Помозова В.А. Технология отрасли. Технология спиртового и ликеро-водочного производств

Подождите немного. Документ загружается.

личество кислоты и питательных солей, рассчитанное на всю

массу мелассы, вносят в дрожжевое сусло, а мелассу для основ-

ного сусла только асептируют и разбавляют. После смешивания

дрожжей и сусла концентрация устанавливается на уровне

22–24%. Преимуществом такого способа является получение ак-

тивных дрожжей на сусле с низкой концентрацией, более благо-

приятной для них. Для дрожжевого сусла можно использовать

мелассу лучшего качества, чем для брожения.

Для обеспечения условий сбраживания, исключающих раз-

витие кислотобразующих бактерий, которые наиболее часто ин-

фицируют сусло, необходимо поддерживать рН не более 2,8–3,0.

Однако при этом подавляются и дрожжи. Поэтому при однопо-

точном способе сбраживания рН сусла поддерживают около 5,

что соответствует общей кислотности 0,4–0,6

. При двухпоточ-

ном способе кислотность дрожжевого сусла составляет 1,1–1,3

после смешивания с основным кислотность устанавливается на

уровне 0,6–0,7

. Для асептирования добавляют антимикробные

вещества (хлорную известь, антибиотики).

Кислоту и антисептики лучше вносить в неразбавленную

мелассу, так как они вносятся в расчете на разбавленное сусло.

Это создает более высокую кислотность и концентрацию анти-

септика, лучше подавляются микроорганизмы. Подкисляют сер-

ной или соляной кислотой до кислотности среды 1,6–2,4

при

однопоточном и 3,5–4,5

при двухпоточном способе. Примене-

ние соляной кислоты для этой цели более экономично, кроме то-

го, при добавлении серной кислоты может образовываться гипс,

затрудняющий сепарирование дрожжей и упаривание барды. Од-

нако хлорид-ион отрицательно влияет на дрожжи. Кроме того,

последними исследованиями показано, что при подкислении до

рН 5 гипс не образуется, а после нейтрализации барды до рН 6 ее

можно упаривать без образования накипи в выпарных аппаратах.

Для асептирования мелассы используют хлорную известь, суль-

фонол, формалин в установленных количествах /1/.

Для питания дрожжей к мелассе в специальном сборнике

добавляют источник фосфора – 70%-ную ортофосфорную кисло-

ту и источник азотистого питания – мочевину или сульфат аммо-

ния, реже применяют диаммонийфосфат, содержащий и азот, и

фосфор. Расход питательных солей и кислоты определяют путем

расчетов. Норма введения ортофосфорной кислоты 70%-ной кон-

центрации при производстве спирта – 13 кг/1000 дал, при произ-

водстве хлебопекарных дрожжей – 5 кг/т. Для повышения выхода

дрожжей установлена единая норма ортофосфорной кислоты –

0,06% к массе мелассы. Нормальный расход сульфата аммония –

20 кг, мочевины 8 кг/1000 дал спирта.

Для непрерывного смешивания мелассы с водой и получе-

ния однородного сусла применяют непрерывно действующие

смесители (рассиропники) двух типов: с механическим переме-

шиванием и без него.

Рассиропники для мелассы представляют собой цилиндри-

ческие горизонтальные или вертикальные емкости, в которые

подводится горячая и холодная вода, питательные соли. Для

лучшего перемешивания мелассы и воды внутри устанавливают-

ся перегородки или ситчатые тарелки, дополнительному переме-

шиванию также способствуют кольцевые гребенки на патрубке

для подвода воды. В смесителях механического типа для пере-

мешивания служат стержни, закрепленные на валу, которые че-

редуются с неподвижными стержнями на корпусе аппарата. Час-

тота вращения вала – 70–80 об./мин. С помощью таких смесите-

лей мелассу смешивают с питательными солями и водой.

При производстве хлебопекарных дрожжей мелассу очища-

ют на кларификаторах для освобождения от взвесей, солей крем-

ниевой кислоты, окислов железа и других плохо растворимых со-

единений, засоряющих дрожжи, придающих им темную окраску.

Кларификаторы – сепараторы, имеющие большой объем грязевой

камеры. Осадок взвесей, составляющий до 0,08% от массы ме-

лассы, выгружают вручную (марка ВСМ) или гидравлически без

остановки кларификатора. Вместе с взвесями и коллоидами отде-

ляется до 40% микроорганизмов мелассы. Степень очистки ме-

лассы улучшается при увеличении кратности разбавления. Поте-

ри сахаров с осадком достигают 0,026%, однако, их можно из-

влечь водой и после асептирования раствор использовать для

разбавления мелассы.

Качество дрожжей при использовании кларифицированной

мелассы улучшается, однако есть данные об ухудшении процесса

брожения такой мелассы из-за удаления биостимуляторов вместе

с коллоидами.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. По каким показателям контролируется зерно, картофель,

меласса при приеме?

2. Какие условия должны соблюдаться при хранении зерна,

картофеля, мелассы?

3. От каких факторов зависит интенсивность дыхания при

хранении крахмалсодержащего сырья?

4. Что является причиной самосогревания, каков механизм

его возникновения?

5. Назовите и охарактеризуйте операции при подготовке

зерна и картофеля к развариванию.

6. Каким образом меласса подготавливается к сбраживанию

при однопоточном и двухпоточном способе?

4. ВОДНО-ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ЗЕРНА

И КАРТОФЕЛЯ

4.1 Структурно-механические и химические

изменения веществ крахмалсодержащего

сырья

Основная цель водно-тепловой обработки крахмалсодержа-

щего сырья – перевод крахмала в растворимое состояние, дос-

тупное для действия амилолитических ферментов осахариваю-

щих материалов.

Водно-тепловая обработка зернового сырья проводится при

высоких температурах (130–170

С). При этом основные вещест-

ва зерна претерпевают различные химические и структурные из-

менения.

Крахмал разных злаков представляет собой гранулы разного

размера и формы (рис. 4.1).

Рис. 4.1 – Микроструктура эндосперма зерна кукурузы

Гранулы сгруппированы в эндосперме зерна в крахмальные

клетки, которые окружены клеточными оболочками. Крахмал

становится доступным для действия ферментов после разруше-

ния клеток и крахмальных гранул до отдельных молекул. Для об-

легчения перехода крахмала в раствор клетки разрушают меха-

нически путем дробления, однако, таким образом удается разру-

шить только часть клеток даже при тонком помоле. После сме-

шивания с водой и подогревании измельченного зерна крахмал

последовательно проходит несколько стадий деградации: набуха-

ние, клейстеризацию, растворение.

В состав крахмала входят два полисахарида: амилоза и ами-

лопектин. Амилоза растворяется в горячей воде, образуя гель.

Амилопектин только набухает, в крахмальной грануле он играет

роль полупроницаемой мембраны. Соотношение амилозы и ами-

лопектина в разных злаках составляет 25…30 : 70…75.

В крахмальных гранулах молекулы амилопектина образуют

трехмерную структуру, дополнительную прочность этой струк-

туре придают вторичные водородные связи. При набухании они

ослабевают, но сохраняют прочность даже при высоких темпера-

турах.

Крахмал разных злаков поглощает разное количество воды.

Степень поглощения воды зависит от температуры. При темпера-

туре до 60

С зерна крахмала поглощают до 300% воды, а при

температуре близкой к клейстеризации – до 2500%. В результате

этого ослабевают связи между клетками, структура зерна стано-

вится более мягкой, растворяются другие межклеточные вещест-

ва: пентозаны, гумми-вещества, минеральные соли. Набухание

ускоряется при повышении температуры, нарушении целостно-

сти зерна.

В определенном температурном интервале, значение кото-

рого зависит от природы крахмала, размера крахмальных гранул

и других факторов, нарушается целостность гранул. При этом

резко возрастает вязкость раствора, происходит клейстеризация

крахмала. Температура, при которой вязкость крахмального рас-

твора максимальна, называется температурой клейстеризации, у

крахмалов различного происхождения она находится в разных

интервалах, например для пшеничного крахмала – 54…62

С, яч-

менного – 60…80

С, картофельного – 59…64

С, кукурузного –

65…75

С. В крахмальном клейстере молекулы расположены

беспорядочно, нарушается кристаллическая структура крахмала.

Оклейстеризованный крахмал представляет собой трехмерную

сетку из набухших молекул амилопектина, ячейки которой за-

полнены раствором амилозы. Механизм гидролиза крахмала до

настоящего времени не достаточно изучен, несмотря на большое

количество работ, посвященных этому вопросу.

При 90

С клейстеризация практически заканчивается, вяз-

кость больше не возрастает, а при дальнейшем нагревании

уменьшается за счет деструкции трехмерной сетки клейстера.

Происходит растворение амилопектина, температурный интервал

растворения его также различен для крахмала разных злаков: пше-

ничного – 136…141

С, ржаного – 121…127

С, кукурузного –

146…151

С, картофельного 132

С.

Скорость гидролиза растворенного крахмала возрастает

многократно. Поэтому в спиртовом производстве стадия развари-

вания имеет большое значение.

Температура клейстеризации и растворения крахмала

уменьшается при тонком измельчении зерна, при воздействии

амилолитических ферментов. На этих свойствах крахмала осно-

ваны современные способы водно-тепловой обработки зерна, по-

зволяющие проводить эту стадию при атмосферном давлении и

температуре до 100

С, в частности механико-ферментативная

обработка.

Сахара (глюкоза, сахароза, фруктоза, мальтоза и др.) содер-

жится в здоровом зерне в небольших количествах, не более

7–10%. В дефектном зерне ее количество увеличивается.

При высоких температурах водно-тепловой обработки саха-

ра подвергаются химическим изменениям. При термическом раз-

ложении сахаров образуются ангидриды: фурфурол, оксиметил-

фурфурол, ядовитые для дрожжей. Сахара могут вступать в реак-

цию меланоидинообразования, карамелизации с образованием

высокомолекулярных соединений, не сбраживаемых дрожжами.

В результате этих превращений увеличиваются потери сбражи-

ваемых углеводов. Поэтому присутствие сахаров в зерновом за-

месе нежелательно. При выборе режимов подваривания и разва-

ривания следует учитывать степень дефектности зерна.

Некрахмальные полисахариды при водно-тепловой обработ-

ке изменяются мало: целлюлоза не растворяется, не гидролизует-

ся; гемицеллюлозы частично растворяются, от молекул пектино-

вых веществ отщепляется метоксильная группа – ОСН

с после-

дующим образованием метилового спирта. Поэтому при перера-

ботке сырья с высоким содержанием пектиновых веществ, в ча-

стности картофеля, накапливается метанола в 8–10 раз больше,

чем при использовании зерна.

Белки денатурируют, а при температурах 140–160

С проис-

ходит их частичная пептизация.

4.2 Способы и режимы разваривания

крахмалсодержащего сырья

Процесс разваривания можно разделить на несколько по-

следовательных стадий:

- приготовление замеса и его подваривание;

- нагрев замеса до температуры разваривания;

- выдержка замеса;

- отделение пара (паросепарация).

Зерно дробят на молотковых или вальцовых дробилках.

Размер частиц зерна после измельчения контролируют путем

рассеивания на ситах, при этом проход через сито размером 1 мм

должен быть не менее 60%, а для кукурузы не менее 75–90%. Для

увеличения степени измельчения зерна рекомендуется применять

двухступенчатое дробление с промежуточным рассевом помола:

на первой ступени зерно измельчают на молотковой дробилке, а

затем на вальцовом станке. При этом получается помол с прохо-

дом через сито 1 мм 75–80%, что позволяет снизить температуру

в процессе разваривания.

Измельченное зерно смешивают с водой при температуре не

более 50

С (ниже температуры клейстеризации) в соотношении

1: 2,5…3,5 в зависимости от содержания крахмала, чтобы впо-

следствии получить осахаренное сусло с содержанием сухих ве-

ществ 16–18%. Замес готовят в смесителях с мешалкой.

Рекомендуется для экономии тепла нагревать замес в смеси-

теле или контактной головке вторичным паром до температуры

не более 55…65

С, чтобы не допустить полной клейстеризации

для сохранения его транспортабельности, кроме того, не допус-

кается накопление сахаров за счет воздействия на крахмал собст-

венных амилолитических ферментов зерна. Такая обработка за-

меса называется подвариванием.

На стадии подваривания эффективно использовать бактери-

альную α-амилазу, которую вносят в смеситель при температуре

75…80

С. В результате ее действия начинается деструкция

крахмала с образованием декстринов, благодаря чему можно сни-

зить температуру разваривания. Декстрины не подвержены тер-

мическому разложению, поэтому такая обработка не ведет к по-

терям сбраживаемых веществ.

Картофель измельчают на молотковых или дисковых дро-

билках и через промежуточный сборник направляют на контакт-

ную головку для нагрева до температуры разваривания. Можно

подогревать замес вторичным паром, но не выше 45…50

С, так

как при более высокой температуре начинается клейстеризация

крахмала, и замес теряет подвижность.

Подогрев замеса до температуры разваривания проводится в

контактных головках острым паром до температуры 138–170

С в

зависимости от способа разваривания.

Собственно разваривание замеса проводится в процессе вы-

держки в непрерывном потоке или периодически при заданной

температуре. За счет движения по трубопроводам и аппаратам,

выдувания при перепаде давления масса подвергается, кроме те-

плового, механическому воздействию.

Способы разваривания в зависимости от организации про-

цесса различают:

- периодические,

- непрерывные.

Периодические способы проводятся в установках, состоя-

щих из нескольких аппаратов, в каждом из которых протекает

одна из стадий разваривания. Загрузка и выгрузка сырья перио-

дическая. Они малопроизводительны, в процессе их работы

большие потери сухих веществ и тепловой энергии. Поэтому пе-

риодические способы на отечественных заводах заменяются на

непрерывные.

Непрерывные способы разваривания более эффективны, они

характеризуются тем, что подготовленный замес непрерывно

проходит ряд аппаратов установки при определенных режимах и

выводится в готовом виде.

Наиболее распространены 2 основные схемы непрерывного

разваривания: Мичуринская (конструкции б. ВНИИПрБ) и Миро-

цкая (конструкции б. УкрНИИСПа).

Установки конструкции ВНИИПрБ или Мичуринская выпус-

каются серийно для заводов производительностью 800–1300 дал

спирта в сутки, 1700–2500 дал спирта в сутки. Они включают

смеситель-предразварник, контактную головку острого пара для

нагревания замеса, варочную колонну 1 ступени и 1–3 варочных

колонны 2 ступени. Для отделения вторичного пара служит паро-

сепаратор-выдерживатель.

В последние годы разработана усовершенствованная уста-

новка А2.ВРА.3000 для заводов производительностью 3000 дал

спирта в сутки. Схема ее приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2 – Аппаратурно-технологическая схема непрерывного

разваривания на установке конструкции б. ВНИИПрБ

Зерно из бункера 1 измельчается на молотковой дробилке 14

и смешивается с водой с температурой 40–50

С в соотношении

1:2,5 – 3,5 в смесителе 13. Замес перекачивается насосом 12 в

контактную головку 4, где подогревается вторичным паром, вы-

делившимся в паросепараторе 9, до температуры 85–90

С и по-

ступает в буферную емкость 5, откуда насосом 11 подается в кон-

тактную головку острого пара 6, где нагревается до температуры

138–149

С – для зерна (для кукурузы до 144–150

С).

Картофель после мойки ковшовым элеватором подается че-

рез весы в промежуточный бункер, а оттуда поступает на молот-

ковые дробилки 2. Картофельная кашка через промежуточный

сборник плунжерным насосом 3 подается в контактную головку

острого пара 6 и нагревается до температуры 138–140

С.

Разваривание проводится в трубчатом разварнике 10, выдер-

живателе 1 ступени 7 и выдерживателе 2 ступени 8. В колоннах

поддерживается одинаковое давление за счет уравнительной ли-

нии. Продолжительность разваривания – 45–55 минут. Масса вы-

дувается в паросепаратор 9, где поддерживается давление 0,05 МПа

(температура 105

С). Разваренная масса в нем находится 15–20 ми-

нут. За счет перепада давления выделяется большое количество

вторичного пара, оставшиеся целыми клетки сырья дополнитель-

но разрушаются. Готовая масса передается на осахаривание.

В установке конструкции УкрНИИСПа (Мироцкой) (рис.

4.3) замес готовится аналогично установке ВНИИПрБ.

Рис. 4.3 – Аппаратурно-технологическая схема разваривания

крахмалсодержащего сырья на установке УкрНИИСПа