Производство спирта

       

      Бетаин  свеклы практически полностью сосредоточивается  в мелассе. Амиды свеклы — аспарагин  и глутамин — под влиянием щелочи гидролизуются (омыляются) до аммиака и соответствующей аминокислоты.

      В небольших количествах в мелассе  присутствуют летучие амины, образующиеся при частичном распаде бетаина, и ме- ланоидины. Выделено 14 летучих аминов: диметил- и триме- тиламин, этиламин, диамин и др.

      Содержание  в мелассе азота, усваиваемого дрожжами, составляет от 12 до 20 % от всего азота, причем возрастает с увеличением его количества. Например, при общем содержании азота 1 % усваиваемый азот составляет 0,15 %, при 1,3 — 0,25, при 1,7 % — 0,35 %. Для нормальной жизнедеятельности дрожжей достаточно 0,25 % усваиваемого азота.

      Витамины. В мелассе содержатся следующие витамины (средние данные в мг на 100 г): биотин 0,01, тиамин 0,3, рибофлавин 0,04, пиридоксин 0,54, никотиновая кислота 5,1, пантотеновая кислота 8,0, фолиевая кислота 0,02, инозит 700.

      Минеральные вещества. Среднее количество минеральных веществ 8,5 % соответствует так называемой чистой золе, т. е. сумме окислов карбонатной золы, которая образуется при обычном озолении, больше — около 14 %. Для ускорения сжигания добавляют концентрированную серную кислоту, получая сульфатную золу; ее еще несколько больше (карбонатная зола = сульфатная зола • 0,9).

      В чистой золе отечественной мелассы  содержится около 40 % К2О, от 1,5 до 4,5 % MgO и 7,3...13,8 % СаО к массе.

      Около 97 % находящегося в свекле фосфора  теряется в процессе производства сахара (осаждается в основном при дефекации). В чистой золе мелассы, получаемой при переработке здоровой свеклы с нормальной натуральной щелочностью, содержится 0,3...0,6 % Рг05, или 0,03...0,06 % к массе мелассы. В случае снижения натуральной щелочности свеклы до 0,01 % СаО и меньше на многих сахарных заводах с целью более полной очистки соков от растворимых кальциевых солей, коллоидных веществ и предотвращения инверсии сахарозы сок II сатурации подщелачивают тринатрийфосфатом до рН 8,3...8,5. При этом содержание фосфора в мелассе резко возрастает — до 1,2...2,0 % Р2О5 к массе золы, или до 0,12...0,20 % к массе мелассы.

      Содержание  сульфитов изменяется от 0,05 до 0,2 % в  расчете на сернистый ангидрид и  на массу мелассы. Оно возрастает с усилением сульфитации сиропа или сока II сатурации для снижения цветности и вязкости сахарных растворов.

      Кроме макроэлеметов в свекловичной мелассе присутствуют микроэлементы (табл. 3). Такие элементы, как алюминий, железо, кремний и стронций, могут содержаться в макро- и в микроколичествах.

      3. Содержание минеральных веществ в свекловичной меласс

      Нормальная  меласса имеет слабощелочную  или близкую к нейтральной реакцию (рН 8,9...7,2) и щелочность 2...0,5 моль/дм H2SO4 в 1 см³.

      Слабокислая реакция товарной мелассы может  быть следствием развития кислотообразующих бактерий. Для маскировки кислотности на некоторых сахарных заводах в мелассу добавляют известь, вследствие чего еще более усиливается развитие бактерий и ухудшается качество мелассы.

      Наличие в мелассе сильных оснований  и слабых кислот придает ей буферные свойства. Буферная емкость характеризуется количеством 1 н. раствора серной кислоты в миллилитрах, необходимым для снижения рН до 4,5 в 100 г мелассы при разведении водой 1:1, и изменяется от 14 до 45.

      Посторонние примеси. К посторонним примесям относятся загрязнения нефтепродуктами из-за недостаточно хорошо проведенной подготовки цистерн для перевозки мелассы по железной дороге и пеногасителями, применяемыми в сахарном производстве при диффузии и при упаривании соков.

      В мелассу, по-видимому, переходит также  некоторая часть пестицидов, используемых для борьбы с насекомыми-вредителями и микробами — возбудителями болезней во время культивирования свеклы, химикатов, добавляемых при хранении свеклы с целью предупреждения прорастания и загнивания.

      Количество  посторонних примесей иногда может  быть значительным, например пеногасителей 1...2 % к массе мелассы.

      ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ ТРОСТНИКОВОЙ МЕЛАССЫ

      Состав  и свойства тростниковой мелассы  сильно отличаются от таковых свекловичной: в ней меньше сахарозы при очень  большом содержании инвертированного сахара, мало азота, нет раффинозы, выше цветность, понижена буферность, реакция, как правило, слабокислая (рН 4,5...6,0 при разбавлении 1:1), запах кисловатый, напоминающий фруктовый. Большое количество инвертированного сахара, в мелассе объясняется значительным содержанием его в исходном сырье. Средний состав тростниковой мелассы (при содержании сухих веществ 80 %). В тростниковой мелассе сахаром считают все сахара, в том числе и несбраживаемые, в расчете на инвертированный сахар. Из безазотистых органических несахаров много аконитовой кислоты — 3...7 % к массе сухих веществ мелассы; летучих кислот — 0,6...0,9 %. Буферная емкость около 4 мл 1 н. серной кислоты на 100 г мелассы.

      Содержание  общего азота колеблется от 0,5 до 2,2 %, аминного (без гидролиза) — 0,2...0,5 %. В составе аминокислот преобладает аспарагиновая; бетаин отсутствует; коллоидов от 0,2 до 1,0 %.

      В среднем в тростниковой мелассе  следующее количество витаминов (мг на 100 г): тиамина 0,5, рибофлавина 0,12, пиридоксина 0,9, никотинамида 1,5, пантотеновой кислоты 7, фолиевой кислоты 0,02, биотина 0,15, инозита 500.

      ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ СЫРЦОВОЙ МЕЛАССЫ

      В сырцовой мелассе, по данным ВНИИХПа, содержится (%): сухих веществ от 80 до 88, сахарозы (по прямой поляризации) от 41 до 48, инвертированного сахара 1...4, раффинозы около 2, сбраживаемых Сахаров от 40 до 49, общего азота от 0,15 до 0,40, золы 8... 13 (в том числе КгО 2,5...3, СаО 1,5...3), диоксида серы до 0,01. Количество витаминов (мг на 100 г): биотина 0,09...0,25, тиамина 0,04...0,19, пиридоксина 0,7...1,7, никотинамида 1,4...2,8, пантотеновой кислоты 1,5...12, инозита 56...290, коллоидов 0,6...1,8 %. Сырцовая меласса имеет рН 5,6...7,5 и цветность от 0,6 до 6 мл (чаще 1,5...2 мл) 0,1 н. раствора йода. 

      ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕЛАССЫ

      Несмотря  на то что меласса — побочный продукт производства, состав ее до сих пор не регламентирован. Это объясняется главным образом тем, что он зависит от многих рассмотренных выше факторов. К тому же на различных производствах, где используют мелассу, к ней предъявляются неодинаковые, часто противоположные требования. Не вдаваясь в причины, отметим, что для производства хлебопекарных дрожжей и спирта желательна возможно большая буферная емкость мелассы, для производства же, например, лимонной кислоты, наоборот, небольшая; если для первых двух производств высокое содержание фосфора в мелассе полезно, то для третьего — вредно и т. д.

      Однако  существует ряд технологических  требований к мелассе, общих для всех бродильных производств: содержание сухих веществ не менее 75 %, общего азота не менее 1,3, инвертированного сахара не более 0,5, диоксида серы не более 0,05, пено- гасителей не более 0,5; рН — не ниже 6,8; цветность не более 2 мл 0,1 н. раствора йода.

      Кроме того, обсемененность микроорганизмами должна быть минимальной, во всяком случае, не более 10 тыс. клеток в 1 г мелассы. В спиртовом производстве степень  инфицированности мелассы определяют и косвенно — по нарастанию кислотности  при «самозакисании» пробы (через 20...24 ч при 30 "С кислотность не должна возрастать более чем на 0,3°).

      Меласса, не удовлетворяющая перечисленным  требованиям, считается дефектной. Уменьшение содержания сухих веществ  может вызвать развитие микрофлоры и большие потери сахара во время  хранения мелассы. При недостатке азота, чрезмерно большом количестве диоксида серы и пеногасителей нарушается нормальная жизнедеятельность дрожжей: они медленно размножаются и сбраживают сахар; снижается выход спирта и ухудшается его качество.

      Такие показатели, как высокое содержание инвертированного сахара, сильная цветность  и рН менее 6,8, сами по себе не играют отрицательной роли в производстве, ибо инвертированный сахар сбраживается дрожжами, а мелассу и при этом значении рН приходится подкислять. Цветность мелассы имеет значение лишь при выделении спиртовых дрожжей из бражки и использовании их в качестве хлебопекарных (темный цвет дрожжей). Однако именно эти три показателя служат наиболее надежным критерием пригодности мелассы. Отклонение их от нормы свидетельствует о том, что в сахарном производстве перерабатывалась долголежащая или гнилая свекла; в мелассе содержится много диоксида серы, летучих кислот и кальциевых солей, пеногасителей, мало азота. Обычно это характерно для мелассы последних месяцев сезона сахароварения.

      В связи с механизацией уборки и  складирования сахарной свеклы, сопровождающимися  значительными физическими повреждениями корней, увеличением количества оставшейся зеленой массы и земли, ухудшающими сохраняемость, технологическое качество свеклы понизилось, а следовательно, ухудшилось и технологическое качество мелассы. Поэтому наряду с конструктивными изменениями средств механизации необходимо совершенствовать методы подготовки мелассы такого состава к сбраживанию.

      Тростниковая  меласса нормального качества хуже сбраживается, чем даже дефектная свекловичная; ее перерабатывают совместно со свекловичной мелассой, добавляя в небольших количествах.

      Плохо сбраживается на спирт и дискардная меласса, которая получается в сахарном производстве при обессахаривании обычной мелассы методом осаждения сахарозы в виде нерастворимого трехкальциевого сахарата (сахарозата). Последний возвращают на дефекосатурацию диффузионного сока, заменяя известь, при этом он разрушается с освобождением сахарозы. Вместе с сахарозатом осаждается и трираффинозат; таким образом раффиноза, а с ней и другие несахара постепенно накапливаются в мелассе. При 3...4%-ном содержании раффинозы обессахаривание становится невыгодным, и мелассу выводят из производства (дискардная меласса), а оставшийся после осаждения сахарата «щелок» перерабатывают на другие продукты или сбрасывают. 
 
 
 

      ВОДА

      На  спиртовых заводах вода расходуется  на разные цели, главнейшие из которых технологические, а также на питание паровых котлов. В технологических процессах вода необходима для разваривания зерна, приготовления мелассных растворов, замачивания зерна при солодоращении и поливке солода, приготовления солодового молока, а также для охлаждения продуктов и полупродуктов. Во всех этих случаях химический состав воды существенно влияет на ход технологических процессов.

      К воде для технологических целей  предъявляют те же требования, что и к питьевой воде. Жесткость ее не должна превышать 7 мгэкв/л. Природную воду, не удовлетворяющую этим требованиям, подвергают исправлению: фильтрации через кварцевый песок, иногда с коагуляцией коллоидных примесей, обеззараживанию хлором, а в необходимых случаях и умягчению содово-известковым или ионитовым способом.

      Особенно  нежелательна для производства вода с большой жесткостью. Для проведения всех технологических процессов  требуется слабокислая реакция  среды (рН 4,5.„5,5). Так, крах- малсодержащее сырье разваривается тем быстрее и полнее, чем ниже рН. При рН 4,5...5,5 крахмал скорее осахаривается амило- литическими ферментами; рН 5...5,5 наиболее благоприятен для спиртового брожения. Нейтральная и слабощелочная реакции среды способствуют развитию кислотообразующих бактерий. В щелочной среде при брожении может образовываться глицерин.

      Хотя  в зерне и картофеле имеется  значительное количество буферных веществ  и при их разваривании кислотность повышается, все же избыток гидрокарбонатов кальция и магния вреден, так как смещает рН разваренной массы в сторону повышения, вплоть до нейтральной реакции. Кроме того, гидрокарбонаты кальция, вступая в реакцию обменного разложения с фосфатами сырья, переводят их в нерастворимые соединения, не доступные для дрожжей.

      При чрезмерно высокой временной  жесткости воды, употребляемой для замачивания солодового зерна, задерживается его прорастание, а также снижается амилолитическая активность солодового молока. При большой карбонатной жесткости воды увеличивается расход серной кислоты для подкисления мелассы.

      В воде с кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной и азотной  кислот повышается кислотность разваренной  массы, и с этой точки зрения такие  соли полезны. Они способствуют также  стабилизации амилазы в процессе осахаривания. В связи с этим при разваривании зерна очень жесткую'воду приходится подкислять серной кислотой или фильтратом барды, а воду, идущую на замачивание зерна и приготовление солодового молока, подкислять серной кислотой уже при жесткости 8 мг экв/л.

      ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

      ИСТОЧНИКИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО  ПИТАНИЯ ДЛЯ ДРОЖЖЕЙ

      Содержащегося в мелассе фосфора, а нередко  и азота недостаточно для нормальной жизнедеятельности дрожжей, поэтому в нее добавляют в качестве первого источника ортофосфорную кислоту, в качестве второго источника — сульфат аммония, карбамид (мочевину) или диаммонийфосфат, содержащий оба элемента.