Od melasy po kwas cytrynowy, etanol , drożdże piekarskie i biogaz.

1.Przemysł spożywczy  jest jednym z najefektywniejszych gałęzi przemysłu przetwarzającego dobra które są i będą zawsze wykorzystywane przez człowieka.  Zadaniem przemysłu przetwórczego jest przede wszystkim dostarczenie żywności i ich „odmian” człowiekowi. Człowiek jako istota ludzka żywi się właśnie odmianami produktów naturalnych, czyli przetworzonych w różnoraki sposób. Chemiczne, termiczne, przemysłowe przetwórstwa to podstawa działania każdego przedsiębiorstwa spożywczego.

Wśród wielu branż przemysłu spożywczego można rozróżnić m.in.:

  • Przemysł młynarski,
  • Przemysł mięsny,
  • Przemysł mleczarski,
  • Przemysł rybny,
  • Przemysł cukrowniczy i cukierniczy,
  • Przemysł tytoniowy,
  • Przemysł napojów alkoholowych.

Cukier,  (sacharoza) , disacharyd zbudowany z fruktozy i glukozy, będący składnikiem trzciny cukrowej i buraków cukrowych jest jednym z podstawowych substratów wykorzystywanych w przemyśle spożywczym. Spożycie cukru na świecie wynosi ponad 100 milionów ton.  Spożycie cukru w każdym znaczeniu tego słowa jest związane z jego produkcją.

Pod względem wielkości produkcji Polska zajmuje czwarte miejsce w Europie. Głównym substratem z którego wyrabia się cukier jest burak cukrowy. Należy podkreślić , iż światowa produkcja cukru opiera się na trzcinie cukrowej bo ponad 60% światowych zasobów tego białego proszku jest produkowane na bazie trzciny cukrowej.

Burak cukrowy bo o nim będzie mowa w tym artykule, są cenną rośliną, nie tylko ze względu podnoszenie poziomu kultury rolniczej ale i także ze względu na bogate źródło odżywcze ,              a mowa tu o paszach.

Odpady przemysłu cukrowniczego

Produkowanie sacharozy przyczynia się do powstania wielu odpadów, zresztą jak z każdego przetwórstwa.  Najważniejszymi odpadami w tym przemyśle są: wysłodki buraczane i melasa.

  • Wysłodki buraczane , to odpad z buraków po ekstrakcji z niej cukru.        Wysłodki              to tania i wysokoenergetyczna pasza dla zwierząt : bydła mlecznego i opasowego, trzody chlewnej, oraz koni sportowych i pociągowych.
  • Melasa (melas), to odpad przy produkcji sacharozy, czyli roztwór z którego nie udaje się już wykrystalizować cukru.

2. W zależności od stosowanego surowca można  rozróżnić melasę buraczaną                       lub trzcinową. Melasa to brązowy syrop zawierający 50% sacharozy.  Prócz cukru zawiera niewielkie ilości cukrów prostych oraz składniki nie cukrowe, które są substratami organicznymi  lub nieorganicznymi azotowymi lub bez azotowymi a wśród substancji azotowych 50% stanowi kwas glutaminowy C5H9NO4 . Wśród składników mineralnych ok. 50 % stanowią sole K (sole potasowe) będące bogatym substratem do produkcji nawozów potasowych.  Ponad    to korzystnymi składnikami zawartymi w melasie są witaminy.  Należy podkreślić, iż melasy nie powinno się stosować bezpośrednio do spożycia gdyż zawierają niewielkie ilości toksycznych związków takich jak:  Lotne pirole, pirazyny azotowe , furany czy fenole. Związki te występują w ilościach ppm.

O przydatności melasy do celów biotechnologicznych oprócz zawartości sacharozy decyduje:

  1. Zawartość azotu aminokwasowego.
  2. Całkowita zawartość azotu a także obecność substancji nie pożądanych takich jak:

– betanina,

– kwasy lotne,

– związki wapnia. Sole Ca2+,

– koloidy powstałe z pektyn,

– skarmelizowane barwniki,

– karmel,

– metale ciężkie takie jak: Pb, Cu, Fe

– zawartość NO2- , NO3-

– pozostałości pestycydów,  po opryskach stosowanych do ochrony roślin.

 

3.                 Najczęstsze kierunki wykorzystania melasy to:

a)      PRODUKCJA DROŻDŻY PIEKARSKICH

b)      PRODUKCJA KWASU CYTRYNOWEGO

c)      PRODUKCJA ETANOLU

d)     PRODUKCJA BIOGAZU

 

  1. PRODUKCJA DROŻDŻY PIEKARSKICH

– melasę rozcieńcza się 2 do 3 razy , dodaję substancji wzrostowych i prowadzi hodowlę drożdży przy silnym napowietrzaniu podłoża. Po hodowli drożdże odwirowuje się, przemywa wodą i ponownie wiruje się a otrzymane tzw. Mleczko  drożdżowe zagęszcza na próżniowym filtrze bębnowym. A następnie formuje kostki i pakuje.

W celu otrzymanie drożdży paszowych proces prowadzi się w takich samych warunkach lecz używa się innego szczepu drożdży

(drożdże piekarskie, fot Jakub Duszczyk, powiększenie 1000x, przy użyciu mikroskop Delta Optical Genetic Bino)

(drożdże piekarskie, fot Jakub Duszczyk, powiększenie 400x, filtr żółty, przy użyciu mikroskop Delta Optical Genetic Bino)

 

  1. BIOSYNTEZA KWASU CYTRYNOWEGO

– biosyntezę tą można prowadzić metodą wgłębną w fermentorach lub metoda powierzchniową na tacach

  • Zaletą metody powierzchniowej jest większa wydajność, mniejsza ilość towarzyszących innych kwasów powstałych przy biosyntezie, oraz mniejsza wrażliwość na przerwy     w napowietrzaniu podłoża na którym syntezuje się kwas cytrynowy.
  • Zaletą metody wgłębnej jest możliwość prowadzenia procesu metodą ciągłą, duża objętość i duża szybkość procesu. Ponad to proces ten jest automatyczny.                       Do zalet należy również doliczyć jałowość podłoża.

 

Biosynteza:

biosynteza prowadzona jest przy pomocy pleśni. Po procesie fermentacji roztwór zawiera ok. 6% innych kwasów w tym 80% kwasu cytrynowego (kwasu kwas 2-hydroksy-1,2,3-propanotrikarboksylowy). W celu wydzielenia kwasu cytrynowego do roztworu wprowadza się wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 i wówczas wytrąca się nierozpuszczalny osad cytrynianu triwapnia.  W celu  wydzielenia z niego wolnego kwasu cytrynowego działa się rozcieńczonym  kwasem siarkowym H2SO4  na osad , wówczas z roztworu wypada nierozpuszczalny osad siarczanu wapnia CaSO4 ,a w roztworze pozostaje czysty kwas cytrynowy. Kwas ten oczyszcza się na jonitach i pozostawia do krystalizacji lub krystalizuje w urządzeniach zwanych  krystalizatorami.

Sumaryczny zapis reakcji:

Melasa –>  C6H8O7

zanieczyszczony C6H8O7 80% + Ca(OH)2 –> (C6H5O7) 2Ca3 + 3H2O

(C6H5O7) 2Ca3 + 3H2SO4 –> C6H8O7 + 3CaSO4

KRYSZTAŁY KWASU CYTRYNOWEGO (fot. Jakub Duszczyk przy użyciu mikroskopu Delta Optical Genetic Bino, pow 40x)

 

      C) PRODUKCJA ETANOLU

– podobnie ja przy produkcji kwasu cytrynowego melasę należy rozcieńczyć 2 do 3 razy                   ( w przeciwnym razie zgodnie z osmozą komórki drożdży oddadzą treść komórkową)                     po czym dodaje się substancji wzrostowych a następnie prowadzi fermentację etanolową przy pomocy drożdży piekarskich. Produktem jest 10 % etanol, który następnie odpędza                        się i rektyfikuję, w wyniku czego uzyskuje się 95% etanol.

Etanol produkowany z melasy jest gorszej jakości produktem, niż ten otrzymany z zbóż czy też ziemniaków.

      D) PRODUKCJA BIOGAZU

– w wyniku fermentacji beztlenowej melasy jest biogaz. Zaletą tego procesu jest to iż możemy uzyskać dużą ilość energii, w wyniku spalenia biogazu. Wadą tego procesu jest to iż należy tlenowo oczyszczać powstałe ścieki, chyba iż w produkcji nie zawrócimy ich do obiegu.

Produkcja biogazu na bazie melasy jest przyszłościowym kierunkiem. W Polsce melasa jest jednym z najbardziej zagospodarowanych odpadów.  Melasa jako bogate źródło energii                  i łatwo przyswajalnego węgla może być użyte do produkcji biogazu.

Produkcja biogazu opiera się przede wszystkim na anaerobowej przeróbce substratu w biogaz , którego głównymi składnikami w zależności od użytego substratu mogą być:

  • CH4  : 50-75%
  • CO2 : 25- 45%
  • H2S : 20-20000ppm
  • H2 : < 1 %
  • CO : 0- 0,21%
  • N2 : < 2%
  • O2 : < 2%
  • Inne : śladowe ilości.

Biogaz zawiera ogromne ilości  gazów cieplarnianych metan i di tlenek węgla. Spalając metan możemy otrzymać ogromną ilość czystej energii elektrycznej jako alternatywa                     dla paliw kopalnych.  Melasa pozyskiwana z cukrowni może być przetwarzana bezpośrednio w biogaz   po wcześniejszym rozcieńczeniu jej do wartości suchej masy równej 10%.  Melasa zawiera 85% s.m org. Ta wartość jest zabójcza dla mikrobów anaerobowych, dlatego przed prowadzeniem fermentacji należy ją rozcieńczyć.

Melasa jako produkt odpadowy jest bardzo trwałym odpadem. Ze względu na dużą ilość cukru (bo ponad 50%) nie wymaga dodatkowej konserwacji. Melasa sama w sobie jest wyśmienitym konserwantem w postaci czystej. Tak duże stężenie melas powoduje, iż żaden mikroorganizm niewyrodnie na niej. Ta właściwość czyni z melasy wyśmienity produkt                do produkcji biogazu. Łatwa w transporcie i przechowywaniu jest jednym z wielu produktów odpadowych które mogą być tak efektywnie wykorzystane.

 

 

SCHEMAT POZYSKANIA MELASY Z CUKROWNI I PRODUKCJA BIOGAZU

Cukrownie produkują wielkie ilości odpadów, zarówno melasa jak i wysłodki buraczane mogą być przetwarzane na biogaz. Biogaz jest czystym paliwem niekiedy niewymagającym dodatkowych przeróbek. W większych biogazowniach można instalować moduły odsiarczania spalin, jednakże melasa zawiera niewielkie ilości siarkowych związków, dlatego też niekiedy nie opłaca się odsiarczać spalin powstających w wyniku spalania biogazu. Opłaca się to przy wykorzystaniu innych substratów, np.: gnojowicy.

Przedstawiony schemat został opracowany do stworzenia prostej biogazowni, przetwarzającej melasę odpadową.  Na każdą tonę melasy trzeba użyć do rozcieńczenia aż 8t wody. Toteż odpady które musiały wybyć tlenowo oczyszczone (w przypadku zrzutu ich do kanalizacji),             w większości przypadków używane są jako odpadowa woda do rozcieńczania substratu.

 

4.      Melasa to bardzo dobry surowiec do produkcji wielu substancji.  Z zagospodarowaniem tego odpadu nie ma większego problemu, gdyż jest to jeden z cennych produktów.  Można powiedzieć iż przy produkcji sacharozy nie ma odpadów. Wysłodki buraczana i melas                    są również produktami , i to obszernie zagospodarowanymi:

– wysłodki jako drogocenna pasza

– melas jako drogocenny odpad (produkt odpadowy) do produkcji wielu substancji w tym biogazu.

 

Przemysł cukrowniczy najlepiej gospodaruje odpadami. Duża kaloryczność, dostępność                  i przyswajalność surowców powoduje, iż gospodarowanie nie tylko melasą jest proste                   co powoduje, buraki cukrowe w naszym  kraju zawsze będą zagospodarowane i nigdy                       nikt nimi nie pogardzi.

Jakub Duszczyk

Student V semestru Inżynierii Środowiska, spec. Inżynieria Ochrony Środowiska.

Student I semestru Chemii, spec. Technologia preparatów Farmaceutycznych.

BIBLIOGRAFIA

  1. Marek Jóźwiak , Biogazownia Cukrownicza, fotografia pozyskiwania melasy. [ONLINE], [dostęp 19.12.2011r], dostępna na stronie internetowej: http://www.bbizeneris.pl/pl/rynek/biogaz/biogaz-z-cukru.html

 

Print Friendly, PDF & Email

Kategorie: Artykuły chemiczne,Chemia

Tagi: ,,,,

3s Komentarzy

  1. Mała poprawka. Melas nie jest roztworem z którego nie udaje się wykrystalizować więcej cukru. Można z niego krystalizować mączkę IV, jednak jest to po prostu NIEOPŁACALNE. Niemniej jednak w niektórych cukrowniach można spotkać produktownię pracującą właśnie na podstawie schematu czteroproduktowego w której melas jest odciekiem IV rzutu, chociaż przeważnie w cukrowniach jest tak, że produktownia pracuje na bazie schematu trójproduktowego, gdzie melas jest odciekiem III rzutu (odwirowywany od mączki III rzutu).
    Dodam również, iż melas można odcukrzyć metodą Steffena. Powstaje wówczas filtrat oraz mleko cukrzanowe. Mleko zawraca się na etap oczyszczania soków, zaś filtrat odparowuje w wyparce i wytwarza się CSF (stężony filtrat Steffena) kierowany do suszarni wysłodków. Podnosi on bowiem wartość odżywczą wysłodków suszonych.

    Pozdrawiam serdecznie,
    Pasjonat Cukrownictwa – Michał.

  2. Temat melasy był konsultowany oraz sprawdzony pod względem merytorycznym z Panią dr inż. Ritą Pyć, pracownikiem instytutu biochemii technicznej oraz chemicznej technologii żywności Politechniki Łódzkiej więc być może Pani dr pomyliła się, lecz nie sadzę.

Pozostaw odpowiedź

upominek filiżanka
diy sposób na prezent wisząca filiżanka z ziarenkami kawy tutorial handarbeit ruwny