7. Сбраживание зерно-картофельного сусла

Цель данной стадии - сбраживание сахаров сусла дрожжами и образование спирта. Кроме того, при брожении сусла одновременно происходит доосахаривание декстринов.

В процессе брожения можно выделить три периода (рис. 4): возбраживание, главное брожение и дображивание.

Рис. 4. Динамика сбраживания сахаров:

1 - возбраживание; 2 - главное брожение; 3 - дображивание

В период возбраживания процесс размножения дрожжей, который не закончился в дрожжанках, продолжается в бродильном аппарате. Одновременно на этой стадии идет сбраживание сахаров.

На стадии главного брожения сбраживается основное количество сахара в спирт и СО₂.

При дображивании происходит гидролиз декстринов до мальтозы и ее сбраживание.

Бродящее сусло называется бражкой.

Брожение проводят в закрытых бродильных аппаратах - вертикальных цилиндрических емкостях со сферическим или коническим днищем и крышкой. Внутри имеется змеевик для охлаждения бродящей среды.

Брожение проводят периодическим, циклическим и непрерывно-поточ-ным способами.

Непрерывно-поточный способ заключается в том, что каждая из трех вышеуказанных стадий (рис. 4) проводится в одном или нескольких бродильных аппаратах, последовательно соединенных переточными трубами в батарею. Сбраживаемая среда непрерывно перемещается из одного аппарата в другой, из последнего аппарата зрелая бражка непрерывно отводится на перегонку. Концентрация дрожжей в течение всего процесса поддерживается постоянной и регулируется скоростью притока свежего сусла в батарею.

Установка состоит из 2-х дрожжанок, возбраживателя и 8-10 бродильных аппаратов. Дрожжанки служат для размножения производственных дрожжей полунепрерывным способом. В возбраживателе происходит первая стадия - возбраживание - накопление необходимой биомассы дрожжей (до 100-120 млн. клеток в см³), после чего содержимое возбраживателя перекачивают в головной бродильный аппарат. Когда первый аппарат заполнится суслом, начинается переток сбраживаемой среды во второй, в третий и последующие аппараты.

Температура в первом бродильном аппарате 26 ºС; во втором - 27 ºС; в третьем - 29-30 ºС; в остальных 27-28 ºС.

В первых 3-4-х аппаратах идет главное брожение, выделяется много тепла, поэтому аппараты снабжены змеевиками или рубашками охлаждения. В остальных аппаратах батареи идет дображивание, змеевики отсутствуют, так как тепла выделяется мало.

Для обеспечения непрерывности процесса и предупреждения развития посторонних микроорганизмов проводят профилактическую стерилизацию бродильных аппаратов поочередно, но в разные сроки для головных аппаратов и остальных. Головные бродильные аппараты моют и дезинфицируют через 48-60 час после начала притока сусла, остальные - через 60-72 час.

Циклический способ - это разновидность полунепрерывного способа, где возбраживание и главное брожение протекают непрерывно, а дображивание - периодически.

Установка включает 2-3 дрожжанки, 1 возбраживатель, 6-7 бродильных аппаратов, соединенных переточными трубами в батарею.

Дрожжи готовят периодическим способом. Бродящим суслом с дрожжами непрерывно заполняют за 25-30 час с 1-го по 6-й аппараты, затем приток сусла прекращают и переводят на другую параллельную батарею. В первой батарее проводят дображивание при температуре не выше 30 ºС в течение 32-38 час.

Пока заполняется вторая батарея, в первой заканчивается дображивание. Ее освобождают от бражки, начиная с концевого аппарата (шестого), последовательно по направлению к головному (первому). Новый цикл брожения начинается с 7-го аппарата, который становится головным, переходя к 6-му, 5-му, 4-му, 3-му и 2-му аппаратам после их освобождения и стерилизации.

Таким образом, в первом цикле брожения сбраживаемый поток движется в одном направлении (от 1-го к 6-му аппарату), во втором цикле - в обратном (от 7-го ко 2-му аппарату). При смене цикла крайние бродильные аппараты (1-й и 7-й) становятся головными. Стерилизация батареи осуществляется в противоположном направлении: в первый раз от концевого аппарата к головному, во второй раз - наоборот.

Недостатком данного способа сбраживания является неодинаковая продолжительность пребывания бражки в отдельных аппаратах: наибольшая - в головных, наименьшая - в концевых, средняя - в остальных аппаратах. Это ведет к инфицированию и закисанию бражки, а следовательно, к потерям сахаров и снижению выхода спирта.

Периодический способ. Все стадии от начала до конца идут в одном аппарате. Бродильный аппарат заполняют осахаренным охлажденным суслом, вносят дрожжи в количестве 6-8 % от объема сусла. Продолжительность брожения может быть 72 час (в этом случае начальная температура брожения 18-20 ºС), либо 48 час (температура «складки» 24-25 ºС).

Температура в период главного брожения - 29-30 ºС; в период дображивания - 27-28 ºС. Температуру регулируют подачей воды в змеевик.

По окончании брожения получают полупродукт, который называется зрелая бражка. Ее направляют на перегонку. Бродильный аппарат моют горячей водой, дезинфицируют, пропаривают и снова используют для брожения.

Сравнительная характеристика разных способов сбраживания зерно-кар-тофельного сусла приведена в таблице 3.

Таблица 3

Сравнительная характеристика способов брожения зерно-картофельного сусла

Способ сбраживания	Длительность брожения, час	Выход спирта, дал/т крахмала	Показатели зрелой бражки
			несброженные сахара, г/100 см3	рН	крепость, % об.
Непрерывно-поточный	56	65,4	0,23	4,5	8,4
Циклический	60	64,9	0,35	4,3	8,2
Периодический	72	64,7	0,45	4,5	8,0

Зрелая бражка должна иметь следующие показатели качества:

Крепость - содержание спирта, не менее 8,0-9,5 % об.

Видимая концентрация сухих веществ (отброд) - содержание растворимых сухих веществ в фильтрате бражки. Определяется сахаромером. Для каждого вида сырья отброд различен: просо - 0; пшеница - 0,9; ячмень - 1,2; картофель 0,4; овес - 1,1; рожь - 1,3. Повышение отброда говорит о том, что часть сахаров не сброжено, что приводит к снижению выхода спирта.

Содержание несброженных сахаров. По этому показателю оценивают работу завода. Если содержание растворимых углеводов (в г/100 см³) в бражке:

до 0,25 - отлично;

от 0,25 до 0,35 - хорошо;

от 0,35 до 0,45 - удовлетворительно;

более 0,45 - неудовлетворительно.

Кислотность зрелой бражки составляет 0,4-0,5º. Нарастание кислотности при брожении не должно превышать 0,15-0,2º, иначе это говорит о развитии посторонних микроорганизмов.

рН = 4,3-4,5.