一、糖蜜的来源及特点
糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产品，又叫废糖蜜。糖蜜含糖量较高，有相当数量的可发酵性糖，只需添加酵母便可直接发酵生产酒精，是大规模生产酒精的良好原料。
1.甘蔗糖蜜
我国南方各省盛产甘蔗，甘蔗糖厂较多，因此，甘蔗糖蜜的产量也很大，产量为原料甘蔗的2.5%～3%。甘蔗糖蜜中含有大量的蔗糖和转化糖。由于产地的土质、气候、原料品种、收获季节和制糖方法、工艺条件的不同，糖蜜中的成分也不同。
甘蔗糖蜜为棕黄色至黑褐色的均匀浓稠液体，要求无夹杂物，无异臭味，无发酵迹象。根据糖分含量和微生物的数量不同可分为3级，但各地区的具体要求略有差异。
例如四川内江糖厂的糖蜜按下列要求可分为3级：
一级糖蜜：含糖分为58%～65%，含微生物1.0～9.0万个/g。
二级糖蜜：含糖分为52%～58%，含微生物15～50万个/g。
三级糖蜜：含糖分为46%～52%，含微生物100～800万个/g。
广东顺德糖厂的糖蜜按下列要求分为3级：
一级糖蜜：含糖分为50%以上。
二级糖蜜：含糖分为48%～50%。
三级糖蜜：含糖分为48%以下。
2.甜菜糖蜜
甜菜糖蜜的产量为甜菜的3%～4%。在我国，甜菜的生产主要在东北、西北、华北等地。
甜菜糖蜜与甘蔗糖蜜的主要区别是甜菜糖蜜中转化糖含量极少，而蔗糖含量较高。甘蔗糖蜜呈微酸性，pH6.2；而甜菜糖蜜则呈微碱性，pH7.4.甘蔗糖蜜中氮素含量低，占0.5%左右；甜菜糖蜜中氮素含量高，占1.68%～2.3%，但是占甜菜糖蜜含氮量50%的甜菜碱很少被酵母消化（强烈通风下仅消化5%）。
不论是甘蔗糖蜜还是甜菜糖蜜中的糖类大多数是可发酵性糖，经过稀释，添加部分营养盐，就可用酵母发酵，生成酒精。利用糖蜜生产酒精，可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，生产成本低，设备简单，生产周期短，工艺操作简便。但是，糖蜜发酵酒精比淀粉糖化醪发酵困难。这是因为糖蜜中存在着大量的非糖成分，特别是盐类与重金属离子的存在，抑制了酵母的繁殖与酒精的生成，目前已驯养出新的酵母菌种，解决了糖蜜发酵困难的问题。由于制糖煮炼技术的不断提高，糖蜜中残留的蔗糖和还原糖大大减少，如果非糖杂质不能除去，则糖蜜纯度必将下降，从而导致发酵率下降。因此，要改进糖蜜发酵技术，以适应糖蜜纯度下降的情况，提高发酵率。
糖蜜中干物质的浓度在80～90°Bx，所以糖蜜必须进行稀释后才能用于酒精发酵。
糖蜜中有很多杂菌，特别是产酸细菌，所以需要灭菌以及调酸处理。甜菜糖蜜的pH为7.4，需要先用硫酸中和调整至微酸性pH4～4.5.甘蔗糖蜜的pH呈微酸性，添加少量硫酸调整pH为4～4.5即可。
糖蜜中含有5%～12%的胶体物质，由果胶质、焦糖和黑色素等组成，酒精发酵时产生大量泡沫，因而降低发酵罐的利用率。同时胶体物质会吸附在酵母的表面，使酵母新陈代谢作用发生困难，特别是焦糖和黑色素对酵母的酒精发酵作用抑制较大。
糖蜜中黑色素的产生是由于局部过热，葡萄糖脱水生成α-羟甲基糠醛。α-羟甲基糠醛与糖蜜中的氨基酸化合便生成深褐色的黑色素。
糖蜜在制糖煮炼过程中常因局部过热，使部分可发酵性糖焦化变成焦糖和黑色素，这不仅损失一部分可发酵性糖，而且对酵母的酒精发酵有抑制作用，使发酵率降低。因此，糖蜜中的焦糖、黑色素与果胶质等应除去，以提高设备的利用率和发酵率。
糖蜜中的灰分含量很大，一般糖蜜中的灰分为5%～16%。由于制糖提炼技术的提高，糖蜜中的灰分明显增加。糖蜜中的杂质多、纯度低，不仅使发酵率下降，同时也会使设备易产生积垢，因此，糖蜜中的灰分、杂质应尽量除去。
糖蜜中含有微量的重金属离子，特别是铜离子（Cu2+）对酵母有抑制作用。Cu2+含量达5mg/L时，酵母开始受到抑制，含量达10mg/L时，酵母停止生长。因此，对糖蜜中微量的重金属离子应引起足够的注意。
糖蜜作为发酵培养基，还需要添加适当的营养成分，以便各种成分的比例协调。
糖蜜中非糖杂质多，杂菌多，这就要求酵母菌种强壮，耐高温、耐高酸、耐高渗透压。
糖蜜酒精发酵代谢生成酯、醛等头级杂质及杂醇油较多，同时蒸馏过程中泡沫较多，也易形成积垢，对成品酒精质量影响较大，因此，在利用糖蜜发酵生产酒精时，应该在醪塔与精馏塔中间增加一排醛塔。
二、糖蜜的处理方法
利用废糖蜜发酵可以生产不同的产品。生产不同的产品需要不同的发酵培养基，所以对糖蜜的处理要求也不同。
（一）糖蜜发酵生产酒精
糖蜜发酵生产酒精时，糖蜜的处理包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等过程。
1.稀释
单浓度流程：稀糖液浓度22～25°Bx。
双浓度流程：酒母稀糖液浓度12～14°Bx，基本稀糖液浓度33～35°Bx。
2.酸化
酸化的目的是防止杂菌的繁殖，加速糖蜜中灰分与胶体物质沉淀，同时调整稀糖液的酸度，使适于酵母的生长。甘蔗糖蜜为微酸性，甜菜糖蜜为微碱性，调酸至pH4.0～4.5.加硫酸可使糖蜜中的Ca2+生成硫酸钙沉淀，因而可以加速糖蜜中胶体物质与灰分一道沉淀除去。通常用硫酸酸化，也可用盐酸，但盐酸的腐蚀性较大。
3.灭菌
糖蜜中含有大量的微生物，包括野生酵母、白念珠菌以及乳酸菌等，因此需要进行灭菌。灭菌方法有两种：
（1）加热灭菌 加热至80～90，维持1h即可。
（2）药物防腐 常用的防腐剂为：漂白粉（200～500g/t），甲醛（600mL/t），氟化钠（0.01%），五氯代苯酚钠（0.004%）。实验结果表明五氯代苯酚钠的效果最好，使用时应添加在未酸化的糖蜜稀释液中，防止它在酸性环境中分解成五氯苯酚和钠盐。
4.澄清
糖蜜中含有的胶体物质、灰分和其他悬浮物质，对酵母的生长和酒精发酵是有害的，应尽可能除去。澄清的方法有以下三种。
（1）加酸通风沉淀法 将糖蜜加水稀释至50°Bx，加入0.2%～0.3%的浓硫酸，通入压缩空气1h，静止澄清8h，取出上清液即可。此法既可以挥发有害物质，又可以提高糖液中的氧含量，利于酵母的增殖。
（2）热酸处理法 较高的温度和酸度，对于杀灭有害微生物和沉淀作用是有利的。先把糖蜜加水稀释到浓度为40°Bx，然后加入一定量的硫酸，调pH至4～4.5，放入澄清槽加热至80～90，通风30min后，在70～80保温，静止澄清8～12h，然后取出澄清液冷却即可。从提纯效果看，这个方法比冷酸通风处理法好。从减少设备腐蚀、不需冷却设备、缩短生产周期方面考虑，大规模生产还是采用冷酸通风沉淀方法较适宜。
也可添加聚丙烯酰胺（PAM）絮凝剂进行酒母稀糖液的澄清处理。先将糖蜜加水稀释至40～50°Bx，加一定硫酸调pH至3～3.8，加热100，添加8mg/L的PAM，搅拌均匀，絮凝澄清静止1h，取上清液即可。
（3）机械分离法 采用压滤法或离心机分离法。
可以只考虑用于酒母的稀糖液进行澄清处理，而对基本糖液则不进行澄清处理。
5.营养盐的添加
稀糖液中常常缺乏酵母营养物质，因此必须对糖蜜进行分析，了解营养物质的缺乏程度，然后适当添加必要的营养成分。
（1）甘蔗糖蜜需要添加的营养物质
①氮源：甘蔗糖蜜含氮约0.5%，其中能被酵母利用的氨基态氮及其他氮素仅为20%～25%，不能满足酵母生长繁殖的需要，故需添加氮源。普遍采用硫酸铵作为氮源，用量为糖蜜的0.1%～0.12%，如果添加尿素，用量通常为硫酸铵的一半。也可以添加酵母自溶物或麸曲作为氮源的补充。
②磷源：多数采用钠、钾、铵、钙盐，因溶液为酸性，适于酵母的生长繁殖和酒精的发酵，如采用过磷酸钙，用量为糖蜜的0.25%～0.3%。
③镁盐：镁盐不仅能促进酵母的生长、繁殖，扩大酵母生长素的效能，同时也能促进酒精发酵。通常添加硫酸镁，用量为糖蜜的0.04%～0.05%。
④生长素：酵母必要的生长素有维生素B1、维生素B2、烟酸、肌醇、生物素及泛酸等，一般是添加适量的玉米浆、米糠或麸曲自溶物等作为酵母生长素的补充。
（2）甜菜糖蜜所需添加的营养盐 一般甜菜糖蜜在通风情况下是不缺氮的，但在不通气培养酒母以及糖蜜含氮量低时，可加入硫酸铵或酵母自溶液来补充氮源，一般硫酸铵用量为糖蜜的0.36%～0.4%。采用过磷酸钙作磷源，用量为甜菜糖蜜量的1%。也可直接用磷酸作磷源，用量为0.03%；还可用磷酸氢二铵（NH4）2HPO4作为磷源，它除了含磷，还含有氮，因此可适当减少硫酸铵的用量。
（二）糖蜜发酵生产谷氨酸
糖蜜如不处理，因生物素含量过高，所以不能积累谷氨酸。因此，必须对糖蜜进行处理。处理方法如下。
1.降低生物素含量
（1）活性炭处理法 用活性炭吸附除掉生物素。
（2）水解-活性炭处理法 采用盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处理去掉生物素。
（3）树脂处理法 甜菜糖蜜可用非离子化脱色树脂脱除生物素。
（4）亚硝酸处理法 用亚硝酸处理糖蜜，破坏生物素。
2.添加青霉素
在生产菌的生长初期添加青霉素，阻止细胞壁的合成，导致谷氨酸在菌体外部大量积累。
3.添加表面活性剂
各种非离子系、阳离子系、阴离子系及两性系表面活性剂，能够提高谷氨酸的收得率。例如添加阳离子系表面活性剂CTAC（氯化十六烷基三甲铵），可大量积累谷氨酸。如果培养基中的生物素浓度增加时，必须相应地提高表面活性剂的添加量才有效。吐温60、吐温40等非离子系表面活性剂有青霉素一样的效果。饱和脂肪酸蔗糖酯也有青霉素一样的作用，其中硬脂酸酯有显著效果。除了表面活性剂和脂肪酸外，各种醇类，特别是在培养5h时添加异丁醇1.0%～1.25%，效果明显。
4.追加糖蜜
先用缺乏生物素的糖培养基培养谷氨酸生产菌，当达到最大生长量时，连续补加甘蔗糖蜜，发酵30h，产谷氨酸在4g/100mL以上。
5.选用非生物素缺陷型突变株
采用非生物素缺陷型突变株，从遗传上解除生物素对谷氨酸积累的调控。例如，油酸缺陷型D-248，能在生物素过剩的条件下积累大量的谷氨酸。该菌的生长量可随油酸添加量的增加而成比例地增加。添加吐温20、吐温40、吐温60、钙离子以及少量玉米浆均可促进其生长。添加油酸量为0.7mg/mL时，生长量达到最大，但只在0.25mg/mL的油酸添加量时，谷氨酸产量最大。
（三）糖蜜发酵生产柠檬酸
糖蜜中所含的金属离子和营养物能促进菌体的过度生长，阻碍产酸，因此需要经过一些处理，处理方法如下。
1.稀释
加水量一般为1：1，稀释用水可采用生产中的各种回收废水。
2.调节pH
一般用硫酸或碳酸钠调节至pH6～7.2.
3.添加黄血盐
参考用量为0.6～3g/kg，具体用量应根据原料中的含氮量和金属离子量而定。在稀释调pH后，先加入总量的2/3，煮沸后再加入剩余的1/3，也可以一次添加，再煮沸。冷却后调节游离黄血盐浓度在20mg/L左右，pH调至6.5～6.8.或用季铵碱代替20%～40%黄血盐，即在60时添加黄血盐，30min后加入季铵碱，对提高柠檬酸产量有利。
4.添加EDTA
一般不单独使用，而是配合黄血盐使用。先加入部分黄血盐，煮沸后加入Na2EDTA，继续煮沸20min，用试纸检测黄血盐，当反应阴性时，再加入10%黄血盐，沸腾5min后再检测，直至反应阳性。这样做可以调节无机盐和痕量元素含量在适当水平，提高柠檬酸产率。
5.离子交换法
一般只要通过阳离子交换柱，除去大部分金属离子即可。糖蜜先用1～2倍水稀释，通过离交柱，pH可能下降到3左右，用氨水回调至pH4.5～5.
6.吸附处理法
吸附作用是除去色素和胶体物质，有利于发酵，防止生成泡沫。吸附剂可用活性炭、皂土、白土等。对于活性炭，使用中性炭较好。加入黄血盐搅匀后，再加入10g/L活性炭，搅拌数分钟，静置过夜，取上清液使用。
7.交互沉淀法
将糖蜜用水（1：1.5）稀释后，加入H2SO4或H3PO4使pH降到2.8～2.0，室温下放置过夜，加入新配制的石灰乳调至pH7.2～7.4，保温65～70，搅拌30min，同时加入活性炭（0.8%），继续搅拌30min，过滤，加水稀释至16°Bx，再用盐酸调至pH4.0，加营养盐灭菌即可，必要时再结合黄血盐法。
8.稀释补料法
先采用浓度很低的糖蜜发酵，待菌体生长期结束后，再补加浓糖蜜。冲淡后的稀溶液其他营养物可能不足，应考虑添加适量的营养盐（如NH4NO3、KH2PO4、MgSO4等）。当孢子发芽完毕，再补充浓糖蜜，使总糖达到预定水平。
9.使用添加剂
添加剂除了营养盐之外，还有防止微生物污染和促进柠檬酸积累的一些试剂，现分述如下。
营养盐常用的有：NH4Cl、（NH4）2SO4、MgSO4、KH2PO4、ZnSO4等。
在黄血盐处理后的培养基中加入连二亚硫酸钠（Na2S2O4）、焦亚硫酸钾（K2S2O5）或亚硫酸氢钠（NaHSO3），可以显著增加黑曲霉的柠檬酸产率。
糖蜜经稀释、调pH和黄血盐处理后，在沸腾的溶液中加入20～200mg/L三聚磷酸钠，冷却后再加营养盐，然后稀释至预定糖度，可以提高柠檬酸产率。
黄血盐处理后，将良好的成熟发酵醪中分离出来的沉降物加入糖蜜溶液中，可以更有效地利用低发酵活性的糖蜜，并且可以增加柠檬酸的提取率。这种沉降物预先经过空气干燥后，每升糖蜜溶液中加入1～3g即可达到预期效果。
10.糖蜜培养基的灭菌
糖蜜中所含的微生物主要是耐高温的芽孢菌，要彻底杀灭它们需要在高于120的温度下维持30min以上，或者煮沸2h，这在工业上很困难，而且耗能高。另外，长时间高温会造成糖的分解，分解产物对发酵的抑制性很强。现在多采用加热和化学药品联合灭菌法，或者在灭菌后加入抗菌物质。
在抗菌物质存在下，热杀菌的条件比较“温和”。例如，在糖蜜培养基灭菌前后加入一些化学药物（如金霉素、5-硝基呋喃-2-丙烯酸、H2O2或HCHO），可以降低热杀菌强度，增加柠檬酸产率。
用吖啶黄和加热联合灭菌法可以有效抑制芽孢菌。糖蜜在80灭菌30min后，再加入次氯酸钙〔Ca（ClO）2〕和0.1%NH4Cl在40～50处理30～45min，可以达到完全灭菌的要求，并促进黑曲霉生长和产酸。
还可以采用过滤除菌的方法。用经过表面活性剂处理的、具有抗菌活性的聚乙烯醇或聚丙烯腈离交纤维滤层除菌，可以增加柠檬酸产率并提高培养基浓度。
