Влияние химического состава зерна на спиртовое брожение

При проращивании происходит ряд изменений:

Морфологические - образование корешков, проростков (стебельков). 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 один, стебелек едва заметен.

Цитолитические - растворение эндосперма благодаря действию накопившихся гидролитических ферментов. При этом частично гидролизуются крахмал, белки, некрахмальные полисахариды. Образующиеся продукты гидролиза расходуются на образование вегетативных органов, на дыхание, синтез ферментов.

Биохимические связаны с увеличением активности ферментов и изменением химического состава зерна.

Амилолитические ферменты - α, β-амилазы и декстриназа активируются и синтезируются. Активность амилаз достигает максимума у ячменя на 10-е сут, у ржи - на 7-8 сут. Декстриназа накапливается у овса - на 10-12 сут, у проса - на 5- 6 сут.

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 β-глюкан и пентозаны, способствуют растворению эндосперма. Максимум их активности у ячменя достигает на 5-7 сутки.

Изменение химического состава зерна также связано с действием 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. Крахмальные гранулы частично повреждаются, уменьшается их размер.

Белковые вещества распадаются с образованием аминокислот и пептидов. Белок при проращивании гидролизуется в среднем на 50-55 %, ½ его расходуется на образование ростков и корешков. Аминокислоты впоследствии используются для питания дрожжей.

Некрахмальные полисахриды распадаются почти полностью. 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 - запах огурцов, просяному - запах стручков акации.

Потери крахмала и сахаров достигают 16 % от содержащихся в зерне. Снизить потери можно, подавляя дыхание зерна. Для этой цели вносят хлорид кальция, бромиды, проращивают с накоплением углекислоты. Можно для стимуляции прорастания добавлять 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, овсяного солодов 19-20 ºС, в конце - 13-14 ºС, влажность в конце проращивания 44-45 %, общая продолжительность - 10 сут. Продолжительность проращивания ржаного и пшеничного солодов 7-8 сут, однако они образуют плотный слой, поэтому рекомендуется смешивать эти злаки с 2-3-х суточным ячменным солодом и проращивать совместно еще 7-8 сут. Просо имеет маленький размер зерен, обычные солодорастильные ящики не пригодны для его проращивания, так как зерна проваливаются через отверстия сит. Используют специально оборудованные ящичные солодовни или проращивают на току. В этом случае просо складывают в разборные деревянные ящики высотой 0,7-1,0 м и проращивают 1 сут. при температуре 25 ºС, затем температуру поднимают до 33-35 ºС, ящики разбирают, зерно укладывают в кучи высотой 0,4 м, температуру снижают до 30 ºС поливом холодной водой, для аэрации зерно перелопачивают. В конце процесса проращивания температуру снижают до 25 ºС. Общая продолжительность проращивания 5-6 сут.

Готовый солод транспортируют водой или ленточными транспортерами. Перед использованием дезинфицируют формалином. Качество оценивают по АС и ДС, дозируют с учетом активности солодов. Как правило, используют смесь ячменного - 70-80 % и просяного солода - 20-30 %.

Разваривание сырья

Цель разваривания - подготовка сырья к осахариванию амилолитическими ферментами солода или микробных препаратов. Разваривание крахмалсодержащего сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением 400 - 500 кПа.

Процесс разваривания можно разделить на несколько последовательных стадий:

-приготовление замеса и его  подваривание

-нагрев замеса до температуры  разваривания

-выдержка замеса

-отделение пара

Зерно дробят на молотковых дробилках или вальцовых. 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 проходом через сито 1 мм 75-80%,что позволяет снизить температуру в процессе разваривания.

Измельченное зерно смешивают с водой при температуре не более 50С в соотношении 1:2,5…3,5 в зависимости от содержания крахмала, чтобы в последствии получить осахаренное сусло с содержанием сухих веществ 16-18%. Замес готовят в смесителях с мешалкой.

Рекомендуется для экономии тепла нагревать замес в смесителе или контактной головке вторичным паром до температуры не более 55…65 С, чтобы не допустить полной клейстеризации для сохранения его транспортабельности, кроме того, не допускается накопление сахаров за счет воздействия на крахмал собственных амилолетических ферментов зерна. Такая обработка замеса называется подвариванием.

На стадии подваривания эффективно использовать бактериальную -амилазу, которую вносят в смеситель при температуре 75…80С. В результате ее действия начинается деструкция крахмала с образованием декстринов, благодаря чему можно снизить температуру разваривания. Декстрины не подвергаются термическому разложению, поэтому такая обработка ведет к потерям сбраживаемых веществ.

Подогрев замеса до температуры разваривания проводится в контактных головках острым паром до температуры 138-170 С в зависимости от способа разваривания.

Способы разваривания в зависимости от организации процесса различают:

-периодические

-непрерывные.

Периодические способы проводятся в установках, состоящих из нескольких аппаратов, в каждом из которых протекает одна из стадий разваривания. Загрузка и выгрузка сырья периодическая. Они малопроизводительны, поэтому периодические способы на отечественных заводах заменены на непрерывные.

Непрерывные способы разваривания более эффективны, они характеризуются тем, что подготовительный замес непрерывно проходит ряд аппаратов установки при определенных режимах и выводится в готовом виде.

Охлаждение разваренной массы и её осахаривание.

Осахаривание заключается в обработке охлажденной разваренной массы солодовым молоком или ферментными препаратами для гидролиза полисахаридов, белков и других сложных веществ. Основным и наиболее важным процессом при этом является ферментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, поэтому процесс и называется осахариванием. В результате осахаривания разваренной массы получают продукт - сусло спиртового производства.

При осахаривании разваренной массы солодовым молоком: крахмал гидролизуется на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и на 25 - 30% до предельных декстринов, которые расщепляются: до Сахаров на стадии брожения. При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78% мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы всех сбраживаемых cахаров. Сусло, полученное при осахаривании ферментными препаратами микробного происхождения, содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы.

Сбраживание.

Сбраживание осахаренной массы (сусла) начинается с момента введения в нее производственных дрожжей. Под действием ферментов дрожжей идет расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты и эфиры. По мере сбраживания моно - и дисахаридов под действием амилолитических ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.

 В процессе  брожения сусла можно выделить  три периода: взбраживание, главное брожение и дображивание. В первом периоде происходит интенсивное размножение дрожжей и сбраживание Сахаров. Второй период характеризуется энергичным сбраживанием Сахаров и сопровождается бурным выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание Сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.

 Процесс брожения  проводят в закрытых бродильных  аппаратах для предотвращения  потерь спирта и выделения  диоксида углерода в производственное  помещение. Герметически закрытый  бродильный аппарат представляет  собой вертикальный цилиндр со  сферическим или коническим днищем, внутри него установлен змеевик  для охлаждения бродящего сусла.

Наиболее совершенным и эффективным является непрерывнопоточный метод, осуществляемый на установке, состоящей из двух дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно соединенных переточными трубами. Дрожжанки и взбраживатель предназначены для приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Процесс происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют суслом, пастеризуют его при 80°С в течение 30 мин, охлаждают до 30°С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные дрожжи в количестве 25 - 30% от объема. Размножение дрожжей идет до достижения содержания сухого вещества в сусле 5 - 6% - Затем 70 - 75% дрожжей переводится во взбраживатель, куда одновременно подается охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения дрожжей. Оставшаяся часть дрожжей (25%) подается во вторую дрожжанку для размножения.

 

 Когда содержание  сухого вещества достигнет 5 - 6%, массу  подают в первый головной бродильный  аппарат, в который одновременно  подается охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней, аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29 - 30, в последующих 27 - 28°С.

 Выделяющийся  при брожении диоксид углерода  вместе с парами спирта из  бродильных аппаратов поступает  в специальные ловушки, и которых  происходит растворение спирта  и отделение диоксида углерода. Водно-спиртовая жидкость из ловушки  направляется вместе с бражкой  на перегонку, а диоксид углерода - в специальный цех для получения  сухого льда или жидкого диоксида  углерода.

 Зрелая бражка  должна соответствовать установленным  нормам. Крепость бражки (содержание  этилового спирта в объемных  процентах) должна находиться в  пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна превышать 0,5-0,6 град. Такое различие в продуктах гидролиза крахмала при использовании разных осахаривающих материалов связано с тем, что в солодовом молоке содержатся α - и (β-амилаза и декстриназа, α ферментные препараты микробного происхождения содержат α-амилазу и глюкоамилазу. Все эти ферменты отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре и кислотности среды. В зависимости от происхождения α-амилазы могут расщеплять крахмал только до декстринов (α-амилазы бактериального происхождения) или образуют и декстрины, и сахара (большинство α-амилаз грибного происхождения и ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего материала.

 Наиболее прогрессивным  способом осахаривания является непрерывное осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов. К охлажденной массе добавляют осахариваюшие материалы. Оптимальная температура действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С. Непрерывное осахаривание разваренной массы производят по одно или двухпоточному способу. При однопоточном способе в осахариватель (цилиндрический аппарат с коническим днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное количество осахаривающих материалов и выдерживают в течение 10 - 15 мин. При двухпоточном способе разваренную массу разделяют на два равных потока и направляют в два осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих материалов, во второй частично осахаренное сусло охлаждают и подают на брожение в первый и второй головные аппараты бродильной батареи.

 Готовое сусло  должно содержать 16 - 18% сухого сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

По данной курсовой работе можно сделать следующие выводы, касающиеся технологии производства спирта:

Производство качественного пищевого спирта в нужных объемах нуждается в постоянном наличии сырья .

Технология производства спирта — это многоэтапный технологический процесс.

Технология производства спирта состоит из различных по характеру и происхождения операциям от механических (подготовка сырья) до тепло-массообменных (ректификация), а также использование ферментов микробиологического и биологического происхождения вместе с дрожжами.

Не смотря на давность становления технологии производства, существует множество способов усовершенствования производства и увеличения выхода и качества продукции: модернизации старого оборудования, разработка новых аппаратов, улучшение штаммов микроорганизмов и дрожжей, ведение селекционной работы по получению высококачественного сырья.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Технология спирта / Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А. — М.:«Колос», «Колос — пресс», 2002.
2. Ковалевский К.А. Технология бродильных производств Учебное пособие. – Киев: Фирма "ИНКОС", 2004. – 340 с
3. Мальцев П.М. Технология бродильных производств 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 560 с
4. Фараджева Е.Д., Федоров В.А. Общая технология бродильных производств М.: Колос, 2002. - 408 с. (Учебники и учебные пособия для студентов вузов)
5. Аношина А.Н., Егоров И.М., Егоров С.А., Кушаков И.С. и др. Технология низкотемпературного разваривания крахмалистого сырья в производстве спирта // Производство спирта и ликероводочных изделий. -2002. №4.
6. Лихтенберг Л.А. Производство спирта из зерна //Пищевая промышленность 1997. - № 3.
7. Калинина О.А., Гусева Т.И., Колдин Э.Н., Скворцов Е.А. Оптимизация переработки зерна ржи в спиртовом производстве // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2004. - № 1.
8. http://alcopedia.ru/vodka/spirit/
9. http://www.bgsha.com/ru/learning/course/course_content.php?COURSE_ID=2&LESSON_ID=105
10. http://biologymic.ru/mikrobiologiya/56-spirtovoe-brozhenie.html
11. http://biofile.ru/bio/4442.html
12. http://lib.rushkolnik.ru/text/9301/index-1.html?page=4
13. http://food-tech.ru/tech/spirtovoe-proizvodstvo/rektifikatsionnye-ustanovki.html