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

Подождите немного. Документ загружается.

Другие кислоты (муравьиная, уксусная) слабо ингибируют

дрожжи, за исключением масляной и капроновой, к которым

дрожжи наиболее чувствительны.

Отрицательно влияют на дрожжевые клетки нитриты, сво-

бодный хлор, диоксид серы. Эти соединения могут попадать с

сусло с мелассой.

В качестве активаторов размножения и брожения использу-

ют ультразвук, УФ-лучи, соединения с сульфогидрильными

группами (глютатион, цистеин и др.).

Для сбраживания зерно-картофельного сусла наиболее рас-

пространены дрожжи расы ХII, которые используются на боль-

шинстве спиртовых заводов. В последние годы получены новые

расы термотолерантных дрожжей, т.е. бродящие при более высо-

кой температуре, обладающие глюкоамилазной активностью:

К-81, 985Т и др. Для мелассного сусла используются дрожжи рас В,

Г-67, Г-105, V-30.

7.2 Получение засевных и производственных

дрожжей

Размножение спиртовых дрожжей происходит в 2 стадии:

- получение засевных (маточных) дрожжей;

- получение производственных дрожжей.

Засевные дрожжи размножают по методу чистых культур в

начале производственного сезона и при сильном инфицировании

производственных дрожжей.

Чистая культура дрожжей поступает на завод и хранится на

сусло-агаре в запаянных пробирках. Хранение ЧК дрожжей

должно проводится при температуре 8–10

С не более 2-х меся-

цев без пересева.

Размножение ведется по схеме: пробирка – колба на 500 см

–

бутыль на 5 дм

– аппарат ЧК (маточник) на 5 дал. На каждой

стадии используют в качестве среды стерильное солодовое или

солодово-ржаное сусло с концентрацией сухих веществ 12–15% и

кислотностью 0,8

. Засев и пересев ведется с соблюдением всех

правил микробиологической техники.

Брожение в маточнике продолжается около 24 часов до от-

брода (видимого содержания сухих веществ по сахарометру)

5–6%. Засевные дрожжи должны быть упитанными, с высокой

бродильной способностью, при их размножении не должно про-

исходить нарастания кислотности, количество мертвых клеток не

более 3%. Полученные дрожжи используют в качестве засевных

для размножения производственных дрожжей.

Существует несколько способов размножения производст-

венных дрожжей:

- периодический,

- полунепрерывный,

- непрерывный.

По периодическому способу размножение дрожжей осуще-

ствляется в дрожжанках на осахаренном сусле, подкисленном

серной или молочной кислотой, образующейся в процессе мо-

лочнокислого брожения. В зависимости от этого дрожжи назы-

вают сернокислыми или молочнокислыми.

Серную кислоту вносят в осахаренное сусло для создания

необходимой кислотности и подавления посторонней микрофло-

ры. Кислотность сусла в данном случае создается органическими

кислотами, которые серная кислота вытесняет из их солей, пере-

ходящих в сусло из сырья.

При получении молочнокислых дрожжей кислотность соз-

дается непосредственно молочной кислотой, которая накаплива-

ется при молочнокислом брожении. Такая среда более благопри-

ятна для дрожжей, кроме того, при молочнокислом брожении на-

капливаются растворимые азотистые вещества, усвояемые дрож-

жами. Однако их готовят редко, так как в дрожжевом сусле пред-

варительно необходимо проводить размножение молочнокислых

бактерий, что зачастую увеличивает общий цикл получения

дрожжей, кроме того, бактерии могут быть потенциальным ис-

точником микробиологического загрязнения.

Осахаренное сусло с концентрацией сухих веществ 16–18% от-

бирают из осахаривателя при температуре осахаривания (57–59

С) и

перекачивают в дрожжанку. При использовании в качестве оса-

харивающих материалов микробные ферментные препараты в

дрожжевое сусло дополнительно вносят глюкоамилазу из расчета

ее нормы на 1 г крахмала 12 ед. ГС, а при переработке кукурузы –

до 15 ед. ГС/г крахмала.

Дрожжевое сусло пастеризуют при температуре 70

С 20 ми-

нут, охлаждают до 50

С и подкисляют серной кислотой до ки-

слотности 0,7–0,8

в зерновом и 0,8–0,9

– в картофельном сус-

ле. При этом рН дрожжевого сусла должен быть 3,8–4,2. Сусло

охлаждают до 30

С, вносят засевные дрожжи в количестве 10%

от объема сусла, охлаждают до 18–22

С и ведут брожение, кон-

тролируя температуру, которая не должна превышать 30

С. Бро-

жение ведется до отброда, составляющего 1/3 от первоначального

содержания сухих веществ в сусле. После чего от зрелых дрож-

жей отбирают 10% от объема среды как засевные дрожжи в под-

готовленную дрожжанку для следующего цикла размножения, а

оставшиеся в дрожжанке направляют на брожение. Производст-

венные дрожжи должны иметь кислотность 0,7–1,2

на зерновом

сусле и 0,9–1,3

– на картофельном.

При переработке дефектного сырья производственные

дрожжи размножают на сусле с добавлением солодового питания

с большим содержанием сухих веществ на 1–2%, чем в сусле для

брожения, засевные дрожжи вносят также в большем количестве:

до 12%.

Производственные дрожжи можно готовить на отъемах

бродящего сусла при безупречном микробиологическом состоя-

нии производства. Для этого из бродильного чана отбирают сусло

при видимом отброде 9–11%, подкисляют серной кислотой до

кислотности 0,75–0,8

и оставляют на дображивание в дрожжан-

ке на 5–6 часов до отброда 5–5,5%.

При инфицировании дрожжей, что определяется по нарас-

танию кислотности в процессе размножения, маточные дрожжи

обрабатывают серной кислотой. Для этого дрожжи, отобранные

из дрожжанки как засевные, в маточнике подкисляют серной ки-

слотой, предварительно разбавленной водой в 8–10 раз. Кислот-

ность дрожжей доводят до 1,7

и выдерживают 3–4 часа, или при

кислотности 2–2,5

выдерживают 30–40 минут. После обработки

маточные дрожжи передают в дрожжанку с суслом, в котором

кислотность понижают на 0,1–0,2

. В этом случае при использо-

вании очищенных дрожжей увеличивают начальную температуру

брожения на 1–2

С и норму внесения дрожжей на 15–20%.

Готовые производственные дрожжи задают на брожение в

количестве 8–10% к объему сусла.

Полунепрерывный способ культивирования дрожжей преду-

сматривает раздельное культивирование дрожжей и подготовку

дрожжевого сусла. Установка включает пастеризатор и две

дрожжанки. В дрожжевое сусло с концентрацией сухих веществ

14–15% вносят засевные дрожжи и размножают до снижения

концентрации сусла до 4–4,5%. Затем половину содержимого пе-

реносят в другую дрожжанку и обе доливают свежим суслом.

Размножают до тех же параметров, готовые дрожжи отбирают из

каждой дрожжанки по 1/3 и передают на брожение, а дрожжанки

вновь доливают суслом. Размножение дрожжей таким образом

ведут многократно. При этом сокращается продолжительность

культивирования дрожжей, однако, при этом способе не преду-

смотрена стерилизация оборудования, поэтому он не нашел при-

менения.

Модификация полунепрерывного способа используется для

культивирования дрожжей при непрерывно-поточном способе

брожения.

Засев дрожжей в головной бродильный чан должен состав-

лять не менее 50% от его объема, поэтому дрожжи размножают в

трех дрожжанках и возбраживателе. Объем дрожжанки составля-

ет 25% от объема возбраживателя. Для размножения засевных

дрожжей служит маточник, который устанавливается в дрожже-

вом отделении, объем его составляет 20% от объема дрожжанки.

В начале производственного сезона засевные дрожжи гото-

вят аналогично периодическому способу. В 1-й дрожжанке гото-

вят дрожжи из чистой культуры по режиму, предусмотренному

для периодического способа. Эти дрожжи используют для засева

в две другие дрожжанки. В дрожжанки 2 и 3 набирают сусло по-

ловину их полезного объема, пастеризуют, подкисляют и охлаж-

дают. Затем содержимое 1-й дрожжанки вносят поровну в две

другие. Освободившаяся 1-я дрожжанка, промывается, пропари-

вается, заполняется суслом из осахаривателя. Сусло доосахарива-

ется при температуре 57–58

С, пастеризуется, охлаждается и

подкисляется по режиму периодического культивирования. При

температуре сусла 30

С с одной из двух других дрожжанок пере-

качиваются дрожжи в количестве 15% от объема сусла.

Зрелые дрожжи из 2-й и 3-й дрожжанок используются для

засева в возбраживатель, а из 1-й дрожжанки – для засева в

дрожжанки 2 и 3, как описано выше.

В возбраживатель подается производственное сусло, под-

кисляется до кислотности 0,4

и вносятся дрожжи. Размножение

должно вестись с учетом того, чтобы через каждые 36 или 48 ча-

сов зрелые дрожжи из возбраживателя спускались в головной

чан. Скорость размножения регулируется температурным режи-

мом. Концентрация дрожжевых клеток в зрелых дрожжах должна

быть на уровне 100 млн. кл./см

Непрерывный способ культивирования дрожжей предусмот-

рен для размножения дрожжевой культуры для непрерывно-

поточного способа сбраживания. Он осуществляется в установке,

в состав которой входят 3 головных дрожжегенератора, один

промежуточный и один концевой дрожжегенератор, соединенных

последовательно. Объемы этих аппаратов увеличиваются таким

образом, чтобы объем концевого дрожжегенератора был равен

объему головного аппарата бродильной батареи. Сусло из осаха-

ривателя доосахаривается в отдельном сборнике, нагревается в

контактной головке при температуре 75–78

С, пастеризуется в

выдерживателе 20–30 минут, охлаждается в теплообменнике и

непрерывным потоком поступает в головные дрожжегенераторы.

В дрожжегенераторы второй и третьей ступени поступает произ-

водственное сусло. Скорость притока регулируется для поддер-

жания постоянной концентрации дрожжевых клеток на уровне

80–90 млн. кл./см

. Дрожжегенераторы последовательно освобо-

ждаются и стерилизуются, что позволяет обеспечить микробио-

логическую чистоту дрожжевой культуры.

7.3 Процессы при сбраживании осахаренного сусла

Основной целью процесса брожения является максимальное

сбраживание сахаров и накопление спирта.

При сбраживании осахаренного сусла одновременно идут

два основных процесса:

- сбраживание сахаров с образованием спирта, диоксида

углерода, побочных и вторичных продуктов брожения; процесс

брожения сопровождается выделением тепла;

- доосахаривание декстринов ферментами, внесенными на

стадии осахаривания.

Процесс брожения можно разделить на несколько стадий

(рис. 7.1)

Первая стадия – возбраживание, в течение этого периода

практически нет убыли сахаров. Эта стадия соответствует лаг-

фазе размножения дрожжей, которая характеризуется тем, что

происходит адаптация дрожжей к среде, синтез необходимых

ферментов для их жизнедеятельности.

Вторая стадия – главное брожение, в процессе которого на-

блюдается максимальная скорость сбраживания сахаров, так как

сусло содержит достаточно питательных и ростовых веществ.

2 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72

Время, ч

Убыль сахаров, %

1 2 3

Рис. 7.1 – Динамика сбраживания сахаров

Третья стадия – дображивание. Скорость сбраживания са-

харов уменьшается за счет 2-х основных лимитирующих факто-

ров:

1. Недостаток сахаров и других веществ, необходимых

дрожжам, дрожжи сбраживают сахара, образующиеся при дооса-

харивании декстринов за счет гидролитической активности глю-

коамилазы.

2. Накопление спирта в значительных концентрациях, кото-

рый тормозит процесс брожения.

В зависимости от организации проведения всех этих стадий

используются 3 основных способа брожения:

- периодический;

- циклический;

- непрерывно-поточный.

7.4 Способы и режимы сбраживания осахаренного

сусла

По периодическому способу все 3 стадии сбраживания оса-

харенного сусла проводятся в одном аппарате – бродильном чане.

Бродильный чан представляет собой цилиндрический сборник с

конической или сферической крышкой и днищем, внутри распо-

ложен охлаждающий змеевик для поддержания заданной темпе-

ратуры брожения.

Сусло поступает непрерывно, одновременно с суслом зада-

ются дрожжи в количестве 8–10% от общего объема. Начальная

температура брожения – 20–22

С, в период главного брожения –

29–30

С, в период дображивания – 27–28

С. Продолжительность

брожения – 72 часа. Окончание процесса контролируют по види-

мой концентрации сухих веществ, которая не должна изменяться в

течение 2–3 часов. В зависимости от вида используемого сырья в

конце брожения она должна составлять: для ржи – 1,3%; ячменя –

1,2%; пшеницы – 0,7%; кукурузы – минус 0,2%; картофеля –

0,4%.

В процессе брожения контролируется также кислотность бро-

дящего сусла. Прирост кислотности не должен превышать 0,3

, так

как высокая кислотность среды ингибирует глюкоамилазу, это

может привести к значительному недоброду сахаров сусла из-за

высокого содержания недоосахаренного крахмала. Значительное

нарастание кислотности, как правило, является следствием инфи-

цирования бродящего сусла посторонней микрофлорой, низкой

бродильной активности дрожжей.

При недостаточном количестве бродильных аппаратов до-

пускается 48-ми часовое брожение. При этом увеличивают дози-

ровку глюкоамилазы до 15–18 ед. ГС/г крахмала, кроме того, на-

чальная температура брожения – 24–25

С.

Зрелую бражку прямо или через передаточный чан переда-

ют на ректификацию.

В процессе брожения выделяется диоксид углерода, кото-

рый, проходя через слой бражки, насыщается парами спирта. Для

улавливания спирта из газов брожения устанавливаются спирто-

ловушки, в которых абсорбция спиртовых паров производится

тонкой пленкой воды. Водно-спиртовый раствор концентрацией

до 5% из спиртоловушки смешивается со зрелой бражкой. Диок-

сид углерода направляется в углекислотный цех.

Циклический способ сочетает непрерывное возбраживание и

главное брожение с периодическим дображиванием. Брожение

проводится в бродильной батарее, состоящей из 2–3-х механизи-

рованных дрожжанок, возбраживателя и 6–10 чанов для броже-

ния в прямом и обратном направлении, при этом головным ста-

новится попеременно 1-й и последний чаны батареи. Наиболее

эффективно использовать 10 чанов.

Приготовление дрожжей проводится аналогично периоди-

ческому способу. В начале процесса в головной чан из возбражи-

вателя передают дрожжи и начинают приток осахаренного сусла.

После заполнения головного чана сусло по переточным трубам

поступает в следующие чаны батареи. Через 20–24 часа в 1-й чан

вторично спускают дрожжи из возбраживателя, а перед заполне-

нием 9-го – третий раз. После заполнения 9-го чана приток сусла

и дрожжей идет в предварительно подготовленный 10-й чан, ко-

торый становится головным, а из 9-го чана бражку направляют на

перегонку. Этот чан моется, стерилизуется и в него поступает

бродящее сусло из 10-го чана. Аналогично поочередно освобож-

даются 8 … 2 чаны, и поток сусла идет в обратном направлении.

Общая продолжительность процесса – около 60 часов. Увеличи-

вается съем спирта с 1 м

бродильных аппаратов до 2,3 дал, улуч-

шаются технологические показатели процесса брожения.

Недостатком этого способа является неодинаковая продол-

жительность пребывания бродящего сусла в разных аппаратах

батареи: наибольшая – в головных, наименьшая – в последних,

что может привести к закисанию бражки. Рекомендуется иметь

несколько параллельных батарей, аппараты в которых поочеред-

но стерилизуются.

Наиболее перспективным способом брожения является не-

прерывно-поточный, в котором все стадии брожения разделяются

по разным аппаратам. Осахаренное сусло и дрожжи непрерывно

вводятся в головной аппарат батареи, сбраживается во время

прохождения по всем аппарату, а из последнего зрелая бражка

поступает на перегонку.

Основы непрерывно-поточного брожения заложены рус-

ским ученым С.В. Лебедевым в начале 20 века, затем развиты ря-

дом отечественных исследователей, в 1955 году способ практиче-

ски реализован В.Л. Яровенко с сотрудниками.

Установка для непрерывно-поточного брожения приведена

на рис. 7.2.

Рис. 7.2 – Схема непрерывно-поточного брожения

В установку входят: маточники 1, три механизированные

дрожжанки 2, дрожжегенератор 3, возбраживатель 4 и 8–10 бро-

дильных чанов 5–11, два из которых (5 и 6) являются головными,

остальные служат для дображивания. Объем дрожжанок должен

составлять 25% от объема возбраживателя, объем возбраживате-

ля – 50% от объема головного чана. Дрожжи из возбраживателя

должны спускаться в головной чан через 36 или 48 часов.

Дрожжи и сусло подаются только в головной чан батареи,

затем бродящая среда по принципу сообщающихся сосудов пере-

текает в следующие чаны батареи, зрелая бражка из последнего

поступает на ректификацию. Скорость подачи сусла поддержива-

ется на уровне 10–12% от объема чана в час. Температура начала

брожения – 22–24

С.

Во избежание инфицирования среды и закисания бражки все

чаны батареи поочередно по графику освобождаются, моются и

стерилизуются, а приток сусла идет в следующие чаны.

Головные чаны освобождаются через 36–48 часов, чаны для до-

браживания – через 48–72 часа. Концентрация дрожжевых клеток во

всех аппаратах поддерживается на уровне 90–120 млн. кл./см

, что

поддерживается регулированием притока свежего сусла. При

этом дрожжи размножаются в стационарной фазе, так как посто-

янно получают питательные вещества.

Общая продолжительность условно определена в среднем

56 часов.

Этот способ позволяет увеличить производительность бро-

дильного отделения на 30%, увеличивается выход спирта на 0,5%

с 1 т условного крахмала.

Однако ряд особенностей перемещения сусла по аппаратам

батареи приводит к задержке части среды у стенок аппаратов, то-

гда как в другой части из-за быстрого перетока не успевают

сбраживаться все сахара.

Для устранения этого недостатка В.Л. Яровенко с сотрудни-

ками был предложен проточно-рециркуляционный способ, яв-

ляющийся разновидностью непрерывно-поточного.

По этому способу сбраживаемая среда из 2, 3 и 4 аппаратов

возвращается в 1-й аппарат батареи. Таким образом, из 1–4 аппа-

ратов создается рециркуляционный контур, в котором создается

более высокая скорость прохождения сусла. Это приводит к уве-

личению удельной скорости роста дрожжей, «размывает» застой-

ные зоны, препятствует инфицированию сусла. Объем рецирку-

лируемой среды составляет до 100%. Зрелая бражка, полученная

по этому способу, содержит меньше несброженных сахаров,

меньше нарастает кислотность, больше концентрация спирта и