Библиотека Курс лекций. Курс лекцій для студентів денної і заочної форми навчання спеціальності 091711 "Технологія харчування" Затверджено
 Скачать 4.82 Mb.
|
Тема лекции:ТЕХНОЛОГИЯ СПИРТА, ВОДКИ, КОНЬЯКОВ Технология спирта — это наука о методах и процессах переработки различных видов сырья в этиловый спирт. Этиловый, или винный, спирт — прозрачная бесцветная жидкость со жгучим вкусом и характерным запахом. Спирт гигроскопичен, летуч, смешивается с водой в любых соотношениях, является хорошим растворителем для многих веществ. Он широко используется в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности, а также в лакокрасочной, химической и других отраслях промышленности. Этиловый спирт получают двумя способами: микробиологическим и химическим. В основе первого способа лежит сбраживание сахара в спирт дрожжами семейства сахаромицетов. Второй способ предусматривает синтез спирта из этилена сернокислотной гидратацией по схеме С  2Н4+ Н2SO4 C2H5OH C2H5OH+H2SO4этилен При прямой гидратации этилена схема получения синтетического спирта изменяется: с2н4 + н2о Микробиологическим путем получают этиловый ректификованный спирт, который предназначается для пищевых и медицинских целей. Для этого используют разнообразное растительное сырье: зерна злаковых культур, картофель, свеклу и мелассу. Из непищевого сырья — гидролизатов древесины, соломы, хлопковой шелухи и сульфитных щелоков (отходов сульфитцеллю-лозного производства) вырабатывают гидролизный и сульфитный спирты. В данном учебнике изложена технология этилового спирта ректификованного из крахмалсодержащего сырья — зерна, картофеля и из сахарсодержащего сырья — свекловичной мелассы. Пищевая промышленность — главный потребитель этилового спирта: спирт используют при изготовлении ликеро-водочных изделий, плодово-ягодных вин, в производстве уксуса, пищевых ароматизаторов и т. д. Мы изучаем технологию получения этилового спирта, предназначенного только для пищевых целей. Ректификованный этиловый спирт, полученный из пищевого сырья, по своим органолептическим и физико-химическим показателям должен удовлетворять требованиям ГОСТ 5962. В зависимости от степени очистки различают спирт четырех сортов: I сорта, высшей очистки, «Экстра» и «Люкс». Спирт из пищевого сырья получают непрерывным и периодическим способами. Первый имеет явное преимущество перед вторым и широко внедрен на спиртовых заводах мощностью 1000...10 000 дал спирта в сутки. В стране вырабатывают 45...55 % спирта из зерна, 10...15 из картофеля, 2...3 из свеклы и 38...45 % из мелассы. Меласса, являясь отходом свеклосахарного производства, используется в бродильной промышленности как вторичный продукт. Это густая сиропообразная непрозрачная жидкость коричневого и темно-бурого цвета, сладкая на вкус с горьким привкусом. Переработка зерна и картофеля осуществляется по однотипной технологии и включает следующие технологические стадии: получение и подготовку осахаривающих материалов; подготовку зерна и картофеля к развариванию; разваривание сырья; осахаривание крахмалсодержащего сырья; культивирование дрожжей; сбраживание сусла; извлечение спирта из бражки, его укрепление и очистку от примесей.. Получение спирта из мелассы включает меньше технологических стадий: подготовку мелассы к сбраживанию; культивирование дрожжей; сбраживание мелассного сусла; извлечение спирта из бражки и его очистку. Основное различие технологического процесса при переработке крахмало- и сахарсодержащего сырья состоит в подготовке сырья и приготовлении питательной среды (субстрата) для сбраживания дрожжами в спирт. Технологию спирта целесообразнее рассматривать по стадиям технологического процесса. Это даст возможность критически оценить особенности технологии спирта при непрерывном способе производства из различных видов пищевого сырья. 1.1. ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ К ПЕРЕРАБОТКЕ Подготовка зерна и картофеля. Подготовка сырья заключается в очистке зерна от примесей, мойке картофеля, измельчении сырья и разбавлении измельченной массы водой до заданного содержания сухих веществ. Чем выше степень измельчения сырья, тем оно быстрее разваривается при более мягком режиме. Подготовка картофеля - вымытый картофель измельчают на молотковых дробилках или терках. Размер частиц измельченного картофеля не должен превышать 3 мм. Зерно сначала очищают от посторонних примесей, в том числе сорных, на воздушно-ситовом сепараторе, а затем от металлических примесей на магнитном сепараторе. После очистки зерно измельчают. Рекомендуют использовать тонкий или сверхтонкий помол. Сырье измельчают с помощью специальных установок, оборудованных измельчающей машиной-дезинтегратором и сепарирующим устройством. Измельченное зерно и картофель поступают в смеситель, в котором смешивают измельченную массу с водой. В зависимости от крахмалистости на 1 кг зерна добавляют 2,5...3,5 л воды, а на 1 кг картофеля — 0,2...0,5 л. После перемешивания и подогрева картофельную кашицу и зерновой замес направляют в аппараты для разваривания. Подготовка мелассы. Мелассу перерабатывают на спирт по схемам одно- или двухпоточного производства. В основу однопоточной схемы положены гомогенизация и антисептирование неразбавленной мелассы при высокой концентрации кислоты, приготовление сусла одной концентрации В качестве вспомогательного сырья в этом производстве применяют серную или соляную кислоту. С целью подавления вредной микрофлоры и доведения рН среды до оптимального значения                         мелассу подкисляют серной или соляной кислотой для получения кислотности мелассного сусла 0,5. Кроме кислоты для антисептирования применяют также сульфанол или хлорную известь в количестве. Для обеспечения нормального выхода спирта и накопления дрожжей (16... 18 г/л бражки) в мелассу добавляют питательные вещества, содержащие легкоусвояемые источники фосфора и азота. Приготовленную смесь мелассы с кислотой, антисептиком и питательными веществами выдерживают 6...8 ч; после антисептирования неразбавленную мелассу перекачивают в сборник. Из сборника меласса поступает в смеситель, куда непрерывно подают воду. Затем мелассное сусло температурой 25 "С, направляют в систему для размножения дрожжей. Процесс брожения осуществляют в батарее из 10 бродильных аппаратов. Спиртовые пары, образующиеся при генерировании и брожении, направляются в спирто-ловушки Готовая бражка, пройдя фильтр, поступает на сепаратор. Выделенные дрожжи поступают в цех хлебопекарных дрожжей, а обездроженная бражка — в сборник. Подготовка осахаривающих материалов. Для осахаривания сырья в спиртовом производстве применяют свежепроросшие солод, а также ферментные препараты. Из солода получают солодовое молоко, для чего дробленый солод смешивают с водой в соотношении 1:5. Полученное солодовое молоко дополнительно дезинфицируют 40%-м формалином и направляют для осахаривания охлажденной разваренной массы. В спиртовой промышленности используют ферментные препараты микромицетов и бактерий. Ферменты грибов в отличие от солода не содержат β-амилазы. Использование ферментных препаратов культур микромицетов взамен солода позволяет более полно осахарить сырье и тем самым увеличить выход спирта из I т крахмала на 1...4 %. При этом высвобождается зерно, расходуемое на солод, и снижается себестоимость спирта. 1.2. РАЗВАРИВАНИЕ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ Основная цель разваривания — разрушение клеточной структуры и растворение крахмала сырья. В растворимом состоянии крахмал легко осахаривается ферментами. Зерно и картофель разваривают паром при избыточном давлении. При тепловой обработке происходят сложные структурно-механические, физико-химические и химические изменения сырья. При нагревании с водой белки набухают и денатурируют, крахмал клейстеризуется и переходит в коллоидный раствор. С постепенным нарастанием температуры клейстеризованный крахмал разжижается и вязкость среды резко уменьшается. При выходе разваренной массы из варочного аппарата вследствие перепада давления от избыточного к атмосферному клеточная структура сырья разрушается и оно превращается в однородную массу. Химические изменения, происходящие при разваривании, связаны с увеличением содержания Сахаров и декстринов в связи с частичным кислотным и ферментативным гидролизом крахмала, с образованием пептидов и аминокислот при гидролитическом расщеплении белков, с разложением гексоз и пентоз до Фурфурол содержащих веществ. В результате взаимодействия са-харов и аминокислот при нагревании идет меланоидинообразование. При термическом разложении простых углеводов образуются также карамели, в состав которых входят ангидриды сахаров, темноокрашенные и другие малоизученные соединения; повышается кислотность среды. Меланоидины и карамели дрожжами не сбраживаются. Суммарные потери сбраживаемых веществ (в том числе и от неполноты растворения крахмала) в ходе разваривания картофеля и зерна составляют 2,5...4 %. Замес или картофельная кашка температурой 45...50 °С подается в подогреватель, подогревается паром до 75...85 °С, затем поступают в контактор-подогреватель, где подогрев среды ведут острым паром при избыточном давлении 0,8 МПа. Замес кукурузы подогревают до 175...180 "С, остальных зерновых культур —до 168... 170, картофельной кашки —до 165... 166 °С. Время разваривания 2...3 мин. В результате перепада давлений температура зернового замеса на выходе из разварника составляет 145...155 °С, а картофельной кашки — 145...152 °С. Разваренная масса поступает в паросепаратор-выдерживатель ,, откуда через конденсатор после охлаждения до температуры 58...60 "С благодаря созданию вакуума масса направляется в оса-хариватель. В последний в качестве осахаривающих материалов подают растворы ферментных препаратов (Ф) и солодовое молоко. Осахаренную массу подают в теплообменник. Охлажденное до температуры 24...26 °С сусло (О) поступает в бродильное отделение. 1.3. ОСАХАРИВАНИЕ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ Крахмал разваренного сырья осахаривают солодовым молоком или ферментами плесневых грибов. Одновременно при участии протеолитических ферментов происходит гидролиз белков до легко усвояемых дрожжами аминокислот и пептидов. В разваренной массе крахмал находится в растворенном состоянии (90 %) и в виде крахмального клейстера (10 %). Осахаривание разваренной массы осуществляют преимущественно непрерывным способом при определенных условиях: температуре, рН среды, концентрации субстрата и осахаривающего материала. В ходе осахаривания около 67 % крахмала превращается в мальтозу и 33 % — в декстрины, которые при брожении доосахариваются ферментами среды в сбраживаемые сахара. Осахаренную массу называют суслом. Процесс осахаривания включает охлаждение разваренной массы, смешивание массы с осахаривающим материалом, осахаривание и охлаждение сусла. При осахаривании в одну ступень разваренная масса непрерывно поступает в осахариватель — цилиндрический стальной аппарат вместимостью 3...5 м3, оборудованный мешалкой и змеевиком для подачи воды. В осахаривателе масса охлаждается до 57...58 "С в течение не менее 10 мин. Одновременно с охлаждением в аппарат задают 16...18 % солодового молока от объема разваренной массы. Осахаренная масса непрерывно отводится из осахаривателя через теплообменник, в котором охлаждается до 20...24 °С, в бродильное отделение. 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. |