Осахаривание разваренной массы

Цель осахаривания- гидролиз крахмала и других составных частей сырья с помощью ферментов осахаривающих материалов и получение осаха-ренного сусла. Осахаривающими материалами являются свежепроросший солод или микробные ферментные препараты.

Солод применяютв виде солодового молока. Для его получения исполь-зуют свежепроросший солод из ячменя, ржи, пшеницы, проса и овса. Исполь-зуют только смесь солодов: 50% ячменного (пшеничного или ржаного), 25% просяного, 25% овсяного или 50% ячменного (пшеничного, ржаного), 50% просяного (или овсяного). Это связано с тем, что различные зерновые культуры дают солод с разной активностью ферментов, в частности амилолитических. Солод только из одной культуры не содержит всех необходимых ферментов (α-амилазы, β-амилазы, декстриназы) для полного гидролиза крахмала.

Приготовление солодового молока: свежепроросший солод моют холодной водой, дезинфицируют хлорной известью или формалином в течение 20 мин, измельчают на дисковых или вальцевых дробилках. Затем смешивают с водой в соотношении 1:4-1:5, дополнительно обрабатывают раствором формалина, выдер-живают 20-30 мин и передают на осахаривание.

Расход солода определяют по активности амилолитических (АС) или декстринолитических (ДС) ферментов. Для осахаривания 1 т крахмала сырья необходимо 700 ед. АС или 6000 ед. ДС.

Микробные ферментные препараты используют неочищенные или технические, так как высоко-очищенные очень дорогие и их применение экономически невыгодно. В основном применяют препараты, содержащие преимущественно α-амилазу: Амилосубтилин Г3х, Глюкоаваморин Гх, Амилоризин Пх, Амило-диастатин Гх и др.

Использование ферментных препаратов - прогрессивный способ осахаривания, так как исключаются потери сухих веществ сырья на проращивание, нет необходимости при спиртзаводах строить солодовни, ферментные препараты можно получать на специализированных биохимических заводах. Путем смешивания ферментных препаратов, имеющих различные группы ферментов, возможна регуляция углеводного и азотистого состава сусла.

Подготовка ферментных препаратов: глубинную культуру плесневых грибов или бактерий дезинфицируют формалином; сухую поверхностную культуру смешивают с водой температурой 28¸30ºС в соотношении 1:1. Затем ее тщательно измельчают на дробилках, добавляют воду в количестве 3¸4 дм³ на 1 кг препарата, дезинфицируют раствором формалина, выдерживают 25¸30 мин. и направляют на осахаривание.

Расход поверхностной культуры - 5% к массе крахмала разваренной массы.

Можно использовать смесь сухой культуры ферментных препаратов и солода. Их вместе измельчают и готовят суспензию наподобие солодового молока.

При осахаривании крахмала в спиртовом производстве необходимо дос-тичь полного его гидролиза до сбраживаемых сахаров. На практике осахари-вание протекает на нескольких технологических стадиях:

- при разваривании сырья;

- при осахаривании при оптимальной температуре для действия ферментов;

- при брожении (температура благоприятная для жизнедеятельности дрожжей, но не ферментов).

При разваривании под действием бактериальной α-амилазы гидролиз крахмала незначителен, образуются, главным образом, декстрины.

На стадии осахаривания образуется максимальное количество сбражи-ваемых сахаров. Крахмал гидролизуется на 70¸75% до глюкозы и мальтозы и 25¸30% предельных декстринов. Причем если используется в качестве осахаривающего материала солод, то образуется 71¸76% мальтозы и 24¸29% глюкозы от суммы сбраживаемых сахаров; если применяют ферментные препараты, то 14¸21 % мальтозы и 79¸80 % глюкозы.

Некрахмальные полисахариды под действием ферментов солода почти не гидролизуются, ферментными препаратами гидролизуются в незначительной степени, что является положительным, так как возрастает количество сбражи-ваемых сахаров.

При осахаривании гидролизуются также белки под действием протеоли-тических ферментов до пептонов, полипептидов аминокислот (необходимы дляпитания дрожжей). Причем солод при гидролизе дает больше аминокислот, чем ферментные препараты

Предельные декстрины доосахариваются до мальтозы в процессе броже-ния декстриназой солода или глюкоамилазой ферментных препаратов.

На скорость осахаривания крахмала влияют температура и рН среды. Оптимальная температура для действия амилазы солода на 2%-й раствор картофельного крахмала составляет 53¸58ºС. Однако для клейсте-ризации нерастворенного крахмала, вносимого с солодом, и стерилизации замеса необходима более высокая температура. При таких температурах (свыше 56ºС) амилаза инактивируется, но медленно. Поэтому осахари-вание проводят при температуре 60¸62ºС. Эта температура хотя и выше оптимальной, но присутствующие в заторе защитные вещества (сахара, декстрины, пептиды) предохраняют амилазу от инактивации.

рН затора 4,9¸5,6.

Осахаривание разваренной массы осуществляют непрерывным, реже периодическим способами. Независимо от способа, осахаривание предусмат-ривает следующие операции:

охлаждение разваренной массы до температуры осахаривания ® смешивание с осахаривающими материалами ® осахаривание крахмала ® охлаждение сус-ла до температуры «складки», т.е. начальной температуры брожения ® пе-рекачивание сусла в дрожжевое и бродильное отделение завода.

При периодическом осахаривании все операции, кроме последней, вы-полняются в одном аппарате (заторном чане). При непрерывном - в отдельных аппаратах, устанавливаемых последовательно, или в одном аппарате, в котором происходит выполнение нескольких операций.

Периодический способ проводится в осахаривателе - заторном чане чашеобразной формы с мешалкой для перемешивания и змеевиком для охлаждения. В осахариватель набирают 5% от всего количества осаха-ривающего материала и холодную воду, чтобы она покрыла лопасти мешалки. Включают мешалку и быстро выдувают из паросепаратора разваренную массу. Когда температура достигнет 75¸80ºС, в змеевик пускают воду. Массу охлаждают до температуры 62¸63ºС, добавляют остальное количество осахаривающего материа-ла, перемешивают 5 мин. и осахаривают при отключенной мешалке 15¸20 мин. Конец осахаривания определяют по йодной пробе. Затем мешалку включают, в змеевик подают холодную воду и охлаждают сусло до температуры 29¸30ºС.

Непрерывное осахаривание. Существует несколько способов. Наиболее простой - одноступенчатоеосахаривание. Проводят в осахаривателе - цилиндрической емкости со сферическим или коническим днищем, мешалкой, регулятором уровня и змеевиком для охлаждения. В осахариватель подают воду и часть осахари-вающего материала. Затем из паросепаратора поступает разваренная масса, которую охлаждают до температуры 65ºС. Вносят оставшееся количество осахаривающего материала. Температура при этом понижается до 57¸58ºС. Осахаривают 20¸25 мин и затем в аппарат непрерывно подают разваренную массу и осахаривающие материалы и непрерывно отводят осахаренное сусло. Сусло охлаждают до температуры «складки» в теплообменнике типа «труба в трубе».

Двухступенчатое осахаривание. Разваренное сырье из паросепаратора непрерывно поступает в осаха-риватель первой ступени, куда вводят 30% от всего количества осахаривающих материалов. Температура 60¸61ºС, продолжительность 10 мин. Конструкция осахаривателя аналогична аппарату в одноступенчатом способе.

Затем насосом затор перекачивают в осахариватель второй ступени, представляющий собой несколько труб длиной 5¸6 м, соединенных на концах между собой «калачами». Вводят остальную часть (70%) осахари-вающих материалов. Температура 57¸58ºС, продолжительность 2¸5 мин. Сусло охлаждают так же, как в преды-дущем способе.

Осахаривание (как одно-, так и двухступенчатое) может проводиться с одно- или двухступенчатым вакуум-охлаждением. Сущность вакуум-охлаждения заключается в том, что при разряжении (0,08 МПа) происходит самоиспарение воды, в результате чего температура массы почти мгновенно понижается от 104¸105ºС до соответствующей создаваемому разряжению (62¸63ºС).

При одноступенчатом охлаждении разваренную массу охлаждают в вакуум-испарительной камере, а осахаренное сусло в теплообменнике. При двухступенчатом вакуум-охлаждении и разваренную массу, и полу-ченное сусло охлаждают в вакуум-испарительных камерах.

Осахаренное сусло должно иметь следующие показатели:

Полнота осахаривания определяется по йодной пробе. При использовании в качестве осахаривающего материала солодового молока цвет раствора йода с каплей фильтрата не должен изменяться. Красный цвет свидетельствует о наличии в сусле декстринов, сине-фиолетовый - о присутствии неосахаренного крахмала. Применение ферментных препаратов для осахаривания может оставлять окраску фильтрата с йодом светло-коричневой.

Содержание сухих веществ - 16¸18%, в т.ч. 13¸15% - сбраживаемые сахара.

Доброкачественность - отношение общего количества содержащихся в сусле сбраживаемых углеводов к общей сумме растворимых сухих веществ, выраженное в процентах. Доброкачественность должна быть в пре-делах 76¸78 %.

Кислотность выражают в градусах кислотности. 1º кислотности соответствует 1 см³ раствора NаОН концентрацией 1 моль/дм³, израсходованного на нейтрализацию 20 см³ раствора (сусла, бражки). Кислотность должна быть в пределе 0,2¸0,3º, что соответствует рН 4,9¸5,6. Кислотность сусла меньше 0,2º может привести к развитию посторонней микрофлоры, выше 0,4º - к инактивации ферментов.

 

Подготовка дрожжей к сбраживанию сусла

Для сбраживания зерно-картофельного сусла сначала подготавливают дрожжи. Используютрасы верховых дрожжей ХII, II, М и др.

Оптимальная температура для размножения дрожжей 29¸30ºС. Однако дрожжи проявляют максимальную бродильную активность при температуре 17¸22ºС. Поэтому размножение биомассы дрожжей ведут именно при этой температуре. Эта же температура позволяет предотвратить развитие посторон-них микроорганизмов.

Сусло, идущее на выращивание дрожжей, подкисляют до рН 3,8÷4,0. Дрожжи при значениях рН ниже 4,2 продолжают развиваться, а посторонняя микрофлора, в частности молочнокислые бактерии, нет.

В зависимости от того, чем подкисляют сусло (серной или молочной кислотой), различают соответственно дрожжи сернокислые и молочно-кислые. На спиртовых заводах чаще всего готовят сернокислые дрожжи.

Дрожжи размножают из чистой культуры по схеме:

ЧКД → Засевные дрожжи → Производственные дрожжи.

Разведение засевных дрожжей из чистой культуры. Чистая культура дрожжей (ЧКД) на спиртзаводы поступает в пробирках. Выращивают чистую культуру путем последовательного пересева дрожжей в стерильное сусло в про-бирки, затем колбы и бутыль на 5 дм³. После этого содержимое бутыли пере-ливают в дрожжанку с 50 дм³ нестерильного сусла с концентрацией сухих веществ 16¸18%. Накопление биомассы ведут при температуре 30ºС в течение 24 час до достижения 5¸6% сухих веществ. В результате получают засевные дрожжи. Их готовят один раз в начале производственного сезона. В дальнейшем засевные дрожжи отбирают от производственных в количестве 10 % от объема бражки. Очищают от посторонних микроорганизмов путем обработки серной кислотой до рН 2,0 в течение 30 мин.

Разведение производственных дрожжей. Производственные дрожжи выращивают из засевных дрожжей. Разводят периодическим или полунепре-рывным способом в дрожжанках (герметично закрытых емкостях с мешалкой и змеевиками для подвода пара и воды).

Периодический способ включает следующие операции:

· для получения сернокислых дрожжей:

1) отбор в дрожжанку из осахаривателя сусла с концентрацией сухих веществ 16¸18%;

2) пастеризация сусла при температуре 70ºС в течение 20 мин;

3) охлаждение до 50ºС;

4) подкисление серной кислотой до кислотности 0,7¸0,8º для зернового сусла и 0,8¸0,9º для картофельного сусла;

5) охлаждение до температуры 30ºС;

6) внесение засевных дрожжей в количестве 10 % от объема сусла;

7) охлаждение до температуры 18¸22ºС;

8) размножение дрожжей в течение примерно 20 час до снижения концентрации сухих веществ на 2/3 от первоначальной величины;

· для получения молочнокислых дрожжей:

1) отбор в дрожжанку из осахаривателя сусла с концентрацией сухих веществ 16¸18%;

2) охлаждение сусла до температуры 50¸51ºС;

3) внесение засевной культуры молочнокислых бактерий в количестве 2¸3% от объема сусла;

4) молочнокислое брожение до повышения кислотности 2,0¸2,2º для картофельного и 1,7¸2,0º для зер-нового сусла;

5) отбор молочнокислой засевной культуры для следующего цикла;

6) пастеризация подкисленного сусла при температуре 75ºС в течение 30 мин;

7) охлаждение до температуры 30ºС;

8) внесение засевных дрожжей в количестве 10 % от объема сусла;

9) размножение дрожжей до снижения концентрации сухих веществ на 2/3 от первоначальной величины.

Общая продолжительность получения молочнокислых дрожжей - 30 час.

Полунепрерывный способ. Приготовление дрожжей проводят в установке, состоящей из двух дрожжа-нок и одного пастеризатора.

Предварительно готовят сусло в пастеризаторе, где его подвергают тепловой обработке и подкисляют серной кислотой до 0,7¸0,8º.

При выращивании сернокислых дрожжей их размножают сначала периодическим способом в одной из дрожжанок. Затем 50% дрожжей перекачивают во вторую свободную дрожжанку и обе доливают суслом концен-трацией 14¸15% из пастеризатора, подкисляют серной кислотой до 0,7¸0,8º. Оставляют на брожение при темпе-ратуре 27¸28ºС на 6¸8 час. После этого при концентрации сухих веществ 4¸4,5% из каждой дрожжанки 30% зрелых дрожжей сливают в бродильный чан и дрожжанки вновь заливают пастеризованным суслом.