Лекция 25. Технология спирта из зерно-картофельного сырья

Лекция 25. Технология спирта из зерно-картофельного сырья

 

Общая характеристика спирта и его свойства.

Спирт этиловый (этанол, винный спирт) - бесцветная легкоподвижная жидкость с характерным для каждого вида спирта запахом и жгучим вкусом. Пары спирта вредны для организма, вызывают разрушение и обезвоживание животных и растительных тканей.

Спирт очень гигроскопичен. Смешивается с водой в любых соотноше-ниях. При этом наблюдается явление контракции - адиабатическое сжатие сме-си за счет образования водородных связей между молекулами воды и спирта. Поэтому для получения, например, 100 дм³ водноспиртовой смеси следует смешать 50 дм³ спирта и 53,65 дм³ воды. Процесс сопровождается выделением тепла. Максимальное количество теплоты смешивания приходится на концентрацию спирта 36,25 % об.

Спирт и его крепкие растворы легко воспламеняются и горят бледно-голубым пламенем. Температура кипения спирта при нормальном атмосферном давлении 78,3ºС, температура замерзания - минус 117ºС.

Спирт, очищенный от сопутствующих примесей, образовавшихся в процессе его производства, называется ректификованный.

В зависимости от сырья, из которого получают спирт, различают технический (гидролизный, сульфитный, синтетический) и пищевой спирт.

Пищевой спирт получают из зерна, картофеля, мелассы, сахарной свеклы, сахарного тростника. Он используется для приготовления ликероводочных изделий, крепления вин, в медицинской и фармацевтической промышленности, для производства пищевого уксуса.

Технический спирт получают биохимическим способом из древесины (гидролизный) и сульфитных щелоков (сульфитный), а также химическим - путем присоединения воды к этилену (синтетический). Его используют как исходное сырье для химического синтеза, в качестве растворителя при производстве синтетического каучука, волокна, искусственного шелка, искусственной кожи, пластмасс, фото- и кинопленки, органического стекла, лаков, красок и т.д.

 

Принципиальная схема производства спирта из

Зерно-картофельного сырья

 

Технологическая схема (рис.27.1) производства спирта из зерна и карто-феля включает следующие основные стадии: подготовка сырья ® водно-тепловая обработка сырья ® осахаривание сусла ® сбраживание сусла ® перегонка бражки и ректификация спирта.

 

Рис.27.1. Принципиальная технологическая схема производства

спирта из зерна и картофеля.

Подготовка сырья к развариванию.

Подготовка сырья к развариванию включает следующие операции:

очистка от примесей ® измельчение ® приготовление замеса (кашки).

Зерно и картофель поступают на завод железнодорожным или автомобильным транспортом. Зерно после предварительной очистки на воздушно-ситовых сепараторах хранят в элеваторах или хранилищах амбарного типа, картофель - в буртах или картофеле-хранилищах.

Перед подачей в производство зерно предварительно очищаютот пыли, земли, камней на воздушно-ситовых сепараторах, от металлических примесей - на магнитных сепараторах. Овес перед измельчением обрушивают (отделяют пленки) на овсорушках с рифленой поверхностью. Обрушивание необходимо, так как большое количество пленок в виде шелухи засоряет трубопроводы, брагоперегонные аппараты, всплывает на поверхность бродящего сусла и ухуд-шает процесс сбраживания.

Картофель от примесей земли, соломы, ботвы, камней, песка и др. осво-бождают с помощью соломоловушек и камнеловушек. Для окончательного отделения от земли картофель моютв картофелемойках 5÷7 мин. Обычно используют теплую воду. Если картофель подмороженный, то моют только холодной водой.

Зерно не моют.

Очищенное сырье направляют на измельчение. Цельизмельчения – под-готовить крахмал сырья к действию ферментов. Зерно и картофель в произ-водстве спирта необходимо измельчать как можно тоньше, чтобы увеличить гидролиз составных веществ сырья.

Картофель измельчают на молотковых дробилках или картофелетерках до размера частиц не более 3 мм, зерно - на молотковых дробилках или вальцевых станках до размера частиц 1,0÷1,5 мм. Более тонкое измельчение (до 0,25 мм) позволяет вести разваривание при более низкой температуре (80÷105ºС).

Измельченное зерно смешивают с водой в соотношении 1:2÷1:3 (полу-чают замес), к картофелю добавляют 15÷20 % воды от массы сырья (получают картофельную кашку). Количество добавляемой воды должно быть таким, чтобы в полученном сусле концентрация сухих веществ составляла 18÷19%. При более высокой концентрации повышается вязкость массы и увеличивается расход осахаривающих материалов.

 

Разваривание сырья.

Крахмал, который содержится в клетках картофеля или зерна, окружен клеточной оболочкой и недоступен для действия амилолитических ферментов. Механическим разрушением удается вскрыть только часть клеток сырья. Поэтому, чтобы перевести крахмал из нерастворимого состояния в раство-римое и полностью разрушить клеточную структуру, необходимо провести водно-тепловую обработку -разваривание сырья. Цель разваривания – подго-товка крахмала сырья к осахариванию амилолитическими ферментами солода или микробных ферментных препаратов.

Перед развариванием с целью экономии пара на разваривание, а также для набухания и клейстеризации крахмала проводят подваривание.

Для этого замес быстро подогревают экстрапаром (вторичным паром) до температуры 85¸95ºС, выдерживают 1,0¸1,5 час; картофельную кашку нагре-вают до 40¸45ºС, длительность выдержки не более 30 мин.

После подваривания крахмалистое сырье поступает на разваривание, где подвергается обработке при высоких температурах.

Основные способы разваривания: периодический, полунепрерывный, непрерывный. На большинстве заводов используют непрерывные способы.

Непрерывные способы. Сущность заключается в том, что сырье измельчают, подваривают, что позво-ляет смягчить режим варки, снизить потери сбраживаемых сахаров, увеличить выход спирта. Замес непрерыв-ным потоком движется через все аппараты установки и удаляется из нее в готовом виде.

Существует несколько схем (установок) непрерывного разваривания, основными из которых являются две - Мичуринская (схема ВНИИПрБ) и Мироцкая (скоростная, схема УкрНИИСПа).

На отечественных спиртзаводах в качестве типовой принята схема ВНИИПрБ. Установка включает дро-билки, смеситель-предразварник (подогрев вторичным паром замеса до температуры 75¸85ºС, кашки до - 45ºС), контактную головку (нагрев замеса или кашки острым паром до температуры 130¸140ºС), несколько варочных колонн первой и второй ступени.

В колоннах давление одинаковое, а разность уровней ввода массы в колонны разная. За счет этого про-исходит перемещение массы из одной колонны в другую. Из последней колонны разваренное сырье автомати-чески вытесняется в паросепаратор. В нем происходит выделение пара из массы за счет разницы давлений в колоннах и паросепараторе. Выделяющийся пар поступает в предразварник.

Полунепрерывное разваривание. Согласно этой схеме сырье не измельчают, подваривание проводят. Разваривание сырья осуществляется периодически, а доваривание и отвод в осахариватель - непрерывно. Варка идет в три стадии: в предразварнике (происходит предварительный нагрев и набухание сырья), в разварнике (разваривание) и в выдерживателе-паросепараторе (доваривание). Разваренное сырье выдувают в выдержива-тель, где сырье доваривается до полной готовности и отделяется избыток пара. Из него разваренное сырье непрерывно поступает на осахаривание.

Периодическая схема. Сырье не измельчают. Разваривание ведут в разварнике до полной готовности и разваренную массу выдувают в паросепаратор или непосредственно в осахариватель.

Готовность разваренной массы определяют по цвету. Он должен быть в зависимости от степени из-мельчения сырья, температуры и продолжительности разваривания, темно-желтым со светло-коричневым оттенком для зерновой массы, для картофельной массы – светло-коричневым с зеленоватым оттенком.

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.

 

Подготовка мелассы к сбраживанию.

Подготовка мелассы к сбраживанию

Эта стадия cостоит из следующих операций:

химическое антисептирование → тепловая обработка → подкисление → внесение питательных веществ → осветление → гомогенизация и выдержка.

Брожение мелассного сусла должно идти в условиях, исключающих развитие посторонней микрофло-ры. Однако меласса всегда содержит определенное количество посторонних микроорганизмов, что приводит к потерям сухих веществ, нарушению процесса брожения, ухудшению качества спирта. Кроме того, брожение лучше всего протекает при рН около 5,0, в то время как рН доброкачественной мелассы лежит в слабощелочной области (6,9÷8,0). Исходя из этого, мелассу необходимо обеззараживать и подкислять.

Мелассу обеззараживают хлорной известью, формалином или сульфа-нолом, подкисляют серной или соляной кислотой. При этом рН доводят до 5,1÷5,3, если используется однопоточная схема сбраживания, и до 4,8÷5,1 при двухпоточной схеме сбраживания (подкисляют в этом случае только ту часть сусла, которая идет для выращивания дрожжей).

Если меласса сильно инфицирована и не исправляется кислотами и антисептиками, то ее подвергают тепловой обработке. При средней степени инфицирования используют пастеризацию (нагревают мелассу до температуры 85÷95 ºС, выдерживают 50÷60 мин, затем охлаждают до температуры 25÷30ºС).В случае высокой степени инфицирования проводят стерилизацию путем наг-ревания мелассы до 110ºС и выдержки в течение 2 мин. с последующим охлаж-дением. Во всех случаях мелассу предварительно разбавляют до содержания сухих веществ 45÷50%.

Для обеспечения активной жизнедеятельности дрожжей в процессе сбра-живания мелассу обогащают питательными веществами. Источник фосфорно-го питания - 70%-я ортофосфорная кислота, суперфосфат; азотистого питания – карбамид (мочевина), сульфат аммония; комплексного фосфорно-азотистого питания - диаммонийфосфат. Питательные вещества вводят в мелассу в виде водных растворов одновременно с кислотами.

На спиртзаводах, работающих по однопоточной схеме (где одновременно со спиртом получают хлебопекарные дрожжи), мелассу дополнительно освет-ляют. Для этого используют сепараторы-кларификаторы. Перед осветлением мелассу разводят водой в соотношении 1:1.

Подготовленную таким образом мелассу выдерживают не менее 8-ми час. Для стабилизации режима сбраживания ее гомогенизируют (усредняют состав) путем перемешивания насосом «на себя». Особенно гомогенизация необходима при переработке дефектной мелассы или смеси тростниковой и свекловичной.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности дрожжей и создания оптимальных условий брожения мелассу разбавляют водой до содержания сухих веществ в сусле 20¸22% при однопоточной схеме сбраживания, при двухпоточной схеме - сусло для выращивания дрожжей готовят концентрацией 12% сухих веществ, а сусло для основного брожения концентрацией 32¸34 % сухих веществ. Соотношение потоков сусла для дрожжей и основного при такой схеме 1:1, поэтому средняя концентрация сусла равна 22% сухих веществ.

 

Производство водки

 

1. Характеристика и классификация водок.

2. Принципиальная схема производства водки.

3. Приготовление сортировки.

4. Обработка сортировки.

 

Приготовление сортировки

 

Основные стадии производства водки - приготовление сортировки и ее обработка.

Сортировка - это водно-спиртовая смесь. Для приготовления водки ис-пользуют только умягченную воду. Готовят сортировку в специальных герме-тично закрытых аппаратах - сортировочных чанах. Сначала в чан наливают спирт, затем подготовленную воду, перемешивают мешалками или сжатым воздухом.

 

Рис. 27.5. Принципиальная технологическая схема производства водки.

 

При смешивании спирта с водой выделяется тепло, а объем смеси умень-шается, т.е. наблюдается явление контракции. Нужное количество спирта и воды, требуемое для приготовления определенного объема сортировки, находят с помощью специальных таблиц, в которых указывается, сколько необходимо добавить воды к 100 объемам спирта определенной крепости, чтобы получить сортировку заданной крепости.

Если после перемешивания крепость сортировки не соответствует заданной, то ее корректируют: при завышенной крепости добавляют расчетное количество воды, а при заниженной - спирта.

Готовая сортировка насосом перекачивается в напорный чан, а оттуда поступает на очистку и фильтрацию.

 

Обработка сортировки

 

Приготовленная сортировка всегда содержит небольшое количество тонкодисперсных частиц, которые вносятся с умягченной водой, а также обра-зуются из солей жесткости воды при смешивании со спиртом. Поэтому сортировку предварительно фильтруют на песочных фильтрах(форфильтрах), через которые она непрерывно проходит сквозь слой кварцевого песка сверхувниз. Эта операция обязательна, т.к. предотвращает загрязнение и удлиняет работу угольных фильтров.

Из форфильтров сортировку направляют в угольные реакторы. Только после обработки активным углем водно-спиртовый раствор приобретает аромат и вкус, характерные для того или иного типа водки.

Улучшение вкуса и аромата происходит за счет адсорбции активным углем примесей спирта, придающих водке неприятный запах и вкус. Наряду с физической происходит химическая сорбция. Кислород воздуха, содержащийся в порах угля, катализирует реакции окисления спиртов в соответствующие альдегиды и кетоны, а затем их в кислоты. Количество альдегидов и высших спиртов при этом уменьшается. Кислоты образуют со спиртами в результате реакции этерификации сложные эфиры: уксусноэтиловый, уксусноизоами-ловый и др. Это приводит к улучшению органолептических показателей водки.

Наиболее распространенным способом обработки сортировки является непрерывный (динамический). Сортировку пропускают через слой активного угля снизу вверх с определенной скоростью (5¸60 дал/час), чтобы обеспечить сбалансированное протекание сорбционных и окислительно-восстановитель-ных процессов.

Используют активный уголь марки БАУ (березовый или буковый). Его получают путем сжигания древесины без доступа воздуха с последующей обработкой перегретым паром. Он имеет высокую пористость и большую адсорбционную поверхность.

Эффективность действия угля с течением времени снижается. Регенера-цию угля проводят паром или перманганатом калия непосредственно в колонках.

Обработанную сортировку из угольных колонок направляют на повтор-ную фильтрацию через песочные фильтры для удаления механических приме-сей и унесенных частичек угля.

Отфильтрованную водку перекачивают в доводные чаны, где проверяют и корректируют крепость. Входящие в рецептуру ингредиенты вносят либо до обра-ботки сортировки углем (в сортировочный чан), либо после (в доводные чаны). Непосредственно перед розливом проводят контрольное фильтрование водки.

Разливают на автоматизированных линиях розлива при атмосферном давлении по уровню или по объему в бутылки из бесцветного или полубелого стекла вместимостью 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 0,75 и 1 дм³. Укупоривают алюминии-евыми колпачками типа «Алка» (под обкатку) или винтовыми пробками.

Лекция 25. Технология спирта из зерно-картофельного сырья