Структурная формула получаемого вещества.

Домашняя работа

«Получение этилового спирта из крахмалосодержащего сырья»

 

 

Преподаватель:                                                        М. А.Безматерных

Студент гр. Х-390702:                                                       А. М. Черакшев

 

Екатеринбург

2012

Содержание.

1.Структурная формула получаемого вещества……………………………….3

2.Применение…………………………………………………………………….3

3.Характеристика. Химические и физические свойства………………………4

4.Продуцент………………………………………………………………………5

5.Состав питательной среды…………………………………………………….6

6.Механизмы биохимических реакций……………………………………...…10

7.Описание протекания биосинтеза…………………………………………....14

8.Выделение продукта…………………………………………………………..25

9.Активаторы и ингибиторы реакции. Факторы, влияющие на процесс…….26

10.Возможности генной инженерии………………………………………...….29

11.Технологические усовершенствования……………………………………..30

12.Выход продукта и сравнение с выходами, при использовании других продуцентов и питательных сред……………………………………………….31

13.Список используемой литературы…………………………………………..32

 

Структурная формула получаемого вещества.

Применение.

А) Пищевая промышленность - Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.).  Может быть использован, как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Б) Топливо - В ряде стран - компонент автомобильного топлива: повышает октановое число, сокращает расход бензина, снижает содержание вредных в-в в выхлопных газах.

В) Химическая промышленность - Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др. Широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях). Является компонентом антифриза и стеклоомывателей.

Г) Медицина - В медицине этиловый спирт в первую очередь используется как растворитель, экстрагент и антисептик

Д) Парфюмерия и косметика - Является универсальным растворителем различных веществ и основным компонентом духов, одеколонов, аэрозолей и т. п. Входит в состав разнообразных средств, включая даже такие как зубные пасты, шампуни, средства для душа, и т. д.

 

Характеристика. Химические и физические свойства.

Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН — легкоподвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Этиловый спирт смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, диэтиловым эфиром, глицерином, хлороформом, ацетальдегидом, бензином, образует азеотропные смеси с водой.

Молекулярная масса 46,069 а. е. м.

Температура плавления  −114,15 °C

Температура кипения 78,15 °C

Химические свойства.

Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства этилового спирта определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в известной степени, строением радикала. Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.

        

Реакции гидроксильного водорода:

1.Взаимодействие спиртов со щелочными металлами.

2.Образование простых эфиров. 

3. Образование сложных эфиров.

        

 

        

 

 

4.Замещение гидроксильной груп­пы на галоген (образование галогенопроизводного):

5.Дегидратация спиртов

Этиловый спирт является вторичным метаболитом.

Продуцент.

Saccharomyces cerevisiae.

Царство: Mycota

Класс: Ascomycetes

Род: Saccharomyces

Это несовершенные грибы, так как клетки Saccharomyces cerevisiae размножаются вегетативным образом при помощи почкования и способны к спорообразованию. Так как Saccharomyces cerevisiae относится к немицелиальным грибам, то он является низшим. А также относится к мезофилам и факультативным анаэробам. Жизнеспособность дрожжей сохраняется в пределах рН среды от 2 до 8; для их выращивания оптимальным является рН 4,8...5. По способу питания – гетеротрофы.

 

Морфологические свойства.

Одноклеточные, неподвижные, не образующие мицелия микроорганизмы, относящиеся к сумчатым плесневым грибам класса Ascomycetes. Форма дрожжевых клеток - овальная. Диаметр клетки 5-10 мкм. Дрожжевые клетки имеют клеточную оболочку, протоплазматическую мембрану, протоплазму и ясно выраженное ядро. У молодых клеток протоплазма тонкозернистая, по мере старения образуются вакуоли, заполненные клеточным соком. В качестве запасных питательных веществ в протоплазме могут быть включения гликогена, волютина и капельки жира.

 

Культуральные свойства.

При росте на жидкой питательной среде Saccharomyces cerevisiae вызывают ее помутнение. В результате интенсивного газообразования клетки дрожжей выносятся в верхние слои бродящей жидкости, а на поверхности образуется пена. По окончании брожения среда становится более прозрачной, дрожжи оседают на дно, образуя плотный осадок желтовато-белого цвета. Пленка на поверхности среды не развивается.

 

Штрих на косом сусло-агаре выпуклый, с ровными краями, сочной консистенции, желтовато-белого цвета, маслянистый. На сусло-агаре формируются колонии круглой формы диаметром 0,5-1 см с выпуклым центром и ровными краями желтовато-белого цвета. По характеру поверхности описано два типа колоний Saccharomyces cerevisiae: гладкие, маслянистые и складчато-шероховатые, бугристые. По мнению многих исследователей, культуры дрожжей, имеющие колонии второго типа, отличаются пониженной бродильной активностью.

 

 

Зольные элементы.

Сера входит в состав очень важных соединений — амино­кислот (цистеин, цистин, метионин и глютатион) и витаминов (биотин, аневрин). В ферментах сера находится в виде сульфид­ных и тиоловых групп.

Железо содержится в цитохромах, цитохромоксидазе, пероксидазе, каталазе и других ферментах, участвующих в процессе дыхания. Оно способствует действию и других ферментов (зимогеназа, пирофосфатаза).

Магний активирует многие фосфатазы и энолазу. Ионы магния влияют на сохранение активности ферментов при нагре­вании. Магний и марганец ускоряют потребление дрожжами глюкозы. Влияние магния тем сильнее, чем ниже концентрация глюкозы в среде. В питательных средах должно содержаться 0,02..0,05 % магния в виде сульфата.

Калий необходим не только как питательный элемент, но и как стимулятор размножения дрожжей. Стимулирующее дейст­вие объясняется существенной ролью его в окислительном фосфорилировании и в процессах гликолиза. Движение неоргани­ческого фосфора внутрь клетки специфично стимулируется ка­лием.

Кальций играет роль активатора в микробной клетке и обнаруживается в ней как в свободной форме, так и в связан­ной — с протеинами, углеводами и липидами. Ионы Са²⁺ могут связываться с АТФ наряду с Мg²⁺ и Мn²⁺.

Микроэлементы. Они имеют важное значение для размноже­ния и жизнедеятельности дрожжей, входя в состав ферментов, витаминов и других соединений, участвующих в их синтезе. Например, кобальт стимулирует размно­жение дрожжей, повышает содержание в клетках азотистых ве­ществ небелковой природы, прежде всего ДНК, РНК и свобод­ных аминокислот. Он стимулирует также синтез витаминов — рибофлавина и аскорбиновой кислоты.

Витамины и другие факторы роста. Для нормального развития и спиртового брожения дрожжи нуждаются в витаминах, кото­рые являются кофакторами многих ферментов. Сахаромицеты в большей или меньшей мере могут синтезировать все витамины, за исключением биотина, который должен обязательно содер­жаться в питательной среде.

Ненасыщенные жирные кислоты с 18 атомами углерода, особенно олеиновая, также являются важными ростовыми фак­торами. Стимулирующее влияние олеиновой кислоты наблюда­ется только при малой ее концентрации, не превышающей 0,5 мг/мл. При увеличении концентрации рост дрожжей на­много замедляется.

График роста культуры:

Спиртовое брожение.

Реакция спиртового брожения подобна гликолизу. Расхождение начинается только после образования пирувата. Поэтому рассматривается гликолиз до образования пирувата.

Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование молекулы глюкозы, происходящее при участии тканеспецифичного фермента гексокиназы с затратой энергии 1 молекулы АТФ; образуется активная форма глюкозы — глюкозо-6-фосфат (Г-6-Ф):

(1)

Для протекания реакции необходимо наличие в среде ионов Mg²⁺, с которым комплексно связывается молекула АТФ. Эта реакция необратима и является первой ключевой реакцией гликолиза.

Фосфорилирование глюкозы преследует две цели: во-первых, из-за того что плазматическая мембрана, проницаемая для нейтральной молекулы глюкозы, не пропускает отрицательно заряженные молекулы Г-6-Ф, фосфорилированная глюкоза оказывается запертой внутри клетки. Во-вторых, при фосфорилировании глюкоза переводится в активную форму, способную участвовать в биохимических реакциях и включаться в метаболические циклы. Фосфорилирование глюкозы — это единственная реакция в организме, в которой глюкоза участвует как таковая.

В следующей реакции (2) ферментом фосфоглюкоизомеразой Г-6-Ф превращается во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф):

(2)

Энергия для этой реакции не требуется, и реакция является полностью обратимой. На данном этапе в процесс гликолиза может также включаться путём фосфорилирования и фруктоза.

Далее почти сразу друг за другом следуют две реакции: необратимое фосфорилирование фруктозо-6-фосфата (3) и обратимое альдольное расщепление образовавшегося фруктозо-1,6-бифосфата (Ф-1,6-бФ) на две триозы (4).

Фосфорилирование Ф-6-Ф осуществляется фосфофруктокиназой с затратой энергии ещё одной молекулы АТФ; это вторая ключевая реакция гликолиза, её регуляция определяет интенсивность гликолиза в целом.

(3)

Альдольное расщепление Ф-1,6-бФ происходит под действием альдолазы фруктозо-1,6-бифосфата:

(4)

В результате четвёртой реакции образуются дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат, причём первый почти сразу под действием фосфотриозоизомеразы переходит во второй (5), который и участвует в дальнейших превращениях:

(5)

Каждая молекула глицеральдегидфосфата окисляется НАД+ в присутствии дегидрогеназы глицеральдегидфосфата до 1,3-дифосфоглицерата (6):

(6)

Далее с 1,3-дифосфоглицерата, содержащего макроэргическую связь в 1 положении, ферментом фосфоглицераткиназой на молекулу АДФ переносится остаток фосфорной кислоты (реакция 7) — образуется молекула АТФ:

(7)

Это первая реакция субстратного фосфорилирования. С этого момента процесс расщепления глюкозы перестаёт быть убыточным в энергетическом плане, так как энергетические затраты первого этапа оказываются компенсированными: синтезируются 2 молекулы АТФ (по одной на каждый 1,3-дифосфоглицерат) вместо двух потраченных в реакциях 1 и 3. Для протекания данной реакции требуется присутствие в цитозоле АДФ, то есть при избытке в клетке АТФ (и недостатке АДФ) её скорость снижается. Поскольку АТФ, не подвергающийся метаболизму, в клетке не депонируется а просто разрушается, то эта реакция является важным регулятором гликолиза.

Затем последовательно: фосфоглицеролмутаза образует 2-фосфоглицерат (8):

(8)

 

Енолаза образует фосфоенолпируват (9):

(9)

И наконец происходит вторая реакция субстратного фосфорилирования АДФ с образованием енольной формы пирувата и АТФ (10):

(10)

Реакция протекает под действием пируваткиназы. Это последняя ключевая реакция гликолиза. Изомеризация енольной формы пирувата в пируват происходит неферментативно.

В дрожжевых клетках пируват вначале подвергается декарбоксилированию, в результате чего образуется ацетальдегид. Данная реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой, который требует наличия ионов Mg²⁺ и кофермента (ТПФ):

 (11)

Образовавшийся ацетальдегид присоединяет к себе водород, отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой:

 

 (12)

 

Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО₂, а не молочная кислота, как при гликолизе.

 

 

СПОСОБЫ ОСАХАРИВАНИЯ.

Осахаривание разваренной массы, как правило, осуществляют непрерывным способом и лишь на некоторых заводах малой мощности — периодическим.

Независимо от способа процесс осахаривания складывается из следующих операций:

1) охлаждение разваренной массы до определенной температу­ры, которая после смешивания массы с солодовым молоком понизится до заданной для осахарива­ния;

2) смешивание разваренной массы с солодовым молоком;

3) осахаривание крахмала;

4) охлаждение сусла до температуры «складки» — начальной тем­пературы брожения сусла;

5) перекачивание сусла в бродильное и дрожжевое отделения завода.

Все эти операции, кроме перекачивания сусла, при периоди­ческом процессе выполняются в одном аппарате, называемом заторным баком; при непрерывном процессе — или в отдельных аппаратах, установленных последовательно, или в одном аппара­те (сочетается несколько операций).

 

НЕПРЕРЫВНОЕ ОСАХАРИВАНИЕ.

Способы непрерывного осахаривания с момента их возникно­вения претерпели значительные изменения, но все их варианты до сих пор применяют на спиртовых заводах.

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ОСАХАРИВАНИЕ

Устройство заторного аппарата мало чем отличается от уст­ройства осахаривателя первой ступени (рис. 4). Аппарат имеет чашеобразную форму, снабжен змеевиковой поверхнос­тью охлаждения и мешалкой. На крышке аппарата расположены привод мешалки, вытяжная труба, штуцер для подачи соло­дового молока и колпак, под который подведена выдувная труба разваренной массы. В нижней части имеются штуцер для выпус­ка сусла и канализационный штуцер. Разваренная масса, ударя­ясь о колпак, разбрызгивается и равномерно распределяется по поверхности. Это исключает местные перегревы и инактивацию амилазы.

 

 

Рис. 4. Заторный аппарат.

Осахаривание ведут в следующем порядке. В заторный аппа­рат набирают 5 % общего количества солодового молока и столь­ко холодной воды, чтобы покрылись лопасти мешалки. Затем при работающей мешалке быстро выдувают массу из разварников. Когда температура выдуваемой массы достигнет 75...80°С, пускают в змеевики воду, продолжая выдувание и охлаждение. По окончании выдувания массу охлаждают до 62...63°С, добав­ляют остальное количество солодового молока или грибной культуры, перемешивают 5 мин и в течение 15...20 мин осахаривают массу без перемешивания.

Сусло охлаждают до 30°С, пропуская через змеевики воду, при работающей мешалке. При этой температуре в сусло, кото­рое первым подается в бродильный бак, вводят все дрожжи (6...8 % по заливаемому объему бродильного бака) и сусло с дрожжами охлаждают до температуры складки. С такой темпера­турой сусло сливают в бродильный бак и в том случае, когда дрожжи не добавляют в заторный аппарат. Концентрация сусла, как и при непрерывном осахаривании, должна находиться в пре­делах 16...18 % по сахарометру.

После осахаривания идёт стадия брожения, перед которой заранее культивируют дрожжи одним из возможных способов.

 

ИЗ КРАХМАЛИСТОГО СЫРЬЯ

Производственными или зрелыми дрожжами в спиртовом производстве называют готовую культуру дрожжей, которую получают в результате сбраживания питательного сусла на 2/3 от первоначального содержания сухих веществ. Существуют периодический, полунепрерывный и непрерывный способы культивирования дрожжей. Рассмотрим подробно один из них.

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

Сущность способа периодического культивирования состоит в том, что все операции — подготовка сусла, ввод посевных дрожжей, их выращивание, вывод дрожжей, промывка стенок и их стерилизация, охлаждение и повторение наполнения — осуществляют последовательно в одном дрожжевом аппарате (дрожжанке). Это герметически закрытый цилиндроконический аппарат, снабженный двумя рядами змеевиков (для пара и для воды) с мешалкой. Вместимость дрожжевого аппарата обычно около 8 % вместимости бродильного аппарата, а количество равно числу этих аппаратов (при подкислении дрожжевого сусла серной кислотой). В случае приготовления молочнокислых дрожжей число дрожжевых аппаратов примерно в 1,5 раза больше.

 

Рис. 5. Дрожжанка.

 

ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

Сущность способа полунепрерывного культивирования, предложенного Е. П. Скалкиной, заключается в том, что все операции приготовления дрожжевого сусла проводят в отдельном аппарате — пастеризаторе, расположенном выше двух дрожжевых аппаратов. Устройство пастеризатора такое же, как и дрожжевого аппарата, только вместимость его на треть меньше.

 

НЕПРЕРЫВНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

Сущность метода непрерывного культивирования состоит в том, что он осуществляется проточно в одном или нескольких последовательно соединенных аппаратах — дрожжегенераторах. Осахаренное сусло поступает в первый (головной) аппарат, в который вносят и маточные дрожжи. Засеянная ими питательная среда перемещается по аппаратам и выводится в виде готовой культуры дрожжей из последнего (концевого) дрожжегенератора в бродильную батарею (головной ее аппарат).

Принципиальная технологическая схема установки для непрерывно-проточного культивирования дрожжей приведена на рисунке.

Сусло поступает в сборники 1, в них оно доосахаривается при температуре 55 °С в течение 45...60 мин и насосом 2 прокачивается через контактную головку 3 для нагревания до 75...78 °С, пастеризуется в течение 20...30 мин в выдерживателе 6, проходит сепаратор 5, в котором выделяющийся из сусла вторичный пар отсасывается эжектором 4 с помощью острого пара и возвращается в контактную головку 3. Далее сусло насосом 7 подается в теплообменник 8, где охлаждается до 22...24°С, а затем направляется в два головных дрожжегенератора 9. Одновременно из третьего дрожжегенератора 9 подается 19, 20 или 30 % маточной культуры дрожжей насосом 10. Непрерывное заполнение этих дрожжегенераторов в зависимости от объема маточной культуры продолжается соответственно 16, 12 и 8 ч.

Для поддержания постоянной концентрации дрожжевых клеток на уровне 80...90 млн/мл скорость притока сусла по времени должна возрастать.

 

Рис. 6. Технологическая схема установки для непрерывно-проточного культивирования дрожжей.

Во второй ступени — дрожжегенераторе 11 большего объема вместе с непрерывным притоком культуры из дрожжегенераторов 9 вводится также непрерывно сусло температурой 30 °С из общей производственной магистрали. Культивирование продолжается такое же время, как и в дрожжегенераторах 9, при этом скорость притока сусла регулируется с расчетом поддержания концентрации дрожжевых клеток на уровне 80...90 млн/мл.

По аналогичному принципу и за такое же время заполняется концевой дрожжегенератор 12, имеющий объем, равный объему головного аппарата бродильной батареи. Сразу же после заполнения концевого дрожжегенератора его содержимое насосом 13 перекачивается в указанный стерилизованный бродильный аппарат.

Благодаря расчленению процесса дрожжегенерации на три ступени, непрерывному последовательному наполнению суслом и периодическому освобождению дрожжегенераторов их можно стерилизовать через 8...16 ч, в результате чего обеспечиваются чистота и сохранность монокультуры дрожжей и не нарушается систематическая поставка посевных дрожжей для непрерывного брожения сусла в батарее бродильных аппаратов.

 

СБРАЖИВАНИЕ ЗЕРНО-КАРТОФЕЛЬНОГО СУСЛА

Все сусло кроме той части, что идет на приготовление дрожжей, направляют в бродильные аппараты, и содержащийся в нем сахар сбраживается дрожжами в спирт. При сбраживании зерно-картофельного сусла одновременно происходит доосахаривание декстринов. Бродящее сусло называют бражкой, или культуральной жидкостью.

На отечественных спиртовых заводах в настоящее время применяют в основном непрерывно-проточный, проточно-рециркуляционный и циклический, а на малых заводах еще периодический способы сбраживания сусла.

НЕПРЕРЫВНО-ПРОТОЧНЫЙ СПОСОБ

Сущность этого способа заключается в непрерывном притоке осахаренного сусла и вводе дрожжей в головной аппарат бродильной батареи, состоящей из нескольких последовательно соединенных между собой сосудов, в непрерывном сбраживании этого сусла и оттоке зрелой бражки из последнего, концевого, аппарата.

Концентрация дрожжей в батарее поддерживается на определенном уровне скоростью притока сусла, а отток идет по принципу сообщающихся сосудов.

С увеличением числа оборотов и порядкового номера аппарата в батарее возрастает продолжительность задержки старого сусла, а вместе с ним и развитие посторонних микроорганизмов, главным образом молочнокислых бактерий.

Если учесть, что полное освобождение первого бродильного аппарата от остатков старого сусла наступает через 6...7 оборотов (один оборот занимает 6...7 ч) и 6-й аппарат батареи полностью освобождается от указанного сусла только через 14 оборотов, то станет понятно влияние неравномерности перемещения сусла в батарее и его неоднородности на результаты брожения. Постепенно создается серьезный очаг инфекции, который неизбежно ведет сначала к сверхнормативному нарастанию кислотности, а затем к полному прекращению брожения. Это усугубляется еще ограниченным объемом засеваемых производственных дрожжей (8...15 %), характерным для способа периодического брожения. При движении бродящего сусла по переточным трубам из одного аппарата в другой происходит неравномерное распределение скоростей, следствием чего является задержка сусла у стенок труб и аппаратов, что также способствует развитию инфекции.

В этом отношении периодическое сбраживание сусла имеет то преимущество, что оно строго ограничено во времени и от начала до конца проводится в одном аппарате, который по завершении цикла стерилизуют паром. Проточное брожение — непрерывное, в каждом из аппаратов батареи осуществляется лишь часть общего процесса, продолжительность его теоретически не ограничена и не предусмотрена остановка для стерилизации. Однако из-за указанных выше особенностей и закономерностей проточного сбраживания необходимо проводить профилактическую стерилизацию аппаратов строго последовательно, по номерам аппаратов — от головного к концевому через определенные промежутки времени и независимо от состояния, степени и стадии брожения. При этом большое значение приобретает правильная трансформация параметров процесса брожения: продолжительность пребывания сусла в аппаратах, численность клеток дрожжей, скорость притока сусла, рН, температура.

Сущность профилактической стерилизации заключается в том, что через определенные промежутки времени (3 сут) непрерывный приток сусла в батарею переключается на второй головной бродильный аппарат 6 (рис. 7) и в него же насосом 12 перекачивается содержимое первого головного аппарата 5, который затем моют, стерилизуют паром, охлаждают, вновь засевают дрожжами из дрожжегенератора 4 и восстанавливают приток свежего сусла. Пока аппарат 5 наполняется, содержимое аппарата 6 перекачивается в аппарат 7. Аппарат 6 моют, стерилизуют, охлаждают и наполняют перетоком из аппарата 5. Далее содержимое аппарата 7 насосом перекачивается в аппарат 8, первый из них также моют, стерилизуют, охлаждают и подключают к перетоку. По такому же принципу осуществляют наполнение, освобождение и стерилизацию остальных аппаратов с их трубопроводами и арматурой. За стерилизуемым бродильным аппаратом сусло перекачивается насосом 12, а непрерывность его подачи во время стерилизации трубопровода обеспечивается таким же дублером, остальное время работающим параллельно.

В зависимости от всхожести солодового зерна, степени инфицирования солода, физиологического состояния перерабатываемого сырья и чистоты дрожжей время до очередной профилактической стерилизации батареи может увеличиваться до 5 и 10 суток или уменьшаться до 1,5 суток.

 

Рис. 7. Батарея непрерывно-проточного спиртового брожения с талом засеянных дрожжей 1, 2, 3, 4, 12:

1-маточник посевной культуры; 2-4 -дрожжегенераторы; 5,6 -головные бродильные аппараты; 7-11- аппараты дображивання (8, 9- не показаны); 12 -насосы; 13-спирт-ловушка

На инфицированность продуктов брожения сильно влияет правильность монтажа бродильной батареи. Нижняя точка концевого днища бродильного аппарата должна быть на 0,5 м выше всасывающей трубы насоса: с уменьшением этого расстояния насос не может перекачивать бродящее сусло, его приходится разбавлять водой, что приводит к инфицированию и перерасходу пара на перегонку. Продуктовые трубопроводы должны иметь уклон в сторону движения сусла и бражки, их надо систематически промывать и стерилизовать текучим паром. На переточных трубах следует устанавливать запорные диски для локализации стерилизуемых аппаратов на ходу.

Для обеспечения непрерывности брожения сусло должно поступать в батарею по двум параллельным линиям, и она питается через первый головной, а во время его стерилизации — через второй головной аппарат. Трубопроводы, осахариватели, насосы и теплообменники стерилизуют раздельно в каждой линии ежесуточно и последовательно. Стерилизация, неоднократно повторяющаяся через определенные периоды времени независимо от степени сброженности сусла, называется дробной профилактической стерилизацией.

При непрерывно-проточном способе сбраживания в головном бродильном аппарате устанавливается нормативная численность дрожжевых клеток 90... 120 млн/мл, что достигается увеличением объема засевных производственных дрожжей до объема головного аппарата и поддержанием в нем заданной концентрации таким регулированием притока свежего сусла, чтобы скорость разбавления была равной удельной скорости роста дрожжей.

 

ПРОТОЧНО-РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ

При рециркуляции отсепарированной биомассы дрожжей без ее антисептирования возможно инфицирование продуктов брожения. Поэтому был разработан способ рециркуляции сбраживаемой среды. В результате снижается унос дрожжей, происходящий при непрерывно-проточном брожении, обеспечивается повторное использование дрожжей, а, следовательно, уменьшается расход сахара на синтез их биомассы, что сопровождается повышением выхода спирта на 0,1 дал/т крахмала.

При дальнейшем совершенствовании непрерывно-проточного брожения может быть использован способ обработки сбраживаемого сусла в головной части батареи действием вакуума для удаления ингибиторов брожения — спирта и промежуточных продуктов. Снижением концентрации спирта до 2 %, дополнительным вводом ферментов достигается интенсификация доосахаривания и брожения, а в конечном результате сокращение процесса до одних суток.

 

ЦИКЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ

Циклический способ представляет собой разновидность полунепрерывных методов брожения, в которых взбраживание и главное брожение протекают непрерывно, а дображивание — периодически.

При правильной организации циклического брожения сокращается общая продолжительность процесса на 12... 15 %, увеличивается объем спирта с 1 м³ бродильных аппаратов до 2,3 дал/сут вместо 2,0 дал/сут при периодическом брожении, сахар выбраживается полнее, несколько улучшаются технологические показатели зрелой бражки, они лучше, чем при периодическом способе, но всегда хуже, чем при непрерывном способе брожения.

 

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ СПОСОБ

При периодическом способе брожения все операции от начала до конца проводят в одном аппарате. Приготовленное в осахаривателе сусло охлаждают до 30 °С, добавляют засевные дрожжи и выкачивают сусло насосом в каждый бродильный аппарат. При непрерывном способе осахаривания зрелые дрожжи сливают непосредственно в бродильный аппарат. В этом случае в стерилизованный и охлажденный бродильный аппарат сначала вводят 1...2 м³ сусла, затем 6...8 % засевных дрожжей от объема аппарата и дополняют его тем же суслом. Сусло с дрожжами оставляют на брожение в течение 72 ч.

 

 

Выделение продукта.

Бражка — сложная многокомпонентная система, состоящая из воды (82...90 мас. %), сухих веществ (4...10 мас. %) и этилового спирта с сопутствующими летучими примесями (5...9 мас. %, или 6... 11 об. %). В бражке всегда содержится некоторое количество диоксида углерода.

Сухие вещества бражки представлены как взвешенными частицами (дрожжи, дробина), так и растворенными в водно-спиртовой смеси органическими и неорганическими веществами (декстрины, несброженные сахара, белки, кислоты, минеральные вещества и др.). В зерно-картофельной бражке находится значительное количество взвешенных частиц, она более вязкая, чем мелассная, однако общее содержание сухих веществ в мелассной бражке обычно больше (8...10 %), чем в зерновой (5...7 %) и особенно в картофельной (3...4 %).

Все летучие примеси можно в основном разделить на четыре группы: спирты, альдегиды, кислоты и эфиры. Кроме того, выделяют группу азотистых веществ (аммиак, амины, аминокислоты), серосодержащих веществ (сероводород, сернистый ангидрид, сульфокислоты, меркаптаны) и др.

Спирт из бражки выделяют с помощью ректификации на сырцовых ректификационных установках. При этом вместе с ним отгоняется и значительная часть сопутствующих летучих примесей. Получаемый при этом продукт называется спиртом-сырцом (ГОСТ 131—85). Отходы производства этилового спирта – барда. Благодаря содержанию клетчатки, углеводов, белка и микроэлементов, она является вторичным сырьевым ресурсом и может служить сырьём для производства корма для животных и других полезных продуктов. Так же, барда может использоваться для получения биогаза.

Ректификованный спирт получают путем очистки спирта-сырца от примесей ректификацией. Различают четыре вида ректификованного спирта (ГОСТ 5962—85): люкс, экстра, высшей очистки, I сорта.

 

Список используемой литературы.

1.Яровенко В. Л. Технология спирта. - М.: Колос, 2002.

2.Блинов Н. П. Химическая микробиология. М., Высшая школа,1989.

3.Бекер М. Е, Лиепиньш Г. К., Райпулис Е. П. Биотехнология, М., ВО Агропромиздат, 1990.

4. Оноприйко А. В., Оноприйко В. А., Рябченко Н.А., Пищевой спирт: получение, очистка и использование. Учебное пособие. - Ставрополь, 2001. 

5. Берри Д. Биология дрожжей. Пер с англ. – М.: Мир, 1985.

 

Домашняя работа

«Получение этилового спирта из крахмалосодержащего сырья»

 

 

Преподаватель:                                                        М. А.Безматерных

Студент гр. Х-390702:                                                       А. М. Черакшев

 

Екатеринбург

2012

Содержание.

1.Структурная формула получаемого вещества……………………………….3

2.Применение…………………………………………………………………….3

3.Характеристика. Химические и физические свойства………………………4

4.Продуцент………………………………………………………………………5

5.Состав питательной среды…………………………………………………….6

6.Механизмы биохимических реакций……………………………………...…10

7.Описание протекания биосинтеза…………………………………………....14

8.Выделение продукта…………………………………………………………..25

9.Активаторы и ингибиторы реакции. Факторы, влияющие на процесс…….26

10.Возможности генной инженерии………………………………………...….29

11.Технологические усовершенствования……………………………………..30

12.Выход продукта и сравнение с выходами, при использовании других продуцентов и питательных сред……………………………………………….31

13.Список используемой литературы…………………………………………..32

 

Структурная формула получаемого вещества.

Применение.

А) Пищевая промышленность - Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.).  Может быть использован, как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Б) Топливо - В ряде стран - компонент автомобильного топлива: повышает октановое число, сокращает расход бензина, снижает содержание вредных в-в в выхлопных газах.

В) Химическая промышленность - Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др. Широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях). Является компонентом антифриза и стеклоомывателей.

Г) Медицина - В медицине этиловый спирт в первую очередь используется как растворитель, экстрагент и антисептик

Д) Парфюмерия и косметика - Является универсальным растворителем различных веществ и основным компонентом духов, одеколонов, аэрозолей и т. п. Входит в состав разнообразных средств, включая даже такие как зубные пасты, шампуни, средства для душа, и т. д.