Хімічний склад меляси

Бурякова меляса має складний і непостійний хімічний склад, який залежить від грунтово-кліматичних умов вегетації, від добрив, які застосовуються, способів збирання, умов і тривалості зберігання цукрового буряку, технології цукроваріння та інших факторів.

У загальному вигляді склад меляси можна представити таким чином: цукор і нецукри, які разом складають сухі речовини; вода. Вміст сухих речовин становить у середньому 75 %, з них 45 % зброджуваних цукрів, води - 25 %, значна частина якої знаходиться у зв'язаному стані внаслідок гідратації колоїдів, молекул цукрози й іонів мінеральних речовин. Коли концентрація сухих речовин не менша 75 %, меляса знаходиться у самоконссрвованому стані і дуже добре зберігається у вироб­ничих умовах. У спиртовому виробництві беруть на облік усі цукри, які повністю або частково зброджуються дріжджами у спирт.

19

Цукроза і зброджувані цукри. Вміст цукрози у мелясі може змінюватися від 45 до 50 %, в мелясах деяких партій кількість її досягає 52-54 %. Звичайно, прийн­ято вважати, що меляса повинна бути розчином, який насичений цукрозою, однак практично це пересичений розчин, оскільки у виробництві кристалізація обмежена часом. Крім цього, на вміст цукрози суттєво впливають вихідна густина сиропу і кінцева температура кристалізації: чим вища густина і нижча температура (у ме­жах, які допустимі), тим менше у мелясі залишається цукру.

Інвертний цукор - це суміш еквімолекулярних кількостей глюкози й фруктози. У мелясі міститься невелика кількість інвертного цукру - від 0,03 до 0,5 %. У меля­сі, яка одержана при переробці буряку, який тривалий час зберігався, кількість ін­вертного цукру збільшується до 1,5...2 %, а в інфікованій мелясі , яка має кислу реакцію, кількість її досягає 5... 10 %.

Із трисахаридів у мелясі містяться рафіноза (0,2 %), кестоза й ізокестоза (0,5... 1,6 %), плантеоза (0,01 %). Кількість рафінози у мелясі підвищується до 2 % при переро­бці у цукор буряку з підвищеним вмістом цього цукру. Рафіноза складається із зали­шків фруктози, глюкози і галактози, кестоза й ізокестоза - з двох залишків молекул фруктози й одного залишку молекули глюкози. Кестоза й ізокестоза у буряку не міс­тяться, поява їх у мелясі, мабуть, викликана життєдіяльністю мікроорганізмів у цук­ровому виробництві. У мелясі виявлений тетрасахарид стахіоза (0,02 %). |3 - фрукто-фуранозидаза (сахараза, інвертаза) дріжджів розщеплює рафінозу на фруктозу і диса­харид - мелібіозу. Тому що у спиртових дріжджах Saccharomyces cerevisiae немає ферменту а - галактозидази (мелібіази), то рафіноза зброджується ними на одну тре­тину. Однак у гібридних рас дріжджів (Г-67, Г-73 та ін.) цей фермент присутній, тому рафіноза зброджується майже повністю. Вміст інших цукрів звичайно невеликий, вони або частково зброджуються, або (як пентози) не зброджуються. Тому до збро­джуваних цукрів відносять цукрозу, Інвертний цукор і 1/3 рафінози. При цьому кіль­кість двох останніх цукрів перераховують на цукрозу.

Нецукри меляси розділяють на дві групи: органічний та мінеральний нецукор. Органічна частина нецукрів складається з безазот- і азотвмісних сполук.

Безазотцсті органічні речовини. Вони представлені продуктами лужного розкладу цукрів, меланоїдинами й органічними кислотами.

Продукти лужного розкладу цукрів. Інвертний цукор, особливо фруктоза, у лужних умовах цукрового виробництва при нагріванні швидко розкладаються. Спо­чатку внаслідок кето-енольної таутометрії відбуваються взаємні перетворення глю­кози і фруктози і утворення нових моноз, наприклад, маннози і псикози. При роз­кладі моноцукридів з'являються нелеткі забарвлені кислоти - глюцинова, апоглю-цинова, сахарумова, мелясинова і більш високомолекулярні гумінові кислоти, не­велика кількість молочної і летких кислот - мурашиної й оцтової.

Карамелі - назва складної суміші продуктів, які утворюються при термічному розкладі цукрози і моноцукридів. У склад карамелей входять ангідриди цукрів, те-мнозабарвлені та інші маловивчені сполуки. У залежності від ступеня дегідратації цукрози (втрати маси при нагріванні) карамелі умовно називають: карамелан (10 %), карамелей (15 %) і карамелін (20 %).

20

Концентрація продуктів лужного розкладу інвертного цукру у мелясах стано­вить 1,5...5,1 %, карамелану - 0,2...0,9 %.

У мелясі виявлений фурфурол у кількості від 6 до 14,5 мг на 100 г сухих речо­вин меляси.

Меланоїдини - також не менш складна суміш продуктів, які утворюються при хімічній взаємодії редукуючих цукрів з амінокислотами. Крім нелетких забарвле­них сполук, які містять невелику кількість азоту, присутні аліфатичні альдегіди, метилгліоксаль, диацетил, ацетоїн та ін.

Забарвленість меляси зумовлена барвними речовинами, які утворюються при лужному розкладі моноз і меланоїдиновій реакції. Більша частина барвних речо­вин утворює справжні водні розчини.

Усі барвні речовини мають індикаторні властивості: інтенсивність забарвлен­ня із зниженням рН зменшується, з підвищенням - збільшується, що, можливо, пов'язано із зміною дисоціації хромофорних груп. Деякі функціональні групи зда­тні впливати на окислювально-відновний потенціал.

КольорнІсть меляси виражають у мілілітрах 0,1 н розчину йоду, який треба до­дати до 94 мл дистильованої води, щоб одержати таку ж інтенсивність забарвлення, як у 2 %-ного розчину меляси. Але для усунення впливу індикаторних властивостей барвних речовин розчини меляси треба доводити до однакового значення рН, напри­клад, до рН 5,0 , який звичайно підтримується у виробничих умовах. КольорнІсть змінюється у широких межах - від 1,2 до 4,6 , частіше 1,5.. .2 мл 0,1 н розчину.

У мелясі 4...6 % речовин знаходяться у колоїдному стані. Колоїди групи заба­рвлених продуктів лужного розкладу цукрів мають негативний електрокінетичний потенціал, колоїди з забарвленими продуктами меланоїдинової реакції - позитив­ний електрокінематичний потенціал. Дріжджові клітини заряджені негативно, тому дріжджі індиферентні до продуктів лужного розкладу цукрів (одноименно заря­джені), але протилежно заряджені дріжджові клітини сорбують на своїй поверхні меланоїдини, які утруднюють обмін між клітинами і живильним середовищем і надають дріжджам темного кольору.

Колоїди меляси у великій кількості є причиною піноутворення при зброджу­ванні мелясного сусла.

Органічні кислоти, які утворюють з гідроксидом кальція нерозчинні солі (щав­лева, лимонна, оксилимонна і винна), в основному видаляються з дифузійного соку у процесі дефекації, інші - глутарова, малонова, адипінова, янтарна, молочна, яб­лучна, гликолева та інші) переходять у мелясу. З летких кислот присутні мурашина (0,1...0,4 %), оцтова (0,6... 1,3 %}, пропіонова (сліди - 0,4 %). Більша частина лет­ких кислот утворюється внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів. Практично всі леткі та нелеткі кислоти знаходяться у мелясі у вигляді солей калію і кальцію.

При підкисленні меляси мінеральними кислотами з солей утворюються вільні леткі кислоти. Вільні кислоти більш токсичні для дріжджів, ніж їх солі. Інгібуюча дія на дріжджові клітини підсилюється із збільшенням кількості атомів вуглецю у молекулі кислоти, тобто її молекулярної маси. Зниження виходу спирту відбуваєть­ся при таких концентраціях летких кислот у мелясі (%): мурашиної 0,3 , оцтової

21

1,5, пропіонової 0,4 , масляної 0,15 і капронової 0,19. У таких концентраціях мо­жуть міститися усі леткі кислоти, за вийнятком капронової.

Азотисті речовини. Вміст цих речовин у мелясі залежить від кількості азоти­стих добрив, осадів, які випали, температури у період вегетації, а також тривалості зберігання буряку: він підвищується із збільшенням дози добрив і зменшується із зростанням кількості осадів, зниженням температури І збільшенням тривалості зберігання буряку.

У мелясі міститься від 1,2 до 2,3 % загального азоту, який складається в осно­вному з амінного (42 % від загальної кількості) і бетаїнного {50 %) азоту. У невели­кій кількості присутній амідний (3 %), аміачний та нітратний (3 %) і білковий (2 %) азот.

Вміст у мелясі азоту, який засвоюється дріжджами, становить від 12 до 20 % від загального азоту. Для нормальної життєдіяльності дріжджів достатньо 0,25 % засвоюваного азоту.

Амінокислоти переходять у мелясу з буряку тільки на 50.. .60 %. у - амІномас-ляна кислота утворюється в процесі переробки буряку із глутамінової кислоти в результаті декарбоксилювання. Глутамінова кислота легко відщеплює воду, пере­творюючись у циклічну пірролідонкарбонову кислоту, у вигляді якої вона на 75 % і знаходиться у мелясі.

З амінокислот у мелясі найбільша кількість глутамінової кислоти (1,6. ..5 % до загального азоту). Крім неї, у мелясі міститься лейцин та ізолейцин-0,7... 1,5 , валін і метіонин - 0,3.. .0,6 , аспарагінова кислота - 0,3.. .0,5 , тирозин - 0,02.. .0,40, аланін - 0,6... 1,2 , серин - 0,6 - 2,0 % від загального азоту та деякі інші амінокислоти.

З амінокислот у процесі зброджування живильного середовища утворюються побічні продукти спиртового бродіння - вищі спирти: з лейцину - ізоаміловий, валіну - ізобутиловий, а - аміномасляної кислоти - н-пропиловий спирт, які вхо­дять до складу побічного продукта ректифікації спирту - сивушного масла.

Бетаїн (CH₃)₃N - СН₂ - органічна основа, яка міститься у буряку і практично

І І

О-CO

повністю переходить у мелясу. У мелясі знаходяться й аміни - продукти термічного розкладу бетаїну - триметиламін, диметиламін, етиламін і метиламін. Вони прида­ють мелясному спирту неприємний присмак спирту, погіршують його органолеп­тичні властивості.

Бетаїн майже повністю не засвоюється спиртовими расами дріжджів і майже увесь залишається у післяспиртовій барді. Раніш з нього на Лохвицькому спиртко-мбінаті одержували медичний препарат - бетаїн солянокислий (холін-хлорид, аци-дин),який використовують як лікувальний препарат при зниженій кислотності шлу­нкового соку.

Вітаміни, У мелясі у невеликій кількості знаходяться вітаміни. У мелясу вони переходять лише частково: вітаміни В₁ і В₂ руйнуються в процесі переробки буря­ку у цукровому виробництві. Вітамін В₆ екстрагується у кількості 25 % від вмісту його у буряку.

22

Одна третина біотину і фолієвої кислоти переходить у мелясу, нікотинова ки­слота повністю зберігається у мелясі, пантотенова кислота може втрачатися у про­цесі хімічної обробки соку буряку.

Мінеральні речовини. Мінеральні речовини представляють собою карбонати, сульфати, нітрати, хлориди і фосфати катіонів калію, натрію, магнію, алюмінію, заліза, амонію. Вміст зольних елементів у мелясі досягає 10 %. При одержанні ди­фузійного соку його очищають вапновим молоком. Тому у мелясі переважають ка­рбонати і сульфати, але дуже мало фосфатів, бо вони випадають в осад у цукрово­му виробництві. Так, з досліджень, які були проведені в Національному універси­теті харчових технологій, при загальному вмісті карбонатної золи у 8 зразках меля­си від 7,8 до 12% кількість оксиду калію складала від 4,1 до 7,1%, оксиду натрію -0,3...1,4%, оксиду кальцію - 0,05...0,9%, оксиду магнію - 0,01 ,..0,34%.

У мелясі містяться у невеликих кількостях мікроелементи (мкг/кг): бор - 2.. .4,2, залізо-80... 170, кобальт-0,3... 0,8 , марганець- 10...30, мідь- 1,2... 10, молібден -0,1...0,3 , цинк-26...40, сліди нікелю, літію та ін.

Ростові речовини у невеликій кількості містяться у буряку і у мелясу перехо­дять тільки частково.

Ростові речовини у мелясах містяться у таких кількостях {мкг/кг): біотин -40... 130, пантотенова кислота- 50...110 тис., інозит- 5,6...8 млн.

У мелясу потрапляють сторонні домішки: нафтопродукти з недостатньо під­готовлених залізничних цистерн, піногасники, які використовують у цукровому виробництві, пестициди та ін. Кількість сторонніх домішок може бути значною, наприклад, піногасників 1.. .2 % до маси меляси.