Сировина, вода і допоміжні матеріали

ОСНОВНІ ВИДИ СИРОВИНИ

Сировина, яка використовується для одержання спирту, повинна щорічно від­творюватися у кількості, достатній для промислової переробки, містити високу концентрацію крохмалю чи цукру і добре зберігатися, що забезпечуватиме еконо­мічну доцільність виробництва. Цим умовам відповідають зерно рослин, які нале­жать до м'ятликових (злаків), меляса і бульби картоплі.

У відповідності з географічним розташуванням і структурою господарства для виробництва спирту використовують різні види сировини. Це залежить від змін у споживанні, від кон'юнктурних та інших факторів.

Так, у 2001 році спиртзаводи України переробили близько 420 тис. т зерна, 298 тис. т меляси. Останнім часом картопля у спирт не переробляється: велика вар­тість, значні витрати на транспортування сировини, тому економічна доцільність виробництва спирту з картоплі сумнівна. Таким чином, основними видами сирови­ни спиртового виробництва є зернові культури та буряково-цукрова меляса.

ЗЕРНОВІ КУЛЬТУРИ

У спирт переробляють будь-яке зерно, і в тому числі й не придатне для харчо­вих і кормових цілей. Щорічний об'єм переробки коливається в залежності від ба­гатьох факторів і приблизно становить (%): пшениці - 50 (переважно дефектної), ячменю-20, жита- 12, кукурудзи-8, проса-5, вівса-2 та інших культур-3. Для приготування солоду використовують кондиційне високоякісне зерно.

Основні види та ботанічна характеристика зернової сировини

Кукурудза. Із зернових культур найкращою сировиною для виробництва спирту с кукурудза (Zea mays). У ній міститься відносно більше крохмалю, менше клітко­вини, більше жиру (що підвищує кормову цінність барди). Урожайність у 2-3 рази вища врожайності інших зернових культур.

Кукурудзу вирощують в Україні, Молдові, на Північному Кавказі, в Закавказ­зі, Середній Азії, на Нижній Волзі, у Воронезькій і Курській областях. Розповсю­джені сорти кукурудзи Північно-Осетинська біла, Молдавська жовта, Одеська 10, а також гібриди ВІР - 42М, 156Т, 338, 63Т, Краснодарські - 1/49, 4Т, 5ТВ, 309, Дніп­ропетровський 56Т та інші.

На прямостоячому стеблі рослини заввишки від 0,6 до 2,6 м розиваються 1 - 2 (інколи більше) качани, на поверхні яких розташовані уздовж початку від 300 до 1000 зернівок (зерен). Зернівки мають жовте або біле забарвлення, рідше - оранже-

ве та вишнево-червоне. Зернівка становить від 75 до 85% маси качану. Качан обго­рнутий декількома шарами листків.

У залежності від форми зерна та ступеню розвитку ендосперму, кукурудзу по­діляють на 7 ботанічних груп: кремнисту, зубовидну, крохмалевмісну, восковидну, цукрову, лущату. Для виробництва спирту доцільніше використовувати крохмалис-ну і зубовидну кукурудзу, які легко розварюються.

Жито, пшениця, ячмінь та овес. Жито (Secale), пшениця (Triticum), ячмінь (Hordeum) і овес (Avena) широко культивують в Україні, Росії, овес - усюди - від субтропіків до Заполяр'я.

У невеликих кількостях переробляють круп'яні культури - просо, гречку і рис.

Будова зерна

Зерно рослин родини тонконогих (злаків) принципово має однакову будову. Воно складається з трьох основних частин: зародку, ендосперму та оболонок; останні

дві - плодова та насіннєва. Плодова розташова­на зовні зерна, а насіннєва - під нею. У ячменю оболонки зрощені. При обмолоті зерна жита, пшениці І кукурудзи повністю вивільняються від квіткових оболонок (м'якинних оболонок); зер­на вівса, проса і майже всіх сортів ячменю та гречки зберігають квіткові оболонки. Перші куль­тури називають голозерними, другі - плівкови­ми («шкіряними»).

Мікроскопічна будова зерна ячменю пока­зана на рис. 1.1. Внутрішня частина зерна - ен­досперм - мучниста; шар ендосперму, який при­лягає до насіневої оболонки - алейроновий - мі­стить багато білку. Цей шар складається з одно­го (у жита, пшениці, вівса, кукурудзи, проса) або декількох (у ячменю) рядів клітин з потовщени­ми стінками. Ендосперм має крупні тонкостінні клітини з висохлою протоплазмою, які суцільно заповнені крохмальними зернами.

Рис.1.1 Мікроскопічна будова ячмінного зерна: 1 - зародок; 2 - щиток; 3 - квіткова плівка; 4 - плодова оболонка; 5 - алейроновий шар ; 6 - ендосперм

У нижній частині зерна розташований за­родок. Він відділений від ендосперму щитком.

Зерна кукурудзи різних ботанічних груп роз­різняються об'ємом роговидної (скловидної) час­тини ендосперму, в якій крохмальні гранули «зце­ментовані» білком, внаслідок чого мають багато­кутну форму. У крохмалистій частині ендоспер­му білкова стінка тонка та ніжна, крохмальні зер­на округлі. Роговидна частина у кремнистій куку­рудзі майже повністю заповнює ендосперм, у кро-

хмалистій кукурудзі займає невеликий об'єм зерна, у зубовидній - приблизно поло­вину у вигляді сегментів, які симетрично розташовані вздовж зародку.

Хімічний склад зерна

Хімічний склад зерна сильно залежить від культури і сорту, грунто во-клімати­чних умов, прийомів агротехніки, умов зберігання та інших факторів. У середньо­му зерно складається із 14% вологи і 86% сухих речовин.

Вода. Вологість зерна залежить не тільки від його гігроскопічних властивос­тей, але і від зрілості та інших умов.

Розрізняють чотири стани товарного зерна: сухе, середньої сухості, вологе і сире. Наприклад, для жита, пшениці і ячменю, ці стани характеризуються такими показниками вмісту вологи (%): сухе - до 14, середньої сухості - від 14 до 15,5, вологе - від 15,5 до 17 і сире - більш 17. У дефектному та змокрілому зерні воло­гість може досягати 30 % і більше. Волога, яка відповідає сухому стану, є колоїдне

- зв'язною, життєві процеси зведені до мінімуму, при середній сухості з'являється
невелика кількість вільної води, і зерно може пробуджуватися до життя. Вологість,
яка відповідає цьому стану зерна, називається критичною.

Сухі речовини. У зерні в середньому 84 % органічних і 2 % мінеральних речо­вин, а саме (%); крохмалю - 52, цукрів - 3, клітковини - 6, пентозанів І пектинових речовин - 9, азотистих речовин - 11, жиру - 3.

Крохмаль міститься (%): у здорових зрілих зернах пшениці - 48...57, житі 46...53, ячменю 43...55, проса 42...60, вівса 34... 40, кукурудзи крохмалистої 61... 70, зубовидної 58...64, кремнистої 54...71. У дефектному зерні кількість крохмалю знижується.

Цукрів у здоровому зерні звичайно від 0,6 до 7,0 %. Вони складаються в осно­вному із цукрози і невеликих кількостей три- і тетрацукридів. У ячмені і житі в помітних кількостях присутня рафіноза. Мальтози немає, але вона з'являється при пророщуванні зерна.

У недозрілому, мерзлому і пророслому зерні цукрів більше, вони складаються головним чином з редукуючих цукрів (інвертного цукру, мальтози).

Целюлози в зерні, яке звільнене від квіткових оболонок, відносно мало -1,5...2,5 %. У зерні з плівками вміст клітковини збільшується і складає (%): у вівсі

- 10, просі - 8, ячмені -4...5, горосі - 7,7.

Пентозани - домінуюча складова частина гумі (слизів). У зерні містяться ге­міцелюлози (напівклітковини), які складаються з гексозанів (манана, галактана, глюкана) і пентозанів (ксилана, арабана), які поряд з клітковиною входять до скла­ду клітинних стінок.

Загальна кількість пентозанів у зерні 7... 15 %. Багато пентозанів у вівсі (13... 15 %), ячмені (9...13 %) і житі (біля 10 %). Особливо багато гумі у зерні жита (до 2,8 %), що викликає високу в'язкість розвареної маси, одержаної з неї. У кукурудзі містяться декстрини (1.. .6 %). У недозрілому зерні жита і пшениці у значних кіль­костях виявлені фруктозани.

Пектинових речовин у зерні відносно небагато.

Азотисш речовини у здоровому зрілому зерні складаються головним чином з білків, яких міститься від 7 до 25 %. Вільні амінокислоти, аміди і пептиди присутні в дуже невелеких кількостях. Лише в зерні жита їх дещо більше, що зумовлює бла­готворний вплив жита на дріжджі. Вміст небілкового азоту (включаючи аміач­ний) складає в середньому 2 %. У незрілому зерні, яке піддалось самозігріванню, і пророслому зерні кількість амінокислот збільшується.

У зерні знайдені альбуміни - білки, що розчиняються у воді; глобуліни - біл­ки, які розчиняються у слабких (3... 10 %-них) розчинах нейтральних солей, а деякі з них - у слабких (0,2%-них) розчинах кислот; проламіни - білки, що розчиняються у 60...80 %-них розчинах спиртів; глютеліни - білки, які розчиняються у слабких (0,2 %-них) розчинах лугів.

Типові представники білків: альбумінів - лейкозин пшениці, глобулинів - еде-стин ячменю, глютелін пшениці, проламінів -гліадин пшениці, зсІн кукурудзи, гор-деїн ячменю, авенін вівса, глютелинів - зеїнин кукурудзи.

Невелика кількість водорозчинних азотистих речовин в зерні кукурудзи та неповноцінність амінокислотного складу більшої частини білків при розмноженні дріжджів на суслі з цієї сировини вимагають внесення азотистого живлення.

Жири- тригліцериди жирних кислот - містяться у зерні у відносно невеликій кількості: у кукурудзі 5...7 %, у вівсі 5...6 %, у просі 3,5...5 %. Приблизно 85 %їх локалізовано у зародку, 12 % - в алейроновому шарі і 3 % - у мучнистій частині ендосперму. У склад жиру входять в основному ненасичені кислоти - ліноленова, лінолева і олеінова, з насичених - головним чином пальмітинова.

Крім власне жирів, зерно містить фосфатиди, стероли, віски, пігменти та Інші речовини. Головним і найбільш поширеним представником фосфатидів у злаках є лецитін - тригліцерид, який містить фосфорну кислоту і азотисту основу холину. Вміст лецитинів невеликий (0,3...0,7 %). При гідролізі фосфатидів виві­льняється фосфорна кислота - одна з речовин, яка зумовлює кислотність зерна. Фосфатиди грають важливу роль у проникливості клітин. Із стеролів у зерні при­сутні високомолекулярні одноатомні спирти - фітостероли (0,03...0,07 %), які близькі до вітамінів групи D. У зерні міститься також фітин — кальцій-магнієва сіль інозитфосфорної кислоти. З пігментів у зерні знайдені каротини, антоціани, флавони.

Вітаміни зерна представлені жиророзчинними вітамінами - токоферолами (у зародку, особливо в значних кількостях у пшеничному) і водорозчинними (мг на 100г): тіамін-0,3...0,8, рибофлавін-0,07...0,30, нікотинова кислота- 1,3...7,2 , а також піридоксин, біотин, пантотенова кислота. Аскорбінова кислота з'являється тільки при пророщуванні зерна.

Мінеральні речовини (зола) і кислотискладають 1,5. ..3,0 % від маси зерна. Вони знаходяться головним чином у оболонках і квіткових плівках, а також у заро­дку. Відносно багато золи у плівчатих культурах.

Основна частина золи складається з фосфату калія. Біля 85 % фосфору від загального його вмісту у зерні знаходиться в органічних сполуках - нуклеопротеї-дах, фосфатидах і фітині.

Кислоти представлені фосфорною, щавлевою, яблучною і молочною. Загаль­на кислотність зерна 1,5...2,5 мл 1 н розчину гідроксиду натрІя на 100 г зерна. Активна кислотність водної витяжки відповідає рН 5,5...6,5. При псуванні зерна кислотність зерна підвищується.

МЕЛЯСА

Мелясою називають останній маточний розчин - відтік, який отримують при відокремленні кристалів цукрози на центрифугах. У мелясі містяться цукроза, яку виділити методом кристалізації вже економічно невигідно, і нецукри соку цукрово­го буряку чи цукрової тростини. При виробництві цукру з буряку вихід меляси в розрахунку на безводну коливається від 3,5 до 5 % від її маси. З мелясою відходить від 10 до 15 % усього цукру, який міститься у буряку.

У залежності від вихідної сировини для виробництва цукру одержують буря­кову чи тростинну мелясу. У нашій країні цукрова тростина не вирощується. Спир­тові заводи переробляли тростинну мелясу, яку імпортували з Куби.

Меляса - це концентрований розчин різних мінеральних і органічних речо­вин, частина яких знаходиться в колоїдному стані. Меляса - густа в'язка рідина темнокоричневого кольору відносною густиною 1,35..1,40.

Серед різних видів сировини меляса є найбільш вигідною для виробництва етилового спирту. У ній високий вміст зброджуваних цукрів, а також речовин, які потрібні для нормальної життєдіяльності дріжджів. При переробці меляси спро­щується технологічна схема, тому що виключаються операції розварювання сиро­вини і оцукрювання крохмалю ферментами солоду або ферментних препаратів. У мелясному суслі відсутні декстрини і неоцукрени-й крохмаль, тому воно швидше зброджується, при цьому зменшуються втрати зброджуваних вуглеводів і збільшу­ється вихід спирту у перерахунку на умовний крохмаль, знижується собівартість спирту і зростає продуктивність праці. При комплексній переробці меляси можна одержувати великий асортимент цінних для народного господарства продуктів.

Хімічний склад меляси

Бурякова меляса має складний і непостійний хімічний склад, який залежить від грунтово-кліматичних умов вегетації, від добрив, які застосовуються, способів збирання, умов і тривалості зберігання цукрового буряку, технології цукроваріння та інших факторів.

У загальному вигляді склад меляси можна представити таким чином: цукор і нецукри, які разом складають сухі речовини; вода. Вміст сухих речовин становить у середньому 75 %, з них 45 % зброджуваних цукрів, води - 25 %, значна частина якої знаходиться у зв'язаному стані внаслідок гідратації колоїдів, молекул цукрози й іонів мінеральних речовин. Коли концентрація сухих речовин не менша 75 %, меляса знаходиться у самоконссрвованому стані і дуже добре зберігається у вироб­ничих умовах. У спиртовому виробництві беруть на облік усі цукри, які повністю або частково зброджуються дріжджами у спирт.

Цукроза і зброджувані цукри. Вміст цукрози у мелясі може змінюватися від 45 до 50 %, в мелясах деяких партій кількість її досягає 52-54 %. Звичайно, прийн­ято вважати, що меляса повинна бути розчином, який насичений цукрозою, однак практично це пересичений розчин, оскільки у виробництві кристалізація обмежена часом. Крім цього, на вміст цукрози суттєво впливають вихідна густина сиропу і кінцева температура кристалізації: чим вища густина і нижча температура (у ме­жах, які допустимі), тим менше у мелясі залишається цукру.

Інвертний цукор - це суміш еквімолекулярних кількостей глюкози й фруктози. У мелясі міститься невелика кількість інвертного цукру - від 0,03 до 0,5 %. У меля­сі, яка одержана при переробці буряку, який тривалий час зберігався, кількість ін­вертного цукру збільшується до 1,5...2 %, а в інфікованій мелясі , яка має кислу реакцію, кількість її досягає 5... 10 %.

Із трисахаридів у мелясі містяться рафіноза (0,2 %), кестоза й ізокестоза (0,5... 1,6 %), плантеоза (0,01 %). Кількість рафінози у мелясі підвищується до 2 % при переро­бці у цукор буряку з підвищеним вмістом цього цукру. Рафіноза складається із зали­шків фруктози, глюкози і галактози, кестоза й ізокестоза - з двох залишків молекул фруктози й одного залишку молекули глюкози. Кестоза й ізокестоза у буряку не міс­тяться, поява їх у мелясі, мабуть, викликана життєдіяльністю мікроорганізмів у цук­ровому виробництві. У мелясі виявлений тетрасахарид стахіоза (0,02 %). |3 - фрукто-фуранозидаза (сахараза, інвертаза) дріжджів розщеплює рафінозу на фруктозу і диса­харид - мелібіозу. Тому що у спиртових дріжджах Saccharomyces cerevisiae немає ферменту а - галактозидази (мелібіази), то рафіноза зброджується ними на одну тре­тину. Однак у гібридних рас дріжджів (Г-67, Г-73 та ін.) цей фермент присутній, тому рафіноза зброджується майже повністю. Вміст інших цукрів звичайно невеликий, вони або частково зброджуються, або (як пентози) не зброджуються. Тому до збро­джуваних цукрів відносять цукрозу, Інвертний цукор і 1/3 рафінози. При цьому кіль­кість двох останніх цукрів перераховують на цукрозу.

Нецукри меляси розділяють на дві групи: органічний та мінеральний нецукор. Органічна частина нецукрів складається з безазот- і азотвмісних сполук.

Безазотцсті органічні речовини. Вони представлені продуктами лужного розкладу цукрів, меланоїдинами й органічними кислотами.

Продукти лужного розкладу цукрів.Інвертний цукор, особливо фруктоза, у лужних умовах цукрового виробництва при нагріванні швидко розкладаються. Спо­чатку внаслідок кето-енольної таутометрії відбуваються взаємні перетворення глю­кози і фруктози і утворення нових моноз, наприклад, маннози і псикози. При роз­кладі моноцукридів з'являються нелеткі забарвлені кислоти - глюцинова, апоглю-цинова, сахарумова, мелясинова і більш високомолекулярні гумінові кислоти, не­велика кількість молочної і летких кислот - мурашиної й оцтової.

Карамелі - назва складної суміші продуктів, які утворюються при термічному розкладі цукрози і моноцукридів. У склад карамелей входять ангідриди цукрів, те-мнозабарвлені та інші маловивчені сполуки. У залежності від ступеня дегідратації цукрози (втрати маси при нагріванні) карамелі умовно називають: карамелан (10 %), карамелей (15 %) і карамелін (20 %).

Концентрація продуктів лужного розкладу інвертного цукру у мелясах стано­вить 1,5...5,1 %, карамелану - 0,2...0,9 %.

У мелясі виявлений фурфурол у кількості від 6 до 14,5 мг на 100 г сухих речо­вин меляси.

Меланоїдини - також не менш складна суміш продуктів, які утворюються при хімічній взаємодії редукуючих цукрів з амінокислотами. Крім нелетких забарвле­них сполук, які містять невелику кількість азоту, присутні аліфатичні альдегіди, метилгліоксаль, диацетил, ацетоїн та ін.

Забарвленість меляси зумовлена барвними речовинами, які утворюються при лужному розкладі моноз і меланоїдиновій реакції. Більша частина барвних речо­вин утворює справжні водні розчини.

Усі барвні речовини мають індикаторні властивості: інтенсивність забарвлен­ня із зниженням рН зменшується, з підвищенням - збільшується, що, можливо, пов'язано із зміною дисоціації хромофорних груп. Деякі функціональні групи зда­тні впливати на окислювально-відновний потенціал.

КольорнІсть меляси виражають у мілілітрах 0,1 н розчину йоду, який треба до­дати до 94 мл дистильованої води, щоб одержати таку ж інтенсивність забарвлення, як у 2 %-ного розчину меляси. Але для усунення впливу індикаторних властивостей барвних речовин розчини меляси треба доводити до однакового значення рН, напри­клад, до рН 5,0 , який звичайно підтримується у виробничих умовах. КольорнІсть змінюється у широких межах - від 1,2 до 4,6 , частіше 1,5.. .2 мл 0,1 н розчину.

У мелясі 4...6 % речовин знаходяться у колоїдному стані. Колоїди групи заба­рвлених продуктів лужного розкладу цукрів мають негативний електрокінетичний потенціал, колоїди з забарвленими продуктами меланоїдинової реакції - позитив­ний електрокінематичний потенціал. Дріжджові клітини заряджені негативно, тому дріжджі індиферентні до продуктів лужного розкладу цукрів (одноименно заря­джені), але протилежно заряджені дріжджові клітини сорбують на своїй поверхні меланоїдини, які утруднюють обмін між клітинами і живильним середовищем і надають дріжджам темного кольору.

Колоїди меляси у великій кількості є причиною піноутворення при зброджу­ванні мелясного сусла.

Органічні кислоти, які утворюють з гідроксидом кальція нерозчинні солі (щав­лева, лимонна, оксилимонна і винна), в основному видаляються з дифузійного соку у процесі дефекації, інші - глутарова, малонова, адипінова, янтарна, молочна, яб­лучна, гликолева та інші) переходять у мелясу. З летких кислот присутні мурашина (0,1...0,4 %), оцтова (0,6... 1,3 %}, пропіонова (сліди - 0,4 %). Більша частина лет­ких кислот утворюється внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів. Практично всі леткі та нелеткі кислоти знаходяться у мелясі у вигляді солей калію і кальцію.

При підкисленні меляси мінеральними кислотами з солей утворюються вільні леткі кислоти. Вільні кислоти більш токсичні для дріжджів, ніж їх солі. Інгібуюча дія на дріжджові клітини підсилюється із збільшенням кількості атомів вуглецю у молекулі кислоти, тобто її молекулярної маси. Зниження виходу спирту відбуваєть­ся при таких концентраціях летких кислот у мелясі (%): мурашиної 0,3 , оцтової

1,5, пропіонової 0,4 , масляної 0,15 і капронової 0,19. У таких концентраціях мо­жуть міститися усі леткі кислоти, за вийнятком капронової.

Азотисті речовини. Вміст цих речовин у мелясі залежить від кількості азоти­стих добрив, осадів, які випали, температури у період вегетації, а також тривалості зберігання буряку: він підвищується із збільшенням дози добрив і зменшується із зростанням кількості осадів, зниженням температури І збільшенням тривалості зберігання буряку.

У мелясі міститься від 1,2 до 2,3 % загального азоту, який складається в осно­вному з амінного (42 % від загальної кількості) і бетаїнного {50 %) азоту. У невели­кій кількості присутній амідний (3 %), аміачний та нітратний (3 %) і білковий (2 %) азот.

Вміст у мелясі азоту, який засвоюється дріжджами, становить від 12 до 20 % від загального азоту. Для нормальної життєдіяльності дріжджів достатньо 0,25 % засвоюваного азоту.

Амінокислоти переходять у мелясу з буряку тільки на 50.. .60 %. у - амІномас-ляна кислота утворюється в процесі переробки буряку із глутамінової кислоти в результаті декарбоксилювання. Глутамінова кислота легко відщеплює воду, пере­творюючись у циклічну пірролідонкарбонову кислоту, у вигляді якої вона на 75 % і знаходиться у мелясі.

З амінокислот у мелясі найбільша кількість глутамінової кислоти (1,6. ..5 % до загального азоту). Крім неї, у мелясі міститься лейцин та ізолейцин-0,7... 1,5 , валін і метіонин - 0,3.. .0,6 , аспарагінова кислота - 0,3.. .0,5 , тирозин - 0,02.. .0,40, аланін - 0,6... 1,2 , серин - 0,6 - 2,0 % від загального азоту та деякі інші амінокислоти.

З амінокислот у процесі зброджування живильного середовища утворюються побічні продукти спиртового бродіння - вищі спирти: з лейцину - ізоаміловий, валіну - ізобутиловий, а - аміномасляної кислоти - н-пропиловий спирт, які вхо­дять до складу побічного продукта ректифікації спирту - сивушного масла.

Бетаїн (CH₃)₃N - СН₂ - органічна основа, яка міститься у буряку і практично

І І

О-CO

повністю переходить у мелясу. У мелясі знаходяться й аміни - продукти термічного розкладу бетаїну - триметиламін, диметиламін, етиламін і метиламін. Вони прида­ють мелясному спирту неприємний присмак спирту, погіршують його органолеп­тичні властивості.

Бетаїн майже повністю не засвоюється спиртовими расами дріжджів і майже увесь залишається у післяспиртовій барді. Раніш з нього на Лохвицькому спиртко-мбінаті одержували медичний препарат - бетаїн солянокислий (холін-хлорид, аци-дин),який використовують як лікувальний препарат при зниженій кислотності шлу­нкового соку.

Вітаміни, У мелясі у невеликій кількості знаходяться вітаміни. У мелясу вони переходять лише частково: вітаміни В₁ і В₂ руйнуються в процесі переробки буря­ку у цукровому виробництві. Вітамін В₆ екстрагується у кількості 25 % від вмісту його у буряку.

Одна третина біотину і фолієвої кислоти переходить у мелясу, нікотинова ки­слота повністю зберігається у мелясі, пантотенова кислота може втрачатися у про­цесі хімічної обробки соку буряку.

Мінеральні речовини. Мінеральні речовини представляють собою карбонати, сульфати, нітрати, хлориди і фосфати катіонів калію, натрію, магнію, алюмінію, заліза, амонію. Вміст зольних елементів у мелясі досягає 10 %. При одержанні ди­фузійного соку його очищають вапновим молоком. Тому у мелясі переважають ка­рбонати і сульфати, але дуже мало фосфатів, бо вони випадають в осад у цукрово­му виробництві. Так, з досліджень, які були проведені в Національному універси­теті харчових технологій, при загальному вмісті карбонатної золи у 8 зразках меля­си від 7,8 до 12% кількість оксиду калію складала від 4,1 до 7,1%, оксиду натрію -0,3...1,4%, оксиду кальцію - 0,05...0,9%, оксиду магнію - 0,01 ,..0,34%.

У мелясі містяться у невеликих кількостях мікроелементи (мкг/кг): бор - 2.. .4,2, залізо-80... 170, кобальт-0,3... 0,8 , марганець- 10...30, мідь- 1,2... 10, молібден -0,1...0,3 , цинк-26...40, сліди нікелю, літію та ін.

Ростові речовини у невеликій кількості містяться у буряку і у мелясу перехо­дять тільки частково.

Ростові речовини у мелясах містяться у таких кількостях {мкг/кг): біотин -40... 130, пантотенова кислота- 50...110 тис., інозит- 5,6...8 млн.

У мелясу потрапляють сторонні домішки: нафтопродукти з недостатньо під­готовлених залізничних цистерн, піногасники, які використовують у цукровому виробництві, пестициди та ін. Кількість сторонніх домішок може бути значною, наприклад, піногасників 1.. .2 % до маси меляси.

Мікрофлора меляси

Мікрофлора меляси дуже різноманітна та змінна. У мелясу потрапляють у ве­ликій кількості мікроорганізми як у цукровому виробництві, так і під час транспо­ртування та зберігання, а також з повітря, води та ін.

Мікрофлора меляс представлена трьома групами мікроорганізмів: бактері­ями, дріжджами і в значно меншій кількості пліснявими грибами. Однак в умо­вах сучасного спиртового виробництва можуть розвиватися тільки деякі мікро­організми. Сторонні мікроорганізми для спиртового виробництва особливої не­безпеки не представляють. Вони більш небезпечні для зберігання хлібопекар­ських дріжджів, які виділяють із зрілої мелясної бражки. Більшість бактерій -шкідників спиртового виробництва - гинуть. Цьому сприяє висока концентра­ція мелясного сусла (22...23 %), рН середовища і етиловий спирт, який накопи­чується у бражці. Найбільш небезпечними для спиртового виробництва є різно­манітні кислотоутворюючі бактерії, особливо молочнокислі, для яких характер­на висока кислото- та спиртостійкість; для пресованих дріжджів - кислотоутво­рюючі бактерії, які мають високу протеолітичну активність. Встановлено, що у нормальних мелясах переважають бактерії у формі паличок - Lactobacterium plantaram, L.breve, L.fermentii, L.pastorianus, рідше - L.helveticum, L.delbruckii, L.leichmanii.

У наслідок життєдіяльності кислотоутворюючих бактерій у мелясі накопичу­ються оцтова і молочна кислоти, вони викликають інверсію сахарози з утворенням інвертного цукру. Тому високий вміст Інвертного цукру свідчить про інфікування меляси кислотоутворюгочими бактеріями.

У дефектних мелясах переважно містяться гетероферментативні коки -Leuconostoc mesenteroides і L.dextranicum та незначна кількість паличковидних молочнокислих бактерій. Лейконосток (цукровий кльок) є особливо небезпечним. Цс стрептококи, які оточені щільною капсулою, завдяки чому лейконосток витри­мує навіть нетривале кип'ятіння чи нагрівання до температури 90° С. У рідких середовищах, які містять цукрозу, L.mesenteroides утворює декстран і середовище перетворюється у густий слиз.

Ефект пастеризації меляс при температурі 85...90° С, які інфіковані молочно­кислими і спороутворюючими бактеріями, ледве відчутний. Після неї залишається значна кількість життєздатних клітин кислотоутворюючих бактерій. Практично повна стерилізація досягається у результаті термообробки меляси при температу­рах 120. ..130° С протягом короткого часу - біля 1 хвилини.

Інфікованість меляс характеризують кількістю мікроорганізмів, які містяться у 1 г меляси. Нормальні за якістю меляси мають до 100 тис. мікроорганізмів у 1 г, дефектні - від 100 тис. до 1 млн./г, гостродефектні - більше 1 млн./г.

Дефектні меляси.

Якість бурякової меляси регламентується галузевим стандартом (ОСТ 18-395-82 ), який розповсюджується на мелясу, що використовується для виробництва ети­лового спирту, харчових кислот, хлібопекарських і кормових дріжджів та як добавка у корм тваринам. Відповідно до нього, вміст сухих речовин повинен бути не менше 75 %, цукрози - не менше 43 %, зброджуваних речовин - не менше 44 %, рН від 6,5 до 8,5. Гарантований термін зберігання при додержанні умов транспортування та зберігання - 9 місяців з моменту приймання споживачем. Меляси, які хоч за яким-небудь одним з цих показників не відповідають вимогам, відносять до дефектних або важкозброджуваних. При їх переробці вихід спирту знижується. Це пояснюється хі­мічним складом (леткі органічні кислоти, барвні речовини, колоїди) та інфекцією.

Виробнича цінність меляси характеризується доброякісністю - відношенням зброджуваних речовин до загальної кількості сухих речовин (у %). Вона становить у середньому 60 % (58 - 62%). Чим вища доброякісність, тим більш цінною є меляса.

Однак, крім небагатьох показників галузевого стандарту, є ще ряд технологіч­них вимог до меляси у спиртовому виробництві: вміст загального азоту не менше 1,3 %, інвертного цукру не більше 0,5 %, діоксиду сірки не більше 0,05 %, піногас-ників не більше 0,5 %, кольорність не більше 2 мл 0,1 н розчину йоду. Ступінь інфікованості меляси мікроорганізмами визначають і непрямим методом - за зрос­танням кислотності при «самозакисанні» проби (через 20...24 години при 30 ⁰С кислотність не повинна зростати більше, ніж на 0,3 град.).

Зниження вмісту сухих речовин може викликати розвиток мікрофлори і вели­кі втрати цукру під час зберігання меляси. При нестачі азоту, великому вмісті дІок-сиду сірки і піногасників порушується нормальна життєдіяльність дріжджів: вони

повільно розмножуються і зброджують цукор; знижується вихід спирту і погіршу­ється його якість.

Такі показники як високий вміст інвертного цукру, сильна кольорність і рН менше 6,5 самі по собі не відіграють негативної ролі у виробництві, бо інвертнии цукор повністю зброджується дріжджами, а мелясу і при цьому значенні рН дово­диться підкислювати. Кольорність меляси має значення лише при виділенні дріж­джів з бражки І використанні їх як хлібопекарських дріжджів (темний колір). Од­нак саме ці показники є найбільш надійним критерієм придатності меляси. Відхи­лення їх від норм свідчить про те, що у цукровому виробництві перероблявся бу­ряк, який довго зберігався, або гнилий, у мелясі міститься багато діоксиду сірки, летких кислот і кальцієвих солей, пІногасників, мало азоту. Звичайно, це характер­но для меляс останніх місяців цукроваріння.

У зв'язку з механізацією збирання і складування цукрового буряку, технологі­чна якість буряку знизилась, а відповідно, погіршилась і якість меляси. Тому треба вдосконалювати способи підготовки меляси такого складу для зброджування.

Тростинна меляса нормальної якості гірше зброджується, ніж навіть дефектна бурякова; її слід переробляти разом із буряковою мелясою, яку додають у невеликій кількості (до 30 %).