Порівняльна характеристика способів зброджування

Швидкість утворення спирту в дріжджогенераторах під час двопотокового збро­джування більша, ніж під час однопотокового, а в бродильних апаратах в обох ви­падках однакова. Швидкість утворення дріжджів також однакова.

Концентрація дріжджів у зрілій бражці залежить головним чином від складу сусла та умов масообміну між дріжджовими клітинами і суслом, незначно - від початкової їх концентрації. Виробничими випробуваннями на Косарському спир­товому комбінаті встановлено, що в бражці бродильних апаратів, одержаній одно- і двопотоковим способом зброджування, концентрація біомаси дріжджів мало відрізнялась. Концентрація незброджених цукрів у зрілій бражці, одержаній одно-потоковим способом була більшою (0,372 г/100 мл), ніж двопотоковим (0,289 г/100 мл).

Якість ректифікованого спирту, одержаного обома способами переробки ме­ляси була приблизно однакова,

Зимазна і мальтазна активність у дріжджів, одержаних двопотоковим збро­джуванням (28 і 445 хв), краща, ніж од но потоковим (34 і 490 хв). Вміст глікогену у дріжджах, одержаних двопотоковим способом (19,1%) більший, ніж однопотоко-вим 15,8%). Але стійкість дріжджів при температурі 35° С була вища, якщо збро­джування проходило однопотоковою схемою (66,5 проти 42 год).

Дріжджі, одержані однопотоковим способом зброджування містять на 58-60% більше нуклеїнових кислот, чим і пояснюється їх підвищена стійкість під час зберігання.

Зменшення концентрації глюкози в бражці 4-го і 5-го бродильних апаратів сві­дчить про зниження бродильної енергії дріжджів. У бражці 5-го бродильного апа­рату при однопотоковому зброджуванні глюкози майже не було, при двопотоково-му зброджуванні вона містилася ще навіть у 7-му та 8-му апаратах.

Під час зброджування меляси, крім основних продуктів спиртового бродіння (етанолу і діоксиду вуглецю), утворюється гліцерин, альдегіди, кислоти (піровино­градна, оцтова, янтарна, молочна і лимонна), ацетон (ацетилметилкарбінол), 2,3-бутиленгліколь і діацетил, а також побічні продукти, які синтезуються не тільки із цукрів, а із других речовин, наприклад, амінокислот.

Вищі спирти утворюються переважно в період розмноження дріжджів, коли інтенсивний обмін речовин пов'язаний з утворенням кетокислот із продуктів пере­творення вуглеводів і псреамінуваниям.

190

Органічні кислоти у зброджуваному середовищі накопичуються в основному на стадії дріжджогенерування і головного бродіння. До кінця зброджування їх кон­центрація в бражці збільшується мало, а іноді навіть зменшується. У залежності від умов, у виробничих дріжджах накопичується кислот від 0,07 до 0,2 г/л, у бражці 1-го і 2-го апаратів бродильної батареї - 0,1-0,25 г/л і в зрілій бражці - 0,12-0,3 г/л. У зрілій бражці, одержаній при двопотоковому зброджуванні, кислот міститься менше, ніж у бражці, одержаній при однопотоковому зброджуванні. У виробничих дріжджах і у бражці головних бродильних апаратів вміст кислот складає 2-6 г/л безводного спирту, у зрілій бражці зменшується до 1,2-4 г/л. На утворення кислот витрачається значна кількість цукрів.

Концентрація ефірів у виробничих дріжджах при однопотоковому способі збро­джування складає в середньому 0,25 г/л, у бражці 1-го бродильного апарату 0,31 і у зрілій бражці 0,24 г/л, при двопотоковому зброджуванні - відповідно 0,11; 0,18 і 0,11 г/л.

Концентрація альдегідів у процесі однопотокового зброджування зменшуєть­ся з 0,28-0,38 мг/г виробничих дріжджів до 0,08-0,16мг/л зрілої бражки. У перера­хунку на 1л спирту в бражці вміст альдегідів зменшується з 13-20 до 0,9-2,5 мг. При двопотоковому зброджуванні концентрація альдегідів: у виробничих дріжджах 0,08-0,15 мг/г (3-8 мг/л спирту), у бражці 1-го бродильного апарата 0,250,3 г/л (8-10 мг/ л спирту) і в дозрілій бражці 0,1-0,15 мг/л (1-2,5 мг/л спирту).

Вищі спирти накопичуються в період усього процесу бродіння, але в кінці його-з меншою швидкістю. У виробничих дріжджах концентрація вищих спиртів складає 0,2-0,3 мг/л (5-8 мг/л спирту), у дозрілій бражці - 0,3-0,55 мг/л (5-6 мг/л спирту). Концентрація вищих спиртів вища у бражці, одержаній за однопотоковою схемою, в порівнянні з двопотоковою.

Гліцерин синтезується в основному на стадіях дріжджогенерування і головно­го бродіння. При двопотоковому способі зброджування на першій із цих стадій глі­церину утворюється значно менше (0,15 г на 100 мл), ніж при однопотоковому (0,41 г на 100 мл), що пояснюється більш високою кислотністю виробничих дріжджів, які вирощують за двопотоковою схемою. У зрілій бражці, одержаній за двопотоко­вою схемою, гліцерину також менше на 26-30%,

Утворення гліцерину під час зброджування за одно- і двопотоковою схемами описується рівняннями:

- вміст гліцерину в 100 мл бражки, одержаній одно - і двопотоковим способам, г,; - тривалість бродіння, год,

При двопотоковому способі цукор зброджується більш повно, менше утворю­ється вторинних продуктів бродіння, дріжджі знаходяться в більш активному фізі­ологічному стані, внаслідок чого вихід спирту із 1 т умовного крохмалю на 1-1,5 дал вищий, ніж при однопотоковому. Крім того, двопотоковий спосіб має й інші переваги: можливість відбору для дріжджогенерування кращої за якістю меляси, створити більш сприятливі умови для розмноження дріжджів, зменшити загальний

191

об'єм дріжджогенераторів, більш повно використати газоподібний діоксид вугле­цю для одержання рідкого діоксиду вуглецю.

Однопотоковий спосіб рекомендується тільки для тих спиртових заводів, які виділяють із зрілої бражки дріжджі, які використовуються як хлібопекарські.

Втрати умовного крохмалю під час зброджування меляси (кг/т)

де В_их - фактичний вихід спирту, дал/т умовного крохмалю; х -вміст спирту у зрілій бражці, об.%; А - вміст альдегідів у зрілій бражці в перерахунку на оцтовий, мл/л; d - густина оцтового альдегіду; Ка - кількість цукрози, витрачена на утворення 1 г оцтового альдегіду, г (1,943г); У - вміст органічних кислот у зрілій бражці в пе­рерахунку на оцтову, г/л; К₍₎ - кількість цукрози, витрачена на утворення 1 г оцто­вої кислоти, г (1,4253г); Е - вміст ефірів у зрілій бражці в перерахунку на оцтовое-тиловий ефір, г/л; Ке - кількість цукрози, витрачена на утворення 1 г оцтовоетило-вого ефіру, г (0,9715г); Г-вміст гліцерину у зрілій бражці, г/л; Кг- кількість цукро­зи, витрачена на утворення 1 г гліцерину, г (1,958 г); Н - вміст незброджених цукрів у зрілій бражці, г/л; D - вміст біомаси дріжджів у зрілій бражці, г/л; 0,4 - кількість цукрози, витрачена на 1 т дріжджів 75% -ної вологості, т; 0,95 - коефіцієнт перера­хунку цукрози в крохмаль.

Втрати крохмалю під час однопотокового зброджування складають 181,5 кг, під час двопотокового зброджування - 158,1 кг на 1т переробленого умовного кро­хмалю, різниця поміж втратами 23,4 кг або 2,1%.

Розробку і впровадження удосконаленого однопотокового способу зброджу­вання з розмноженням і накопиченням біомаси дріжджів в окремому потоці сусла з пониженою концентрацією сухих речовин (16-17%) та компенсацією їх концентра­ції шляхом додавання нерозбавленої меляси у другому потоці в бродильну батарею можна оцінювати як спробу наблизити умови зброджування до двопотокового спо­собу.

Хіміко-технологічні показники основного сусла і бражки наведені в табл. 9.7. Концентрацію сухих речовин у суслі регулюють (вручну або автоматично) так, щоб у зрілій бражці концентрація спирту складала 9,5-10,5 об.%. У зрілій бражці кожні 4 год визначають видиму концентрацію сухих речовин і кислотність. Концентра­цію спирту, істинні сухі речовини, незбродженні цукри і біомасу дріжджів у зрілій бражці визначають один раз на зміну.

Якщо із зрілої бражки не виділяють хлібопекарські дріжджі, то в зрілій бражці повинна бути концентрація дріжджів 18-22 г/л. (при більшій концентрації зменшу­ється вихід спирту), якщо виділяють дріжджі, то 25-35 г/л.

Концентрація незбродженого цукру в зрілій бражці не повинна перевищувати 0,2 г/100 мл бражки.

192

193

САНІТАРНИЙ РЕЖИМ У ДРІЖДЖОВОМУ І БРОДИЛЬНОМУ ВІДДІЛЕННЯХ

Технологічне обладнання регулярно стерилізують. Збірники напівпродуктів чистять, миють водою, потім водним розчином антисептика. По трубопроводам і прокачують воду, потім розчин антисептика і пропарюють їх впродовж 30-50 хв при 100° С під час стерилізації апаратів.

Для дезинфекції обладнання і трубопроводів використовують 0,05%-ний вод­ний розчин катапіну або 2%-ний розчин хлорного вапна (0,5 л на 1 м² поверхні). Через 30 хв після нанесення антисептика його змивають чистою водою.

Якщо трубопроводи дуже забруднені мікроорганізмами, то їх заповнюють га­рячим 2%-ним розчином кальцинованої соди, витримують декілька годин, після чого промивають і пропарюють при температурі 100° С впродовж 1 год.

Гумові шланги ретельно промивають водою під тиском і дезинфікують 2%-ним розчином формаліну або 0,05%-ним розчином катапіну.

Якщо як дезинфікуючий засіб використовують катапін, то після 30-хвилинної експозиції поверхню апаратури відмивають водою до повного зникнення дезинфе-ктанта. Для контролю до 5 мл промивної води додають 2 краплі 0,1%-ного водного розчину бромкрезолпурпура (при наявності катапіну вода забарвлюється в голубий колір).

При переробці нормальної меляси обладнання стерилізують один раз на 6-8 діб у холодний період року і на 4-5 діб у теплий. Якщо з зрілої бражки виділяють дріжджі, які використовують як хлібопекарські, то обладнання бродильного відді­лення стерилізують через 2-3 доби.

Почергово звільняють, стерилізують і включають у роботу дріжджогенерато-ри. Тривалість стерилізації всіх дріджогенераторів 18-20 год.

Баки для води необхідно раз на місяць чистити, промивати та дезинфікувати разом з комунікаціями розчином катапіну або хлорного вапна. Через 30 хв залишки дезифектанту змивають.

Під час пропарювання апаратів, всередині яких є поверхні охолодження, із останніх треба видалити воду.

Недотримання санітарно-гігієнічних умов у приміщеннях спиртового заводу призводить до забруднення технологічного обладнання, сусла і бражки контаміну-ючими мікроорганізмами. Чистоту приміщень забезпечують механічними і хіміч­ними способами: до механічних належать вологе прибирання приміщень та пред­метів, їх фарбування, в результаті чого гине 50-70% мікроорганізмів; до хімічних належать використання хлорного вапна, формаліну, антиформіну, хлораміну та ін­ших антимікробних препаратів.

Стіни і стелі виробничих приміщень треба білити вапном з домішкою 3% мід­ного купоросу не рідше одного разу на два тижні. Якщо стіни і фундаменти апара­тів не облицьовані плиткою, то їх білять на 1,5м від підлоги свіжогашеним вапном не рідше одного разу на тиждень. Підлогу, сходи, площадки, панелі стін, облицьо­вані плиткою або пофарбовані олійною фарбою, щозміни миють гарячою водою

194

щітками, потім дезинфікують 0,1%-ним розчином катапіну або 2%-ним розчином хлорного вапна (хлораміну). Через 30 хв залишки препаратів змивають водою. Сті-чнІ канали, каналізаційні трапи миють і посипають хлорним вапном.

Термометри і цукроміри, які використовують у дріжджовому і бродильному відділеннях, постійно зберігають у посудині з 2%-ним розчином формаліну.

Контрольні питання і завдання

1. Яка суть безперервно-потокового способу зброджування сусла?

2. Розгляньте циклічний і періодичний способи зброджування, вкажіть їх пе­ реваги і недоліки.

3. Порівняйте однопотоковий, двопотоковий та удосконалені способи збро­ джування меляси.

4. Наведіть основні вимоги санітарного режиму в дріжджовому і бродильному відділеннях.

195

РОЗДІЛ 10

ВИДІЛЕННЯ СПИРТУ З БРАЖКИ ТА ЙОГО ОЧИСТКА

СКЛАД ЗРІЛОЇ БРАЖКИ, ВИДИ СПИРТУ

Зріла бражка - багатокомпонентна система, шо складається з води (82...90% мас.), сухих речовин (4...10 % мас.) та етилового спирту із супровідними леткими домішками (5...9 % мас., або 6...11 об. %). У бражці завжди міститься деяка кіль­кість діоксиду вуглецю. Його вміст у бражці, відібраної безпосередньо з бродиль­ного апарата, складає 1...1,5 г/дм³. При подачі бражки до ректифікаційного відді­лення 35...45 % діоксиду вуглецю втрачається. Кислотність бражки 0,5°, рН 4,5...5,2. Склад бражки значно змінюється в залежності від виду вихідної сировини і прийн­ятих технологічних режимів її приготування.

Сухі речовини бражки представлені як завислими частинками (дріжджі, дро­бина), так і розчинними у врдно-спиртовій суміші органічними та неорганічними речовинами (декстрини, иезброджені цукри, білки, кислоти, мінеральні речовини та ін.). У зерно-картопляній бражці знаходиться значна кількість завислих часток, вона більш в'язка, ніж мелясна, проте загальний вміст сухих речовин у мелясній бражці звичайно більший (8..,10 %), ніжу зерновій (5...7%), і особливо у картопля­ній (3...4 %).

Леткі домішки спирту характеризуються великою різноманітністю, на цей час їх ідентифіковано більше 70, але загальний вміст невеликий - звичайно не переви­щує 0,6 % від кількості етилового спирту.

Усі леткі домішки можна в основному розділити на чотири групи: спирти, аль­дегіди, кислоти та ефіри. Крім того, виділяють групу азотистих речовин (аміак, аміни, амінокислоти), сірковмісних речовин (сірководень, сірчистий ангідрид, су­льфокислоти, меркаптани) та ін.

Склад і вміст летких домішок залежать від виду та якості сировини, прийня­тих технологічних режимів його переробки. Домішки частково переходять із сиро­вини, води, допоміжних матеріалів, частково утворюються в процесі приготування сусла, однак більша їх частина з'являється в процесі бродіння.

Більше всього домішок (0,35... 0,45 % до кількості етилового спирту) припа­дає на частку спиртів - метилового, пропілового, ізобутилового, ізоамілового. Остан­ні три спирти складають основу сивушного масла (звичайно 0,3...0,45 % до кілько­сті етилового спирту в бражці). Метиловий спирт міститься у зерно-картопляній і буряковій бражці - не більше 0,2 % до кількості етилового спирту.

З альдегідів у спирті найбільше оцтового. У мелясній бражці альдегідів багато (біля 0,05 % до кількості етилового спирту), що в 10...50 разів більше, ніж у зерно-картопляній бражці. Вміст альдегідів у бражці різко зростає при посиленому аеру-ванні сусла в процесі дріжджогенерування.

196

197

198

Рис. 10.1 Установка для простої

перегонки бражки: 1 - куб; 2 - холодильник; 3 - збірник дистиля­ту; Б - бражка; В - охолоджуюча вода; П - гріюча пара; О - залишок (барда); С - слабкоградусний спирт

Виділення спирту із бражки може здійснюватись простою перегонкою (рис. 10.1) і за допомогою перегонки в ректи­фікаційних (бражних) колонах (рис. 10.2). У першому випадку процес здійснюєть­ся в апаратах періодичної дії, у другому - безперервної. В обох випадках з браж­ки виділяється спирт разом із леткими до­мішками й одержується бражний дисти­лят, який містить спирту 30...50 об. %(слабкоградусний спирт-сирець).

Вільний від спирту залишок - бар­да, містить усі сухі речовини бражки й залишкову частину води. Вміст сухих ре­човин у барді складає 3...8 %.

Далі спирт бражного дистилята за допомогою ректифікації піддається кон­центруванню і одержується спирт-сирець (концентрацією не менше 88 об. %), або технічний спирт категорії В (концентра­цією не менше 96 об. %). У першому і другому випадках бражний дистилят зві-

Летких кислот (оцтової, масля­ної, пропіснової, валеріанової та ін.) небагато - біля 0,005...0,1 % до кіль­кості етилового спирту.

У бражці міститься біля 0,05 % ефірів до кількості етилового спир­ту. Група ефірів в основному пред­ставлена оцтовоетиловим, мураши-ноетиловим, оцтовометиловим, ізо-масляноетиловим.

Рис. 10.2 Установка для безперервної

перегонки бражки: 1 - бражна колона;

2 - підігрівник бражки;

З - конденсатор; 4 - холодильник.

Літерні позначення див. Рис. 10.1

199

льняється тільки від води. При виробництві спирту харчових кондицій (ректифіко­ваного), технічного і спеціального призначення (див. табл. 10.1) бражний дистилят (або спирт-сирець) піддається очистці від супутніх летких домішок та води також за допомогою ректифікації.

На цей час у закордонній практиці виділення спирту з бражки та його концен­трування почали здійснювати більш прогресивним (менш енергомістким) методом з використанням напівпроникних мембран (зворотний осмос, первапюрація) і мо­лекулярних сит. Проте тонка очистка спирту, внаслідок якої в промислових масш­табах одержують спирт найвищих харчових кондицій, здійснюється виключно рек­тифікацією.

За органолептичними показниками спирт етиловий ректифікований згідно з ГОСТ 5962-67 і спирт-сирець згідно з ГОСТ 131-67 мають відповідати таким вимогам:

Зовнішній вигляд: прозора, безбарвна рідина без сторонніх частинок. Смак і запах: характерні для кожного виду етилового спирту, що виробляється з відповідної сировини, без присмаку і запаху сторонніх речовин.

Спирт етиловий ректифікований, що атестується на 1-у категорію якості, по­винен мати дегустаційну оцінку (в балах) не нижче:

І сорт 8,5

вищої очистки 9,0

"Екстра" 9,3

"Люкс" 9,5

Для виробництва спирту етилового ректифікованого "Екстра" і "Люкс" вико­ристовуються усі види кондиційного зерна (пшениці, жита, кукурудзи, ячменю та Ін.), а в окремих випадках до 35 % якісної здорової картоплі.

Технічний спирт виробляється з некондиційного зерна, меляси, спиртовмі­сних побічних продуктів спиртового (головна фракція, сивушний спирт) й винороб­ного виробництва.

Технічний спирт категорії Б і В може бути жовтуватого відтінку, а спирт ети­ловий (головна фракція) може бути безбарвним, злегка жовтуватим або зеленува­тим з характерним запахом ефірів та альдегідів.

Технічний спирт перед випуском із заводу повинен (розділ 14) піддаватись денатурації шляхом добавки до нього денатуруючих речовин, які надають стійкого неприємного смаку і запаху, та барвників.

У головній фракції етилового спирту, що одержують при переробці картоплі, вміст метилового спирту допускається до 2,5 об. %, а при переробці змішаної сиро­вини (зерно-картопляної й цукрового буряка) - до 6 об. %.

Крім спирту-сирцю, ректифікованого і технічного спирту, спиртова промисло­вість виробляє так званий абсолютний спирт з концентрацією 99,5.. .99,8 % об. Не варто плутати поняття безводний (100 %-ний) і абсолютний спирт, який містить води до 0,2... 0,5 % об. Безводний спирт промисловістю не виробляється.

200

Нижче наведена загальна характеристика чистого безводного етанолу (етило­вого, або винного спирту).

Молекулярна маса С₂Н₅ОН 46,069

Густина (при 20° С), кг/дм³ 0,78945

Динамічна в'язкість (при 20° С), мПа • с 1,20

Коефіцієнт поверхневого натягу (при 20° С), Н/м 0,0223

Питома теплоємність С ( при 20° С), кДж/(кг • К) 2,39

Теплота згоряння Н, МДж/кг 27

Температура кипіння (при тиску 101,3 кПа), °С 78,33

Питома теплота пароутворення (при тиску 101,3 кПа), кДж/кг 840

Показник заломлення (відносно повітря при 20 °С

і 101,3 кПа для 1,3617

Питомий електричний опір (при 20° С), Ом • м 7,7 • 10⁸