Основное сырье. 
Получение лимонной кислоты

Меласса — оттек (маточный раствор), получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифугах от последней кристаллизации. В мелассе содержатся не сахара сока сахарной свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и сахароза, которую методом кристаллизации выделять уже экономически невыгодно. При выработке сахара выход мелассы в расчете на безводную колеблется от 3 до 6% к массе сахарной свеклы.

С мелассой отходит от 10 до 15% всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле.

В соответствии с видом исходного сырья для производства сахара различают свекловичную и тростниковую мелассу. В России сахарный тростник не произрастает, но на свеклосахарных и сахарорафинадных заводах перерабатывают импортный тростниковый сахар-сырец на белый сахар-песок и сахар-рафинад:

• — в первом случае получаемую мелассу называют сырцовой;
• — во втором случае, независимо от исходного сырья — рафинадной патокой.

Производство мелассы в России составляет около 4,5 млн. т. в год.

По внешнему виду свекловичная меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом, обусловленным в основном присутствием триметиламина и диметилсульфида.

Рис. 4. — Меласса:

Это — лучшее сырье для производства лимонной кислоты. Ценность его заключается в том, что наряду с высоким содержанием сахара в мелассе содержатся все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности гриба. Выход лимонной кислоты при использовании ее — наибольший.

Меласса имеет сложный и непостоянный химический состав, зависящий от почвенно-климатических условий вегетации свеклы, вносимых удобрений, способов уборки, условий и продолжительности хранения, технологии сахароварения и др.

Например, механизированная уборка свеклы, транспортировка, доочистка и складирование травмируют корни, способствуя их загниванию при хранении.

Корни с не полностью обрезанными головками склонны к прорастанию. Все это ухудшает качество свеклы и мелассы.

В мелассе содержится в среднем 80% сухих веществ и 20% воды. Учитывая состав мелассы, можно предполагать, что значительная часть воды находится в связанном состоянии вследствие гидратации в растворе коллоидов, молекул сахарозы и ионов минеральных веществ.

Общее содержание сухих веществ в мелассе на сахарном заводе составляет около 85% - реализуемая меласса имеет несколько меньшую концентрацию, так как разбавляется водой и конденсатом при промывании и пропаривании трубопроводов, по которым она транспортируется в баки-хранилища.

Снижение концентрации препятствует образованию кристаллов сахара при хранении, уменьшает вязкость, что облегчает отгрузку мелассы, особенно в холодное время года, и зачистку баков.

Сухие вещества мелассы слагаются из следующих компонентов (в среднем, % масс.): сахарозы 60,0 безазотистых органических веществ 16,7, азотистых веществ 14,8, и минеральных веществ (золы) 8,5. В свеклосахарном производстве учет ведут по сахарозе — основному продукту, в соответствии с чем другие сахара, полностью или частично используемые грибом, и сумму их называют «ферментируемые сахара». В качестве минеральных веществ в мелассе содержится около 40% К2О, от 1,5 до 4,5% MgO и 7,3−13,8% СаО к массе золы.

Около 97% содержащегося в свекле фосфора теряется в процессе сахарного производства (осаждается в основанном на дефекации). При переработке здоровой сахарной свеклы с нормальной натуральной щелочностью в чистой золе содержится 0,2−0,6% Р2О5, или 0,02 — 0,06% к массе мелассы.

В мелассе присутствуют микроэлементы, количество которых сильно колеблется, что может отражаться как на росте гриба, так и на выходе лимонной кислоты.

Элементы — алюминий, железо, кремний и стронций — могут содержаться как в макро-, так и в микро-количествах.

Меласса, пригодная для производства лимонной кислоты, должна удовлетворять следующим требованиям:

• — содержать сухих веществ не менее 75%;
• — сахара по прямой поляризации не менее 46%;
• — инвертного сахара не более 1%;
• — окиси кальция не более 0,7%;
• — диоксида серы не более 0,03%;
• — Р2О5 не более 0,05%;
• — жироподобных веществ не более 0,5%.

Величина рН должна быть на ниже 6,5. Перечисленные показатели технологического качества мелассы, однако, еще не могут служить надежным критерием ее пригодности для производства лимонной кислоты, и окончательное заключение об этом может быть сделано только по результатам биохимического испытания.

Мелассу заготавливают на сахарных заводах на основании предварительных испытаний по ферментации, в конце сентября — ноябре. Меласса, заготовленная в более поздние сроки, обычно характеризуется пониженным выходом лимонной кислоты. Заготавливают мелассу исходя из 15-месячного запаса.

Меласса считается пригодной для производства лимонной кислоты, если в оптимальных условиях подготовки и ферментации в поверхностных условиях (в стаканах с площадью дна 0,42 дм², концентрации сахара 15%, высоте слоя 9 см., продолжительности ферментации 7 суток и соответствующем штамме — поверхностном или глубинном) будет получен съем: на мелассе для глубинной ферментации не менее 1800 г/(м², сут.), для подливов — не менее 1500, на мелассе для поверхностной ферментации — не менее 1400 г/(м², сут.).

При возникновения производства лимонной кислоты предполагали, что благодаря сильному подкислению среды во время ферментации не следует бояться инфекции.

Однако, вскоре выяснилось, что это не так и обсеменение посторонними микроорганизмами наносит вред производству.

Наиболее надежным и экономичным способом стерилизации является тепловая — насыщенным водяным паром.

Температура должна быть выше летальной для наиболее стойких споровых форм. При преобладании споры носящих бактерий выдерживают температуру 125−130С и экспозицию не меньше 30 мин.

Необходимо добиваться уничтожения всех микроорганизмов среды, но так как в производстве это очень трудно, то для оставшегося пренебрежимо малого (технически допустимого) количества микрофлоры.

Также для посторонних микроорганизмов, случайно попавших со сжатым воздухом и другими путями, создают неблагоприятные для развития условия добавлением в среду анти микробных веществ, т. е., проводят защищенную ферментацию.

Формалина, обычно применяемого с этой целью при поверхностной ферментации, достаточно 0,006−0,01% к массе мелассы, большая доза отрицательно действует на кислотообразующую способность А. nigег. Эффективен фурацилин в концентрации 10−15 мг/л (добавляют при температуре 500С), 5-нитрофурилроданид и другие производные фурана.

Испытаны также муравьиная кислота, кремнефтористый натрий, пентахлорфенолят натрия, но они одновременно снижают выход лимонной кислоты. Сульфамидные препараты не подавляют бактерий. Бактерицидные концентрации антибиотиков (млн. ед./м³): стрептомицин 40, биомицин 4, тетрамицин 2, полимиксин 1.

Известны рекомендации по применению неомицина, низина, левомицетина, полимиксина, а при вспышке дрожжевой инфекции — леворина. Однако, обладая эффективным анти микробным действием и отсутствием отрицательного влияния на А. niger, антибиотики имеют тот недостаток, что они очень дороги.

Тепловая стерилизация мелассных сред при указанной выше температуре снижает качество их для биохимической переработки. С целью «смягчения» теплового режима целесообразно тепловую обработку проводить в присутствии анти микробных веществ. Снижение температуры без существенного изменения состава питательной среды может быть достигнуто также предварительной обработкой ферментным препаратом, расщепляющим стенки бактерий и спор.

Во всех случаях, когда требуется сохранить термолабильные компоненты среды, стерилизацию ведут при более высокой температуре и соответственно меньшем времени, так как с повышением температуры скорость гибели микроорганизмов возрастает быстрее скорости разрушения этих компонентов. Предложено применение и других методов стерилизации мелассы: различными видами лучистой энергии (УФ-лучи, г-лучи, лазерное излучение), ультразвуком, импульсными электрическими разрядами, наложением электромагнитных полей сверхвысокой частоты, фильтрацией через анти микробные волокна и т. д., но они пока не нашли применения в производстве.