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

тозидов. Наряду с глюкозой из этих углеводов одновре­ менно образуется фруктоза.

Таким образом, все сбраживаемые углеводы зерна представлены в гидролизатах глюкозой и небольшим количеством фруктозы, которые и определяют по реду­ цирующим свойствам.

В растворе после гидролиза определяют общее со­

определяют путем окисления их фелинговой жидкостью. Параллельно определяют пентозные углеводы и углево­ ды, введенные с ферментами солода, и по разности ус­ танавливают содержание сбраживаемых углеводов.

Для определения крахмалистости зерна применяются два химических метода: ускоренный метод В Н И И СП а и модифицированный метод Меркера.

Ускоренный химический метод определения крахма­ листости зерна (метод ВНИИСПа). Для определения крахмалистости этим методом берут тонкий помол зерна, который полностью проходит через сито с отверстиями диаметром 0,5 мм. Тонкий помол обеспечивает количест­ венный переход крахмала в растворимые продукты при сравнительно мягких условиях.

В маленьком стаканчике на аналитических весах взвешивают 3 г помола зерна и количественно переносят его в мерную колбу на 200 мл. Стаканчик ополаскивают 2—3 раза небольшим количеством дистиллированной воды и сливают ополоски в колбу с навеской. Муку тща­ тельно размешивают с водой и после получения равно­ мерной, без комков, массы быстро вливают в колбу го­ рячую дистиллированную воду в таком количестве, что­ бы общий объем смеси был около 100 мл. Полученную суспензию перемешивают и колбу помещают в бурно кипящую водяную баню для клейстеризации крахмала муки. Колбу выдерживают в бане 15 мин, все время энергично перемешивая ее содержимое. Затем клейстеризованный раствор кипятят (на газовой горелке, элект­ роплитке) в течение 15 мин при периодическом переме­ шивании, не допуская пригорания массы.

По окончании кипячения раствор охлаждают до 63° С и в колбу добавляют 0,3 г концентрированного со­

190

лодового ферментного препарата в виде водной суспен­ зии. Концентрированный препарат готовят из смеси солодов: ячменного 50%, овсяного 25% и просяного 25%, извлекая ферменты экстракцией водой и осаждая спир­ том из водной вытяжки. Отфильтрованный осадок вы­ сушивают и применяют для осахаривания.

Водную суспензию готовят путем растирания навес­ ки сухого препарата с небольшим количеством дистил­ лированной воды в фарфоровой ступке.

После добавления фермента в реакционную жидкость

мин. За это время клейстеризовагшый крахмал перехо­ дит в растворимые в воде продукты — декстрины и оли­ госахариды.

Тридцатиминутной выдержки клейстеризованного крахмала с ферментами вполне достаточно для того, чтобы отделить все сбраживаемые углеводы от нераст­ воримых веществ зерна, что и является основной зада­ чей этого процесса. Добиваться превращения крахмала в продукты, не окрашивающиеся йодом, в данном случае не обязательно, так как продукты частичного фермен­ тативного гидролиза крахмала в дальнейшем подверга­ ются кислотному гидролизу и превращаются в глюкозу. Для обеспечения точности анализа важно лишь, чтобы под действием ферментов весь крахмал перешел в раст­ воримые продукты.

Одновременно с клейстеризацней и осахариванием крахмала зерна частично гидролизуются гемицеллюлоза и пентозаны, растворяются гумми и слизи, в результате чего образуются растворимые пентозаны и простые пентозы.

После выдержки в термостате колбу помещают в кипящую водяную баню и нагревают в течение 10 мин. Затем охлаждают до 20° С, добавляют к раствору для осветления 0,5 мл 0,8%-ного раствора уксусной кислоты и дистиллированной водой доводят объем жидкости в колбе до метки. Раствор тщательно перемешивают и фильтруют через плотный фильтр в сухую и чистую кол­ бу. Первые 10—20 мл фильтрата отбрасывают, а после­ дующие собирают в колбу.

Из полученного фильтрата отбирают 20 мл на про-

191

ванной воды; содержимое колбы перемешивают, затем

углеводы превращаются в глюкозу, одновременно в раст­ воре присутствует небольшое количество фруктозы, об­ разовавшейся в результате гидролиза сахарозы и фруктозидов зерна.

Кроме сбраживаемых гексоз, в гидролизатах нахо­ дятся пентозы (ксилоза и арабиноза) — продукты при гидролизе пентозанов.

После гидролиза жидкость охлаждают, объем ее до­ водят до метки и отбирают 40 мл в мерную колбу на

объем доводят до 50 мл и в растворе определяют общее содержание редуцирующих сахаров по методу Бертрана

8 6

деление сахаров, мл; 1000 — перевод мг в г.

Обычно при анализе проводят разбавление до одно­ го и того же объема при осахаривании (Ѵі = 2 0 0 мл), гидролизе и нейтрализации (Кг = 50 мл). Для проведе­

192

Подставляя эти постоянные величины в уравнение, после сокращения получаем расчетное уравнение в уп­

Пример. На анализ взята пшеница влажностью 15,5%. Влаж­ ность помола 13%. При анализе на титрование пошло 15,3 мл пер­ манганата с поправочным коэффициентом 0,505. На саморедукцию реактивов идет 0,1 мл перманганата. Всего расход стандартного ра­ створа перманганата с содержанием 5 г на 1,0 л равен (15,3— 0,1)0,505=7,676 мл.

Содержание закиси меди в пробе 7,676 - 10 = 76,76 мг,

чему соответствует 39,59 мг глюкозы (по табл. 1 приложения). Это количество глюкозы складывается из глюкозы, образовав­

шейся при гидролизе крахмала, и свободных сахаров зерна, а так­ же моносахаридов, введенных с концентрированным препаратом фермента, и пентоз, условно определенных в виде глюкозы.

Общее содержание редуцирующих сахаров в 3 г помола, взятого на анализ, составит

Ср с = 0,0625 - 39,59 = 2,474 г.

Содержание пентоз в растворе 0,125 г и сахаров -в препарате

фермента — 0,075 г.

Сбраживаемые сахара, введенные с помолом пшеницы, составят

Модифицированный метод Меркера определения крахмалистости зерна. 3 г тонкоразмолотого зерна отве­ шивают в маленьком стаканчике и количественно пере­ носят в мерную колбу на 200 мл. Помол размешивают сначала с небольшим количеством дистиллированной воды, а затем после получения равномерной, без комков, массы, объем жидкости доводят до 100 мл и суспензию тщательно перемешивают. Затем колбу с содержимым помещают в кипящую водяную баню на 45 мин дЗія клейстеризации крахмала. Во время нагревания в пер­ вые 3—4 мин содержимое колбы энергично взбалтывают для получения однородного клейстера. Через 45 мин колбу вынимают из бани, раствор охлаждают до 63— 65° С и добавляют 0,2 г концентрированного солодового препарата или 5 мл водной солодовой вытяжки и осахаривают крахмал в термостате с температурой 58—62° С в течение 2 ч, после чего определяют полноту осахари­ вания по йодной пробе (по отсутствию синего или фио­ летового окрашивания). Если полнота осахаривания не достигнута, выдерживают пробу в термостате еще 30 мин. После этого колбу вынимают из бани и вновь оп­ ределяют по йодной пробе полноту осахаривания. Если она не достигнута, содержимое колбы охлаждают до 65°С, добавляют 1 мл. солодовой вытяжки или 0,1 г препарата фермента, осахаривают в течение 30 мин и снова проверяют полноту осахаривания. Операцию по­ вторяют до тех пор, пока проба не перестанет давать окрашивание с йодом. Во избежание потерь капли, взя­ тые для проб, смывают обратно в колбу.

По окончании осахаривания содержимое колбы до­ водят до кипения, охлаждают до 20° С и доводят дис­ тиллированной водой до объема 200 мл, предварительно удалив пену прибавлением нескольких капель серного эфира. Затем реакционную жидкость хорошо взбалты­ вают и фильтруют через сухой складчатый фильтр в сухую колбу. Первые порции фильтрата (20—25 мл) отбрасывают, а последующие собирают в колбу.

Для гидролиза отбирают 50 мл фильтрата в мерную колбу на 200 мл, добавляют 4,5 мл 25%-ной соляной кислоты (относительной плотностью 1,125), закрывают пробкой с воздушным холодильником (стеклянной труб­ кой длиной 50—-60 см) и помещают на 2 ч в бурно кипя­ щую водяную баню. В процессе гидролиза следят за

194

МЫХ углеводов верна В строго стандартных условиях, моделирует процесс получения спирта в производствен­ ных условиях.

Содержание сбраживаемых углеводов в этом методе определяют по продуктам брожения; полученные данные наиболее близко отвечают искомой величине содержа­ ния сбраживаемых углеводов в зерне. Поэтому метод бродильной пробы рекомендуется применять как конт­ рольный и использовать его для определения крахма­ листости зерна в арбитражных анализах при возникно­ вении различных спорных вопросов, а также при обна­ ружении несоответствия между технологическими пока­ зателями и выходом спирта из 1 т крахмала перерабо­ танного зерна.

Точность и воспроизводимость метода бродильной пробы зависят прежде всего от строгой стандартизации условий, в которых он проводится. В связи с этим уста­

стеризованный крахмал переходит в растворимую, до­ ступную для действия ферментов форму. После терми­ ческой выдержки проводят осахаривание крахмала ох­ лажденной пробы ферментами смеси трех солодов: яч­ менного, овсяного и просяного. Такая смесь обеспечи­ вает набор ферментов, необходимый для. наиболее пол­ ного осахаривания. Крахмал превращается в мальтозу и декстрины, которые по существу являются несбражи­ ваемыми углеводами, но в процессе брожения мальтоза под действием ферментов дрожжей превращается в глю­ козу, которая сбраживается в спирт. Декстрины осаха­ риваются ферментами солода до мальтозы.

Однако в процессе брожения остается несброженным некоторое количество декстринов.

После брожения определяют спирт и несброженные углеводы бражки, спирт, уловленный из газов брожения. Все эти продукты пересчитывают в крахмал и получают величину сбраживаемых углеводов, которая составляет 94,3% от количества их введенных с помолом. Осталь-

196

Ные 5,7% составляют потери, которые складываются из

нии бродильной пробы не определяют, а берут в качест­ ве стандартных величин.

Таким образом, определяя сбраживаемые углеводы зерна по продуктам брожения и рассчитывая по ним (с учетом количества неопределяемых потерь) крахмалис­ тость, устанавливают общее содержание сбраживаемых углеводов в помоле муки, взятой на бродильную пробу.

Ход определения. При определении крахмалистости по бродильной пробе образцы помола сбраживают в трех параллельных пробах. Для анализа берут 3 сухие, предварительно взвешенные, конические колбы на 500 мл, отвешивают в них по 5 г размолотого зерна (размер частиц менее 1 мм), добавляют по 60—70 мл дистилли­ рованной воды и перемешивают с мукой стеклянной па­ лочкой до образования равномерной массы. В смеси добавляют еще по 130— 140 мл воды, перемешивают и помещают колбы для клейстеризации крахмала в кипя­ щую водяную баню на 40 мин, тщательно размешивая массу в течение первых 10 мин. Затем колбы вынимают из бани, закрывают стеклянными крышками, или вкла­ дышами, чтобы конденсационная вода не могла попасть внутрь колбы, и для разваривания помещают в нагретый текучим паром автоклав. Избыточное давление в авто­ клаве повышают в течение 20—30 мин до 0,15 М Па и 90 мин выдерживают колбы при этом давлении, после чего снижают давление в автоклаве до нормального, автоклав охлаждают, колбы с разваренной массой вы­ нимают, добавляют в них по 5 мл солодовой вытяжки для разжижения и охлаждают до 61—62° С.

Затем массу осахаривают солодовой вытяжкой, при­ готовленной из смеси трех солодов: ячменного . 50%, просяного и овсяного по 25%.

Для приготовления солодовой вытяжки сухой солод каждой культуры размалывают отдельно и составляют 25 г смеси в необходимом соотношении. Навеску солода заливают 140— 145 мл воды, добавляют несколько ка­ пель формалина и выдерживают смесь в термостате 2 ч при температуре 30° С, перемешивая через каждые 10— 15 мин. После настаивания солодовую вытяжку фильт-

197

руЮт через бумажный фильтр. Общее количество ее дол­ жно быть 150 мл; если раствора получилось меньше, то добавляют воды до данного объема. От вытяжки отби­ рают 25 мл для определения углеводов, а остальным количеством осахаривают разваренную массу.

В каждую колбу с разваренной массой приливают по 30 мл солодовой вытяжки, перемешивают и в течение G0 мин проводят осахаривание крахмала в термостате с температурой 57—60° С.

По истечении этого времени колбы вынимают из тер­ мостата, осахаренную массу охлаждают до 30—31° С и добавляют к ней суспензию хорошо отмытых от сахаров и спирта и отфугованных дрожжей расы X II, приготов­ ленных следующим образом.

Чистую культуру дрожжей из пробирки пересевают на 250 мл фильтрата, затора или солодового сусла кон­ центрацией 12% и оставляют на брожение на 24 ч. Одно­ суточную культуру пересевают на 250 мл свежего сусла и снова оставляют в термостате с температурой 30° С на 24 ч. Полученные дрожжи центрифугируют, фугат сливают, а осадок промывают стерильной водопроводной водой и снова центрифугируют. Промывание и центри­ фугирование дрожжей проводят 3—4 раза до тех пор, пока дрожжи не будут полностью отмыты от сахаров и спирта.

Промытые дрожжи переводят в цилиндр с 50 мл во­ ды, получают дрожжевую суспензию, которую исполь­ зуют для брожения, добавляя в каждую колбу с суслом 15 мл суспензии дрожжей.

Для обеспечения стерильности в подготовленную для брожения смесь задают формалин из расчета 0,02% от массы осахаренного сусла. Затем колбы взвешивают, закрывают пробками со вставленными в них поглоти­ тельными сосудами с хромпиком, вторично взвешивают и оставляют на брожение на 68—72 ч в термостате с температурой 30° С.

После брожения проводят анализ бражки, определяя кислотность, отброд, содержание спирта, несброженных растворимых углеводов и крахмала. Спирт определяют

вдвух пробах бражки, все остальные показатели — в трех. Определяют также количество спирта, унесенного

впроцессе брожения с углекислотой (по количеству связавшегося хромпика йодометрическим методом).

198

После брожения отгоняют спирт из бражек, отбирая от каждой пробы 100 г нефильтрованной бражки, по­ мещают их -в конические колбы, нейтрализуют щелочью, добавляют 50 мл дистиллированной воды и отгоняют спирт, собирая дистиллят в мерные колбы на 100 мл. Когда наберется в приемнике 95—98 мл дистиллята, от­ гонку прекращают и объем его доводят до метки при температуре 20°С дистиллированной водой. В дистил­ ляте определяют спирт пикнометрическим методом. Ос­ тавшееся количество бражки служит для определения в ней растворимых сбраживаемых веществ и крахмала.

О п р е д е л е н и е с о д е р ж а н и я у г л е в о д о в в с о л о д о в о й в ы т я ж к е . По бродильной пробе опре­ деляют общее количество сбраживаемых углеводов, вве­ денных с помолом зерна и солодовой вытяжкой, приме­ нявшейся для осахаривания. Поэтому для определения углеводов, введенных с помолом, необходимо определить содержание их в солодовой вытяжке и вычесть его из общего содержания сбраживаемых углеводов, рассчи­ танного по продуктам брожения.

Сбраживаемые углеводы в вытяжке определяют хи­ мическим или колориметрическим методом. При опре­ делении углеводов химическим методом отбирают 10 мл

сложных углеводов вытяжки до глюкозы и определяют глюкозу в гидролизате, как это описано в главе II, стр. 86.

Параллельно в вытяжках определяют пентозаны ме­ тодом, указанным выше (стр. 113), и по разности опре­ деляют содержание сбраживаемых углеводов.

При определении углеводов в вытяжке колориметри­ ческим методом ее разбавляют таким образом, чтобы в растворе содержалось 10 мг% сахара и определяют его по прописи, приведенной в главе II, стр. 104.

Спирт в дистилляте определяют по относительной плотности, которую находят пикнометрическим методом по способу, описанному в главе II, стр. 73. Содержание спирта выражают в объемных процентах.

199