2003/2004
ĆWICZENIE NR 5
Melas – część teoretyczna
1. Wstęp
Melas jest produktem odpadowym przy produkcji cukru. Składają się na niego cukry
i wszystkie substancje niecukrowe nie usunięte wraz z wysłodkami i szlamem
defekacyjnym. Jest cieczą ciemnobrunatną, bardzo gęstą (1,35 g/cm
3
) o swoistym
zapachu (z wyczuwalnym aromatem karmelu), słodki – o gorzkim posmaku. Ilość
melasu jest proporcjonalna do ilości wyprodukowanego cukru w cukrowni.
Skład chemiczny melasu zależy od gatunku buraków, od warunków gruntowych
i klimatycznych ich wegetacji, a także od rodzaju procesu technologicznego produkcji
cukru.
2. Wymagania fizykochemiczne
Klasa
Cechy
I II
Pozorna zawartość suchej
substancji, %, nie mniej niż
75
73
Pozorna zawartość sacharozy, %,
nie mniej niż
46 44
Współczynnik czystości, %, nie
więcej niż
65
Nie normalizuje się
Wartość pH
7,0 — 8,5
7,0 — 9,0
Zawartość substancji redukujących,
%, nie więcej niż
1,0
Zawartość kwasów lotnych, %, nie
więcej niż
1,4
Zawartość SO
2
, %, nie więcej niż 0,1
Zawartość szlamu, %, nie więcej niż 0,3
Nie normalizuje się
3. Skład chemiczny
Zawartość azotu ogólnego w melasie powinna wynosić nie mniej niż 1,6%. Z
azotowych substancji organicznych melas zawiera głównie betainę oraz kwas
asparaginowy i glutaminowy. Dobrze przyswajalnym dla drożdży jest azot aminowy,
ale jego zawartość w melasie jest minimalna i wynosi 0,06–0,45%. Im więcej azotu
przyswajalnego jest w melasie, tym lepsza wydajność produkcji drożdży.
Do substancji barwiących melas zalicza się głównie karmel i melanoidynę.
Substancje mineralne melasu składają się z węglanów, siarczanów, chlorków,
azotanów i małej ilości fosforanów. Jednak związków azotu i fosforu jest za mało i
dlatego do brzeczki melasowej dodaje się roztwór siarczanu amonu jako źródło azotu
oraz wyciąg z superfosfatu jako źródło fosforu. Na 1 t przerabianego w gorzelni
melasu zużywa się 10-12 kg superfosfatu oraz ok. 1 kg siarczanu amonu. Zamiast
tego można stosować 0,2 kg mocznika i 1 kg fosforanu amonu.
A.Poreda
1
2003/2004
Najcenniejszym z cukrów melasu jest sacharoza ze względu na jej ilość i dobrą
przyswajalność przez drożdże. Znajduje się tu także trójcukier – rafinoza w ilości 2%.
Enzymy drożdżowe rozkładają rafinozę na fruktozę i melibiozę (glukoza + galaktoza).
Ta ostatnia nie jest przyswajalna przez drożdże. Oprócz tych dwóch cukrów melas
zawiera niewielkie ilości cukru inwertowanego.
4. Wykorzystanie melasu
Jako surowiec melas wykorzystywany jest do produkcji:
— drożdży piekarskich
— drożdży paszowych
— alkoholu w gorzelnictwie przemysłowym
— kwasów organicznych — kwas cytrynowy, kwas mlekowy
— butanolu, acetonu
— innych substancji, np. witamin.
5. Melas w gorzelnictwie
Melas rozcieńczony wodą nazywa się w gorzelnictwie brzeczką. Fermentacja melasu
nie rozcieńczonego nie jest możliwa, ponieważ w melasie jest zbyt duże stężenie
cukrów i soli nieorganicznych.
Melas odznacza się także dużą zawartością substancji niecukrowych, które
przejawiają swoją aktywność jako inhibitory wzrostu drożdży; utrudniają one ich
rozmnażanie i hamują procesy fermentacyjne. Również z tego powodu fermentację
przy produkcji spirytusu prowadzi się w rozcieńczonych roztworach melasu.
Najlepsze warunki dla rozmnażania drożdży występują wtedy, gdy melas jest
rozcieńczony dziesięciokrotnie, a nawet trzydziestokrotnie, do gęstości 2-4
0
Blg.
Przez odpowiednią adaptację niektórych szczepów drożdży otrzymano rasy
rozmnażające się również w trudnych warunkach, tj. w brzeczkach melasowych o
gęstości nawet 25
0
Blg.
Jednym z czynników hamujących wzrost drożdży przy niższych stężeniach jest
alkohol etylowy, który już w stężeniu 0,7% może mieć ujemny wpływ na rozmnażanie
komórek. Przy fermentacji alkoholowej ujemny wpływ wywiera na drożdże
zwiększona zawartość w surowcu kwasów lotnych (ponad 2%).
Melas magazynuje się w cukrowniach oraz przetwórniach użytkowych przez okres
5–8 miesięcy. Podczas długotrwałego przechowywania jego skład chemiczny i
mikrobiologiczny częściowo się zmienia, w wyniku czego traci on sacharozę,
następuje zakażenie drobnoustrojami i taki melas staje się wadliwy, ponieważ może
być głównym źródłem infekcji bakteryjnej w przemyśle fermentacyjnym.
Rozróżnia się trzy rodzaje fermentacji w gorzelniach przemysłowych:
– metoda
okresowa
– metoda
półciągła
– metoda
ciągła
- dwupotokowa (dwa strumienie brzeczki o różnym stężeniu)
- Biostil – szwedzkiej firmy Alfa-Laval (stosując brzeczkę o jednym stężeniu)
1.
0
Blg i
0
Bx — jednostki równocenne. Określają zawartość substancji ekstraktywnej.
2.
0
Blg — określają procentową zawartość substancji ekstraktywnych, np. w
browarnictwie: cukry, białka, inne substancje
3.
0
Bx — określają procentową zawartość sacharozy
A.Poreda
2
2003/2004
6. Rodzaje areometrów — omówienie
Areometry służą do pomiaru gęstości cieczy lub stężenia ciekłego roztworu i działają
na zasadzie prawa Archimedesa i prawa ciążenia. Jest to szklany, pionowy pływak,
składający się z części rozszerzonej, obciążonej rtęcią lub ołowiem oraz z tzw.
trzpienia, na którym naniesiona jest skala. Podziałka wyskalowana jest w
jednostkach gęstości (densymetr) lub w procentach stężenia danej substancji
(alkoholomierz, sacharymetr, solomierz itp.).
Areometr został wynaleziony prawdopodobnie już w starożytności. Nowożytnym
wynalazcą arometru był Baumé, który 1786 roku zbudował areometr do pomiaru
gęstości i wprowadził umowną skalę, tzw. skalę Baumégo.
Zastosowanie areometru do pomiaru stężenia roztworu jest główną zasługą Gay–
Lussaca, który zbudował alkoholomierz.
Pod pojęciem czułości areometru rozumiemy stosunek przyrostu wysokości trzpienia
do przyrostu gęstości:
∆
∆
h
d
V
S
=
Czułość areometru jest tym większa im objętość części rozszerzonej (V) jest
większa, a przekrój poprzeczny trzpienia (S) mniejszy. W czułych areometrach
stosunek V : S = 500–600 i wyznaczają one gęstość do czwartego znaku po
przecinku. W zwykłych areometrach stosunek V : S wynosi 50–100.
a) Areometr Ballinga (
0
Blg) i Brixa (
0
Bx)
Areometry te nazywane są cukromierzami i ich wskazania odnoszą się do wodnego
roztworu sacharozy. W środowiskach wodnych zawierających obok sacharozy i inne
cukry lub związki, np. kwasy organiczne, sole mineralne, garbniki — wskazania
cukromierza są obarczone błędem. Błąd pomiaru będzie tym większy, im więcej różni
się ciężar właściwy substancji towarzyszącej sacharozie od ciężaru właściwego
sacharozy. W świeżych zacierach, moszczach, brzeczce piwnej i melasie,
wskazania areometru Ballinga niewiele się różnią od rzeczywistej zawartości suchej
masy w badanym środowisku. Wynika to z tego, że ciężary właściwe różnych cukrów
prostych i złożonych niewiele różnią się od ciężaru właściwego sacharozy.
Obecność w roztworze alkoholu etylowego lub innych związków lotnych, których
ciężar właściwy jest znacznie mniejszy od ciężaru właściwego sacharozy, zmniejsza
istotnie wynik pomiaru. Gęstość alkoholu etylowego jest w przybliżeniu dwa razy
mniejsza niż gęstość cukru.
Zakres pomiaru przy pomocy areometru Ballinga wynosi 1–1,4 g/cm
3
, a skala ma
podziałkę od 0
0
do 80
0
. Głębokość zanurzenia się areometru w wodzie destylowanej
o temp. 20
0
C oznaczono kreską „0”, a głębokość zanurzenia w 10 % wodnym
roztworze sacharozy o temp. 20
0
C, oznaczono kreską „10”. Odległość między
kreskami dzielimy na 10 części, z których każda kreska oznacza 1 % sacharozy albo
1
0
Blg.
b) Areometr (alkoholomierz)
Podaje w czystych roztworach wodnych stężenie alkoholu etylowego w procentach
objętościowych.
A.Poreda
3
2003/2004
1
0
Trallesa (1
0
Tr) odpowiada stężeniu 1 % obj. etanolu.
Mogą być także stosowane alkoholomierze Richtera, które podają stężenie alkoholu
w procentach wagowych.
Zakres pomiaru areometru Trallesa wynosi od 1 do 0,729 g/cm
3
.
Głębokość zanurzenia się areometru w wodzie destylowanej o temp. 20
0
C
oznaczono kreską „0”, a głębokość zanurzenia się w czystym alkoholu (temp. 20
0
C),
oznaczono kreską „100”. Ponieważ ciężar właściwy alkoholu jest mniejszy od
jedności, wobec tego kreska „0” znajduje się w dolnej części trzpienia, a kreska „100”
w górnej części. Odległość między kreską „0”, a kreską 100 ustalamy praktycznie,
gdyż zmiany gęstości nie są proporcjonalne do zmian zawartości alkoholu.
W winiarstwie i gorzelnictwie przyjęto procenty objętościowe (1
0
Tr = 1 cm
3
absolutnego etanolu na 100 cm
3
roztworu o temp. 20
0
C). W piwowarstwie stosuje się
zarówno procenty objętościowe, jak i wagowe (1 g alkoholu na 100 g roztworu).
c) Inne areometry
• Areometr Gay–Lussaca — podaje gęstość w zakresie 0–1,9 g/cm
3
• Areometr Baumégo — woda ma według tego areometru gęstość równą 0
0
Bé,
a stężony H
2
SO
4
o gęstości 1,84 g/cm
3
, wykazuje 66
0
Bé. W dużym
przybliżeniu 1
0
Bé odpowiada
zawartości 1% NaCl. Zakres pomiaru od 1do 1,9 g/cm
3
• Areometr Oechsele’a — podaje gęstość w stopniach, które odpowiadają
jednostkom na drugim i trzecim miejscu dziesiętnym ciężaru właściwego, np.
90
0
Oe = 1,09
1
0
Oe odpowiada 0,001 gęstości. Skala ma podziałkę od 0
0
do 200
0
Oe
A.Poreda
4