Утилизация послеспиртовой мелассной барды

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 1).

Меласса 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 %).

 

Таблица 1

Химический состав и  технологические показатели качества свеклосахарной мелассы

 

Показатель	Меласса, поступившая  на спиртовые заводы
	в первом полугодии			во втором полугодии
	Минимум	Максимум	Ср. значение	Минимум	Максимум	Ср. значение
Сухие вещества (по рефрактометру), %	67,1	84,7	78,0	78,9	84,0	80,2
рН	6,3	8,2	—	6,5	9,5	—
Щелочность, град	0,2	10,0	2,4	0,5	5,0	2,3
Кислотность, град	0,3	3,6	1,6	0,5	2,5	—
Коллоиды (воднорастворим.), %	2,8	6,2	4,3	2,4	4,8	3,2
Азот, %:
общий	0,76	1,73	1,22	1,56	2,06	1,73
формольный	0,12	0,28	0,21	0,25	0,45	0,34
нерастворимый	0,06	0,13	0,09	0,13	0,25	0,18
Фосфор (Р2О5), %	0,023	0,031	0,027	0,039	0,055	0,044
Сернистый ангидрид (S02), %	0,009	0,157	0,059	0,012	0,100	0,025
Соли кальция (СаО), %
общее содержание	0,53	2,26	1,11	0,17	1,92	0,53
выпавшие в осадок	0,00	0,33		0,00	0,06	—
Сахар, %:
по прямой поляризации	39,3	56.6	48,2	47,8	54,5	49,9
инвертный	0,15	2,61	1,15	0,12	1,62	0,42
раффиноза	0,43	1,84	1,00	0,56	1,38	0,89
Пентозаны, %	0,26	0,50	0,33	0,25	0,40	0,30
Количество меласс, в  которых обнаружена раффиноза, %	—	—	30	—	—	13,5
Доброкачественность, %	56,2	71,8	62,5	68,8	69,9	64,0
Летучие кислоты, %
уксусная	0,72	1,27	0,99	0,66	1,11	0,79
муравьиная	0,11	1,23	0,37	0,05	0,45	0,21
пропионовая	0,02	0,11	0,05	—	—	—
Инфицированность,°Д	0,20	1,02	0,58	0,10	0,52	0,30
Несброженный сахар бражки, % к введенному	2,20	5,10	3,67	1,15	2,90	2,20
Выход спирта, дал/т условного крахмала	61,97	66,10	64,20	65,64	67,70	66,65

 

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 [9].

С увеличением срока  хранения сахарной свеклы уменьшается  содержание общего и формольно-титруемого азота мелассы (табл. 2), а также аминокислот (табл. 3).

 

Таблица 2

Изменение содержания общего и формольного азота мелассы

в зависимости от продолжительности сезона сахарного производства

 

	Азот, % к весу мелассы			Азот, % к весу мелассы
Месяц	общий	формольный	Месяц	общий	формольный
Сентябрь:			Декабрь:
I половина	1,9	0,42	I половина	1,6	0,28
II	2,1	0,45	II .	1,5	0,25
Октябрь:			Январь:
II половина	1,7	0,35	I половина	1,3	0,20
Ноябрь:
I половина	1,7	0,35
II	1,6	0,28

 

 

      Таблица 3

Содержание микроэлементов в мелассах сахарных заводов

 

Микроэлемент	Содержание мелассы, мг/кг	Микроэлемент	Содержание мела сы, мг/кг
Никель .....	1,6—7,6	Магний	568,2—864,0
Кобальт	1,0—7,6	Железо	82,6—265,8
Фтор	2,1—7,0	Марганец	13,9— 75,8
Молибден	1,0-1,2	Медь ......	10,5- 69,1
Свинец	2,1-6,1	Стронций ....	46,5—594,0
Олово .....	1,0—4,1	Кремний ....	66,0—547,4
Алюминий	93,0—600,9

 

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

По мере повышения  доброкачественности меласс содержание азота в них падает. Содержание азота в мелассах зависит исключительно  от содержания вредного азота в  свекле.

Из азотистых органических веществ в мелассе содержится главным образом бетаин, аспаргиновая и глютаминовая кислота [10]. 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 [11].

Инфицирование 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

Технологическая оценка качества мелассы, в зависимости  от характера и степени ее инфицированности, приведена в таблице 4. 

 

Таблица 4  

Оценка качества мелассы в зависимости от характера и степени ее инфицированности

 

Группа мелассы	Качество мелассы
	по данным Е. А. Плевако		по данным О. А. Бакушинской		по данным Г. Ольбриха
	Количество микроорганизмов в 1 г мелассы	Качество мелассы	Количество микроорганизмов (спороносных бактерий и дрожжей) в 1 г мелассы	Качество мелассы, взятой для длительного хранения	Количество микроорганизмов в 1 г мелассы	Степень трудности переработки мелассы
1	До 100000	Нормальная	До 15000	Нормальная	До 100 000	Легко перерабатывается
2	до 500 000	Дефектная	50 000	Увеличивает потери сахара	до 1000000	Требуется специальная предварительная обработка
3	до 2 500 000	Даёт пониженные выход и качество дрожжей	100 000 и более	Дефектная, не пригодная для длительного хранения	до50 000 000	Невозможно получить нормальный выход и качество дрожжей

2.2 Аппаратурное оформление  и последовательность стадий  технологической схемы производства этилового спирта из мелассы

 

 

Технология получения этилового спирта из мелассы основана на ферментативном сбраживании сахаров дрожжевыми микроорганизмами и включает следующие основные процессы:

• подготовка мелассы к сбраживанию;
• приготовление мелассного сусла;
• приготовление чистых культур спиртовых дрожжей;
• дрожжегенерирование;
• сбраживание сусла;
• перегонка бражки.

Подготовка мелассы к сбраживанию. Процесс подготовки мелассы включает ряд операций, таких, как тепловая обработка, химическое антисептирование, подкисление, внесение питательных веществ, кларификация, гомогенизация и выдержка [12].

Меласса может быть заражена посторонними микроорганизмами, жизнедеятельность которых приводит к нарушению технологии сбраживания, нерациональным потерям сахаров, ухудшению качественных показателей продукции.

Наиболее эффективным для обеззараживания мелассы являются химическое антисептирование и тепловая обработка (стерилизация, пастеризация).

Антисептирование и подкисление. Мелассу обеззараживают и подкисляют добавлением серной или соляной кислоты, хлорной извести, формалина, сульфонола и других химических веществ.

Серную или соляную кислоту добавляют, чтобы обеззаразить мелассу и создать оптимальный для жизнедеятельности дрожжей рН среды в мелассном сусле.

Количество добавляемой кислоты рассчитывают исходя из потребности на нейтрализацию щелочных меласс и дополнительного расхода для подкисления сусла до рН 5,1—5,3 при однопоточной схеме сбраживания и рН 4,8—5,1 при двухпоточной схеме. Кислоты перед добавлением в мелассу разбавляют 4—5-кратным количеством воды.

Подкисление серной кислотой ведется на большинстве спиртовых заводов. На заводах, имеющих цехи кормовых дрожжей и станции упаривания барды, применяются соляная кислота» соли которой не дают осадка на поверхностях теплообмена.

При однопоточной схеме сбраживания подкисляют всю мелассу, поступающую в производство. Выдержка подкисленной мелассы производится в течение 8—12 ч.

При двухпоточной схеме сбраживания подкисляют и антисептируют соляной или серной кислотой только ту часть мелассы, которая идет на приготовление сусла для дрожжей. Кислотность сусла для дрожжей составляет 0,9—1,0°, что соответствует рН 4,1—4,3. Антисептирование при этой кислотности достигается выдержкой в течение 4—8 ч.

Высокая кислотность иногда является недостаточной для предотвращения развития вредной микрофлоры, содержащейся в мелассе. Поэтому кроме кислотного антисептирования неразбавленной мелассы, особенно при однопоточной схеме сбраживания, применяют другие антисептики.

Хлорную известь, содержащую 32—35 % активного хлора задают в мелассу в виде водной вытяжки. Для этого к извести, загруженной в емкость, добавляют пятикратный объем воды, хорошо размешивают, дают раствору отстояться в течение 2—3 ч. Светлый раствор декантируют и задают в мелассу, хорошо перемешивая [13].

На 1 т мелассы нормального качества добавляют 0,5—0,6 кг хлорной извести и выдерживают в течение 2—3 ч. Для средне-инфицированной мелассы расход хлорной извести составляет 0,8—1,0 кг/т, выдержка — 4—5 ч, для сильно инфицированной — соответственно 1,2—1,5 кг/т и 5—6 ч. В мелассном сусле известь нейтрализуется за счет окислительных процессов, в том числе от добавления кислот на подкисление, вследствие чего не оказывает ингибирующего действия на дрожжи.