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

Подождите немного. Документ загружается.

Норией 1 зерно подается через сепаратор 2 в бункер 3,

взвешивается на весах 4 и измельчается на вальцовом станке 5.

Степень измельчения должна быть достаточно тонкой: проход

через сито с отверстиями диаметром 1 мм не менее 90%. Реко-

мендуется для более мелкого дробления пропускать зерно после-

довательно через 2 вальцовых станка с промежуточным рассевом.

Дробленое зерно поступает в смеситель 6, где смешивается с во-

дой в соотношении 1:2,5–3,5 и подогревается вторичным паром

до температуры 45–50

С. Затем замес плунжерным насосом по-

дается в трубчатый подогреватель 14.

Картофель после мойки элеватором 7 подается через весы 8

в бункер 9, а из него питателем 10 в молотковую дробилку 11.

Полученную кашку смешивают с водой из расчета 0,2–0,5 дм

на

1 кг картофеля в сборнике 12, затем насосом 13 перекачивают в

трубчатый подогреватель 14.

Зерновой или картофельный замес нагревается сначала в

подогревателе типа «труба в трубе» 14 вторичным паром до тем-

пературы 75–85

С, а затем в контактной головке острого пара 15

до 168–170

С – для зерна, 165–166

С – для картофеля. Развари-

вание проводится в трубчатом разварнике 16, состоящем из вер-

тикальных и горизонтальных труб. Число вертикальных участков

8–10. На фланцевых соединениях между горизонтальными и вер-

тикальным участками установлены диафрагмы, отверстия в кото-

рых по ходу продукта увеличиваются. Скорость массы увеличи-

вается по мере прохождения от первой трубы с 0,1–0,2 м/с к по-

следней – до 1,5 м/с. Температура замеса на выходе уменьшается

до 145–155

С. Для защиты горизонтальных участков от износа пре-

дусматриваются вставные гильзы. При прохождении массы по ап-

парату выделяющийся пар занимает до 80% объема продукта, масса

около 20%. Время прохождения массы по разварнику – 2–3 минуты.

Температура на входе регулируется терморегулятором 18, давле-

ние на выходе из аппарата – регулятором давления 19. Готовая

масса поступает в паросепаратор 17.

В Мироцкой установке выше расход пара, электроэнергии,

больше выделяется вторичного пара в 1,5–2 раза, который мало

используется. В Мичуринской установке выше металлоемкость,

однако, при эксплуатации Мироцкой металлоемкость увеличива-

ется за счет вставных гильз.

Качество разваренной массы оценивается визуально. Она

должна быть полужидкой, блестящей бежевого или желтого цве-

та без кусочков недоваренного сырья.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Назовите цели водно-тепловой обработки крахмалсодер-

жащего сырья.

2. Охарактеризуйте процессы, происходящие при развари-

вании зерна и картофеля. Какие изменения происходят с крахма-

лом, белками, некрахмальными полисахаридами, сахарами при

разваривании?

3. Охарактеризуйте способы разваривания. Дайте сравни-

тельную оценку Мичуринской и Мироцкой схем водно-тепловой

обработки сырья.

4. Как оценивается качество разваренной массы?

5. ПОЛУЧЕНИЕ ОСАХАРИВАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

ДЛЯ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

5.1 Характеристика ферментов солода

и микробных ферментных препаратов

В спиртовом производстве осахаривающие материалы ис-

пользуются для гидролиза растворенных веществ разваренной

массы из крахмалсодержащего сырья.

Растворение и гидролиз крахмала считается основной зада-

чей стадий подготовки сырья к сбраживанию, так как нераство-

ренный крахмал гидролизуется очень медленно, а дрожжами

сбраживаются только низкомолекулярные продукты гидролиза:

сахара и низкомолекулярные декстрины (мальтотриоза).

При гидролизе белковых веществ накапливаются аминокис-

лоты и пептиды, необходимые для размножения дрожжей.

В связи с этим в состав осахаривающих материалов должны

входить ферменты, гидролизующие крахмал и белковые вещества.

Кроме того, в последние годы широко рекомендуется ис-

пользовать ферменты, гидролизующие некрахмальные полисаха-

риды, что позволяет обеспечить частичное растворение клеточ-

ных стенок сырья и облегчить доступ других ферментов к содер-

жимому клеток сырья.

В качестве источников ферментов в спиртовом производст-

ве используется солод и микробные ферментные препараты.

Солод получают из нескольких злаков, ферментативный

комплекс которых, дополняя друг друга, обеспечивает необходи-

мую степень распада крахмала. Кроме того, солод является ис-

точником азотистого питания для дрожжей, а также содержит

комплекс протеолитических ферментов, осуществляющих гидро-

лиз белков сырья.

Однако применение солода как осахаривающего материала

имеет ряд недостатков:

- скорость осахаривания крахмала сырья солодом низка;

- при солодоращении необходимо использовать только вы-

сококачественное зерно с высокой прорастаемостью;

- цикл производства солода длителен – до 6–10 суток, за

это время потери сухих веществ зерна достигают 20%, что еще

более снижает экономичность его получения;

- солод может служить источником инфицирования браж-

ки, особенно если крахмал его плохо растворен.

Поэтому в настоящее время большинство спиртовых заво-

дов в качестве осахаривающих материалов применяют микроб-

ные ферментные препараты.

Преимуществами их использования является:

- микроорганизмы – продуценты ферментов способны син-

тезировать нужные ферменты в зависимости от состава пита-

тельной среды, что позволяет путем подбора компонентов среды

выращивания регулировать набор синтезируемых ферментов;

- при их культивировании, как правило, используется де-

шевая питательная среда: отруби, выжимки, подсолнечная лузга,

низкосортная мука и т.д.;

- циклы их культивирования непродолжительны – 60–100 ча-

сов;

- в спиртовом производстве используются относительно

дешевые неочищенные ферментные препараты, так как после вы-

деления спирта все балластные вещества, внесенные с фермент-

ными препаратами, не переходят в конечный продукт.

5.2 Производство солода для спиртового

производства

Солод как источник гидролитических ферментов использу-

ется издавна. В спиртовом производстве применяют свежепро-

росшие солода из нескольких злаков, которые накапливают раз-

личные амилолитические ферменты. Из солодовых ферментов

наиболее важны α- и β-амилазы, которые гидролизуют крахмал

по связям α-1,4 и декстриназа (олиго-1,6 глюкозидаза), которая

катализирует расщепление α-1,6 связей в крахмале. В результате

их действия накапливаются сбраживаемые сахара: глюкоза, маль-

тоза, мальтотриоза и низкомолекулярные декстрины, последние

гидролизуются впоследствии при брожении этими же фермента-

ми.

В зависимости от накапливаемых ферментов солода клас-

сифицируются на несколько групп:

1. Группа ячменя, в которую входят также пшеница, рожь.

Солод из этих злаков накапливает активные α- и β-амилазы.

2. Группа проса. В нее входят также гаолян, пайдза. При их

проращивании накапливается активная декстриназа и α- и β-

амилазы относительно низкой активности.

3. Группа овса. Активность амилолитических ферментов

средняя между 1 и 2 группами.

4. Группа кукурузы. Относительно низкая активность дек-

стриназы, нет β-амилазы и средняя активность α-амилазы. Ис-

пользуют редко.

При осахаривании применяют, как правило, смесь солодов 1

и 2 группы или 1 и 3 групп. Зерно, предназначенное для прора-

щивания, должно иметь высокую прорастаемость: 92% – для яч-

меня, пшеницы, ржи, 85% – для проса. Крахмал непроросшего

солода плохо осахаривается и служит причиной закисания сусла

в процессе брожения.

В спиртовом производстве используют свежепроросший со-

лод.

Схема его производства включает:

- подготовку сырья;

- мойку и замачивание зерна;

- проращивание.

Подготовка сырья включает очистку от сорной примеси на

воздушно-ситовом сепараторе, отделение металлических приме-

сей на магнитном сепараторе, сортировку и отделение зерновых

примесей на триер-сортировочных машинах. Более подробно все

указанные операции и характеристика оборудования для их про-

ведения рассмотрены в 1 разделе курса «Технология отрасли».

Мойка и замачивание зерна проводится в замочных чанах.

Основная цель стадии мойки зерна – отмыть его от пыли и по-

верхностных микроорганизмов. Цель замачивания – повысить

влажность зерна, чтобы пробудить его к жизни и стимулировать

все биохимические процессы в зерне.

Чаще всего используется воздушно-водяной или воздушно-

оросительный способы, так как при замачивании должны быть

созданы аэробные условия.

Сначала зерно промывают, удаляют сплав, во 2-ю промыв-

ную воду вносят антисептик, например, хлорную известь. У овса

сплав не снимают, так как в нем могут быть полноценные зерна.

Замачивают ячмень, пшеницу, рожь, просо в 3 замочки, овес –

2 замочки. Рекомендуемая температура замачивания – 18–20

С.

Просо замачивают при температуре 25–30

С. Продолжитель-

ность замачивания ячменя, проса – около 20 часов, голозерных

культур: пшеницы, ржи – 14 часов. Конечная влажность основ-

ных культур – 38–40%, проса – 35–38%.

Основная цель проращивания – накопление ферментов, рас-

творение клеточных стенок эндосперма при минимальных поте-

рях на дыхание и образование вегетативных органов (ростков,

корешков).

При проращивании происходят ряд изменений:

Морфологические – образование корешков, проростков (сте-

бельков). У пленчатых культур корешки должны составлять 2–3

длины зерна, проросток – 2/3 длины зерна. У голозерных культур

проросток виден. У овса корешки длинней, стебелек выходит за

пределы зерна. У проса корешок 1, стебелек едва заметен.

Цитолитические – растворение эндосперма благодаря дей-

ствию накопившихся гидролитических ферментов. При этом час-

тично гидролизуются крахмал, белки, некрахмальные полисаха-

риды. Образующиеся продукты гидролиза расходуются на обра-

зование вегетативных органов, на дыхание, синтез ферментов.

Биохимические – связаны с увеличением активности фер-

ментов и изменением химического состава зерна.

Амилолитические ферменты – альфа, бета-амилазы и декст-

риназа активируются и синтезируются. Активность амилаз дос-

тигает максимума у ячменя к 10-м суткам, у ржи – на 7–8 сутки.

Декстриназа накапливается у овса на 10–12 сутки, у проса – на

5–6 сутки.

Протеолитические ферменты способствуют растворению

эндосперма и освобождению амилаз, связанных с неактивными

белками. Накапливаются кислые протеиназы с рН-оптимумом

около 3,8; нейтральные – с рН-оптимумом 6,3 и щелочные –

с рН-оптимумом 8,6. Наиболее важны кислые протеиназы.

Цитолитические ферменты растворяют бета-глюкан и пен-

тозаны, способствуют растворению эндосперма. Максимум их

активности у ячменя достигает на 5–7 сутки.

Изменение химического состава зерна также связано с дей-

ствием ферментов. При проращивании гидролизуется около 20%

крахмала зерна, 8–10% остается в зерне в виде сахаров и других

продуктов гидролиза, 3–4% расходуется на образование ростков

и корешков, 8–9% используется зародышем на дыхание. Крах-

мальные гранулы частично повреждаются, уменьшается их раз-

мер.

Белковые вещества распадаются с образованием аминокис-

лот и пептидов. Белок при проращивании гидролизуется в сред-

нем на 50–55%, ½ его расходуется на образование ростков и ко-

решков. Аминокислоты впоследствии используются для питания

дрожжей.

Некрахмальные полисахриды распадаются почти полно-

стью. Важен гидролиз фитина – эфира инозита. Образующийся

инозит также необходим дрожжам для размножения как ростовое

вещество.

При проращивании образуются эфиры органических кислот,

которые придают солоду специфический запах: ячменному – за-

пах огурцов, просяному – запах стручков акации.

Потери крахмала и сахаров достигают 16% от содержащих-

ся в зерне. Снизить потери можно, подавляя дыхание. Для этой

цели вносят хлорид кальция, бромиды, проращивают с накопле-

нием углекислоты. Можно для стимуляции прорастания добав-

лять препараты гиббереллина, ферментные препараты.

Проращивают солод в ящичных солодовнях при высоте слоя

0,6–0,9 м, продувают воздухом 2–3 раза в сутки, перед ворошением

опрыскивают водой. Температура проращивания ячменного, овся-

ного солодов – 19–20

С, в конце – 13–14

С, влажность в конце

проращивания – 44–45%, общая продолжительность – 10 суток.

Продолжительность проращивания ржаного и пшеничного соло-

дов 7–8 суток, однако, они образуют плотный слой, поэтому ре-

комендуется смешивать эти злаки с 2–3-суточным ячменным со-

лодом и проращивать совместно еще 7–8 суток. Просо имеет ма-

ленький размер зерен, обычные солодорастильные ящики не при-

годны для его проращивания, так как зерна проваливаются через

отверстия сит. Используют специально оборудованные ящичные

солодовни или проращивают на току. В этом случае просо скла-

дывают в разборные деревянные ящики высотой 0,7–1,0 м и про-

ращивают 1 сутки при температуре 25

С, затем температуру

поднимают до 33–35

С, ящики разбирают, зерно укладывают в

кучи высотой 0,4 м, температуру снижают до 30

С поливом хо-

лодной водой, для аэрации зерно перелопачивают. В конце про-

цесса проращивания температуру снижают до 25

С. Общая про-

должительность проращивания – 5–6 суток.

Готовый солод транспортируют водой или ленточными

транспортерами. Перед использованием дезинфицируют форма-

лином. Качество оценивают по АС и ДС, дозируют с учетом ак-

тивности солодов. Как правило, используют смесь ячменного –

70–80% и просяного солода – 20–30%.

5.3 Характеристика продуцентов ферментных

препаратов

В качестве продуцентов ферментных препаратов использу-

ют бактерии, плесневые грибы и дрожжеподобные микроорга-

низмы.

Плесневые грибы. Наиболее распространены рода Asper-

gillus видов awamori, niger, oryzae, rhizopus, mucor, batate. Они яв-

ляются аэрофилами, растут на поверхности твердой питательной

среды или в жидкой, хорошо аэрируемой среде при оптимальной

температуре 25–30

С. Размножаются спорами, которые прорас-

тают в благоприятных условиях.

В качестве источника углеводов используют сахара, спирты,

органические кислоты. Но обязательно в среде должен быть

крахмал, для синтеза ими амилолитических ферментов.

В качестве источника азотистых веществ потребляют бел-

ки и их гидролизаты, соли аммония и нитраты.

Нуждаются в источниках фосфора, серы, калия, магния. Ви-

тамины и другие ростовые вещества синтезируют сами.

Бактерии. Чаще используют бактерии рода Bacillus видов

subtilis mesentericus и др. Особенность бактерий – способность

накапливать высокоактивную термостойкую амилазу, используе-

мую для разжижения крахмала на стадии подваривания замесов.

Циклы размножения бактерий короче, чем плесневых грибов.

Например, Bacillus subtilis-82 выращивают 48–60 часов при тем-

пературе 30–35

С.

Дрожжеподобные микроорганизмы в спиртовом производ-

стве как продуценты ферментов используются реже, чем грибы и

бактерии. Нашли применение только дрожжеподобные грибы

Endomycopsis bispora и Endomycopsis species 20–9. Они накапли-

вают, главным образом, активную глюкоамилазу. Обычно эти

препараты используют в смеси с ферментными препаратами из

плесневых грибов и бактерий.

5.4 Поверхностное и глубинное культивирование

при производстве ферментных препаратов

Технологический процесс получения ферментных препара-

тов при культивировании микроорганизмов можно разбить на 3

основные стадии:

1. Получение посевного материала.

2. Получение производственной культуры микроорганизма

методами поверхностного или глубинного культивирования.

3. Получение из производственной культуры технических

или очищенных ферментных препаратов.

Получение посевного материала производится из исходного

штамма продуцента ферментов, который поставляется централи-

зованно из коллекции промышленных микроорганизмов или из

лаборатории чистых культур завода, где штаммы хранятся и под-

держиваются в активном состоянии.

Технология получения производственного посевного мате-

риала зависит от вида продуцента и способа его культивирования.

Для поверхностного способа культивирования посевной ма-

териал получают в виде:

а) культуры, выращенной на твердой питательной среде;

б) мицелиальной массы продуцента, выращенного на жид-

кой среде глубинным способом.

Независимо от вида посевного материала его получают в

несколько стадий:

1. Обновление исходной производственной культуры путем

пересева в 12–20 повторностях на новую питательную среду и

культивирования в термостате.

2. Приготовление питательной среды смешиванием отдель-

ных компонентов: увлажненных пшеничных отрубей с добавле-

нием солодовых ростков, опилок, свекловичного жома и др.

3. Стерилизация питательной среды и аппаратуры в биксах

при давлении пара 0,15 МПа 60 минут.

4. Охлаждение среды до температуры роста культуры.

5. Засев среды исходным штаммом продуцента.

6. Выращивание культуры до определенного возраста.

7. Консервирование посевного материала высушиванием

либо хранением при низких температурах.

Аналогично готовят посевной материал при глубинном

культивировании микроорганизмов. В качестве посевного мате-

риала в этом случае используют мицелиальную массу (для грибов

и актиномицетов) или молодую спороносящую культуру (для

бактерий).

Стадии получения посевного материала:

1. Обновление исходной культуры на агаризованной среде.

2. Выращивание культуры на жидкой среде в колбах на ка-

чалке.

3. Культивирование продуцента в инокуляторах.

Количество посевного материала зависит от производитель-

ности предприятия и нормы засева при производственном куль-

тивировании. При поверхностном культивировании доза посев-

ного материала составляет 0,2–1,0% к массе перерабатываемого

сырья при использовании посевной спороносящей культуры и

1,5–2,5% при использовании мицелиального посевного материа-

ла. Для глубинного культивирования расход посевного материала

в зависимости от вида используемых микроорганизмов от 0,2 до

2,5%.

Производственное культивирование культур при поверхно-

стном способе производится на стерильной среде в кюветах, ко-

торые после заполнения увлажненной средой и засевом посевной

культурой ставят на этажерки и помещают в растильную камеру,

куда подают стерильный воздух. Температура культивирования –

26–30

С, продолжительность выращивания – 36–42 часа. Гото-