4.4. Культивирование производственных дрожжей

Сахар, содержащийся в осахаренном сусле, сбраживают в спирт дрожжами Saccharomycescerevisiaeрасами XII, К-81 и др. Они хо­рошо сбраживают мальтозу, сахарозу и фруктозу, но не сбражива­ют конечные декстрины. Способами генетической инженерии по­лучена высокоактивная раса У 408, обладающая амилолитической активностью, что позволяет уменьшить расход осахаривающих средств на 10—15% и снизить продолжительность брожения на 5-6 ч.

Основными факторами, влияющими на жизнедеятельность дрожжей, являются температура, рН и состав питательной среды.

Оптимальная скорость размножения сахаромицетов наблюдается при 30—32 "С, но дрожжи, выращенные при температуре ниже оп­тимальной, имеют высокую бродильную активность. Поэтому на­чальная температура брожения сусла из крахмалсодержащего сы­рья, когда происходит размножение дрожжей, поддерживается на уровне 18—22 °С, а при энергичном брожении — на уровне 29— 30 °С. Более высокая температура способствует развитию молоч­нокислых бактерий.

От величины рН зависят скорость поступления веществ в клет­ку, активность ферментов и характер брожения. Оптимум рН сре­ды для выращивания дрожжей 4,8—5,0. При рН ниже 4,2 дрожжи продолжают развиваться, а молочнокислые бактерии почти не развиваются. Чистые условия для выращивания засевных и произ­водственных дрожжей, при которых посторонние микроорганиз­мы почти не развиваются, создают, изменяя кислотность в преде­лах рН 3,8—4,0. Для этого используют серную, соляную или мо­лочную кислоту.

Производственными или зрелыми дрожжами в спиртовом про­изводстве называют готовую культуру дрожжей, которую получа­ют в результате сбраживания 1/3 питательного сусла от первона­чального содержания сухих веществ. Существуют периодический, полунепрерывный и непрерывный способы культивирования дрожжей.

При периодическом способе культивирования дрожжей ис­пользуют дрожжанки емкостью 8 % от объема бродильного аппа­рата. Сусло отбирается из осахаривателя, дополнительно осахари- вается для обогащения азотным питанием, пастеризуется, охлаж­дается до 30 °С и подкисляется серной кислотой до рН 3,8—4,0. Титруемая кислотность зернового сусла достигает 0,7—0,9°, карто­фельного — 0,9—1,2° (из-за повышенной буферное™).

В случае подкисления дрожжевого сусла молочной кислотой после пастеризации (75 °С) его охлаждают до 54 °С и вносят подго­товленную культуру молочнокислых бактерий (штамм 52 или сме­шанную культуру 70) в количестве 2—5 % от объема сусла в дрож­жевом аппарате, перемешивают (при 52 °С). В течение 8—10 ч происходит молочнокислое брожение до нарастания общей кис­лотности до 1,7—1,9° в зерновом сусле и 2,0—2,4° в зернокарто- фельном. Затем в сборник отбирают маточную культуру молочно­кислых бактерий, а остаток сусла пастеризуют при 76—78 °С в те­чение 25—30 мин.

Приготовленное сернокислое или молочнокислое дрожжевое сусло охлаждают до 30 °С и вносят засевные дрожжи до 8 % от объема дрожжевого аппарата, содержимое перемешивают и ох­лаждают до 22—23 °С. Размножение дрожжей длится 18—20 ч при 27—30 °С. Концентрация сусла при культивировании снижается от 17—18 до 5—6 %, а концентрация спирта возрастает до 4,5—5 %. Кислотность зрелых дрожжей не должна превышать начальную.

При малейшем повышении кислотности дрожжи бракуют. Клетки готовой культуры дрожжей должны быть упитанными, а культура содержать до 5 % почкующихся и не более 1 % мертвых при пол­ном отсутствии живых посторонних микроорганизмов.

При обнаружении 1—2 палочек посторонней микрофлоры го­товую культуру обрабатывают в сборнике раствором серной кис­лоты при указанной кислотности (рН 2,5—3,0), убивают до 50 % клеток дрожжей и соответственно увеличивают объем засевных дрожжей, повышают начальную температуру брожения на 3—4 °С.

При нормальной работе завода чистую культуру дрожжей вы­водят примерно 1 раз в год обычно одновременно с пуском завода после ремонта, а иногда и реже.

О 10 20 30 40 50 60 70 Продолжительность брожения, ч

Рис. 4.4. Интенсивность сбражи­вания Сахаров при непрерывном (/) и периодическом (2) процессах брожения (интенсивность броже­ния определяли по среднечасовому содержанию СВ)

и S \ § 1.0

ill

Непрерывное культивирование осуществляется в системе дрожжегенераторов. Осахаренное сусло и маточные дрожжи по­ступают в первый аппарат, последовательно проходят дрожжеге- нераторы и из последнего в виде готовой культуры дрожжей по­ступает в головной танк бродильной батареи.

4.5. СБРАЖИВАНИЕ ОСАХАРЕННОГО СУСЛА

С момента введения производственных дрожжей в охлажден­ное сусло начинается брожение. При сбраживании зернокарто- фельного сусла одновременно происходит доосахаривание декст­ринов. Бродящее сусло называют бражкой.

На отечественных заводах применяют в основном непрерывно- проточный, проточно-рециркуляционный и циклический спосо­бы брожения. Периодическое сбраживание проводят только на малых заводах.

При непрерывном спиртовом брожении сусла в начальный пери­од сбраживается основное количе­ство Сахаров, в то время как при периодическом количество сбро­женного сахара постепенно увели­чивается, а затем уменьшается (рис. 4.4).

Процесс брожения сусла можно разделить на три периода: взбражи- вание, характеризующееся продол­жением размножения дрожжей; главное брожение, при котором происходит сбраживание основного количества сахара; дображивание, связанное с доосахариванием декст­ринов и крахмала амилолитически- ми ферментами с последующим их дображиванием дрожжами.

При периодическом брожении все стадии брожения протекают в одном аппарате. Продолжительность брожения 72 ч.

Для непрерывно-проточного, проточно-рециркуляционного и циклического способов брожения требуются дрожжанки, дрожже- генераторы и батарея бродильных аппаратов, соединенных между собой переточными трубами. Для данных способов брожения не­обходимо периодически освобождать оборудование от бражки и проводить профилактическую стерилизацию аппаратов и комму­никаций всей системы. Продолжительность брожения сусла по этим методам 60—62 ч.

На рис. 4.5 приведена схема непрерывно-проточного сбражива­ния зернокартофельного сусла, которая предусматривает установку следующего оборудования: двух дрожжанок 1, дрожжегенератора 2, двух головных бродильных аппаратов 3, 8—10 бродильных аппара­тов для дображивания 4. спиртоловушки 7 и двух насосов 5 и 6.

Технологические показатели зрелой бражки: содержание спир­та 8—9,5 %, сбраживаемых углеводов 0,25—0,45, крахмала 0,003— 0,2 %. Нарастание кислотности в процессе брожения не должно превышать 0,2°. Увеличение кислотности на 0,1° сверх допустимой величины снижает выход спирта на 0,2 дал на 1 т крахмала.

4.6. ВЫДЕЛЕНИЕ СПИРТА ИЗ БРАЖКИ И ЕГО ОЧИСТКА

Бражка — сложная многокомпонентная система, состоящая из воды (82—90 мае. %), сухих веществ (4—10 мае. %) и этанола с со­путствующими летучими примесями (7—9 мае. %, или 8—

11 об. %). В бражке всегда присутствует некоторое количество ди­оксида углерода: в 1 дм³, взятом непосредственно из бродильного аппарата, содержится 1—1,5 г. При перекачке бражки в ректифи­кационное отделение теряется 35—45 % диоксида углерода. Кис­лотность бражки 0,5°, рН 4,9—5,2. Состав бражки в значительной мере изменяется в зависимости от вида исходного сырья и приня­тых технологических режимов ее приготовления.

Летучие примеси, сопутствующие спирту, характеризуются большим разнообразием, в настоящее время их идентифицирова­но более 70, но общее содержание невелико — обычно не превы­шает 0,5 % от количества этанола.

Все летучие примеси можно в основном разделить на четыре группы: спирты, альдегиды, кислоты и эфиры. Кроме того, выде­ляют группу азотистых (аммиак, амины, аминокислоты), серосо­держащих (сероводород, сернистый ангидрид, сульфокислоты, меркаптаны) и других веществ.

Больше всего примесей (0,35—0,45 % от количества этанола) приходится на долю спиртов — метилового, пропилового, изобу- тилового, изоамилового. Последние три спирта составляют основу сивушного масла (обычно 0,3—0,35 % от количества этанола в бражке). Метанол (метиловый спирт) содержится в зернокарто- фельной и свекловичной бражке — не более 0,2 % от количества этанола. Из альдегидов в спирте больше всего уксусного.

Летучих кислот (уксусной, масляной, пропионовой, валериано­вой и др.) немного — около 0,005—0,1 % от количества этанола.

В бражке содержится около 0,05 % эфиров от количества эта­нола. Группа эфиров в основном представлена уксусно-этило- вым, муравьино-этиловым, уксусно-метиловым, изомасляно- этиловым.

Спирт из бражки выделяют с помощью ректификации на сыр­цовых ректификационных установках. При этом вместе с ним от­гоняется и значительная часть сопутствующих летучих примесей. Получаемый при этом продукт называется спиртом-сырцом(ГОСТ 131-85).

Ректификованный спирт получают путем очистки спирта-сыр­ца от примесей ректификацией. Различают четыре вида ректифи­кованного спирта (ГОСТ Р 51652): «Люкс», «Экстра», «Базис», «Альфа», высшей очистки и I сорта.

Кроме спирта-сырца и ректификованного спирта спиртовая промышленность вырабатывает небольшое количество абсолют­ного спирта. Не следует смешивать понятия безводный (100%-й) и абсолютный спирт, в котором допускается содержание воды до 0,2 об. %. Безводный спирт промышленностью не вырабаты­вается.