книги из ГПНТБ / Рухлядева А.П. Технохимический контроль спиртового производства

БЫСТРЫЙ МЕТОД ЭКСТРАКЦИИ РА ЗЛИ ЧНЫ Х ВЕЩЕСТВ Ж И Д К И М И РАСТВОРИТЕЛЯМИ

ИЗ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ (МЕТОД ВНИИСПа)

Предложенным методом можно извлекать различные вещества: сахара, жиры, кислоты и другие соединения,

баню Спирт быстро нагревается и давление в паровом пространстве фильтра повышается, вызывая принуди­ тельную фильтрацию спирта через слой испытуемого вещества и стеклянную фильтрационную пластинку. При этом происходит растворение и извлечение сахаров из муки. Спиртовой раствор их собирается на дне кони­ ческой колбы.

140

При добавлении новых порций спирта строго соблю­ дают, чтобы предыдущая порция была полностью про­ фильтрована, в результате чего давление внутри фильтра уравнивается с давлением в колбе и жидкость легко вытекает из делительной воронки. Если это условие не соблюдено, в трубке создается некоторое давление и спирт из делительной воронки не вытекает. Тогда верх­ нее отверстие воронки закрывают пробкой с резиновой грушей-насосом, с помощью ее создают в воронке дав­ ление и сливают очередную порцию спирта в фильтра­ ционную трубку.

Спиртовой экстракт после фильтрации собирается на дне конической колбы 6; спирт нагревается до кипения и отгоняется через холодильник Либиха в приемный цилиндр.

Экстракцию заканчивают, когда будет израсходован весь спирт в делительной воронке и в приемном ци­ линдре соберется 75 мл дистиллята. Процесс экстракции длится 18—20 мин, после чего еще 1 0 — 1 2 мин из колбы отгоняется оставшийся спирт.

Этот метод экстракции быстрый и надежный. Бы­ строта обеспечивается в приборе одновременным извле­ чением вещества растворителем, фильтрацией раствора через пористый стеклянный фильтр и отгонкой раствори­ теля. Пяти-шестикратная экстракция позволяет пол­ ностью извлечь исследуемое вещество из твердого ма­ териала. Последние порции спирта, как показали иссле­ дования, уже не содержат экстрагируемого вещества.

Если в процессе экстракции раствор плохо фильт­ руется, это указывает на негерметичность прибора. Н е­ обходимо тщательно проверить все соединения и устра­ нить неисправность.

По окончании отгонки растворителя отсоединяют хо­ лодильник, колбу с делительной воронкой вынимают из бани, охлаждают и проводят анализ экстракта.

141

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРА

В производственной практике обычно определяют «сырой жир», по которым подразумевают всю совокуп­ ность нелетучих веществ, извлекаемых из исследуемого продукта (лецитины, красящие вещества, жирные кис­ лоты и др.) эфиром или другим растворителем. В каче­ стве растворителя чаще всего применяют серный этило-

жен; он содержит до % воды и при извлечении им жира из материалов, содержащих сахар, последний может частично перейти в эфирную вытяжку. Петролейный эфир не требует обезвоживания, кроме того, он не рас­ творяет винную, лимонную и другие пищевые кислоты. Хлороформ, тетрахлоруглерод, трихлорэтилен практиче­ ски не смешиваются с водой и применение их, как и петролейного эфира, не требует полного высушивания исследуемого объекта.

Чтобы извлечение жира при помощи растворителя было проведено точно и по возможности скоро, необхо­ димо исследуемое вещество тщательно измельчать (по­ мол должен полностью проходить через сито с отвер­ стиями диаметром 1,0 мм). Перед извлечением материал хорошо высушивают, так как влага затрудняет извле­ чение жира и, кроме того, в воде могут раствориться и перейти в экстракт некоторые составляющие (например, сахара зерна) и результаты анализа будут неточными. Вследствие легкой окисляемости жиров высушивать на­ веску следует при низкой температуре (лучше под ва­ куумом).

Метод Соксле

Экстрагирование, жира проводят в аппарате Сокслё (рис. 49). Навеску испытуемого вещества взвешивают в

бумажной гильзе из обезжиренной фильтровальной бу-

142

Рис. 49. Прибор для количественного извлечения жира (по Соксле):

1 — колба, 2 — экстрактор, 3 — обратный холодильник, 4 — сифон.

маги. Массу навески определяют непосред­ ственным взвешиванием заряженной тари­ рованной гильзы. Навеску берут с учетом предполагаемого содержания жира (напри­ мер, при определении жира в помоле зер­ на его берут 7— 10 г).

на 5— 10 мм ниже верхнего колена сифона

К экстрактору присоединяют предварительно взве­ шенную чистую, сухую колбу 1 и через верх экстрактора приливают серный эфир (или другой растворитель) в таком количестве, чтобы он покрыл гильзу и начал пере­ текать по сифону в колбу. Затем прибавляют еще 20—- 25 мл эфира, соединяют экстрактор с холодильником 3 и начинают нагревать эфир в колбе, помещая под кол­ бой электролампу, или в водяной бане, обогреваемой закрытой электроплиткой.

В процессе нагревания эфир закипает, пары его по обводной трубке экстрактора попадают в холодильник, конденсируются, в виде капель падают на гильзу с экстрагируемым веществом и наполняют экстрактор. Жир навески при соприкосновении с эфиром раство­ ряется, и, как только уровень эфира поднимается до верхнего колена сифонной трубки, эфирный раствор пе­ реливается обратно в колбу. Здесь эфир испаряется, переходит в холодильник, конденсируется, снова попа­ дает в экстрактор и, увлекая с собой жир, переливается в колбу. Таким образом экстракция идет непрерывно.

143

Экстрагирование проходит правильно, если в час происходит 5—8 переливаний. Это достигается путем регулирования температуры в бане, которая должна быть не выше 50'—55° С при экстрагировании серным эфиром и не выше 75—80° С при экстрагировании петролейным эфиром. Более низкая температура замедляет экстракцию, а более высокая вызывает потерю эфира. Экстрагирование ведут в течение 6— 10 ч. Извлечение жира считают законченным, когда капля эфира из экс­ трактора не дает жирного пятна на кусочке фильтро­ вальной бумаги.

Убедившись в том, что весь жир извлечен, нагрев прекращают и разбирают прибор. Патрон удаляют из экстрактора, колбочку соединяют с прямоточным хо­ лодильником и находящийся в ней эфир отгоняют, на­ гревая содержимое колбы на водяной бане до 50—60° С. Затем колбу вместе с жиром высушивают до удаления запаха эфира в сушильном шкафу при температуре не

в сухом веществе

0,54-100-100

С ж

8,3(100— 12,5)

Быстрый метод определения жира (метод ВНИИСПа)

Метод основан на быстром извлечении жира из сухой навески исследуемого вещества по способу В Н И И СП а и определения его по разности.

144

Ход определения. В высушенную и взвешенную фильтрационную трубку экстрактора насыпают, мелко размолотое зерно (или другое вещество), заполняя трубку на 2/з ее объема. Трубку с зерном взвешивают и высушивают до постоянной массы в сушильном шкафѵ при 105° С. Затем ее охлаждают, взвешивают и прово­ дят экстракцию жира из помола зерна серным эфиром (или другим растворителем), как указано на стр. 140. Нагрев экстрактора ведут на водяной бане с темпера­ турой воды 40—45° С (в случае применения серного эфи­ ра). После экстракции фильтрационную трубку с обез­ жиренной навеской подсушивают в сушильном шкафу при температуре 30—70° С до удаления запаха эфира, охлаждают и взвешивают на аналитических весах.

Г л а в а III

СЫ РЬЕ

Основным сырьем в спиртовом производстве явля­ ются: зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес и просо), картофель, свеклосахарная меласса, а также сахарная свекла. Иногда в небольших количествах пере­ рабатывают гречиху, рис и другие крупяные культуры, которые по тем или иным свойствам непригодны для пищевых целей.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СЫРЬЯ

Зерновые культуры

В состав зерна входят сухие вещества и вода, со­ держание которой колеблется в пределах 10—30% и зависит от степени зрелости зерна, его гигроскопичности

145

И условий хранения. Влажное (более 17%) и недоспелое зерно хранится очень плохо и скоро портится. В среднем в зерне содержится 14% воды. При таком содержании почти вся вода в зерне коллоидно связана и не прини­ мает участия в жизненных процессах, которые совер­ шаются в зерне при участии свободной воды.

Как видно из данных табл. 7, в состав зерна входят многие углеводы, среди которых первое место занимает

Крахмал на 96,1—97,6% состоит из полисахаридов, амилозы и амилопектина.

Крахмал является оптически активным веществом и вращает плоскость поляризации света; на этом свойстве основаны методы определения крахмалистости зерна.

Удельное вращение крахмала— величина не строго определенная и колеблется в некоторых пределах как для различных культур, так и в одной культуре в Зави­ симости от ее сорта и условий произрастания.

Важным химическим свойством крахмала является его способность гидролизоваться под действием кислот или биохимических катализаторов — ферментов. В ре­ зультате гидролиза крахмал превращается в сахара — мальтозу при действии ферментов солода и в глюкозу — при кислотном гидролизе.

Вторым важным для спиртового производства ком­ понентом зерна являются сахара. Содержание их в раз­

146

ных культурах зерна различно. Наибольшее их количе­

Для определения крахмалистости зерна большое зна­ чение имеет состав спирторастворимых углеводов. Боль­ шую часть их (72—84%) составляют сахароза, фруктозиды.

Сахара, содержащиеся в зерне ржи, переходя в рас­ твор в условиях поляриметрического метода, имеют отри­ цательный угол вращения плоскости поляризации (см. табл. 8), и соответственно занижают результаты опре­ деления крахмалистости. Величина ошибки может быть значительной, так как угол вращения спиртораствори­ мых сахаров ржи колеблется в пределах от 0,4 до 1,2°. Поляризация спирторастворимых углеводов всех других культур, как правило, равна нулю.

Приведенные в табл. 8 данные получены при анализе зерна, перерабатываемого на спиртовых заводах.

Т а б л и ц а 8

Большинство спирторастворимых углеводов зерна (60—70% )— сбраживаемые, однако присутствующие там левулезаны (фруктозиды) не сбраживаются спир­ товыми дрожжами. Эти углеводы не восстанавливают фелингову жидкость и при мягком гидролизе дают фруктозу и небольшое количество глюкозы. Но в усло­ виях термической обработки зерна левулезаны частично гидролизуются до моносахаридов и степень сбраживаемости повышается до 75—80%.

В мучнистой Части эндоспермы зерна содержатся пентозаны, которые при гидролизе дают арабинозу, кси­

147

лозу, галактозу и небольшое количество глюкозы. Гидро­ лизаты пентозанов не сбраживаются спиртовыми дрож­ жами, но сахара, входящие в их состав, обладают редуцирующими свойствами, поэтому во многих методах они определяются вместе со сбраживаемыми углеводами (химических, с применением ферментов и кислот).

Пентозаны входят в состав гемицеллюлоз, которыми особенно богаты оболочки хлебных злаков (отруби).

Гумми и слизи, содержащиеся в сравнительно не­ большом количестве в зернах злаков, представляют со­ бой коллоидные полисахариды, образующие чрезвычайно вязкие и клейкие растворы. На 90% слизи состоят из пентозанов, но в их состав входят также небольшое количество белков, аминокислот и зольных элементов.

При кислотном гидролизе слизи ржаного зерна обра­ зуют ксилозу, арабинозу и незначительное количество галактозы.

Таким образом, все соединения типа гемицеллюлоз, пентозанов, гумми и слизей, пектиновых веществ при слабом гидролизе, например при поляриметрическом ме­ тоде анализа (гидролиз в 1,124%-ной соляной кислоте) дают гидролизаты, в состав которых, кроме сбраживае­ мых, входят и несбраживаемые вещества — пентозы, пентозаны, галактоза, уроновые кислоты и другие со­ единения. Все эти соединения оптически активны, они будут в той или иной степени влиять на общую поля­ ризацию гидролизатов зерна, которые получают в про­ цессе определения его крахмалистости. Поэтому при поляриметрическом анализе влияние этих соединений должно быть учтено.

В процессе тепловой обработки зерна и последующего осахаривания крахмала разваренного сырья фермен­ тами гемицеллюлоза частично гидролизуется, образуя пентозы и пентозаны.

Гумми и слизи будут переходить в раствор, давая те же продукты и, кроме того, уроновые кислоты и неко­ торые другие вещества. Все эти продукты будут входить

всостав осахариваемых заторов и бражек и должны быть учтены при определении сбраживаемых углеводов

вполупродуктах спиртового производства.

Клетчатка является главной составной частью кле­ точных стенок растений. Она нерастворима в воде, но набухает в ней. При гидролизе концентрированной сер­

148

ной кислотой этот полисахарид полностью превращается в глюкозу.

Как трудногидролизуемый полисахарид, клетчатка в условиях поляриметрического и химического методов определения не будет превращаться в глюкозу и по­ этому не будет влиять на точность определения.

Клетчатка не растворяется при разваривании сырья в процессе его тепловой обработки, и переходит в виде

небольшое количество растворимых белков.

Белковые вещества — самые сложные из всех соеди­ нений, содержащихся в зерне. В их состав входят угле­ род, водород, кислород, азот и почти всегда сера; неко­ торые из них содержат фосфор. Белковые вещества от­ носятся к высокомолекулярным коллоидам. Молекуляр­ ная масса их может достигать нескольких миллионов.

При кипячении с крепкими кислотами, щелочами, а также под действием протеолитических ферментов бел­

При оценке зерна для целей спиртового производ­ ства содержание азотистых веществ не имеет такого решающего значения, как содержание углеводов, но их присутствие необходимо, так как в ходе технологиче­ ского процесса они образуют растворимые формы азота, которые служат основным питательным веществом для дрожжей.

В условиях поляриметрических методов определения белки частично гидролизуются до аминокислот, которые оптически активны (за исключением гликокола) и влияют на общую поляризацию раствора. В связи с этим для исключения искажающего влияния их на показатели крахмалистости требуется соблюдение определенных условий. Белки образуют также мутные трудно фильт­ рующиеся растворы, поэтому при анализе предусматри­ вается осаждение белков.

149