- •1. Основні види сировини
- •Зернові культури
- •Хімічний склад зерна
- •Хімічний склад меляси
- •Допоміжні матеріали
- •Ортофосфорна кислота
- •Діамонійфосфат
- •Біостимулятори
- •Формалін
- •Сульфонол
- •Каустична сода
- •Приймання меляси
- •Зберігання сировини
- •Контрольні питання і завдання
- •З. Підготовка сировини до переробки Підготовка зерна
- •Підготовка меляси
- •Підкислення і асептування меляси
- •Збагачення меляси живильними речовинами для дріжджів
- •Кларифікація мелясних розчинів
- •Контрольні питання і завдання
- •4. Оцукрюючі матеріали
- •Витрати зерна на солод
- •Приготування солодового молока
- •Механоактивіція ферментів солоду
- •5. Приготування сусла з крохмалевмісної сировини
- •Приготування замісу
- •Безперервне розварювання замісів
- •Ємкісна (мічурінська) апаратурно-технологічна схема
- •6. Оцукрювання розвареної маси
- •Контрольні питання і завдання
- •7. Спиртові дріжджі
- •Потреба дріжджів у живильних речовинах
- •Витрати цукру на біосинтетичні процеси і одержання продуктів бродіння
- •Теоретичні основи безперервного культивування дріжджів
- •8. Культивування дріжджів у виробництві спирту із крохмалевмісної сировини
- •Приготування чистої культури дріжджів
- •Періодичне культивування
- •Культивування дріжджів у виробництві спирту із меляси розмноження чистої культури дріжджів
- •Розмноження виробничих дріжджів
- •Зброджування сусла з крохмалевмісної сировини
- •Періодичний спосіб
- •9. Зброджування мелясного сусла
- •Однопотокові способи зброджування
- •Хіміко-технологічні показники бродіння
- •Контрольні питання і завдання
Зброджування сусла з крохмалевмісної сировини
Сусло, окрім тієї частини, що йде на приготування дріжджів, перекачують у бродильні апарати, і цукор сусла зброджується дріжджами у спирт. При зброджуванні сусла з крохмалевмісної сировини відбувається також дооцукровування декстринів. Сусло, що бродить називають бражкою, а зброджене сусло - зрілою бражкою.
Розрізняють три періоди бродіння: розброджування, головне бродіння і доброджування. В умовах спиртових заводів розброджування не так помітне, тому що використовується значна кількість засівних дріжджів.
Для зброджування сусла із крохмалевмісної сировини характерний довгий період доброджування. У суслі з усього крохмалю (100 %) біля 4-6 % знаходиться у вигляді нерозчиненого, 75-77 % - перетвореного у мальтозу та глюкозу, біля 19%- перетвореного у декстрини. Швидкість доброджування визначається головним чином активністю декстринази чи глюкоамілази.
На спиртових заводах України застосовують періодичний спосіб зброджування сусла з крохмалевмісної сировини. Відомі й інші способи зброджування цього середовища - безперервно-проточний, проточно-рециркулярний і циклічний, які з ряду принципових причин (основна - небезпека розвитку, сторонньої мікрофлори та закисання бражки, зниження виходу спирту) поки що не знайшли широкого впровадження у виробництво.
Періодичний спосіб
При періодичному способі всі операції від початку до кінця проводять у одному апараті. Виробничі дріжджі вносять у бродильний апарат, який потім поступово заповнюють суслом. Кількість виробничих дріжджів становить 8-10 % від об'єму сусла, яке зброджується.Сусло з дріжджами залишають на бродіння протягом 72 годин.
Тривалість наповнення одного бродильного апарата не повинна перевищувати 8 годин. Нормальна тривалість бродіння 72 год, при недостатньому об'ємі бродильних апаратів на деяких заводах тимчасово допускається тривалість бродіння 48 годин.
Початкова температура сусла ("складки") залежить від тривалості бродіння: чим вона більша, тим нижча температура (18-20° С при 72 год). При 48-годинному бродінні початкова температура сусла 24-25° С. Під час головного бродіння підтримують температуру 29-30°С, у процесі зброджування - 27-28° С. При нестачі цукру дріжджі погано бродять. Крім того, при більш низькій температурі зменшується закисання бражки.
Бродіння вважають, закінченим, коли вміст незброджених цукрів (редукуючих речовин - РВ) у бражці досягає 0,2-0,3г/100мл, а видимий та дійсний вміст сухих речовин не змінюється протягом останніх 2-3 год. Якщо відсутня йодкрохмальна реакція зрілої бражки, відбулося повне оцукрювання розчиненого крохмалю. Після кип'ятіння нефільтрована бражка з йодом при наявності крохмалю дає синє забарвлення, що свідчить про наявність непророслих зерен, погане подрібнення солоду і зерна.
Якщо необхідно загальмувати бродіння в зв'язку з зупинкою брагоректифікаційної установки, бражку охолоджують у кінці головного бродіння до 15-20° С При більш тривалому простої зрілу бражку асептують формаліном (40 мл 40%-ного формаліну на 10 дал бражки).
Під час бродіння бродильні апарати з'єднують із спиртовловлювачем для конденсації спиртових парів, які виносяться газами бродіння.
Зрілу бражку з бродильного апарата прямо або через проміжний резервуар насосом перекачують у брагоректифікаційний цех. Після випорожнення бродильний апарат миють водою, обризкують усередині розчином хлорного вапна, витримують 15-20 хв, після чого хлорне вапно змивають водою і пропарюють 30 хв. при температурі 100° С. Витрати пари - 10-12 кг на їм3 об'єму апарата.
Для миття бродильних апаратів зручно використовувати спеціальні механічні пристрої, які приводяться у рух рідиною, що подається у них насосом під тиском до 0,4 МПа. Робоча рідина - змішана з антисептиком перегріта вода - розбризкується усередині бродильного апарата.
БЕЗПЕРЕРВНО-ПРОТОЧНИЙ СПОСІБ
Розвиток техніки бродильних виробництв ще наприкінці XIX сторіччя поставив на чергу вирішення проблеми безперервного спиртового бродіння. У 1899 році був запропонований спосіб безперервного оцукрювання і зброджування сусла з допомогою мукорових грибів (спосіб Аміло), у 1903 р. французькі фірми Гільом, Егр і Гранже пропонують безперервний спосіб зброджування дифузійних соків цукрового буряка. У 1909 р. професор Томського технологічного інституту С.В. Лєбєдєв висунув проблему безперервного спиртового бродіння і у наступних працях у 1915 р. дав теоретичне обґрунтування способу безперервного бродіння. Продовжили ці дослідження по безперервному зброджуванню мелясного сусла Д.М. Климовський, І.Ф. Гладких.
Неодноразові спроби ряду авторів здійснити безперервне спиртове бродіння у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини закінчувалися невдачами. Аналіз причин цих невдач показав, що вирішальне значення при цьому має наростання кислотності, яке викликане тим, що із свіжопророслим солодом заноситься велика цільність кислототворних бактерій, які швидко адаптуються до умов середовища. Підвищення кислотності бражки супроводжується частковим інактивуванням ферментів, погіршенням зброджуванням цукрів і відповідним зниженням виходу спирту з тонни переробленого крохмалю. Успішне вирішення проблеми безперервного зброджування крохмалевмісної сировини може бути лише за умови пригнічення біологічної інфекції, яка виникає у бродильній батареї. Використання як засобу захисту проти сторонньої мікрофлори сірчаної і соляної кислот (у випадку переробки бурякової меляси і дифузійних соків) непринятне, тому що із збільшенням кислотності бражки ферменти частково інактивуються і вихід спирту знижується. Тому безперервні способи зброджування сусла не знайшли розповсюдження у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини.
Суть цього способу полягає у безперервному притоці сусла і додаванні дріжджів у головний бродильний апарат бродильної батареї з декількох поступово з,єднаних апаратів і відтоку зрілої бражки з останнього бродильного апарата на перегонку.
У 1953 році В.Л.Яровенко провів досліди з вивчення характеру переміщення рідини у безперервному потоці, які показали нерівномірність переміщення сусла у батареї бродильних апаратів. Так, за один оберт головного апарата, тобто за одну зміну об'єму сусла, у ньому залишається біля 36% первинного (старого) сусла і така ж кількість доданого (нового) сусла виноситься з апарата. Із збільшенням числа обертів кількість затриманого сусла зменшується.
Із збільшенням числа обертів і порядкового номера апарата у батареї зростає тривалість затримки "старого" сусла, а разом з цим і розвиток сторонніх мікроорганізмів, головним чином молочнокислих бактерій.
Повне випорожнення першого бродильного апарата від залишків "старого" сусла настає через 6-7 обертів (один оберт займає 6-7 год.) і шостий апарат батареї повністю звільнюється від "старої" бражки лише через 14 обертів. Поступово створюється осередок інфекції, який неминуче веде спочатку до понаднормативного наростання кислотності, а потім до повного припинення бродіння. Це поглиблюється ще дуже обмеженою кількістю виробничих дріжджів (8-15%), яку використовують при періодичному способі зброджування. При русі бражки з одного апарата в інший виникає нерівномірний розподіл швидкостей, внаслідок чого бражка затримується біля стінок труб і апаратів, що сприяє розмноженню інфекції.
В.Л.Яровенко довів, що розмноження сторонньої мікрофлори починається у бражці у головному бродильному апараті і розповсюджується за потоком у наступні апарати батареї. Внаслідок розвитку інфекції особливо сильно підвищується кислотність бражки в останніх апаратах, тому що у них відбувається найбільша затримка бражки. Потоком свіжого сусла мікрофлора вимивається лише частково, значна кількість залишається в останніх апаратах.
Періодичне зброджування сусла має ту перевагу, що воно суворо обмежене у часі і від початку до кінця проводиться в одному апараті, який після завершення циклу стерилізують парою. При безперервно-проточному бродінні у кожному з апаратів відбувається лише частина загального процесу, тривалість якого теоретично не обмежена. Тому запропоновано проводити профілактичну стерилізацію бродильних апаратів послідовно - від головного до останнього через певні проміжки часу. При цьому велике значення має тривалість перебування бражки у апаратах, кількість дріжджових клітин, швидкість притоку середовища, рН, температура.
Удосконалена апаратурно-технологічна схема безперервного зброджування сусла розроблена ВНДІПрБ (рис.8.3). Схема складається з двох дріжджогенераторів 1, двох розброджувачів 2, двох головних бродильних апаратів 3 і 6-8 доброджувачів 4.
Засівні дріжджі розмножують у дріжджогенераторі. У нього подають з оцукрювача сусло з температурою 55-58° С, нагрівають його через поверхню теплообміну до 75-80° С, 2 год пастеризують, а потім охолоджують водою, яку подають у охолоджуючу сорочку, до 30° С. В охолоджене середовище засівають чисту культуру дріжджів, перемішують їх, охолоджують до 22° С і залишають на бродіння. Через 20-24 год. дріжджі передають у розброджувач. Об'єм дріжджів у дріжджогенераторі повинен становити 1-1,5% від об'єму середовища у головному бродильному апараті. Процес ведуть, минаючи стадію розмноження дріжджів у дріжджанках, тому вони схемою не передбачені. Маточні дріжджі спускають у розброджувач при видимому вмісті сухих речовин 5-6%.
Рис. 8.3 Апаратурно-технологічна схема безперервного зброджування сусла
Одночасно з надходженням дріжджів у розброджувач подають охолоджене у теплообміннику сусло. Після заповнення розброджувача середовище у ньому підкислюють сірчаною кислотою до 0,4-0,5 град, і залишають на бродіння на 22-24 год. При видимому вмісті сухих речовин 5-6% і накопиченні дріжджових клітин 90-100 млн/мл дріжджі спрямовують у головний бродильний апарат, куди одночасно подають охолоджене сусло. Робочий об'єм розброджувача приймають рівним 40% від об'єму головного бродильного апарата.
У головному бродильному апараті відбувається головне бродіння, концентрація у ньому дріжджових клітин підтримується на рівні 90-120 млн/мл, що досягається підвищеною кількістю засівних виробничих дріжджів до об'єму головного бродильного апарата і підтриманням у ньому рівних значень швидкості розведення середовища і питомої швидкості росту дріжджів. Бражка послідовно заповнює всі бродильні апарати батареї, переміщуючись між ними зверху донизу, а в апаратах - знизу догори. Завдяки цьому напрями осадження дріжджів, дробини і руху бражки у бродильних апаратах зустрічні, що запобігає осадженню дріжджів і дробини. Бродіння здійснюється дріжджами, які розмножуються по всій масі бражки, яка перемішується діоксидом вуглецю, що виділяється. Процес відбувається під тиском 0,01 МПа. Головні апарати на 1 м вищі доброджувачів.
Для забезпечення безперервності бродіння сусло надходить у два головні бродильні апарати, під час стерилізації першого батарея живиться через другий. Якщо приплив сусла здійснювати паралельно у два бродильні апарати, зменшується винесення дріжджів і збільшується кількість їх у головних бродильних апаратах (D=0,06-0,08 год-1). D збільшується у два рази при надходженні сусла в один апарат.