理論剖析酸化法清凈糖蜜的作用

保國裕

（廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業研究所） 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東　廣州　510316）

理論剖析酸化法清凈糖蜜的作用

保國裕

（廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業研究所） 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316）

糖蜜原料生產酒精采用酸化法清凈糖蜜后進行發酵酒精，在生產實踐證明是行之有效的方法，但對其機理作用與優點加以說明的相關報道較少，以致碰到生產出現不正常現象時就歸咎于酸化。為增加企業對酸化法的了解，本文從生物、化學、物理方面剖析各工序的作用進行討論和提出建議。

冷酸法；熱酸法；快速沉降

0　前言

甘蔗糖蜜是糖漿經多級煮煉反復結晶，經離心機分離出蔗糖結晶后的母液，因此國外多稱為“最終糖蜜”或“廢蜜”。我國因注重綜合利用，這些糖蜜還可以再深加工，制取多種產品，故稱“糖蜜”。糖蜜可作飼料，通過發酵可制檸檬酸、草酸、丙酮丁醇等多種產品，但因其純度低、雜質灰分多、粘度大、野生酵母及細菌感染等缺點，需要克服以上問題才能加以利用［1］。對糖蜜的清凈處理，因不同用途和工藝要求，清凈程度也有所不同，例如作牲畜飼料要除去過多的鉀、鎂鹽等灰分，才不會導致腹瀉；作食用原料要除去重金屬鹽類、灰分等雜質以及苦澀味；用糖蜜生產酵母，必須盡量多除去灰分，成品酵母才能有較高的蛋白質及較低的灰分含量；用糖蜜發酵制有機酸如次甲基丁二酸、檸檬酸等，如糖蜜含較多鐵鹽和有機膠體等雜質都會對發酵菌生長不利；在發酵制酒精時，雖要求不高，但過量的礦物質及雜菌會妨礙酵母生長，降低酒精質量和產量。通過酸化清凈處理，可提高糖分與灰分比率，抑制雜菌，降低粘度，有利于發酵，提高整體生產效率。

用糖蜜原料生產酒精的企業，過去發酵前糖蜜清凈處理多采用冷酸法。20世紀廣州甘蔗糖業研究所研發“糖蜜生產朗姆酒”時采用“熱酸法”試驗和大型生產實踐，均認為熱酸法能提高糖蜜純度5%以上，酒的質量也有所提高。近日尚紅巖等的研究論文［2］也顯示熱酸化法比冷酸化成熟醪提高0.4%～1.0%，然而對冷熱酸化法的機理過去較少論述，致有時遇感染或蒸餾塔積垢增多現象時，會歸咎于加硫酸，而改用無酸法處理糖蜜，后加抗菌劑、抑菌劑等方法處理，不但使操作繁瑣，增加生產成本，殘留的抗生素還會污染環境。鑒于此，本文擬從生物、化學、物理方面剖析冷、熱酸法的作用與優點，以期增加操作者的信心，不要因噎廢食，給生產帶來不必要的損失。

1　糖蜜酸化法基本流程

以糖蜜為原料生產酒精，發酵前對糖蜜清凈流程［3］大致為：糖蜜稀釋至 50 °Bx，邊攪拌邊加入相當于50 °Bx濃蜜0.2%～0.3%重量比的濃硫酸（要求pH為 3.5左右，視糖蜜本身酸值而增減硫酸）。冷酸法不用加熱，熱酸法加熱至80～85℃。冷、熱酸法均通入無菌壓縮空氣0.5～1 h，靜置沉淀1～4 h，稱半濃酸化蜜。取沉淀后澄清的半濃酸化蜜，加清凈水稀釋至培養酵母所需流加蜜濃度及添加營養劑，一般情況下因稀釋水為中性，稀釋后 pH值會升至4～5，適于酒精酵母發酵酸值，成為發酵前清凈糖蜜。

2　從生物、化學、物理方面剖析

2.1生物方面

酵母適合在偏酸（pH 4.5左右），氧氣充足的糖液下繁殖，在兼氧糖液中適合酒精發酵。若糖液在中性發酵時，會產生乙醇，同時會比酸性環境產生的醛類和多元醇類化合物多些。按陸浩湉等《試論從酒精廢液提取甘油》一文所述［4］，酸化法酒精廢液含甘油0.5%～0.6%；中性糖蜜發酵的酒精廢液含甘油1.0%～1.6%，廢液含甘油（多無醇）高些，即部分可發酵糖減少，不僅降低產酒率，且因甘油使醪液增加粘度和泡沫，不利于蒸餾，灰分粒子較易附著蒸餾塔板、泡沫等［5］。

發酵液偏酸可以抑制雜菌，因為細菌適宜在中性環境里生長，細菌會把糖變酸，從而消耗糖分，并抑制酵母正常發酵酒精。發酵液感染雜菌需添加抗菌素抑制，不但增加成本，抗菌素隨廢液排放或其他用途均帶來環境污染，還降低出酒率。因而酸值低可抑制雜菌，保證酵母正常發酵酒精，使糖分避免被雜菌吃掉而降低出酒率。

2.2化學方面

2.2.1氧化與凝聚作用

發酵糖蜜加入硫酸可進一步使可溶性的亞硫酸鹽和有機酸鹽或不溶性的硫酸鈣鹽沉淀，并在沉淀過程中一并吸附凝聚膠體，除去部分膠體雜質。

2.2.2低聚糖的降解

糖蜜中的低聚糖或淀粉質一類非單糖碳源，酵母未能利用，但經酸化作用后，部分降解轉化為發酵糖，從而提高出酒率。

2.2.3有機酸的游離

糖蜜中的有機酸含量對于固形物往往超過10%之多，有機酸來源除從甘蔗生長過程與蔗糖伴隨生長外（例如檸檬酸、富馬酸、烏頭酸），有些甘蔗是在斬、運、榨過程因細菌污染而產生的（例如乳酸、醋酸），有機酸在蔗汁加灰時，容易變成有機酸鈣，當加入硫酸酸化后，便會置換出有機酸，增加糖蜜中可利用的碳源（有機酸可為酵母增值用碳源，從而減少糖分消耗增加出酒率）。另一方面，有機酸鈣被置換為硫酸鈣沉淀物，去除該沉淀物可減少蒸餾塔積垢。

2.3物理方面

2.3.1酸性等電點的膠體凝聚

糖蜜中部分膠體物的等電點是在酸性范圍，酸化過程可使膠體凝聚。這些凝聚的膠體物，如一張網，可與灰分和其他雜質一起沉淀，從而達到糖蜜凈化作用，并降低糖蜜粘度，利于發酵。蒸餾成熟醪若偏中性容易產生泡沫，增加操作難度或需要添加除泡劑增加成本。

2.3.2熱酸化法操作原理

糖蜜稀釋至50 °Bx，才進行酸化，使不溶性無機鹽在較低的粘度下析出并與清蜜分離，但也不宜低于40°Bx。因無機鹽在糖液或水中有一定的溶解度，加入的水越多，溶解無機鹽也越多，析出沉淀物就越少，并且糖液濃度與堿土金屬鹽的溶解度成反比，糖液濃度越高，無機鹽的溶解度就越小，從而可析出更多的灰分沉淀物。此外，糖蜜濃度稀釋得太低，酸化及加熱容器都要相應增加，設備利用不合算，根據研究及生產經驗，糖蜜稀釋至50 °Bx進行酸化加熱，適合沉淀，既不會影響沉淀效果，也不會增加可溶性無機鹽，達到除去灰分提高純度的目的。

2.3.3加熱的作用［6］

發酵糖蜜加熱至 80～85℃能殺死野生酵母及抑制部分非嗜熱性細菌，促進膠體凝聚，加速沉淀形成和降低糖蜜粘度而易于分離沉淀，但溫度不宜超過85℃，加熱時間不宜過長，避免糖焦化產生非發酵性物質，加深色澤。根據硫酸鈣的結晶理念，在不同溫度下，硫酸鈣含不同結晶水的晶體溶解度有很大的差別，半個結晶水硫酸鈣比二個結晶水硫酸鈣的溶解度高幾倍。在60～85℃之間，雖能同時形成二水結晶硫酸鈣和半水結晶硫酸鈣，但在此溫度范圍半水結晶硫酸鈣不穩定，會重新結晶成為穩定的二水結晶硫酸鈣，經過時間越長，半水結晶硫酸鈣剩余越少，即可溶性的硫酸鈣越少，因為二結晶水硫酸鈣在80℃時，溶解度最小，因此熱酸合適的加熱溫度為80℃左右。

2.3.4增加溶解氧量等

發酵糖蜜通入無菌空氣可促使膠體凝聚，增加沉淀結晶顆粒間的接觸，以形成更大的沉淀粒子；可氧化亞硫酸鹽、亞硝酸鹽等還原物質，有利于析出沉淀；還可增加培養液的溶解氧量，利于酵母生長。

3　討論與建議

以糖蜜生產酒精，用酸化法清凈糖蜜，不論在生產實踐和理論上都證明是行之有效的方法，因而被操作人員稱為“四兩撥千斤”的好方法，而高濃度發酵糖蜜提高成熟醪酒度更是近代酒精企業節約熱能，降低生產成本的目標，在冷酸法基礎上增加熱交換設備和調整酒精車間熱力平衡方案，充分利用廢氣，不但不會增加能耗，反而節約了熱能。某糖蜜酒精廠做過查定，成熟醪中乙醇含量提高1%，每生產1 t乙醇可節約：工藝用水量1.2～1.5 t，蒸汽消耗量0.3 t，廢水排放量1.5～2 t。

在酸化后沉淀的設備，近年環保對廢水處理也研發了不少先進快速設備，如斜板沉降器、多層沉降器、錐型底或鈄錐底等的快速沉降器，均可提高沉降速度和除灰效果。

［1］霍漢鎮. 現代制糖工業技術：第 1分冊［M］. 北京：中國輕工業出版社，1991：256.

［2］尚紅巖，姚和平，高亞飛，等. 高濃度糖蜜快速熱澄清發酵酒精技術的研究［J］. 甘蔗糖業，2016（3）：28-31.

［3］保國裕，霍漢鎮. 甘蔗與糖品的綜合利用和深加工［M］.廣州：廣東制糖學會，1989：15-18.

［4］陸浩湉，廖建輝，梁秉華. 試論從酒精廢液提取甘油［J］.甘蔗糖業，1993（3）：47-49.

［5］保國裕. 用糖蜜生產酒精如何減少蒸餾塔積垢［J］. 廣西糖業，2005（3）：44.

［6］沙爾柯夫. 水解生產：第 2集［M］. 北京：中國輕工業出版社，1961.

（本篇責任編校：鄧丹丹）

Theoretical Analysis of Acidification Process of Final Molasses in Alcohol Production

BAO Guo-yu
（Guangdong Provincial Bioengineering Institute （Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute）/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery， Guangzhou 510316）

In the production of ethyl alcohol from final molasses， before fermentation for alcohol， the molasses had to be undertaken acidification. This pretreatment of molasses had been proven to be useful in the production of alcohol. But very little consideration had been taken on the theoretical mechanism of acidification process. Hence， when any unusual problems appeared in the manufacture， people used to relate the acidification to as the cause of these problems. In order to increase the realization of the function of acidification by the producer， this article would make presentations on the biological， chemical and physical investigations on the acidification process， together with some discussions and suggestions.

Cold acid method；Hot acid method；Rapid subsidence

TS249.3

A

1005-9695（2016）05-0054-03

2016-09-04；

2016-10-20

引文格式：保國裕. 理論剖析酸化法清凈糖蜜的作用［J］. 甘蔗糖業，2016（5）：54-56.