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糖蜜的处理过程

发布日期:2018-05-07 作者:新万博官网 点击:

全自动硫磺燃烧炉的糖蜜处理过程:

发酵前处理

从糖蜜酒精发酵的特点,可清楚看到糖密干物质浓度很大,糖分高,产酸细菌多,灰分与胶体物质很多,如果不预先进行处理,酵母是无法直接进行发酵的。因此必须进行预处理,糖蜜的处理程序包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等过程。

稀释

(一)糖蜜稀释的工艺要求

糖蜜一般锤度为80-90Bx,含糖分50%以上,发酵前必须用水冲稀,在工艺上称为稀释,稀释糖蜜的浓度随生产工艺流程和操作而不同,通常糖蜜稀释的工艺条件为:

⑴单浓度流程稀糖液浓度22%~25%

⑵双浓度流程酒母稀糖液12%~14%

基本稀糖液33%~35%

(二)糖蜜的稀释方法

糖蜜的稀释方法可分为间歇法与连续法两种:

⒈间歇稀释法

糖蜜的间歇稀释在稀释罐内进行;稀释罐内附有搅拌器。如果工厂原有糖化锅设备,一般都利用糖化锅作稀释设备。

糖蜜间歇稀释法是先将糖蜜由泵送入高位槽,经过磅秤称重后流入稀释罐,同时加入一定量的水,开动搅拌器充分拌匀,即得所需浓度的稀糖液,经过滤后可供酒母培养和发酵用。

⒉连续稀释法

中国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释法,糖蜜连续稀释是通过连续稀释器进行,常用的连续稀释器有下列两种型式:

⑴不带搅拌器的连续稀释器,该稀释器为一只圆筒形的管子,顺着管长装有若干孔板式的隔板和一块筛板,为了使糖蜜与水更好地混合,各板上的孔位都是交错配置,即一个孔在上部,一个孔在下部,这样使液体在流动过程中,呈湍流式运动,隔板上孔的直径,是根据保证液体在器内的湍流式流动来计算的。隔板固定在一对水平轴上,能与轴一道拆卸,以便清洗。稀释器安装时通常出口的一端向下倾斜,这种稀释器的混合效果较好,同时也节省动力。

⑵立式连续稀释器该稀释器也是一只圆筒形的管子,它是利用截面积不断的改变,保证液体在器内的湍流式流动来达到糖蜜与水均匀混合的目的。糖蜜连续稀释时,首先用泵将糖蜜送至高位槽,然后借位压流往稀释器,与来自另一高位槽的热水混合。保证稀糖液的一定浓度是连续稀释器操作的关键,调节稀糖浓度是依靠相应的阀门用人工控制,在大型工厂中采用能调节水及糖蜜流量的联动泵来控制。

(三)稀释时糖蜜加水量的计算

糖蜜稀释时,控制稀糖液的浓度是一关键的环节,为了制备一定浓度的稀糖液及精确计算所需的加水量和糖蜜量,通常可以采用下列公式来计算:

Pc=V·d·c1

式中p——糖蜜量(公斤)

c——糖蜜浓度(Bx)

V——稀释后糖液的体积(公斤)

d——稀糖液的比重

c1——稀糖液的浓度(Bx)

所需的糖蜜量:

P=V·d·C1/C

稀释律时所需添加水的量为w,

则W=Vd-p

又∵V·d=pC/C1

W=PC/C1-P

∴W=P(C-C1)/C1

糖蜜的加工

考虑到糖蜜中的灰分、胶体物质等杂质多,有害微生物的污染,营养盐的缺乏以及适宜酸度的调整。因此,在糖蜜稀释的同时,必须进行酸化、灭菌、澄清和添加营养盐。间歇稀释操作法则是逐项进行。中国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释热酸法澄清处理糖蜜,把酸化、灭菌、添加营养盐和澄清同时一道进行。

⒈糖蜜的酸化

糖蜜加酸酸化的目的是防止杂菌的繁殖,加速糖蜜中灰分与胶体物质沉淀,同时调整稀糖液的酸度,使适于酵母的生长。由于甘蔗糖蜜为微酸性,甜菜糖蜜为微碱性,而酵母发酵最适pH4.0-4.5,所以工艺上要求糖蜜稀释时要加酸。对甜菜糖蜜来说,加酸可以使其中的Ca++生成硫酸钙沉淀,因而加速糖蜜中胶体物质与灰分一道沉淀而除去。

加酸的方法,各地略有不同。通常间歇发酵时,较普遍的是采用将酸加入稀糖液中的方法。也有将酸直接加入糖蜜中,但此法在中国很少采用。中国糖蜜酒精工厂多采用将糖蜜稀释到40—60%时,再加酸,然后加热澄清,取清液再进行稀释。这样既能提高酸的灭菌作用,又可加速沉淀,并能减少酸化设备的容积,提高设备利用率。它的优点是:糖蜜只须经一次稀释,简化了生产过程,有利于实行自动化;加酸可在室外进行,以降低厂房的高度;无须设置单独的输酸管道。但缺点是:由于糖蜜黏度大,为了保证糖蜜和酸均匀混合,必须有专门的混合器;酸化后贮存时.贮槽的槽壁必须用涂沥清漆或铺聚氯乙烯板等耐酸材料。糖蜜酸化时,通常用硫酸来酸化,也可用盐酸,但用盐酸时,在以后生产过程中不生成沉淀,而硫酸盐是生产设备积垢的主要原因之一。用盐酸酸化后回收酵母的色泽较好,因Cl-离子能起一定的漂白作用,但盐酸的腐蚀性较大,在缺乏耐酸材料的情况下,用盐酸有一定的困难。

加酸量与方法一般随糖蜜的种类而异,甘蔗糖蜜稀释时可直接加入稀糖液量0.2—0.3%的浓硫酸,混合均匀即可,用酸量(比重1.86,66Be工业硫酸)2—3.5公升/1吨糖蜜;或者0.7—l公升/1m3发酵醪。甜菜糖蜜大多带有碱性,故用酸量较甘蔗糖蜜为多,对单浓度流程来说,基本稀糖液一般不加酸,而酒母稀糖液酸度应在6—7°。

甜菜糖蜜中的有机碱(-NH2),在加酸时与酸作用能放出剧毒的黄棕色气体NO2,为了避免中毒,酸化槽必须要有排气孔,酸化工段应有良好的通风设备。

⒉糖蜜的灭菌

糖蜜中常污染大量的微生物,大致包括野生酵母,白念球菌以及乳酸菌一类的产酸菌。为了防止糖液染菌,保证发酵的正常进行,除了加酸提高糖液的酸度外,最好还要进行灭菌,灭菌方法有两种:

⑴加热灭菌通蒸汽加热到80—90℃,维持1小时,即可达到灭菌的目的。稀糖液的加热除了灭菌外,还有利于澄清作用,但加热处理需要耗大量的蒸汽,又需要增设冷却、澄清设备,一般工厂不宜采用。

⑵药物防腐中国糖蜜酒精工厂常用防腐剂为:漂白粉,用量为每吨糖蜜200—500克;甲醛,用量为每吨糖蜜用40%甲醛600毫升;氟化钠,用量为醪量的0.01%;五氯代苯酚钠,用量为0.004%。五氯代苯酚钠的结构式如右图所示。使用时应注意它在酸性环境中分解成五氯苯酚和钠盐,所以应添强加在未酸化的糖蜜稀释液中。

中国吉林新中国糖厂酒精车间曾用多种药物对严重染菌糖蜜进行了灭菌试验,分别加入含量为92%的五氯代苯酚钠0.0004,含量为40%的甲醛0.084%,漂白粉0.006%。试验结果说明五氯代苯酚钠的效果最好,漂白粉次之,甲醛更次之。

近几年,抗菌物质也有用于防止发酵时杂菌的污染。苏联一些酒精工厂采用一种名叫抗乳菌素的抗菌物质,它是从紫色放线菌135/1的菌丝体中分离出来,当发酵液中添加l—20微克/毫升(溶解于50%酒精溶液)时,便可抑制乳酸菌活动,而不影响霉菌与酵母的生长。糖蜜发酵时加入剂量为0.005%的抗乳菌素,不影响酒精的产量和质量,而抑制乳酸菌的效果甚好。

⒊糖蜜澄清

糖蜜中含有很多的胶体物质、灰分和其它悬浮物质,它的存在对酵母的生长与酒精发酵均有害,故应当尽可能除去,糖蜜的澄清方法有:

⑴加酸通风沉淀法此法又称冷酸通风处理法。将糖蜜加水稀释至50Bx左右,加入0.2%~0.3%浓硫酸,通入压缩空气1小时,静止澄清8小时,取出上清液作为制备糖液用,通风一方面可赶走SO2或NO2等有害气体以及挥发性酸和其他挥发物质;另一方面可增加糖液中的含氧量,提高糖液的溶氧系数,以利酵母的增殖。

⑵热酸处理法在较高的温度和酸度下,对糖蜜中有害微生物的灭菌作用和胶体物质、灰分杂质的澄清沉降作用均较强。采用热酸处理法,通常把酸化灭菌和澄清同时进行,工艺上在原糖蜜稀释时,采用阶段稀释法。第一阶段先用60℃温水将糖蜜稀释至55~58Bx,同时添加浓硫酸调整酸度,PH3.0-3.8,进行酸化,然后静止5-6小时。第二阶段则将已经酸化的糖液再稀释到酵母培养液所需的浓度12—14%,而供发酵醪用的糖蜜经连续稀释器一次加水稀释至所需要的浓度。然后流入主发酵罐内。

此外,中国某酒精厂采用热酸通风沉淀的操作过程如下:糖蜜加水稀释到浓度为40%,然后加入一定量的硫酸,将pH调节到4.0-4.5,放人澄清槽加热至80-90℃,通风30分钟,通风后保温70-80℃静止澄清8-12小时,然后取出上层清液冷却,以后处理按一般的工艺流程进行。所得沉淀物质可再加4-5倍的水充分搅拌,然后静止澄清4-5小时,所得的澄清液可用作下一次稀释糖蜜用水,残渣则弃去。从提纯效果来看,这个方法比冷酸通风处理法好。但这个方法的缺点是:澄清时间较长,需要较多澄清桶,占地面积大,花劳动力多。从减少设备腐蚀,不需冷却设备,缩短生产周期,大规模生产采用冷酸通风沉淀方法较适宜。国内有些工厂试验添加聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂来作酒母稀糖液的澄清处理,可大大缩短澄清时间。聚丙烯酰胺是由约4万个丙酰胺单体CH2=CH-CONH2组成的。

添加絮凝剂加速澄清沉降的工艺操作如下:先将糖蜜加水稀释40-50Bx,加一定硫酸调pH3.0-3.8,加热100℃,添加8ppm的PAM,搅拌均匀,絮凝澄清静止1小时,取上清液即可制备稀糖液用。

国内大多数糖蜜酒精工厂只考虑用作酒母的稀糖液进行澄清处理,而对基本糖液则不经澄清处理,这样可大大简化生产,提高效率。

⑶机械分离法采用压滤法或离心机分离法。

⒋营养盐的添加

酵母生长繁殖时需要一定的氮源、磷源、生长素、镁盐等。新鲜甘蔗汁或甜菜汁原含有足够酵母所需要的含氮化合物、磷酸盐类及生长素,但由于经过了制糖和糖蜜的处理等工序而大部分消失。糖蜜因制糖方法的不同,所含的成分也不一样,稀糖液中常常缺乏酵母营养物质,不但直接影响酵母的生长,而且影响酒精的产量。因此必须对糖蜜进行分析,检查是否缺乏营养分,了解缺乏的程度,然后适当添加必须的营养分。

⑴甘蔗糖蜜所需添加的营养分和生长素甘蔗糖蜜对酵母来说需要添加氮源、磷源、镁盐和生长素。

①氮源氮的需要量可根据酵母细胞数及糖蜜中氮的含量来计算。例如每一毫升成熟酒母醪含有1.5亿酵母细胞,即一公升中含有1500亿,每1亿酵母重0.07克,则每公斤酒母中酵母细胞的重量为1500×0.07=10.5克。

已知鲜酵母含氮量为2.1%,则每公斤酒母醪含氮量为10×0.021=0.21克,而制备一公斤酒母醪用糖蜜150克。

甘蔗糖蜜含氮约0.5%,其中能被酵母利用的氨基态氮及其它氮素仅为20%~25%,即150克糖蜜中含有能被利用的氮0.15克,甘蔗糖蜜中的氮不能满足酵母生长繁殖的需要,故甘蔗糖蜜需添加氮源。

中国甘蔗糖蜜酒精工厂普遍采用硫酸铵(NH4)2SO4作为氮源,因为铵易被酵母消化,用量为每吨糖蜜添加氮量为21%的硫酸铵1.0-1.2公斤,即0.1%~0.12%,四川内江一带多采用每公升糖蜜添加1克硫酸铵。有些工厂添加尿素,尿素含氮量为46%,因而可适当减少用量,通常为硫酸铵用量的一半。

有些工厂加酵母自溶物作为稀糖液的氮素补充物。取分离出的酒精酵母泥,置于35%~40℃温度下,使酵母细胞自溶,通过菌体的蛋白酶将酵母细胞分解为氨基酸作为氮源的补充,这样可减少3/4的硫酸铵用量。

有些工厂添加麸曲作为氮源的补充。麸皮中含有丰富的蛋白质,但不能直接为酵母利用,如用蛋白质分解能力强的曲霉菌制成麸曲,再加热50℃,保温6小时,便可使蛋白质分解变为可溶性氮,同时曲霉菌还能合成酵母所需要的生长素,故添加麸曲除了可补充稀糖液中的氮源外,还能补充生长素,这样可大大节省硫酸铵和尿素。

②磷源中国甘蔗糖蜜酒精工厂所添加的磷酸盐,多数采用钠、钾、铵、钙盐类,因溶液为酸性,适于酵母的生长繁殖和酒精发酵,普遍采用过磷酸钙,用量为糖蜜的0.25—0.3%

③镁盐镁盐的存在不仅能促进酵母的生长、繁殖,扩大酵母生长素的效能,同时也能促进酒精发酵,因激酶的催化反应前提条件是离不开Mg++,同时酵母的生长素需有镁盐共同存在才能发挥效能。因此,酒精发酵生产中添加镁盐对提高发酵率具有现实意义。中国糖蜜酒精工厂通常添加硫酸镁,用量为糖蜜的0.04—0.05%。

氯化镁或硝酸镁单独加入稀糖液则无作用,如与硫酸铵同时使用,则有促进效能。

④生长素酵母必要的生长素有维生素B1、维生素B2、与菸酸、肌醇、生物素及泛酸等,各种糖蜜中的生长素由于制糖过程中的高温蒸发或糖蜜处理时加热而被破坏,宜适当添加酵母生长素,一般是添加适量的玉米桨,米糠或副麸曲自溶物等作为酵母生长素的补充。但是,从生产实践中选育分离驯养的酵母菌种,对生长素的要求并不突出,因此大规模生产时采用添加生长素的较少。然而对于低纯度糖蜜和劣质糖蜜的酒精发酵时,对生长素的要求值得引起注意。

⑶甜菜糖蜜所需要添加的营养盐在甜菜糖蜜中往往氮源足够,只缺乏磷酸盐,根据每公升酒母醪含氮量为0.21克,而制备每一公升酒母醪用糖蜜150克,甜菜糖蜜含氮约1.5—3克。已知在通风时甜菜糖蜜中50%的氮可为酵母利用,即150克糖蜜中含可被利用的氮0.75—1.5克,为需要量的6倍,故一般甜菜糖蜜在通风情况下是不缺氮的。但在不通气培养酒母,以及有时糖蜜含冤量低时,可加入硫酸铵或酵母自溶液来补充氮源,一般硫酸铵(含氮21%)用量为糖蜜的0.36—0.40%。

一般甜菜糖蜜酒精工厂都用过磷酸钙来作磷源,其用量为甜菜糖蜜量的1%,浸出液浓度为5—6%,还有直接用磷酸来作磷源,工业磷酸含量为70%(比重1.5),用量为0.03%(对甜菜糖蜜算)。另外,还可用磷酸氢二铵(NH4)2HPO4作为磷源,它除了含磷外,还含有20%的氮,因此可以适当减少硫酸铵的用量。


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