糖蜜(Molasses)俗稱廢密,是甘蔗或甜菜制糖工業的一種副產品。是一種粘稠、黑褐色、呈半流動的物體,味道略甜并帶硫或焦糖色素味。一般的糖蜜是很好的礦物質和維生素來源。而且富含鐵、鈣、鎂、磷、泛酸、纖維醇、維生素E族和B族。
糖蜜的主要成分包括水、糖類物質、氨基酸、礦物質、微量元素、維生素等。主要分為甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、柑橘糖蜜和淀粉糖蜜,其中甘蔗糖蜜中泛酸含量較高,達37毫克/千克。此外,糖蜜中也富含生物素。在制糖工業中,甘蔗或甜菜的壓榨經過多次結晶和分離,末次母液的殘糖在制糖工藝或經濟核算上已不能或不宜用結晶方法加以回收。于是該末次母液就成為一種副產物,即糖蜜。俗稱廢蜜。
糖蜜可以食用,作為工業原料、酒精原料、或飼料的配料和添加劑使用。還可以作為減水劑和黏結劑使用。
成分
糖蜜的主要成分包括水、糖類物質、氨基酸、礦物質、微量元素、維生素等。
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分類
甘蔗糖蜜
甘蔗糖蜜在化學成分上不同于甜菜糖蜜,它的蔗糖含量低,轉化糖含量高。氮含量和棉子糖含量低,具有更濃的顏色更低的緩沖能力。
甘蔗糖蜜呈微酸性,pH6.2左右,含蔗糖約24%~36%,其他糖約12%~24%,含有3%~4%的可溶性膠體,主要為木糖膠、阿拉伯糖膠和果膠等。甘蔗糖蜜的產量為原料甘蔗的2.5%~3.0%。
甜菜糖蜜
甜菜糖蜜含65-80%的干物質,20-25%的水。其主要成分是蔗糖,占總重的44-54%。其他的糖(糖類)為0.4-1.5%的轉化糖,0.5-2%的棉子糖等。甜菜糖蜜的其他成分是膠體物質,對發酵液的顏色有負面影響,進而影響檸檬酸的發酵產率。甜菜糖蜜的礦物質含量占8.5-14%,礦物元素中鉀、氯、鈉、鎂含量高,因此糖蜜具有輕瀉性。
甜菜糖蜜呈微堿性,pH7.4左右,轉化糖含量極少,而蔗糖含量較多,產于中國東北地區、華北地區、西北。甜菜糖蜜的產量為甜菜的3%~4%。
特點
外觀呈現厚的、黏稠的果葡糖漿,顏色比黑棕色稍淺,味道濃郁。一般的糖蜜是很好的礦物質和維生素來源。而且富含鐵、鈣、鎂、磷、維生素B5、纖維醇、維生素e族和B族。
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來源
在制糖工業中,甘蔗或甜菜的壓榨經過澄清、蒸發濃縮、結晶、分離等工序,可得結晶砂糖或母液。由于壓榨汁的澄清液始終會存在雜質,這些雜質影響到結晶過程。雖然分離出來的母液經過反復結晶和分離,但始終有一部分糖分殘留在母液中,末次母液的殘糖在制糖工藝或經濟核算上已不能或不宜用結晶方法加以回收。于是該末次母液就成為一種副產物,即糖蜜。俗稱廢蜜。
另外,將柑橘渣壓榨,擠出來的液體含10-15%的可溶性固體,其中50%-70%為糖,經濃縮后即為柑橘糖蜜。以玉米或高粱淀粉經過酶活酸水解后, 制造葡萄糖后所得的副產品就是淀粉糖蜜。
應用領域
1、食用:作為食用果露或糖漿混合物,可以做姜汁餅、調味料、果味糕點和全麥面包。
3、工業原料:生產酵母、味精、有機酸和氨基酸的原料。
4、飼料添加劑:可以提高飼料的甜味,改善飼料的適口性。增強畜禽的食欲,提高采食量,還可增強機體抵抗疾病的能力,提高畜禽的生產性能和促進生長。同時,糖蜜是必要的能量來源,能提高瘤胃微生物的活性,是非蛋白氮與液態飼料中維生素的載體,也是微量元素的來源之一。還可作為水產動物的飼料配料之一。
質量指標
一般標準
分級標準
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處理方法
利用廢糖蜜發酵可以生產不同的產品。不同的產品需要不同的發酵培養基,所以糖蜜的處理要求也不同。
糖蜜發酵生產酒精
處理過程包括稀釋、酸化、滅菌、澄清和添加營養鹽。
稀釋
單濃度流程:稀糖液濃度22-25oBx左右。
雙濃度流程:酒母稀糖液濃度12-14oBx,基本稀糖液濃度33-35oBx。
酸化
目的是防止雜菌的繁殖,加速糖蜜中灰分與膠體物質沉淀,同時調節稀糖液的酸度至pH4.0-4.5,利于酵母的生長。通常加硫酸或鹽酸。但鹽酸腐蝕性較大。
滅菌
⒈加熱滅菌
加熱至80-90攝氏度,維持1小時左右即可。
⒉藥物防腐
常用的防腐劑為漂白粉(200-500g/t左右),甲醛(600mL/t左右),氟化鈉(0.01%左右),五氯代苯酚鈉(0.004%左右)。實驗表明,五氯代苯酚鈉的效果最好。使用時應添加在未酸化的糖蜜稀釋液中。防止它在酸性環境中分解成五氯苯酚和鈉鹽。
澄清
糖蜜中含有很多的膠體物質、灰分和其它懸浮物質,它的存在對酵母的生長與酒精發酵均有害,故應當盡可能除去,糖蜜的澄清方法有:
加酸通風沉淀法
將糖蜜加水稀釋至50oBx左右,加入0.2%~0.3%濃硫酸,通入壓縮空氣1小時左右,靜止澄清8小時左右,取出上清液即可。此法既可揮發有害物質,又可增加糖液中的含氧量,提高糖液的溶氧系數,以利酵母的增殖。
熱酸處理法
較高的溫度和酸度,對有害微生物的滅菌和沉淀用是有利的。先把糖蜜加水稀釋到濃度為40oBx左右,然后加入一定量的硫酸,將pH調節到4.0-4.5,放入澄清槽加熱至80-90℃,通風30分鐘左右,通風后保溫70-80℃,靜止澄清8-12小時,然后取出上層清液冷卻即可。從提純效果來看,這個方法比冷酸通風處理法好。從減少設備腐蝕,不需冷卻設備,縮短生產周期,大規模生產采用冷酸通風沉淀方法較適宜。
也可添加聚丙烯酰胺(PAM)絮凝劑來作酒母稀糖液的澄清處理。先將糖蜜加水稀釋40-50oBx,加一定硫酸調磷化氫0-3.8,加熱至100℃左右,添加8mg/L左右的PAM,攪拌均勻,絮凝澄清靜止1小時左右,取上清液即可。
機械分離法
采用壓濾法或離心機分離法。
營養鹽的添加
稀糖液中常常缺乏酵母營養物質,因此必須對糖蜜進行分析,了解營養物質缺乏的程度,然后適當添加必須的營養成分。
甘蔗糖蜜所需添加的營養物質
氮源
甘蔗糖蜜含氮約0.5%,其中能被酵母利用的氨基態氮及其它氮素僅為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滿足酵母生長繁殖的需要,故甘蔗糖蜜需添加氮源。普遍采用硫酸銨作為氮源,用量為糖蜜的0.1%~0.12%。如果要添加尿素,通常為硫酸銨用量的一半。也可加酵母自溶物或麩曲作為氮源的補充。
磷源
多數采用鈉、鉀、銨、鈣鹽類,因溶液為酸性,適于酵母的生長繁殖和酒精發酵,如采用過磷酸鈣,用量為糖蜜的0.25—0.3%。
鎂鹽
鎂鹽不僅能促進酵母的生長、繁殖,擴大酵母生長素的效能,同時也能促進酒精發酵。通常添加硫酸鎂,用量為糖蜜的0.04—0.05%。
生長素
酵母必要的生長素有維生素B1、維生素B2、與煙酸、肌醇、生物素及維生素B5等,一般是添加適量的玉米槳,米糠或麩曲自溶物等作為酵母生長素的補充。
甜菜糖蜜所需要添加的營養鹽
一般甜菜糖蜜在通風情況下是不缺氮的。但在不通氣培養酒母,以及糖蜜含氮量低時,可加入硫酸銨或酵母自溶液來補充氮源,一般硫酸銨用量為糖蜜的0.36—0.40%。采用過磷酸鈣來作磷源,其用量為甜菜糖蜜量的1%。也可直接用磷酸來作磷源,用量為0.03%。另外,還可用磷酸氫二銨(NH4)2HPO4作為磷源,它除了含磷外,還含有氮,因此可以適當減少硫酸銨的用量。
糖蜜發酵生產谷氨酸
糖蜜如不處理,會導致生物素含量過高,不能積累谷氨酸。故必須對糖蜜進行處理,方法如下:
降低生物素含量
活性炭處理法
水解-活性炭處理法
樹脂處理法
甜菜糖蜜可以用非離子化脫色樹脂脫除生物素。
亞硝酸處理法
用亞硝酸處理糖蜜,破壞生物素。
添加青霉素
在生長菌的生長初期添加青霉素,阻止細胞壁的合成,導致谷氨酸在菌體外部大量積累。
添加表明活性劑
各種非離子系、陽離子系、陰離子系、兩性系表面活性劑,能夠提高谷氨酸的收得率。例如添加陽離子系表面活性劑CTAC(十六烷基三甲基氯化銨),可大量積累谷氨酸。如果培養基中的生物素濃度增加時,必須相應地提高表面活性劑的添加量才有效。吐溫60、吐溫40等非離子系表面活性劑和飽和脂肪酸蔗糖脂有青霉素一樣的效果。其中硬脂酸酯效果顯著。除了表面活性劑和脂肪酸外,各種醇類,特別是在培養5小時添加異丁醇1.0%-1.25%,效果明顯。
追加糖蜜
先用缺乏生物素的糖培養基培養谷氨酸生產菌,當達到最大生長量時,連續追加甘蔗糖蜜,發酵30小時,產谷氨酸在4g/100mL以上。
選用非生物素缺陷型突變株
選用非生物素缺陷型突變株,從遺傳上解除生物素對谷氨酸積累的調控。例如,油酸缺陷型D-248,能在生物素過剩的條件下積累大量的谷氨酸。該菌的生長量可隨油酸添加量的增加而成比例地增加。添加吐溫20、吐溫40、吐溫60、鈣離子及少量玉米漿可促其生長。添加油酸量為0.7mg/mL時,生長量達到最大。但只在0.25mg/mL時,谷氨酸的產量最大。
糖蜜發酵生產檸檬酸
糖蜜中所含的金屬離子和營養物能促進菌體的過度生長,阻礙產酸。處理方法如下:
稀釋
加水量一般為1:1,稀釋用水可采用生產中的各種回收廢水。
調節pH
添加黃血鹽
參考用量為0.6-3g/kg,具體用量應根據原料中的含氮量和金屬離子量來定。在稀釋調pH后,先加入總量的2/3,煮沸后再加入剩余的1/3,也可一次添加,再煮沸。冷卻后調節游離黃血鹽濃度在20mg/L左右,調節pH至6.5-6.8。或用季銨堿代替20%-40%黃血鹽,即在60攝氏度時添加黃血鹽,30分鐘后加入季銨堿,利于提高檸檬酸產量。
添加EDTA
一般不單獨使用,而是配合黃血鹽使用。先加入部分亞鐵氰化鉀,煮沸后加入Na2EDTA,繼續煮沸20分鐘,用試紙檢測黃血鹽,當反應陰性時,再加入10%黃血鹽,煮沸5分鐘后再檢測,直至反應陽性。這樣可以調節無機鹽和痕量元素含量在適當水平,提高檸檬酸產率。
離子交換法
一般只要通過陽離子交換柱,除去大部分金屬離子即可。糖蜜先用1-2倍水稀釋,通過離交柱,pH值可能下降到3左右,用氨水回調至pH4.5-5。
吸附處理法
吸附作用是除去色素和膠體物質,有利于發酵,防止生成泡沫。吸附劑可用活性炭、膨潤土、白土等。對于活性炭,使用中性碳較好。加入黃血鹽攪勻后,再加入10g/L活性炭,攪拌數分鐘,靜置過夜,取上清液使用。
交互沉淀法
將糖蜜用水1:1.5稀釋后,加入H2SO4或H3PO4使pH降到2.8-2.0,室溫下放置過夜,加入新配置的石灰乳調至pH7.2-7.4,保溫65-70攝氏度,攪拌30分鐘,同時加入活性炭(0.8%),繼續攪拌30分鐘,過濾,加水稀釋至16oBX,再用鹽酸調至pH4,加營養鹽滅菌即可。必要時可結合亞鐵氰化鉀法。
稀釋補料法
先采用濃度很低的糖蜜發酵,待菌體生長期結束后,再補加濃糖蜜,沖淡后的稀溶液其他營養物可能不足,應考慮增加適量的營養鹽(如NH4NO3 、KH2PO4 、MgSO4)。當孢子發芽完畢,再補充濃糖蜜,使總糖達到預定水平。
使用添加劑
添加劑除了營養鹽之外,還有防止微生物污染和促進檸檬酸積累的一些試劑。營養鹽常用的有NH4Cl、(NH4)2SO4、MgSO4、 KH2PO4 、ZnSO4等。在黃血鹽處理后的培養基中,加入連二亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀或亞硫酸氫鈉,可以顯著增加黃曲霉的檸檬酸產率。糖蜜在稀釋、調pH和黃血鹽處理后,在沸騰的溶液中加入20-200mg/L三氯硫酸鈉,冷卻后再加營養鹽,然后稀釋至預定糖度,可以提高檸檬酸產率。黃血鹽處理后,將良好的成熟發酵醪中分離出來的沉降物加入糖蜜溶液中,可以更有效地利用低發酵活性的糖蜜,并可增加檸檬酸的提取率。這種沉降物預先經過空氣干燥后,每升糖蜜溶液中加入1-3g即可達到預期效果。
糖蜜培養基的滅菌
糖蜜中所含的微生物主要是耐高溫的芽孢菌,要徹底殺滅它們需要在高于120攝氏度的溫度下維持30分鐘以上,或者煮沸2小時,這在工業上很難,而且耗能高。另外,長時間高溫會造成糖的分解,分解產物對發酵的抑制性很強。實際多采用加熱和化學藥品聯合滅菌法,或者在滅菌后加入抗菌物質。在抗菌物質的存在下,熱殺菌的條件比較低。例如,在糖蜜培養基滅菌前后加入一些化學藥物(如金霉素、5-硝基呋喃-2-丙烯酸、H2O2或HCHO),可以降低熱殺菌強度,增加檸檬酸產率。用呔啶黃和加熱聯合滅菌法可以有效抑制芽孢菌。糖蜜在80攝氏度滅菌30分鐘后,再加入ca(clo)2和0.1%NH4Cl在40-50攝氏度處理30-45分鐘,可以達到完全滅菌的要求,并促進黃曲菌生長和產酸。還可以采用過濾除菌的方法。用經過表面活性劑處理的、具有抗菌活性的聚乙烯醇或聚丙烯腈離交纖維濾層除菌,可以增加檸檬酸產率并提高培養基濃度。
參考資料 >
“甜蜜”的搶運.m.toutiao.com.2022-06-23