МЕЛАССА

Мелассой называют последний маточный раствор — оттек, получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифу­гах. В мелассе содержатся несахара сока сахарной свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и сахароза, которую выделять классическим методом кристалли­зации уже экономически невыгодно. При выработке сахара из свеклы выход мелассы в расчете на безводную колеблется от 3,5 до 5% от ее массы. С мелассой отходит от 10 до 15% всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле.

Меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом карамели и меланоидинов; свекловичная меласса имеет еще и запах триметиламина и других летучих аминов, образующихся при разложении бетаина.

Для спиртового производства меласса — наилучшее сырье. Ценность ее заключается в том, что наряду с высоким содержани­ем сахара в ней находятся все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности дрожжей. При переработке мелассы упрощается технологическая схема, так как исключаются опера­ции разваривания сырья и осахаривания крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов. В мелассном сусле отсутст­вуют декстрины и неосахаренный крахмал, поэтому оно быстрее сбраживается, при этом уменьшаются потери сбраживаемых угле­водов и увеличивается выход спирта в пересчете на условный крахмал, снижается себестоимость спирта и возрастает производительность труда.

Свекловичная меласса имеет сложный и непостоянный хими­ческий состав, зависящий от почвенно-климатических условий вегетации, вносимых удобрений, способов уборки, условий и продолжительности хранения сахарной свеклы, технологии саха­роварения и других факторов.

В свекловичной мелассе содержится в среднем 80% сухих веществ и 20% воды, значительная часть которой находится в связанном состоянии вследствие гидратации в растворе коллои­дов, молекул сахарозы и ионов минеральных веществ.

Сухие вещества свекловичной мелассы, по данным П.М.Си­лина, слагаются из следующих компонентов (в среднем мае. %): сахарозы 60,0; безазотистых органических веществ 16,7; азотистых веществ 14,8 и минеральных веществ (золы) 8,5.

В свеклосахарном производстве ведут учет только сахарозы — основного продукта, в соответствии, с чем другие сахара относят к группе безазотистых органических веществ. В спиртовом про­изводстве учитывают все сахара, полностью или частично сбра­живаемые дрожжами на спирт, и сумму сахаров называют сбра­живаемыми сахарами.

Сахароза и сбраживаемые сахара. Количество сахарозы в свек­ловичной мелассе колеблется от 48 до 62% к ее массе и сильно зависит от состава несахаров свеклы. Обычно принято считать, что меласса должна быть раствором, насыщенным сахарозой, однако практически она представляет собой несколько перенасыщенный раствор, поскольку в производстве кристаллизация ограничена временем. Кроме того, на содержание сахарозы су­щественно влияют исходная плотность сиропа и конечная тем­пература кристаллизации: чем выше плотность и ниже темпера­тура (в допустимых пределах), тем меньше в мелассе остается сахара.

Количество инвертированного сахара — 0,4...1,5% к массе мелассы. При переработке долголежалой и порченой свеклы, а также при хранении мелассы в неблагоприятных условиях содер­жание в ней инвертированного сахара может резко возрасти.

Из трисахаридов в мелассе присутствуют раффиноза (0,5...2,0%), кестоза и неокестоза (0,5...1,6%), плантеоза (0,01%). Раффиноза (мелитриоза, госсипоза) состоит из остат­ков молекул фруктозы, глюкозы и галактозы; кестоза и изокестоза — из двух остатков молекул фруктозы и одного остатка моле­кулы глюкозы. Раффиноза переходит в мелассу из свеклы. Кес­тоза и неокестоза в свекле не содержатся, и появление их, как и других олигосахаридов в мелассе, по-видимому, объясняется де­ятельностью микроорганизмов в процессе сахарного производст­ва. Тетрасахариды представлены стахиозой (0,02%).

Из свеклы в мелассу переходит небольшое количество пекти­новых веществ и сопутствующие им арабана и галактана.

На спирт полностью сбраживаются сахароза, инвертирован­ный сахар и манноза. Раффиноза под действием β-фруктофуранозидазы (сахаразы, инвертазы) дрожжей расщепляется на фрук­тозу и дисахарид — мелибиозу. Так как в спиртовых дрожжах рас Я и В нет α-галактозидазы (мелибиазы), то раффиноза сбражи­вается ими только на 34%. Однако в новых гибридных расах дрожжей (Г-67, Г-73 и др.) этот фермент присутствует, поэтому раффиноза почти полностью сбраживается. Содержание других сахаров обычно невелико, они или частично сбраживаются, или (как пентозы) не сбраживаются, и потому к сбраживаемым сахарам обычно относят сахарозу, инвертированный сахар и ⅓ раф­финозы, при этом количество двух последних сахаров пересчи­тывают на сахарозу.

Инвертированный сахар, особенно фруктоза, в ще­лочных растворах сахарного производства при нагревании бы­стро разлагается. Вначале вследствие кето-енольной таутомерии происходят взаимные превращения глюкозы и фруктозы и обра­зование новых моноз, например маннозы и псикозы. При разло­жении моносахаридов появляются нелетучие окрашенные кисло­ты — глюциновая, апоглюциновая, сахарумовая, меляссиновая и более высокомолекулярные гуминовые кислоты, немного молоч­ной и летучих кислот — муравьиной и уксусной.

Карамели — собирательное название сложной смеси про­дуктов, образующихся при термическом разложении сахарозы и моносахаридов. В состав карамелей входят ангидриды сахаров, темноокрашенные и другие малоизученные соединения.

Меланоидины — также собирательное название не менее сложной смеси продуктов, получающихся при химическом взаимодействии редуцирующих сахаров с аминокислотами. Кроме нелетучих окрашенных соединений, содержащих неболь­шое количество азота, присутствуют алифатические альдегиды, метилглиоксаль, диацетил, ацетоин и др. Р.Тресселу удалось обнаружить в мелассе около 40 летучих соединений меланоидиновой реакции, в основном производных пиразина и фурана — от 7 · 10^-6 до 0,01%.

Окраска мелассы обусловлена красящими веществами, образу­ющимися при меланоидиновой реакции и щелочном разложении моноз. Они имеют частицы размером от 0,7 до 4,2нм, лежащим на границе между молекулярной и коллоидной дисперсностью. Большая часть красящих веществ образует истинные водные растворы.

Для всех красящих веществ характерна зависимость интенсив­ности окраски от величины активной концентрации водородных ионов: с понижением рН она уменьшается, с повышением уве­личивается, что, возможно, связано с изменением диссоциации хромофорных групп. Во многих красящих веществах присутству­ют карбонильные и карбоксильные группы, благодаря чему они способны соответственно редуцировать окисленные соединения и проявлять кислотные свойства. Некоторые функциональные группы могут обратимо окисляться, восстанавливаться и влиять на окислительно-восстановительный потенциал растворов.

Цветность мелассы выражают в миллилитрах 0,1н. раствора йода, который надо добавить к 94мл дистиллированной воды, чтобы получить такую же интенсивность окраски, как у 2%-ного раствора мелассы. Цветность колеблется в широких пределах — от 1,2 до 4,6, чаще 1,5..2мл 0,1н. раствора.

Органические кислоты свеклы, образующие с гидроксидом кальция нерастворимые соли (щавелевая, лимонная, оксилимонная и винная), в основном удаляются из диффузион­ного сока в процессе дефекации. В мелассу переходят главным образом кислоты, не осаждаемые известью, — глутаровая, мало­новая, адипиновая, янтарная, трикарбаллиловая, аконитовая, гликолевая, молочная, глиоксиловая и яблочная. Из нелетучих жирных кислот обнаружены следы капроновой, каприловой, каприновой, лауриновой, миристиновой и пальмитиновой. Из летучих кислот присутствуют муравьиная (0,1.... 1,2%), уксусная (0,6...1,3%), пропионовая (0,02...0,3%), н-масляная (до 0,6%), н-валериановая (до 0,2%) и следы около 20 кислот ароматичес­кого ряда. Уксусная кислота образуется в процессе дефекации при щелочном разложении пектиновых веществ и моносахари­дов. Но большая часть уксусной кислоты, как и других летучих кислот и молочной кислоты, появляется в результате жизнедея­тельности микроорганизмов. Практически все летучие и нелету­чие кислоты находятся в мелассе в виде солей калия и кальция.

Азотистые вещества. Содержание этих веществ в мелассе со­ставляет от 5 до 20% от ее массы. Оно существенно зависит от количества внесенных под свеклу азотистых удобрений, выпав­ших осадков, температуры в период вегетации, а также продол­жительности хранения свеклы: повышается с увеличением дозы удобрений и уменьшается с возрастанием количества осадков, понижением температуры и с увеличением продолжительности хранения свеклы.

Содержание в мелассе азота, усваиваемого дрожжами, состав­ляет от 12 до 20% от всего азота, причем возрастает с увеличе­нием его количества. Например, при общем содержании азота 1% усваиваемый азот составляет 0,15%, при 1,3 — 0,25, при 1,7% — 0,35%. Для нормальной жизнедеятельности дрожжей достаточно 0,25% усваиваемого азота.

Витамины. В мелассе содержатся следующие витамины (сред­ние данные в мг на 100г): биотин 0,01, тиамин 0,3, рибофлавин 0,04, пиридоксин 0,54, никотиновая кислота 5,1, пантотеновая кислота 8,0, фолиевая кислота 0,02, инозит 700.

Минеральные вещества. Среднее количество минеральных ве­ществ 8,5% соответствует так называемой чистой золе, т. е. сумме окислов карбонатной золы, которая образуется при обыч­ном озолении, больше — около 14%. Для ускорения сжигания добавляют концентрированную серную кислоту, получая суль­фатную золу; ее еще несколько больше (карбонатная зола = сульфатная зола • 0,9).

В чистой золе отечественной мелассы содержится около 40% К₂О, от 1,5 до 4,5% MgO и 7,3...13,8% СаО к массе.

Нормальная меласса имеет слабощелочную или близкую к ней­тральной реакцию (рН 8,9...7,2) и щелочность 2...0,5 моль/дм H₂SO₄ в 1 см.

Слабокислая реакция товарной мелассы может быть следстви­ем развития кислотообразующих бактерий. Для маскировки кис­лотности на некоторых сахарных заводах в мелассу добавляют известь, вследствие чего еще более усиливается развитие бакте­рий и ухудшается качество мелассы.

Наличие в мелассе сильных оснований и слабых кислот при­дает ей буферные свойства. Буферная емкость характеризуется количеством 1н раствора серной кислоты в миллилитрах, необ­ходимым для снижения рН до 4,5 в 100г мелассы при разведе­нии водой 1:1, и изменяется от 14 до 45.

Посторонние примеси.  К посторонним примесям относятся загрязнения нефтепродуктами из-за недостаточно хорошо прове­денной подготовки цистерн для перевозки мелассы по железной дороге и пеногасителями, применяемыми в сахарном производ­стве при диффузии и при упаривании соков.

В мелассу, по-видимому, переходит также некоторая часть пестицидов, используемых для борьбы с насекомыми-вредителя­ми и микробами — возбудителями болезней во время культиви­рования свеклы, химикатов, добавляемых при хранении свеклы с целью предупреждения прорастания и загнивания.

Количество посторонних примесей иногда может быть значи­тельным, например пеногасителей 1...2% к массе мелассы.