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

Картофель

Картофель состоит из сухого вещества и воды, которой в клубнях содержится в среднем 75%. Преобладающую часть сухого вещества клубней составляют безазотистые экстрактивные вещества (в среднем 83%), к которым относится крахмал, декстрины, сахара, .органические кислоты, растворимые пектиновые вещества. Крахмал составляет около 95% всех безазотистых экстрактивных веществ, или около 80% всего сухого вещества.

Количественное соотношение составных частей кар­ тофельных клубней значительно изменяется в зависи­ мости от сорта картофеля, климатических условий его произрастания и уровня агротехники. Содержание основ­ ных компонентов клубней отечественных культурных сортов картофеля может изменяться в следующих пре­ делах: сухие вещества 15—32%, крахмал 9—28%, сырой протеин 0,70—3,6%, зола 0,50— 1,8%•

Основное вещество клубней картофеля — крахмал, который собственно и определяет ценность картофеля как сырья для спиртового производства.

Характерной особенностью крахмала картофеля яв­ ляется то, что фосфорная кислота связана эфирной связью с аминопектином, определяя тем самым его важ­ нейшие физико-химические свойства (так, например, вязкость крахмальных клейстеров возрастает пропор­ ционально содержанию в них фосфора).

Большое практическое значение имеет соотношение

Проф. Меркер эмпирическим путем установил, что разность между содержанием в клубне картофеля су­ хого вещества и крахмала сравнительно постоянна и выражается величиной 5,75. На этой основе им была составлена таблица, в которой приведены соотношения между относительной плотностью, содержанием сухого вещества и крахмала в клубне картофеля. Этой табли­ цей и пользуются для определения его крахмалистости.

Для производственных целей важно также содержа­ ние в клубнях сбраживаемых сахаров. Их в клубнях содержится от 0,5 до 2,5%, в среднем 1,7% (или, в пере­

150

счете На крахмал, 1,5%). Сахара содержатся в свобод­ ном состоянии в виде сахарозы, фруктозы и глюкозы (последней в клубнях больше, чем всех остальных).

Помимо них, в клубнях картофеля содержатся и связанные сахара, главным образом песбраживаемые,— галактоза, раффиноза и рибоза, — которые входят в со­ став алкалоида соланина и нуклеидов.

Содержание свободных сахаров в клубнях увеличи­ вается при хранении; накопление их зависит от темпе­

Большая часть их ( /s) превращается в крахмал, а мень­ шая расходуется на дыхание.

Кроме сбраживаемых углеводов, в клубнях карто­ феля находятся пентозаны, клетчатка, пектиновые веще­ ства и гумми, жир и минеральные соли. Пентозанов в картофеле содержится 0,70— 1,2% (в среднем 1,0%). Пектиновые вещества, сосредоточенные главным обра­ зом в кожице, в среднем составляют около 0,7% к массе

и миристиновой кислот. Азотистых веществ в картофеле содержится в пределах 0,70—3,70% (в пересчете на белок), в среднем 2,0%. Собственно картофельный бе­ лок — туберин — составляет 50—75% от общего содер­ жания азотистых веществ.

Минеральные элементы составляют от 2,12 до 7,48%, в среднем 4,36% на сухую массу. Реакцию картофель дает кислую, что обусловлено присутствием в его соке органических кислот. Общая кислотность картофеля (считая на молочную кислоту) 0,10—0,28%.

Общее содержание несбраживаемых веществ до­ вольно постоянно и, как уже говорилось, равно в сред­

151

Меласса

Меласса — отход производства сахара из сахарной свеклы. Она образуется после извлечения из сахарных соков основной массы сахара и представляет собой кон­ центрированный раствор различных минеральных и ор­ ганических веществ, часть которых находится в коллоид­ ном состоянии. Относительная плотность мелассы 2,35— 1,40.

Состав мелассы зависит от качества сахарной свеклы и способов ее переработки. Поэтому мелассы, поступа­ ющие на спиртовые заводы, весьма различны по хими­ ческому составу и свойствам. В состав мелассы входят три основных компонента — сахар, несахар и вода. Воды в мелассе 17—26%. Она находится в основном в свободном состоянии и только небольшая часть ее свя­ зана в форме гидратной.

В состав сахаров мелассы входит сахароза, инвертный сахар и раффиноза. Содержание сахара в мелассе определяет ценность ее как сырья для спиртового производства и составляет 48—62% на сухое веще­ ство.

Сахароза является главной составной частью мелас­ сы. Ее содержится там около 50%.

Удельное вращение водных растворов сахарозы + 66,5°, она не содержит свободного глюкозидного гид­ роксила и поэтому не восстанавливает фелиигову жид­ кость и не обнаруживает мутаротации.

При нагревании с кислотами или под действием фер­ мента сахаразы (инвертазы) сахароза гидролизуется, образуя смесь глюкозы и фруктозы, называемую инвертным сахаром. В результате гидролиза изменяется удель­ ное вращение раствора (с правого на левое), поскольку образующаяся при гидролизе фруктоза имеет значи­ тельно большее левое вращение (—92,4°), чем правое вращение глюкозы ( + 52,5°).

Характерной особенностью сахарозы является исклю­ чительная легкость ее гидролиза в кислом растворе — скорость реакции приблизительно в тысячу раз больше скорости гидролиза при этих же условиях такого ди­ сахарида, как мальтоза.

В мелассе содержится в небольших количествах инвертный сахар. В мелассе нормального качества содер­ жание его колеблется в пределах 0,4— 1,5%, но в де­

152

фектных, забродивших мелассах его может быть и боль­ ше: в сильно инфицированных мелассах, например, со­ держание его может достигать 15%.

Раффинозы в мелассе содержится в пределах 0,5—

2,0 %.

Удельное вращение, -водных растворов раффинозы + 105,2°, она не восстанавливает фелингову жидкость. При нагревании с кислотами гидролизуется, образуя мо­ лекулы глюкозы, галактозы и фруктозы. Под действием фермента сахаразы от раффинозы отщепляется фрукто­ за и остается мелибиоза

СівНзгОів — С0НхгО6 + СхзНггОц

Раффиноза Фруктоза Мелибиоза

Мелибиоза имеет свободный глюкозидный гидроксил, поэтому она обнаруживает в водных растворах мутаротацию и восстанавливает фелингову жидкость. По окон­ чании мутаротации удельное вращение водного раствора мелибнозы равно + 129,5°. Мелибиоза не сбраживается спиртовыми дрожжами.

Фруктоза — сбраживаемый сахар. Вследствие этого в условиях спиртового производства раффиноза сбра­ живается на одну треть.

В очень небольшом количестве в мелассе находится трисахарид кестоза, состоящая из двух молекул фрукто­

( , — , %), образующиеся в результате распада геми­ целлюлоз свеклы при сахароварении.

Несахар мелассы состоит из большого количества ор­ ганических веществ, общее содержание которых колеб­ лется в пределах 25—30%. К ним относятся: органиче­ ские кислоты и соли, сложные эфиры кислот, азотистые соединения, продукты разложения сахаров и их взаимо­ действия с аминокислотами.

В мелассе содержится щавелевая НООС—СООН,

глутаровая С О О Н (С Н 2)з С О О Н , оксиглутаровая, янтар­ ная СООН(СНг) СООН, молочная СН3СНОН СООН,

гуминовые и летучие кислоты, которых содержится в мелассе 0,2—0,8%. Летучие кислоты представлены му­ равьиной (НСООН), уксусной (СНзСООН), пропионо­

153

вой (СН 3 С Н 2 С О О Н ), валериановой (СН 3 С Н 2 С Н 2

СО О Н ).

Вмелассе содержится от 1,2 до 2,3% азота, который

состоит в основной массе из аминного (43% от общего количества) и бетаинного (50%) азота. В небольшом количестве присутствует амидный (3%), амиачный и нитратный (3%) и белковый (2 %) азот.

Из аминокислот в мелассе в наибольшем количестве содержится глютаминовая кислота (1,6—5,5% по массе мелассы). Кроме нее, в мелассе содержится (в %):• лей­ цин и изолейцин 0,7— 1,5, валин и метионин 0,3—0,6, аспарагиновая кислота 0,3—0,5, тирозин 0,02—0,40, ала­ нин 0 ,6 — 1 ,2 , серин 0 ,6 —2 , 0 и некоторые другие кислоты.

Внебольшом количестве содержатся амиды кислот. Содержание бетаина составляет 7,5—8,4% на сухую

метиламины N (C H 3)3 метиламин C H N H 2.

Дрожжами усваиваются только аминокислоты и ами­ ды кислот, что составляет 30—35% от общего содержа­ ния азотистых веществ.

Продукты термического разложения сахаров — кара­ мели, а также меланоидины — продукты взаимодействия сахаров с аминокислотами, образуются при сахароваре­ нии и придают мелассе темно-коричневую окраску.

В мелассе содержится 4—6 % коллоидных веществ, 70—95% из них составляют органические вещества. Многие вещества, входящие в состав органического не­ сахара, оптически активны, причем преобладают право­ вращающие соединения, поэтому несахар мелассы имеет правое вращение.

Минеральная часть несахара состоит из углекислых, сернокислых, азотнокислых, хлористых и небольшого количества фосфорнокислых солей калия, натрия, маг­ ния, алюминия, железа и аммония. Среднее содержание золы в мелассе (в виде окислов металлов) составляет около 8,5%. Углекислой золы, в виде которой она обыч­

Нормальная меласса имеет щелочную реакцию (pH

154

фектность мелассы в результате инфицирования ее мик­ рофлорой в процессе хранения, что вызывает забраживание мелассы, влекущее за собой понижение содержа­ ния сахара и повышение содержания кислот.

Сахарная свекла

Сахарная свекла содержит 75—80% воды и 25—20% веществ, которые в основном состоят из сахарозы (в пределах 15— 19%). В нормальной свекле содержится также небольшое количество инвертного сахара (0,050— 0,130%), причем в проросшей и дефектной свекле оно значительно больше. В небольшом количестве в свекле

шом количестве соли янтарной (С О О Н —С Н 2С Н 2С О О Н ),

являются источником появления метилового спирта в спирте-ректификате, а также пентозаны (до 5— 10% су­ хого вещества), образующие при разваривании слизи­ стые вещества.

Содержание азотистых веществ в свекле составляет 0,24% (по азоту). Они состоят из белков (50%) и амидосоединений, органических оснований и нитратов.

Из амидосоединений в свекле содержатся аспарагин и глютамин, встречаются тирозин и лейцин (последние главным образом в проросшей свекле).

Из органических оснований в свекле находится бета­ ин (СНз)'зК1—СН2СО. Клетчатки в свекле содержится в

пределах 0,6—0,7% (в нерастворимой части) и золы 0,70—0,80% к сырой массе свеклы.

В составе золы преобладают фосфорнокалийные соли.

155

СХЕМЫ КОНТРОЛЯ СЫРЬЯ (1, 2, 3)

Контроль за качеством сырья, поступающего в про­ изводство, ведется в строгом соответствии с разработан­ ными для каждого вида сырья схемами контроля.

Наиболее важным в контроле спиртового производ­ ства является определение качества сырья и главным образом содержания в нем углеводов, которые в про­ цессе производства превращаются в сбраживаемые са­ хара — основной источник получения спирта. Одновре­ менно в зерне определяется влажность, засоренность, а также физическое состояние сырья. Поэтому проводят полный анализ сырья с определением всех его качест­ венных показателей.

На заводы спиртовой промышленности поступает зерно самого различного качества: здоровое нормаль­ ное, дефектное самосогревающееся (I— IV-степени); за­ раженное различными вредителями, горелое; смеси двух и более культур зерна; зерно с примесями сорняков.

Поступающий на спиртовые заводы картофель также бывает различного качества: здоровый, целый и сухой; здоровый замороженный; недозрелый, с неокрепшей ше­ лухой.

ОТБОР СРЕДНИХ ПРОБ СЫРЬЯ

Отбор проб — весьма важная и ответственная опера­ ция. Отобранная средняя проба должна отражать все физические и химические свойства партии исследуемого материала. Неправильно отобранная проба часто явля­ ется источником больших ошибок и безвозвратных по­ терь. Самые точные анализы будут бесцельны, если при отборе пробы была допущена ошибка. Поэтому отбирать пробу нужно очень тщательно, в точном соответствии с правилами.

Отбор проб зерна

Отбор проб начинается с общего осмотра партии зерна и условий ее хранения. Партией называют любое количество зерна, однородного по качеству (по органо­ лептической оценке), предназначенного к одновременной приемке, сдаче, отгрузке или хранящегося в одном скла­ де, закроме.

156

157

158

СХЕМА 2 контроля качества мелассы

159