Химический состав свекловичной мелассы

По внешнему виду свекловичная меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом, обусловленным в основном присутствием триметиламина и диметилсульфида. Это — лучшее сырье для производства. Ценность его заключается в том, что наряду с высоким содержанием сахара в мелассе содержатся все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности гриба. Вы­ход лимонной кислоты при использовании ее — наибольший.

Меласса имеет сложный и непостоянный химический состав, зависящий от почвенно-климатических условий вегетации свеклы, вносимых удобрений, способов уборки, условий и продолжительности хранения, технологии сахароварения и др. Например, механизированная уборка свеклы, транспортировка, доочистка и складирование травмируют корни, способствуя их загниванию при хранении. Корни с не полностью обрезанными головками склонны к прорастанию. Все это ухудшает качество свеклы и мелассы.

В мелассе содержится в среднем 80% сухих веществ и 20% воды. Учитывая состав мелассы, можно предполагать, что значительная часть воды находится в связанном состоянии вследствие гидратации в растворе коллоидов, молекул сахарозы и ионов минеральных веществ.

Сухие вещества. Общее содержание сухих веществ в мелассе непосредственно после фуговки утфеля на сахарном заводе составляет около 85% - реализуемая (товарная) меласса имеет несколько меньшую концентрацию, так как разбавляется водой и конденсатом при промывании и пропаривании трубопроводов, по которым она транспортируется в баки-хранилища. Снижение концентрации препятствует образованию кристаллов сахара при хранении, уменьшает вязкость, что облегчает отгрузку мелассы, особенно в холодное время года, и зачистку баков.

Сухие вещества мелассы слагаются из следующих компонентов (в среднем, % масс.): сахарозы 60,0, безазотистых органических веществ 16,7, азотистых веществ 14,8, и минеральных веществ (золы) 8,5. В свеклосахарном производстве учет ведут по сахарозе – основному продукту, в соответствии с чем другие сахара, полностью или частично используемые грибом, и сумму их называют «ферментируемые сахара».

В качестве минеральных веществ в мелассе содержится около 40% К₂О, от 1,5 до 4,5 % MgO и 7,3 – 13,8% СаО к массе золы.

Около 97% содержащегося в свекле фосфора теряется в процессе сахарного производства (осаждается в основанном на дефекации). При переработке здоровой сахарной свеклы с нормальной натуральной щелочностью в чистой золе содержится 0,2 – 0,6% Р₂О₅, или 0,02 – 0,06% к массе мелассы.

В мелассе присутствуют микроэлементы, количество которых сильно колеблется, что может отражаться как на росте гриба, так и на выходе лимонной кислоты. Элементы – алюминий, железо, кремний и стронций – могут содержаться как в макро-, так и в микроколичествах.

Меласса, пригодная для производства лимонной кислоты, должна удовлетворять следующим требованиям: содержать сухих веществ не менее 75%; сахара по прямой поляризации не менее 46%; инвертного сахара не более 1%; окиси кальция не более 0,7%; диоксида серы не более 0,03%; Р₂О₅не более 0,05%; жироподобных веществ не более 0,5%. Величина рН должна быть на ниже 6,5. Перечисленные показатели технологического качества мелассы, однако, еще не могут служить надежным критерием ее пригодности для производства лимонной кислоты, и окончательное заключение об этом может быть сделано только по результатам биохимического испытания (опытной ферментации).

Заготовка мелассных сред

Мелассу заготавливают на сахарных заводах на основании предварительных испытаний по ферментации, в конце сентября – ноябре. Меласса, заготовленная в более поздние сроки, обычно характеризуется пониженным выходом лимонной кислоты. Заготавливают мелассу исходя из 15-месячного запаса.

Меласса считается пригодной для производства лимонной кислоты, если в оптимальных условиях подготовки и ферментации в поверхностных условиях (в стаканах с площадью дна 0,42 дм², концентрации сахара 15%, высоте слоя 9см, продолжительности ферментации 7сут и соответствующем штамме – поверхностном или глубинном) будет получен съем: на мелассе для глубинной ферментации не менее 1800г/(м², сут), для подливов – не менее 1500; на мелассе для поверхностной ферментации – не менее 1400г/(м², сут).

Так как процесс биохимической оценки качества меласс очень длителен, то для поверхностного способа производства лимонной кислоты предложены ускоренные методы: по накоплению инверт­ного сахара в среде на вторые сутки ферментации и по величине съема на третьи сутки для штаммов Р-l и Р-3.

При наличии на вторые сутки ферментации в культуральной жидкости не менее 90г инвертного сахара в 1л возможен съем, удовлетворяющий требованиям к мелассе.

Второй метод дал также хорошие результаты. Съем лимонной кислоты на седьмые у и на третьи сутки х ферментации выражается уравнением:

у = 526 + 1,03х.

Достаточно высокий коэффициент корреляции (0,885) свиде­тельствует о тесной связи между у и х. Точность прогнозирования по первому и последнему методам ±10%.

Стерилизация мелассных сред

При возникновения производства лимонной кислоты предполагали, что благодаря сильному подкислению среды во время ферментации не следует бояться инфекции. Однако, вскоре выяснилось, что это не так и обсеменение посторонними микроорганизмами наносит вред производству.

Наиболее надежным и экономичным способом стерилизации является тепловая – насыщенным водяным паром. Температура должна быть выше летальной для наиболее стойких споровых форм. При преобладании спороносящих бактерий выдерживают температуру 125-130⁰С и экспозицию не меньше 30мин. Нужно добиваться уничтожения всех микроорганизмов (стерильности) среды, но так как в производстве это очень трудно, то для оставшегося пренебрежимо малого (технически допустимого) количества микрофлоры, а также для посторонних микроорганизмов, случайно попавших со сжатым воздухом и другими путями, создают неблагоприятные для развития условия добавлением в среду антимикробных веществ, т.е. проводят защищенную ферментацию.

Формалина, обычно применяемого с этой целью при поверхностной ферментации, достаточно 0,006-0,01% к массе мелассы, большая доза отрицательно действует на кислотообразующую способность А. пigег. Эффективен фурациллин в концентрации 10-15мг/л (добавляют при температуре 50⁰С), 5-нитрофурилроданид и другие производные фурана.

Испытаны также муравьиная кислота, кремнефтористый натрий, пентахлорфенолят натрия, но они одновременно снижают выход лимонной кислоты. Сульфамидные препараты не подавляют бактерий. Бактерицидные концентрации антибиотиков (млн. ед./м³): стрептомицин 40, биомицин 4, тетрамицин 2, полимиксин 1. Известны рекомендации по применению неомицина, низина, левомицетина, полимиксина, а при вспышке дрожжевой инфекции – леворина. Однако, обладая эффективным антимикробным действием и отсутствием отрицательного влияния на А. niger, антибиотики имеют тот недостаток, что они очень дороги.

Тепловая стерилизация мелассных сред при указанной выше температуре снижает качество их для биохимической переработки. С целью «смягчения» теплового режима целесообразно тепловую обработку проводить в присутствии антимикробных веществ. Снижение температуры без существенного изменения состава питательной среды может быть достигнуто также предварительной обработкой ферментным препаратом, расщепляющим стенки бактерий и спор. Во всех случаях, когда требуется сохранить термолабильные компоненты среды, стерилизацию ведут при более высокой температуре и соответственно меньшем времени, так как с повышением температуры скорость гибели микро­организмов возрастает быстрее скорости разрушения этих ком­понентов.

Предложено применение и других методов стерилизации мелассы: различными видами лучистой энергии (УФ-лучи, γ-лучи, лазерное излучение), ультразвуком, импульсными электрическими разрядами, наложением электромагнитных полей сверхвысокой частоты, фильтрацией через антимикробные волокна и т.д., но они пока не нашли применения в производстве.