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

Коэффициент определяют так же, как при анализе спирта:

Среднее значение коэффициента будет равно 0,000617. Умножая это значение на 10— коэффициент разбавле­ ния, получим постоянный коэффициент 0,00617 и рас­ четное уравнение примет вид:

Сс = 0,00617т .

Пример. Остаток в колбе после отгонки спирта при определе­ нии спирта в бражке разбавили до 50 мл. Показание интерферо­ метра в кювете с длиной грани 40 мм равно 575. Содержание ра­ створимых сухих веществ С с ,в в бражке

Сс в = 0,00617-575 = 3,48 г/100 мл.

в фильтрате бражки определяют колориметрическим антроновым методом.

Ход определения. Бражку фильтруют через складча­ тый бумажный фильтр, отбирают 1,0—2,0 мл фильтрата (в разбавленном растворе должно содержаться углево­ дов в пределах 3— 12 мг/100 мл), помещают в мерную колбу на 100 мл, куда предварительно было налито око­ ло 50 мл дистиллированной воды. Жидкость перемеши­ вают и добавляют дистиллированную воду при темпера­ туре 20° С до метки.

Раствор перемешивают и в нем определяют несбро­ женные углеводы по прописи, приведенной в главе II, стр. 106.

Пример. На определение взято 2 мл фильтрата бражки и по­ лучено 100 мл разбавленного раствора (/г= 50). После колориметрирования получены значения оптической плотности £>і = 0,570 и £>2=0,185.

Содержание углеводов в бражке

Величина содержания растворимых несброженных углеводов характеризует степень сбраживания углево-

300

Дов, но при необходимости в бражках анализируют также состав иесброженных углеводов, определяя содер­ жание в ней крахмала, декстринов и сахаров.

Такой анализ необходим в тех случаях, когда тре­ буется выяснить причину неполадок и отступления от нормального технологического процесса. Он позволяет определить правильность ведения отдельных технологи­ ческих процессов, соответствие величины выхода спирта и технологических показателей, особенно при перера­ ботке редких видов сырья, а также испорченного и де­ фектного зерна.

О п р е д е л е н и е н е р а с тв о р е н н о г о к р а х м а л а в б р а ж к е к о л о р и м е т р и ч е с к и м а н т р о н о в ы м м е т о д о м

Отбирают среднюю пробу бражки, тщательно пере­ мешивают ее и берут две навески по 25 г в стеклянные стаканчики. При этом необходимо следить за тем, чтобы в навеску попали жидкая и твердая фазы в таком со­ отношении, в каком они содержатся в бражке. Для это­ го навески отбирают ложечкой, каждый раз энергично перемешивая бражку.

Навески переносят из стаканчиков в две чистые мер­ ные колбы на 200 мл. В одной навеске определяют об­ щее содержание несброженных углеводов, а в другой — содержание растворимых углеводов, которые состоят из декстринов и сахаров.

Для определения общего содержания углеводов на­ веску бражки из стаканчика смывают 75 мл 0,53%-ного раствора серной кислоты в мерную колбу на 200 мл. Получается 100 мл жидкости, в которой содержится 0,4% серной кислоты. Крахмал в растворе подвергают гидролизу, после чего определяют в растворе общее со­ держание сбраживаемых углеводов колориметрическим антроновым методом, как указано в главе II, стр. ПО.

Вторую навеску количественно переводят водой в мерную колбу на 200 мл. Объем жидкости доводят до метки, фильтруют и определяют растворимые углеводы

301

T. e. по разности между общим содержанием сбражи­ ваемых Собщ. сб и растворимых углеводов Ср..у в браж­ ках.

Пример. Для определения крахмала взяты две навески браж­ ки по 25 г. После гидролиза раствор разбавлен до 200 мл и про­

Бражку фильтруют через складчатый бумажный фильтр. Первые 20 мл фильтрата отбрасывают, а в пос­ ледующих определяют сахара. Для этого отбирают 1—4 мл фильтрата (в зависимости от предполагаемого содержания сахаров), помещают в мерную колбу на 100 мл и добавляют до метки спирт-ректификат; филь­ труют и в фильтрате определяют содержание спиртора­ створимых углеводов антроновым методом. Расчет ве­ дут по уравнению (22).

Пример. От фильтрата бражки отобран 1,0 мл в мерную колбу на 100 мл. Туда же введено 3,0 мл воды и добавлено 96 мл спир­ та-ректификата (96% об.). После реакции с антроном получены значения оптической плотности: £>і=0,383 и £>2= 0,218.

Содержание спирторастворимых углеводов будет равно

302

Содержание декстринов определяют в фильтрате бражки по разности между общим содержанием раство­ римых углеводов и спирторастворимыми сахарами по уравнению (23).

Пример. Общее содержание растворимых сбраживаемых угле­ водов в бражке (Ср.у) 0,364 г/100 мл, содержание спиртораствори­ мых углеводов — 0,094 г/100 мл.

Содержание декстринов будет равно

Сд = 0,9(0,364 — 0,094) = 0,243 г/100 мл.

О п р е д е л е н и е с о д е р ж а н и я н е с б р о ж е н н ы х

цирующим свойствам сахаров с применением метода Бертрана, или микрометода, но химические методы ме­ нее желательны для заводского контроля, так как они очень трудоемки и неудобны, при определении требует­ ся обязательный гидр<?лиз сложных углеводов до глю­ козы и определение содержания пентозных углеводов для введения поправки на них.

П р и о п р е д е л е н и и по м е т о д у Б е р т р а н а отбирают 25 мл бражки,'добавляют 75 мл воды и про­ водят гидролиз в мерной колбе на 200 мл с 7,5 мл 25 %- ного раствора соляной кислоты как указано в главе II, стр. 82. При ускоренном способе гидролиза 20 мл проз­ рачного фильтрата бражки наливают в мерную колбу на 1Ö0 мл, добавляют 20 мл разбавленной серной кислоты (1:5) и проводят гидролиз по прописи, указанной в гла­ ве II, стр. 84.

Сахара в гидролизатах определяют по методу Берт­ рана или микрометодом, пропись которых приведена в том же разделе. Параллельно в бражках определяют пентозные углеводы. Для этого отбирают 20 мл фильтра­ та бражки, помещают в колбу для отгонки фурфурола, добавляют туда 80 мл соляной кислоты относительной плотностью 1,19 и в дальнейшем проводят анализ, как описано в главе II стр. 113. По методу Бертрана и мик­ рометоду определяют общее содержание углеводов в бражке— сбраживаемых и несбраживаемых и, вычитая величину найденного содержания пентозных углеводов, определяют содержание сбраживаемых углеводов.

Расчет содержания растворимых сбраживаемых уг­

303

леводов в бражке (Сру в г/100 мл) ведут по уравнению

При анализе проводят разбавление гидролизата до одного и того же объема 1Д = 200 мл и на определение сахаров отбирают одинаковое количество гидролизата (Ѵ2 = 20 м л ). Подставляя эти постоянные величины в уравнение и выполняя возможные сокращения, можно представить уравнение в упрощенном виде;

Пример. Содержание углеводов в бражке определяли методом Бертрана. На гидролиз взято 25 мл фильтрата бражки в колбу на 200 мл и на определение сахара было отобрано 20 мл. На титро­ вание испытуемого раствора пошло 9,3 мл перманганата с попра­ вочным коэффициентом 0,490. Поправка на реактивы 0,15 мл.

растворимых углеводов в бражках будет равно

22,47

СР,у = ----г— = 0,899 г/100 мл.

2Ь

Содержание пентозных углеводов в исследуемой бражке, как показал анализ, равно 0,605 г/100 мл.

Отсюда содержание сбраживаемых углеводов в бражках со­ ставит

гидролиза. Для этого отбирают 20 мл прозрачного филь­ трата бражки в мерную колбу на 100 мл, проводят гид­ ролиз и определяют в гидролизате сахара по прописи, приведенной в главе II, стр. 93.

него отобрано 20 мл па нейтрализацию, после чего раствор был раз­ бавлен до 100 мл. Коэффициент разбавления п = 25. При определе­ нии сахаров на основное титрование израсходовано 2,50+0,35 =

304

Содержание пентоз в бражке 0,625 г/100 мл. Отсюда содержа­ ние сбраживаемых углеводов

0,985 — 0,625 = 0,360 г/100 мл.

Определение активности ферментов в бражке

В бражке определяют активность амилолитических и осахаривающих ферментов. Определение амилолитиче­ ской активности ферментов в сусле и зрелой бражке про­ водят в фильтратах, разбавленных в 5— 10 раз. Для этого берут 10 или 20 мл фильтрата бражки в мерную колбу на 100 мл и добавляют дистиллированную воду температурой 20° С до метки. В полученном растворе проводят ферментативный гидролиз крахмала и опреде­ ляют амилолитическую активность по прописи, приве­ денной в главе IV, стр. 255, пользуясь расчетными урав­ нениями, выведенными для анализа солода или грибной культуры, в зависимости от материала, использованного для осахаривания крахмала сусла. Активность полу­ чают в единицах на 100 мл продукта.

Для обеспечения нормального процесса брожения в 100 мл сусла должно содержаться не менее 25 ед., в этом случае в бражке должно быть не менее 10 ед. А С .

Осахаривающую активность определяют в том же гидролизате. Для определения отбирают 2,0 мл в мер­ ную колбу на 50 мл и доливают до метки спиртом-рек­ тификатом (88,5% об.) при температуре 20°С для осаж­ дения декстринов, фильтруют и в дальнейшем проводят анализ, как указано в главе IV , стр. 262.

При расчетах активности в единицах в 100 мл поль­ зуются следующими уравнениями:

305

Пример. Анализируют бражку, полученную при осахаривании затора глубинной культурой плесневых грибов. Фильтрат бражки разбавлен в 5 раз и на ферментативную реакцию было взято 5 мл раствора, в которых содержался 1 мл исходной бражки (н = 1).

При определении амилолитической активности получены значе­ ния оптической плотности Оі = 0,750 и 0 2=0,450. Количество пре­ вращенного крахмала

По уравнению (61а) определяем АС:

При определении осахаривающей активности получили опти­ ческую плотность £>=0.445. Для расчета активности пользуемся уравнением (65а)

Технологические показатели процесса брожения

Брожение крахмалистых заторов протекает нормаль­ но в том случае, если в ходе технологического процесса на всех предыдущих станциях не были допущены ошиб­ ки. Эти ошибки выявляются в процессе брожения и об­ наруживаются путем анализа показателей.

Основной показатель зрелой бражки — это содержа­ ние растворимых сбраживаемых углеводов. В нормаль­ но сброженных бражках величина его не превышает 0,450 г/100 мл.

Несброженные углеводы состоят главным образом из Декстринов (0,120—0,270) и небольшого количества са­ харов (0,050— 0,200 г/100 мл), представленными в основ* ном олигосахаридами. При хорошем ведении техноло*

306

гического процесса в бражках остается растворимых углеводов менее указанной величины и процесс можно считать отличным, если углеводов в бражке содержит­ ся менее 0,250 г/100 мл, хорошим при 0,251 — 0,350 г/100 мл и нормальным, если углеводов в бражке не более 0,450 г/100 мл.

Содержание углеводов в бражках зависит главным образом от условий и правильности ведения технологи­ ческого процесса. При нормальном технологическом ре­ жиме, обеспечивающем достаточно полное осахаривание крахмала сырья и присутствие деятельных ферментов в среде до конца брожения, дрожжи быстро сбраживают образовавшиеся при осахаривании сахара, углеводы сбраживаются в одинаковой степени независимо от ви­ да исходного сырья, и в бражках остается не более ука­ занного выше количества несброженных углеводов. К а­ залось бы, что и выход спирта из крахмала сырья неза­ висимо от его ассортимента также должен быть одина­ ковым, однако на практике этого не бывает. Выход спир­ та из 1 т крахмала различного сырья неодинаков. Эти различия объясняются разным физическим состоянием сырья, обусловливающим различия в технологических режимах его переработки, что сопровождается различ­ ными технологическими потерями.

Содержание несброженных углеводов в бражках не зависит от концентрации сусла (в пределах, предус­ мотренных технологической инструкцией).

При содержании в бражках несброженных углево­ дов более 0,450 г/100 мл наблюдаются сверхнорматив­ ные потери углеводов и выход спирта снижается.

Увеличение при первоначальной концентрации сусла 16% содержания сбраживаемых углеводов в бражках на

из 1 т крахмала сырья. Потери спирта составят 0,52 дал. Кроме растворимых сбраживаемых углеводов в бражках, особенно при осахаривании крахмала сусла ферментами солода, всегда присутствует нерастворен­ ный крахмал. При нормальном процессе его содержит­ ся в бражках 0,050—0,200% и не превышает этой вели­

чины.

307

В грибных бражках нерастворенного крахмала обыч­ но не более 0,05%.

О чистоте спиртового брожения судят по нарастанию кислотности. При отсутствии инфекции брожение проте­ кает чисто, дрожжи развиваются нормально, без посто­ ронней микрофлоры. Нарастание кислотности более чем на 0,20° свидетельствует о наличии инфекции. Основным носителем инфекции при спиртовом брожении являют­ ся молочнокислые бактерии, хорошо развивающиеся при температуре 30° С , и присутствие спирта до 5% об. Большие концентрации спирта задерживают рост бак­ терий.

Бражки всегда богаты кислотообразующей микроф­ лорой, но правильно проведенная дезинфекция подавля­ ет ее развитие и брожение протекает чисто. Если эти ус­ ловия не соблюдены, кислотообразующие бактерии раз­ виваются быстро и кислотность бражки повышается.

Повышение кислотности связано с прямыми тратами сахара на образование кислоты: нарастание кислотно­ сти сверх нормальной на 0,1° соответствует примерно тратам 0,6% от всех сбраживаемых углеводов. Нара­ стание кислотности на 1° вызывает понижение выхода спирта из 1 т крахмала сырья на 2,0—2,3 дал.

Кроме прямых потерь углеводов, при нарастании кислотности имеются еще косвенные. Повышение кислот­ ности тормозит действие ферментов, когда кислотность достигает 1°, деятельность ферментов прекращается и декстрины не осахариваются.

При повышении кислотности снижается также pH среды, но строгой зависимости между этими величинами вследствие буферное™ не существует. Можно считать, что при pH менее 4,3 (кислотность 0,9— 1,0°) ферменты солода в бражке не обнаруживаются. Альфа-амилаза плесневых грибов инактивируется при этом pH в мень­ шей степени. Глюкоамилаза и мальтаза аспергиллов бо­ леекислотоустойчивы, они осахаривают крахмал, не инактивируясь при pH 1,0—3,9.

С внедрением на заводах непрерывных способов про­ изводства и новых прогрессивных методов технологии культура производства значительно повысилась. Многие заводы работают с показателем нарастания кислотно­ сти в пределах 0,030—0,150, что значительно меньше нормативной величины.

Содержание спирта в бражке, полученной в строгом

308

соответствии с регламентом технологической инструк­ ции, должно быть в пределах 8,0—9,5% об. Меньшее содержание спирта, что часто наблюдается на заводах,

струкцией). Переработка сусла с низкой концентрацией сухих веществ ведет, во-первых, к снижению производи­ тельности заводов, а во-вторых, — относительному уве­ личению потерь с несброженными углеводами, так как при одинаковом содержании углеводов в бражке коли­ чество их по отношению к углеводам сусла увеличивает­ ся с уменьшением его концентрации.

Кроме того, со снижением содержания спирта в бражке повышается расход пара на перегонку.

Присутствие деятельных ферментов в процессе бро­ жения обеспечивает необходимое доосахаривание крах­ мала и декстринов, своевременное и полное сбражи­ вание образующихся сахаров.

Для нормального течения процесса необходимо, что­ бы в 100 мл бражки находилось не менее 10 ед. амило­ литических и 5,0 ед. осахаривающих ферментов.

Отброд, как указывалось ранее, является лишь ори­ ентировочным показателем, по которому можно судить о

309