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糖蜜

糖蜜(Molasses)俗称废密,是甘蔗或甜菜制糖工业的一种副产品。是一种厚的、黏稠的糖浆,颜色比黑棕色稍浅,味甜。一般的糖蜜是很好的矿物质和维生素来源。而且富含铁、钙、镁、磷、泛酸、纤维醇、维生素E族和B族。

糖蜜的主要成分包括水、糖类物质、氨基酸、矿物质、微量元素维生素等。主要分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、柑橘糖蜜和淀粉糖蜜。在制糖工业中,甘蔗或甜菜的压榨经过多次结晶和分离,末次母液的残糖在制糖工艺或经济核算上已不能或不宜用结晶方法加以回收。于是该末次母液就成为一种副产物,即糖蜜。俗称废蜜。

糖蜜可以食用,作为工业原料、酒精原料、或饲料的配料和添加剂使用。还可以作为减水剂和黏结剂使用。

成分

糖蜜的主要成分包括水、糖类物质、氨基酸、矿物质、微量元素、维生素等。

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分类

糖蜜主要分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、柑橘糖蜜和淀粉糖蜜。

甘蔗糖蜜

甘蔗糖蜜在化学成分上不同于甜菜糖蜜,它的蔗糖含量低,转化糖含量高。氮含量和棉子糖含量低,具有更浓的颜色更低的缓冲能力。

蔗糖蜜呈微酸性,pH6.2左右,转化糖含量较多,含有30%-60%的蔗糖和20%的转化糖,产于中国南方各省。甘蔗糖蜜的产量为原料甘蔗的2.5%~3.0%。

甜菜糖蜜

甜菜糖蜜含65-80%的干物质,20-25%的水。其主要成分是蔗糖,占总重的44-54%。其他的糖(糖类)为0.4-1.5%的转化糖,0.5-2%的棉子糖等 。甜菜糖蜜的其他成分是胶体物质,对发酵液的颜色有负面影响,进而影响柠檬酸的发酵产率。甜菜糖蜜的矿物质含量占8.5-14%。

甜菜糖蜜呈微碱性,pH7.4左右,转化糖含量极少,而蔗糖含量较多,产于中国东北地区华北地区西北甜菜糖蜜的产量为甜菜的3%~4%。

特点

外观呈现厚的、黏稠的果葡糖浆,颜色比黑棕色稍浅,味道浓郁。一般的糖蜜是很好的矿物质和维生素来源。而且富含铁、钙、镁、磷、维生素B5纤维醇维生素e族和B族。

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来源

在制糖工业中,甘蔗或甜菜的压榨经过澄清、蒸发浓缩、结晶、分离等工序,可得结晶砂糖或母液。由于压榨汁的澄清液始终会存在杂质,这些杂质影响到结晶过程。虽然分离出来的母液经过反复结晶和分离,但始终有一部分糖分残留在母液中,末次母液的残糖在制糖工艺或经济核算上已不能或不宜用结晶方法加以回收。于是该末次母液就成为一种副产物,即糖蜜。俗称废蜜。

另外,将柑橘渣压榨,挤出来的液体含10-15%的可溶性固体,其中50%-70%为糖,经浓缩后即为柑橘糖蜜。以玉米或高粱淀粉经过酶活酸水解后, 制造葡萄糖后所得的副产品就是淀粉糖蜜。

应用领域

1、食用:作为食用果露或糖浆混合物,可以做姜汁饼、调味料、果味糕点和全麦面包

2、乙醇原料:主要生产酒精或饮料酒

3、工业原料:生产酵母、味精、有机酸和氨基酸的原料。

4、饲料添加剂:可以提高饲料的甜味,改善饲料的适口性。增强畜禽的食欲,提高采食量,还可增强机体抵抗疾病的能力,提高畜禽的生产性能和促进生长。同时,糖蜜是必要的能量来源,能提高瘤胃微生物的活性,是非蛋白氮与液态饲料中维生素的载体,也是微量元素的来源之一。还可作为水产动物的饲料配料之一。

质量指标

一般标准

分级标准

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处理方法

利用废糖蜜发酵可以生产不同的产品。不同的产品需要不同的发酵培养基,所以糖蜜的处理要求也不同。

糖蜜发酵生产酒精

处理过程包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐。

稀释

单浓度流程:稀糖液浓度22-25oBx左右。

双浓度流程:酒母稀糖液浓度12-14oBx,基本稀糖液浓度33-35oBx。

酸化

目的是防止杂菌的繁殖,加速糖蜜中灰分与胶体物质沉淀,同时调节稀糖液的酸度至pH4.0-4.5,利于酵母的生长。通常加硫酸或盐酸。但盐酸腐蚀性较大。

灭菌

⒈加热灭菌

加热至80-90摄氏度,维持1小时左右即可。

⒉药物防腐

常用的防腐剂为漂白粉(200-500g/t左右),甲醛(600mL/t左右),氟化钠(0.01%左右),五氯代苯酚钠(0.004%左右)。实验表明,五氯代苯酚钠的效果最好。使用时应添加在未酸化的糖蜜稀释液中。防止它在酸性环境中分解成五氯苯酚和钠盐。

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:

加酸通风沉淀法

将糖蜜加水稀释至50oBx左右,加入0.2%~0.3%浓硫酸,通入压缩空气1小时左右,静止澄清8小时左右,取出上清液即可。此法既可挥发有害物质,又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。

热酸处理法

较高的温度和酸度,对有害微生物的灭菌和沉淀用是有利的。先把糖蜜加水稀释到浓度为40oBx左右,然后加入一定量的硫酸,将pH调节到4.0-4.5,放入澄清槽加热至80-90℃,通风30分钟左右,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即可。从提纯效果来看,这个方法比冷酸通风处理法好。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。

也可添加聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂来作酒母稀糖液的澄清处理。先将糖蜜加水稀释40-50oBx,加一定硫酸调磷化氢0-3.8,加热至100℃左右,添加8mg/L左右的PAM,搅拌均匀,絮凝澄清静止1小时左右,取上清液即可。

机械分离法

采用压滤法或离心机分离法。

营养盐的添加

稀糖液中常常缺乏酵母营养物质,因此必须对糖蜜进行分析,了解营养物质缺乏的程度,然后适当添加必须的营养成分。

甘蔗糖蜜所需添加的营养物质
氮源

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%,不能满足酵母生长繁殖的需要,故甘蔗糖蜜需添加氮源。普遍采用硫酸铵作为氮源,用量为糖蜜的0.1%~0.12%。如果要添加尿素,通常为硫酸铵用量的一半。也可加酵母自溶物或麸曲作为氮源的补充。

磷源

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,如采用过磷酸钙,用量为糖蜜的0.25—0.3%。

镁盐

镁盐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。通常添加硫酸镁,用量为糖蜜的0.04—0.05%。

生长素

酵母必要的生长素有维生素B1、维生素B2、与烟酸肌醇生物素维生素B5等,一般是添加适量的玉米桨,米糠或麸曲自溶物等作为酵母生长素的补充。

甜菜糖蜜所需要添加的营养盐

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,以及糖蜜含氮量低时,可加入硫酸铵或酵母自溶液来补充氮源,一般硫酸铵用量为糖蜜的0.36—0.40%。采用过磷酸钙来作磷源,其用量为甜菜糖蜜量的1%。也可直接用磷酸来作磷源,用量为0.03%。另外,还可用磷酸氢二铵(NH4)2HPO4作为磷源,它除了含磷外,还含有氮,因此可以适当减少硫酸铵的用量。

糖蜜发酵生产谷氨酸

糖蜜如不处理,会导致生物素含量过高,不能积累谷氨酸。故必须对糖蜜进行处理,方法如下:

降低生物素含量

活性炭处理法

用活性炭吸附除掉生物素

水解-活性炭处理法

采用盐酸水解甘蔗糖蜜,再用活性炭吸附除掉生物素。

树脂处理法

甜菜糖蜜可以用非离子化脱色树脂脱除生物素。

亚硝酸处理法

用亚硝酸处理糖蜜,破坏生物素。

添加青霉素

在生长菌的生长初期添加青霉素,阻止细胞壁的合成,导致谷氨酸在菌体外部大量积累。

添加表明活性剂

各种非离子系、阳离子系、阴离子系、两性系表面活性剂,能够提高谷氨酸的收得率。例如添加阳离子系表面活性剂CTAC(十六烷基三甲基氯化铵),可大量积累谷氨酸。如果培养基中的生物素浓度增加时,必须相应地提高表面活性剂的添加量才有效。吐温60吐温40等非离子系表面活性剂和饱和脂肪酸蔗糖脂有青霉素一样的效果。其中硬脂酸酯效果显著。除了表面活性剂和脂肪酸外,各种醇类,特别是在培养5小时添加异丁醇1.0%-1.25%,效果明显。

追加糖蜜

先用缺乏生物素的糖培养基培养谷氨酸生产菌,当达到最大生长量时,连续追加甘蔗糖蜜,发酵30小时,产谷氨酸在4g/100mL以上。

选用非生物素缺陷型突变株

选用非生物素缺陷型突变株,从遗传上解除生物素对谷氨酸积累的调控。例如,油酸缺陷型D-248,能在生物素过剩的条件下积累大量的谷氨酸。该菌的生长量可随油酸添加量的增加而成比例地增加。添加吐温20、吐温40、吐温60、钙离子及少量玉米浆可促其生长。添加油酸量为0.7mg/mL时,生长量达到最大。但只在0.25mg/mL时,谷氨酸的产量最大。

糖蜜发酵生产柠檬酸

糖蜜中所含的金属离子和营养物能促进菌体的过度生长,阻碍产酸。处理方法如下:

稀释

加水量一般为1:1,稀释用水可采用生产中的各种回收废水。

调节pH

一般用硫酸碳酸钠调节至pH6-7.2。

添加黄血盐

参考用量为0.6-3g/kg,具体用量应根据原料中的含氮量和金属离子量来定。在稀释调pH后,先加入总量的2/3,煮沸后再加入剩余的1/3,也可一次添加,再煮沸。冷却后调节游离黄血盐浓度在20mg/L左右,调节pH至6.5-6.8。或用季铵碱代替20%-40%黄血盐,即在60摄氏度时添加黄血盐,30分钟后加入季铵碱,利于提高柠檬酸产量。

添加EDTA

一般不单独使用,而是配合黄血盐使用。先加入部分黄血盐,煮沸后加入Na2EDTA,继续煮沸20分钟,用试纸检测黄血盐,当反应阴性时,再加入10%黄血盐,煮沸5分钟后再检测,直至反应阳性。这样可以调节无机盐和痕量元素含量在适当水平,提高柠檬酸产率。

离子交换法

一般只要通过阳离子交换柱,除去大部分金属离子即可。糖蜜先用1-2倍水稀释,通过离交柱,pH值可能下降到3左右,用氨水回调至pH4.5-5。

吸附处理法

吸附作用是除去色素和胶体物质,有利于发酵,防止生成泡沫。吸附剂可用活性炭、膨润土白土等。对于活性炭,使用中性碳较好。加入黄血盐搅匀后,再加入10g/L活性炭,搅拌数分钟,静置过夜,取上清液使用。

交互沉淀法

将糖蜜用水1:1.5稀释后,加入H2SO4或H3PO4使pH降到2.8-2.0,室温下放置过夜,加入新配置的石灰乳调至pH7.2-7.4,保温65-70摄氏度,搅拌30分钟,同时加入活性炭(0.8%),继续搅拌30分钟,过滤,加水稀释至16oBX,再用盐酸调至pH4,加营养盐灭菌即可。必要时可结合亚铁氰化钾法。

稀释补料法

先采用浓度很低的糖蜜发酵,待菌体生长期结束后,再补加浓糖蜜,冲淡后的稀溶液其他营养物可能不足,应考虑增加适量的营养盐(如NH4NO3 、KH2PO4 、MgSO4)。当孢子发芽完毕,再补充浓糖蜜,使总糖达到预定水平。

使用添加剂

添加剂除了营养盐之外,还有防止微生物污染和促进柠檬酸积累的一些试剂。营养盐常用的有NH4Cl、(NH4)2SO4、MgSO4、 KH2PO4 、ZnSO4等。在黄血盐处理后的培养基中,加入连二亚硫酸钠焦亚硫酸钾亚硫酸氢钠,可以显著增加黄曲霉的柠檬酸产率。糖蜜在稀释、调pH和黄血盐处理后,在沸腾的溶液中加入20-200mg/L三氯硫酸钠,冷却后再加营养盐,然后稀释至预定糖度,可以提高柠檬酸产率。黄血盐处理后,将良好的成熟发酵醪中分离出来的沉降物加入糖蜜溶液中,可以更有效地利用低发酵活性的糖蜜,并可增加柠檬酸的提取率。这种沉降物预先经过空气干燥后,每升糖蜜溶液中加入1-3g即可达到预期效果。

糖蜜培养基的灭菌

糖蜜中所含的微生物主要是耐高温的芽孢菌,要彻底杀灭它们需要在高于120摄氏度的温度下维持30分钟以上,或者煮沸2小时,这在工业上很难,而且耗能高。另外,长时间高温会造成糖的分解,分解产物对发酵的抑制性很强。实际多采用加热和化学药品联合灭菌法,或者在灭菌后加入抗菌物质。在抗菌物质的存在下,热杀菌的条件比较低。例如,在糖蜜培养基灭菌前后加入一些化学药物(如金霉素、5-硝基呋喃-2-丙烯酸、H2O2或HCHO),可以降低热杀菌强度,增加柠檬酸产率。用呔啶黄和加热联合灭菌法可以有效抑制芽孢菌。糖蜜在80摄氏度灭菌30分钟后,再加入ca(clo)2和0.1%NH4Cl在40-50摄氏度处理30-45分钟,可以达到完全灭菌的要求,并促进黄曲菌生长和产酸。还可以采用过滤除菌的方法。用经过表面活性剂处理的、具有抗菌活性的聚乙烯醇聚丙烯腈离交纤维滤层除菌,可以增加柠檬酸产率并提高培养基浓度。

参考资料

“甜蜜”的抢运.m.toutiao.com.2022-06-23