МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»
(УГУЭС)
Кафедра: «Специальная химическая
технология» факультета
общественного питания
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Биохимия»
на тему «Влияние химического
состава зерна на спиртовое брожение»
Выполнил:
ст. гр. БВД-31
Александров И. А.
Проверил:
к. х. н., доцент
Гареев В. Ф.
Оценка:
УФА-2014
Содержание
Введение............................................................................................................2
Строение зерна.................................................................................................3
Химический состав зерна.................................................................................5
Безазотистые экстрактивные
вещества в зерне................................................5
Азотистые вещества.........................................................................................11
Белки ...............................................................................................................12
Липиды............................................................................................................12
Жиры, фосфатиды, фитин, стерины...............................................................12
Производство солода для спиртового
производства...................................22
Разваривание сырья........................................................................................23
Охлаждение разваренной массы и её осахаривание......................................24
Сбраживание..........................................................................................................25
Заключение.............................................................................................................27
Список использованной литературы...................................................................28
Введение
В данной курсовой работе я
рассмотрел влияние химического состава
зерна на процессы спиртового брожения.
Этиловый спирт - основной
продукт, находящий широкое применение
в пищевой, микробиологической, медицинской
и других отраслях промышленности
В пищевой промышленности спирт
используют при изготовлении ликерно-водочных
изделий, плодово-ягодных вин, пищевых
ароматизаторов и т.д.
Отечественная спиртовая промышленность
до 1917 г. была представлена мелкими заводами
мощностью около 22 тыс. дал спирта в год.
Советский период характеризуется появлением
крупных предприятий с мощностью 6000 - 12000
дал в сутки. В 1980 г. в СССР действовало
около 400 крупных заводов, а производство
спирта составило 200 млн. дал. Далее производство
спирта неуклонно снижалось, особенно
в периоды перестройки и экономических
кризисов. Также снижение производство
обуславливалось ужесточением отраслевого
законодательства, увеличением стоимости
лицензий, установлением минимальных
порогов по уставному капиталу для производителей
спирта, введением требования о полной
переработке отходов спиртового производства.
Но главной причиной снижения является
большой теневой оборот спирта, делающий
легальное производство менее рентабельным.
На данный момент в России действуют
126 предприятия, а суммарное производство
пищевого спирта составляет около 42 млн.
дал в год.
Технология производства спирта
относится к биотехнологии, так как производство
связано с использованием катализаторов
(ферментов), имеющих биологическое происхождение.
При должном подходе производство спирта
является безопасным и безотходным: в
производстве кроме спирта получают диоксид
углерода, барду, эфироальдегидную фракцию,
сивушные масла.
Строение зерна
Внутреннее строение зерна
довольно сложно. Основное содержимое
зерна состоит из мучнистого тела, или
семенного белка (эндосперма), клетки которого
наполнены крахмальными зернами и клейковиной
(в меньшем количестве, особенно во внутренних
частях), и зародыша (етbryo), расположенного
у основания корня. Зародыш и эндосперм
покрыты семенной оболочкой (perispermium), состоящей
из двух слоев: пигментного (чаще всего
желто-оранжевого цвета), непосредственно
прилегающего к эндосперму, и внешнего.
За этими двумя слоями семенной оболочки
расположена плодовая оболочка (pericarpium),
образующаяся из стенок завязи и состоящая
из трех слоев: внутриплодника (endocarpis),
надплодника (epicarpis) и наружного (epidermis).
Зерна с пленчатыми плодами, например
овса, ячменя, проса, покрыты еще цветочными
пленками (ра1еае), которые образуют так
называемую мякинную оболочку. Примыкающий
к семенной оболочке слой эндосперма,
не содержащий крахмала и состоящий из
толстостенных клеток, наполненных мелкозернистой
массой азотистых веществ, называется
клейковинным. Клейковина находится также
в клетках всего эндосперма зерна и для
отличия этот слой называют алейроновым,
вследствие содержания в клетках этого
слоя алейроновых зерен, состоящих из
белка, жира и минеральных веществ. Алейроновый
слой легко поглощает воду из окружающей
среды и служит передатчиком ее зародышу,
которому вода нужна для прорастания.
Соотношение между главными частями зерна
— эндоспермом и оболочками — у различных
хлебов различно. Так, например, у овса
масса эндосперма зерна в среднем составляет
47—61% веса зерна, а масса оболочки — 25—49%;
у ячменя оболочки составляют 7—15%; у пшеницы
эндосперм составляет в среднем около
86% веса зерна, а оболочки — 11 — 12,5%.
Зародыш залегает у основания
зерна, на его выпуклой стороне. Он состоит
из щитка, который отделяет его от эндосперма,
и служит передатчиком резервных веществ
эндосперма внутрь зародыша — почки, покрытой
зачаточными листьями (plumula) первичного
стебля и корешков (radicula). По отношению
к весу зерна зародыш составляет у пшеницы,
ржи и ячменя 1,5—3%, у овса 3—4% и у кукурузы
10—14%.
Крахмальные зерна ржи, пшеницы
и ячменя наиболее сходны между собою.
Они имеют преимущественно простые концентрические
слои, сплошные или с внутренней полостью,
от которой в разные стороны расходятся
звездообразные трещины. Крахмальные зерна
ржи самые крупные, ячменя средние и овса
— самые мелкие по величине. Строение
и форма крахмальных зерен хлебных злаков
различны (рис. 1).
Рис. 1. Форма зерен крахмала:
а — ячменный крахмал; б — ржаной крахмал;
в — овсяный крахмал; г — пшеничный крахмал;
д — просяной крахмал.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА
В табл. 1 приводятся данные
о составе зерна различных культур, которые
следует рассматривать как средние, подверженные
значительным отклонениям.
Таблица 1
Химический состав зерна в %
Компоненты зерна |
Пшеница |
Рожь |
Овес |
Кукуруза |
Просо |
Ячмень |
озимая |
яровая |
Вода |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
Белок |
11,0 |
13,2 |
9,0 |
10,3 |
9,9 |
10,6 |
9,5 |
Безазотистые экстрактивные
вещества |
68,5 |
66,1 |
70,7 |
56,4 |
67,2 |
58,6 |
67,0 |
Жир |
1,9 |
2,0 |
1,7 |
4,8 |
4,4 |
3,9 |
2,1 |
Клетчатка |
1,9 |
1,8 |
1,9 |
10,3 |
2,2 |
8,2 |
4,0 |
Зола |
1,7 |
1,9 |
1,7 |
3,6 |
1,3 |
3,8 |
2,5 |
Безазотистые экстрактивные
вещества в зерне
В зернах злаков наиболее велико
содержание безазотистых экстрактивных
веществ. Оно колеблется для разных злаков
от 56 до 70% от веса зерна. Основную массу
безазотистых веществ в зерне, как и в
картофеле, составляют крахмал, сахар,
декстрины. Содержанием этих веществ и
определяется ценность зерна для спиртового
производства. Под понятием «крахмалйстость»
зерна объединяют процентное содержание
в нем крахмала, сахаров и декстринов.
К группе безазотистых экстрактивных
веществ наряду с углеводами, переходящими
в процессе осахаривания разваренного
зерна в осахаренную массу, относятся
и другие несбраживаемые вещества: пентозы,
пентозаны, камеди, пектиновые вещества,
кислоты и красящие вещества.
Переработанные за последние
годы на спиртовых заводах виды зерна
имели следующую крахмалистость (табл.
2).
Таблица 2
Культура
|
Максимум
|
Минимум
|
Среднее
|
Ячмень |
47,2 |
44,3 |
46,0 |
Овес |
39,9 |
32,9 |
36,9 |
Рожь |
50,5 |
45,3 |
47,9 |
Кукуруза |
57,6 |
45,5 |
51,3 |
Просо |
48,0 |
43,8 |
45,9 |
Рис. 2. Продольный разрез кукурузного
зерна:
1 — щиток; 2 — листок; 3 — корешок; 4 — эндосперм;
5 — алейроновый слой.
Крахмал распределен в зерне
неравномерно и сконцентрирован в эндосперме
(рис. 2). В табл. 3 приведены данные о распределении
отдельных составных частей в эндосперме,
зародыше и оболочке пшеничного зерна.
Примерно такое же соотношение имеется
и у других зерновых культур.
Из данных табл. 3 видно, что
весь содержащийся в зерне крахмал сосредоточен
в эндосперме, а 90% всей клетчатки — в оболочках
и алейроновом слое. Жир в зерне пшеницы
в основном заключен в клетках алейронового
слоя, а в зернах кукурузы главным образом
в ростке (зародыше).
Таблица 3
Распределение веществ в зерне
Вещества |
Зерно |
Эндосперм |
Алейроновый слой |
Оболочка |
Зародыш |
Крахмал |
100 |
100 |
0 |
0 |
0 |
Белок |
100 |
65 |
~20 |
~5 |
<10 |
Жир |
100 |
25 |
55 |
0 |
20 |
Клетчатка |
100 |
<5 |
15 |
75 |
~5 |
Сахар |
100 |
80 |
~18,5 |
0 |
-1,5 |
Содержание сахаров в зернах
злаков в зависимости от условий колеблется
в довольно широких пределах.
Больше всего сахара содержится
в зернах ячменя и пшеницы, причем в пшенице
преобладает сахароза.
В пшеничном зерне, помимо сахарозы,
содержатся глюкоза, фруктоза (0,11—0,37%
в пересчете на сухое вещество) и мальтоза
(0,64—2,63%).
Зародыши злаков содержат заметное
количество раффинозы. Так, в пшеничных
зародышах найдено от 4 до 6,9% раффинозы,
в зернах ржи — 2,6%, ячменя — 4,9% и овса —
0,7%.
Крахмал, являющийся важнейшим
запасным углеводом растений, содержится
в клетках эндосперма и редко — в зародыше.
В клетках эндосперма крахмал
отлагается в виде зерен.
По величине крахмальные зерна
злаков располагаются следующим образом:
Овес < Рис < Кукуруза < Ячмень < Пшеница
< Рожь.
Величина крахмальных зерен
пшеницы колеблется от 11 до 50, ржи от 14
до 50 и ячменя от 10 до 35 мк. Однородные
образования — простые зерна — характерны
для крахмала картофеля, пшеницы и ржи,
а сложные зерна — соединения более мелких
частиц— для крахмала овса. Крахмальные
зерна ржи могут быть и простыми и сложными.
Удельный вес крахмала около 1,5.
Помимо крахмала, в зернах хлебных
злаков присутствуют другие полисахариды.
В зернах ржи, пшеницы и ячменя содержатся
полисахариды, легко растворимые в воде.
Эти слизистые вещества (слизи и гумми)
в наибольшем количестве содержатся во
ржи (до 2,8% на сухое вещество). При кислотном
гидролизе они образуют пентозы (ксилозу,
арабинозу), галактозу и, повидимому, состоят
из гемицеллюлоз, пентозанов и гексозанов,
которые в дальнейшем могут образовывать
фурфурол (напомню, что в питьевом этиловом
спирте фурфурола быть не должно).
Фурфурол образуется при нагревании
пентозансодержащих сырьевых растительных
материалов в кислой среде по следующей
схеме.
Теоретический выход фурфурола
из пентозанов составляет 72,7, из пентоз
– 64 и из уроновых кислот - 49,5%. Кроме фурфурола
могут получаться также метоанол, уксусная
и муравьиная кислоты, которые также воздуха
не азонируют.
Наличием слизей в зернах ржи
объясняется повышенная вязкость ржаной
разваренной массы.
Таким образом, наибольшую опасность
для производства пищевого спирта представляет
реакция кислотного гидролиза пентозанов,
содержащихся в зерне, до пентоз и далее
до фурфурола.
Содержание пентозанов (в %)
в зерне различных культур видно из следующих
данных.
· Ячмень ........ 10,5
· Овес. ...... . 14,4
· Кукуруза белая ..... 5,9
· Кукуруза желтая ...... 6,2
· Пшеница.... 4,8—7,5
· Рожь ....... 10,2
Кроме пентозанов, в состав
зерна входит незначительное количество
метилпентозанов, образующих при гидролизе
метилпентозы. В овсяном зерне находится
1% метилпентозанов, а во ржи 0,75%. В незначительных
количествах в зерне содержатся пектиновые
вещества, отщепляющие при гидролизе кальций,
магний, арабан и образующие пектиновую
кислоту, которая при дальнейшем гидролизе
распадается на галактуроновую кислоту
и, кроме того, дает метиловый спирт, уксусную
кислоту, арабинозу, галактозу и в некоторых
случаях — ксилозу.