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

Подождите немного. Документ загружается.

вую культуру для транспортирования или хранения высушивают

до влажности 18–20% и упаковывают в бумажные мешки.

Описанный способ очень трудоемок, мало механизирован.

Более эффективен бескюветный способ. По этому способу выра-

щивание культур в производственных условиях производится в

аппаратах с вертикальным слоем питательной среды, который

аэрируется продуванием воздухом по вертикальным каналам в

аппарате.

Производственное культивирование по глубинному способу

выращивания производится в жидкой питательной среде. Среда

включает кукурузную или пшеничную муку, разваренную и оса-

харенную солодом или бактериальной амилазой. В нее добавляют

питательные соли, гидролизат белков, фильтрат барды и другие

питательные компоненты.

Выращивание культур микроорганизмов может проводиться

периодическим, непрерывно-циклическим или непрерывно-

поточным методом в ферментерах разной вместимости в зависи-

мости от производительности завода.

Например, культивирование наиболее часто используемой

культуры Аspergillus аwamori, для получения Глюкоаваморина Гх-

466 проводится на специализированных предприятиях или в фер-

ментных цехах спиртовых заводов на осахаренном кукурузном

сусле. Кукурузная мука смешивается с водой 1:2,5–3, разваривает-

ся при температуре 143–151

С 15–20 минут и осахаривается соло-

довым молоком при температуре 58–60

С 30 минут. Питательная

среда с концентрацией сухих веществ 18–20% дополнительно сте-

рилизуется в контактной головке при температуре 120–125

С, вы-

держивается в стерилизаторе 30–40 минут, охлаждается до темпе-

ратуры 35

С и поступает в ферментер. Засев посевного материала

производится по линии передавливания из инокулятора в количе-

стве 3% к объему питательной среды. Выращивание ведется при

температуре 34–35

С, давлении 0,02–0,03 МПа при непрерывной

подаче стерильного воздуха в количестве 30–60 м

/м

среды в час и

перемешивании. Продолжительность выращивания – 120–160 ча-

сов. Воздух перед подачей в ферментер освобождают от механи-

ческих примесей и микроорганизмов пропусканием через трой-

ную систему фильтров.

В процессе культивирования контролируют микробиологи-

ческую чистоту всех промежуточных проб среды, посевной куль-

туры, воздуха путем высева на микробиологические среды.

Готовый ферментный препарат Глюкоаваморин Гх должен

иметь активность глюкоамилазы не менее 200 ед./см

. Его пере-

дают в производство в предварительно стерилизованные сборни-

ки, где хранят при температуре 18–20

С.

Кроме Глюкоаваморина Гх в спиртовом производстве вы-

ращивают другие ферментные препараты: Амилодиастатин Гх,

Глюкобататин Гх, Глюкоэндомикопсин Гх и др. по аналогичным

технологическим схемам.

В последние годы спиртовые заводы широко используют

жидкие очищенные ферментные препараты ряда зарубежных

фирм, которые имеют различные торговые названия. Наиболее

распространены препараты фирм «Ново-Нордиск» (САН Супер,

Термамил, Фунгамил), «Эндэ Индустриал Корпорэйшен» (Зи-

маджунт, Глюкозим) и других.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте характеристику ферментов солода и микробных

ферментных препаратов. Какие требования предъявляются к гид-

ролизу составных компонентов сырья?

2. Назовите и охарактеризуйте группы солодов в зависимо-

сти от состава синтезируемых ферментов.

3. Дайте характеристику технологических стадий производ-

ства солода как осахаривающего материала для спиртового про-

изводства.

4. Как изменяется активность основных ферментативных

комплексов солода в процессе проращивания?

5. Дайте характеристику продуцентов ферментных препара-

тов для спиртового производства. Назовите преимущества их ис-

пользования по сравнению с солодом.

6. Назовите и охарактеризуйте способы культивирования

микроорганизмов при производстве ферментных препаратов по-

верхностным и глубинным способом.

6. ОСАХАРИВАНИЕ РАЗВАРЕННОЙ МАССЫ

6.1 Цели осахаривания. Процессы при осахаривании

Основной целью осахаривания разваренной массы является

получение осахаренного сусла оптимального состава для сбражи-

вания и культивирования дрожжей.

Основной процесс на стадии осахаривания – гидролиз крах-

мала амилолитическими ферментами солода или микробных

ферментных препаратов.

Гидролиз крахмала в той или иной степени проходит на не-

скольких стадиях производства спирта.

Первая ступень гидролиза осуществляется при использова-

нии термостабильной амилазы на стадии подваривания замеса,

где крахмал гидролизуется частично до высокомолекулярных

декстринов, но не образуются низкомолекулярные углеводы, ко-

торые разрушаются при высоких температурах разваривания.

Более глубоко гидролиз крахмала идет на стадии осахарива-

ния, которую можно считать второй ступенью. На этой стадии

крахмал под действием α- и β-амилаз и декстриназы солода или

бактериальной амилазы и глюкоамилазы ферментных препаратов

разлагается до сбраживаемых сахаров и низкомолекулярных дек-

стринов, не окрашиваемых йодом.

На третьей ступени гидролиза на стадии брожения декст-

рины доосахариваются ферментами, внесенными на стадии оса-

харивания до сбраживаемых сахаров: глюкозы, мальтозы, маль-

тотриозы.

Одновременно с гидролизом крахмала на стадии осахарива-

ния идет распад белков под действием протеолитических фер-

ментов. В результате этого накапливаются аминокислоты, дипеп-

тиды, пептиды и др. продукты распада белка. Этот процесс игра-

ет значительную роль, так как аминокислоты и некоторые дипеп-

тиды потребляются дрожжами как азотистое питание при их раз-

множении. Достаточно активно гидролиз белка идет при исполь-

зовании в качестве осахаривающих материалов солодов и неочи-

щенных ферментных препаратов, в которых протеолитические

ферменты являются сопутствующими основным амилолитиче-

ским. Применение в последнее время для осахаривания разварен-

ной массы высокоочищенных амилолитических ферментных

препаратов, в которых присутствует практически одна группа

ферментов, приводит к необходимости вносить дополнительно

протеолитические ферментные препараты для обеспечения

дрожжей аминокислотами или вносить неорганическое азотистое

питание.

Более подробно механизм гидролиза крахмала и белков под

действием ферментов солода и ферментных препаратов рассмот-

рен в 1 части курса «Технология отрасли».

6.2 Подготовка осахаривающих материалов

Солод направляют в производство, как правило, с помощью

гидротранспорта, добавляя в транспортную воду для дезинфекции

хлорную известь или хлорамин Б технический. При другом спосо-

бе транспортирования (ленточным транспортером или норией) де-

зинфекцию проводят в отдельном сборнике 25–30 минут, затем

дезинфицирующий раствор сливают. Солод проходит барабанное

сито, где отделяется от воды, и направляется на молотковую, дис-

ковую или вальцовую дробилку, а затем в сборник для приготов-

ления солодового молока. Измельченный солод смешивают с во-

дой 1: 2…2,5, дополнительно вносят раствор формалина до кон-

центрации 0,025%, выдерживают 25–30 минут, разбавляют водой

и перекачивают в расходный сборник над осахаривателем. Общий

расход воды для приготовления солодового молока – 4…5 дм

на

1 кг солода. Для осахаривания используют смесь солода из груп-

пы ячменя 70% и просяной 30% или смесь просяного и овсяного

не менее 30%. Запрещается использовать солод из той же культу-

ры, что и разваренная масса.

Расход солода рассчитывается по АС и ДС. Норма солода по

АС составляет 700 ед. на 1 тонну крахмала, по ДС – 6000 ед. на

тонну крахмала. Если получается разное количество, принимают

большее значение.

При использовании глубинной культуры микроорганизмов

ее дезинфицируют 40%-ным раствором формалина из расчета

2 дм

/м

культуральной жидкости и передают в расходные сбор-

ники.

Сухую поверхностную культуру смачивают водой 1:1, из-

мельчают на солодовых дробилках и смешивают в сборниках с

водой 3…4 дм

/кг исходной культуры. Для дезинфекции вносят

40%-ный формалин 2…2,5 дм

/м

суспензии и перекачивают в

расходные сборники. Можно использовать смесь солода и по-

верхностной культуры. Их готовят как солодовое молоко.

Расход поверхностной культуры составляет в среднем 5% по

массе крахмала.

Расход глубинной культуры определяют по активности.

Расход α-амилазы – 1,5…2 ед. АС/г крахмала, глюкоамилазы –

6,0–6,2 ед. ГС/г крахмала при 72-чсовом брожении и до 15 ед.

ГС/г крахмала при 48-часовом брожении. Препарат α-амилазы

рекомендуется вносить на разжижение замеса 0,5 ед. АС/г крах-

мала и на осахаривание 1 ед. АС/г крахмала вместе с глюкоами-

лазой.

Для хранения глубинных культур перед осахариванием их

нельзя смешивать во избежание активации ферментов.

6.3 Способы и режимы осахаривания

В спиртовой промышленности используются периодические

и непрерывные способы осахаривания. Первые уже мало распро-

странены, как устаревшие и неэффективные.

Непрерывные способы более эффективны, высокопроизво-

дительны, могут быть автоматизированы.

Независимо от способа процесс осахаривания можно раз-

бить на стадии:

1. Охлаждение разваренной массы до температуры осахари-

вания.

2. Смешивание с осахаривающим материалом.

3. Осахаривание разваренной массы.

4. Охлаждение до температуры брожения.

Охлаждение продукта может быть проведено с помощью те-

плообменников различной конструкции. Однако температура раз-

варенной массы должна быть снижена с 102–105

С до 56–58

С,

для чего требуется значительное время, большой расход охлаж-

дающей воды. Более эффективно применение вакуум-охлажде-

ния.

Принцип вакуум-охлаждения заключается в том, что разва-

ренная масса, попадая в испаритель, где поддерживается разре-

жение, мгновенно охлаждается за счет самоиспарения воды. Ис-

пользование этого способа охлаждения позволяет существенно

экономить воду на охлаждение и электроэнергию на 30…35%,

концентрация сусла возрастает примерно на 1%, увеличивается

съем спирта с единицы объема бродильного чана, уменьшается

содержание метанола, фурфурола и других летучих веществ за

счет испарения, снижается обсемененность сусла микроорганиз-

мами.

Осахаривание может проводиться в одну или две ступени.

По одноступенчатому способу охлажденная до температуры

62…63

С разваренная масса поступает в осахариватель, который

представляет собой цилиндрическую емкость с мешалкой и ко-

ническим или сферическим днищем и плоской крышкой. На рис.

6.1 приведена схема одноступенчатого осахаривания с вакуум-

охлаждением.

Рис. 6.1 – Аппаратурно-технологическая схема одноступенчатого

осахаривания с вакуум-охлаждением

Разваренная масса непрерывно поступает из паросепаратора

1 по трубопроводу 2 в ваккум-испарительную камеру 4, в кото-

рой поддерживается разрежение 0,08 МПа. За счет самоиспаре-

ния воды температура практически мгновенно снижается до

С. Вакуум создается в результате конденсации паров в баро-

метрическом конденсаторе 4. Смесь воды и газов отсасывается

вакуум-насосом 5. Для разжижения разваренной массы в испари-

тельную камеру по трубе 8 засасывается 10–15% сусла. Охлаж-

денная масса по трубе 6 стекает в осахариватель 7, смешивается с

осахаривающим материалом из расходных мерников 9, вследст-

вие чего температура снижается до 57…58

С. Уровень массы в

осахаривателе поддерживается автоматически с помощью по-

плавкового регулятора, связанного рычагом с заслонкой на про-

дуктовой трубе. Осахаривающий материал дозируется в зависи-

мости от скорости откачивания сусла насосом 11 в теплообмен-

ник 12. Для задерживания примесей осахаренное сусло проходит

песколовушку 13.

Продолжительность осахаривания составляет не менее 10

минут.

При двухступенчатом осахаривании разваренная масса по-

следовательно проходит осахариватель 1 ступени описанной вы-

ше конструкции и осахариватель 2-й ступени, представляющий

собой трубу длиной 100–150 м, свернутую в калачи. Доза осаха-

ривающего материала делится на 2 части: 30% поступает в осаха-

риватель 1 ступени, 70% – в трубопровод перед насосом, перека-

чивающим массу на 2-ю ступень осахаривания. Температура в

осахаривателе 1-й ступени – 60…61

С, в осахаривателе 2-й сту-

пени – 57…58

С, продолжительность осахаривания в 1-й и 2-й

ступени, соответственно, – 10 и 2…5 минут.

Охлаждение сусла до температуры брожения можно прово-

дить либо в трубчатом теплообменнике, либо также с помощью

вакуум-охлаждения.

Второй способ позволяет экономить охлаждающую воду,

проводить процесс охлаждения практически мгновенно. На 2-й

ступени вакуум-охлаждения сусло поступает во 2-ю испаритель-

ную камеру, где поддерживается разрежение 0,098 МПа с помо-

щью барометрического конденсатора и пароэжекторного насоса.

6.4 Качество осахаренного сусла

Контроль полноты осахаривания ведется по йодной пробе.

Если раствор йода не изменил окраску при смешивании с фильт-

ратом сусла, то осахаривание прошло полно. Однако это харак-

терно только при осахаривании солодом, при использовании

ферментных препаратов окраска с йодом может оставаться сине-

фиолетовой и исчезает при брожении.

В фильтрате сусла также определяют концентрацию сухих

веществ, которая должна быть 16–18%, кислотность – норма

0,2–0,3

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Назовите цели осахаривания. На каких стадиях техноло-

гического процесса производства спирта осуществляется гидро-

лиз крахмала и других веществ сырья?

2. Приведите механизм гидролиза крахмала, белков, не-

крахмальных полисахаридов под действием ферментов солода и

микробных ферментных препаратов.

3. Как проводится подготовка солода и микробных фер-

ментных препаратов перед осахариванием? Как определяется

расход осахаривающих материалов?

4. Из каких стадий складывается процесс осахаривания?

5. Дайте характеристику способов осахаривания, назовите

режимы проведения процесса осахаривания.

6. По каким показателям оценивается качество осахаренно-

го сусла?

7. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАСЕВНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

ДРОЖЖЕЙ. СБРАЖИВАНИЕ ОСАХАРЕННОГО

СУСЛА

7.1 Характеристика спиртовых дрожжей

Спиртовые дрожжи относятся к виду Sacсharоmyces

сerevisiae, который включает большое число рас. Все они имеют

свои технологические особенности, касающиеся режимных пара-

метров, культуральных признаков (потребление сахаров, азоти-

стых веществ и т.д.), состава летучих продуктов брожения.

Спиртовые дрожжи должны иметь высокую бродильную ак-

тивность на средах с достаточным количеством сбраживаемых

углеводов, анаэробный тип дыхания, быть устойчивыми к про-

дуктам своего обмена и к посторонней микрофлоре. При выделе-

нии дрожжей как хлебопекарных из зрелой бражки, дрожжи

должны отвечать требованиям хлебопекарным дрожжам.

Спиртовые дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, по

окончании брожения формируют легко взмучивающийся рыхлый

осадок на дне, что затрудняет их отделение от среды.

Оптимальными условиями для их развития являются: тем-

пература 28–30

С, рН 4,8–5.

В то же время известно, что дрожжи, выращенные при тем-

пературе 17–22

С, имеют более высокую бродильную энергию.

Дрожжи выдерживают достаточно низкий рН до 2–2,8, что ис-

пользуется на практике для подавления инфекции в среде путем

кислотной обработки.

В качестве источников углеродного питания спиртовые

дрожжи потребляют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу,

мальтотриозу, галактозу. Пентозы не сбраживаются. Могут по-

треблять глицерин, некоторые органические кислоты (молочную,

уксусную, яблочную и др.).

Углеводы потребляются последовательно: сначала моноса-

хара (глюкоза, фруктоза), затем дисахара после предварительного

гидролиза. В процессе брожения образуется спирт, СО

, выделя-

ется энергия, которая необходима клетке для поддержания жиз-

недеятельности.

В процессе сбраживания углеводов дрожжи расходуют на

образование спирта 46–47,6%, на образование СО

– 44–45%, на

побочные продукты – 3,6–6,4%, на биомассу – 1,8–4%, потери –

2,1–2,8% от всех содержащихся в среде углеводов.

В качестве азотного питания дрожжи используют аммиач-

ный азот (соли аммония) и азотистые органические вещества

(аминокислоты, некоторые дипептиды, амины, амиды), которые

используются для построения собственных белков.

Дрожжи нуждаются в витаминах, которые входят в состав

ферментов. В среде должны содержаться тиамин, пиридоксин,

пантотеновая кислота, никотиновая кислота, биотин.

В качестве минерального питания дрожжам необходим

фосфор, который ассимилируется в начальный период брожения.

Дрожжи используют фосфор в вид фосфорной кислоты и ее

солей.

Отрицательно влияют на жизнедеятельность дрожжей:

спирт, тяжелые металлы, фурфурол, формалин, коллоиды. При

увеличении концентрации вредных веществ сначала тормозится

почкование, а затем снижается бродильная энергия.

Спирт уже в концентрации 3–4% тормозит размножение

дрожжей, однако, в непрерывном потоке сусла при наличии пи-

тательных веществ дрожжи продолжают сбраживание сахаров

при концентрации спирта до 10–12%.

Формалин тормозит почкование клеток при концентрации

0,001%. Даже при незначительной концентрации фурфурола

снижается мальтазная и замазная активности дрожжей.

Тяжелые металлы: серебро, медь и др. тормозят рост дрож-

жей в концентрациях, не определяемых химическим анализом.

Железо, кальций, магний способствуют слипанию дрожже-

вых клеток, так как снижают их электрокинетический потенциал.

Клетки дрожжей в слабокислой среде имеют отрицательный

заряд, поэтому способны сорбировать положительно заряженные

коллоиды, например, меланоидины, что затрудняет их обмен со

средой.

Серная кислота в концентрации до 0,5–0,6% через 2 часа

выдержки способствует отмиранию практически всех бактерий,

тогда как дрожжевые клетки в течение 24 часов отмирают незна-

чительно.