1.4. Культивирование дрожжей

В качестве возбудителей спиртового брожения используют культурные дрожжи из семейства сахаромицетов. Такие дрожжи должны обладать высокой бродильной активностью, иметь и сохранять анаэробный тип обмена, обладать стойкостью к продуктам обмена, посторонним микроорганизмам и к изменениям состава питательного субстрата.

Для размножения дрожжей экономически выгодно использовать часть бродящей массы, взятой из бродильного аппарата через 16...18 ч после начала брожения. В такой среде еще мало спирта и много питательных веществ. Отъемы бражки подкисляют и оставляют для размножения дрожжей при 28 "С.

1.5. Сбраживание осахаренной массы

При сбраживании сахара диффундируют в дрожжевую клетку, где вовлекаются в цепь ферментативных процессов, конечным результатом которых является образование спирта и диоксида углерода, выбрасываемых дрожжевой клеткой в окружающую среду как продукт ее метаболизма. Ферментативные процессы сложны, осуществляются последовательно при участии различных ферментов. Кроме спирта и диоксида углерода при брожении образуются вторичные и побочные продукты. Ко вторичным продуктам относят все вещества, которые образуются в результате сбраживания сахара дрожжами: глицерин, уксусный альдегид, пировиноградную кислоту и др. Побочные продукты образуются не из сахара, а из других веществ, содержащихся в сбраживаемом субстрате. Наиболее важными побочными продуктами являются высшие спирты (сивушное масло), которые образуются главным образом при размножении дрожжей и являются продуктами взаимодействия различных аминокислот и пировиноградной кислоты.

Брожение осуществляется в бродильных аппаратах (ферментерах) периодическим или непрерывным способом.

Применение непрерывно-поточного способа брожения вместо периодического позволяет увеличить пропускную способность бродильного отделения на 20 %, автоматизировать процесс и увеличить выход спирта на 0,3 дал из 1 т условного крахмала, т. е. в пересчете на крахмал картофеля. Перспективным способом также является непрерывно-поточное брожение с рециркуляцией сбраживаемого сусла.

1.6. Извлечение спирта из бражки и его очистка

Зрелая бражка — полупродукт спиртового производства. Для получения 1 м³ спирта требуется около 12 м³ бражки.

Бражка — сложная многокомпонентная система, состоящая из трех фаз: жидкой, газообразной и твердой. Жидкая фаза составляет основную долю из суммы трех фаз. Она представлена водой (82...90 мас. %) и этиловым спиртом 4,8...8,8 мас % (или 6... 11 об. %) с сопутствующими легколетучими примесями, число которых превышает 70 наименований. Летучие вещества бражки составляют 0,5 % по отношению к этиловому спирту, содержащемуся в ней.

Твердая фаза бражки представлена нерастворимыми частицами исходного сырья — шелухой и дробиной. К ней относятся также все вещества, которые остаются в остатке после выпаривания спирта, воды и летучих примесей. Это растворимые экстрактивные вещества органического и неорганического происхождения. К первым относят несброженные сахара, декстрины, белки, а ко вторым — минеральные вещества. Газообразная фаза бражки представлена главным образом диоксидом углерода — продуктом жизнедеятельности дрожжей, который образуется при сбраживании Сахаров. В 1 дм³ зрелой бражки содержится до 1...1,5 г СО2;

Извлечение этилового спирта из бражки и его очистка осуществляются ректификацией. Ректификацией принято называть процесс разделения бинарной или многокомпонентной жидкой смеси на компоненты или группы компонентов (фракции), различающиеся между собой летучестью. Разделение бинарной смеси спирт—вода часто называют простой перегонкой или дистилляцией. Разделение однородных летучих смесей осуществляют путем многократного двустороннего массо- и теплообмена между противоточно движущимися паровым и жидкостным потоками.

При взаимодействии фаз в процессе ректификации происходит диффузия (перенос) легколетучего компонента из жидкой фазы в паровую и труднолетучего компонента, наоборот, из паровой фазы в жидкую.

Ректификацию проводят при нормальном давлении в аппаратах колонного типа, оборудованных контактными устройствами в виде тарелок различных типов (ситчатых, колпачковых, клапанных). При кипении смеси более летучий компонент переходит в паровую фазу в большем количестве, чем менее летучий. Смесь обогащается одним из компонентов практически в процессе ректификации, которую можно рассматривать как способ сложной или многократной перегонки.

Цель очистки этилового спирта — освобождение его от сопутствующих летучих примесей и получение спирта стандартной крепости. Очень важно наряду с очисткой спирта максимально сконцентрировать отбираемые примеси и максимально освободить их от этанола и воды.

Технология выделения этилового спирта из бражки и его очистка от сопутствующих легколетучих примесей обусловлена различной летучестью этих веществ.

Выход ректификованного спирта сосьавляет 95…96% к условному спирту-сырцу.