甘蔗糖蜜酵母廢液焦糖色素提取工藝研究

    采用吸附樹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mg/L降至1萬mg/L，pH值由4.5-5.0升至7.
    關(guān)鍵詞：焦糖色素；吸附樹脂；糖蜜
　　我國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內(nèi)外許多酵母生產(chǎn)廠多年來難以解決的問題，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；
　　吸附樹脂：南開大學(xué)化工廠；
　　無水乙醇：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)制糖過程中的色素來源、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程和酵母培養(yǎng)過程中逐步積累而成的多種色素混合物，含有酚類和氨基氮化合物等成分。多酚類物質(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離子，然后采用吸附樹脂柱吸附色素，利用不同的樹脂有效地將色素富集于樹脂上，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+等陽離子。沸石柱流出的廢醪液，由吸附樹脂柱富集焦糖色素，經(jīng)吸附后流出為淺黃色pH≈7的溶液。工藝流程見圖1。

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

　　2.1.1 樹脂選型及洗脫劑的選擇樹脂篩選是本實(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種樹脂富集焦糖色素。并比較了4種樹脂對(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)的樹脂，從而達(dá)到分離雜質(zhì)的目的。通過比較AB- 8樹脂對(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裝有吸附樹脂的交換柱，焦糖色素富集于樹脂上。流出液由淺黃色變成紅黃色時(shí)，樹脂失效，停止通入紅棕色的廢醪液。水洗樹脂柱至流出液清亮，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)
　　樹脂柱大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況而定，樹脂柱填裝高度h與樹脂柱直徑R的比值8<(h/R)<11,樹脂柱高度Ⅱ與樹脂填裝高度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)流過樹脂的液體體積與填裝樹脂體積的比值為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值由原來的4.5-5.0上升到7.0，COD由原來的10-14萬mg/L降至1萬mg/L，降低了酵母生產(chǎn)企業(yè)廢水處理難度。采用樹脂法回收焦糖色素，以樹脂飽和工作量控制操作，只需從流出液顏色目測即可看出樹脂失效與否，省去了大量的中間去樣分析，操作簡單。（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。）