ВСТУП

Питання:

Задачі предмету.

Короткий огляд розвитку спиртової та лікеро-горілчаної промисловості.

Характеристика сучасного стану спиртової та лікеро-горілчаної промисловості, перспектива розвитку.

Роль науки у досягненнях сучасної технології спиртового і лікеро-горілчаного виробництва.

Використання етилового спирту у народному господарстві. Харчовий і технічний етиловий спирт.

Етиловий спирт людство одержувало дуже давно, але у вигляді спиртових продуктів: вина, браги, інших продуктів, що вміщували спирт в різній процентній кількості (відомо, що горілку в Японії, Китаї одержували ще за 2000 років до Різдва Христового). Проте одержання спирту як самостійного продукту належить до більш пізнього періоду. Про будівництво винокурні у Київській Русі згадувалося у В’ятському літописі у 1174 р. В Італії вперше спирт стає товаром у ХІІІ ст.. Однак до другої половини ХІХ ст. спирт одержували дуже примітивними технологіями. На Русі називали такі заводи винокурні.

Спиртова промисловість початку ХХ сторіччя в межах імперської Росії була представлена малими заводами, середня потужність яких складала ≈ 22 тис. дал спирту в рік. Більша частина спирту вироблялась у вигляді «білого вина» (горілки). Такі заводи були розташовані на маєтках поміщиків, які практично переробляли надлишки сільськогосподарської продукції: зерна, картоплі. Працювали такі заводи періодично, восени. Чималенько таких заводів було й на сучасній території України.

Поступово виробництво спирту і горілки розділилося: спиртові заводи залишилися у зонах сільськогосподарської сировини, а горілчані (казенні винні склади) зосередилися у містах, саме там, де є найбільший збут продукції.

З початком першої світової війни більшість заводів зупинилося, а спирт вироблявся тільки для найбільш нагальних потреб.

Поновлення роботи спиртових заводів розпочалося в 25-26 рр. ХХ сторіччя, на цей час працювало ≈ 370 заводів, вироблялося загалом 16 млн дал спирту у рік. В цей час заводи переобладнувалися, впроваджувалися нові технології.

На цей час етиловий спирт знаходить дуже широке застосування. Головний споживач – харчова промисловість (виготовлення лікеро-горілчаних виробів, плодово-ягідних напоїв, кріплення виноматеріалів і купажування виноградних вин, виробництво оцту, харчових ароматизаторів, парфумерно-косметичних виробів). У мікробіологічній та медичній промисловості спирт потрібний для виробництва ферментних препаратів при виділенні ферментів із культурального середовища або екстракту із твердофазної культури, для одержання вітамінів, ліків, як дезінфікуючий засіб і як речовина, яка запобігає інфікуванню і псуванню лікувальних екстрактів (валеріани). Невелика кількість використовується у хімічній, машинобудівній, автомобільний та інших галузях, а також у ветеринарії і фармакології.

Таким чином, спиртова галузь з одного боку пов’язана із чисельними галузями народного господарства, а з іншого – із сільським господарством. Одержуючи із сільського господарства сировину, вилучаючи із неї вуглеводи, спиртова галузь повертає вітамінізовані білкові корми. Інколи навіть дефектну сировину спиртзаводи переробляють , повертаючи вказані вище відходи в сільське господарство.

Певний час етиловий спирт (харчовий) використовувався для виробництва штучного каучуку і далі гуми (в кінці 20-х – початку 30-х років).В цей час і були побудовані потужні комбінати-гіганти (6000 – 12000 дал/добу): Лохвицький, Докшукикський, Єфремівський, Маріїнський заводи.

Загальна річна потужність спиртових заводів в 1940 р. становила 145 млн дал. Під час Великої вітчизняної війни значна частина заводів попала під окупацію і була зруйнована. В 1946 р. було вироблено всього 32,2 млн дал спирту, а з 1947 р. почалося швидке відновлення промисловості при широкому впроваджені найновітніших технологій.

В 1980 р. виробництво спирту етилового харчового досягло 200 млн дал, значна частина його витрачалася на кріплення вин у виноробстві.

Значної шкоди спиртовій галузі у СРСР біло нанесено в 1985-1988 роках антиалкогольною компанією, об’єм виробництва впав до 70 млн дал в рік, заводи було частково перепрофільовані, а частково закриті. Відновлювання роботи галузі розпочалося в 1990 р. і виробництво було доведено до 146 млн дал.

В сучасній Україні всього в концерні Укрспирт, який об’єднує всі державні спиртові заводи, нараховується ≈ 74 заводів. Не всі вони працюють або працюють на неповну потужність. Виробничі потужності українських спиртових заводів дають змогу виробляти за рік 65-70 млн дал етанолу, а внутрішні потреби держави в спирті для лікеро-горілчаних заводів – 26 млн дал. Тож потужності використовуються тільки на 37-40%, що зумовлює збитковість окремих підприємств та галузі в цілому. Спиртова галузь – одна із значних технічно розвинутих галузей, у якій освоєні безперервний процеси. Загальний рівень механізації в основному виробництві складає більше 90%, вантажно-розвантажувальних, транспортних і складських робіт – біля 80%.

Проте проблеми є: значні енергозатрати на виробництво спирту (а це впливає на собівартість та конкурентоспроможність продукції), зберігання, транспортування та використання продуктів, проблеми утилізації і знешкодження відходів і очищення стічних вод.

За останні роки, на жаль, не реалізуються схеми комплексного перероблення сировини, особливо меляси, це негативно позначається на економічних показниках підприємств галузі.

В Україні із основних видів сировини є дві: зерно та меляса, причому за об’ємами виробництва співвідношення кількості спирту із зерна і меляси складає 1:1. Для комплексної переробки обох видів сировини розроблені технології, які дають змогу із меляси, крім спирту, одержувати хлібопекарні та кормові дріжджі, двоокис вуглецю, нейтральний бетаїн, біогаз і/або органо-мінеральне добриво. З протеїнової частини зерна можна одержувати харчовий білок – цінну добавку до хліба та хлібобулочних виробів лікувально-профілактичного призначення, передусім для діабетиків.

Перспективним напрямком розвитку спиртової промисловості є виробництво технічного спирту і ВКД (високооктанової кисневмісної добавки до бензинів). Зараз перед усім світом стоїть проблема виробництва енергії. На даний час основними її постачальниками є нафта і газ, які є не відновлювальними видами сировини. Етиловий спирт можна одержувати із сільськогосподарської продукції, яка є відновлювальною сировиною і ВКД міг би замінити значну кількість бензинів, до того ВКД є екологічним паливом.

Значний внесок у розвиток теорії і практики спиртового виробництва внесли вчені КТІХП (сучасний НУХТ), якому вже більше 75 років, а також УкрНДІСП (сучасний УкрНДІ спиртбіопродуктів).

Вчені цих закладів – Фукс А.А., Маринченко Р.О., Швець В.М., Стабніков В.М., Циганков П.С. та інші – зробили значний внесок в розвиток сучасних технологій підготовки цукро- і крохмалевмісної сировини до зброджування, підбору високопродуктивних штамів спиртових дріжджів, розробкою ресурсо- і енергозберігаючих технологій, технології перегонки бражки та ректифікації спирту.

Про галузі, в яких використовується етиловий (харчовий) спирт вже було сказано вище, а також вже було вказано на можливість використання етилового спирту, як замінника бензину.

Загалом етиловий спирт, що виробляється харчовою промисловістю відноситься до харчового етилового спирту, сировиною в такому випадку є сільськогосподарська сировина (меляса, картопля, зернові культури, цукор-сирець).

Крім того, є технічний етиловий спирт – його одержували раніше із нехарчових видів сировини (спирт етиловий гідролізний – із деревини та відходів її переробки, синтетичний етиловий спирт – із етилену і із відходів паперової промисловості – сульфітний) в даному курсі не розглядаємо. Зараз технічний етиловий спирт одержують і на спиртових заводах із харчової сировини. Сировиною для одержання технічного спирту може бути умовно дефектне зерно, меляса, технічні культури (топінамбур, сорго, тапіока тощо), а також побічні спиртовмісні відходи брагоректифікації: головна фракція етилового спирту. Загалом близько 160 виробництв використовують технічний етиловий спирт як первинну сировину. Може бути технічний спирт використаний як моторне паливо – і в чистому вигляді і у вигляді високооктанової добавки (ВКД),

Харчовий етиловий спирт виробляється таких видів:

1. ректифікований етиловий спирт вищої очистки міцністю 96,0% об.;

2. ректифікований етиловий спирт Екстра міцністю 96,3% об.;

3. ректифікований етиловий спирт Люкс міцністю 96,3% об.;

4. ректифікований етиловий спирт Пшенична сльоза міцністю 96,3% об.

(розрізняються за ступенем очистки – найчистіший Пшенична сльоза – для виготовлення використовують тільки якісна пшениця).

Технічний етиловий спирт вуглеводовмісної сировини та спиртовмісних побічних продуктів ректифікації за ТУ-У-18.510-99 випускають марок А, Б, В, Г, Д, Е (характеристика надана в підручнику Домарецького стор. 349). Технічний спирт деяких марок абсолютують, тобто повністю видаляють воду. Такий спирт є абсолютований.

Спиртові заводи випускають: дріжджі хлібопекарні, кормові, бетаїн, СО₂, головна фракція, сивушне масло, барду.

До спиртової галузі зараз відносять виробництво лікеро-горілчаних виробів і горілки.

Лікеро-горілчані вироби – це міцні (різної міцності) алкогольні напої з додаванням різних природних добавок: соків, морсів, настоїв, барвників).

Горілки – це суміш спирту із водою з наступною обробкою на адсорбентах; горілки це обов’язково безбарвні рідини.

Виробництво горілок та лікеро-горілчаних виробів зконцентровано на великих лікеро-горілчаних заводах. Державних лікеро-горілчаних заводів в Україні 24, а крім цього на даний час існує ряд заводів недержавних. Побудовані нові заводи: в Запоріжжі (Хортиця), в Харкові, Черкасах за рахунок іноземних інвестицій. Відомими брендами (торговими марками) є Біленька, Вдала, Улюблена, Смачна (корпорація Олімп), Союз-Віктан, «5 Крапель». Також відомими заводами є горілчана компанія «Nemiroff.ua», завод Златогор (м. Золотоноша).

Технологія виробництва горілок і лікеро-горілчаних виробів в Україні найсучасніша, про що свідчить значна кількість призів, що одержані нашими виробниками на світових виставках.

Тема: Сировина спиртового виробництва

Питання:

Класифікація сировини спиртового виробництва. Загальні вимоги, які ставляться до сировини спиртового виробництва.

Крохмалевмісна сировина. Зернові злаки, які переробляються на спиртових заводах. Нормативно-технічна документація на зернові злаки. Анатомічна будова зерна. Хімічний склад зерна. Фізичні і фізико-хімічні властивості зернових мас.

Картопля як сировина спиртового виробництва. Будова бульби, хімічний склад і технологічна оцінка. Сорти картоплі, що використовується для виробництва спирту.

Цукровмісна сировина. Меляса як сировина для виробництва спирту. Хімічний склад меляси. Характеристика цукрів і нецукрів меляси, їх вплив на зброджуваність меляси. Мікрофлора меляси. Вимоги до якості меляси в спиртовому виробництві.

Класифікація дефектного зерна.

Виробництво спирту із дефектного зерна.

Нетрадиційні види сировини: цукор-пісок, як сировина для виробництва спирту.

Рідкісні та інулінвмісні види сировини.

Допоміжні матеріали, що використовуються у виробництві спирту.

Основна складова хімічна сировини, яка використовується при виробництві спирту – це вуглеводи, які зброджуються дріжджами, перетворюючись у спирт і СО₂ за рівнянням:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + ∆Н

Вуглеводи розрізняють прості і складні; прості – моносахариди, олігосахариди і складні - полісахариди. Моносахариди і олігосахариди мають назву – прості цукри, вони в основному всі зброджуються дріжджами, складні полісахариди – крохмаль, інулін, целюлоза – мають молекули складною будовою, молекули мають велику молекулярну масу і складаються з окремих простих моносахаридів,; складні полісахариди дріжджами безпосередньо не зброджуються. В залежності від того, які вуглеводи входять до сировини, її класифікують на таку: цукровмісну і крохмалевмісну (інколи кажуть – цукрову і крохмальну).

Цукровмісна сировина: меляса (відхід цукрового виробництва), а також інколи переробляється цукровий буряк, цукор-сирець, різні цукристі відходи харчової промисловості, відходи виноробства, але найчастіше меляса.

Крохмалевмісна сировина – зернові культури і картопля. В останні роки в Україні (≈ 25 років) картопля не переробляється на спирт із-за значної вартості, значних витрат на транспортування, складність зберігання.

Загальні вимоги до сировини:

1. Сировина повинна щорічно відновлюватися у кількості, достатній для промислової переробки;

2. Сировина повинна містити високу концентрацію крохмалю чи цукру;

3. Вона повинна добре зберігатися.

У відповідності із розташуванням спиртових заводів і структурою сільського господарства для виробництва спирту використовують різні види сировини.

В Україні приблизно переробляється в рік 420 тис. т зерна та 298 тис. т меляси, а спирту зернового та мелясного одержують приблизно у співвідношенні 1 : 1.

До крохмалевмісної сировини відносяться зернові злаки і картопля. У спирт переробляють будь-яке зерно і в тому числі й не придатне для харчових і кормових цілей. Розрізняють зерно голозерне і плівчасте. Зернові злаки використовують такі: пшеницю (в основному дефектну), ячмінь, жито, кукурудзу, просо, овес та деякі інші культури. Зернові культури використовують з метою приготування солоду (штучно замоченого та пророщеного зерна, яке є джерелом ферментів) та на розварювання .

Найкращою сировиною для виробництва є: кукурудза, яка має високий вміст крохмалю, високу урожайність, достатньо розповсюджена, а також використовується жито, пшениця, ячмінь і овес.

Як уже вказувалося, вся сировина, що використовується для розварювання, може бути навіть дефектною і особливих вимог до неї не пред’являють.

Проте сировина, яка використовується для приготування солоду (джерело ферментів), підбирається високоякісна і повинна відповідати державним стандартам України. Для приготування солоду найчастіше використовують ячмінь і просо.

Вказані види сировини повинні відповідати державним стандартам ДСТУ 3769-98. Ячмінь пивоварний (для використання в спиртовій галузі), ГОСТ 22983-88 Просо.

Основні показники:

Показники	Ячмінь ІІ клас	Просо
Колір	Світло-жовтий, жовтий	Від кремового до темно-червоного
Запах	Властивий нормальному зерну
Стан	Здоровий, що не зігрівається
Вологість, %, не більше	15,5	15
Натура, г/дм3, не менше	570	Не нормується
Домішки:
- зернова домішка, %, не більше	3,0	4,0
- смітна домішка, % не більше	3,0	3,0
У тому числі:
- мінеральна домішка	0,5	0,2
У тому числі:
- галька	0,1	-
- гилон і руда	0,05	-
Дрібні зерна, %, не більше	5,0	-
Здатність до пророщування, %, не менше (для зерна, поставленого не раніше як за 45 днів після його збирання)	92,0	86
Життєздатність, %, не менше	92,0	Не нормується
Зараженість шкідниками	Не допускається, крім кліщем І ступені	Не допускається, крім кліщем І ступені

Анатомічну будову зернівок розглянемо на прикладі ячмінної зернівки. Зернові культури мають різну форму зернівки, але воно складається з однакових анатомічних частин. Зерно ячменю складається з трьох основних частин: оболонок, зародка і ендосперму.

Оболонок у ячменю три: зовнішня – квіткова плівка. Квіткова плівка у голозерних культур відсутня, оскільки при обмолоті вона відокремлюється від зернівки, а у плівчастих – зберігається або зрослася з зерном.

Далі йдуть зрослі плодова та насіннєва плівки. Призначення плівок – захист внутрішніх частин, запобігання попаданню різних речовин у внутрішню частину.

Ендосперм – борошниста частина зерна, свого роду сховище поживних речовин для розвитку зародка і молодої рослини. Основна маса ендосперму – великі клітини з тонкими стінками. Заповнені вони крохмальними, зернами, розміщеними в протоплазмі. До речі, в ячмені зерна крохмалю великою овальною та сферичної форми  20-40 мкм, дрібні – кулястої, довгастої, а інколи гранованої форми  2-10 мкм, в інших культурах – інші форми.

Зовнішня частина ендосперму – алейроновий шар, який складається із трьох шарів товстостінних клітин, у зародка – клітини стають дрібнішими, товщина шару зменшуються, а у зародка алейроновий шар зовсім зникає.

Поблизу зародка клітини ендосперму не містять крохмалю.

Зародок зерна з зачатками майбутніх органів рослини (корінців, зачатків бруньки і первинного стебла) знаходиться на стінному боці основи зерна. Над зародком знаходиться щиток, клітини якого утворюють всмоктуючий епітелій. Щиток із всмоктуючим епітелієм передає поживні речовини від ендосперму до зародка. У щитку знаходиться найбільш активні ферменти і велика кількість вітамінів.

Хімічний склад зерна дуже залежить від культури, сорту, ґрунтово-кліматичних умов, прийомів агротехніки, умов зберігання та деяких інших факторів. Проте у середньому зерно складається приблизно із 14% вологи і 86% сухих речовин. Волога в будь-якому зерні нормальному знаходиться у колоїдно-зв’язаному стані, життєві процеси в такому зерні мінімальні. Розрізняють сухе зерно – вологість до 14%; зерно середньої сухості – 14-15%. В такому зерні ( 14-15% вологості) з’являється певна кількість вільної води і зерно може пробуджуватись до життя. Така вологість називається критичною. Також зерно є вологе (15,5-17%) і сире (більше 17%). Таке зерно активно дихає і при зберіганні починає активно проростати, зігріватися і псуватися.

Середній склад сухих речовин: із 86%: 84% - органічних і 2% мінеральних речовин.

Сухі органічні речовини складаються із крохмалю 52%, цукрів - 3%, клітковини – 6%, пентозанів і пектинових речовин – 9%, азотистих речовин – 11%, жиру – 3%.

Але це середній склад, який дуже різниться в різних культурах.

Крохмаль (в здоровому зерні) міститься: в пшениці – 48-57%, житі – 46-53%, ячменю 43-55%, просі 42-60%, кукурудзі крохмалистої 61-70%, а кременистої – 54-71%. В дефектному (зіпсованому) зерні крохмалю завжди менше. Міститься крохмаль в ендоспермі.

Цукрів в здоровому зерні від 0,6 до 7% (цукроза і три-тетрацукриди). У ячмені і житі є рафіноза, мальтози в зерні немає, але вона з’являється при пророщуванні . У дефектному зерні цукрів більше і в основному присутні редукуючі.

На виробництві сума крохмалю і цукрів має назву крохмальність сировини. Це один із основних показників сировини.

Целюлоза. В основному міститься в оболонках, більше в квіткових, а в зерні, звільненому від оболонок, міститься 1,5 – 2,5%, в зерні з плівками целюлози більше : у вівсі 10%, просі – 8%, ячмені – 4-5%. В спиртовому виробництві целюлоза ніякої ролі немає і являється баластом.

Пентозани (ксилани, арабани) – домінуюча складова частина гумі-речовин (слизів, камеді). Із пентозан в зерні містяться геміцелюлози (напівклітковина). Геміцелюлози із целюлозою (клітковиною) входять до складу клітинних стінок зерна. Пентозанів в зерні 7-15%, багато у вівсі (13-15%). Гумі-речовин багато у житі (до 2,8%), що викликає високу в’язкість розвареної маси, одержаної з нього. Таку масу важко перекачувати.

У кукурудзі містяться декстрини.

Пектинові речовини (пектин, протопектин) – зустрічаються в зерні в невеликій кількості, але відіграють негативну роль в виробництві спирту, оскільки при розварюванні дають метанол).

Азотовмісні речовини.

В нормальному зерні із азотних речовин присутні білки (7 – 25%). Дуже небагато міститься амінокислот, амідів, пептидів, тільки один із видів зернової сировини їх вміщує більше - жито, тому жито є найкращою сировиною для приготування сусла для дріжджів.

Небілковий азот (включаючи аміачний) складає в середньому 2%.

У незрілому зерні, яке само зігрівалося вміст амінокислот зростає.

Із білків зустрічаються альбуміни, глобуліни, проламіни, глютеліни. Білки сировини потрібні у виробництві для живлення дріжджів.

Жири – тригліцериди жирних кислот, містяться у кукурудзі 5 – 7%, у вівсі 5 – 6% і т. д. В основному жири локалізовані у зародку (до 85% із загальної маси), 12% - в алейроновому шарі і всього 3% у борошнистій частині зерна.

У зерні також зустрічаються фосфатиди, вітаміни, пігменти. Фосфатиди при розпаді утворюють фітин.

Мінеральні речовини (зола) і кислоти складають 1,5 - 3,0% від маси зерна. Вони знаходяться головним чином у оболонках і квіткових плівках, а також у зародку. Відносно більше золи у плівчастих культурах. Основна частина золи – фосфат калію, кислоти представлені фосфорною, щавелевою, яблучною і молочною.Дуже важливими властивостями зерна і зернових мас є фізичні – теплопровідність, гігроскопічність, тепломасопровідність, а також фізико-хімічні – сипучість і шпаруватість, а також здатність до самосортування.

Теплопровідність – здатність передавати теплоту, для зерна вона низька (0,16 -0,32 Вт/м·К). Низька теплопровідність не сприяє передачі теплоти, від розігрітого зерна до іншої маси зерна. Охолоджене зерно швидко не зігрівається, а отже самозігрівання не розвивається. З іншого боку зерно, яке складоване літом та восени , важко охолодити.

Гігроскопічність – здатність зерна поглинати або віддавати вологу; гігроскопічність пояснюється капілярно-пористою структурою зерна. При збільшенні відносної вологості повітря зерно поглинає вологу до встановлення рівноважної вологи і навпаки – при зниженні відносної вологи повітря - знижується і вологість зерна. Це важливо при зберіганні: у дні, коли є туман, ворота сховищ краще не відкривати, щоб не підвищити вологість зерна. Таким чином, певної вологості повітря відповідає певна рівноважна вологість зерна.

Гігроскопічність – це є здатність до адсорбції, тобто до поглинання інших речовин. Зерно може поглинати (адсорбувати) і інші речовини, наприклад, нафтопродукти, фарбники тощо. Тому в сховищах не дозволяється зберігати такі речовини.

Сипучість – властивість зернових мас самовільно рухатись по похилій поверхні, або утворювати конус з більшим або меншим кутом між утворюючою та діаметром основи конуса, який називається кутом природного відкосу або кутом скочування. Залежить величина кута від величини, форми, вологості зерна (найбільше від вологості зерна). Чим більша вологість, тим більший кут відкосу, у дуже вологого зерна він може сягати 90º.

Сипучість обумовлює здатність зерна до самосортування, яке спостерігається при засипанні зерна в засіки чи силоси: Найбільш важкі домішки та найбільш важкі зерна розташовуються біля центру падіння, а легкі та щуплі зерна та легкі домішки скочуються по поверхні і розташовуються ближче до основи конуса. В наслідок самосортування створюється неоднорідність зернової маси, що потрібно враховувати при відборі проб при зберіганні.

Шпаруватість – це наявність повітряних проміжків в зерновій масі. Вони можуть бути більшими або меншими в залежності від розмірів зерна, а також зменшуватись від попадання сміття, бруду. Наявність шпарин сприяє доступу повітря до зерна, зародку та його аеробному типу диханню.

Класифікація дефектного зерна.

Дефектне зерно (зіпсоване за різними причинами), це зерно вогневої сушки (підгоріле), дуже вологе (підмочене), таке, що перезимувало під снігом, суховійне, недозріле, дефектне, морозобійне, нестандартне.

Для зерен пшениці виділяють чотири ступені дефектності, такі як:

Ступінь дефектності	Вміст аміаку, мг/100г зерна	Кількість пророслих зерен	Запах
Перша	>5 до 15	до 3	солодовий
Друга	>15 до 40	>3	плісняво-затхлий
Третя	40 – 100	>3	гнилисто-затхлий
Четверта (з темною оболонкою і ендоспермом)	>100	>3	гнилисто-затхлий

Виробництво спирту із дефектного зерна.

Із дефектного зерна виробляється спирт тільки вищої очистки або технічний Розварювання дефектного зерна відбувається за пом'якшеним режимом, і найчастіше переробка ведеться в суміші із нормальним зерном. Якісне зерно використовується на приготування сусла для розвитку дріжджів, а також для перших порцій сусла, що подаються в бродильний апарат. Наступні порції сусла готують із дефектної сировини. При проведенні процесу бродіння сусла із дефектної сировини рекомендують періодично його перемішувати..