Водка из зернового сырья является настоящим продуктом, который не сравнится с бывалым сахарным самогоном. Превращение живого ростка в организм, способный за короткое время расщепить крахмал на молекулы сахара, выделить с «хлеба» живую нотку продукта, который в последующем будет радовать хозяев и гостей, все это - ЗЕРНО. Оно растет, оно превращает и дает, оно живое, как живой с него продукт - САМОГОН. Но насколько зерно благодатное, настолько к нему нужен подход с любовью, а иначе фиаско не за горами. Полюбить, осознать, потрудиться на славу вместе со знаниями, и это живое и вечное отблагодарит и воодушевит. Лень не применима к процессу превращения зерна в самогон, а потому хотелось бы видеть возле этой статьи истинных ценителей данного продукта, не жалеющих сил и стараний для дела благородного.

Итак - спирт образуется из сбраживания простых сахаров дрожжами, значит, нам нужен сахар. Из зерна можно получить сахар, преобразовав содержащийся в нем крахмал. Это достигается с помощью ферментов.
Ферменты есть готовые, но сторонникам натурального продукта рекомендую метод, представленный ниже.
Преобразовав крахмал из зернового сырья в сахар, ставим его на сбраживание, и спустя некоторое время, получаем бражку с некоторым количеством спирта, которое, в зависимости от технологических моментов, может колебаться от минимума до 12%.
Бражка перегоняется, и получаем насыщенный спиртовой раствор - самогон (СС).

Последовательность процесса:

приготовление солода;
приготовление сусла из крахмалосодержащего сырья;
разваривание сусла;
приготовление солодового молока;
осахаривание сусла;
приготовление дрожжевого затора;
сбраживание сусла;
перегонка готовой бражки.

Получение солода.

Солод нужен для преобразования крахмала в сахар.
В нем содержатся ферменты, которые этот процесс стимулируют.

Ращение солода проходит в несколько этапов:

Отбор зерна (зерно на солод НЕ ДОЛЖНО быть свежим, после нового урожая зерно должно отдохнуть хотя бы 2 месяца).
Зерно должно быть чистое, светлое, без примесей, и просеянное.
Замачивание зерна.
Цель - активизировать рост, в т.ч. биохимические и др. процессы.
Ращение.
Проращиванием зерна достигается максимум в количестве содержащихся в нем ферментов.
Томление.
Укрепление та усиление ферментной базы в зерне. Зерно подвяливается без увлажнения.

Замачивание зерна.

Очищенное и просеянное зерно засыпается в ящики высотой около 10 см. Для этих целей подойдут бытовые полиэтиленовые (на фото). Спустя несколько часов, всплывший мусор и некачественное зерно убираем, воду сливаем, промыв зерно, и заливаем свежую. Замачивать желательно в воде с небольшой жесткостью, т.к. чрезмерное кол-во солей замедляют рост зерна и активность ферментов. Воду заливаем выше уровня зерна на 3-5 см. Что бы усилить процесс проращивания, воду следует менять - летом 2-3 раза в сутки, зимой - достаточно перемешивание 2-3 раза на протяжении суток. Время замачивания 1 сутки.

Важно!
Воду с зерна нужно слить ПОЛНОСТЬЮ.
На вид и ощупь зерно должно быть влажным, но не мокрым.
Влажность зерна после замачивания вырастает до 35-49%%.
Если замачивание более длительное, что также возможно, главное не допустить, чтобы на изломе из зернышка выделялась белая жидкость - это первый признак того, что зерно передержали в воде и оно не пригодно для солода.
Такое зерно однозначно выбрасывается.

Ращение зерна.

После замачивания зерно должно «подышать». Для этого влажное, но не мокрое зерно, распределяем по ящикам слоем 5-10см. на 6-8 часов.
Каждые 2-3 часа зерно перемешиваем руками, поднимая его выше ящиков и продувая воздухом, дабы уменьшить в нем количество углекислого газа.
Процесс ращения у каждого вида зерна разный. Часто длительность этого процесса зависит от способа ращения, качества сырья, температуры и влажности окружающего воздуха, и может длиться от 4 до 12 суток.

Засыпаем в ящики замоченное зерно, что «подышало» слоем в 10см. Оставляем на 8-12 часов. Ящики для этого можно использовать как монолитные, так и с сетчатым дном, в которых количество дальнейших перемешиваний можно уменьшить.
Ящики с зерном можно как накрывать влажной тканью, так и оставлять открытыми. Для наглядности левая часть на фото будет с ящиками, накрытыми влажной тканью, правая - ящик открытый.

Спустя первые 8-12 часов проращивания, зерно ворошат, для чего ящики встряхивают, зерно поднимают руками, и продувают для выведения углекислого газа. Если зерно сухое, его опрыскивают, но никак не замачивают. На 5кг сухого зерна в момент ращения на опрыскивание уходит не больше 50-70г воды. После опрыскивания на дне ящика воды не должно быть. Влажное зерно перемешивается и так продолжается до момента его готовности.

Для качественного и быстрого ращения солода, зерно ворошат каждые 6-8 часов и соответственно опрыскивают, незначительно его увлажняя. В случае скопившейся влаги внизу ящика, зерно необходимо подсушить, а воду убрать.

Первые 1,5 суток проращивания.

Спустя 2-3 суток, внутри зерна начинает подниматься температура до 20-24 град. Желательно не допускать ее поднимания выше (потение зерна), для чего зерно ворошат, продувают и увлажняют. Можно рекомендовать уменьшить слой проращиваемого зерна до 3-5см.

Третьи сутки проращивания.

Седьмые сутки проращивания.

	Овес увеличился в объеме около 1,5 раза, корешки достигают 1см, наблюдаются ростки. Спустя три дня, при соответствующем увлажнении, зерно будет готово как солод.
	Ячмень уверенно пророс, корешки между собой переплетаются и при подымании тянут за собой несколько зерен. Ростки достигли длины 5-7мм. Зерно пахнет отдаленным огуречным запахом. Процесс проращивания ячменя на солод завершен. На раскусывание сладко-горькое.
	Зерно пшеницы уверенно проросло, корешки имеют длину больше сантиметра, ростки - 5-7мм, некоторые - больше сантиметра. Запах свежих огурцов этого зерна превосходящий. На вкус зерно уверенно сладкое. Процесс проращивания прекращен.

Некоторые моменты проращивания.

Зерновые с шелухой больше удерживают влагу, чем без нее. Поэтому увлажнение каждого из видов стоит производить избирательно, не давая зерну лишний раз быть перенасыщенным водой. Лучше недоувлажнить, чем дать избыток воды проращиваемому зерну.

Обеззараживание солода.
На поверхности зерна находится множество вредоносных бактерий. Их желательно удалить. С этой целью перед размельчением солода на солодовое молоко или перед сушкой, рекомендуется замочить солод на 0,5-1 час в слабом растворе перманганата калия (марганцовке).
Хорошие результаты показывает обеззараживающий раствор серной кислоты (1%).

Спустя 7 суток мы получили уже пророщенное зерно ячменя и пшеницы как солод для осахаривания крахмалосодержащего зерна.
Но все же, рекомендую выдержать его еще около 2-х суток без добавления влаги и перемешиванием через -10 часов.
Солодовое зерно овса готово на 10 сутки.

Приготовленный солод является зеленым. Вес солода к зерну до проращивания вырос в 1,5 раза. Этот солод имеет наибольшую свою активность. Зеленый солод хранится не более нескольких суток, а если так, то желательно темп. хранения понизить до 2-5 град.
Для хранения зеленый солод можно высушить.
Для этого его сушат при постоянном перемешивании при темп. не больше 40 град. При повышении темп. сушки ферменты гибнут.
Сушат солод до состояния «белого» пока он на всю глубину затвердел и имеет влажность до 3%. Хранится годами в плотной закрытой таре.
Вес белого солода по отношению к весу проращиваемого зерна 0,9/1.
Активность белого солода немного ниже зеленого, и составляет около 80%. Поэтому при добавлении его в сусло, необходимо учитывать данный момент.

Приготовление солодового молока

Солодовое молоко - это смесь солода с водой. Суть процесса - полное извлечение ферментов в жидкость (воду) с дальнейшим перемешиванием с крахмалосодержащим суслом.
Т.к. существует некоторый ряд ферментов, для качественного и полного осахаривания крахмалосодержащего сусла, желательно использовать смесь из нескольких солодов. Использование солода из того же зерна, что и перерабатывается, не рекомендуется .

Примерный состав солода для некоторых видов основного сырья

пшеница:
50% ячменного, 25% овсяного, и 25% ржаного солодов.
Неплохой результат выходит и при процентной замене ячменя с рожью.
Можно также использовать смесь ржи и ячменя 50/50, ячменя и проса 50/50, и т.д
рожь:
пшеница - 50%, ячмень - 25%, овес - 25%.
пшеница - 50%, ячмень - 40%, овес - 10%.
ячмень и овес по 50%, и др.

Итак, выбрали состав солода. Измельчаем его, чем мельче, тем лучше. Растворяем в теплой, около 30 град. воде.
Зеленый - 1кг в 2л воды, белый - 1кг в 3л воды.
Получили готовое солодовое молоко.
Время его хранения очень короткое, но при понижении темп. ближе к нулю, допускается хранить несколько суток.

Приготовление сусла

Разваривание.

Разваривание производится с помощью пара. Открытый огонь дает пригорание и для зерновых не подходит.
Для этого используем ПГ (парогенератор).
ПАРОГЕНЕРАТОР - это герметичная емкость с водой, нагреваемая тэнами или др. источником тепла.
Выход с ПГ - паровод, окончанием которого есть БАРБОТЕР.
БАРБОТЕР - прямая труба, или изогнутая: спираль, гармошка, и т.д., в которой сделаны отверстия для выхода горячего пара, исходящего с барботера. Исходящий горячий пар с барботера и есть источник нагрева + разваривания крахмалосодержащих смесей.

Емкость для сусла.
Емкостью может служить как бак из нержавейки, так и другие. Главное условие - не допустить попадания в смесь продуктов реакции с емкости, катализаторов, и т.д., используемых при производстве материала данной емкости.

Измельченное зерно (дробленка, мука) заливается горячей водой при темп. около 50 град. Вся смесь постоянно мешается дабы не допустить образования комков.
На килограмм исходного сырья, добавляем 4л воды. Доводим температуру смеси до 55-60 град. Фиксируем температуру на 15 минут, дабы содержащиеся в самом дробленом зерне ферменты начали свою работу. Если сусло густое, можно в него влить некоторое количество уже приготовленного солодового молока и размешать. Это приблизительно 1/10-1/5 от общего подготовленного.

Далее включаем ПГ на полную. Поднимаем темп. сусла еще на 5 град. и делаем паузу на 15 минут. После этого, при перемешивании каждые 10-15 мин., включаем ПГ на полную, и доводим сусло до кипения.
Устанавливаем мощность ПГ такой, дабы смесь кипела. Время разваривания составляет от 1,5 до 2 часов. Чем хуже сырье (подмоченное, подпорченное зерно), и чем крупнее помол, тем больше время разварки. Во время кипения/разваривания, если процесс бурный, процесс перемешивания можно прекратить.

Осахаривание.

Разваренное сусло охлаждаем (желательно быстро, не оставляя на самоохлаждение) до температуры 65 град и вносим солодовое молоко. Тщательно размешиваем. Для этого годится дрель с насадкой.
Количество солодового молока вносится из расчета 1кг зеленого солода на 4-5кг осн. сырья, «белого», соответственно на 20% (масса еще не высушенного солода) больше.
Емкость с сырьем и внесенным в него солодом закрываем, утепляем и тщательно перемешиваем каждые 15-30 минут. Время осахаривания от 1,5 до 2 часов. За этот период очень важно не понижать температуру, т.к. увеличиваются шансы развития бактерий. Увеличение температуры выше 70 град. в свою очередь ведет к разрушению ферментов и прекращению осахаривания.
Спустя указанное время, сусло приобретает уверенный сладкий вкус. Это значит, что процесс осахаривания проходит успешно. Йодная проба как индикатор полного осахаривания в данном случае не показатель.

Охлаждение.

Осахаренную массу готовим к сбраживанию. Для этого очень быстро ее охлаждаем до температуры 28-30 град. и вносим дрожжи. Пассивное охлаждение не допускается.
Для охлаждения можно использовать медную трубку диам. 10-20мм, которая скручена в спираль. Она опущена в затор, который постоянно мешается, а по трубке с максимальным напором проходит холодная вода. Процесс быстрого охлаждения ОЧЕНЬ важен, т.к. его замедление способствует быстрому размножению бактерий в питательной среде осахаренной смеси.

Внесение дрожжей.

Для нормальной работы дрожжей требуется температура в пределах 28-30 град. Понижение температуры замедляет процесс сбраживания, вплоть до его остановки, а повышение, способствует размножению диких дрожжей, которые в свою очередь уменьшают выход спиртов. Увеличение темп. сбраживания до 32 град, увеличивает коэф. размножения диких дрожжей в 2-3 раза, при 37-38 град. они размножаются в 6-8 раз быстрее.

Количество вносимых дрожжей:

сухих, к примеру, САФ-ЛЕВЮР - 1г на 300-350г исходного, основного сырья.
прессованных, к примеру, ЛЬВОВСКИЕ - 1г на 60-80 г сырья.

Дабы увеличить быстрый и качественный захват культурными дрожжами осахаренного сусла, рекомендуется вносить дрожжи не напрямую, а сделать предварительно дрожжевой затор. Для этого дрожжи разводятся в теплой, около 30 град. воде. На килограмм прессованных дрожжей можно взять около 10-14л воды.
Одновременно, обеспечивая активность дрожжевого затора, дрожжи можно предварительно разбродить. С этой целью в подготовленный дрожжевой затор вносится некоторое кол-во сахара (пол литра на кило прессованных дрожжей) и пол литра солода, предварительно оставшегося для этих целей. Все это перемешиваем, и спустя пол часа, наблюдаем пенку на поверхности раствора. Это работа дрожжей. Пол часа- час, и дрожжевой разброженный затор, вливаем в сусло, охлажденное до 28-30 град. Тщательно перемешиваем, и ставим на сбраживание в прохладном месте.
Емкость герметично закрываем и ставим водяной затвор.

Дабы исключить выброса пены через водяной затвор, рекомендуется емкость заполнять с учетом вспенивания. По объемным единицам это около 10-15% от объема сусла. Так, к примеру, емкость из 200л не желательно заполнять больше чем на 170 литров.
В период брожения, важно, чтобы сусло не перегревалось. Нормальная работа происходит при 28-30 град. Повышение температуры понижаем обдуванием воздухом или обливанием бродильной емкости холодной водой.

Время брожения зерновых зависит от многих факторов, в т.ч. от качества дрожжей, темп. помещения, и др. Среднее время можно назвать от 4 до 5 суток. Показателем же полного сбраживания можно назвать прекращение выделения газа из трубки водяного затвора. Бражка становится практически неподвижной, сверху ее могут плавать твердые части зерна, а сама жидкость стала более светлой, часто с оттенком цвета зерна. Если же взять бражку на пробу кислотности, то она будет в пределах 4,8-5,5. На вкус бражка приятная и имеет горько-кислый вкус.
Количество спирта в бражке зависит как от технологии процесса приготовления сусла, так и от качества составляющих. Этот процент может быть в пределах 5-12%.

Простая перегонка браги.

Готовая брага зерновых перегоняется с помощью пара. Для этого используем тот же парогенератор.
Брага закипает с помощью пара, исходящего с барботера. Для перегонки используем нержавеющую емкость, которая заполняется не больше чем на 2/3 от общего объема для предотвращения выброса пены в отбор. До момента закипания процесс нагрева проводится максимально быстро, но при первых признаках кипения бражки, мощность уменьшаем. Для конденсации исходящих паров в т.ч. и спирта, входящего в их состав, можем использовать простой перегонный аппарат.

Если самогон в дальнейшем будет использоваться как напиток, в этом случае необходимо более тщательно подойти к выделению головных и хвостовых фракций. С этой целью на небольшой скорости при минимальной мощности ПГ медленно отбираем головы. Процент отбора голов можно считать в пределах 3-5 от общего количества ожидаемого спирта (по абсолютной величине). Более точно определяется органолептически на запах, растирания в ладони, вкус. Головы в дальнейшем ЗАПРЕЩЕНО использовать как пищевой продукт.

Отбор пищевой фракции самогона проводим на большей скорости, но контролируем, что бы в отбор не попадали брызги с кипящей бражки, которые по виду самогона делают его мутным и с соответствующим привкусом браги. Как пищевой, самогон первого перегона можно считать тот, который имеет плотность не ниже 40% содержания спирта, по старинному - «пока горит». Дальнейший конденсат содержит значительное кол-во тяжелых фракций, и его можно использовать для последующей перегонки. Температура браги, до которой ведется простая перегонка, 97-98 град. Дальнейший отбор сопровождается в разы большим выделением сивушных масел.

Если самогон, он же спирт-сырец (СС), в дальнейшем предназначен для ректификации, то отделением голов и хвостов можно пренебречь. В отбор смешиваем весь погон.

Вкусовые свойства самогона из разного вида сырья.

Пшеничный затор. При использовании пшеницы как основного сырья, водка получается мягкой и более сладкой. Использование в качестве солода рожь усиливает жесткость и придает некую «крепость» напитку. Ячмень в виде солода додает вкус виски, добавляя в водку отголоски пива. Овес - зерно для резкости вкуса.

Ржаной затор. Водка с этого сырья не будет мягким напитком. Она хоть и жесткая, но приятная. Сравнивающие вкусовые качества ее приблизительны водки «Московская» времен СССР.

Водка на основе овса. Этот продукт отличается своей остротой и резкостью. Чистота вкуса без «подсолаживания», вот более точное сравнение. Во времена Союза, подобием была водка «Посольская».

Ячменная водка. Водка с ячменя есть готовым началом продукта со вкусом виски. Двойная, тройная ее перегонка, затмит многие вкусы благородных напитков.

Приятной работы и удовольствия от напитков!

Полезная информация на форуме:

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ИНСТИТУТ ХОЛОДА и БИОТЕХНОЛОГИЙ

Контрольная работа №1

По дисциплине

«Технология отрасли»

Выполнила:

Бочарова Анастасия Владимировна

Студентка 6-го курса ФЗОиЭ

Санкт-Петербург

Принципиально-технологическая схема производства спирта из зернового сырья

Сырье и дополнительные материалы

Характеристика зернового сырья. На спирт перерабатывают любое зерно, в том числе и непригодное для пищевых и кормовых целей. Ежегодный объем переработки составляет (%): пшеницы 50 (преимущественно дефектной), ячменя 20, ржи 12, кукурузы 8, проса 5, овса 2 и прочих культур (гречиху вики, гороха, риса и др.) 3. Для приготовления солода употребляют кондиционное высококачественное зерно.

Кукуруза. Из зерновых культур лучшим сырьем для производства спирта является кукуруза (Zeamays). В ней содержится относительно больше крахмала, меньше клетчатки, больше жира (что повышает кормовое достоинство барды). Урожайность кукурузы в 2...3 раза выше урожайности других зерновых культур.

В России кукурузу возделывают на Северном Кавказе, Нижней Волге, в Воронежской и Курской областях.

В зависимости от формы зерна и степени развитости роговидной части эндосперма кукурузу подразделяют на 7 ботанических групп: кремнистая, зубовидная, крахмалистая, восковидная, лопающаяся, сахарная, чешуйчатая. Для производства спирта предпочтительнее легко развариваемая крахмалистая и зубовидная кукуруза.

Рожь, пшеница, ячмень и овес. Рожь (Secale), пшеница (Triticum), ячмень (Hordeum) и овес (Avena) широко возделыва-ются в России: рожь (преимущественно озимая) - в северных, северо-западных и центральных районах, во многих районах Сибири и Урала; пшеница - в Западной и Восточной Сибири, Поволжье; ячмень (преимущественно яровой) и овес - повсеместно - от субтропиков до Заполярья.

В небольших количествах перерабатывают крупяные культуры - просо, гречиху и рис, некоторые продовольственные (горох) и кормовые (вику).

Солод и ферментные препараты. Для осахаривания крахмала па спиртовых заводах используется солод и ферментные препараты.

Солодом называют зерно, которое проросло в определенных условиях. При прорастании в зерне образуются амилолитические, протеолитические и другие ферменты. Солод па спиртовых заводах получают из ячменя, ржи, пшеницы, овса и проса по следующей схеме:

1) очистка зерна;

2) замачивание;

3) проращивание;

4) измельчение;

5) смешивание с водой.

Для осахаривания крахмала в спиртовом производстве кроме солода используются ферментные препараты, получаемые из культур мицелиальных грибов и бактерий. Выпускаемые специальными заводами или специализированными цехами спиртовых заводов ферментные препараты представляют собой либо жидкости с содержанием сухого вещества не менее 50%, либо порошки с определенной стандартной ферментативной активностью. Ферментные препараты, используемые в спиртовой промышленности, получают из мицелиальных грибов рода Aspergillus, бактерий Вас. mesentericus, Вас. subtilis и других. Эти микроорганизмы образуют а-амилазу, а некоторые глюкоамилазу (фермент, расщепляющий крахмал до глюкозы). Применение ферментных препаратов микробного происхождения в спиртовой промышленности взамен солода позволяет существенно снизить расход высококачественного зерна на получение солода и способствует повышению выхода спирта.

Дрожжи. В спиртовом производстве в качестве возбудителей брожения используются дрожжи семейства сахаромицетов. Они продуцируют комплекс ферментов, под действием которого сахара сусла превращаются в этиловый спирт и диоксид углерода. В спиртовом производстве применяют расы (разновидности, отличающиеся несколькими особенностями) дрожжей верхового брожения, обладающие высокой энергией брожения. Они образуют максимальное количество спирта, сбраживают моно- и дисахариды и часть декстринов. Дрожжи, используемые в производстве спирта из мелассы, должны быстро сбраживать субстрат в среде с высоким осмотическим давлением (осмофильные дрожжи).

Вначале дрожжи размножают по методу чистой культуры из одной дрожжевой клетки в стерильных условиях. Спиртовые заводы получают чистую культуру дрожжей и размножают их по определенной схеме. Далее их культивируют по методу естественно чистой культуры, при котором создаются оптимальные условия для развития дрожжей (температура, рН, аэрация и др.) и неблагоприятные для посторонних микроорганизмов, в первую очередь бактерий.

В качестве питательной среды для размножения дрожжей служит сусло, содержащее вещества, необходимые для их питания. Иногда в сусло добавляют дробленый зеленый солод в качестве источника дополнительного питания. Для подавления развития посторонних микроорганизмов сусло подкисляют серной или молочной кислотой до рН 3,8 - 4,0. Температуру поддерживают на уровне 28 - 30 °С. Размножение дрожжей осуществляют в аппаратах - дрожжанках. Аппарат представляет собой вертикальный цилиндр с коническим днищем, снабженный двумя змеевиками для нагрева и охлаждения сусла. Процесс-размножения дрожжей ведут периодическим или полунепрерывным способами. При периодическом сусло из осахаривателя перекачивают в дрожжанку, нагревают до 70 °С и выдерживают при этой температуре 20 мин с целью пастеризации. Затем охлаждают до 50 °С, подкисляют серной кислотой, перемешивают, охлаждают до 30°С и вносят 10% дрожжей от объема сусла. При размножении дрожжей поддерживают температуру на уровне 30°С, регулируя ее путем подачи в змеевики дрожжанки холодной воды. При снижении концентрации сусла на 1/3 от первоначальной производят отбор дрожжей. Длительность размножения дрожжей около 20 ч.

Полунепрерывный способ размножения дрожжей проводят в установке из двух дрожжанок и пастеризатора, в котором пастеризуют, подкисляют и охлаждают сусло. Подготовленное сусло подают в одну из дрожжанок, вводят в нее дрожжи и оставляют на 6 - 8 ч при 28 °С. Затем половину объема дрожжей переводят во вторую дрожжанку и обе доливают суслом из пастеризатора. Через 6 - 8 ч зрелые дрожжи из одной дрожжанки спускают в бродильный аппарат. Свободную дрожжанку моют и стерилизуют, после чего половину дрожжей из второй дрожжанки переводят в свободную, доливают оба аппарата суслом из пастеризатора и процесс повторяется.

Технология производства спирта

Технология спирта включает в себя следующие процессы: подготовка сырья к развариванию, разваривание зерна водой для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживания сахаров дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию.

Прием зерна. Для приготовления солода используют высококачественные ячмень, рожь, овес и просо, которые должны удовлетворять требованиям, приведенным в таблице №1. Цвет ячменя светло-желтый, допускается потемневший; овса белый или желтый; проса желтый, красный, серый, белый; ржи желтый и зеленый разных оттенков; запах, свойственный зерну; не допускается затхлый, плесенный и другие посторонние запахи.

Таблица №1. Характеристика качества зерна

Качество зерна, идущего на разваривание, не регламентируется. Желательно, чтобы зерно было здоровое, высокой крахмалистости, влажностью 14 - 17% в зависимости от культуры и с небольшой засоренностью. Предварительно здоровое зерно оценивают органолептически.

Подготовка зерна. Все виды зерна, поступающего в производство, очищают от пыли, земли, камней, металлических и других примесей. Зерно, предназначенное для приготовления солода, освобождают также от щуплых зерен, половинок и семян сорных растений.

Воздушно-ситовое сепарирование. Примеси, отличающиеся от зерна данной культуры толщиной (шириной) и аэродинамическими свойствами (парусностью), отделяют на воздушно-ситовом сепараторе. При очистке ячменя, овса и проса производительность сепаратора снижается на 20...30%. В очищенном зерне содержание примесей не должно превышать 1%.

Магнитное сепарирование. Мелкие металлические примеси, содержащиеся в зерне после очистки в воздушно-ситовых сепараторах, удаляют с помощью магнитных сепараторов.

Отделение семян сорных растений. С помощью сит зерно можно разделить только по толщине и ширине. Примеси, отличающиеся от основной культуры длиной зерна, выделяют на машинах, называемых триерами. Рабочий орган триера - цилиндр или диск с ячейками, выбирающими из зерновой массы короткие частицы. В зависимости от назначения различают два вида триеров: куколеотборники - выделяющие из основной культуры половинки зерен и шаровидные примеси, например семена куколя; овсюгоотборники - выделяющие зерно основной культуры, например ячменя, ржи, из смеси его с длинными зернами овса и овсюга.

Разваривание сырья. Разваривание осуществляют для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его в растворимую форму, в которой он быстрее и легче осахаривается ферментами. Разваривание крахмалсодержащего сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением 400 - 500 кПа.

При разваривании происходит ряд сложных физических, физико-химических и химических изменений. При тепловой обработке в процессе разваривания идет интенсивное набухание крахмала, его кластеризация и переход в растворимую форму, обусловленные интенсивным поглощением воды. При выходе разваренной массы из варочного аппарата давление снижается до атмосферного, что вызывает превращение содержащейся в клетках воды в пар, объем которого в несколько раз превышает объем воды. Такое резкое увеличение объема приводит к разрыву клеточных стенок сырья и превращению его в однородную массу. Процесс разваривания сопровождается увеличением содержания сахаров и декстринов за счет частичного гидролиза крахмала под действием собственных ферментов сырья и естественной кислотности. Высокая температура па стадии разваривания вызывает протекание процессов меланоидинобразования (взаимодействие сахаров с аминокислотами), термического разложения сахаров (карамелизапня) и других, что приводит к снижению количества сбраживаемых сахаров.

В настоящее время разваривание крахмалсодержащего сырья производят тремя способами: периодическим, полунепрерывным и непрерывным. Наибольшее распространение получило непрерывное разваривание по двум схемам. По первой схеме разваривание осуществляют при пониженной температуре (130 - 140°С), но длительное (50 - 60 мни). По второй схеме температура разваривания 165 - 172 °С и продолжительность варки 2 - 4 мин. При непрерывном разваривании сырье постоянным потоком движется через варочный аппарат.д.ля обеспечения равномерности потока сырье измельчают.

Непрерывное разваривание измельченного сырья включает операции: дозирование сырья и воды, приготовление замеса и разваривание в две стадии (нагрев замеса до температуры варки и выдержка замеса при этой температуре). Процесс непрерывного разваривания осуществляется следующим образом. Измельченное зерно смешивают с водой в количестве 2,0 - 3,5 л на 1 кг зерна. Воду добавляют с таким расчетом, чтобы концентрация зернового замеса составляла 16 - 17% сухого вещества. Зерновой замес нагревают вторичным паром до 70 - 75°С и подают насосом в контактную головку, где происходит мгновенный нагрев замеса (кашки) паром до 100 110°С. Затем подогретый замес подают в варочный аппарат, состоящий из 2 - 4 ступеней (колонн).

Охлаждение разваренной массы и её осахаривание. При осахаривании охлажденную разваренную массу обрабатывают солодовым молоком или ферментными препаратами для расщепления крахмала и белков. При этом основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами Сахаров.

При осахаривании разваренной массы солодовым молоком: крахмал гидролизуется на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и на 25 - 30% до предельных декстринов, которые расщепляются: до Сахаров на стадии брожения. При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78% мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы всех сбраживаемых Сахаров. Сусло, полученное при осахаривании ферментными препаратами микробного происхождения, содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы.

Такое различие в продуктах гидролиза крахмала при использовании разных осахаривающих материалов связано с тем, что в солодовом молоке содержатся A - и (B-амилаза и декстриназа, а ферментные препараты микробного происхождения содержат A-амилазу и глюкоамилазу. Все эти ферменты отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре и кислотности среды. В зависимости от происхождения A-амилазы могут расщеплять крахмал только до декстринов (A-амилазы бактериального происхождения) или образуют и декстрины, и сахара (большинство A-амилаз грибного происхождения и ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего материала.

Наиболее прогрессивным способом осахаривания является непрерывное осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов. К охлажденной массе добавляют осахариваюшие материалы. Оптимальная температура действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С. Непрерывное осахаривание разваренной массы производят по одно или двухпоточному способу. При однопоточном способе в осахариватель (цилиндрический аппарат с коническим днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное количество осахаривающих материалов и выдерживают в течение 10 - 15 мин. При двухпоточном способе разваренную массу разделяют на два равных потока и направляют в два осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих материалов, во второй частично осахаренное сусло охлаждают и подают на брожение в первый и второй головные аппараты бродильной батареи. спирт зерно дрожжи

Готовое сусло должно содержать 16 - 18% сухого сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град. При пробе на йод окраска сусла не должна изменяться.

Сбраживание. Сбраживание осахаренной массы (сусла) начинается с момента введения в нее производственных дрожжей; Под действием ферментов дрожжей идет расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты и эфиры. По мере сбраживания моно - и дисахаридов под действием амилолитических ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.

В процессе брожения сусла можно выделить три периода: взбраживание, главное брожение и дображивание. В первом периоде происходит интенсивное размножение дрожжей и сбраживание Сахаров. Второй период характеризуется энергичным сбраживанием Сахаров и сопровождается бурным выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание Сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.

Процесс брожения проводят в закрытых бродильных аппаратах для предотвращения потерь спирта и выделения диоксида углерода в производственное помещение. Герметически закрытый бродильный аппарат представляет собой вертикальный цилиндр со сферическим или коническим днищем, внутри него установлен змеевик для охлаждения бродящего сусла.

Брожение сусла проводят периодическим, циклическим и непрерывнопоточным способами. Наиболее совершенным и эффективным является непрерывнопоточный метод, осуществляемый па установке, состоящей из двух дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно соединенных переточными трубами. Дрожжанки и взбраживатель предназначены для приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Процесс происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют суслом, пастеризуют его при 80°С в течение 30 мин, охлаждают до 30°С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные дрожжи в количестве 25 - 30% от объема. Размножение дрожжей идет до достижения содержания сухого вещества в сусле 5 - 6% - Затем 70 - 75% дрожжей переводится во взбраживатель, куда одновременно подается охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения дрожжей. Оставшаяся часть дрожжей (25%) подается во вторую дрожжанку для размножения.

Когда содержание сухого вещества достигнет 5 - 6%, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно подается охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней, аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29 - 30, в последующих - 27 28 °С.

Выделяющийся при брожении диоксид углерода вместе с парами спирта из бродильных аппаратов поступает в специальные ловушки, и которых происходит растворение спирта и отделение диоксида углерода. Водно-спиртовая жидкость из ловушки направляется вместе с бражкой на перегонку, а диоксид углерода - в специальный цех для получения сухого льда или жидкого диоксида углерода.

Зрелая бражка должна соответствовать установленным нормам. Крепость бражки (содержание этилового спирта в объемных процентах) должна находиться в пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна превышать 0,5-0,6 град.

Отгонка спирта из бражки и его ректификация. Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.

Для выделения спирта из бражки и его очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более летучим компонентом. Температура кипения этого компонента при постоянном давлении ниже. Поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.

Очистка спирта от примесей путем перегонки основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения этилового спирта.

При коэффициенте ректификации, равном единице, перегонка неэффективна, так как дистиллят после нее остается без изменения. Если коэффициент ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей, чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси. Для головных примесей коэффициент ректификации больше единицы, для хвостовых - меньше.

Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.

Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная. эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения этилового спирта от примесей.

На установке косвенного действия процесс ректификации осуществляется следующим образом. Бражку подогревают до 90°С в бражном подогревателе и подают на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую снизу поступает греющий пар. Пары, поднимающиеся из бражной колонны, поступают в конденсатор через бражный подогреватель, где отдают тепло поступающей в бражную колонну зрелой бражке. В конденсаторе пар полностью конденсируется и полученный конденсат крепостью 45 - 55 об.% поступает в эпюрационную колонну.

Технология производства спирта - это многоэтапный технологический процесс.

Технология производства спирта состоит из различных по характеру и происхождения операциям от механических (подготовка сырья) до тепло-массообменных (ректификация), а также использование ферментов микробиологического и биологического происхождения вместе с дрожжами.

Существует множество способов усовершенствования производства и увеличения выхода и качества продукции: модернизации старого оборудования, разработка новых аппаратов, улучшение штаммов микроорганизмов и дрожжей, ведение селекционной работы по получению высококачественного сырья.

Требования к дрожжам спиртового производства. Современные штаммы дрожжей, применяемые при производстве спирта из зерна.

В спиртовом производстве применяют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae, которые относятся к дрожжам верхового брожения. Основными требованиями, предъявляемыми к расам дрожжей при производстве спирта, являются:

*высокая бродильная активность. Спиртовые дрожжи должны образовывать максимум спирта;

*способность сбраживать как моносахариды, так и дисахариды и некоторые декстрины;

*способность сбраживать растворы, содержащие довольно большие концентрации сахара (в производстве спирта из мелассы концентрация сахара составляет 13-15\% и более);

*способность осуществлять спиртовое брожение при высоком содержании спирта в растворе.

При производстве спирта из крахмалсодержащего сырья чаще всего используют расу ХП, а в производстве спирта из мелассы - расы Я, Л и В.

Успешное применение находят гибридные дрожжи, выведенные в институте генетики АН путем скрещивания двух видов дрожжей. Так, гибрид 67 получен скрещиванием пивных дрожжей и спиртовых расы Я, основной особенностью которого является наличие у него фермента б-галактозидазы и способность сбраживать рафинозу.

Производственные спиртовые дрожжи - круглые или яйцевидные клетки размером 5-6,2х5-8 мкм, распределяющиеся во всем объеме сусла, пылевидные.

Основными факторами, влияющими на жизнедеятельность дрожжей в спиртовом производстве, являются температура, рН среды, концентрация сусла, содержание органических и неорганических кислот.

Температура. Оптимальная скорость роста спиртовых дрожжей 30-32 °С, однако дрожжи, выращенные при температуре ниже оптимальной имеют более высокую бродильную активность, поэтому процесс брожения начинают при температуре 18-22 °С, а во время брожения ее поддерживают на уровне 29-30 °С. Более высокая температура вызывает снижение бродильной активности и способствует развитию молочнокислых бактерий и диких дрожжей.

РН среды. Водородные ионы изменяют электрический заряд коллоидов плазменной оболочки клетки и в зависимости от концентрации могут увеличивать или уменьшать проницаемость оболочки клеток для отдельных веществ и ионов. От величины рН зависит скорость поступления питательных веществ в клетку, активность ферментов, образование витаминов.

При изменении рН среды изменяется характер брожения: если рН смещается в щелочную зону, то увеличивается содержание глицерина и побочных веществ в бражке. Оптимальным рН для развития дрожжей является 4,8-5,0, однако в спиртовом производстве его стараются поддерживать на уровне 3,8-4,0, чтобы подавить развитие молочнокислых бактерий. Необходимый рН создают добавлением серной, соляной или молочной кислоты.

Содержание сахара в сусле. Очень высокие концентрации сахара повышают осмотическое давление в дрожжевых клетках, а низкие - экономически невыгодны, поэтому сбраживают сусло с содержанием сухих веществ, что соответствует содержанию в нем 13-15\% сахара. В зависимости от исходной концентрации сахара и производственных потерь содержание спирта в зрелой бражке составляет 8-9,5 об.\%.

Иногда для подкисления сусла при производстве спирта из картофеля и зерна используют молочнокислые бактерии вида Lactobacillus delbrueckii штаммов 52 и смешанная культура со штаммом 70. Это грамположительные не образующие спор палочки, которые осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение. Культивирование молочнокислых палочек ведут при температуре 50°С до кислотности 2,0-2,2 ° для картофельного и 1,7-2,0? для зернового сусла, а потом проводят пастеризацию сусла при 75°С. В сусле, подкисленном молочнокислыми бактериями, увеличивается содержание растворимых азотистых веществ, что благоприятно сказывается на размножение дрожжей.

Современные штаммы дрожжей, применяемые при производстве спирта из зерна

Штамм Saccharomyces cerevisiae №8 Спиртовой (8-С), обладающий высокой генеративной активностью, депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) под регистрационным номером ВКПМ В-3855 и может быть использован при производстве спирта. Изобретение позволяет повысить выход спирта и снизить образование побочных продуктов. 3 табл.

Изобретение относится к спиртовой промышленности и представляет собой новый штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae В - 3855, используемый для производства спирта.

В производстве спирта из мелассы дрожжи должны обладать высокой бродильной энергией с анаэробным типом дыхания, переносить большую концентрацию солей и сухих веществ, быть устойчивыми к продуктам обмена посторонних микроорганизмов.

В производстве спирта из мелассы применяются различные штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae и среди них наиболее распространенной является производственная раса, с хорошими технологическими свойствами - аналог. Однако, эта раса имеет сравнительно невысокую генеративную активность, обладает повышенной потребностью к стимуляторам роста, чувствительностью к вредным примесям мелассной среды. В морфологическом отношении штамм неоднороден по величине и форме, с наличием в популяции удлиненных клеток, имеющих замедленную скорость роста, более длительное время генерации по сравнению с овальными клетками.

Известно также, что традиционной средой для выращивания дрожжей S. cerevisiae, используемых в спиртовой промышленности является мелассная питательная среда. Создание современных прогрессивных технологий пищевого спирта диктует необходимость получения физиологически активных рас дрожжей, обеспечивающих эффективное сбраживание концентрированного мелассного сусла. Нами установлено, что минеральные и органические вещества геотермальной воды нефенольного класса можно рассматривать как новый источник питания дрожжей. Установлено также, что интенсификация синтеза этанола на 25% и значительное снижение весьма нежелательных примесных соединений с использованием штамма S. cerevisiae Y-503 обусловлены возможностью изменения метаболизма дрожжей на основе влияния биологически активных веществ геотермальной воды . В связи с этим, новый штамм получают на мелассной питательной среде, где в качестве минерального и органического питания используют геотермальную воду нефенольного класса с общей минерализацией 5.2-5.4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4.0-5.2 г/л. Наличие таких важных минеральных веществ, необходимых для жизнедеятельности живых организмов, как K, Na, Mg, Ca, Fe, Mn, а также борная, кремниевая кислоты, органические вещества, в частности, гумусовые, являющиеся стимуляторами мембранных перестроек в живой клетке, создают благоприятные условия в среде культивирования для выращивания дрожжевых организмов.

Задачей изобретения является создание стабильного штамма спиртовых дрожжей для эффективного сбраживания мелассной питательной среды с использованием геотермальной воды нефенольного класса с концентрацией углеводов 21.0 г / 100 см3, способного сохранять спиртоустойчивость, высокие биохимические и технологические свойства в результате селекции при длительном пассажировании его на твердых и жидких средах. Технический результат направлен на повышение выхода спирта.

Предлагаемый штамм дрожжей имеет следующую характеристику. Морфолого-культуральные признаки.

Клетки в суточной культуре на мелассной питательной среде с геотермальной водой (МПСГВ) имеют округло-овальную форму, размером 6-8Ч11-13 мкм; на МПСГВ + агар - овальная, яйцевидная, размером 6-7Ч11-12 мкм. Культура размножается вегетативным путем, образует сумки со спорами (среда Городковой, гипсовые блоки, голодный агар). Микроколонии на МПСГВ + агар - округлые, гладкие, слегка блестящие с ровным краем, размером 4-7 мм, палевого цвета. Макроколонии (20-ти суточная)- округлой формы, размером 2.9Ч2.7 см, поверхность радиально исчерченная с концентрическими кругами, слегка блестящая, светло-палевая, край волнистый, профиль слегка выпуклый с небольшими конусом, структура однородная, консистенция мажущаяся

Физиолого-биохимические признаки.

Штамм S. cerevisiae В - 3855 полностью сбраживает: глюкозу, фруктозу, сахарозу, лактозу, мальтозу, раффинозу, простые декстрины; не сбраживает и не усваивает лактозу и инулин. Усваивает уксусную, молочную, не усваивает янтарную, яблочную, винную, лимонную кислоты . Сбраживает высококонцентрированные рассиропки с содержанием углеводов 21.0 г / 100 см3, синтезируя 12.4 об.% спирта. Оптимальная температура роста 20-30°С, однако может расти и при температуре 32-33°С. Оптимальными значениями рН среды являются 4.5-5.5.

Предлагаемый штамм S. cerevisiae В - 3855 хранится в ВКПМ ГНИИгенетика под коллекционным номером В - 3855 и в дрожжевой коллекции Прикаспийского института биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН г.Махачкала. Пример получения штамма.

Исходной культурой для получения штамма S. cerevisiae В - 3855 служил штамм S. cerevisiae Y-503 . Для получения дрожжей с требуемыми свойствами была проведена адаптация штамма S.cerevisiae Y-503 к мелассной питательной среде с геотермальной среднеминерализованной, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатной натриевой водой из скважины №26 Махачкалинского месторождения. По мере воздействия состава питательной среды микроорганизмы адекватно изменились, что привело к возникновению новых форм. При этом немаловажное значение имела и частота пересевов на свежие среды.

На первом этапе исследований из отдельных многочисленных микроколоний (95), путем поиска полезных морфофизиологических свойств был проведен скрининг активных популяций исследуемых рас. В результате было выделено 6 монокультур путем рассева отобранных клонов на питательные среды с повышенной концентрацией сухих веществ. Наблюдения за динамикой брожения всех культур выявили идентичность выделения углекислого газа в течении первых 24 ч после инокуляции. Значительный рост бродильной активности проявился на 3-8-е сутки, который в большей мере отмечен у 3-х вариантов. На втором этапе адаптированную дрожжевую суспензию высевали на плотную мелассную питательную среду с геотермальной водой. Каждая выросшая колония отсевалась на скошенное агаризированное мелассное сусло. На всех этапах исследования осуществлялся контроль за функциональной морфологией дрожжевых клеток. Наблюдения велись за скоростью и характером почкования, ростом, размножением, формой и величиной клеток. Из них наибольшей бродильной способностью, лучшими морфофизиологическими свойствами обладала культура В - 3855. Концентрация этанола в бражке увеличилась и составила 12.4 об %. Сравнительное исследование динамики сбраживания мелассного сусла с концентрацией углеводов 21.0 г / 100 см3 селекционным штаммом В - 3855, исходным Y-503 и промышленным - Я, показали перспективность использования отобранного штамма.

Предлагаемый штамм хранится на скошенном МПСГВ+агар в холодильнике при температуре 0±6°С.

Пример использования штамма.

Выращивание дрожжей с использованием предлагаемого штамма S. cerevisiae В - 3855 осуществляют в течение 72 ч глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях в лабораторной установке при температуре 30°С±1, рН 5.0 на мелассной питательной среде с геотермальной водой (МПСГВ) и содержанием углеводов 21.0 г / 100 см3 следующего состава (г/л):

Меласса 488.74

Гидроортофосфат аммония 2.58

Геотермальная вода с минерализацией 4.0-4.2 г/л с определенным качественным и количественным составом необходимым для выращивания дрожжей остальное

К мелассе добавляют разбавленную водопроводной водой геотермальную воду до содержания в среде углеводов 21.0 г/100 см3, гидроортофосфат аммония - 2.58 г/л, концентрированную серную кислоту, для достижения в среде рН 5.0, из расчета 0.4-0.6 мл на 100 г мелассы. Содержимое хорошо перемешивают. Стерильную питательную среду разливают по 1.5 л. в сосуды вместимостью 3 л., затем засевают вегетативной культурой указанного штамма в количестве 150 мл. из дрожжевой суспензии последней стадии адаптации на МПСГВ, 1 мл которой содержится 95.6 млн/мл клеток. В качестве пеногасителя используют структол 0.1 мл/1.5 л среды. По окончании 72-х часового эксперимента дрожжи отделяют от культуральной жидкости центрифугированием (5000g, 15 мин) на лабораторной стационарной центрифуге ЦЛС-344.2. По завершению эксперимента в сброженном субстрате определены остаточный сахар, накопление спирта и содержание примесных соединений. Наибольшее количество спирта отмечено в образце S. cerevisiae В - 3855 при минимальном содержании остаточного сахара (табл.1).

Усвоение раффинозы данной культурой (предлагаемый штамм) происходит в большей степени, чем исходным S. cerevisiae Y-503 и производственной расой Я (на 1/3), что обусловлено активацией фермента б-галактозидазы, катализирующего сбраживание этого углевода. Видимо, органические компоненты геотермальной воды (гуминовые кислоты), влияя на коллоиднохимические свойства протоплазмы и эффективность использования клеткой из питательной среды биологически активных веществ, усиливают тем самым ферментативную активность живой клетки.

Установлено, что опытный вариант имеет более высокий уровень активности в-фруктофуранозидазы, который проявляется с первых минут брожения. Обнаружено, что уровень активности альдолазы у штамма S. cerevisiae В - 3855 превышает показатели исходного и контрольного на 6 и 25% соответственно. Ключевым веществом анаэробного расщепления глюкозы и метаболизма Сахаров является пировиноградная кислота, разложение которой на ацетальдегид и СО2катализируется пируватдекарбоксилазой. Полученные данные позволяют говорить о более высокой активности фермента в опытной живой биомассе на 27 и 37% по сравнению с исходной культурой и контролем. Заключительный этап брожения катализирует алкогольдегидрогеназа, восстанавливающая ацетальдегид до этанола. Активность данного фермента в клетках опытного варианта S. cerevisiae В - 3855 намного превышает данный показатель у исходного и контрольного (табл.2).

Анализ хроматограмм летучих примесей выявил идентичный качественный состав, причем штамм S. cerevisiae В - 3855 отличался количеством синтезируемых побочных метаболитов - 30.18% меньше по сравнению с S. cerevisiae Y-503, что является результатом изменения регуляторных функций клетки (табл.3). Так, S. cerevisiae В - 3855 синтезирует ацетальдегида почти вдвое меньше, чем штамм S. cerevisiae Y-503. Ацетон (на 29.16% меньше в опыте) может служить необходимым продуктом для образования высших спиртов, что нежелательно для получения основного продукта - этанола. С использованием культуры S. cerevisiae В - 3855 спирты: пропанол-1, изобутанол, бутанол-1, изоамилол и гексанол обнаружены в значительно меньшем количестве по сравнению со штаммом Y-503 (8518.24:10947.20 мг/дм3, опыт: исходный). В большей степени присутствие пропанола-1 и изоамилола в контроле на 30 и 14%, соответственно, ухудшает технологическую характеристику субстрата с приобретенным сивушным запахом. Увеличение концентрации кротональдегида, как сильного лакриматора, в контроле на 40% сообщает горечь, ухудшает пробу спирта на окисляемость. Содержание фенилалкоголя и бензальдегида - гликозида с запахом горького миндаля, превышает пороговые концентрации в субстратах, но с использованием культуры S. cerevisiae В - 3855 они меньше на 19.5% и 32.9% соответственно. Очевидно, положительные результаты исследований обусловлены биохимическими изменениями в клетке в результате проведенной адаптации и селекции к соответствующим условиям культивирования.

Таким образом, использование штамма дрожжей S.cerevisiae В - 3855, способного сбраживать мелассное сусло с концентрацией углеводов 21.0 г/100 см3, позволит интенсифицировать технологический процесс получения спирта до 12.4 об.%, снизить на 30% образование побочных метаболитов.

Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ В - 3855, используемый для получения спирта

Таблица 3
Продукт брожения	Единица измерения	Мелассная питательная среда с геотермальной водой
Штамм Saccharomyces cerevisiae В - 3855	Штамм Saccharomyces cerevisiae Y-503
1. Ацетальдегид

3. Этилацетат
4. Пропанол-1
5. Изобутанол
6. Бутанол-1
7. Изоамилол
8. Гексанол
9. Кротональдегид
10. Фенилалкоголь
11. Бензальдегид
Сумма примесных соединений
Таблица №2
Культура	Ферменты(Е/мг)
в-фруктофура нозидаза	Альдолаза	Пируватдекар боксилаза	Алкогольдегид рогеназа
S.cerevisiae Y-503 (исходный)
S.cerevisiae В - 3855 (опыт)
S.cerevisiae Я (контроль)

Список используемой литературы

Технология спирта / Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А. - М.: "Колос", "Колос - пресс", 2002.

Процессы и аппараты пищевой промышленности. В 2-х книгах. - М.:

Технология бродильных производств / Мальцев П.М. - М.: Пищ. пром-сть, 1980 .

Технология спирта из мелассы /Маринченко В.А., Метюгиев Б.Д., Щвец В.Н. / Издательское объединение «Вища школа», Киев. 1975. С.75-153.

Бродильная способность рас дрожжей /Микелов А.Н., Соболев Э.М., Боярский В.М. / Известия вузов. Пищ. технол. 1995. №5, 6. С.14-16.

Систематика дрожжей /Кудрявцев В.И.. М.: Из-во АНСССР.1954, 212 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Производство спирта из зерна. Характеристика зернового сырья. Охлаждение разваренной массы и её осахаривание. Отгонка спирта из бражки и его ректификация. Технология переработки послеспиртовой барды. Переработка сахаротростниковой и рафинадной меласс.

курсовая работа , добавлен 25.04.2013

Использование этилового спирта в пищевой промышленности при изготовлении ликерно-водочных изделий, плодово-ягодных вин, пищевых ароматизаторов. Технология производства спирта: использование катализаторов (ферментов), имеющих биологическое происхождение.

контрольная работа , добавлен 30.07.2010

Биохимическая технология получения спирта. Способы осахаривания разваренной массы, сбраживания зерно-картофельного сусла. Расчет продуктов спиртового производства. Подбор технологического оборудования. Учет и контроль производства. Расход воды и пара.

курсовая работа , добавлен 17.03.2015

Виды мелассы, ее доставка и хранение. Вспомогательные материалы в спиртовом производстве. Подготовка сырья к сбраживанию. Выращивание чистой культуры дрожжей. Особенности перегонки бражки и выхода спирта, его применение в разных областях промышленности.

реферат , добавлен 02.07.2013

Характеристика сырья, осахаривающих и вспомогательных материалов. Технология производства этилового спирта с применением механико-ферментативной крахмалистой массы. Показатели качества готового продукта. Послеспиртовая барда и варианты её реализации.

отчет по практике , добавлен 22.03.2015

Свойства, производство и области применения поливинилового спирта. Методы физико-химической и биологической очистки сточных вод, содержащих отходы поливинилового спирта. Применение отходов поливинилового спирта для производства антиобледенителя.

курсовая работа , добавлен 18.02.2011

История развития мукомольного производства в России. Химический состав зерна и пшеничной муки, влияние технологических свойств зерна на качество и выход муки. Схема технологического процесса перемалывания зерна. Система показателей качества муки.

дипломная работа , добавлен 08.11.2009

Технология изготовления зернового хлеба. Роль увлажнения зерна в процессе улучшения потребительских свойств продукции. Влияние молочной сыворотки на скорость и глубину проникновения влаги. Оптимальные параметры подготовки зерна к диспергированию.

статья , добавлен 24.08.2013

Структура управления СОАО "БАХУС". Технология производства спирта и водки. Розлив, упаковка и хранение готовой продукции. Технологическое оборудование для транспортировки сырья и готовой продукции, контроль качества. Охрана труда и окружающей среды.

отчет по практике , добавлен 27.10.2009

Химический состав зерна и пшеничной муки, этапы подготовки зерна к помолу. Влияние технологических свойств зерна на качество и выход муки. Анализ производства муки на ЗАО "Балаково-мука", формирование помольной партии, схема технологического процесса.

Пишет блогер Сергей Анашкевич:

Помните анекдот, как Василий Иванович попросил Петьку спрятать от солдат цистерну спирта, и тот закрасил надпись «СПИРТ», написав вместо нее «C2H5OH»? А солдаты на утро были в стельку. Как же - написано ОН. Оказалось, и вправду, он!

Удивительно, но в сети практически нет подробных репортажей о том, как делают ЕГО - главное сырье для водки.

Как делают саму водку - полно. От сивухи до элитных марок. А спирт - нет!

Придется восполнить этот пробел, благо на прошлой неделе я побывал на Усадском спиртзаводе неподалеку от Казани, входящем в концерн «Татспиртпром».

Здесь делают спирт самой высокой категории «Альфа», который постепенно вытесняет некогда топовый «Люкс» из производства качественных марок водки. Все тем же древним методом, изобретенным еще до нашей эры, реализованным в промышленных масштабах в XIV веке и широко практикуемым в сараях и гаражах во время перестройки. Старой доброй перегонкой…

На входе - зерно из мешка, на выходе - чистейшая 96-градусная жидкость…

Как известно, веселящее действие алкогольных напитков и способы их получения известны человечеству еще с библейских времен: помните, Ной случайно выпил перебродивший фруктовый сок и опьянел. Вообще, ученые предполагают, что идея химической дистилляции жидкостей возникла еще в I тысячелетии до н.э. Впервые процесс дистилляции описал Аристотель (384–320 гг. до н.э.). Многие алхимики того времени занимались совершенствованием техники перегонки, считая, что путем дистилляции им удается выделить душу вина. Благодаря этому продукт дистилляции и был назван «духом вина» (от латинского «spiritus vini»).

Процесс получения спирта был открыт в различных регионах земного шара практически одновременно. В 1334 году врач-алхимик из Прованса Арно де Вилльгер (Франция) впервые получил винный спирт из виноградного вина, считая его целительным средством. В середине XIV века некоторые французские и итальянские монастыри производили винный спирт под названием «Aquavitae» - «вода жизни», а в 1386 году, благодаря генуэзским купцам, спирт добрался и до Москвы.

Производство этилового спирта было начато в Европе после изобретения в Италии в XI веке дистилляционного аппарата. Несколько веков этиловый спирт почти не применяли в чистом виде, разве что в лабораториях алхимиков. Но в 1525 году знаменитый Парацельс заметил, что эфир, получающийся при нагревании спирта с серной кислотой, обладает снотворным действием. Он описал свой опыт с домашними птицами. А 17 октября 1846 года хирург Уоррен усыпил эфиром первого пациента.

Постепенно спирт разделился на пищевой и технический, получаемый путем расщепления древесных отходов. В Англии технический спирт был освобожден от повышенных налогов на продажу, так как рыночная стоимость спиртных напитков окупала государственные сборы, а вот врачам и промышленникам такая цена была не под силу. Для предотвращения пищевого употребления токсичного промышленного спирта его смешивали с метанолом и другими неприятными на запах добавками.

Впоследствии спирт получил мгновенное распространение в медицине в связи с постоянными войнами. В 1913 году на территории Российской империи было зафиксировано около 2400 заводов, производивших в основном водку и вино. Позже произошло обособление производства спирта и водки.

С началом Первой мировой войны производство водки фактически прекратилось, выработка спирта также снизилась. Производство начало восстанавливаться лишь в 1925-1926 годах, а грандиозное восстановление спиртовой промышленности было начато лишь в 1947 году, начали интенсивно применять новые научно-технические технологии и достижения. В 1965 году в СССР работало 428 заводов с годовым выпуском 127,8 млн дал спирта, а к 1975 году выпуск спирта возрос до 188,1 млн дал. В последующие годы это производство постепенно снижалось из-за увеличивающегося выпуска напитков с меньшей крепостью.

В зависимости от сырья спирт бывает пищевой и технический.

Пищевой производится только из пищевого сырья. Наиболее распространенным и экономичным сырьем для получения спирта является картофель. Картофельный крахмал легко разваривается, клейстеризуется и осахаривается. Кроме картофеля для производства спирта используются зерновые - пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза, просо, а также сахарная свекла, сахарная патока или меласса.

Технический спирт получают из древесины или нефтепродуктов, подвергаемых кислотному гидролизу.

Теперь о категориях спирта и о том, почему «Альфа» вытесняет «Люкс». Все дело в том, что спирт «Альфа» должен вырабатываться из пшеницы, ржи или из их смеси, то есть исключительно из зернового сырья, в отличие от других спиртов, которые могут вырабатываться также и из смеси зерна с картофелем.

Второе важное отличие «Альфы» от «Люкса» - пониженное содержание ядовитого метилового спирта: норма его содержания составляет всего 0,003% в пересчете на безводный спирт, тогда как для спирта «Люкс» - 0,02%. Это существенно!

На Усладском спиртзаводе спирт производят исключительно из пшеницы и только одной категории - «Альфа».

Пшеницу привозят в специальных зерновозах и помещают в высокие бочки-элеваторы, откуда она далее поступает на производство.

Зерно для производства спирта должно быть хорошего качества и влажностью не более 17%, иначе есть высокий риск прелости, что скажется на качестве конечного продукта.

Из емкостей-хранилищ при помощи огромного и мощного насоса-турбины зерно «перекачивается» через высокие колонки на первичную переработку.

Насос для «перекачки» зерна из хранилища на очистку:

Первая задача - очистить зерно от всех примесей, как твердых, так и обычного сора, шелухи и т.д.

Так что в самом начале оно попадает на сепаратор.

Сначала пшеницу просеивают через сито, на котором остаются все крупные предметы.

Этот щебень накопился около сепаратора всего за полдня!

Вот что остается после того, как зерно «ушло» по трубам дальше на дробление:

Дробилка превращает зерно в грубую муку. Это необходимо для дальнейшего разваривания зерна и высвобождения из него крахмала.

Разваривание зерна происходит с целью разрушения его клеточных стенок. В результате этого крахмал высвобождается и переходит в растворимую форму. В таком состоянии он намного легче осахаривается ферментами. Зерно обрабатывается паром при избыточном давлении 500 кПа. Когда разваренная масса выходит из варочного аппарата, сниженное давление приводит к образованию пара (из содержащейся в клетках воды).

Подобное увеличение в объеме разрывает клеточные стенки и превращает зерно в однородную массу. Температура разваривания составляет 172°С, а продолжительность варки - около 4 минут.

За всеми процессами, происходящими на спиртзаводе, наблюдают операторы в аппаратном зале. Здесь они видят полностью все происходящее на каждом участке, так как процесс производства спирта непрерывен и осуществляется в режиме 24/7.

Измельченное зерно смешивают с водой в пропорции 3 литра на 1 кг зерна. Зерновой замес нагревается паром (75°С) и подается насосом в контактное отверстие установки. Именно здесь происходит мгновенный нагрев кашицы до температуры 100°С. После этого подогретый замес помещается в варочный аппарат.

В процессе осахаривания в охлажденную массу добавляют солодовое молоко для расщепления крахмала. Активное химическое взаимодействие приводит к тому, что продукт становится абсолютно пригодным для дальнейшего процесса сбраживания. В результате получается сусло, которое содержит 18% сухого сахара.

Когда из массы делается проба на йод, окрас сусла должен оставаться неизменным.

Сбраживание сусла начинается при введении в осахаренную массу производственных дрожжей. Мальтоза расщепляется до глюкозы, которая в свою очередь сбраживается в спирт и углекислый газ. Также начинают образовываться вторичные продукты брожения (эфирные кислоты и т.д.).

Процесс сбраживания проходит в огромных закрытых бродильных установках, которые предотвращают потери спирта и выделение диоксида углерода в производственный цех.

Установки настолько большие, что верхняя и нижняя их части находятся на разных этажах!

Вот так выглядит брага в установке. Заглядывать следует очень осторожно, чтобы не вдохнуть пары углекислого газа.

Выделяющиеся в процессе брожения диоксид углерода и пары спирта из бродильной установки поступают в специальные отсеки, где происходит отделение водно-спиртовой жидкости и диоксида углерода. Содержание этилового спирта в бражке должно равняться до 9,5 об.%.

Кстати, на заводе нам предложили попробовать бражку.

Повсюду в цехах можно заметить вот такие фонтанчики. Они предназначены для промывки глаз в случае попадания в них опасных продуктов производства, которых здесь хватает.

Далее приступают к отгонке спирта из бражки и его ректификации. Спирт начинает выделяться из бражки в результате кипения при разных температурах. Сам механизм перегонки основан на следующей закономерности: спирту и воде свойственны разные температуры кипения (вода - 100 градусов, спирт - 78°С). Выделенный пар начинает конденсироваться и собираться в отдельную емкость. Очистку спирта от примесей производят на ректификационной установке.

Над нами расположен этаж с ректификационными установками. Здесь, под ними, проходит целая сеть трубопроводов - какие-то для спирта, какие-то для воды, какие-то для пара, какие-то для побочных продуктов.

А в ректификационном зале жарко!!!

Сырой спирт (спирт-сырец), получаемый на основном этапе производства, не может быть использован для пищевых целей, так как содержит много вредных примесей (сивушные масла, метиловый спирт, сложные эфиры). Многие примеси ядовиты и придают спирту неприятный запах, именно поэтому сырой спирт подвергают очистке - ректификации.

Этот процесс основан на разной температуре кипения этилового, метилового и высших спиртов, сложных эфиров. При этом все примеси условно делят на головные, хвостовые и промежуточные.

Головные примеси имеют более низкую температуру кипения, чем этиловый спирт. К ним относятся уксусный альдегид и отдельные сложные эфиры (этилацетат, этилформиат и др.), образующиеся при перегонке.

Хвостовые примеси отличаются повышенной температурой кипения по сравнению с этиловым спиртом. В их состав входят в основном сивушные масла и метиловый спирт.

Наиболее трудноотделяемой фракцией являются промежуточные примеси (этиловый эфир изомасляной кислоты и другие сложные эфиры).

При очистке спирта-сырца на ректификационных аппаратах производится отделение вредных примесей и повышается концентрация спирта в готовом продукте (с 88 % в спирте-сырце до 96-96,5 % в ректификате).

Готовый спирт крепостью 96% перекачивается в накопительные емкости.

Заглядывать в эти емкости следует еще более осторожно, чем в емкости с брагой. Здесь можно и опьянеть в миг…

Готовый спирт отправляется на контрольные замеры и, если все в порядке, ему присваивается категория «Альфа», а дальше он пойдет на производство водки или другие цели…

Спирт получают разными способами – из зерна и даже из древесных опилок. От исходного материала и способа производства напрямую зависит качество, крепость, вкус и предназначение готовой продукции.

Зерновое сырье и дополнительные материалы

Технология производства спирта из пшеницы – самая популярная. Удельный вес этой культуры составляет почти 50% годового объема. На втором месте – ячмень с показателем 20%.

Кукуруза не так популярна – ее доля не превышает 10%, но технологи любят работать с ней из-за высокой крахмалистости и высокого содержания жира. Урожайность почти вдвое большая, чем у других злаков, снижает себестоимость исходного сырья.

Как сырье может использоваться зерно любого качества, включая дефектное. Для перегонки подходит даже то, что не пригодно для скота.

Для получения высококачественного жидкого продукта применяются дополнительные материалы:

Солод необходим для осахаривания крахмала.
Ферментны используются с той же целью. Источником ферментов выступают мицелиальные грибы или бактерии.
Дрожжи инициируют процесс брожения и выделяют вещества, необходимые для превращения сахара, содержащегося в сусле, в спирт.

Требования к зерну

Требования к злакам зависят от их предназначения. Для изготовления солода необходимы зерна определенной влажности, цвета, запаха и других характеристик. Параметры отличаются, в зависимости от культуры.

Запах должен быть естественным, характерным для конкретного вида зерна. В нем не должно быть резкости, примесей затхлости, гнили, плесени.

По качеству зерновых культур, используемых на этапе разваривания, строгих регламентаций нет:

Сырье должно быть здоровым – оценка на соответствие этого критерия проводится органолептическим методом.
Содержание крахмала высокое.
Влажность – не более 14-17% (процент разный у разных культур).
Засоренность минимальная. Очистка от примесей проводится методов воздушно-ситовой сепарации, а для удаления металлических частиц применяются промышленные магнитные сепараторы.

Производство

Технология производства спирта из зерна включает несколько этапов. На подготовительном этапе зерна сортируются по размеру, очищаются от пыли и примесей. После этого начинается основной процесс.

Разваривание разрушает клетки зерен, высвобождая содержащийся внутри крахмал. Благодаря этому он быстрее растворяется в воде, ускоряется процесс осахаривания. Зерна после разрушения клеток приобретают вид однородной массы.

Есть несколько видов разваривания, но чаще используется непрерывное. Длительность зависит от температуры варки:

При 130-140 градусах – 60 минут.
При 165-170 – до 4 минут.

Разваренную массу охлаждают и осахаривают . Для этого к ней добавляют солодовое молоко или ферменты. Они необходимы для расщепления крахмала и белков, получения сырья, готового для сбраживания.

Прогрессивной технологией считается непрерывное осахаривание и вакуумное охлаждение, обеспечивающее моментальное остывание разваренной массы.

Сбраживание начинается, как только в сусло добавляют дрожжи. Оно происходит в закрытых бродильнях, чтобы обезопасить рабочих в цехах от паров диоксида углерода, сократить потери продукции.

О зрелости бражки свидетельствуют следующие характеристики:

Крепость – 8-9,5%.
Кислотность – 0,5-0,6 градусов.
Сахар – 0,5%.

На стадии отгонки получают спирт из зрелой бражки. У последней сложный состав: эфиры, кислоты, минералы и другие компоненты.

Метод отгонки основан на разности температур кипения воды и спирта – 100 и 78 градусов соответственно. В процессе выделяется пар, конденсируется и накапливается в отдельной емкости. Принцип похож на самогоноварение в домашних условиях.

Заключительный этап – ректификация . Она проводится в специальных ректификационных установках и позволяет получить спирт нужной крепости, очистить его от примесей и вредных для здоровья веществ на 100%.

Ректификация выгодна тем, что потери готового продукта минимальные, не превышают 3%. Для сравнения, при дистилляции его потери достигают 17-20%.

Крепость из опилок

Технология производства спирта из опилок не используется в пищевой промышленности, так как в составе содержатся ядовитые примеси – их попадание в организм чревато серьезным отравлением, вплоть до летального исхода. Этим способом получают гидролизный спирт.

Есть 3 способа изготовления спирта из опилок:

Технология гидролиза древесных опилок с последующим сбраживание дрожжами.
Газификация опилок по методу пиролиза и последующее сбраживание бактериями.
Пиролизное разложение опилок с получением метилового спирта из синтезированного газа.

Из тонны древесных опилок получается 200 литров продукта при гидролизном методе – вдвое больше дает применение пиролизного способа.

Производство этилового и гидролизного спирта – сложный многоэтапный процесс. Строгая последовательность, соблюдение температурного режима, PH и других требований к сырью, оборудованию, окружающей среде – залог высокого качества продукции и ее безопасности.

Этиловый спирт выпускается промышленностью двух типов, пищевой и технический.

Пищевой этиловый спирт (ректификат, этанол, винный спирт) является сырьем для многих производств пищевой промышленности, химии, медицины и других отраслей. В пищевой промышленности этиловый спирт является сырьем для производства ликероводочных изделий, крепленых вин, слабоалкогольных коктейлей и парфюмерных изделий.

Этиловый спирт представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом, жгучим вкусом и легко воспламеняющуюся. Химическая формула спирта С 2 Н 5 ОН, относительная плотность 0,78927 при 20 о С, температура кипения 78,35 о С, теплота сгорания 26665 кДж\кг. Этиловый спирт очень гигроскопичен и смешивается с водой, эфиром, глицерином, бензином и другими органическими растворителями в любых соотношениях.

Химически чистый этиловый спирт имеет нейтральную реакцию. Спирт, вырабатываемый промышленностью, содержит небольшое количество карбоновых кислот, поэтому реакция его слабокислая.

Спирт и его крепкие (более 40% об.) водные растворы горят бледно-голубым слабо светящим пламенем. Спирт обладает взрывоопасными свойствами в границах от 13,7% к объему воздуха.

Впервые процесс перегонки спирта из вина был получен алхимиками Франции, которые назвали этот продукт «дух вина» что на латыни называется spiritus vini, которые в последствии получил русское название спирт.

Известно, что употребление алкоголя в ненормируемых количествах приводит к наркотическому, а затем и токсическому воздействию на организм человека. Алкоголь губительно воздействует на центральную нервную систему, печень, приводит к изменению в клеточной структуре организма. Высокие дозы алкоголя 7-8 г на 1 кг массы тела может быть смертельны для человека. Относительно безопасным может быть доза 10-20 г чистого алкоголя в день с учетом индивидуальных особенностей организма.

Технический спирт вырабатывают из древесины, тростника, сульфитных щелоков- отходов целлюлозно-бумажного производства его называют гидролизным, а также этиловый спирт синтезируют путем гидратации этилена, такой спирт называется синтетическим.

Промышленностью вырабатывается этиловый спирт – сырец по ГОСТ 131-67, спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья по ГОСТ Р51652-2000, спирт этиловый питьевой 95%-й по ГОСТ 5963-67.

3.6.1 Классификация этилового спирта

В соответствии с требованиями национального стандарта ГОСТ Р 51652-2000 и в зависимости от степени очистки пищевой этиливый ректификованный спирт подразделяют на:

1-го сорта (для приготовления алкогольных напитков не используется);

Высшей очистки;

- «Базис»;

-«Экстра»;

- «Альфа»

3.6.2 Технология производства этилового спирта

Технология производства спирта ректификата состоит из следующих стадий: подготовка крахмалосодержащего сырья, разваривание, осахаривание разваренной массы, подготовка дрожжей, сбраживание осахаренного сусла, перегонка спирта из зрелой бражки и его ректификация.

Характеристика основного и вспомогательного сырья. Для производства спирта используют крахмалосодержащее сырье: все виды зерновых культур, картофель, а также сахаросодержащее сырье: сахарную свеклу,сахарный тростник, сахарную мелассу, сахар-сырец, в редких случаях, плоды, ягоды, продуктыих переработки. Крахмалсодержащее сырье в процессе технологии подвергается длительной многоступенчатой подготовке с целью перевода крахмала в сбраживаемые углеводы (моно и дисахариды).

Качество зернового сырья не нормируется, основная его характеристика - содержание крахмала. Чем выше эта величина, тем выше эффективность производства. Однако может перерабатываться и различное дефектное сырье (морозобойное, щуплое, подвергшееся самосогреванию, поврежденное при сушке, заплесневелое и т.д.). При использовании специальных технологических приемов из него можно получить качественный спирт.

Характеристика сырья и его вид также влияют на качество спирта, его органолептические показатели - вкус, цвет, запах.

Качество картофеля для спиртового производства определяется нормативным документом. Эти показатели являются базовыми, вместе с тем при отклонениях качественных характеристик картофеля он может перерабатываться как нестандартный. Важнейшей его характеристикой также является содержание крахмала.

Меласса является отходом сахарного производства с высоким содержанием сухих веществ (74-84 %), до 60 % которых составляет сахароза, непосредственно сбраживаемая дрожжами.

Разваривание крахмалсодержащегосырья. При разваривании происходит подготовка сырья к воздействию на него амилолитических ферментов путем разрушения клеточной структуры и растворения крахмала при высокой температуре. Разваривание крахмалсодержащего сырья осуществляется при непосредственном введении в него водяного насыщенного (острого) пара под давлением не менее 0,4-0,6 МПа. Этот процесс называется также водно-тепловой обработкой сырья. Полное растворение достигается при температуре 130-160° С в зависимости от происхождения крахмала. Небольшая егочасть разрушаетсядо продуктов распада крахмала: декстринов, мальтозы, глюкозы.

Другие вещества зерна и картофеля также претерпевают различные изменения, в частности, на качестве спирта отрицательно сказывается разрушение пектиновых веществ с образованием метилового спирта, термический распад сахаров с образованием оксиметилфурфурола и фурфурола; концентрация этих примесей нормируется в готовом продукте.

В настоящее время процесс разваривание проводят периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом. При наиболее распространенном непрерывном разваривании замес или картофельная кашка подогревается сначала вторичным, затем острым паром до температуры разваривания и выдерживается при этой температуре, продвигаясь по варочным аппаратам.

Осахаривание разваренной массы. При осахаривании разваренного сырья крахмал с помощью ферментов, вводимых с осахаривающими материалами, гидролизуется до сбраживаемых дрожжами углеводов (глюкозы, мальтозы и т.д.), что является основной целью данной стадии. Для этого разваренную массу сначала охлаждают до температуры, оптимальной для выбранного вида осахаривающей амилазы и способа осахаривания (57- 61°С), а затем смешивают с осахаривающим препаратом - и - амилазы катализируют расщепление гликозидных связей до мальтозы Собственно осахаривание проводится периодически или по непрерывным схемам. Полноту осахаривания проверяют по йодной пробе. Осахаренный затор должен давать желтое окрашивание, а не фиолетовое. Полученное осахаренное сусло имеет массовую долю сухих веществ 16-18%, в том числе 13-15% сбраживаемых сахаров. Затем осахаренную охлаждают в теплообменниках или с помощью вакуума до температуры брожения 18-22°С.

Культивирование спиртовых дрожжей. Для сбраживания сусла применяют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae, так называемые спиртовые дрожжи, которые в начале производственного сезона размножают из чистой культуры, хранящиеся в пробирках. Многоступенчато увеличивая объем питательной среды от пробирки до маточника (500 дм З), получают засевные дрожжи. Из маточника их передают в дрожжанки, где готовят производственные дрожжи периодическим или полунепрерывным способом на пастеризованном сусле. При устоявшемся режиме работы завода чистую культуру дрожжей не размножают, а в качестве засевных дрожжей используют часть избыточных производственных дрожжей.

Брожение сусла. На стадии брожения основным процессом является сбраживание сахаров с образованием спирта и диоксида углерода. Помимо главных продуктов брожения в заметных количествах накапливаются высшие спирты с числом углеродных атомов в молекуле больше двух, кислоты, альдегиды, эфиры, глицерин и другие примеси. Состав и количество примесей зависит от параметров брожения, вида сырья, расы дрожжей и других факторов. Так, при использовании дефектного сырья накапливаются формальдегид, пропионовый, масляный альдегиды, акролеин, диацетил, придающие спирту жгучий, горький вкус. При инфицировании среды посторонние микроорганизмы превращают сахара в кислоты, что приводит к снижению выхода спирта и ухудшению его качества.

Процесс брожения проводится в закрытых бродильных чанах, дрожжи вводятся в количестве 6-8 % от объема сусла, брожение длится 2-3 сут., образующийся углекислый газ уносит с собой некоторое количество спирта и примесей, которые улавливаются. В разные периоды температура брожения поддерживается на уровне 25-30°С, для чего в бродильных аппаратах установлен змеевик для охлаждения. Брожение проводят периодическим, циклическим или непрерывно-поточным способом.

По окончании процесса зрелую бражку с объемной долей спирта 8-8,5% направляютнабрагоректификацию.

Особенности производства спирта из мелассы. Меласса содержит в достаточном количестве сбраживаемые сахара, в основном сахарозу, поэтому процесс производства спирта из нее значительно упрощается. Получение спирта из мелассы включает следующие основные стадии:

приготовление мелассного сусла (рассиропка); культивирование дрожжей; сбраживание мелассного сусла; брагоректификация.

Приготовление мелассного сусла заключается в его антисептировании и разбавлении водой (рассиропливании). При антисептировании в мелассу вносят соляную или серную кислоту для подкисления, хлорную известь как антимикробный агент. При сильном инфицировании исходной мелассы проводят тепловую стерилизацию. Высокая концентрация сухих веществ (75-80 %) мелассе не позволяет сбраживать ее в исходном виде, поэтому мелассу разбавляют водой. Спиртзаводы, перерабатывающие мелассу, работают по одно- или двух поточной схемам. По однопоточной схеме готовят одну рассиропку с массовой долей сухих веществ 21-22 %, на которой размножают дрожжи, и ее же подвергают сбраживанию. По двухпоточной схеме готовят сусло 12-14%-й концентрации для размножения дрожжей, 32-34%-й концентрации для сбраживания. Более низкая концентрация дрожжевого сусла способствует получению активных дрожжей, при соединении их с основным суслом концентрация его устанавливается на уровне 21-22%, оптимальном для брожения. Культивирование дрожжей при переработке мелассы проводится практически так же, как и при получении спирта из зернового и картофельного сырья. Однако в мелассное дрожжевое сусло, как правило, вносят питательные соли (источник азота, фосфора). Размножение чистой культуры производственных дрожжей проводят при аэрации. Сбраживание мелассного сусла протекает при температуре 28-31°С в течение 18-20 ч., так как среда содержит только сбраживаемые углеводы. В зрелой бражке накапливается объемная доля спирта 8-9 %.

Перегонка и ректификация спирта. Перегонкой называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. Бражка представляет собой многокомпонентную смесь, включающую летучие и нелетучие соединения. Количество летучих примесей составляет в среднем не более 0,5 % от объема спирта, однако число их достигает 70. Если бражку представить как двухкомпонентную смесь легколетучей фракции (спирт с летучими примесями) и труднолетучей фракции (вода с нелетучими компонентами), то разделение этой смеси будет подчиняться законам перегонки. При нагревании летучая фракция будет переходить в паровую фазу и после конденсации отводиться в виде жидкости. Труднолетучая фракция останется в перегонном кубе. В процессе разделения этой двухкомпонентной смеси получают спирт-сырец, содержащий основную массу примесей, и барду. Спирт-сырец имеет концентрацию спирта 88 %, высокую концентрацию примесей. Он не является самостоятельным продуктом, а используется для получения ректификованного спирта на ректификационных аппаратах спиртовых или ликероводочных заводов. Однако теперь спирт-ректификат получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках непрерывного действия, не выделяя спирт-сырец. По химическим свойствам летучие примеси спирта делят на спирты, альдегиды, эфиры, кислоты.

По степени летучести примеси делят на четыре группы: головные, хвостовые, промежуточные и концевые. Головные примеси имеют температуру кипения ниже температуры кипения спирта и испаряются в первую очередь. К ним относят уксусный и масляный альдегиды, акролеин, диэтиловый, уксусно-метиловый, уксусно-этиловый эфиры и др. Хвостовые примеси (уксусная кислота, фурфурол) всегда менее летучи, чем спирт. Промежуточные и концевые примеси имеют характер головных или хвостовых в зависимости от концентрации спирта в смеси. Промежуточные фракции более летучи при низких концентрациях спирта. Основными их представителями являются высшие спирты (изоамиловый, изобутиловый, пропиловый), изовалерианово-изоамиловый, уксусно-изоамиловый эфиры. Концевые примеси имеют большую летучесть при высоких концентрациях спирта. Типичный их представитель - метиловый спирт.

Выделение спирта из бражки и его очистка (ректификация) проводят на брагоректификационных установках, состоящих минимум из трех колонн: бражной, эпюрационой и ректификационной. В бражной колонне пары спирта с примесями отделяют от предварительно освобожденной от углекислого газа и подогретой бражки. В холодильнике водно-спиртовые пары конденсируются и поступают в виде бражного дистиллята крепостью 20-25% в эпюрационную колонну, где дистиллят освобождается от головных и части промежуточных примесей. Вместе с этиловым спиртом эти примеси конденсируются в холодильнике и отводятся как побочный продукт брагоректификации, называемый головной фракцией. Спирт-эпюрат направляется в ректификационную колонну. Здесь происходит отгонка, укрепление спирта и его отбор в верхней части колонны, а также отделение хвостовых, промежуточных примесей (сивушного масла) и дополнительная очистка от головных и концевых примесей. Побочные продукты ректификации (головная фракция, сивушное масло) содержат большое количество этилового спирта, который иногда выделяют с помощью дополнительных эпюрационных колонн.