1) Сырье и вспомогательные материалы, используемые в технологии спирта.
2) Технологическая схема производства:
а) подготовка сырья к развариванию;
б) разваривание сырья;
в) осахаривание разваренной массы;
г) брожение;
д) брагоректификация.
1. Сырье и вспомогательные материалы, используемые в технологии спирта.
Для производства этилового спирта используются многие виды крахмалистого и сахаристого сырья: зерно, картофель, меласса.
В некоторых случаях на заводах перерабатывают сахарную свеклу, картофельную мезгу, различные сахаристые отходы пищевой промышленности, отходы виноделия, некондиционные фрукты.
В качестве вспомогательных материалов применяется H2SO4, формалин, хлорная известь, карбамид и т.д. В основном они используются для очистки и дезинфекции сырья.
В спиртовом производстве применяется вода питьевая и техническая.
Основными зерновыми культурами, поступающими на спиртовые заводы, является ячмень, рожь, пшеница, овес, кукуруза. В некоторых случаях заводы перерабатывают гречиху, горох, чечевицу и др. культуры – но эти виды сырья используются редко.
Картофель наиболее полно отвечает технологическим требованиям спиртового производства, т.к. быстро разваривается и образует подвижное сусло, содержит необходимое количество азотистых веществ для питания дрожжей. Картофельный крахмал дает наиболее высокий выход спирта.
Меласса является побочным продуктом при производстве сахара. В основном используется свекловичная меласса. Также на переработку поступает сырцовая меласса, которая является побочным продуктом при переработке сахара- сырца.
Вода, используемая в спиртовом производстве, по бактериологическим показателям должна содержать общее количество бактерий в 1 мл. неразбавленной воды не более 100. Количество бактерий группы кишечной палочки не более 3 в 1 л. Жесткость воды не должна превышать 8мгр.эквивалент в 1 л (она выражается суммарным содержанием солей Ca и Mg, выражается в мг/экв).
Вспомогательные материалы подразделяются на материалы основного производства, используемые на стадиях осахаривания, брожения, приготовления сусла и т.д.; и материалы необходимые для приготовления полуфабрикатов – солода или ферментных препаратов.
Антисептики на спиртовых заводах применяются как при мойке сырья, так и для дезинфекции сусла, солодового молока, растворов ферментных препаратов, оборудования технологических линий, помещений и т.д.
В качестве пеногасителей используются жиры, масла или продукты их гидролитического расщепления.
2. Технологическая схема производства:
а) подготовка сырья к развариванию.
Мойка картофеля или других корнеплодов или клубнеплодов осуществляется в гидротранспортерах различной конструкции. Вымытый картофель взвешивается на автоматических ковшовых весах. При непрерывном разваривании, картофель после мойки измельчается на молотковых дробилках ил терках. При периодическом способе, картофель перерабатывается в целом виде.
Все виды зерна, поступающего на производство, предварительно очищаются от пыли, земли, металлических и других посторонних примесей. После чистки содержание сорных примесей в зерне не должно превышать 0.1 %. Металлопримесей не должно содержаться вообще. При непрерывном способе разваривания зерно после очистки измельчают.
б) разваривание сырья.
Основная задача водно-тепловой обработки состоит из подготовки сырья к осахариванию крахмала амилолитическими ферментами солода или ферментными препаратами.
Осахаривание наиболее полно и с большей скоростью протекает если крахмал высвобожден из клеток сырья и прошел стадии клейстеризации и растворения, что обеспечивает его тесный контакт с ферментами.
Подготовка сырья к осахариванию проводится путем тепловой обработки целого сырья при повышенном давлении или механически измельченного сырья под меньшим давлением. Перед развариванием применяется предварительный подогрев или подваривание сырья. На начальных стадиях подваривания вода, проникшая внутрь зерна, вызывает набухание крахмала и клеточных стенок, растворяет некоторые межклеточные вещества. При температуре 90˚С оболочки сырья частично разрываются и наступает стадия клейстеризации крахмала. После подваривания крахмалистое сырье поступает в разварники, где обрабатывается при температуре 140-170˚С под избыточным давлением. На начальной стадии разваривания заканчивается процесс поглощения воды, набухания и клейстеризации, которые были начаты при подваривании. Вместе с этими процессами происходит растворение крахмала, белков, пентозанов, гексозанов и т.д. по мере их растворения отдельные клетки разрываются и крахмал вытекает из них сначала в межклеточное пространство, а затем в окружающую среду.
В процессе производства в основном спирт образуется из крахмала. При нагревании в воде крахмал набухает, поглощая 30-кратное количество воды и сильно увеличивается в объеме, поэтому ослабляются и разрываются связи между отдельными структурными компонентами крахмальной гранулы – происходит клейстеризация. В сырье, содержащем крахмал, содержится сахароза, глюкоза, фруктоза. Общее количество сахаров в картофеле – 0.3 %, в зерне – 4 %.
При подваривании образуется дополнительное количество сахаров. В процессе разваривания увеличивается содержание экстрактивных веществ, при этом в раствор переходит до 15-20 % не углеводных составляющих сырья. Значительное растворение веществ не углеводной природы не желательно, т.к. снижается доброкачественность сусла, которое становится трудносбраживаемым.
в) осахаривание разваренной массы.
Разваренную массу перед засахариванием охлаждают до температуры 58-60˚С. Для осахаривания зерно-картофельного крахмала применяют солодовую смесь: ячменного – 50 %, просенного – 25 %, овсяного – 25 %. Дробленный солод дезинфицируют формалином. Для этого солод смешивают в чане с водой в соотношении 1:4 (1:5). После чего в полученное солодовое молоко добавляют 37 % раствор формалина (25 мл. на 1л), выдерживают 25-30 мин., передают в расходный сборник. Осахаривание разваренной массы в основном осуществляется непрерывным способом.
Процесс осахаривания состоит из ряда последовательных операций, протекающих в одном аппарате – осахаривателе:
· охлаждение разваренной массы с получением заданной температуры осахаривания;
· осахаривание крахмала при перемешивании с солодовым молоком или ферментными препаратами;
· охлаждение сусла до температуры брожения;
· перекачивание охлажденного сусла в бродильное или дрожжевое отделение.
С увеличением дозы осахаривающих материалов скорость гидролиза крахмала возрастает. Эта зависимость сохраняется на начальных стадиях, а на последующих – с учетом специфичности действия ферментов на крахмал, необходимо чтобы их дозировка была оптимальной для воздействия на данный субстрат. Для солодов максимальная температура для действия амилазы не превышает 55˚С, для ферментных препаратов – до 60˚С. При температуре больше 60˚С наступает резкое снижение осахаривающей способности из-за тепловой денатурации белковой молекулы фермента. Контроль процесса осахаривания осуществляют путем прибавления к нему раствора J2, при этом сусло не должно приобретать синий цвет (красный цвет свидетельствует о наличии в сусле большого количества декстринов).
г) брожение.
При непрерывной и полунепрерывной схемах производства дрожжи задаются в начале заполнения бродильного чана и одновременно с поступающим суслом. Для исключения инактивации ферментов сусла от возможного повышения кислотности дрожжи вводятся с такой скоростью, чтобы объем зрелых дрожжей по отношению к поступающему суслу не превышал 50 %, а кислотность не превышала 0.5˚Неймана.
На заводах применяют непрерывно-поточный, циклический и периодический способы сбраживания сусла.
Непрерывно-поточный состоит в том, что процесс анаэробного превращения углеводов C2H5OH и CO2 разделяют на 3 стадии:
1) Возбраживание.
Характеризуется интенсивным размножением дрожжей и уменьшением содержания сухих веществ в бродящем сусле на 3-5 % от первоначального сусла.
2) Главное брожение.
Характеризуется интенсивным сбраживанием сахаров с выделением СО2 и уменьшением содержания сухих в бродящем сусле на 10-12 % от первоначального сусла.
3) Дображивание.
Характеризуется резким замедлением сбраживания сахаров.
Каждая стадия протекает в одном или нескольких бродильных аппаратах, соединенных в батарею. В первом (головном) аппарате сусло засеивается дрожжами, после чего концентрация их поддерживается на определенном уровне путем притока свежего сусла. Зрелая бражка выводится из последнего аппарата.
Циклический способ брожения является полунепрерывным, в котором возбраживание и главное брожение остаются непрерывными, а дображивание протекает периодически. Аппараты соединены переточными трубами, оборудованными затворами, что позволяет изолировать аппараты во время стерилизации.
Периодический способ брожения. Это наиболее старый способ. По нему бродильные чаны заливаются периодически, при этом дрожжи могут подаваться как в осахариватель, так и в бродильный чан. Продолжительность брожения, считая от начала залива чана до начала перегонки бражки, составляет 72 ч. Температура возбраживания для всех 3-х способов 18-20˚С; главного брожения 29-30˚С; дображивания 27-28˚С. Регулирование температур брожения производится подачей холодной воды в змеевики бродильных чанов. При периодическом брожении рекомендуется применять перемешивание сбраживаемой массы и СО2 для равномерного распределения дрожжей.
Контроль процесса брожения осуществляется по кислотности, количеству несбраживаемых углеводов и содержанию спирта в сброженном сусле. Кислотность зрелой бражки не должна превышать 0.2˚Неймана. содержание несбраживаемых растворенных сахаров - до 45гр/мл. Количество спирта – 8-8.5 объемных %.
д) брагоректификация.
Получение ректификованного спирта непосредственно из бражки осуществляется на брагоректификационных установках. Они обычно состоят из 3-х колонн: бражной, эпюрационной, спиртовой. Иногда включается от 1-й до 3-х дополнительных колонн: сивушной, окончательной очистки и дополнительной.
Бражная колонна служит для отделения летучей части бражки от нелетучей. Побочный продукт, полученный из бражки после отгонки спирта, выводится из нижней части колонны в виде барды, с которой удаляются большая часть воды, экстрактивных веществ и значительное количество хвостовых примесей. Летучая часть бражки содержит С2Н5ОН, Н2О и сопутствующие летучие примеси.
Спирт-сырец и спиртоводный пар, выходящих из бражной колонны, различают по концентрации спирта. Спирт имеет крепость не менее 88% по объему. Спиртоводный пар – 40-55%.
В эпюрационной колонне происходит выделение головных примесей (эпюрация). Спирт-сырец освобожденный от головных примесей называется эпюратом.
В ректификационной колонне (спиртовой) происходит полная отгонка и укрепление спирта. В процессе ректификации важно освободиться от метилового спирта, т.к. он является ядовитой смесью.
Колонка, установленная для выделения промежуточных примесей, - сивушная.
