Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в технологии производства продуктов питания. Часть 1. Конспект лекций
.pdf
11.4 Разваривание крахмалосодержащего сырья
Разваривание осуществляют для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его в растворимую форму, в которой он
быстрее и легче осахаривается ферментами. Разваривание крахмалосодержащего
сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением от 400 до
500 кПа.
В настоящее время разваривание крахмалсодержащего сырья производят
тремя способами: периодическим, полунепрерывным и непрерывным. Наибольшее распространение получило непрерывное разваривание по двум схемам. По
первой схеме разваривание осуществляют при пониженной температуре от
130 °С до 140 °С, но длительное от 50 до 60 мин. По второй схеме температура
разваривания от 165 °С до 172 °С и продолжительность варки от 2 до 4 мин. При
непрерывном разваривании сырье постоянным потоком движется через варочный аппарат. Для обеспечения равномерности потока сырье измельчают.
Непрерывное разваривание измельченного сырья включает операции: дозирование сырья и воды, приготовление замеса и разваривание в две стадии
(нагрев замеса до температуры варки и выдержка замеса при этой температуре).
Процесс непрерывного разваривания осуществляется следующим образом. Измельченное зерно смешивают с водой в количестве от 2,5 до 3,5 л на 1 кг зерна,
при переработке картофеля расход воды от 0,2 до 0,5 л на 1 кг. Воду добавляют с
таким расчетом, чтобы концентрация зернового замеса составляла от 16 % до
17 % сухого вещества, а картофельного – от 16 % до 18 %. Зерновой замес нагревают вторичным паром от 70 °С до 75 °С, Картофельную кашку - до 45 °С и подают насосом в контактную головку, где происходит мгновенный нагрев замеса
(кашки) паром от 100 °С до 110 °С. Затем подогретый замес подают в варочный
аппарат, состоящий от 2 до 4 ступеней (колонн).
Непрерывное разваривание имеет целый ряд преимуществ: увеличивается
выход спирта, улучшаются условия труда, увеличивается производительность
101
варочного оборудования и производительность труда, уменьшается расход пара.
Непрерывное разваривание крахмалсодержащего сырья можно производить методом скоростной варки. Он заключается в том, что разваренная масса проходит
через систему труб, оборудованных диафрагмами, перемешивается, измельчается; по мере продвижения массы давление и температура снижаются. Эта схема
предусматривает охлаждение разваренной массы перед осахариванием в вакуумиспарителе, в котором создается остаточное давление 80 кПа.
11.5 Осахаривание крахмалосодержащего сырья
При осахаривании охлажденную разваренную массу обрабатывают солодовым молоком или ферментными препаратами для расщепления крахмала и
белков. При этом основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами сахаров.
Наиболее прогрессивным способом осахаривания является непрерывное
осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении
давления, что приводит к мгновенному охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает
тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов. К охлажденной
массе добавляют осахаривающие материалы. Оптимальная температура действия амилолитических ферментов от 57 °С до 58 °С. Непрерывное осахаривание
разваренной массы производят по одно- или двухпоточному способу. При однопоточном способе в осахариватель (цилиндрический аппарат с коническим днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное количество осахаривающих материалов и выдерживают в течение от 10 до 15 мин. При двухпоточном способе разваренную массу разделяют на два равных потока и направляют в два осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих
материалов, во второй - 1/3. Частично осахаренное сусло охлаждают и подают на
брожение в первый и второй головные аппараты бродильной батареи.
102
Готовое сусло должно содержать от 16 % до 18 % сухого сахара, в том
числе от 13 % до 15 % сбраживаемых сахаров; кислотность от 0,2 до 0,3 град.
При пробе на йод окраска сусла не должна изменяться.
11.6 Культивирование дрожжей и сбраживание сусла
В спиртовом производстве в качестве возбудителей брожения используются дрожжи семейства сахаромицетов. Они продуцируют комплекс ферментов,
под действием которого сахара сусла превращаются в этиловый спирт и диоксид
углерода. В спиртовом производстве применяют расы (разновидности, отличающиеся несколькими особенностями) дрожжей верхового брожения, обладающие высокой энергией брожения. Они образуют максимальное количество спирта, сбраживают моно- и дисахариды и часть декстринов. Дрожжи, используемые
в производстве спирта из мелассы, должны быстро сбраживать субстрат в среде
с высоким осмотическим давлением (осмофильные дрожжи).
Вначале дрожжи размножают по методу чистой культуры из одной
дрожжевой клетки в стерильных условиях. Спиртовые заводы получают чистую
культуру дрожжей и размножают их по определенной схеме. Далее их культивируют по методу естественно чистой культуры, при котором создаются оптимальные условия для развития дрожжей (температура, рН, аэрация и др.) и неблагоприятные для посторонних микроорганизмов, в первую очередь бактерий.
Размножение дрожжей осуществляют в аппаратах - дрожжанках. Аппарат
представляет собой вертикальный цилиндр с коническим днищем, снабженный
двумя змеевиками для нагрева и охлаждения сусла. Процесс размножения
дрожжей ведут периодическим или полунепрерывным способами. При периодическом сусло из осахаривателя перекачивают в дрожжанку, нагревают до 70 °С и
выдерживают при этой температуре 20 мин с целью пастеризации. Затем охлаждают до 50 °С, подкисляют серной кислотой, перемешивают, охлаждают до
30 °С и вносят 10 % дрожжей от объема сусла.
103
Сбраживание осахаренной массы (сусла) начинается с момента введения
в нее производственных дрожжей. Под действием ферментов дрожжей идет
расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты и эфиры. По
мере сбраживания моно- и дисахаридов под действием амилолитических ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в
сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.
В процессе брожения сусла можно выделить три периода: взбраживание,
главное брожение и дображивание. В первом периоде происходит интенсивное
размножение дрожжей и сбраживание сахаров. Второй период характеризуется
энергичным сбраживанием сахаров и сопровождается бурным выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.
Процесс брожения проводят в закрытых бродильных аппаратах для
предотвращения потерь спирта и выделения диоксида углерода в производственное помещение. Герметически закрытый бродильный аппарат представляет
собой вертикальный цилиндр со сферическим или коническим днищем, внутри
него установлен змеевик для охлаждения бродящего сусла.
Брожение сусла происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют
суслом, пастеризуют его при 80 °С в течение 30 мин, охлаждают до 30 °С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные
дрожжи в количестве от 25 % до 30 % от объема. Размножение дрожжей идет до
достижения содержания сухого вещества в сусле от 5 % до 6 %. Затем от 70 % до
75 % дрожжей переводится во взбраживатель, куда одновременно подается
охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения дрожжей.
Оставшаяся часть дрожжей (25 %) подается во вторую дрожжанку для размножения.
104
Когда содержание сухого вещества достигнет от 5 % до 6 %, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно подается
охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного аппарата
сбраживаемое сусло из него перетекает во второй головной аппарат, из него - в
третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последнего аппарата
зрелая бражка подается на перегонку.
Выделяющийся при брожении диоксид углерода вместе с парами спирта
из бродильных аппаратов поступает в специальные ловушки, в которых происходит растворение спирта и отделение диоксида углерода. Водноспиртовая жидкость из ловушки направляется вместе с бражкой на перегонку, а диоксид углерода - в специальный цех для получения сухого льда или жидкого диоксида углерода.
Зрелая бражка должна соответствовать установленным нормам. Крепость
бражки (содержание этилового спирта в объемных процентах) должна находиться в пределах от 8,0 об. % до 9,5 об. %; содержание несброженных сахаров не
должно превышать от 0,4 % до 0,5 %; кислотность зрелой бражки не должна
превышать от 0,5 до 0,6 град.
11.7 Особенности получения спирта из мелассы
Главным компонентом мелассы является сахароза, необходимая для жизнедеятельности дрожжей. Она составляет около 50 % от массы мелассы. В небольших количествах в ней содержатся инвертный сахар (от 0,5 % до 2,0 %) и
рафиноза (от 0,5 % до 3,0 %). В мелассе присутствуют также органические соединения (меланоидины, органические кислоты, азотистые вещества, продукты
распада сахарозы и другие); в мелассе высокое содержание солей калия, натрия,
магния, железа, угольной, серной, соляной и азотной кислот.
Присутствие ряда органических и минеральных соединений отрицательно
сказывается на жизнедеятельности дрожжей, что необходимо учитывать в про-
105
изводстве.
Производство спирта из мелассы состоит из следующих стадий:
1) подготовка мелассы к сбраживанию;
2) приготовление дрожжей;
3) сбраживание мелассного сусла;
4) перегонка бражки.
Подготовка мелассы к сбраживанию включает обеззараживание мелассы,
обогащение питательными веществами, гомогенизацию и получение мелассного
сусла.
Приготовление дрожжей ведут в закрытых цилиндрических аппаратах
(дрожжегенераторах) по методу чистой культуры. Производственные дрожжи
готовят по непрерывной схеме на специальной установке, состоящей от 4 - 6
дрожжегенераторов, снабженных аэрирующими устройствами, смесителя, пеноловушки и спиртоловушки. Подготовленная меласса, подкисленная и смешанная
с питательными веществами, подается в смеситель, где смешивается с водой, а
затем поступает в первый дрожжегенератор вместе с чистой культурой дрожжей.
Следующие от 6 до 8 ч идет размножение дрожжей при непрерывной аэрации,
затем от 18 до 20 ч постепенно заполняют следующие дрожжегенераторы по
определенной схеме.
После этого во все аппараты подают с одинаковой скоростью мелассное
сусло и непрерывно отбирают дрожжи в бродильную батарею.
Сбраживание мелассного сусла осуществляется непрерывным способом
по двум технологическим схемам: одно- и двухпоточное сбраживание. Зрелые
дрожжи подают в головной аппарат бродильной батареи, состоящей из 10 бродильных аппаратов. Бродящая масса последовательно проходит все аппараты.
Готовая зрелая бражка подается на сепараторы для отделения дрожжей, используемых для получения хлебопекарных дрожжей, а отделенную от дрожжей
бражку направляют на перегонку. В зрелой бражке должно быть от 8,5 об. % до
9,5 об. % спирта, содержание несброженных сахаров не более 0,25 г на 100 мл.
106
11.8 Извлечение спирта из бражки и его очистка
Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав.
Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические
соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения
(эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.
Для выделения спирта из бражки и его очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух
или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах.
Получение спирта-сырца из бражки осуществляется на перегонной установке, состоящей из ректификационной колонны, дефлегматора и холодильника.
Установки могут быть одно- или двухколонными. Колонна представляет собой
вертикальный цилиндр, разделенный по высоте горизонтальными перегородками (тарелками). В нижней части колонны, называемой бражной, происходит выделение спирта из бражки, а в верхней части (спиртовой) укрепляются водноспиртовые пары. Процесс идет следующим образом. Зрелая бражка подается в
дефлегматор, нагревается и стекает на верхнюю тарелку бражной части колонны,
в которую снизу поступает пар для нагрева бражки. Образующиеся пары поднимаются вверх и обогащаются спиртом, а бражка по мере стекания освобождается
от спирта. Бражка, выходящая из нижней части колонны и не содержащая спирта,
называется бардой. Поднимающиеся в колонне водноспиртовые пары проходят
через тарелки, обогащаются спиртом и с верхней тарелки спиртовой колонны
поступают в дефлегматор, где частично конденсируются. Полученный в дефлегматоре конденсат, называемый флегмой, стекает на тарелки спиртовой колонны.
Таким образом, водноспиртовые пары из бражной колонны проходят через слой
флегмы, находящейся на тарелках спиртовой колонны. Спиртовые пары,
несконденсировавшиеся в дефлегматоре, поступают в холодильник и конденси-
107
руются.
Полученный спирт-сырец должен удовлетворять определенным требованиям по органолептической оценке (внешний вид, вкус, запах), по содержанию
примесей и этилового спирта. Крепость спирта-сырца должна быть не менее 88
об. %.
Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со значениями
коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликероводочных
заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.
В зависимости от степени очистки спирт этиловый ректификованный,
предназначенный для пищевых целей, выпускается I сорта, высшей очистки и
экстра. Спирт I сорта и высшей очистки вырабатывают из зерна, картофеля и мелассы. Спирт экстра вырабатывают из кондиционного зерна. В ректификованном
спирте I сорта содержание этилового спирта не менее 96,0 об. %, примесей - 0,1
г/л. Спирт высшей очистки содержит этилового спирта не менее 96,2 об. %, примесей - 0,05 г/л. Ректификованный спирт экстра должен содержать не менее 96,5
об. % этилового спирта и не более 0,01 г/л примесей.
11.9 Комплексное использование сырья и утилизация отходов
На спиртовых заводах предусмотрено комплексное использование сырья
и побочных продуктов производства. Наряду со спиртом выпускают жидкий или
твердый диоксид углерода. Жидкий диоксид углерода находит широкое применение в производстве безалкогольных напитков, минеральных и газированных
вод; его применяют при сварке, механической обработке металлов, для взрывных работ, огнетушителей и других целей. Твердый диоксид углерода (сухой лед)
используется в качестве хладагента.
Из зрелой мелассной бражки отделяют сепарированием дрожжи, исполь-
108
зуемые в хлебопекарной промышленности. Мелассная барда используется для
получения глицерина, бетаина, глютаминовой кислоты, а также в качестве питательной среды для выращивания кормовых дрожжей и получения кормового витамина В2.
Зернокартофельная барда является ценным кормовым продуктом, так как
в ее состав входят белковые вещества, углеводы, органические кислоты, жиры,
витамины, минеральные вещества и др. Ее используют на кормовые цели в натуральном виде, в качестве добавок к комбикормам и т.д.
Побочные продукты ректификации - головная фракция и сивушное масло
- содержат ценные вещества. Головная фракция содержит до 90 об. % этилового
спирта и от 2 % до 6 % примесей (в основном эфиры и альдегиды). В настоящее
время из головной фракции получают ректификованный спирт и концентрат головной фракции, используемый в качестве источника углерода при выращивании кормовых дрожжей.
Сивушное масло является ценным продуктом, в состав которого входят в
основном высшие спирты (изоамиловый, изобутиловый, пропиловый). Сивушное масло разгоняют на составные компоненты и затем используют для синтеза
душистых веществ и медицинских препаратов, в лакокрасочной промышленности и др.
109
12 Получение растительных масел
12.1 Сырьё для производства растительных масел и его хранение
Все культуры, которые являются сырьем для маслодобывающей промышленности, можно разделить на две группы: масличные растения, которые
выращивают для получения растительного масла, и растения, которые служат
для получения других продуктов, затем получают уже масла. К первой группе
относятся подсолнечник, клещевина, рапс.
Вторая группа включает:
1) прядильно-масличные растения (хлопчатник, лен, конопля), которые
выращивают для получения волокна;
2) белково-масличные растения (соя и арахис);
3) пряно-масличные растения (горчица);
4) эфиромасличные растения, из которых первоначально выделяют эфир-
ное масло (кориандр);
5) маслосодержащие отходы (зародыши зерновых культур, виноградные
семена, плодовые косточки и др.).
Основное количество растительных масел получают из семян подсолнечника, хлопчатника, льна, сои, клещевины.
В зависимости от содержания жира в ядре все масличные культуры подразделяются на три группы: низкомасличные с содержанием жира от 15 % до
35 % (например, соя); среднемасличные с содержанием жира от 35 % до 55 %
(хлопчатник); высокомасличные с содержанием жира 55 % и выше (подсолнечник, арахис, лен и др.).
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]