理论剖析酸化法清净糖蜜的作用

保国裕

（广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所） 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东　广州　510316）

理论剖析酸化法清净糖蜜的作用

保国裕

（广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所） 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316）

糖蜜原料生产酒精采用酸化法清净糖蜜后进行发酵酒精，在生产实践证明是行之有效的方法，但对其机理作用与优点加以说明的相关报道较少，以致碰到生产出现不正常现象时就归咎于酸化。为增加企业对酸化法的了解，本文从生物、化学、物理方面剖析各工序的作用进行讨论和提出建议。

冷酸法；热酸法；快速沉降

0　前言

甘蔗糖蜜是糖浆经多级煮炼反复结晶，经离心机分离出蔗糖结晶后的母液，因此国外多称为“最终糖蜜”或“废蜜”。我国因注重综合利用，这些糖蜜还可以再深加工，制取多种产品，故称“糖蜜”。糖蜜可作饲料，通过发酵可制柠檬酸、草酸、丙酮丁醇等多种产品，但因其纯度低、杂质灰分多、粘度大、野生酵母及细菌感染等缺点，需要克服以上问题才能加以利用［1］。对糖蜜的清净处理，因不同用途和工艺要求，清净程度也有所不同，例如作牲畜饲料要除去过多的钾、镁盐等灰分，才不会导致腹泻；作食用原料要除去重金属盐类、灰分等杂质以及苦涩味；用糖蜜生产酵母，必须尽量多除去灰分，成品酵母才能有较高的蛋白质及较低的灰分含量；用糖蜜发酵制有机酸如次甲基丁二酸、柠檬酸等，如糖蜜含较多铁盐和有机胶体等杂质都会对发酵菌生长不利；在发酵制酒精时，虽要求不高，但过量的矿物质及杂菌会妨碍酵母生长，降低酒精质量和产量。通过酸化清净处理，可提高糖分与灰分比率，抑制杂菌，降低粘度，有利于发酵，提高整体生产效率。

用糖蜜原料生产酒精的企业，过去发酵前糖蜜清净处理多采用冷酸法。20世纪广州甘蔗糖业研究所研发“糖蜜生产朗姆酒”时采用“热酸法”试验和大型生产实践，均认为热酸法能提高糖蜜纯度5%以上，酒的质量也有所提高。近日尚红岩等的研究论文［2］也显示热酸化法比冷酸化成熟醪提高0.4%～1.0%，然而对冷热酸化法的机理过去较少论述，致有时遇感染或蒸馏塔积垢增多现象时，会归咎于加硫酸，而改用无酸法处理糖蜜，后加抗菌剂、抑菌剂等方法处理，不但使操作繁琐，增加生产成本，残留的抗生素还会污染环境。鉴于此，本文拟从生物、化学、物理方面剖析冷、热酸法的作用与优点，以期增加操作者的信心，不要因噎废食，给生产带来不必要的损失。

1　糖蜜酸化法基本流程

以糖蜜为原料生产酒精，发酵前对糖蜜清净流程［3］大致为：糖蜜稀释至 50 °Bx，边搅拌边加入相当于50 °Bx浓蜜0.2%～0.3%重量比的浓硫酸（要求pH为 3.5左右，视糖蜜本身酸值而增减硫酸）。冷酸法不用加热，热酸法加热至80～85℃。冷、热酸法均通入无菌压缩空气0.5～1 h，静置沉淀1～4 h，称半浓酸化蜜。取沉淀后澄清的半浓酸化蜜，加清净水稀释至培养酵母所需流加蜜浓度及添加营养剂，一般情况下因稀释水为中性，稀释后 pH值会升至4～5，适于酒精酵母发酵酸值，成为发酵前清净糖蜜。

2　从生物、化学、物理方面剖析

2.1生物方面

酵母适合在偏酸（pH 4.5左右），氧气充足的糖液下繁殖，在兼氧糖液中适合酒精发酵。若糖液在中性发酵时，会产生乙醇，同时会比酸性环境产生的醛类和多元醇类化合物多些。按陆浩湉等《试论从酒精废液提取甘油》一文所述［4］，酸化法酒精废液含甘油0.5%～0.6%；中性糖蜜发酵的酒精废液含甘油1.0%～1.6%，废液含甘油（多无醇）高些，即部分可发酵糖减少，不仅降低产酒率，且因甘油使醪液增加粘度和泡沫，不利于蒸馏，灰分粒子较易附着蒸馏塔板、泡沫等［5］。

发酵液偏酸可以抑制杂菌，因为细菌适宜在中性环境里生长，细菌会把糖变酸，从而消耗糖分，并抑制酵母正常发酵酒精。发酵液感染杂菌需添加抗菌素抑制，不但增加成本，抗菌素随废液排放或其他用途均带来环境污染，还降低出酒率。因而酸值低可抑制杂菌，保证酵母正常发酵酒精，使糖分避免被杂菌吃掉而降低出酒率。

2.2化学方面

2.2.1氧化与凝聚作用

发酵糖蜜加入硫酸可进一步使可溶性的亚硫酸盐和有机酸盐或不溶性的硫酸钙盐沉淀，并在沉淀过程中一并吸附凝聚胶体，除去部分胶体杂质。

2.2.2低聚糖的降解

糖蜜中的低聚糖或淀粉质一类非单糖碳源，酵母未能利用，但经酸化作用后，部分降解转化为发酵糖，从而提高出酒率。

2.2.3有机酸的游离

糖蜜中的有机酸含量对于固形物往往超过10%之多，有机酸来源除从甘蔗生长过程与蔗糖伴随生长外（例如柠檬酸、富马酸、乌头酸），有些甘蔗是在斩、运、榨过程因细菌污染而产生的（例如乳酸、醋酸），有机酸在蔗汁加灰时，容易变成有机酸钙，当加入硫酸酸化后，便会置换出有机酸，增加糖蜜中可利用的碳源（有机酸可为酵母增值用碳源，从而减少糖分消耗增加出酒率）。另一方面，有机酸钙被置换为硫酸钙沉淀物，去除该沉淀物可减少蒸馏塔积垢。

2.3物理方面

2.3.1酸性等电点的胶体凝聚

糖蜜中部分胶体物的等电点是在酸性范围，酸化过程可使胶体凝聚。这些凝聚的胶体物，如一张网，可与灰分和其他杂质一起沉淀，从而达到糖蜜净化作用，并降低糖蜜粘度，利于发酵。蒸馏成熟醪若偏中性容易产生泡沫，增加操作难度或需要添加除泡剂增加成本。

2.3.2热酸化法操作原理

糖蜜稀释至50 °Bx，才进行酸化，使不溶性无机盐在较低的粘度下析出并与清蜜分离，但也不宜低于40°Bx。因无机盐在糖液或水中有一定的溶解度，加入的水越多，溶解无机盐也越多，析出沉淀物就越少，并且糖液浓度与碱土金属盐的溶解度成反比，糖液浓度越高，无机盐的溶解度就越小，从而可析出更多的灰分沉淀物。此外，糖蜜浓度稀释得太低，酸化及加热容器都要相应增加，设备利用不合算，根据研究及生产经验，糖蜜稀释至50 °Bx进行酸化加热，适合沉淀，既不会影响沉淀效果，也不会增加可溶性无机盐，达到除去灰分提高纯度的目的。

2.3.3加热的作用［6］

发酵糖蜜加热至 80～85℃能杀死野生酵母及抑制部分非嗜热性细菌，促进胶体凝聚，加速沉淀形成和降低糖蜜粘度而易于分离沉淀，但温度不宜超过85℃，加热时间不宜过长，避免糖焦化产生非发酵性物质，加深色泽。根据硫酸钙的结晶理念，在不同温度下，硫酸钙含不同结晶水的晶体溶解度有很大的差别，半个结晶水硫酸钙比二个结晶水硫酸钙的溶解度高几倍。在60～85℃之间，虽能同时形成二水结晶硫酸钙和半水结晶硫酸钙，但在此温度范围半水结晶硫酸钙不稳定，会重新结晶成为稳定的二水结晶硫酸钙，经过时间越长，半水结晶硫酸钙剩余越少，即可溶性的硫酸钙越少，因为二结晶水硫酸钙在80℃时，溶解度最小，因此热酸合适的加热温度为80℃左右。

2.3.4增加溶解氧量等

发酵糖蜜通入无菌空气可促使胶体凝聚，增加沉淀结晶颗粒间的接触，以形成更大的沉淀粒子；可氧化亚硫酸盐、亚硝酸盐等还原物质，有利于析出沉淀；还可增加培养液的溶解氧量，利于酵母生长。

3　讨论与建议

以糖蜜生产酒精，用酸化法清净糖蜜，不论在生产实践和理论上都证明是行之有效的方法，因而被操作人员称为“四两拨千斤”的好方法，而高浓度发酵糖蜜提高成熟醪酒度更是近代酒精企业节约热能，降低生产成本的目标，在冷酸法基础上增加热交换设备和调整酒精车间热力平衡方案，充分利用废气，不但不会增加能耗，反而节约了热能。某糖蜜酒精厂做过查定，成熟醪中乙醇含量提高1%，每生产1 t乙醇可节约：工艺用水量1.2～1.5 t，蒸汽消耗量0.3 t，废水排放量1.5～2 t。

在酸化后沉淀的设备，近年环保对废水处理也研发了不少先进快速设备，如斜板沉降器、多层沉降器、锥型底或钭锥底等的快速沉降器，均可提高沉降速度和除灰效果。

［1］霍汉镇. 现代制糖工业技术：第 1分册［M］. 北京：中国轻工业出版社，1991：256.

［2］尚红岩，姚和平，高亚飞，等. 高浓度糖蜜快速热澄清发酵酒精技术的研究［J］. 甘蔗糖业，2016（3）：28-31.

［3］保国裕，霍汉镇. 甘蔗与糖品的综合利用和深加工［M］.广州：广东制糖学会，1989：15-18.

［4］陆浩湉，廖建辉，梁秉华. 试论从酒精废液提取甘油［J］.甘蔗糖业，1993（3）：47-49.

［5］保国裕. 用糖蜜生产酒精如何减少蒸馏塔积垢［J］. 广西糖业，2005（3）：44.

［6］沙尔柯夫. 水解生产：第 2集［M］. 北京：中国轻工业出版社，1961.

（本篇责任编校：邓丹丹）

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：保国裕. 理论剖析酸化法清净糖蜜的作用［J］. 甘蔗糖业，2016（5）：54-56.