Технология производства спирта из мелассы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология производства спирта из мелассы

Получение мелассы.

При переработке свеклы на сахар все несахаристые вещества свеклы, не удаленные с жомом и дефекационным шламом, накапливаются в маточном растворе, получающемся после фуговки последнего продукта.

В связи с наличием значительного количества несахаров, затрудняющих кристаллизацию сахара, этот продукт, называемый мелассой, является отходом свеклосахарного производства.

Выход мелассы составляет примерно 4,6% по весу переработанной свеклы, а содержание сахара в ней 2,4% к весу переработанной свеклы. Выход мелассы колеблется в очень широких пределах и зависит от многих причин.

Меласса является побочным продуктом в производстве сахара. В зависимости от вида сырья, перерабатываемого на сахарных заводах, меласса бывает нескольких видов:

свеклосахарная меласса - при переработке сахарной свеклы;

тростниковая меласса - при переработке сахарного тростника на сахар-песок; рафинадная меласса - при производстве сахара-рафинада из сахара-песка.

В России для производства спирта используется преимущественно свеклосахарная меласса.

Свеклосахарная меласса представляет собой темно-коричневую вязкую жидкость со специфическим запахом продуктов карамелизации сахарозы и три-метиламина, содержащегося в ней в малых количествах. Плотность мелассы 1,30-1,42.

Цветность мелассы (по ФЭКу) по отношению к светопропусканию воды составляет 20-60% при разбавлении мелассы 1:10. Но с повышением содержания инвертного сахара цветность мелассы увеличивается. Так, при хранении мелассы в первом полугодии цветность колеблется в пределах 12-44% (в среднем 31%), во втором - 30-64% (в среднем 48%) к светопропусканию воды. Вязкость нормальной мелассы колеблется в пределах 3600-5600 сантипуаз. Но с повышением плотности (% СВ) вязкость мелассы увеличивается.

Химический состав мелассы.

Химический состав мелассы зависит главным образом от сорта и качества сахарной свеклы, почвенно-климатических условий ее произрастания. На физико-химические и технологические показатели мелассы влияют методы ведения производства на сахарных заводах, а также продолжительность сезона сахароварения (таблица Химический состав и технологические показатели качества свеклосахарной мелассы).

Меласа содержит 75-85% сухих веществ, из которых около 54-63% (по весу сухих веществ) сахарозы, 14,8% азотистых веществ, 16,7% безазотистых веществ (кроме сахара) органических веществ и 8,5% золы.

При содержании около 20% воды меласса в среднем содержит 50% сахара и 30% несахаристых веществ, которые в свою очередь можно разделить на неорганические, главным образом соли калия 10%, и органические 20%.

Кроме сахарозы, нормальная меласса содержит в небольшом количестве (до 0,25%) инвертный сахар, а также раффинозу (до 2%).

Цветность мелассы в ед. Штаммера от 327 до 1300.

В состав углеводов мелассы, кроме сахарозы и инвертного сахара, входят также трисахариды - раффиноза (0,01 - 2%) и кестоза (в незначительном количестве). Раффиноза состоит из одной молекулы сахарозы и одной молекулы галактозы. При действии инвертазы дрожжей или при слабом кислотном гидролизе раффиноза частично разлагается с образованием мелибиозы и фруктозы. Последняя сбраживается спиртовыми дрожжами. Кестоза состоит из двух молекул фруктозы и одной молекулы глюкозы, на спирт она не сбраживается.

Несахара мелассы (все соединения, кроме сахарозы) делятся на неорганические (10%) и органические (20%). Органические несахара подразделяются на безазотистые и азотсодержащие. Безазотистые несахара составляют углеводы (инвертный сахар, раффиноза и кестоза) и органические кислоты, среди которых уксусная, муравьиная, масляная, молочная, щавелевая, пропионовая, валериановая.

Общий азот нормальной мелассы состоит из следующих видов, %:

Белковый……. 3,0

Пептонный…… 1,9

Аминокислотный…. 8,2

Нитратный……… 2,0

Бетаинный……. 73,9

С увеличением срока хранения сахарной свеклы уменьшается содержание общего и формольно-титруемого азота мелассы (табл. 5), а также аминокислот.

Изменение содержания общего и формольного азота мелассы в зависимости от продолжительности сезона сахарного производства

Количество сахара к сухим веществам (доброкачественность) меласс в значительной степени зависит от условий произрастания свеклы и изменений ее состава при хранении.

Так при переработке свеклы, выросшей в сухие годы, получают мелассы более низкой доброкачественности, с большим органическим коэффициентом и с большим содержанием азотистого несахара при относительно меньшем содержании золы и большом содержании извести. Реакция меласс при длительном их хранении большей частью кислая.

При переработке свеклы, выросшей при избытке влаги и недостатке тепла, получают мелассы более высокой доброкачественности, с меньшим органическим коэффициентом и с меньшим содержанием азотистого несахара при относительно большом содержании золы и малом содержании извести. Реакция таких меласс большей частью щелочная.

По мере повышения доброкачественности меласс содержание азота в них падает. Содержание азота в меласах зависит исключительно от содержания вредного азота в свекле. При хранении свеклы с пониженным содержанием сахара и накоплением новых несахаров вследствие разложения части сахара в свекле, которое при хранении свеклы может возрастать в 2-3 раза. Содержание инвертированного сахара в мелассах зависит, таком образом, в основном от качества перерабатываемой свеклы.

По данным Центрального Института Свеклы, вязкость мелассы высокой доброкачественности лежит в пределах 4000-5000 спз. При переработке свеклы пониженного качества меласса получается низкой доброкачественности и отличается большим содержанием кальциевых солей и меньшим содержанием щелочных окислов и азота; вязкость ее вдвое и втрое выше нормальной.

Из азотистых органических веществ в мелассе содержится главным образом бетаин, аспарагиновая и глютаминовая кислота. Из общего количества азота в мелассе (около 1,5% по ее весу) примерно 2/3 приходится на бетаин.

Глютаминовая кислота находится в мелассе в форме полиамида глютаина. При отщеплении аммиака от глютаминовой кислоты образуется пирролидонкарбоновая кислота, которая под действием кислот и щелочей снова превращается в глютаминовую кислоту; ее количество составляет около 2,7% от общего количества аминокислот.

В составе безазотистых органических веществ П.М. Силин отмечает пектиновые вещества и продукты их распада, составляющие примерно 3% к весу мелассы. К этой группе относятся красящие вещества (карамели и мелоидины) и продукты распада инвертного сахара - молочная, глюциновая и апоглюциновая кислоты. Количество этих продуктов составляет около 2,5% от веса сухих веществ мелассы.

В этой группе также установлено содержание муравьиной (0,2-0,4%), уксусной (0,5-1,0%), масляной (0-0,7%) и пропионовой (0,3%) кислот.

По химическому составу и по качеству (степени инфицирования) различаю мелассы нормальные и дефектные.

Нормальные мелассы характеризуются невысокой щелочностью (2-6 млн. кислоты на 100 мл мелассы), отсутствием нитритов и незначительным содержанием сернистого ангидрида (не более 0,03%), количеством сахара 45-50% (в том числе инвертного не более 0,25%). Общее количество микроорганизмов невелико - 2000 клеток в 1 г без заметного преобладания отдельных видов.

Инфицированные мелассы.

Меласса часто инфицирована различной микрофлорой. В ней обнаружены следующие основные бактерии - наиболее опасные вредители спиртового брожения:

спороносные - Вас. subtillis, Вас. mesentericus, Вас. megatherium, Вас. globigil, Bac. mesentericus flavus;

неспороноспые - Leuconostoc mesenteroies, Leuconostoc agglutiaaum

Первые три спороносных представителя микрофлоры мелассы являют нитрообразующими бактериями. Они редуцируют нитраты в нитриты меласс ничтожные количества которых задерживают размножение дрожжей.

Дефектные мелассы.

Дефектная меласса, в отличие от нормальной, плохо сбраживается, оставляет большой процент несброженного сахара, дает пониженный выход спирта и дрожжей.

Дефектные мелассы поступают на спиртовые заводы обычно после декабря. По своему химическому составу они характеризуются кислой реакцией (рН = 5,84-6,6), меньшей плотностью (67-78% СВ), повышенной цветностью (12 - 44% по отношению к светопропусканию воды), большим содержанием коллоидов (2,8-6,2%), наличием солей кальция (0,83-2,2%) и сернистой кислоты (0,05-0,15%), повышенным содержанием инвертного сахара (до 2% и больше), раффинозы (>1%) и органических летучих кислот (>1%). В то же время дефектные мелассы содержат меньшее количество общего азота (1,3% и ниже), формольного (0,25% и ниже), а также фосфора (<0,03%) по сравнению с мелассами, нормальными по качеству.

К дефектным мелассам для производства хлебопекарных дрожжей Е.А. Плевако относит кислые мелассы с общей кислотностью 0,5 град, содержащие, %:

· Летучие органические кислоты……. 1

· Сернистый ангидрид. 0,15

· Карамели…. 2,3-2,4

· Гумино-меланины. 0,6

К дефектным мелассам относятся мелассы со следующими качественными показателями:

· Плотность по рефрактометру, % СВ…… <75

· Цветность по (ФЭК), % к светопропусканию воды… <40

· РН < 6,8

· Азот общий, %……………. 1,3

· Инвертный сахар, %…………… 0.5

· Инфицированность по нарастанию кислотности в пробе на самоброжение через 24 ч,°Д………..> 0,3

Потери мелассы при транспортировании и хранении.

При транспортировании мелассы установлены определенные предельно допустимые нормы потерь в ж/д транспорте равные 0,72% к весу мелассы в зимний и летний периоды.

Меласса хранится на сахарных заводах, а затем на заводах-потребителях: дрожжевых, спиртовых, лимонной кислоты в специальных мелассохранилищах до 5-8 месяцев.

В процессе длительного хранения химический и микробиологический состав мелассы меняется, в результате чего теряется сахароза и инфицированная меласса становится дефектной. Такая меласса становится основным источником развития бактериальной инфекции в бродильных производствах.

Как установлено, бактериальная микрофлора мелассы представлена тремя группами бактерий: кислотообразующими, гнилостными и пектинообразующими.

Исследования мелассы в процессе хранения выявили, что потери сахарозы обусловлены действиями микроорганизмов и зависят от плотности мелассы. При плотности мелассы в 75-80 г. Бр микрофлора в ней не развивается и потери сахара незначительны; они ежемесячно находятся в пределах 0,04 - 0,22% в пересчете на вес мелассы, содержащей сахара около 46%.

В случае наличия этих микроорганизмов в количестве около 50000 в 1 г ежемесячные потери сахара мелассы достигают 1,3% к весу мелассы.

При разжижении мелассы до плотности 40 Бр дрожжи, попавшие в мелассу из воздуха, активизируются и их жизнедеятельность вызывает значительные потери сахара, которые достигают ежемесячно 2,5% к весу мелассы.

Как указывалось выше, меласса характеризуется значительным содержанием несахаров. На 1 часть сбраживаемых веществ приходится 0,5 части несахаров. при высокой концентрации несахара проявляют себя как ингибиторы роста спиртовых дрожжей, затрудняя их размножение и процесс брожения. Поэтому в спиртовом производстве процесс брожения ведут и разбавленными растворами мелассы.

При сбраживании мелассы на спирт отрицательное влияние на дрожжи оказывает повышенное содержание в мелассе летучих кислот (более 2%). В связи с этим для выявления степени дефектности мелассы рекомендуется определять в ней, помимо плотности, кислотности и сахаристости, также и содержание летучих кислот.

При переработке дефектных меласс необходимо употреблять увеличенное количество сильных дрожжей.

Производство этилового спирта из мелассы в настоящее время ведется в основном по непрерывному способу брожения. Полунепрерывная схема пере работки мелассы на спирт сохранилась только на некоторых спиртовых заводах.

Преимуществом непрерывного способа брожения в сравнении с периодическим способом сбраживания является увеличение производительности оборудования и труда рабочих, уменьшение расхода сырья воды, пара, электроэнергии и других элементов себестоимости продукции. Не прерывные процессы легко автоматизируются как по контролю, так и по регулированию производства. Создаются условия для стабилизации и нормализации технологических показателей, что приводит к увеличению выхода основной продукта процесса брожения - этилового спирта.

Сбраживание мелассы на спирт по непрерывному способу ведется по одно- или двухпоточной схеме брожения.

Однопоточная схема сбраживания мелассы. Однопоточная схема переработки мелассы на спирт разработана в 1954 г. сотрудниками ВНИИПрЕ А.Л. Малченко и Ф.Б. Криштул. В последующие годы данная схема была уточнена в УкрНИИСП и принята в качестве типовой.

Особенностью однопоточной схемы сбраживания мелассы является приготовление и переработка мелассного сусла одной концентрации 21-22% СВ. Мелассу подвергают антисептированию действием пентахлорфенолята натрия, подкисляют технической серной кислотой, добавляют для питания дрожжей фосфорную кислоту и брожение ведут непрерывным методом. Этот способ непрерывного сбраживания мелассы имеет преимущества перед другими способами переработки.

Преимущества выражаются в адаптировании дрожжей к суслу одной концентрации к условиям высокого осмотического давления, а также в использовании всего содержащегося в мелассе комплекса фосфорных солей.

Из 1 тонны мелассы (с содержанием сахара 50%) выход спирта составляет 30 дал (абсолютного алкоголя).

Резкое увеличение выработки спирта из мелассы является следствием больших преимуществ этого вида сырья для производства по выходу спирта, производительности труда, себестоимости производства. Вместе с тем меласса и продукт ее переработки содержит ценные вещества, использование которых позволяет вырабатывать, кроме спирта, углекислоту и хлебопекарные дрожжи, и при переработке мелассной барды - глицерин, кормовые дрожжи, глутаминовую кислоту, бетаин и его производные, витамин В12 и др.

меласса сахар спирт брожение

Размещено на Allbest.ru