|
|
Главная / Основы производства спирта / Производство спирта из мелассы / Тростниковая меласса
|
|
Тросниковая меласса является отходом сахарного производства. Сахар в промышленности получают из сахарной свеклы и сахарного тростника. Из мирового производства сахара в 45 млн. тонн в год около 60% приходится на долю тростникового.
Культура сахарного тростника, как теплолюбивого растения, широко распространена в Азии (Китай, Индия), Австралии, на Кубе, Яве, Гавайских островах. Так, в 1956/57 годах переработано сахарного тростника (тыс. тонн): на Кубе 5350, в Бразилии 2438, в Австралии 1240.
В СССР в ряде районов Таджикистана и Узбекистана выращивают сахарный тростник для производства рома.
Сахарный тростник перерабатывают на месте произрастания, как правило, на сахар-сырец и реже — на белый сахар.
За рубежом и особенно в таких странах, как Голландия, Англия, Бельгия, США, Австрия, издавна перерабатывают большое количество привозного тростникового сахара-сырца в рафинад.
В СССР также перерабатывалось ежегодно в белый сахар от 160 до 250 тыс. тонн импортного тростникового сахара-сырца. Было запланировано дальнейшее резкое увеличение переработки тростникового сырца, в частности получаемого из Кубинской Республики (1 млн. тонн в год).
В процессе переработки тростникового сырца на белый сахар получается отход производства — тростниковая меласса.
Тростниковый сахар-сырец состоит из двух компонентов — кристаллов сахарозы и покрывающей их пленки межкристальной патоки, которая, кроме сахара, содержит несахара и красящие вещества.
По инструкции ЦИНСа, тростниковый сырец подвергается аффинации, центрифугированию, клеровке на сироп, очистке методом карбонатации (добавлением к клеровке извести) с последующим сатурированием СO2, фильтрации и сульфитации. Затем очищенный сироп варят в вакуум-аппаратах, после чего из утфеля I продукта при центрифугировании получают белый сахар, а оттеки подвергают трехкратной обработке с получением утфелей II, III и IV продуктов и последнего оттека — мелассы, являющейся отходом производства.
Выход мелассы с пересчетом на содержание 85% сухих веществ в 1958 г. составил 6,66% к весу сахара-сырца.
Тростниковая меласса, получаемая при переработке тростникового сахара-сырца, является сложной смесью, содержащей сбраживаемые сахара, органические и азотистые вещества, а также неорганические соединения. По своему составу тростниковая меласса близка к мелассе тростниковосахарного производства.
На состав мелассы оказывают влияние применяемый метод очистки клеровок. Но в среднем в состав мелассы, полученной при рафинировании сахара-сырца, входит: сахарозы 25—40%, редуцирующих Сахаров 12—30%, азота 0,3—0,5% (азота в тростниковой мелассе во много раз меньше, чем в свекловичной).
Из органических несахаров в мелассе содержится больше всего аконитовой кислоты — около 5%.
В состав редуцирующих веществ входят: глюкоза, фруктоза, иногда раффиноза, а также несбраживаемые редуцирующие вещества. Эти редуцирующие несбраживаемые компоненты состоят из карамелей и меланоидинов (последние получаются из продуктов конденсации Сахаров и аминокислот).
Несбраживаемых редуцирующих веществ в мелассе может содержаться до 17%.
Указывают, что количество несбраживаемых веществ в мелассе увеличивается под влиянием высокой температуры обработки сахарного тростника. Так, до 10% редуцирующей способности мелассы объясняют наличием продуктов распада сахаров : гидрометилфурфурола, муравьиной кислоты, левулиновой кислоты.
Таблица 1. Состав тростниковой мелассы (в %), полученной при переработке тростникового сахара-сырца.
| Образец тростниковой мелассы | Сухие вещества | Сахароза | Инвертный сахар (редуцирующие вещества) | Раффиноза | Зола | Органические вещества (несахара; | Азот общий | Фосфор в. пересчете на Р2О5 | Доброкачественность |
| Переработанной на Иванковском спиртовом заводе (по данным УкрНИИСПа) ........ | 81,45 | 52,23 | 8,07 | 1,97 | 3,5 |
—
|
0,19 | 0,036 | 74,36 |
| Петровского сахарного завода . . | 81,0 | — | 1,8 |
—
|
— | — |
—
|
—
|
61,9 |
| Американских заводов | 78,2 | 29,65 | 20,13 | — | 9,04 | 28,4 | — | — | 63,7 |
| По данным Андерксфлера .... | 83—85 | 30—40 | 12—18 | — | 7—10 | 20—25 | — | — | — |
| Немецких
заводов
|
80,3 | 40,78 | 15,47 |
—
|
— | — |
—
|
—
|
69,1 |
| Английских
заводов
|
(на 100 ч.сухих веществ) |
39,65
|
25,51
|
—
|
11,74
|
23,4
|
|
|
63,6
|
| По данным Ольбрихта (1957) | 80,0 | — | 76,5 | — | 3,5 | — | 0,5 | — | — |
| Рафинированная по Уайту (1954) | 86—92 | — | 70—86 | — | 1,8—3,6 | — | 0,05— 0,25 | — | — |
Состав зольных элементов тростниковой мелассы (в %) представлен в табл. 2.
Таблица 2
| Данные | К2О | СаО | мео | РгОь | Ре203 | 5Ю« | Сульфаты | Хлориды | Всего |
| 3,5 | 1,5 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,5 | 1,6 | 8,0 | ||
| Андеркофлера и Хиккея | 3,6 | 0,5 | 0,07 | 0,9 | Прочие вещества | 3,93 | 0,4 | 9,0 | |
Тростниковая меласса богаче свеклосахарной витаминами, По Уайту, в рафинированной тростниковой мелассе содержится (в мкг/100 г) биотина 100—180, пантотеновой кислоты 1600, инозита 250000.
По данным Андеркофлера, содержание витаминов в тростниковой мелассе следующее (в мкг на 1 г мелассы):
тиамина 8,3
По отчетным данным за 1958 г., при переработке тростникового сахара-сырца получено 12,3 тыс. т тростниковой мелассы следующего состава: содержание сахара (в % к весу сахара-сырца 3,36; сухих веществ (по рефрактометру) 80,2%; доброкачественность 59,8%.
Использование тростниковой мелассы.
Тростниковая меласса используется в основном как сырье в бродильных производствах для выработки спирта, рома, растворителей — ацетона и бутанола, дрожжей, лимонной, молочной и аконитовой кислот и глицерина; она применяется также частично для кормовых целей.В отличие от свеклосахарной тростниковая меласса не может быть подвергнута сепарации для извлечения сахара по Стеф-фену из-за высокого содержания в ней инвертного сахара.
При длительном хранении тростниковой мелассы в ней происходят значительные потери сахара. Для уменьшения этих потерь рекомендуется заливать поверхность мелассы в резервуарах слоем минерального масла.
Тростниковая меласса была до недавнего времени редким сырьем в нашей промышленности и поэтому технология ее переработки у нас почти не изучена.
Учитывая предстоящую в ближайшее время переработку значительного количества тростниковой мелассы, приводим описание производства из нее спирта и рома, как наиболее перспективные отрасли ее дальнейшего применения.
Низкое содержании азотистых веществ в мелассе отрицательно сказывается на процессе сбраживания ее дрожжами. В УкрНИИСПе (3. А. Раев) исследованы технологические качества тростниковой мелассы, полученной при переработке тростникового сахара-сырца (см. табл. 3).
Таблица 3
Тростниковая меласса отличалась высокой доброкачественностью, содержала почти в 10 раз меньше азота и в 1,5—2 меньше золы, чем свеклосахарная меласса, однако фосфорной кислоты в ее золе было больше, чем в золе свеклосахарной мелассы.
Применительно к составу тростниковой мелассы разработан режим ведения дрожжей с добавлением в качестве дополнительного питания для них сернокислого аммония в количестве 0,8% и суперфосфата 1,0% к весу сбраживаемой мелассы; концентра-
Снижение количества примесей в спирте-сырце из тростниковой мелассы обусловлено незначительным содержанием в ней соединений органического азота, который в процессе брожения способствует образованию сивушного масла.
В СССР было организовано производство высококачественного советского рома на базе сахарного тростника, культивируемого в южных районах Таджикской и Узбекской ССР.
Ром представляет собой крепкий алкогольный напиток с приятным ароматом, приготовляемый из ромового спирта.
Стоимость вырабатываемого из тростниковой мелассы рома значительно ниже, чем из сока сахарного тростника; кроме того, он обладает более характерным вкусом и ароматом, который ценится в этом напитке; для созревания этого рома требуется меньший срок.
В мелассе, перерабатываемой на ром, важно соотношение содержания сахара к золе. Считают, что наиболее благоприятным отношением количества сахара к содержанию золы должно быть 6,5 : 1 или выше.
Производство рома из тростниковой мелассы включает следующие основные стадии:
приготовление затора из мелассы ,
сбраживание затора,
перегонка ромовой бражки,
выдержка и созревание рома.
Для приготовления затора мелассу, разбавленную до концентрации 55% сухих веществ, стерилизуют нагревом до 80°С,
добавляют сернокислый аммоний, а также барду и доводят среду до содержания сбраживаемых Сахаров 12—14%.Для приготовления советского рома в качестве возбудителен брожения применяют дрожжи шизосахаромицеты (5—10% к объему затора). Брожение ведут при температуре 25—27°С в герметически закрытых бродильных аппаратах.
Как только содержание сахара в сбраживаемом сусле понизится до 5,5—6 г/100 мл, в него задают закваску маслянокис-лых бактерий Огапи1оЬас1ег (2—3% к объему сусла) и в течение 4 суток температуру брожения поддерживают на уровне 29—30 °С.
Полученную бражку, содержащую 4,8—5,8% об. спирта, сепарируют для отделения дрожжей и перегоняют на кубовом перегонном аппарате, снабженном ректификационной колонной, дефлегматором и холодильником. Полученный ромовый спирт-сырец крепостью 60% об. разбавляют теплой дистиллированной водой до крепости 50% об., заливают в новые дубовые бочки (емкостью 200 л] и хранят в течение 4 лет на складах при температуре 18—23 °С для старения рома.
Выдержанный ром сливают из бочки в купажный чан, разбавляют дистиллированной водой до крепости 45% об;, подкрашивают колером, фильтруют и разливают в бутылки.
Как указано выше, в тростниковой мелассе содержится значительное количество аконитовой кислоты (от 3 до 7% в пересчете на сухое вещество).
Аконитовая кислота используется в основном в качестве мягчителя при добавлении ее в форме молекулярного эфира.
До последнего времени аконитовую кислоту получали в небольших количествах в качестве дорогостоящего продукта дегидратацией лимонной кислоты.
В мелассе содержатся ионы кальция и магния. При добавлении необходимого количества кальция аконитовая кислота осаждается из мелассы в виде ее кальций-магниевой соли.
Чистую культуру посевного материала вводят из инокулятора в бродильный чан в количестве от 2 до 4% и брожение ведут при 30—31 °С в течение 40—45 ч. Отбродившая масса — бражка, содержащая 1,7—2,4 г смеси бутанола, ацетона и немного этанола, поступает для перегонки в непрерывно действующую бражную колонну с 30-ю ситчатыми тарелками.
Выход смеси растворителей составляет от 29 до 33% по весу сбраживаемых углеводов.
В барде содержится значительное количество рибофлавина и других витаминов, которые являются ценным кормом для скота.
Барду концентрируют до 0,1 начального объема в трехступенчатом вакуум-испарителе и массу сушат в распылительной сушилке. В 1 г сухого вещества массы содержание рибофлавина составляет 60—100 мкг.
Получение молочной кислоты из тростниковой мелассы.
Тростниковую мелассу используют в качестве основного сырья для производства молочной кислоты. При этом получают выход около 90% от теоретического.
Из индийской тростниковой мелассы получали наиболее высокий выход (96%) молочной кислоты.
В США на 4 заводах из тростниковой мелассы вырабатывают 2300 т молочной кислоты в год.
Тростниковая меласса в некоторых странах применяется для производства дрожжей (на Ямайке работает дрожжевой завод мощностью 4000 т в год на мелассе от переработки сахара-тростника); однако из одной тростниковой мелассы не рекомендуется вырабатывать хлебопекарные дрожжи из-за темного цвета и небольшого содержания азота; обычно для этого практикуют применение смеси из свеклосахарной и тростниковой мелассы при соответствующей их обработке.
В тростниковой мелассе содержание стимулятора роста биотина очень велико, а пантотеновой кислоты недостаточно. В правильно составленной смеси меласс стимуляторы роста хорошо сбалансированы, что обеспечивает хороший выход дрожжей.
Смесь тростниковой и свекловичной меласс успешно применяется на дрожжевом заводе в Довенкурте (Англия) для производства хлебопекарных дрожжей по непрерывному способу Ольсена и Чима.
При работе по непрерывному методу с использованием только 60% емкости дрожжерастильной аппаратуры производительность завода увеличилась на 8,5% по сравнению с работой по периодическому способу.
Процесс производства организован по следующей технологической схеме: непрерывное автоматизированное приготовление и осветление и стерилизация смеси меласс (рис. 22а); непрерывное автоматизированное приготовление растворов питательных солей (рис. 226); непрерывное автоматизированное выращивание и выделение товарных дрожжей (рис. 23).
Из хранилищ 2 и 1 тростниковая и свекловичная мелассы в определенных соотношениях (см. рис. 22а) подаются дозирующим насосом 4 с мотором 3 в смеситель 5, где происходит разбавление меласс до заданной плотности и мгновенная стерилизация их паром
Рис. 22а. Схема установки для непрерывного дозирования, разведения и стерилизации мелассы.
Рис. 226. Схема установки для непрерывного приготовления азотного питания.
Стерилизованная меласса затем поступает в сборник постоянного уровня 7 с предохранительным клапаном 6 и оттуда в непрерывно действующий кларификатор 8 для осветления. Осветленный раствор поступает в смеситель 9, куда подается горячая вода и через прибор 10 — регулятор плотности (удельного веса) снова подается в сборник постоянного уровня )/ и через расходомеры и дозатор 12 непрерывно подается в дрожжерастильные аппараты.
Кристаллический сульфат аммония непосредственно из склада подается (рис. 226) в сатуратор 1, куда непрерывно поступает вода, и получается насыщенный раствор сульфата аммония, который в сборнике 2 непрерывно разбавляется водой через регулятор плотности 3 до требуемой концентрации и насосом 4 подается в сборник 5.
Раствор сульфата аммония из сборника 5 при помощи дозирующего трехступенчатого насоса 8 с мотором 7 смешивается с 25%-ным раствором аммиака, поступающим из хранилища 6, разбавляется водой, подается в сборник постоянного уровня 9 и через дозатор 10 поступает в дрожжерастильные аппараты.
Рис. 23. Схема непрерывного процесса выращивания дрожжей.
В небольших количествах применяются в качестве питательных веществ диаммонийфосфат и сернокислый магний.
Выращивание дрожжей ведется в батарее (рис. 23), состоящей из 5 дрожжерастильных аппаратов А, Б, В, Г, Д (2) и дображивателя Е (3]. Дрожжерастильные аппараты соединены последовательно при помощи дозирующих насосов 4 и смонтированы на открытом воздухе, за исключением верхней части их, в которой размещена контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура, находящаяся внутри здания.
Дрожжами чистой культуры из аппарата 1 засевается дрожжерастильный аппарат Л, куда подается вода (хлорированная), мелассовый раствор и солевое питание и проводится сбраживание при непрерывной аэрации.
По заполнении аппарата до полезной емкости 40,9 м3 и получении концентрации дрожжей 70 г/л (в пересчете на прессованные дрожжи с содержанием 27% сухих веществ) включается дозирующий насос 4 и часть среды из аппарата А передается в аппарат Б, куда также подается вода (хлорированная), мелассовый раствор и другие питательные вещества, затем цикл повторяется для аппаратов 5, В. Г и Д. В аппарат Е — дображиватель — меласса, соли и вода не поступают. После заполнения всех 6 аппаратов до одного и того же уровня из последнего аппарата Е на сепараторы 5 начинают поступать товарные Дрожжи в количестве 2 т в час, которые собираются в сборнике 6. Это — стадия непрерывного потока, или «устойчивая фаза».
По окончании этой стадии прекращается подача питания к Дрожжерастильному аппарату А, в то время как среда с дрожжами из этого аппарата продолжает передаваться в аппарат Б и далее по всей батарее.
После опорожнения аппарата А постепенно освобождаются дрожжерастительные аппараты Б, В, Г, Д и Е. Это заключительная стадия процесса.
На главную страницу / Физико-химические основы производства спирта / Тростниковая меласса
