朱思明，于淑娟，楊連生，張鷹
(華南理工大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

　　摘要：糖蜜酒精廢液光密度的測(cè)定沒有統(tǒng)一的方法，通過正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)，對(duì)糖蜜酒精廢液的光密度(OD)值的測(cè)定條件進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在波長為400nm和自然pH值的測(cè)定條件下，OD值最大，稀釋度為20倍時(shí)光密度值落在最佳讀數(shù)范圍內(nèi)。
　　關(guān)鍵詞：糖蜜酒精廢波；光密度值；波長；pH值；稀釋度；色度測(cè)定
　　中圖分類號(hào)：X797　　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　 文章編號(hào)：1009—2455(2004)04—0052—03

Determination of Measuring Conditions for OD Values of Spent of Spent Liquor from Production of Alcohol Using Molasses
ZHU Si-ming，YU Shu-juan，YANG Lian-sheng，ZHANG Ying
(College of Food & Biological Engineering,South China Univ．of Tech.,Guangzhou，510640，China)

　　Abstract：No unified method is available for determination of the values of optical density of the spend 1iquor from the production of alcohol using molasses．Conditions for determining the optical density (OD) of the spent liquor from the production of alcohol using molasses were studied through orthogonal test and unifactor test.The results showed that the OD value was the highest under the measuring conditions of 400nm and natural pH values and fell inside the range of optimum readings when the dilution ratio was 20 times．
　　Key words：spent liquor from alcohol production using molasses；OD value；wavelength；pH value；dilution ratio；determination of colority

　　糖蜜酒精廢液是以糖蜜為原料，經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)酒精的過程中，從蒸餾塔底部排出顏色深、污染大的酸性有機(jī)廢水。國內(nèi)外研究人員在其處理和回用方面作了大量的工作，包括利用物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等。但人們?cè)谟梅止夤舛确y(cè)定糖蜜酒精廢液的光密度值(OD值，即光吸收值，可用于表征色度的相對(duì)大小，但不是色度)時(shí)有不一致的三種觀點(diǎn)：在波長650nm^[1-4]，455nm^[5]和475nm處測(cè)定^[6-7]。又有報(bào)道，糖蜜酒精廢液中應(yīng)該包括酚類色素、焦糖色素和美拉德色素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20％，67.7％和12.3％，重均相對(duì)分子質(zhì)量分別為987，439和2189Da(即道爾頓)三種色素的吸收峰值都在300nm以下^[8]。而ICUMSA(國際糖品統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化分析委員會(huì))的觀點(diǎn)，糖晶中有色物質(zhì)是各種化合物的復(fù)雜混合，作為一個(gè)整體，在可見光區(qū)有最大吸收值，測(cè)定糖蜜和白砂甥色值使用560nm和420nm較合適^[9]。為明確源自制糖過程而非糖品、色素組成不單一而又天然混)(一體的整體——糖蜜酒精廢液OD值的測(cè)定條件本文采用正交實(shí)驗(yàn)和單因素試驗(yàn)確定了糖蜜酒精磨液OD值的測(cè)定波長、pH值和稀釋度對(duì)OD值測(cè)定的影響，為脫色率的測(cè)定打下基礎(chǔ)。

1 材料和方法

　　糖蜜酒精廢液由廣西貴港糖廠提供。
　　用分光光度法測(cè)定OD值。儀器為752C—型紫外可見分光光度計(jì)。
　　試驗(yàn)采用正交拉丁方法，使用L₉3⁴正交表因素有：波長，其水平分別是455^[5]，560^[9]和650nm^[1]；pH值，其水平分別是自然pH值(4.2)，中性和堿性(10.0)；稀釋度，其水平分別是10倍，20倍和25倍^[2](見表1)。

表1 因素水平編碼

影響因素 代號(hào) 因素水平編碼 1 2 3 波長/nm A 455 560 650 pH值 B 自然（4.2） 7.0 10.0 稀釋倍數(shù)/倍 C 10 20 25

　　由正交試驗(yàn)的結(jié)果，通過單因素試驗(yàn)，確定OD值的測(cè)定波長。

2 結(jié)果和討論

2.1 正交試驗(yàn)的極差分析
　　按照表2制備出9個(gè)稀釋樣后，用分光光度計(jì)測(cè)定其OD值，重復(fù)試驗(yàn)3次，結(jié)果見表2。由極差分析可知，吸收波長對(duì)OD值的影響最大，稀釋度的影響次之，而pH值的影響最小，空白列的極差較小，說明因素間交互作用可以忽略。因此，直觀分析得出，測(cè)定糖蜜酒精廢液OD值的最佳條件是A₁B₁C₁₍波長為455nm，自然pH值，稀釋10倍)。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(L₉3⁴)

試驗(yàn)編號(hào) 參試因子 試驗(yàn)結(jié)果 A B C 空列 Y₁ Y₂ Y₃ 合計(jì) 1 1 1 1 1 2.54 2.44 2.48 7.460 2 2 1 2 2 0.331 0.330 0.329 0.990 3 3 1 3 3 0.097 0.096 0.097 0.290 4 1 2 2 3 1.758 1.724 1.659 5.141 5 2 2 3 1 0.341 0.327 0.342 1.010 6 3 2 1 2 0.287 0.297 0.293 0.873 7 1 3 3 2 1.435 1.421 1.432 4.288 8 2 3 1 3 0.783 0.767 0.782 2.332 9 3 3 2 1 0.126 0.128 0.128 0.382 Ⅰ 16.889 8.740 10.665 8.852 　 　 　 　 Ⅱ 4.332 7.024 6.513 6.151 　 　 　 　 Ⅲ 1.545 7.002 5.588 7.763 　 　 　 　 極差 15.344 1.738 5.077 2.701 　 　 　 　

2.2 正交試驗(yàn)的方差分析
　　對(duì)正交試驗(yàn)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3：

表3　　 方差分析

方差來源 平方和 自由度 平均平方 F值 A 10.677 2 5.3385 23.24 B 0.221 2 0.1105 0.48 C 1.624 2 0.8120 3.54 誤差 4.594 20 0.2297 　

　　查F分布的百分?jǐn)?shù)表得：F_0.05(2，20)=3.49，F(xiàn)_0.01(2，20)=5.85。比較F值可知，吸收波長對(duì)OD值的影響是非常顯著的，稀釋度的影響是顯著的，而pH值的影響是不顯著的，即A>C>B。
　　糖蜜酒精廢液中主要含有三種色素：酚類色素、焦糖色素和美拉德色素。重均相對(duì)分子質(zhì)量分別是987，439和2189 Da(道爾頓)，含量分別是20％，67.6％和12.3％，吸收峰值都在300nm以下^[8]。而色素的最大吸收波長是由色素本身的性質(zhì)決定的，由方差分析和極差分析知道，糖蜜酒精廢液中這三種混合色素的最大OD值應(yīng)該是在低波段的可見光條件下獲取，并不是報(bào)道過的650nm，這點(diǎn)也由下面的單因素試驗(yàn)證實(shí)。
　　pH值對(duì)OD值的影響，一般認(rèn)為是：酚類、黃酮類色素及相對(duì)分子質(zhì)量低的糖分解產(chǎn)物色素等對(duì)pH值變化極敏感，焦糖、類黑精等色素等對(duì)pH值變化不大敏感；pH=4—10時(shí)該廢液具有較深的顏色，隨pH值變化不大，pH<4或pH>11時(shí)其顏色則有一定減退，過酸或過堿都會(huì)導(dǎo)致色素的解離；pH<3時(shí)，等電點(diǎn)沉降也是OD值下降的原因之一，表現(xiàn)在pH<3后逐漸出現(xiàn)絮狀沉淀物；顏色隨pH值變化是可逆的，pH值變化，顏色變化，pH值復(fù)原，顏色復(fù)原^[1]。本試驗(yàn)也證實(shí)，pH=4—10時(shí)OD值變化不大，但以自然pH值水平下OD值最大。
　　至于稀釋度對(duì)OD值的影響，可以用朗白-比爾定律來解釋。Lamber定律表明透射光的強(qiáng)度I_e隨著比色皿的厚度增大而減弱，Bill定律表明I_e隨著質(zhì)量濃度C的增大而增大。
　　將朗白-比爾定律結(jié)合起來就得到吸光度公式為：
　　　　 A_s=a_s×bC　　　　　　　　 (1)
　　式中：a_s——溶液的吸光系數(shù)；
　　　　　b——比色血厚度，cm；
　　　　　C——溶液的質(zhì)量濃度，g/L。
　　由公式(1)知稀釋度越小，OD值(用吸光度表征)越大，這點(diǎn)也由試驗(yàn)得到證明。但公式(1)也說明，稀釋度的確定準(zhǔn)則不是OD值最大，而是：測(cè)定值和濃度之間有很好的線性關(guān)系；OD值應(yīng)處在區(qū)間0-3的20％-80％讀數(shù)范圍內(nèi)。因此，是改變稀釋度而不是吸收波長，使得0D值在這一范圍之內(nèi)，本文選擇20倍的稀釋度做下面的單因素試驗(yàn)。
2.3 OD值測(cè)定波長的確定
　　把稀釋20倍的糖蜜酒精廢液(自然pH值)樣品用752C-型紫外可見分光光度計(jì)在不同吸收波長下人工掃描，結(jié)果見圖1：

　　結(jié)果說明，該酒精廢液的最大吸收波長為400nm(OD值為2.63)。既然三種色素的最大吸收波長都處于300nm以下^[8]，為什么這三種色素的混合體——糖蜜酒精廢液的最大吸收波長為400nm?筆者認(rèn)為原因可能是：糖蜜酒精廢液中存在可溶性雜質(zhì)；這三種色素混合后之間存在某種交互作用。

3 結(jié)論

　　①糖蜜酒精廢液的最佳測(cè)定條件是波長為400nm，自然pH值，稀釋20倍；作為影響0D值大小的因素，波長高度顯著，稀釋倍數(shù)顯著，而pH值無明顯影響(在4-10的范圍內(nèi))。
　　②三種色素的天然混合體——糖蜜酒精廢液可以作為一個(gè)整體進(jìn)行0D值分析，并且這三種色素間可能存在某種交互作用；為了使得OD值讀數(shù)處在區(qū)間0-3的20％-80％的范圍內(nèi)，應(yīng)該變的是廢液的稀釋度，而不是測(cè)定波長。
　　③這三種色素混合后存在的交互作用有待一步研究。

參考文獻(xiàn)：
[1] 吳振強(qiáng)，梁世忠．甘蔗糖蜜酒精廢液色素特性及脫除的研究[J]．環(huán)境污染與防治，1997，19(1)：5—10．
[2] 李有志，馮家勛，武波，等．可降解糖蜜酒精廢液黑褐色素細(xì)菌菌株的篩選及其降解色素效率的測(cè)定(初報(bào))[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，1999，18(4)：281—286．
[3] 馮冰凌，黃世釗，董毅宏，等．糖蜜酒精廢液的脫色[J].工業(yè)水處理，2002，22(3)：38—40．
[4] 扈勝祿，孫偉，張生炎，等．糖蜜酒精廢液中色素提取工藝的研究[J]．礦產(chǎn)與地質(zhì)，2003，17(1)：71—74．
[5] Lalov I G，Guerpnov I I，Krysteva M A，et a1．Treatment of waste waster from distilleries witosan [J]．Wat Res，2000, 34(5)：1503—1506．
[6] Kumar V，Wati L，Nigam P，et al．Decolorization and biodegradation of anaerobically digested sugarcane molasses spent wash effluent from biomethanation plants by white—rot fungi[J]．Process Biochemistry，1998，33(1)：83—88．
[7] Patil P U，Kapadnis B P，Dhamankar V S．Decolorisation of synthetic melanoidin and biogas effluent of Aspergllus niger UN2[J]. International sugar journal，2003，105(1)：8—13．
[8] 吳振強(qiáng)，梁世忠．糖蜜酒精蒸餾廢液色素研究[J]環(huán)境污染與防治，2002，24(1)：14—18.
[9] 陳其斌，周重吉．甘蔗制糖手冊(cè)[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，1993．

---

作者簡介：朱思明(1976—)，男，湖北荊州人，博士生，主要從事糖蜜酒精廢液的資源化利用研究，電話(020)87113668，rachy5108@sina.com。