甘蔗糖蜜酵母廢液焦糖色素提取工藝研究

    采用吸附樹(shù)脂從酵母廢液中提取焦糖色素。1m3廢液可提取12kg焦糖色素，該產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB8817-1988標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)排放廢水的COD由10-14萬(wàn)mg/L降至1萬(wàn)mg/L，pH值由4.5-5.0升至7.
    關(guān)鍵詞：焦糖色素；吸附樹(shù)脂；糖蜜
　　我國(guó)大部分活性干酵母生產(chǎn)廠以甘蔗糖蜜為原料生產(chǎn)酵母。糖蜜中含水約20%，含糖約50%,其它成分約30%。在生產(chǎn)酵母過(guò)程中只利用了糖蜜中的糖，其它成分由于組成復(fù)雜一直未被利用，留于廢液中作為廢物排放(其成分見(jiàn)表1)，浪費(fèi)了資源，造成環(huán)境污染。
    酵母廢液的利用與治理一直是國(guó)內(nèi)外許多酵母生產(chǎn)廠多年來(lái)難以解決的問(wèn)題，目前治理酵母廢液主要采用厭氧消化后好氣處理。由于微生物不能降解廢液中的色素，采用厭氧消化后好氣處理并不能降低廢液的色度，處理后的廢液顏色仍為深紅棕色，且COD大大超標(biāo)，筆者對(duì)酵母廢液的綜合治理與利用進(jìn)行試驗(yàn)研究：從酵母廢液中，提取焦糖色素，所得色素產(chǎn)品理化指標(biāo)等達(dá)到GB8817- 1988標(biāo)準(zhǔn)。提取焦糖色素后的廢液色度大大下降，減少了廢液造成的環(huán)境污染，為酵母廢液的綜合利用與治理開(kāi)辟了新的途徑。

　　1 材料與方法
　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料
　　糖蜜酵母廢液；
　　吸附樹(shù)脂：南開(kāi)大學(xué)化工廠；
　　無(wú)水乙醇：武漢市化學(xué)試劑廠；K₂Cr₂O₇：分析純。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　從表1可以看出，酵母廢液成分復(fù)雜，其中的有機(jī)物多為色素、維生素、氨基酸等。為了有效地從廢醪中提取色素，我們對(duì)制糖過(guò)程中的色素來(lái)源、特性進(jìn)行了分析研究。糖蜜酵母廢液中的色素是在制糖加工過(guò)程和酵母培養(yǎng)過(guò)程中逐步積累而成的多種色素混合物，含有酚類(lèi)和氨基氮化合物等成分。多酚類(lèi)物質(zhì)在酶作用下氧化成褐色素、還原糖酸分解縮合聚合成高分子棕黑色素、還原糖與氨基酸進(jìn)行美拉德反應(yīng)生成褐色聚合物、糖熱分解成深咖啡色焦糖色素、酚類(lèi)物與鐵反應(yīng)生成深色的化合物，其中焦糖色素和美拉德反應(yīng)生成褐色聚合物占70%以上。根據(jù)廢醪中色素的存在形式，我們首先采用沸石柱吸附廢液中的陽(yáng)離子，然后采用吸附樹(shù)脂柱吸附色素，利用不同的樹(shù)脂有效地將色素富集于樹(shù)脂上，并很好的分離了雜質(zhì)。

　　1.3 工藝流程
　　糖蜜酵母培養(yǎng)液用碟片式酵母離心機(jī)分離酵母后，從離心機(jī)流出的紅棕色廢醪液，用沸石柱吸附K+、Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子。沸石柱流出的廢醪液，由吸附樹(shù)脂柱富集焦糖色素，經(jīng)吸附后流出為淺黃色pH≈7的溶液。工藝流程見(jiàn)圖1。

　　2 實(shí)驗(yàn)操作
　　2.1 實(shí)驗(yàn)方法

　　2.1.1 樹(shù)脂選型及洗脫劑的選擇樹(shù)脂篩選是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。
　　根據(jù)廢醪中色素的性質(zhì)，我們選擇了D4020、AB-8、1-107、S-8 4種樹(shù)脂富集焦糖色素。并比較了4種樹(shù)脂對(duì)色素的吸附性能，目的在于選擇一種能最大量吸附色素而最小量吸附其它物質(zhì)的樹(shù)脂，從而達(dá)到分離雜質(zhì)的目的。通過(guò)比較AB- 8樹(shù)脂對(duì)色素的富集效果最好。

　　2.1.2 焦糖色素的提取
　　將由沸石柱流出的紅棕色酵母廢醪自上而下通過(guò)裝有吸附樹(shù)脂的交換柱，焦糖色素富集于樹(shù)脂上。流出液由淺黃色變成紅黃色時(shí)，樹(shù)脂失效，停止通入紅棕色的廢醪液。水洗樹(shù)脂柱至流出液清亮，再用70%乙醇溶液洗脫柱內(nèi)色素，收集洗脫液，將其減壓蒸餾回收乙醇濃縮至濃漿狀，于80～85℃干燥8h，研碎，可得粉狀的食用焦糖色素。

　　2.2 操作要點(diǎn)
　　樹(shù)脂柱大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況而定，樹(shù)脂柱填裝高度h與樹(shù)脂柱直徑R的比值8<(h/R)<11,樹(shù)脂柱高度Ⅱ與樹(shù)脂填裝高度h，（H/h）＞2.。
    上柱吸附流速一般應(yīng)掌握在5個(gè)體積比為佳(1個(gè)體積比表示每小時(shí)流過(guò)樹(shù)脂的液體體積與填裝樹(shù)脂體積的比值為1)，洗脫色素的流速一般掌握在1個(gè)體積比為佳。

　　3 結(jié)  果
　　將所提取焦糖色素產(chǎn)品分別溶解在蒸餾水、5%鹽酸、5%醋酸溶液、5% NaOH、20% NaCl溶液中，靜置24h后加熱煮沸、在強(qiáng)光下照射5d，檢驗(yàn)其穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，產(chǎn)焦糖色素產(chǎn)品除了在5%鹽酸中渾濁、顏色發(fā)烏、無(wú)光澤外，在20%NaCl溶液、5%NaOH溶液、5%醋酸溶液和蒸餾水中穩(wěn)定性都很好，溶液顏色鮮亮，呈紅褐色且有光澤，這4種溶液加熱煮沸和在強(qiáng)光下照射5d，溶液的光澤和色澤不變。由此可知：提取的焦糖色素產(chǎn)品在pH>3的溶液中穩(wěn)定，且耐熱、耐光照，不易氧化。經(jīng)檢驗(yàn)該產(chǎn)品的理化指標(biāo)等均達(dá)到GB8817- 1988標(biāo)準(zhǔn)。

        經(jīng)處理后的廢液pH值由原來(lái)的4.5-5.0上升到7.0，COD由原來(lái)的10-14萬(wàn)mg/L降至1萬(wàn)mg/L，降低了酵母生產(chǎn)企業(yè)廢水處理難度。采用樹(shù)脂法回收焦糖色素，以樹(shù)脂飽和工作量控制操作，只需從流出液顏色目測(cè)即可看出樹(shù)脂失效與否，省去了大量的中間去樣分析，操作簡(jiǎn)單。（本文搜集整理于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)之處，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。）