3. Цели применения ферментных препаратов и требования к ним в спиртовом производстве.

Целью применения ферментных препаратов в производстве спирта является получение из крахмалосодержащего сырья сахарного раствора, который сбраживается дрожжами, что приводит к накоплению этанола. Крахмал содержиться в виде зерен включенных в эндосперм, для того чтобы ферменты подошли к своим биополимерам необходимо разрушить клеточные стенки. В спиртовой производстве с этой целью используется либо воднотепловая обработка, как в классической схеме, либо механоферментативная обработка при этом температура замеса доводиться только до 98 С. В первом случае подготовка сырья проводиться при обработке замеса паром полученным на стадии разваривания. Под действием тепла происходит разрушение клеточных стенок и крахмальных зерен. Крахмал клейстеризуется, но при 60С обязательно вводятся термостабильные а-амилазы, которые гидролилизуют крахмал до декстринов, тем самым уменьшая вязкость замесов. Раньше для этого использовался солод, но в солоде кроме а-амилаз и В-амилаз содержались также протеазы, целлюлазы, гемицеллюлазы, поэтому при действии солода происходит не только разжижение, но и осахаривание и протеолиз. Образующиеся сахара вступали в реакцию меланоидинообразования с аминокислотами, что приводило к уменьшению выхода спирта, а в процессе разваривания сырья, ферменты солода инактивировались и было необходимо вводить новую партию солода. Кроме этого ферменты солода действуют очень медленно, что приводит к увеличению сроков брожения. На стадии осахаривания стали применять вместо солода фермент глюкоамилазу. При механоферментативной обработки сырья используются специальные способы измельчения с целью превращения 80 % зерна в муку, которая проходит через сита с диаметром отверстий 1 мм. В этом случае на стадии разжижения наряду с а-амилазами вводиться целлюлаза и гемицеллюлаза, особенно при использовании ржи и ячменя. Процесс осахаривания длиться от начала охлаждения сусла, а затем в течении 2-3 суток брожения. При этом выход спирта увеличивается на 1,5 %. Одновременно с глюкоамилазами действуют а-амилаза, затем гемицеллюлазы (В-глюконаза) и протеазы как экзо так и эндотипа, одни из них разрушают белки до пептидов, другие до аминокислот, которые используются дрожжами в качестве источника азота.

4. Биохимические превращения, происходящие под действием ферментов на стадиях технологического процесса.

Ферментные препараты, вносимые при подваривании крахма­листого сырья, прекращают свое действие на последующих стади­ях технологического процесса, так как при повышенной темпера­туре (136...170°С) они инактивируются, однако вызванные ими биохимические превращения оказывают влияние на все последу­ющие процессы спиртового производства, способствуя главным образом углублению гидролитических процессов.

Действие ферментных препаратов, вносимых на стадии осахаривания, продолжается также при брожении и приготовлении дрожжевого сусла, что еще больше сказывается на протекании ферментативного гидролиза и последующего сбраживания.

Исполь­зование а-амилазы на стадии разваривания целесообразно только при переработке измельченного сырья по схемам непрерывного разваривания.

Хорошая подготовленность сырья на стадии подваривания характеризуется полным набуханием его и клейстеризацией крахма­ла, что позволяет значительно смягчить режим разваривания 1 снизить потери сбраживаемых веществ

Нагрев массы при подваривании до максимальной температу­ры способствует увеличению степени использования вторичного пара и уменьшению расхода теплоты на варку, однако это приво­дит к повышению вязкости замеса, что затрудняет проведение дальнейших операций. Совершенствование режима подваривания сырья невозможно без применения средств и приемов, направлен­ных на понижение вязкости.

При переработке картофельной кашки и тонкоизмельченного зернового сырья даже кратковременный нагрев замеса до темпера­туры выше 60 С приводит к быстрой клейстеризации крахмала и резкому повышению вязкости, вследствие чего перекачивание мас­сы становится невозможным. Применение бактериальной а-ами­лазы (в дозе 0,8—1 ед. АС на 1 г крахмала) приводит к резкому снижению вязкости клейстера

В процессе нагревания водно-мучных замесов может происхо­дить накопление сахаров за счет гидролиза крахмала ферментам» самого зерна (самоосахаривание). Этот процесс при различных температурах идет по-разному. При 5 5... 65 ° С преобладает осахаривание, при более высоких температурах (75...95°С) интенсив­нее идет накопление декстринов.

Применение термостойкой бактериальной а-амилазы позволяет проводить процесс разжижения при относительно высоких температурах (85...95 °С), что не только способствует полному использованию вторичного пара на предварительный подогрев, но и направ­ляет процесс в сторону большего накопления высокомолекулярных декстринов и меньшего — сбраживаемых Сахаров. На интенсивность накопления сахаров при подваривании оказывает влияние не только природа применяемой а-амилазы, но и режим нагрева, а также степень измельчения самого сырья (поверхность контактах., При быстром нагреве, как с применением бактериальной а-амилазы, так и без нее, образуется меньше спирторастворимых углеводов.

Сочетание разжижения а-амилазой и медленного нагрева приводит к наиболее интенсивному накоплению сахаров, видимо, в результате совместного действия ферментов самого сырья и бакте­риальной амилазы.

Общая закономерность накопления спирторастворимых углево­дов наблюдается как при крупном, так и при мелком помоле зерна

Эффективность применения бактериальной а-амилазы скла­дывается из снижения расхода острого пара на разваривание в результате повышения температуры предварительного нагрева за­меса за счет теплоты вторичного пара с 65 до 95 °С и снижения температуры разваривания со 140 до 133 С.

В результате снижения потерь при разваривании по смягченно­му режиму выход спирта увеличивается не менее чем на 0,4 дал из 1 т условного крахмала.

На стадии осахаривания и брожения роль ферментных препаратов слож­нее и процесс протекает более продолжительное время. Так как по условиям технологического режима воздействие ферментов на сырье должно распространяться на стадии осахаривания, брожения и дрожжегенерации, то и диапазон их действия должен учитывать темпе­ратурные условия этих процессов и возможные колебания рН.

Основная отличительная особенность осахаривания крахмалис­тых заторов ферментами микробного происхождения по сравнению с зерновым солодом — более глубокое осахаривание конечных декстринов, что объясняется наличием в применяемых препаратах фермента глюкоамилазы.

При использовании в качестве осахаривающих материалов пре­паратов глюкоамилазы происходит небольшое накопление мальтозы и значительное — глюкозы.

При осахаривании солодом накапливается 71 % мальтозы и 24 -28 % глюкозы а при осахаривании микробными ферментны­ми препаратами - 14-20 % мальтозы и 80-85 % глюкозы.

При дображивании скорость гидролиза конечных декстринов до сбраживаемых Сахаров опережает скорость гидролиза их фер­ментами зернового солода, в результате чего дображивание сусла происходит быстрее, независимо от накопления Сахаров на первой стадии гидролиза.