2.4.3. Свекловичная меласса
Меласса - это оттек, получаемый при центрифугировании утфеля последней кристаллизации в производстве сахара.
Выход мелассы составляет примерно 5 % от массы переработанной свеклы.
Состав мелассы колеблется в следующих пределах (% к массе): содержание сухих веществ 76-85; сахароза 46-51; азот общий 1,5-2; бетаин 4-7; редуцирующие вещества 0,2-2,5; раффиноза 0,6-1,4; молочная кислота 4-6; уксусная и муравьиная - по 0,2-0,5; зола кондуктометрическая - 6-11. Чистота- 56-62 %, вязкость - 4-8 Па*с при 40оС ); рН 6-8; плотность - 1445 кг/м3 .
На величину выхода мелассы и содержание в ней сахара влияет качество перерабатываемой свеклы, зависящее от климатических условий и агротехники её возделывания, сроков уборки, длительности хранения, степени поврежденности и загрязненности, а также технологического режима переработки свеклы.
 |
Схема использования свекловичной мелассы |
Схема показывает основные направления использования мелассы.
В последнее десятилетие меласса используется в России на следующие нужды (примерные % к общему количеству) :
на производство:
- обогащенного сушеного жома - 0,5
- этилового спирта - 12
- дрожжей - 20
- лимонной кислоты - 3
- пищевых кислот - 0,3
- растворителей - 0,1
- свеклосдатчикам (на корм скоту) - 50
- прочие нужды - 14
Помимо скармливания скоту, одним из наиболее старых методов использования мелассы является её обессахаривание. Однако экономичность обессахаривания мелассы зависит от ряда факторов: количества получаемой мелассы, возможности и экономической эффективности применения её для других целей, необходимости в дополнительном сахаре и др.
Обессахаривание осуществляется разнообразными методами - известковым (связывание извести с сахаром мелассы и образование при этом трехкальциевого сахарата, используемого вместо известкового молока при очистке сока, при которой происходит разложение сахарата на известь и сахар), ионитным (с помощью ионитов удаляется основная масса несахаров, в результате при переработке свеклы меласса практически не образуется), хроматографическим и др.
Из мелассы химическим или биохимическим методами могут быть получены ценные производные сахарозы, органические и неорганические вещества, не содержащие сахарозу.
Основным процессом разложения сахарозы является брожение, протекающее в результате жизнедеятельности микроорганизмов - дрожжей, бактерий, плесневых грибков. Это происходит в одних случаях при воздействии кислорода (аэробные процессы), в других случаях - без него (анаэробные процессы).
Из мелассы путем брожения могут получаться следующие продукты .
При анаэробном процессе - этиловый спирт, глицерин, бутанол, ацетон, бутиленгликоль, молочная, масляная, пропионовая и другие кислоты. При аэробном процессе - глюконовая, лимонная, фумаровая, щавелевая и уксусная кислоты, а также диоксицетон. По этому типу брожения организуется и производство дрожжей - хлебопекарных и кормовых.
2.4.3.1. Производство спирта
Производство этилового спирта является наиболее разработанным процессом переработки мелассы методом брожения. При современном состоянии его технологии сбраживание мелассы не представляет никаких затруднений и проводится дрожжами Saccharomyces cerevisiae при температуре 20-25 оС. Сахароза мелассы при помощи фермента дрожжей - инвертазы превращается в инвертный сахар - смесь глюкозы и фруктозы, которые затем другим ферментом, присутствующим в дрожжах - зимазой, сбраживаются с образованием этилового спирта и углекислоты. Реакция протекает по суммарному уравнению :
| С12H22О11 + Н2О | = | 4 С2Н5ОН + 4 СО2 |
| сахароза | спирт |
Согласно этой формуле на 100 кг исходной сахарозы в мелассе должно получиться 53,8кг спирта. Фактически выход спирта составляет около 85 % от теоретического, т.е. около 46 кг, или 58 л на 100 кг введенной с мелассой сахарозы. Если принять, что в мелассе содержится лишь 50 % сахарозы, то из 100 кг мелассы получается около 30 л спирта.
После сбраживания мелассного раствора и отгонки спирта остается барда, в которой помимо дрожжей находятся все несахара мелассы и побочные продукты брожения - глицерин и пр.
Дрожжи, пройдя брагоперегонный аппарат, в основном отмирают, но химический состав их мало изменяется и отделенные с помощью дрожжевого сепаратора они могут быть использованы как белковое кормовое средство.
2.4.3.2. Производство хлебопекарных дрожжей
Получение из мелассы хлебопекарных дрожжей также является хорошо разработанным и давно применяемым процессом, как и производство этилового спирта. В отличие от последнего, при производстве дрожжей процесс ведут таким образом, чтобы образование спирта свести к минимуму, а весь сахар, содержащийся в мелассе, по возможности полнее использовать на построение дрожжевых клеток, т.е. на рост и размножение самих дрожжей. Последние сильно ускоряются в присутствии кислорода воздуха. Поэтому характерной особенностью производства дрожжей является энергичная аэрация бродящей жидкости, в то время как спиртовое брожение является анаэробным процессом.
Сбраживание мелассы проводят при температуре 26-30 о С при значении рН 4,7-5,0. Полученные дрожжи отделяют на сепараторах с промежуточным промыванием их водой. Дрожжевой концентрат из сепараторов пропускают через фильтры и получают так называемые прессованные дрожжи, которые формуют на специальных машинах и нарезают в виде брусков определенной величины.
Таким способом из 100 кг мелассы получают обычно около 100 кг прессованных дрожжей с содержанием около 25 % сухих веществ.
Дрожжевой концентрат из сепараторов или уже отпрессованные дрожжи высушивают на сушилках, пропускают, если нужно, через дробилки и получают сухие дрожжи.
2.4.3.3. Производство молочной кислоты
Молочная кислота, имеющая широкое применение в различных областях пищевой, а также в фармацевтической промышленности, легко получается путем сбраживания мелассы молочнокислыми бактериями Lactobacillus Delbrucki. Как и при спиртовом брожении, сахароза сначала расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые затем сбраживаются в молочную кислоту по уравнению :
| С12Н22О11 + Н2О | = | 4 СН3 -- СНОН -- СООН |
| сахароза | молочная кислота |
Сбраживание сахара происходит при температуре 50 оС и разбавлении мелассы до концентрации около 15% сухих веществ. В процессе брожения в раствор постепенно добавляется мел - СаСО3 .
По окончании процесса брожения, продолжающегося около 6 суток, молочная кислота находится в растворе в связанном состоянии - в виде своей кальциевой соли. Выход её составляет около 90 % от теоретического. Полученный раствор фильтруют, сгущают и при охлаждении выкристаллизовывают из него молочнокальциевую соль - лактат кальция. Последний разлагают серной кислотой, отфильтровывают образующийся нерастворимый сернокислый кальций (гипс) и получают раствор молочной кислоты с концентрацией около 15% сухих веществ. Выпаривая этот раствор в кислотоупорных вакуум-аппаратах, её концентрацию повышают до 50-75 % .
Неочищенная, техническая молочная кислота применяется в кожевенной промышленности (при дублении кож), а в виде солей - в красильном производстве. Для применения в пищевой промышленности её очищают активированным углем.
2.4.3.4. Производство лимонной кислоты
Сбраживание сахара мелассы в лимонную кислоту осуществляется аэрофильным плесневым грибом Aspergillus niger и идет по следующему суммарному химическому уравнению :
| С12Н22О11 + 3 О2 | = | 2 С6Н8О7 + 3 Н2О |
| сахароза + кислород | лимонная кислота + вода |
Образующаяся при сбраживании лимонная кислота в целях очистки её от одновременно образующихся других веществ связывается известью в цитрат кальция. Полученная суспензия цитрата кальция разлагается и фильтруется, причем фильтрат представляет собой чистый раствор лимонной кислоты, который уваривается, кристаллизуется, а кристаллы лимонной кислоты отделяются от маточного раствора в центрифугах.
Из 100 кг мелассы получается примерно 20 кг кристаллической лимонной кислоты.
2.4.3.5. Производство глутаминовой кислоты
Глутаминовая кислота С5Н9О4N играет важную роль в азотистом обмене веществ в организме человека. Используется как вкусовая добавка к пищевым продуктам и при лечении некоторых болезней. В технологии производства ее из мелассы используются ионообменные смолы. Кислота получается сбраживанием сахарозы мелассы с помощью микроорганизмов при температуре 30 оС. К питательной среде добавляют азотистые соединения, калиевые и магниевые соли. Сначала получают в элюате пиралидонкарбоновую кислоту, затем элюат сгущают, гидролизуют и нейтрализуют. Из нейтрализованного гидролизата кристаллизуется глутаминовая кислота.
2.4.3.6. Производство лизина
Лизин (незаменимую аминокислоту) производят из мелассы микробиологическим синтезом аминокислот с добавлением различных стимуляторов роста бактерий. Выпускается в виде монохлоргидрата лизина в кристаллической форме, кормового концентрата лизина и жидкого препарата.
Микробиологический синтез лизина осуществляется в периодическом процессе культивирования на мелассной среде. В качестве источника факторов роста, балансирующих состав питательной среды для выращивания лизинсинтезирующих бактерий, используют кукурузный экстракт, являющийся отходом крахмало-паточного производства.
Лизин используется как добавка в комбикорма, для обогащения удобрений, а также в виде раствора для полива почвы под овощными культурами и цветами.
2.4.3.7. Другие виды использования мелассы
При взрыве горных пород нитратом аммония используют мелассу, замедляющую действие нитрата аммония. В этом случае вместо тринитротолуола вносят 25% мелассы в виде 50%-ного раствора.
В незначительных количествах мелассу используют для увеличения прочности красок. Так, мелассу в количестве от 2 до 5 % добавляют к подогретым щелочным растворам натриевых солей нитрофенолов и галловой кислоты. Такой раствор черного цвета применяют для окраски стали.
В литейных цехах мелассу в количестве 4-5 % можно добавлять к формовочному песку.
При электролитическом методе получения алюминия угольные аноды, насаженные на металлические ниппели, для увеличения прочности опускают в массу, состоящую из графита и мелассы.
При искусственной или воздушной сушке дерева можно предотвратить его растрескивание, предварительно смазав дерево смесью из раствора поваренной соли и мелассы.
Мелассу добавляют в некоторые клеящие средства. Так, смесь из натриевого жидкого стекла и мелассы (4:1) вполне пригодна для наклейки этикеток на консервные банки из белой жести.
Мелассу используют при производстве суррогатов кофе, сухих электробатарей и т.д.
Мелассу, как и другие продукты, содержащие сахарозу, можно использовать для получения целого ряда химических соединений, применяющихся в фармацевтической, химической и других отраслях промышленности.
В литературе опубликованы следующие примеры использования сырья, содержащего сахарозу:
- окислением сахарозы азотной кислотой в присутствии ванадиевокислого аммония получают щавелевую кислоту;
- гидрированием водного раствора сахарозы при температуре около 150 оС в присутствии никеля в качестве катализатора получают легко разделяемую смесь сорбита и маннита, значение которых для фармацевтической, текстильной, кожевенной и других отраслей промышленности очень велико;
- гидрированием сахарозы при давлении водорода до 700 кгс/см2 и температуре 180 оС получают глицероген - продукт, содержащий 40 % глицерина, 10-20 % пропиленгликоля, 30-40 % гексозы, небольшое количество этиленгликоля и эритрита, глицероген служит заменителем глицерина;
- обработкой сахарозы минеральными кислотами получают левулиновую кислоту. Наибольший выход этой кислоты - при обработке сахарозы бромистоводородной кислотой, но более дешевой является обработка сахарозы соляной кислотой с добавлением небольшого количества бромида натрия. Одновременно с левулиновой получается и муравьиная кислота, разделить которые можно вакуум-дистилляцией. Натриевую соль левулиновой кислоты используют в качестве предохранителя жидкостей от замерзания. Эфиры её (например, циклогексилэфир) применяют при пластифицировании. Кальциевая соль левулиновой кислоты - одно из лекарств для лечения туберкулеза.
Кроме перечисленных соединений, из сырья, содержащего сахарозу, можно получить:
- оксиметилфурфурол, находящий применение при органических синтезах, выработке пластификаторов, стабилизаторов влажности;
- фурфурол, являющийся промежуточным продуктом при производстве нейлона;
- метилпиперазин - промежуточный продукт при выработке полиамидов, сложных эфиров сахарозы;
- высшие жирные предельные и непредельные кислоты, являющиеся нетоксичными, не раздражающими слизистую оболочку моющими средствами, поэтому их применяют не только при стирке белья, одежды, но и при изготовлении косметических средств, медикаментов, а также для мытья фруктов и овощей.
Мелассу можно высушивать по следующему методу : её разжижают до содержания 50 % сухих веществ, затем в течение 1 часа смешивают с 5%-ным СаОН. Смесь высушивают в вакуум-сушилках, тепловым агентом служит горячий воздух температурой 150°С. Высушенная меласса представляет собой светло-коричневый порошок примерно следующего состава (%) : влага - 3,20; содержание редуцирующих веществ - 23,16; поляризационного сахара - 65,63; золы - 19,82; азота - 0,63 . Размер частиц - 37 мкм . Высушенную мелассу в основном используют в качестве добавки к корму для скота и в комбикормовой промышленности.
Мелассу в натуральном виде и в количестве добавок используют на корм скоту. Кормовое достоинство её - 77 кормовых единиц в 100 кг.
Ценность мелассы как корма обусловливается не только высоким содержанием в ней сахара, но и относительно большим количеством перевариваемых аминокислот, некоторых минеральных солей, микроэлементов (кобальта, бора, железа, молибдена, марганца и др.) и витаминов.
В мелассе содержится 9 % сырого протеина, 33 % которого перевариваемы.
Содержание кобальта в мелассе достигает 0,5 мг в 1 кг . Поэтому её применяют для лечения животных, страдающих акобальтозом (недостатком кобальта).
Приятный вкус мелассы позволяет использовать её в качестве аппетитовозбуждающего средства, особенно при скармливании кормов, неохотно поедаемых скотом. К мелассе рекомендуется добавлять мочевину.
Применять мелассу рационально в смеси с жомом, отрубями, силосированными кормами.
Максимальный ежедневный рацион мелассы для скота примерно следующий, кг :
| Тельные коровы | не скармливать |
| Молочные коровы | 2,5 |
| Старший молодняк | 0,5 |
| Рабочие волы | 3-4 |
| Откармливаемые волы | 4 |
| Лошади | 3 |
| Откармливаемые овцы | 4 |
| Откармливаемые свиньи | 5 |
| 2.4.2 Свекловичный жом | 2.4.4 Фильтрационный и транспортерно-моечный осадки |
1 )
КОММЕНТАРИИ