МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ТЕХНОЛОГІЯ СПИРТУ

Під редакцією д-ра техн. наук, проф., члена-кор. АТНУ В.О.Маринченка

Допущено Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів вищих навчальних закладів

Київ НУХТ 2003

ЗМІСТ

Вступ 9

Розділ 1. Сировина, вода і допоміжні матеріали (Швець В.М.) 1 5

ОсновіІі види сировини 15

Зернові культури 15

Меляса 19

Нетрадиційні види сировини 25

Топінамбур 26

Цикорій 27

Молочна сироватка ' 27

Допоміжні матеріали 29

Антисептики та миючі засоби З І

Правила безпечної роботи з допоміжними .матеріалами 32

Розділ 2. Приймання і зберігання сировини та допоміжних матеріалів

(Швець В.М.) 33

Приймання зерна 33

Приймання меляси 35

Зберігання сировини 36

Біохімічні основи зберігання рослинної сировини 36

Біофізичні процеси, які відбуваються

при зберіганні сировини 39

Зберігання зерна 41

Зберігання меляси 42

Розділ 3. Підготовка сировини і допоміжних матеріалів до переробки

(Швець В.М.) 44

Підготовка зерна 44

Підготовка меляси 45

Розділ 4. Одержання солоду та мікробних ферментних препаратів

(Маринчепко В.О.) 55

Оцукруючі матеріали 55

Характеристика ферментів 56

Загальні поняття про ферменти 56

Механізм дії ферментів 58

Кінетика ферментативних реакцій _; 59

Класифікація і номенклатура ферментів 66

Активність ферментів 73

Виробництво солоду 73

Замочування зерна 75

Пророщування зерна 78

Приготування солодового молока 86

Технологія солоду з механічною активацією ферментів 87

Виробництво мікробних ферментних препаратів 89

Продуценти ферментів 90

Способи культивування мікроорганІзмів-продуцентів ферментів 91

Глибинний спосіб культивування мікроорганізмів-продуцентів ферментів 91

Розділ 5. Приготування сусла з крохмалевміспої сировини

(Маринчеико В.О.) 98

Структурно-механічні і хімічні зміни сировини 98

Машини і апарати для одержання високодисперсних помелів і

суспензій зерна 101

Одержання високодисперсних помелів зерна 102

Гранулометричний і хімічний склад високодисперсних помелів зерна .. 104

Приготування замісу 105

Безперервне розварювання замісів 106

Ємкісна (Мічурінська) апаратурно-технологічна схема 106

Трубчаста (Мироцька) апаратурно-технологіна схема 107

Оцукрювання розвареної маси 109

Оцукрювання з механ о активацією ферментів сусла НІ

Розділ 6. Спиртові дріжджі (Маринченко В.О.) 116

Загальна характеристика дріжджів 116

Умови життєдіяльності дріжджів 119

Температура і рН 119

Склад живильного середовища 120

Інші фактори 124

Біохімія бродіння та дихання 127

Анаеробний розпад вуглеводів 127

Аеробний розпад вуглеводів 129

Витрати цукру на біосинтетичні процеси І одержання

продуктів бродіння 131

Мікроорганізми - супутники дріжджів 133

Характеристика сторонніх мікроорганізмів 133

Мікрофлора води та повітря 135

Природно чиста культура дріжджів 136

Розділ 7. Теоретичні основи безперервного культивування дріжджів

та спиртового бродіння (Швець В.М.) 137

Накопичення біомаси дріжджів 137

Накопичення цільового продукту 141

Розділ 8. Культивування виробничих дріжджів (Маринченко В.О.) І43

Культивування дріжджів у виробництві спирту із

крохмалевмісної сировини 143

Періодичне культивування 146

Технологія виробничих дріжджів з використанням

електрохімічної обробки поживних середовищ 148

Культивування дріжджів у виробництві спирту із меляси 150

Розмноження чистої культури дріжджів 150

Розмноження виробничих дріжджів 154

Розділ 9. Зброджування сусла (Маринченко В.О., Швець В.М.) 159

Зброджування сусла з крохмалевмісної сировини 159

Періодичний спосіб 159

Безперервно-проточний спосіб 160

Проточно-рециркуляціЙний спосіб 165

Циклічний спосіб 166

Продуктивність бродильної батареї 167

Технологічні показники бродіння 169

Уловлювання спирту з газів бродіння 171

Зброджування мелясного сусла 172

Фактори, що впливають на утворення і накопичення продуктів

бродіння 172

Однопотокові способи зброджування 176

ДвопотоковІ способи зброджування 179

Зброджування двома расами дріжджів 186

Особливості зброджування при одержанні хлібопекарських

дріжджів 189

Порівняльна характеристика способів зброджування 190

Хіміко-технологічні показники бродіння 192

Санітарний режим у дріжджовому і бродильному відділеннях 194

Розділ 10. Виділення спирту із бражки та його очищення (Циганков П.С.)..- 196

Склад зрілої бражки, види спирту 196

Теоретичні основи процесів перегонки І ректифікації 201

Контактні пристрої ректифікаційних колон 207

Основні параметри роботи ректифікаційних колон 210

Одержання спирту-сирцю 218

Одержання ректифікованого спирту 223

Леткі домішки спирту, їх класифікація 223

Принципові схеми й основні типи брагоректифікаційних

установок 226

Триколонна брагоректифікаційна установка непрямої дії 231

Брагоректифікаційна установка побічно-прямотечіиної дії 234

Брагоректифікаційні установки, що працюють під розрідженням 235

Ьрагоректифікаційні установки з додатковими колонами 236

Робота брагоректифіканійпих установок 239

Виділення сивушного масла 261

Одержання технічного спирту 266

Одержання абсолютного спирту 268

Побічні продукти ректифікації та їх утилізація 271

Вихід ректифікованого спирту і втрати спирту на

ректифікаційних установках 273

Продуктивність брагоректифікаційних установок 274

Умови безпечної експлуатації ректифікаційних установок 275

Розділ 11. Вихід спирту, його облік та зберігання (Швець В.М.) 277

Вихід спирту 277

Облік і зберігання спирту .• 282

Розділ 12. Використання побічних продуктів та відходів виробництва

(Маринченко В.О., Швець В.М.) 284

Технологія хлібопекарських дріжджів 284

Виділення дріжджів із зрілої бражки та їх промивка 284

Пресування, формування, пакування та зберігання дріжджів 287

Сушка дріжджів 289

Вихід та хлібопекарські властивості дріжджів 291

Виробництво кормів і кормового вітамінного концентрату 292

Виробництво сухих кормових дріжджів 293

Характеристика культур дріжджів, які вирощують на барді 296

Приготування поживного середовища 296

Розмноження дріжджів чистої культури 299

Вирощування товарних дріжджів 300

Виділення і промивка дріжджів 303

Тсрмоліз дріжджів 304

Сушіння дріжджів 305

Пакування, транспортування і тимчасове зберігання

сухих кормових дріжджів 306

Вимоги до якості сухих кормових дріжджів 307

Упарювання мелясної барди 308

Технологія кормового концентрату вітаміну В_]2 310

Виробництво рідкого і твердого діоксиду вуглецю 312

Розділ 13. Очистка стічних вод спиртових заводів (Швець В.М.) 318

Характеристика стічних вод 318

Вимоги до складу І якості води для постачання підприємств

харчової промисловості і скиду у водні об'єкти 323

Способи очистки стічних вод 322

Механічні способи 322

Хімічні способи 323

Фізико - хімічні способи 324

Біологічні способи 324

Очистка стічних вод заводів, які переробляють зерно-картопляну

сировину 326

Очистка стічних вод заводів, які переробляють мелясу 329

Особливості біологічної очистки лютерної води 33 1

Розділ 14. Технологій спирту етилового технічного (СЕТ)

(Шиян П.Л., Жолнер І.Д.) 332

Використання спирту етилового технічного як органічної

сировини 332

Застосування спирту етилового як моторного палива 335

Виробництво спирту етилового технічного з пехарчової сировини ... 339 Виробництво спирту етилового технічного з вуглеводовмісної

сировини 345

БрагоректифікацІйні установки для виробництва СЕТ з

вуглеводовмісної сировини 349

Дегідратація етилового спирту 356

Денатурація спирту етилового технічного 365

Перспективні напрями використання спирту етилового

технічного в Україні 367

Розділ 15. Енерго- і ресурсозберігаючі технології в спиртовому виробництві

(ШиянП.Л.) 369

Маловідходні та безвідходні технології 369

Основні напрями створення мало- та безвідходних технологій 370

Вторинні енергетичні ресурси та їх раціональне використання 375

Ресурсе- і енергозберігаюча технологія спиртових бражок 376

Вплив технологічних параметрів па ефективність дії

концентрованих ферментних препаратів 377

Особливості використання концентрованих ферментних препаратів у залежності від технологічної схеми

водно-теплової обробки сировини 378

Особливості приготування виробничих дріжджів та

спиртової бражки 388

Закордонний досвід комплексної переробки зернової

сировини в етиловий спирт 389

Ресурсе- і енергозберігаюча технологія перегонки та

ректифікації спирту : 399

Переробка спиртовмісних вторинних продуктів ректифікації

в системі БРУ мелясних заводів 400

Вилучення етилового спирту з головної фракції, збагаченої

метиловим спиртом 409

Централізована переробка головної фракції етилового спирту 412

Утилізація концентрату головної фракції 417

Енергозбереження в процесі перегонки та ректифікації спирту 420

БрагоректифікацІйні установки зі ступеневим використанням

теплової енергії 420

Підвищення теплового потенціалу вторинних енергоресурсів 433

Енергетична характеристика брагоректифікацІйних установок 447

Розділ 16. Актуальні проблеми в спиртовій промисловості

(Домарецький В.А.) 452

Економічні і технологічні аспекти розвитку спиртової

промисловості 452

Загальна характеристика стану та основні завдання по розвитку

галузі 452

Актуальні проблеми енергозбереження спиртової

промисловості 458

Актуальні проблеми водопостачання та очистки стічних вод

у спиртовій промисловості 460

Актуальні проблеми розділення сумішей за допомогою

молекулярних фільтрів у спиртовій промисловості 473

Фільтруючі елементи І устаткування 476

Застосування в спиртовій промисловості мембранної технології 478

Концентрування ферментних препаратів 482

Мембранна технологія води в спиртовому виробництві 483

Мембранна технологія мелясних розчинів 483

Мембранна технологія при фільтруванні барди 483

Мембранна технологія спирту. 484

Розділ 17. Правила охорони праці на спиртових заводах

(Домарецький В.А.) 487

Надання першої долікарської допомоги при нещасних випадках 487

Загальні вимоги до охорони праці в приміщеннях спиртзаводу 488

Охорона праці при прийманні, збереженні І підготовці

сировини до її переробки 489

Основні вимоги до техніки безпеки при водно-тепловій

обробці сировини 490

Охорона праці при приготуванні поживних розчинів 491

Типова інструкція для апаратника процесу бродіння 491

Охорона праці оператора вирощування чистої

культури дріжджів 492

Основні вимоги до роботи апаратника ректифікації спирту, а також приймальника-здавача та зливальника-розливальника спирту 493

Література 494

Присвя чует ь ся

75-річчю Національного університету харчових технологій,

який готує висококваліфіковних фахівців

для спиртової і лікеро-горілчаної промисловості.

вступ

Технологія спирту - це наука про способи та процеси переробки різних видів сировини у етиловий спирт. У цьому підручнику викладена технологія виробницт­ва етилового спирту із крохмалевмісної сировини - зерна, картоплі і цукровмісної сировини - бурякової меляси.*

При сучасній номенклатурі наук технологія спирту належить до біотехнології. Основні процеси одержання спирту - перетворення крохмалю в цукор і цукру в етиловий спирт під дією біологічних каталізаторів (ферментів). Оскільки фермен­ти для гідролізу крохмалю до цукрів синтезуються пліснявими грибами і бактерія­ми, а перетворення цукрів у спирт - дріжджами, технологія спирту нерозривно зв'язана з технічною мікробіологією.

Технологія спирту включає у себе такі процеси: підготовку сировини до роз­варювання, розварювання зерна і картоплі з водою для руйнування клітинної стру­ктури і розчинення крохмалю; охолодження розвареної маси і оцукрення крохмалю ферментами солоду або мікроорганізмів; зброджування цукрів дріжджами у спирт; виділення спирту із бражки і його ректифікацію, а також приготування солоду шля­хом пророщування зерна або культивування пліснявих грибів і бактерій для одер­жання амілолітичних і протеолітичних ферментних препаратів, виведення та роз­множення засівних дріжджів. При одержанні спирту із меляси переробляється цук­роза, яка міститься у ній, тому процеси розварювання та оцукрення виключаються.

У виробництві, крім основних продуктів, - спирту і діоксиду вуглецю - одер­жують побічні - головну фракцію етилового спирту (ГФ), сивушне масло. Діоксид вуглецю, який утворюється при спиртовому бродінні, вловлюють, очищують від домішок І перетворюють в рідкий або твердий продукт ("сухий лід")- Із мелясної бражки у двопродуктовій схемі, крім спирту і діоксиду вуглецю, одержують хлібо­пекарські дріжджі. Сивушне масло (суміш в основному ізоамілового, ізобутилово-го і н-пропілового спиртів) і ГФ, які виділяються у процесі ректифікації етилового спирту, випускають у вигляді технічних продуктів. ГФ у суміші з бензином цілком може бути використана як добавка до палива для автомобілів.

Барда - залишок після відгонки спирту із бражки. Зерно-картопляна барда мі­стить усі складові компоненти вихідної сировини, за вийнятком крохмалю, і дріж­джі. Невелика кількість азотистих речовин солоду і сировини витрачається на жив-

* Виробництво етанолу гідратацією етилену при комплексній переробці деревини методом кислот­ного гідролізу й утилізації сульфітних лугів розглядається в інших підручниках.

лення дріжджів, якими синтезуються повноцінні білки, вітаміни і інші біологічно важ­ливі речовини. Тому нативна зерно-картопляна барда - чудовий корм для тварин. У цілях збереження складу при короткочасному літньому зберіганні на деяких заводах рідку барду використовують для вирощування кормових дріжджів, концентрують і су­шать.

Мелясна барда, на жаль, по сьогодні вважається відходом, що забруднює приро­ду, її скидають на поля фільтрації, під які використовують родючі землі, крім цього, забруднюється повітряний басейн. На деяких заводах на барді вирощують кормові дрі­жджі, але натомість одержують у такому ж об'ємі вторинну (післядріжджову) барду або виробляють кормовий концентрат вітаміну В₁₂ (культивуванням метанових бакте­рій). Хоч у мелясній барді міститься багато гліцерину, глутамінової кислоти, бетаїну, калійних солей та ін., але вилучають їх у дуже незначних кількостях.

Етиловий спирт знаходить широке застосування. Харчова промисловість - його головний споживач: спирт використовують при виготовленні лікеро-горілчаних та плодово-ягідних напоїв, для кріплення виноматеріалів і купажування виноградних вин, у виробництві оцету, харчових ароматизаторів і парфюмерно-косметичних ви­робів. У мікробіологічній і медичній промисловості спирт потрібний для осаджен­ня ферментних препаратів із культуральної рідини або екстракту із твердофазної культури, для одержання вітамінів та інших препаратів і ліків, також етиловий спирт використовується як дезинфікуючий засіб і як речовина, яка запобігає інфікуванню і псуванню лікувальних екстрактів (валеріани, пустирнику та ін.). Невелика кіль­кість спирту використовується у хімічній, машинобудівній, автомобільній та ін­ших галузях промисловості, а також у ветеринарії і фармакопеї.

Таким чином, спиртова промисловість тісно зв'язана, з одного боку, з числен­ними галузями народного господарства, для яких спирт є сировиною, основним і допоміжним матеріалами, з другого - із сільським господарством. Одержуючи від сільського господарства рослинну сировину і вилучаючи з неї і з меляси вуглеводи, спиртова промисловість повертає йому білкові вітамінізовані корми. Вона є єди­ною галуззю промисловості, яка здатна перетворювати дефектні (зіпсовані) зерно і картоплю у доброякісні продукти.

Спиртова промисловість на початку XX сторіччя була представлена малими заводами, кожний з яких виробляв біля 22 тис. дал спирту на рік. Більша частина спирту вироблялася у вигляді "білого вина" (горілки). Поступово виробництво спир­ту і горілки розділилося, причому спиртові заводи залишилися у зонах сільського­сподарської сировини, а горілчані (тоді називалися казенними винними складами) зосередилися у містах - місцях найбільшого збуту алкогольних напоїв.

З початком першої світової війни різко знизилося виробництво спирту, а вироб­ництво горілки зовсім припинилося. Спирт вироблявся тільки для задоволення не­відкладних потреб народного господарства.

У 1925 - 1926 pp. у к. СРСР почалося відновлення спиртової промисловості, у цей час діяло біля 370 заводів із загальним виробленням спирту 16 млн.дал на рік. У наступних роках виробництво спирту неухильно збільшувалося, реконструюва­лися заводи і збільшувалися потужності діючих підприємств. У цей час побудовані

10

і введені в експлуатацію комбінати-гіганти великої потужності (6000... 12000 дал/ добу) - Лохвицький, Докшукикський, Єфремівський, Маріїнський та ін. Загальна річна потужність у 1940 р. становила 145 млн. дал.

Під час Великої Вітчизняної війни значна частина спиртових заводів опинила­ся на тимчасово окупованій території і була зруйнована. У 1946 р. було вироблено лише 32,2 млн. дал спирту. З 1947 р. Почалося швидке відновлення промисловості при широкому впровадженні найновітніших науково - технічних досягнень.

У 1980р. виробництво спирту досягло 200млн. дал, що було викликане потре­бами у збільшенні його витрат на кріплення вин у виноробстві. З початку антиал­когольної кампанії у 1985 р. за три роки об'єм виробленого спирту зменшився до 70 млн. дал на рік, а багато заводів було перепрофільовано на виробництво іншої продукції і частково закрито. Різко скоротилося виробництво вина і горілчаної про­дукції, розширилося самогоноваріння. У кінці 1988 р. антиалкогольні обмеження почали частково відміняти, збільшилося виробництво спирту, лікеро-горілчаних на­поїв, вина і іншої продукції. У 1990 р. відновлюється виробництво спирту на рані­ше закритих заводах І виробництво його за рік становило більш 146 млн. дал.

Спиртова промисловість - одна із значних технічно розвинених галузей, у якій освоєні безперервні процеси розварювання зерна і картоплі, оцукрення розвареної маси і її вакуумне охолодження, безперервно-проточне зброджування сусла. Побу­довані і працюють заводи і цехи, в яких глибинним способом одержують фермент­ний препарат Глюкаваморин Гх. Останнім часом широко впроваджуються у вироб­ництво амілолітичні ферментні препарати датської фірми "Novo Nordisk" та ін.

При переробці меляси у спирт впроваджено технологію зброджування меляс­ного сусла з підвищеним вмістом речовин, що зброджуються, і накопиченням спирту до 10,5 об.% у зрілій бражці, високопродуктивні штами дріжджів, енергозберігаючі брагоректифікаційні установки, маловідхІдні технології комплексної переробки меляси.

Загальний рівень механізації в основному виробництві складає більше 90%, вантажно-розвантажувальних, транспортних і складських робіт - біля 80%.

Технологія спирту як наука пройшла довгий шлях розвитку, перш ніж досягла високого сучасного науково-технічного рівня, у створенні і вдосконаленні її брали участь видатні вчені й інженери багатьох країн, у тому числі російські й українські.

Одержання спирту як самостійного продукту належить до більш пізнього пе­ріоду, ніж приготування алкогольних напоїв за допомогою бродіння, що було відо­мо з глибокої давнини. Про будівництво винокурні у Київській Русі згадувалося у В'ятському літописі у 1174 р. В Італії вперше спирт стає товаром у XIII ст. Через два століття його почали виробляти й у інших країнах. Однак до другої половини XIX ст. способи одержання спирту були примітивними і наукової технології взагалі не існувало.

Перший розварювач конічної форми періодичної дії був винайдений Генце у Ні­меччині у 1873 p., проіснував більше 100 років і зустрічається на заводах навіть зараз.

У 1945-1950 pp. у к. СРСР була освоєна "напівбезперервна" схема виробництва спирту, яка включала в себе три ступені розварювання сировини і безперервне оцук-

рювання розвареної маси. Початковий прогрів речовини здійснювався у окремому передрозварювачі, основне розварювання у розварювані і доварювання - у витриму-вачі. Вторинною парою, яка утворилася при видуванні маси із розварювача у витри-мувач, підварювалася маса у передрозварювачі. Ця пропозиція М.М.Кузнецова була опублікована у 1940 р. І втілена у схемі Головспирту (автори А.А.Малченко, М.П.Чистяков і співробітники З.К.Ашкинузі, А.Ф.Беренштейн та ін.), к. Київської філії ВНДІСП і к. ВНДІСП (автори А.Г.Логінов, В.Б.Фремель, В.Г.Чусов). У 1932 р. І.П.Бобриком І А.І.Логіновим покладений початок розробки способу безпе­рервного розварювання з попереднім подрібненням сировини. Потім над розв'язан­ням цієї проблеми працювали А.Л .Малченко, М.А.Кондак, П.О.Вечерський, В.Г.Чусов та ін. Внаслідок цього були запропоновані декілька конструкцій розварювачІв безпе­рервної дії ("Бобло", "Лагер", МАІ та ін.). Однак до Великої Вітчизняної війни через недостатнью енергетичну базу заводів вони не знайшли застосування.

Після війни у 1953-1954 pp. теоретичні і конструкторські розробки заверши­лися створенням двох установок. Одна з них була запропонована З.К.Ашкинузі, М.М.Кузнецовим, П.О.Чацьким та ін. і передбачала використання діючих періоди­чних розварювачІв шляхом з'єднання їх трубопроводами. У другій установці (авто­ри - співробітники к.ВНДІПрБ В.Б.Фремель, Б.О.Устинников,С.С.Кісільєр) розва­рювання вели у колонах нової конструкції. Обидві установки були випробувані і впроваджені відповідно на Чемерському і Мічуринському спиртових заводах. У 1958 р. впроваджується розроблена З.К.Ашкинузі, О.С.Єгоровим, А.У.Мамунею та ін. швидкісна схема розварювання крохмалевмісної сировини у трубчатому вароч­ному апараті (Мироцька установка). Потім з'явилися і інші варіанти установок. Чемерська установка і зараз широко використовується на заводах Чернігівського спиртоб'єднання та ін.

Відкриття у Росії в 1814р. К.С.Кірхгофом оцукрення крохмалю солодом, тео­рія утворення проміжних сполук між субстратом і каталізатором А.І.Ходнєва дали початок науковим основам ферментативного каталізу крохмалю.

У розвиток учення про ферменти рослинного походження та їх роль у живій клітині внесли вклад А.І.Опарін і А.Л.Курсанов.

У виробництві спирту глибоко вивчені ферменти солоду і мікроорганізмів, з'я­совані механізми їх дії І роль при гідролізі крохмалю дослідженнями у к. ВНДІПрБ Д.М.Климовським, В.І.Родзевичем, С.А.Коноваловим, Б.О.Устинниковим, В.Л.Яровенко, А.В.Феніксовою. Під керівництвом А.В.Феніксової і С.П.Колоскова створені спосіб і апаратура поверхневого культивування мікроорганізмів, В.В.Вяткіним, В.Л.Яровенко, О.П.Левчиком - глибинного культивування плісня­вих грибів - продуцентів амілолітичних ферментів.

На результатах досліджень наших співвітчизників Л.А.Іванова, А.Н.Лебедева, С.П.Костичева у значній мірі базуються сучасні уявлення про хімію спиртового бродіння. Теорія безперервного зброджування мелясного сусла була розроблена у 1909 - 1915 pp. С.В.Лебедєвим. Теорія і практика безперервного збродження сусла із крохмалевмісної сировини розвинена В.Л.Яровенком разом з С.В.Пиховою і С.П.Скалкіною (1949-1953 pp.). Ними запропоновані безперервно-протоковий і

12

циклічний способи зброджування. Безперервне зброджування мелясного сусла здійс­нено в результаті досліджень Д.М.Климовського, Л.М.Ясинського, Ф.І.Гладких і А.Л.Малченко.

Фундаментальні роботи з теорії структури і фізико-хімічних властивостей во­дно-спиртових розчинів, виділення спирту із бражки і ректифікації спирту були виконані в Росії ще до 1917 р. вченими Д.І.Менделєєвим, А.Г.Дорошевським, Д.П.Коноваловим, М.С.Вревським. Є.Сорель і Е.Барбе у Франції заклали основи теорії і методу очистки спирту від домішок.

Тарілчастий брагоперегонний апарат з'явився у 1813 р., у 1867 р. Сорель ви­найшов кубовий ректифікаційний апарат періодичної дії, а у 1881 р. Е.Барбе - без-перервнедіючий ректифікаційний апарат.

У 1876 р. російськими інженерами Недошивиним і Новицьким був конструкти­вно покращений лічильник спирту фірми "Сіменс-Гальске" для об'ємного обліку кількості спирту, під маркою КС-35 він використовувався заводами до 1953 року.

Покращанню якості спирту у періодичному способі сприяв єдиний метод рек­тифікації на кубовому апараті, запропонований А.Л.Покровським і Г.І.Фертманом. Суттєві вдосконалення у теорію, методи і апаратурні схеми виділення із бражки і ректифікації спирту внесли О.О.Кіров, В.М.Стабніков, С.Є.Харін, П.С.Циганков, В.П.Грязнов, М.С.Терновський, В.О.Маринченко.

А.П.Рухлядевою розроблені нові методи визначення крохмалю у сировині і методи контролю виробництва спирту.

Значний внесок у розвиток теорії і практики спиртового виробництва внесли вчені КТІХП (НУХТ) і к.УкрНДІСП (УкрНДЇспиртбіопроду).

У довоєнний період наукові дослідження у галузі спиртового виробництва проводилися науково-дослідним сектором к.КТІХП під керівництвом А.А.Фукса І були спрямовані на докорінну модернізацію підприємств і впровадження більш досконалої технології.

Цінним внеском у теорію і практику спиртового і дріжджового виробництва є дослідження закономірностей розмноження дріжджів, установлення оптимальних умов зброджування мелясного сусла, вибору раси дріжджів, які зіграли значну роль у ство­ренні сучасних ефективних способів безперервного зброджування цього середовища.

У 1936 р. розроблена конструкція установки МАІ для безперервного розварю­вання подрібненої крохмалевмісної сировини.

У післявоєнний період науково-дослідний сектор був реорганізований в Українсь­кий науково-дослідний інститут спиртової і лікеро-горілчаної промисловості. Роботи у галузі технології спирту у КТІХП продовжувалися в основному на кафедрі технології бродильних виробництв і на кафедрі процесів і апаратів харчових виробництв.

В.О.Маринченко і В.М.Швець розробили принципово нові способи підготов­ки цукро- і крохмалевмісної сировини до зброджування. Велику увагу було приді­лено дослідженням з підбору високопродуктивних штамів спиртових дріжджів, більш повному використанню рафінози меляси і целюлози крохмалевмісної сиро­вини у спиртовому виробництві (В.О.Маринченко, В.М.Швець), розробкам ресур-со- і енергозберігаючих технологій.

13

Уперше в харчовій промисловості досліджені та широко впроваджені на спирто­вих заводах процеси механохімічної деструкції та механоактивування сировини і фер­ментних препаратів (В.О.Маринченко).

Під керівництвом В.М.Стабнікова на основі розвиненої ним теорії масо- і теп­лообмінних процесів, які відбуваються у ректифікаційних колонах, досліджено нові типи контактних пристроїв, найбільш ефективні з них впроваджені у виробництво. Проведені дослідження стали основою удосконалення брагоректифікаційних уста­новок з метою підвищення якості і виходу ректифікованого спирту, а також техніко-економічних показників їх роботи (П.С.Циганков, В.О.Аністратенко, В.М.Таран).

У к.УкрНДІСП під керівництвом А.Й.Скірстимонського і П.В.Рудницького разом з іншими співробітниками проводилися важливі дослідження з комплексної переробки меляси у спиртовій промисловості. Одержані вагомі результати, але спо­соби економічного і екологічно чистого використання первинної і вторинної меля­сної барди не були знайдені. Немає вирішення цієї проблеми і за кордоном.

Багаторічні дослідження завершені розробкою і впровадженням удосконалених одно-і двопотокових способів зброджування мелясного сусла (О.Д.Коваленко, С.Т.Олійничук, В.К.Янчевський, Л.В.Левандовський). Великі технологічні і методологічні дослідження на усіх стадіях виробництва кормових дріжджів на мелясі І мелясній барді виконані А.Г.Забродським і А.М.Осовиком. Значні досягнення у галузі розробок брагоректифіка­ційних установок під вакуумом з елементам и неадіабатичної ректифікації і новими масо-обмінними пристроями (І.Ф.Малежик, В.Г.Артюхов, Г.К.Дроговоз, Є.О.Міхненко), очи­стки стічних вод (М.І.Кошель, Ю.М.Кравець, Ю.А.Каранов,С.П.Циганков),

Зараз розвиток спиртової промисловості повинен бути обумовлений ринковими умовами заготівлі сировини і збуту виробленого спирту. Виробників зерна- фермерські і кооперативні сільські господарства - необхідно наближати до спиртових заводів, і вирі­шувати питання використання барди у тваринницьких господарствах і очистки стоків.

Особливої уваги заслуговує різке скорочення скидів мелясної барди на поля фільтра­ції, консервування зерно-картопляної барди у літній період часу, розробка безвідходної, екологічної та економічної переробки меляси у спирт. Доцільним було б об'єднання науко­вого потенціалу, фінансових і матеріальних ресурсів у цій галузі ряду передових країн.

Безперервне культивування мікроорганізмів (дріжджів, бактерій і грибів), мем­бранна ультрафільтрація, адсорбція і зворотний осмос у обробці води, спирту, різ­них напівпродуктів та Інших продуктів залишаються дуже актуальними.

Автори висловлюють щиру вдячність ректору Національного університету харчо­вих технологій професору Українцю А.І., раднику ректора, академіку Гулому І.С., про­ректорам, професору Ковбасі В.М., доценту Яровому В.Л., доценту Хомічаку Л.М., голові науково-методичної ради професору Дробот В.І., зам. голови доценту Тодосій-чуку С.Р., к.т.н. Сосницькому В.В., к.т.н. Бойку М.П., керівникам і операторам спирт-заводів України та всім членам кафедри біотехнології продуктів бродіння, екстрактів та напоїв НУХТ за підтримку і допомогу у підготовці та виданні цього підручника. Автори сподіваються, що цей підручник сприятиме високопрофесійному зростанню теоретич­ного і практичного рівня студентів, магістрантів, аспірантів і фахівців спиртової проми­словості.

14

РОЗДІЛ 1

СИРОВИНА, ВОДА І ДОПОМІЖНІ МАТЕРІАЛИ

Основні види сировини

Сировина, яка використовується для одержання спирту, повинна щорічно від­творюватися у кількості, достатній для промислової переробки, містити високу концентрацію крохмалю чи цукру і добре зберігатися, що забезпечуватиме еконо­мічну доцільність виробництва. Цим умовам відповідають зерно рослин, які нале­жать до м'ятликових (злаків), меляса і бульби картоплі.

У відповідності з географічним розташуванням і структурою господарства для виробництва спирту використовують різні види сировини. Це залежить від змін у споживанні, від кон'юнктурних та інших факторів.

Так, у 2001 році спиртзаводи України переробили близько 420 тис. т зерна, 298 тис. т меляси. Останнім часом картопля у спирт не переробляється: велика вар­тість, значні витрати на транспортування сировини, тому економічна доцільність виробництва спирту з картоплі сумнівна. Таким чином, основними видами сирови­ни спиртового виробництва є зернові культури та буряково-цукрова меляса.

Зернові культури

У спирт переробляють будь-яке зерно, і в тому числі й не придатне для харчо­вих і кормових цілей. Щорічний об'єм переробки коливається в залежності від ба­гатьох факторів і приблизно становить (%): пшениці - 50 (переважно дефектної), ячменю-20, жита- 12, кукурудзи-8, проса-5, вівса-2 та інших культур-3. Для приготування солоду використовують кондиційне високоякісне зерно.

Основні види та ботанічна характеристика зернової сировини

Кукурудза. Із зернових культур найкращою сировиною для виробництва спирту с кукурудза (Zea mays). У ній міститься відносно більше крохмалю, менше клітко­вини, більше жиру (що підвищує кормову цінність барди). Урожайність у 2-3 рази вища врожайності інших зернових культур.

Кукурудзу вирощують в Україні, Молдові, на Північному Кавказі, в Закавказ­зі, Середній Азії, на Нижній Волзі, у Воронезькій і Курській областях. Розповсю­джені сорти кукурудзи Північно-Осетинська біла, Молдавська жовта, Одеська 10, а також гібриди ВІР - 42М, 156Т, 338, 63Т, Краснодарські - 1/49, 4Т, 5ТВ, 309, Дніп­ропетровський 56Т та інші.

На прямостоячому стеблі рослини заввишки від 0,6 до 2,6 м розиваються 1 - 2 (інколи більше) качани, на поверхні яких розташовані уздовж початку від 300 до 1000 зернівок (зерен). Зернівки мають жовте або біле забарвлення, рідше - оранже-

15

ве та вишнево-червоне. Зернівка становить від 75 до 85% маси качану. Качан обго­рнутий декількома шарами листків.

У залежності від форми зерна та ступеню розвитку ендосперму, кукурудзу по­діляють на 7 ботанічних груп: кремнисту, зубовидну, крохмалевмісну, восковидну, цукрову, лущату. Для виробництва спирту доцільніше використовувати крохмалис-ну і зубовидну кукурудзу, які легко розварюються.

Жито, пшениця, ячмінь та овес. Жито (Secale), пшениця (Triticum), ячмінь (Hordeum) і овес (Avena) широко культивують в Україні, Росії, овес - усюди - від субтропіків до Заполяр'я.

У невеликих кількостях переробляють круп'яні культури - просо, гречку і рис.

Будова зерна

Зерно рослин родини тонконогих (злаків) принципово має однакову будову. Воно складається з трьох основних частин: зародку, ендосперму та оболонок; останні

дві - плодова та насіннєва. Плодова розташова­на зовні зерна, а насіннєва - під нею. У ячменю оболонки зрощені. При обмолоті зерна жита, пшениці І кукурудзи повністю вивільняються від квіткових оболонок (м'якинних оболонок); зер­на вівса, проса і майже всіх сортів ячменю та гречки зберігають квіткові оболонки. Перші куль­тури називають голозерними, другі - плівкови­ми («шкіряними»).

Мікроскопічна будова зерна ячменю пока­зана на рис. 1.1. Внутрішня частина зерна - ен­досперм - мучниста; шар ендосперму, який при­лягає до насіневої оболонки - алейроновий - мі­стить багато білку. Цей шар складається з одно­го (у жита, пшениці, вівса, кукурудзи, проса) або декількох (у ячменю) рядів клітин з потовщени­ми стінками. Ендосперм має крупні тонкостінні клітини з висохлою протоплазмою, які суцільно заповнені крохмальними зернами.

Рис.1.1 Мікроскопічна будова ячмінного зерна:

1. - зародок;

2. - щиток;

3. - квіткова плівка;

4. - плодова оболонка;

5. - алейроновий шар ;

6. - ендосперм

У нижній частині зерна розташований за­родок. Він відділений від ендосперму щитком.

Зерна кукурудзи різних ботанічних груп роз­різняються об'ємом роговидної (скловидної) час­тини ендосперму, в якій крохмальні гранули «зце­ментовані» білком, внаслідок чого мають багато­кутну форму. У крохмалистій частині ендоспер­му білкова стінка тонка та ніжна, крохмальні зер­на округлі. Роговидна частина у кремнистій куку­рудзі майже повністю заповнює ендосперм, у кро-

16

хмалистій кукурудзі займає невеликий об'єм зерна, у зубовидній - приблизно поло­вину у вигляді сегментів, які симетрично розташовані вздовж зародку.