糖蜜酒精废液OD值测定条件的确定

朱思明，于淑娟，杨连生，张鹰
(华南理工大学 食品与生物工程学院，广东 广州 510640）

　　摘要：糖蜜酒精废液光密度的测定没有统一的方法，通过正交试验和单因素试验，对糖蜜酒精废液的光密度(OD)值的测定条件进行了研究。结果表明：在波长为400nm和自然pH值的测定条件下，OD值最大，稀释度为20倍时光密度值落在最佳读数范围内。
　　关键词：糖蜜酒精废波；光密度值；波长；pH值；稀释度；色度测定
　　中图分类号：X797　　 文献标识码：A　　 文章编号：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

　　糖蜜酒精废液是以糖蜜为原料，经发酵生产酒精的过程中，从蒸馏塔底部排出颜色深、污染大的酸性有机废水。国内外研究人员在其处理和回用方面作了大量的工作，包括利用物理法、化学法、物理化学法和生物法等。但人们在用分光光度法测定糖蜜酒精废液的光密度值(OD值，即光吸收值，可用于表征色度的相对大小，但不是色度)时有不一致的三种观点：在波长650nm^[1-4]，455nm^[5]和475nm处测定^[6-7]。又有报道，糖蜜酒精废液中应该包括酚类色素、焦糖色素和美拉德色素，其质量分数分别为20％，67.7％和12.3％，重均相对分子质量分别为987，439和2189Da(即道尔顿)三种色素的吸收峰值都在300nm以下^[8]。而ICUMSA(国际糖品统一标准化分析委员会)的观点，糖晶中有色物质是各种化合物的复杂混合，作为一个整体，在可见光区有最大吸收值，测定糖蜜和白砂甥色值使用560nm和420nm较合适^[9]。为明确源自制糖过程而非糖品、色素组成不单一而又天然混)(一体的整体——糖蜜酒精废液OD值的测定条件本文采用正交实验和单因素试验确定了糖蜜酒精磨液OD值的测定波长、pH值和稀释度对OD值测定的影响，为脱色率的测定打下基础。

1 材料和方法

　　糖蜜酒精废液由广西贵港糖厂提供。
　　用分光光度法测定OD值。仪器为752C—型紫外可见分光光度计。
　　试验采用正交拉丁方法，使用L₉3⁴正交表因素有：波长，其水平分别是455^[5]，560^[9]和650nm^[1]；pH值，其水平分别是自然pH值(4.2)，中性和碱性(10.0)；稀释度，其水平分别是10倍，20倍和25倍^[2](见表1)。

表1 因素水平编码

影响因素 代号 因素水平编码 1 2 3 波长/nm A 455 560 650 pH值 B 自然（4.2） 7.0 10.0 稀释倍数/倍 C 10 20 25

　　由正交试验的结果，通过单因素试验，确定OD值的测定波长。

2 结果和讨论

2.1 正交试验的极差分析
　　按照表2制备出9个稀释样后，用分光光度计测定其OD值，重复试验3次，结果见表2。由极差分析可知，吸收波长对OD值的影响最大，稀释度的影响次之，而pH值的影响最小，空白列的极差较小，说明因素间交互作用可以忽略。因此，直观分析得出，测定糖蜜酒精废液OD值的最佳条件是A₁B₁C₁₍波长为455nm，自然pH值，稀释10倍)。

表2 正交试验设计(L₉3⁴)

试验编号 参试因子 试验结果 A B C 空列 Y₁ Y₂ Y₃ 合计 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 　 　 　 　 极差 15.344 1.738 5.077 2.701 　 　 　 　

2.2 正交试验的方差分析
　　对正交试验进行方差分析，结果见表3：

表3　　 方差分析

方差来源 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 误差 4.594 20 0.2297 　

　　查F分布的百分数表得：F_0.05(2，20)=3.49，F_0.01(2，20)=5.85。比较F值可知，吸收波长对OD值的影响是非常显著的，稀释度的影响是显著的，而pH值的影响是不显著的，即A>C>B。
　　糖蜜酒精废液中主要含有三种色素：酚类色素、焦糖色素和美拉德色素。重均相对分子质量分别是987，439和2189 Da(道尔顿)，含量分别是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长是由色素本身的性质决定的，由方差分析和极差分析知道，糖蜜酒精废液中这三种混合色素的最大OD值应该是在低波段的可见光条件下获取，并不是报道过的650nm，这点也由下面的单因素试验证实。
　　pH值对OD值的影响，一般认为是：酚类、黄酮类色素及相对分子质量低的糖分解产物色素等对pH值变化极敏感，焦糖、类黑精等色素等对pH值变化不大敏感；pH=4—10时该废液具有较深的颜色，随pH值变化不大，pH<4或pH>11时其颜色则有一定减退，过酸或过碱都会导致色素的解离；pH<3时，等电点沉降也是OD值下降的原因之一，表现在pH<3后逐渐出现絮状沉淀物；颜色随pH值变化是可逆的，pH值变化，颜色变化，pH值复原，颜色复原^[1]。本试验也证实，pH=4—10时OD值变化不大，但以自然pH值水平下OD值最大。
　　至于稀释度对OD值的影响，可以用朗白-比尔定律来解释。Lamber定律表明透射光的强度I_e随着比色皿的厚度增大而减弱，Bill定律表明I_e随着质量浓度C的增大而增大。
　　将朗白-比尔定律结合起来就得到吸光度公式为：
　　　　 A_s=a_s×bC　　　　　　　　 (1)
　　式中：a_s——溶液的吸光系数；
　　　　　b——比色血厚度，cm；
　　　　　C——溶液的质量浓度，g/L。
　　由公式(1)知稀释度越小，OD值(用吸光度表征)越大，这点也由试验得到证明。但公式(1)也说明，稀释度的确定准则不是OD值最大，而是：测定值和浓度之间有很好的线性关系；OD值应处在区间0-3的20％-80％读数范围内。因此，是改变稀释度而不是吸收波长，使得0D值在这一范围之内，本文选择20倍的稀释度做下面的单因素试验。
2.3 OD值测定波长的确定
　　把稀释20倍的糖蜜酒精废液(自然pH值)样品用752C-型紫外可见分光光度计在不同吸收波长下人工扫描，结果见图1：

　　结果说明，该酒精废液的最大吸收波长为400nm(OD值为2.63)。既然三种色素的最大吸收波长都处于300nm以下^[8]，为什么这三种色素的混合体——糖蜜酒精废液的最大吸收波长为400nm?笔者认为原因可能是：糖蜜酒精废液中存在可溶性杂质；这三种色素混合后之间存在某种交互作用。

3 结论

　　①糖蜜酒精废液的最佳测定条件是波长为400nm，自然pH值，稀释20倍；作为影响0D值大小的因素，波长高度显著，稀释倍数显著，而pH值无明显影响(在4-10的范围内)。
　　②三种色素的天然混合体——糖蜜酒精废液可以作为一个整体进行0D值分析，并且这三种色素间可能存在某种交互作用；为了使得OD值读数处在区间0-3的20％-80％的范围内，应该变的是废液的稀释度，而不是测定波长。
　　③这三种色素混合后存在的交互作用有待一步研究。

参考文献：
[1] 吴振强，梁世忠．甘蔗糖蜜酒精废液色素特性及脱除的研究[J]．环境污染与防治，1997，19(1)：5—10．
[2] 李有志，冯家勋，武波，等．可降解糖蜜酒精废液黑褐色素细菌菌株的筛选及其降解色素效率的测定(初报)[J].广西农业生物科学，1999，18(4)：281—286．
[3] 冯冰凌，黄世钊，董毅宏，等．糖蜜酒精废液的脱色[J].工业水处理，2002，22(3)：38—40．
[4] 扈胜禄，孙伟，张生炎，等．糖蜜酒精废液中色素提取工艺的研究[J]．矿产与地质，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] 吴振强，梁世忠．糖蜜酒精蒸馏废液色素研究[J]环境污染与防治，2002，24(1)：14—18.
[9] 陈其斌，周重吉．甘蔗制糖手册[M]．广州：华南理工大学出版社，1993．

---

作者简介：朱思明(1976—)，男，湖北荆州人，博士生，主要从事糖蜜酒精废液的资源化利用研究，电话(020)87113668，[email protected]。