Меласса - свеклосахарная патока

Состав мелассы (свелосахарной патоки) зависит от почвенных и климатических условий произрастания свеклы, условий ее хранения и принятого режима переработки свеклы в сахар. В связи с этим химический состав патоки и ее свойства весьма разнообразны.

На основании анализов, проведенных Минцем, меласса ( свеклосахарная патока ) сахарных заводов имеют следующий химический состав (табл. 20).

Таблица 20

Как видно из данных табл. 20, содержание воды изменяется в довольно широких пределах, в зависимости от принятого на свеклосахарном заводе метода работы и условий транспортировки и хранения. От содержания воды зависит содержание сухих веществ в патоке, которое устанавливается или непосредственным определением, или на основании определения удельного веса патоки. Пользуясь специальными таблицами, можно по удельному весу, определенному ареометром или пикнометрически, установить содержание видимых сухих веществ в весовых процентах. При помощи сахарометров содержание видимых сухих веществ в патоке определяется непосредственно.

Подробные анализы с точки зрения спиртового производства паток, полученных с семи сахарных заводов, расположенных в различных областях России, были проведены А. Л. Малченко и Ф. Б. Криштул. Эти данные приведены в табл. 21.

Содержание сахара в мелассе (свеклосахарной патоке) определяет ее ценность для спиртового производства. Из сахароз в патоке содержится главным образом сахароза. Содержание ее колеблется чаще всего в пределах 44—52% и в среднем близко к 50%. Чаще всего в патоке содержится 0,1—0,5% инвертного сахара и до 0,5% трисахарида — раффинозы. В дефектных патоках количество инвертного сахара под влиянием бактериальных воздействий может значительно возрастать и достигать иногда 15%. Содержание раффинозы также колеблется в зависимости от температуры и влажности в вегетационные периоды произрастания свеклы. После холодных и дождливых периодов в свекле может образоваться до 2% раффинозы.

В числе Сахаров патоки имеется до 1,2% пентоз, сбраживаемых дрожжами.

Несахар составляет около 30% сухих веществ мелассы (свеклосахарной патоки), в его состав входят органические и минеральные вещества. Органическая часть несахаров мелассы состоит из безазотистых и азотистых соединений. К безазотистым соединениям относятся: карамели, органические кислоты и их соли, эфиры жирных кислот, гуммиподобные вещества и др.

Из органических кислот в патоке содержатся: аскорбиновая, глютаминовая, глутаровая, оксиглутаровая, глюциновая, молочная, мелассиновая, сахариновая, щавелевая, янтарная. Кроме того, при подкислении патоки часть солей органических кислот и оснований выделяют кислоты — муравьиную, уксусную, масляную.

Некоторые исследователи полагают, что в зависимости от количества влаги, потерянной при нагревании, сахароза дает смеси различных химически однородных продуктов. Другие исследователи указывают, что продукты, получаемые при нагревании сахарозы до различной степени потери веса, являются сложными химическими веществами, содержащими коллоидные гуминовые вещества, образовавшиеся в результате нагревания сахарозы.

Физико-химические свойства патоки в значительной степени зависят от свойств коллоидов, находящихся в ней. Так, цветность патоки на 86% зависит от коллоидов. Содержание коллоидов в патоке обусловливает пониженное поверхностное натяжение патоки и пенообразование при ее переработке. Вязкость патоки зависит главным образом от наличия коллоидов и увеличивается с повышением их содержания. По данным Малченко и Криштул, содержание коллоидов в патоках составляет 3,8—5,62% (в расчете на натуральную патоку).

Коллоиды патоки представляют собой полидисперсную систему, они относятся главным образом к группе гидрофильных коллоидов. По Думанскому, коллоиды патоки почти полностью состоят из обратимых коллоидов. Необратимые коллоиды менее стойки и почти все удаляются при очистке и уваривании соков — остается только 3% от общего их количества. Обратимых коллоидов содержится 0,53% по весу сухих веществ в патоке. При диализе они остаются в растворе и не осаждаются при подкислении соляной кислотой; они не растворяются в спирте и эфире. Химический состав обратимых коллоидов: С 47,2%; Н 5,6%; N 4,6%; золы 5,7%.

Содержание обратимых коллоидов находится в зависимости от присутствия пектиновых веществ в диффузионном соке. В основном они представлены смесью арабана, гексозанов и азотистых веществ. Цветность обратимых коллоидов около 10000° по Штаммеру (на 100%-ную сахарозу), они обусловливают 13% окраски патоки.

Содержание необратимых коллоидов в патоке составляет 0,45% по весу сухих веществ. При диализе они выпадают в осадок, легко растворяются в растворах едкого натра, осаждаются и выпадают в осадок при подкислевии соляной кислотой, не растворяются в спирте и эфире. Химический состав необратимых коллоидов: С 57,3; Н 5,5; N 7,6; золы 1,1 %. Необратимые коллоиды не содержат пектиновых веществ и углеводных групп, их вещество близко к гумусу, а по своим свойствам они близки к фумазиновой кислоте, которая является важнейшей составной частью необратимых коллоидов. Цветность необратимых коллоидов около 66000° по Штаммеру (на 100 частей сухих веществ), они обусловливают 73% окраски патоки.

Азотистые вещества свеклосахарной патоки ( мелассы ) состоят главным образом из продуктов распада белков — аминокислот, амидов, как например аспарагиновой, глютаминовой кислот, лейцина, изолейцина; органических оснований — бетаина и др. Содержание азота в сухом веществе патоки около 2%, причем почти 1/3 всех азотистых веществ составляет бетаин. Настоящие белки составляют в среднем только 5% от общего содержания азота в патоке, так как большая часть белковых веществ свертывается и осаждается в процессах сахарного производства. По данным Малченко и Криштул, из общего содержащая азота 1,065 — 2,1% растворимый азот составляет 1,04 — 1,8%, растворимый азот 0,08 — 0,23%.

По другим данным, на основании анализа 16 образцов паток были установлены следующие средние величины для содержания дельных видов азотистых соединений в свеклосахарной патоке (в %)

Как видно из этих данных, основное количество азота находится в виде азота бетаина, содержание амидного и аммиачного юта, а также азота аминокислот примерно вдвое меньше.

Лишь часть азотистых веществ патоки может быть использован дрожжами как питательный материал. По опытам, поставленным на одном из дрожжевых заводов, работающем по воздушному юсобу (с аэрированием), при общем содержании азота в патоке 51% дрожжи могли усвоить лишь 0,50%, т. е. 33% всего азота патоки.

Содержание золы в патоке (за вычетом углекислоты) составит от 7,66 до 5,08% (табл. 22).

Из данных табл. 22 видно, что состав зольных элементов подвержен довольно значительным колебаниям, причем в них преобладают Сl + КСl.

Содержание зольных элементов колеблется в следующих пределах (в %).

Содержание фосфорной кислоты в патоке колеблется от 0,23 до 60% (в расчете на Р₂О₅). Зола содержит до 28% углекислоты, основная масса солей сырой золы патоки (около 70—80%) состоит

из углекислых щелочей, которые находились в патоке в виде солей органических кислот. Остальная часть оснований находится в соединении с хлором, серной, кремниевой и фосфорной кислотами.

Таблица 22

По данным П. М. Силина, углекислая и чистая зола свеклосахарной патоки имеют следующий состав.

Присутствием углекислых соединений, образовавшихся в патоке в результате процесса сатурации, когда свекловичный сок, смешанный с известью, насыщается углекислотой, обусловливается щелочность патоки, в среднем составляющая 1,0°. Таким образом, нормальная патока обладает щелочной реакцией и лишь вследствие микробиологических процессов, протекающих в патоке, она может приобрести кислую реакцию, которая характерна для дефектных паток.

Трудность сбраживания дефектных паток объясняется содержанием в них летучих кислот — масляной, муравьиной и др.

Обращает на себя внимание низкое содержание фосфорной кислоты в патоке (в среднем 0,6%), объясняемое тем, что в процессе дефекации при обработке соков известью она осаждается в виде нерастворимого фосфорнокислого кальция, который удаляется вместе с дефекационной грязью.

Летучие кислоты образуются в патоке не только за счет микробиологических процессов, но и в результате воздействия на сахарозу высоких температур, щелочей и кислот в процессах сахарного производства.

Желтый цвет патоки зависит от состава свеклы и методов переработки ее в сахар. По-видимому, окрашивание сока происходит вследствие образования окрашенных глюциновой, сахарной и мелассиновой кислот при дефекации — воздействии щелочи на инвертный сахар. В зависимости от режима дефекации цветность сока получается различной. Другой причиной цветности патоки является реакция, протекающая между моносахарами (инвертный сахар) и аминокислотами с образованием меланоидинов, обладающих большой красящей способностью. Цветность патоки по Штаммеру колеблется от 250 до 1400° (на 100% -ную сахарозу).

В процессе производства сахара из свеклы происходит карамелизация сахара, которую ранее выражали суммарным уравнением:

С₁₂Н₂₂О₁₁ —  2 Н₂0  =  С₁₂Н₁₈О_9.

_{сахароза                    карамелан}

В настоящее время известно, что при 160° сахароза плавится; при дальнейшем нагревании она начинает разлагаться, выделяя воду. Одновременно с дегидратацией молекул сахарозы остатки их конденсируются и образуют в основном вещества, называемые карамелями. Разложение сахарозы идет в несколько стадий. Вначале она распадается на глюкозу и ангидрид фруктозы — левулезан:

С₁₂Н₂₂О₁₁ = С₆Н₁₂О₆ —  С₆Н₁₀О_5.

сахароза     глюкоза       левулезан

при дальнейшем нагревании от глюкозы отщепляется молекула воды и образуется ангидрид глюкозы — глюкозан:

С₆Н₁₂О₆ — 2 Н₂0 =  С₆Н₁₀О_5.

глюкоза    вода     глюкозан

При 185 — 190° оба ангидрида вступают в реакцию и образуют изосахарозан:

С₆Н₁₀О₅   +   С₆Н₁₀О₅    =  С₁₂Н₂₀О_10.

левулезан   глюкозан      изосахарозан

Если продолжить нагревание, то изосахарозан конденсируется с одновременным отщеплением двух молекул воды; при этом образуется карамелан. В дальнейшем карамелан присоединяет молекулу изосахарозана, одновременно отщепляются три молекулы воды и образуется карамелей:

С₂₄Н₃₆О₁₈    +    С₁₂Н₂₀О₁₀    —  3 Н₂0    =    С₃₆Н₅₀О_25.

карамелан   изосахарозан     вода         карамелей

В зависимости от режима нагрева сахара теряется различное количество воды и получается тот или другой вид карамели.

ТУГОБРОДЯЩИЕ И БОЛЬНЫЕ ПАТОКИ

Наряду с нормальными патоками встречаются патоки тугобродящие и больные.

К тугобродящим патокам относятся такие, которые сбраживают медленно, большое количество сахара остается в них несброженным, и они дают пониженный выход спирта. При сбраживании таких паток не обнаруживается признаков зараженности. Эти явления обусловливаются химическим составом патоки и могут быть результатом процессов самоброжения, при которых образовались летучие жирные кислоты, тормозящие брожение. По данным Е.А. Плевако и Р.В. Гивартовского, к дефектным патокам в дрожжевом производстве следует отнести:

• кислые патоки общей кислотностью 0,5—5,0 мл 1 N раствора ЫаОН, с повышенным содержанием летучих кислот (0,31 —1,0%) и инвертного сахара (2,0—15,0%);
• патоки с содержанием сернистого ангидрида 0,05—0,15%;
• нитритные патоки с содержанием нитритов 0,004—0,15%;
• карамелизованные патоки, содержащие (в %):

•      карамели .......... .            2,3—2,4
•      гуминов-меланоидинов ..... .0,6
•      коллоидов .............            0,008

Больные патоки дают большое нарастание кислотности при брожении и характеризуются развитием бактериальной инфекции.

Патоки обладают большой буферностью, обусловленной наличием солей слабых органических кислот, связанных с сильными основаниями. Изменение буферности паток приводит к тому, что одной и той же титруемой кислотности может соответствовать различная величина рН.

Химический состав паток на сахарных заводах изменяется в течение сезона переработки свеклы вследствие изменения в составе длительно хранившейся свеклы.

Во второй половине сезона сахарные заводы выпускают патоку, содержащую много инвертного сахара, раффинозы, меньше азота, много красящих веществ — меланоидинов. Такие патоки часто имеют кислую реакцию, обусловленную большим содержанием летучих кислот. Патоки такого состава относятся к дефектным и сбраживают плохо.

ОБЕССАХАРЕННАЯ (ДИСКАРДНАЯ) И РАФИНАДНАЯ ПАТОКА

В сахарной промышленности все шире развивается обессахариание патоки для выделения из нее дополнительных количеств сахара. В связи с этим на спиртовые заводы для переработки на спирт поступает обессахаренная (дискардная) патока.

В табл. 23 приведены результаты проведенных в ЦНИИСПе нализов нескольких образцов обессахаренной патоки с Эртилького сахарного завода и рафинадной патоки с Московского сахарорафинадного завода и ионитной (патоки, обработанной ионитами).

Таблица 23

Состав обессахаренных паток

Из данных табл. 23 видно, что в образцах обессахаренной патоки, как и в рафинадной, обычно имеется повышенное содержание раффинозы; кроме того, она характеризуется повышенным содержанием золы и щелочностью, а также наличием нитритов.

На спиртовых заводах иногда перерабатывают тростниковую патоку, которая существенно отличается от свеклосахарной патоки по количеству сбраживаемых сахароз и по содержанию азотистых веществ.

Тростниковая патока — кормовая или полученная при очистке гростникового сахара-сырца — обладает высокой доброкачественностью и очень бедна азотом. Она имеет меньшую буферность и зольность ее в 1,5—2 раза меньше, чем свеклосахарной патоки, но по содержанию фосфорной кислоты она не уступает последней.

Ниже приводится состав тростниковой патоки, полученной при очистке тростникового сахара-сырца и переработанной на Иваньковском спиртовом заводе.

.

По данным Раева, тростниковая патока имела кислую реакцию, кислотность 2,7° и рН 6,2.

Продолжение...следует

ЛИТЕРАТУРА

1. Меласса. Технология сбраживания. Hubert OLBRICH Fermentation Technologist, Institut für Zuckerindustrie, Berlin (Germany) , 1963...
2. Подготовка мелассы, стерилизация, CIP-система...
3. Запретить! так решил парламент Северной Осетии, рассмотрев вопрос о работе спиртзаводов на отходах сахарной свеклы — мелассе
4. Биохимия зерна, Сборники Института биохимии им. А. Н. Баха АН СССР, вып. 1, 1951; вып. 2, 1954; вып. 3, 1956; вып. 4, 1957.
5. Биохимия культурных растений. Под ред. проф. Иванова Н. Н., Сельхозгиз, т. 1,1936.
6. Жвирблянский Ю. М., Отходы свеклосахарного производства, Пищепромиздат, 1935.
7. Картофель, Институт коммунального хозяйства, Сельхозгиз, М., 1053.
8. Княгиничев И,. М., Биохимия пшеницы, Сельхозгиз, Л., 1951.
9. Коржуев Д. А., Новый способ хранения картофеля, «Сад и огород», 1953,№ 10.
10. Кретович В. Л., Физиолого-биохимические основы хранения зерна, изд. АН СССР, М., 1945.
11. Кретович В. Л. и Козьмина Н. П., Биохимия зерна и продуктов его переработки, Заготиздат, М., 1950.
12. Мастер ов а Е. С., Руководство по хранению картофеля на спиртовых заводах, Пищепромиздат, 1945.
13. Прокошев С. М., Биохимия картофеля, изд. АН СССР, М., 1947.
14. Ра ев 3. А., Базилевич К. К., К методике определения сахаристости и выхода спирта из дефектной патоки, Труды Украинского НИИСПа, вып. 5, 1959.
15. Рубин Б. А., Биохимические основы хранения овощей, изд. АН СССР М,1945.
16. Силин П. М., Химия сахарного производства, Снабтехиздат, М.—Л., 1933г,
17. Технология свеклосахарного производства, Пищепромиздат, 1958.
18. Таблицы химического состава и питательной ценности пищевых продуктов, Медгиз, М., 1954.
19. Трисвятский Л. А., Хранение зерна, Заготиздат, М., 1961. Церевитинов Ф. В., Химия свежих плодов и овощей, Госторгиздат, М,1949;
20. Товароведение пищевых продуктов, М., Госторгиздат, 1949.