产品。
关键词：甘蔗；全株开发；应用路线
中图分类号 S63 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）04-0078-03
1 前言
甘蔗（学名：Saccharum officinarum）为甘蔗属多年生高大实心草本植物[1]。甘蔗产業是广西国民经济支柱产业，2016年种植面积约80万hm2，甘蔗单产约75～120t/hm2，甘蔗叶单产约9～10.5t/hm2。甘蔗的全株各部分营养丰富，如果各部分都能得到充分的开发应用，其所产生的经济价值比白砂糖价值高的多。传统的生产线路是甘蔗用于榨糖制白砂糖，蔗渣用于造纸，糖蜜用于酿造酒精，蔗叶、蔗稍等在田地里燃烧当作草木灰肥。甘蔗传统工艺路线生产出来的产品主要是白砂糖、普通纸、酒精等，传统工艺线的最大弊端是环境污染大、产率低等，而随着社会、科技的发展，科学家对蔗糖的深入研究，证实摄入过多蔗糖会对人体健康造成不利影响，在西方很多国家都拟定了相关立法来控制蔗糖的应用，如类似烟草包装盒上警示提示，特别高糖食品包装上印上“高糖不利健康”等。同时，科学家们也研究了甘蔗全株应用各种技术路线的可行性及每条件线路终端产品、产品功能特性、应用方法等。随着国家推行生态农业，农业产品综合开发等政策推动下，各科研机构、企业加大了对甘蔗全株应用的开发投入，取得了很好的效果，重新为推动甘蔗产业的发展注入了新驱动力。
2 甘蔗全株开发应用技术线路
2.1 蔗叶利用路线 蔗叶利用路线如下：
按每1hm2产蔗叶9～10.5t，80万hm2可产蔗叶720万～840万t，每头牛犊养到出栏约需要2.5～3.3t草料，可以推算出供养254万～288万头牛，每头可以销售得到1.5万～2万元，单从蔗叶计就可以产值约380亿～570亿元，可见蔗叶的产生的经济效益非常可观。由于甘蔗叶季节性经济作物，集中在每年11月至次年4月采收，故蔗叶保鲜对用于黄牛饲料非常关键。目前主要通过青贮、微贮保鲜技术来保留蔗叶蔗稍用于黄牛饲料可喂养性、营养性。
2.2 蔗皮上附着物利用路线 其利用路线如下：
这条开发路线主要是从甘蔗皮上附着的蜡物，通过热水处理甘蔗径，使蔗蜡溶到水中，然后分离出蔗蜡，再从蔗蜡中提取出各种成分，如天然二十八烷醇（octacosanol，n-octacosanol）。二十八烷醇具有提高人体精力、提高应激能力、提高代谢活力、提高氧利用率等功效[2]。
2.3 蔗稍开发路线 其开发路线如下：
蔗稍是甘蔗采收所切除的甘蔗顶部嫩径带叶蔗，可以通过压榨获得蔗稍汁，蔗稍汁进一步过滤、净化处理，浓缩得到风味蔗汁饮料。蔗稍渣用于黄牛、羊饲料获得菜牛羊肉，粪物用于培养食用菌基料，采收食用菌后的菌渣料生物发酵后得到生物肥料，生物肥料是良好的甘蔗、果蔬、水稻等有机肥。这条开发线路形成一个很好的循环生态链，典型变废为宝的开发路线，值得深入研究开发及推广应用。
2.4 蔗秆开发路线 其开发路线如下：
此条开发路线具有传统工艺与现代科技相结合的特点，在传统工艺的基础上延伸了新工艺，研制出新的产品，有的新产品功能性非常优越，具有巨大的市场容量，如低聚果糖、异麦芽酮糖。此开发线路除了开发传统产品如白砂糖、纸浆等之外，还衍生出更多的新产品。
2.4.1 精制白砂糖 生产出的精制白糖所有技术有所不同，通过一步法获得精制白砂糖是近年才研制的技术，通过离子交换纤维处理蔗汁，浓缩、结晶得到精制白砂糖，比传统工艺简化了流程、降低能耗，提高了生产效率。
2.4.2 低聚果糖 此路线开发出的新品为低聚果糖。低聚果糖（Fructooligosaccharides，FOS）是指在蔗糖（GF）的果糖残基C1位置上用β-糖苷键结合1～3个分子果糖所构成的低聚糖[3]，主要包括1-蔗果三糖[kestose（GF2）]，蔗果四糖[nystose（GF3）]，蔗果五糖[1-F-β-frutofuranosyl nystose （GF4）]。具有益生元和水溶性膳食纤维的功能特性且功能成分清晰、生理功能明显，是功能性低聚中应用最广泛的品种之一。其生产方法主要是在蔗汁浓缩至固形物含量45%～55%时，温度35～50℃添加果糖基转移酶，转化反应10～30h得到低聚果糖含量55%左右的，经过滤浓缩得到符合GB23528低聚果糖国家标准的55型糖浆。
2.4.3 异麦芽酮糖 异麦芽酮糖（α-D-吡喃葡糖基-1，6-D-果糖，Isomaltulose），又称帕拉金糖（palatinose），是由蔗糖异构酶（EC.5.4.99.11）催化蔗糖转化形成的，蔗糖分子中的α-1，2-糖苷键在酶活性中心内被水解并转位后，葡萄糖单体再与果糖单体形成α-1，6-或α-1，1-糖苷键，转化生成2种蔗糖异构体[4]。其生产方法是利用酵母或杆菌产生的蔗糖异构酶作用于45%～60%蔗糖溶液转化、过滤、结晶获得。
2.4.4 右旋糖酐 右旋糖酐（dextran），又称葡聚糖，是若干葡萄糖脱水形成的聚合物，主要由葡萄糖a（1，6）苷键连接而成，同时还杂有β（1，3）和β（1，4）苷键连接形成的分支结构[5]。因其具有安全、无毒、生物相容性好等多种优点，已被广泛应用于医药、食品、色谱分析等多个领域，目前公认的优良血浆代用品之一是分子量70 000左右的右旋糖酐。 2.4.5 植物蛋白 甘蔗中含有丰富的植物蛋白、矿物质、氨基酸等，从甘蔗汁中提取出的天然植物蛋白，具有较高的营养保健价值。目前主要通过膜过滤技术从甘蔗汁中获得优质的植物蛋白。
2.4.6 焦糖色素 蔗汁结晶后的沉淀物通常被称糖蜜，也称桔水，可用发酵制备酒精、提取氨基酸等，也用于生产焦糖色素。焦糖色素又称酱色，是以糖蜜为为主要原材料，采用特殊的配方及工艺技术加工制成的天然焦糖色素[6]。该色素具有着色力强、水溶性好、性质稳定、安全无毒等特点，是目前常用的一种食用色素。以糖蜜为原料生产焦糖色素主要有以下2种工艺路线：一是高温使糖进行焦糖化反应，二是使糖与胺类化合物进行美拉德反应生产焦糖色素。
2.4.7 植物多酚 植物多酚（Plant polyphenol）是植物体内具有多元酚结构的次生代谢物，在植物中含量较高，是一种具有独特生物活性的天然产物[7]。植物多酚分子结构中具有多个反应活性基团和部位（酚羟基、醇羟基、羧基、糖苷键、吡喃环中的醚键等），使其能够发生多种化学反应，其中多酚分子中多个酚羟基可以作为H供体，能参与氧化还原反应，具有较强的清除氧自由基、抑制氧化酶的能力。提取方法是甘蔗渣粉碎加入浓度为65%～70%乙醇，渣料与乙醇液比1∶20～25，并利用微波辅助提取，提取液冷却后，收集上清液经旋转蒸发仪浓缩，制得甘蔗多酚浓缩液。
2.4.8 低聚木糖 低聚木糖（Xylooligosaccharide，XOS），又称木寡糖，它是由2～7个木糖以β-1，4糖苷键连接起来形成的直键或分支键低聚合度糖的总称，分子量约为300～2 000Da，其中以木二糖（Xylobiose）和木三糖（Xylotriose）为主[8]。其和低聚果糖一样具有益生元、水溶性膳食纤维功能理功能，热稳定性及酸稳定性比低聚果糖优越。蔗渣通过酸处理木聚糖，然后利用木聚糖酶水解木聚糖得到木二糖、木三糖等，然后分离、精制得到以木二糖和木三糖为主要成分的低聚木糖。
2.4.9 木糖和L-阿拉伯糖 蔗渣主要成分是纤维素、戊糖缩合物、木质素等，通过低浓度酸如释盐酸、稀硫酸等，将其水解后过滤、分离、结晶、精制得到木糖、L-阿拉伯糖等产品[9]。
2.4.10 生物燃料 提取木聚糖、木糖、L-阿拉伯糖后的废料，经过半纤维素酶、纤维素酶、木质素酶分解后成单糖再经过酒精酵母发酵，分离获得生物燃料乙醇；废渣进一步发酵得到生物酵素肥料。
3 展望
甘蔗全株开发应用是实现生态循环农业关键技术，把甘蔗全株的各部分价值充分发掘并得到推广应用，才能走出近年来甘蔗产业低迷局面，重新引起蔗农种植的积极性，促进甘蔗产业走上健康绿色发展之路。另外，甘蔗全株的应用开发除了本文提到一部产品外，还有众多有待开发产品，如甘蔗渣开发高吸附性活性炭、糠酫、生物降解高分子聚合物等都具有较好开发前景。
参考文献
[1]侯小涛.甘蔗叶化学成分及药效学研究[D].南宁：广西医科大学，2014.
[2]侯宗福，邓丹雯，张彬，等.以蔗蠟为原料制备及纯化二十八烷醇[J].食品与发酵工业，2007，33（2）：82-84.
[3]蓝伯广，米运宏，李铭等.工业化制备高纯度低聚果糖技术概述[J].轻工科技，2014（9）：8-10.
[4]唐文竹，陈放，李宪臻.蔗糖异构酶催化生产异麦芽酮糖研究进展[J].微生物学通报，2012，39（9）：1314-1322.
[5]常国炜，梁达奉，张九花，等.发酵耦合酶解高效制备右旋糖酐工艺研究[J].广西科学，2014（6）：619-623.
[6]农立忠，谭文兴，邓广华，等.用精炼糖糖蜜制备高色率和高红色素指数焦糖色素的工艺研究[J].甘蔗糖业，2013（5）：13-19.
[7]赵毅.甘蔗多酚分离鉴定及及生物活性研究[D].广州：华南理工大学，2015.
[8]何亮亮.复合酶解蔗渣木聚糖制备低聚木糖的研究[D].南宁：广西大学，2012.
[9]陈军，王元春.蔗髓制备木糖、L-阿拉伯糖的工艺[J].食品科技，2011，36（21）：237-240.
关键词：甘蔗；全株开发；应用路线
中图分类号 S63 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）04-0078-03
1 前言
甘蔗（学名：Saccharum officinarum）为甘蔗属多年生高大实心草本植物[1]。甘蔗产業是广西国民经济支柱产业，2016年种植面积约80万hm2，甘蔗单产约75～120t/hm2，甘蔗叶单产约9～10.5t/hm2。甘蔗的全株各部分营养丰富，如果各部分都能得到充分的开发应用，其所产生的经济价值比白砂糖价值高的多。传统的生产线路是甘蔗用于榨糖制白砂糖，蔗渣用于造纸，糖蜜用于酿造酒精，蔗叶、蔗稍等在田地里燃烧当作草木灰肥。甘蔗传统工艺路线生产出来的产品主要是白砂糖、普通纸、酒精等，传统工艺线的最大弊端是环境污染大、产率低等，而随着社会、科技的发展，科学家对蔗糖的深入研究，证实摄入过多蔗糖会对人体健康造成不利影响，在西方很多国家都拟定了相关立法来控制蔗糖的应用，如类似烟草包装盒上警示提示，特别高糖食品包装上印上“高糖不利健康”等。同时，科学家们也研究了甘蔗全株应用各种技术路线的可行性及每条件线路终端产品、产品功能特性、应用方法等。随着国家推行生态农业，农业产品综合开发等政策推动下，各科研机构、企业加大了对甘蔗全株应用的开发投入，取得了很好的效果，重新为推动甘蔗产业的发展注入了新驱动力。
2 甘蔗全株开发应用技术线路
2.1 蔗叶利用路线 蔗叶利用路线如下：
按每1hm2产蔗叶9～10.5t，80万hm2可产蔗叶720万～840万t，每头牛犊养到出栏约需要2.5～3.3t草料，可以推算出供养254万～288万头牛，每头可以销售得到1.5万～2万元，单从蔗叶计就可以产值约380亿～570亿元，可见蔗叶的产生的经济效益非常可观。由于甘蔗叶季节性经济作物，集中在每年11月至次年4月采收，故蔗叶保鲜对用于黄牛饲料非常关键。目前主要通过青贮、微贮保鲜技术来保留蔗叶蔗稍用于黄牛饲料可喂养性、营养性。
2.2 蔗皮上附着物利用路线 其利用路线如下：
这条开发路线主要是从甘蔗皮上附着的蜡物，通过热水处理甘蔗径，使蔗蜡溶到水中，然后分离出蔗蜡，再从蔗蜡中提取出各种成分，如天然二十八烷醇（octacosanol，n-octacosanol）。二十八烷醇具有提高人体精力、提高应激能力、提高代谢活力、提高氧利用率等功效[2]。
2.3 蔗稍开发路线 其开发路线如下：
蔗稍是甘蔗采收所切除的甘蔗顶部嫩径带叶蔗，可以通过压榨获得蔗稍汁，蔗稍汁进一步过滤、净化处理，浓缩得到风味蔗汁饮料。蔗稍渣用于黄牛、羊饲料获得菜牛羊肉，粪物用于培养食用菌基料，采收食用菌后的菌渣料生物发酵后得到生物肥料，生物肥料是良好的甘蔗、果蔬、水稻等有机肥。这条开发线路形成一个很好的循环生态链，典型变废为宝的开发路线，值得深入研究开发及推广应用。
2.4 蔗秆开发路线 其开发路线如下：
此条开发路线具有传统工艺与现代科技相结合的特点，在传统工艺的基础上延伸了新工艺，研制出新的产品，有的新产品功能性非常优越，具有巨大的市场容量，如低聚果糖、异麦芽酮糖。此开发线路除了开发传统产品如白砂糖、纸浆等之外，还衍生出更多的新产品。
2.4.1 精制白砂糖 生产出的精制白糖所有技术有所不同，通过一步法获得精制白砂糖是近年才研制的技术，通过离子交换纤维处理蔗汁，浓缩、结晶得到精制白砂糖，比传统工艺简化了流程、降低能耗，提高了生产效率。
2.4.2 低聚果糖 此路线开发出的新品为低聚果糖。低聚果糖（Fructooligosaccharides，FOS）是指在蔗糖（GF）的果糖残基C1位置上用β-糖苷键结合1～3个分子果糖所构成的低聚糖[3]，主要包括1-蔗果三糖[kestose（GF2）]，蔗果四糖[nystose（GF3）]，蔗果五糖[1-F-β-frutofuranosyl nystose （GF4）]。具有益生元和水溶性膳食纤维的功能特性且功能成分清晰、生理功能明显，是功能性低聚中应用最广泛的品种之一。其生产方法主要是在蔗汁浓缩至固形物含量45%～55%时，温度35～50℃添加果糖基转移酶，转化反应10～30h得到低聚果糖含量55%左右的，经过滤浓缩得到符合GB23528低聚果糖国家标准的55型糖浆。
2.4.3 异麦芽酮糖 异麦芽酮糖（α-D-吡喃葡糖基-1，6-D-果糖，Isomaltulose），又称帕拉金糖（palatinose），是由蔗糖异构酶（EC.5.4.99.11）催化蔗糖转化形成的，蔗糖分子中的α-1，2-糖苷键在酶活性中心内被水解并转位后，葡萄糖单体再与果糖单体形成α-1，6-或α-1，1-糖苷键，转化生成2种蔗糖异构体[4]。其生产方法是利用酵母或杆菌产生的蔗糖异构酶作用于45%～60%蔗糖溶液转化、过滤、结晶获得。
2.4.4 右旋糖酐 右旋糖酐（dextran），又称葡聚糖，是若干葡萄糖脱水形成的聚合物，主要由葡萄糖a（1，6）苷键连接而成，同时还杂有β（1，3）和β（1，4）苷键连接形成的分支结构[5]。因其具有安全、无毒、生物相容性好等多种优点，已被广泛应用于医药、食品、色谱分析等多个领域，目前公认的优良血浆代用品之一是分子量70 000左右的右旋糖酐。 2.4.5 植物蛋白 甘蔗中含有丰富的植物蛋白、矿物质、氨基酸等，从甘蔗汁中提取出的天然植物蛋白，具有较高的营养保健价值。目前主要通过膜过滤技术从甘蔗汁中获得优质的植物蛋白。
2.4.6 焦糖色素 蔗汁结晶后的沉淀物通常被称糖蜜，也称桔水，可用发酵制备酒精、提取氨基酸等，也用于生产焦糖色素。焦糖色素又称酱色，是以糖蜜为为主要原材料，采用特殊的配方及工艺技术加工制成的天然焦糖色素[6]。该色素具有着色力强、水溶性好、性质稳定、安全无毒等特点，是目前常用的一种食用色素。以糖蜜为原料生产焦糖色素主要有以下2种工艺路线：一是高温使糖进行焦糖化反应，二是使糖与胺类化合物进行美拉德反应生产焦糖色素。
2.4.7 植物多酚 植物多酚（Plant polyphenol）是植物体内具有多元酚结构的次生代谢物，在植物中含量较高，是一种具有独特生物活性的天然产物[7]。植物多酚分子结构中具有多个反应活性基团和部位（酚羟基、醇羟基、羧基、糖苷键、吡喃环中的醚键等），使其能够发生多种化学反应，其中多酚分子中多个酚羟基可以作为H供体，能参与氧化还原反应，具有较强的清除氧自由基、抑制氧化酶的能力。提取方法是甘蔗渣粉碎加入浓度为65%～70%乙醇，渣料与乙醇液比1∶20～25，并利用微波辅助提取，提取液冷却后，收集上清液经旋转蒸发仪浓缩，制得甘蔗多酚浓缩液。
2.4.8 低聚木糖 低聚木糖（Xylooligosaccharide，XOS），又称木寡糖，它是由2～7个木糖以β-1，4糖苷键连接起来形成的直键或分支键低聚合度糖的总称，分子量约为300～2 000Da，其中以木二糖（Xylobiose）和木三糖（Xylotriose）为主[8]。其和低聚果糖一样具有益生元、水溶性膳食纤维功能理功能，热稳定性及酸稳定性比低聚果糖优越。蔗渣通过酸处理木聚糖，然后利用木聚糖酶水解木聚糖得到木二糖、木三糖等，然后分离、精制得到以木二糖和木三糖为主要成分的低聚木糖。
2.4.9 木糖和L-阿拉伯糖 蔗渣主要成分是纤维素、戊糖缩合物、木质素等，通过低浓度酸如释盐酸、稀硫酸等，将其水解后过滤、分离、结晶、精制得到木糖、L-阿拉伯糖等产品[9]。
2.4.10 生物燃料 提取木聚糖、木糖、L-阿拉伯糖后的废料，经过半纤维素酶、纤维素酶、木质素酶分解后成单糖再经过酒精酵母发酵，分离获得生物燃料乙醇；废渣进一步发酵得到生物酵素肥料。
3 展望
甘蔗全株开发应用是实现生态循环农业关键技术，把甘蔗全株的各部分价值充分发掘并得到推广应用，才能走出近年来甘蔗产业低迷局面，重新引起蔗农种植的积极性，促进甘蔗产业走上健康绿色发展之路。另外，甘蔗全株的应用开发除了本文提到一部产品外，还有众多有待开发产品，如甘蔗渣开发高吸附性活性炭、糠酫、生物降解高分子聚合物等都具有较好开发前景。
参考文献
[1]侯小涛.甘蔗叶化学成分及药效学研究[D].南宁：广西医科大学，2014.
[2]侯宗福，邓丹雯，张彬，等.以蔗蠟为原料制备及纯化二十八烷醇[J].食品与发酵工业，2007，33（2）：82-84.
[3]蓝伯广，米运宏，李铭等.工业化制备高纯度低聚果糖技术概述[J].轻工科技，2014（9）：8-10.
[4]唐文竹，陈放，李宪臻.蔗糖异构酶催化生产异麦芽酮糖研究进展[J].微生物学通报，2012，39（9）：1314-1322.
[5]常国炜，梁达奉，张九花，等.发酵耦合酶解高效制备右旋糖酐工艺研究[J].广西科学，2014（6）：619-623.
[6]农立忠，谭文兴，邓广华，等.用精炼糖糖蜜制备高色率和高红色素指数焦糖色素的工艺研究[J].甘蔗糖业，2013（5）：13-19.
[7]赵毅.甘蔗多酚分离鉴定及及生物活性研究[D].广州：华南理工大学，2015.
[8]何亮亮.复合酶解蔗渣木聚糖制备低聚木糖的研究[D].南宁：广西大学，2012.
[9]陈军，王元春.蔗髓制备木糖、L-阿拉伯糖的工艺[J].食品科技，2011，36（21）：237-240.