Характеристика и химический состав различных типов меласс. Полноценная, неполноценная и дефектная мелассы. Экономическая оценка эффективности переработки
Меласса – отход свеклосахарного производства, густая жидкость темно-коричневого цвета, содержит 70-75% СВ, 25-30% воды; среди СВ: сахара – сахароза 40-48%, инвертный сахар до 1%, рафиноза 1%, общий азот 1,4%, аминый азот 0,3%, зольные соединения без Ca 7%, биотин 200 мг/т. Вредные примеси мелассы: красящие вещества (меланоидины, карамели), нитриты, SO2, летучие кислоты: валериановая и капроновая.
Меласса бывает:
– полноценная (оптимальный химический состав без превышения норм по вредным примесям);
– неполноценная (неоптимальный химический состав без превышения норм по вредным примесям);
– дефектная (оптимальный или неоптимальный химический состав, но с превышением норм по вредным примесям).
Подготовка мелассы:
1) гомогенизация – усреднение химического состава путем перекачки в течении 2-3 недель;
2) подкисление (используют H2SO4, HCl) и асептирование (хлорная известь или временный нагрев мелассы) для повыш. микробиологической чистоты и создания pH более оптимального для действия дрожжей;
3) осветление – обязательная стадия при подготовке мелассы для хлебопекарных дрожжей, осуществляют 2-мя способами:
– химический: основан на внесении в мелассу веществ, способствующих коагуляции. Применяют серную кислоту и суперфосфат. Существуют кислотно-холодный и кислотно-горячий способы осветления: мелассу разбавляют водой (1:1), вносят ассептик, затем серную кислоту и суперфосфат, затем второй раз разводят водой до конц-ии 25%. Осадок на дно, осветлённую мелассу сливают;
– механический: используют кларификатор (центрифуги);
4) внесение питательных солей (N-ое и Р-ое питание);
5) разбавление мелассы до концентрации сусла : 22% СВ или 26% СВ для однопоточного способа сбраживания и 10-12% СВ для двухпоточного способа сбраживания мелассного сусла.
Меласса (свеклосахарная, или кормовая, патока) является отходом свеклосахарного производства. Это наиболее выгодный вид сырья для получения пищевого этилового спирта. На спиртовых заводах, перерабатывающих мелассу, более высокая производительность труда, ниже себестоимость и расход топлива. Выше прибыль, чем на заводах, вырабатывающих спирт из зерно-картофельного сырья.
Подробное описание мелассы.
По внешнему виду меласса представляет собой густую жидкость тёмного цвета. Средний химический состав мелассы (в%): вода 18-25, сухие вещества 75-82, в том числе: сахароза 45-50, инвертный сахар до 0,5, раффиноза до 2, несбраживаемые вещества (несахаров) 35-40. Доброкачественность мелассы (содержание сахара на 100 частей СВ) 57-62. Реакция нормальной по качеству мелассы – слабощелочная.
Основной составной частью мелассы является сахароза, которые в условиях спиртового производства полностью сбраживаются в спирт. Инвертный сахар также полностью сбраживается, однако содержание его более 0,5% свидетельствует об инфицированности мелассы. Кроме того повышенному содержанию инвертного сахара всегда сопутствует целый ряд продуктов, образовавшихся из сахарозы под влиянием высоких температур, кислот и щелочей, придающих мелассе тёмную окраску и вредно действующих на дрожжи при брожении. Исследования УкрНИИСПа показали, что с увеличением содержания инвертного сахара и цветности мелассы снижается выход спирта из 1 т условного крахмала. Поэтому содержание инвертного сахара в мелассе более 0,5% нежелательно. Раффиноза под действием β-фруктофуранозидазы дрожжей разлагается на фруктозу и дисахарид мелибиозу. Фруктоза в дальнейшем сбраживается в спирт. Дрожжи рас Я, Л, В, обычно применяемые на спиртовых заводах, прерабатывающих мелассу, не содержат фермента α-галактозидазы (пелибиазы), разлагающего мелибиозу, и последняя не сбраживается. Поэтому раффиноза сбраживается только на 1/3.
Следовательно к сбраживаемым сахарам мелассы относится: сахароза, инвертный сахар и раффиноза, содержание которых обычно дают в пересчёте на сахарозу.
В настоящее время для сбраживания мелассных сред применяют гибридные расы дрожжей (Г-67, Г-73), которые содержат α-галактозидазу и почти полностью сбраживают раффинозу.
В состав несахаров мелассы входят органические и минеральные соединения. Из органических соединений в мелассе содержатся меланоидины, продукты распада сахарозы, карбоновые кислоты, азотистые вещества (аминокислоты – глютаминовая, аспарагиновая, амиды, бетанин). Наличие азотистых веществ в мелассе весьма важно, т.к.они необходимы для размножения дрожжей. Минеральные соединения мелассы представлены солями калия, натрия, железа, алюминия, магния, угольной, серной, соляной и азотной кислот; фосфора в мелассе содержится незначительное количество. Микрофлора мелассы представлена бактериями, дрожжами, плесневыми грибами. Часто встречаются бактерии: молочнокислые рода Leuconostokи Lactobacterium, уксуснокислые, группы кишечной палочки; в мелассе могут находиться дрожжи родов Saccharomycrs, Torulopsis, Candida, споры и конидии плесневых грибов родов Mucor, Pencilium, Aspergillus. В 1 г нормальной по качеству мелассы содержится от 1000 до 10000 микроорганизмов.
Иногда на спиртовые заводы поступают дефектные мелассы – сильно инфицированные, кислые, загрязнённые посторонними примесями. Дефектная меласса перерабатывается на спирт значительно хуже, чем нормальная, выход спирта снижается, ухудшается его качество. В инфицированной мелассе из-за жизнедеятельности мелассы микроорганизмов образуются карбоновые кислоты, вследствие чего мелассы приобретают кислую реакцию.
Для маскировки высокой кислотности на некоторых сахарных заводах добавляют в мелассу известь, что ухудшает её качество. Добавление извести не приостанавливает, а усиливает развитие инфекции, больше образуется кислот, что увеличивает потери сахара, меласса хуже сбраживается. Кроме того добавление извести вызывает излишний расход её на сахарном заводе при приготовлении мелассных рассиропок. Высокое содержание летучих карбоновых кислот в мелассе, особенно муравьиной, отрицательно влияет на дрожжи и задерживает брожение. Повышенное содержание сернистой кислоты и её солей в мелассе (в пересчёте на SO2 более 0,06%), образующихся в процессе очистки сока и сиропа сернистым газом на сахарном заводе. Отрицательно действует на дрожжи, задерживает их размножение и рост и ухудшает качество спирта.
При загрязнении мелассы нефтепродуктами из-за недостаточно тщательной подготовки цистерн для перевозки мелассы по железной дороге также задерживается размножение дрожжей и брожение. Значительная инфицированность мелассы часто является причиной пониженного выхода спирта и низкого качества хлебопекарных дрожжей, получаемых при сепарации зрелой мелассной бражки. Особенно нежелательно наличие в мелассе Leuconostoc mesenterioides. Эти бактерии способствуют сильному закисанию мелассы (образуется молочная кислота) и вызывают в её растворах декстрановое (слизевое) брожение, при котором сахароза расщепляется на фруктозу и глюкозу, а последняя превращается в сложное соединение – декстран. Зараженное лейконостоком мелассное сусло превращается в слизистые комки, засоряющие трубопроводы и вентили. При сбраживании мелассы, зараженной лейконостоком, выход спирта снижается на 1,5-3,7% по сравнению с переработкой нормальной мелассы.
Согласно техническим условиям, разработанным УкрНИИСПом, меласса, поступающая на спиртовые заводы, должна удовлетворять следующим требованиям: содержание СВ должно быть не ниже 75%, сумма сбраживаемых сахаров – не ниже 44%, рН – не ниже 6,8; отсутствие свободной извести и зараженности лейконостком; меласса не должна содержать и посторонних примесей, как твёрдых, так и летучих (нефти,керосина).
Из мелассы для увеличения выхода сахара можно извлекать сахарозу в кристаллическим виде путём осаждения её известью в виде трёхкальциевого сахарата; последний вместе с диффузионным соком сахарного завода поступает для дальнейшей переработки. Вместе с сахарозой осаждается и возвращается в диффузионный сок раффиноза. Следовательно содержание раффинозы в соках, сиропах и мелассе сахарного завода постепенно увеличивается. Это затрудняет технологические процессы и поэтому мелассу с большим содержанием раффинозы выводят из сахарного завода. Такая меласса называется дискардной и отличается от обычной мелассы повышенным содержанием раффинозы и миниральных веществ; дискардной мелассы получают 15% от всего количества мелассы и направляют её для переработки на спиртовые заводы.
Мелассу хранят в стальных резервуарах цилиндрической формы. При хороших условиях хранения нормальная по качеству меласса теряет в течение 3 месяцев 0,5% массы; эти потери обусловлены в основном испарением воды, содержащейся в мелассе. Продолжительное (в течении нескольких месяцев) хранение нормальной мелассы улучшает её качество: осаждаются взвешенные частицы. Уменьшается количество микроорганизмов.
Во время хранения мелассы не допускается её разбавление; в разбавленной мелассе быстро развиваются содержащиеся в ней микроорганизмы. С целью предохранения мелассы от разбавления резервуары для её хранения снабжены крышками.