Главная | Обратная связь

Основні види сировини

Технологія галузі.

„Технологія спиртового і лікеро-горілчаного виробництв”

Для студентів спеціальності 7.091700

„Технологія бродильних виробництв і виноробство”

Денної, заочної та скороченої форм навчання

СХВАЛЕНО

на засіданні кафедри біотехнології

продуктів бродіння екстрактів і напоїв

Протокол № 16 від „ 06”. 06. 2006 р.

Київ НУХТ 2006

В.О. Маринченко, П.Л. Шиян Технологія галузі. „Технологія спиртового і лікеро-горілчаного виробництв” : Курс лекцій для студентів спеціальності 7.091700 „Технологія бродильних виробництв і виноробство” денної, заочної та скороченої форм навчання. – К.: НУХТ, 2005.- с.

 

 

Рецензент В.А. Домарецький, доктор технічних наук

 

П.Л. Шиян, доктор технічних наук

В.О. Маринченко, доктор технічних наук

 

 

П.Л. Шиян, 2006

В.О. Маринченко, 2006

НУХТ, 2006

ЗМІСТ

	ВСТУП
1.	Основні види сировини
2.	Приймання і зберігання сировини та допоміжних матеріалів
3.	Підготовка сировини до переробки
4.	Оцукрюючи матеріали
5.	Приготування сусла з крохмалевмісної сировини
6.	Оцукрювання розвареної маси
7.	Спиртові дріжджі
8.	Культивування дріжджів у виробництві спирту із крохмалевмісної сировини
9.	Зброджування мелясного сусла
10.	Виділення спирту з бражки та його очистка
11.	Використання побічних продуктів та відходів виробництва
12.	Виробництво сухих кормових дріжджів
13.	Технологія лікеро-горілчаних напоїв

 

 

ВСТУП

Технологія спирту - це наука про способи та процеси переробки різних видів сировини у етиловий спирт. У цьому підручнику викладена технологія виробницт­ва етилового спирту із крохмалевмісної сировини - зерна, картоплі і цукровмісної сировини - бурякової меляси.

При сучасній номенклатурі наук технологія спирту належить до біотехнології. Основні процеси одержання спирту - перетворення крохмалю в цукор і цукру в етиловий спирт під дією біологічних каталізаторів (ферментів). Оскільки фермен­ти для гідролізу крохмалю до цукрів синтезуються пліснявими грибами і бактерія­ми, а перетворення цукрів у спирт - дріжджами, технологія спирту нерозривно зв'язана з технічною мікробіологією.

Технологія спирту включає у себе такі процеси: підготовку сировини до роз­варювання, розварювання зерна і картоплі з водою для руйнування клітинної стру­ктури і розчинення крохмалю; охолодження розвареної маси і оцукрення крохмалю ферментами солоду або мікроорганізмів; зброджування цукрів дріжджами у спирт; виділення спирту із бражки і його ректифікацію, а також приготування солоду шля­хом пророщування зерна або культивування пліснявих грибів і бактерій для одер­жання амілолітичних і протеолітичних ферментних препаратів, виведення та роз­множення засівних дріжджів. При одержанні спирту із меляси переробляється цук­роза, яка міститься у ній, тому процеси розварювання та оцукрення виключаються.

У виробництві, крім основних продуктів, - спирту і діоксиду вуглецю - одер­жують побічні - головну фракцію етилового спирту (ГФ), сивушне масло. Діоксид вуглецю, який утворюється при спиртовому бродінні, вловлюють, очищують від домішок і перетворюють в рідкий або твердий продукт ("сухий лід"). Із мелясної бражки у двопродуктовій схемі, крім спирту і діоксиду вуглецю, одержують хлібо­пекарські дріжджі. Сивушне масло (суміш в основному ізоамілового, ізобутилового і н-пропілового спиртів) і ГФ, які виділяються у процесі ректифікації етилового спирту, випускають у вигляді технічних продуктів. ГФ у суміші з бензином цілком може бути використана як добавка до палива для автомобілів.

Барда - залишок після відгонки спирту із бражки. Зерно-картопляна барда мі­стить усі складові компоненти вихідної сировини, за винятком крохмалю, і дріж­джі. Невелика кількість азотистих речовин солоду і сировини витрачається на живлення дріжджів, якими синтезуються повноцінні білки, вітаміни і інші біологічно важ­ливі речовини. Тому нативна зерно-картопляна барда - чудовий корм для тварин. У цілях збереження складу при короткочасному літньому зберіганні на деяких заводах рідку барду використовують для вирощування кормових дріжджів, концентрують і су­шать.

Мелясна барда, на жаль, по сьогодні вважається відходом, що забруднює приро­ду, її скидають на поля фільтрації, під які використовують родючі землі, крім цього, забруднюється повітряний басейн. На деяких заводах на барді вирощують кормові дрі­жджі, але натомість одержують у такому ж об'ємі вторинну (післядріжджову) барду або виробляють кормовий концентрат вітаміну В₁₂ (культивуванням метанових бакте­рій). Хоч у мелясній барді міститься багато гліцерину, глутамінової кислоти, бетаїну, калійних солей та ін., але вилучають їх у дуже незначних кількостях.

Етиловий спирт знаходить широке застосування. Харчова промисловість - його головний споживач: спирт використовують при виготовленні лікеро-горілчаних та плодово-ягідних напоїв, для кріплення виноматеріалів і купажування виноградних вин, у виробництві оцту, харчових ароматизаторів і парфюмерно-косметичних ви­робів. У мікробіологічній і медичній промисловості спирт потрібний для осаджен­ня ферментних препаратів із культуральної рідини або екстракту із твердофазної культури, для одержання вітамінів та інших препаратів і ліків, також етиловий спирт використовується як дезинфікуючий засіб і як речовина, яка запобігає інфікуванню і псуванню лікувальних екстрактів (валеріани, пустирнику та ін.). Невелика кіль­кість спирту використовується у хімічній, машинобудівній, автомобільній та ін­ших галузях промисловості, а також у ветеринарії і фармакопеї.

Технологія спирту як наука пройшла довгий шлях розвитку, перш ніж досягла високого сучасного науково-технічного рівня, у створенні і вдосконаленні її брали участь видатні вчені й інженери багатьох країн, у тому числі російські й українські.

Одержання спирту як самостійного продукту належить до більш пізнього періоду, ніж приготування алкогольних напоїв за допомогою бродіння, що було відомо з глибокої давнини. Про будівництво винокурні у Київській Русі згадувалося у В'ятському літописі у 1174 р. В Італії вперше спирт стає товаром у XIII ст. Через два століття його почали виробляти й у інших країнах. Однак до другої половини XIX ст. способи одержання спирту були примітивними і наукової технології взагалі не існувало.

Відкриття у Росії в 1814 р. К.С.Кірхгофом оцукрення крохмалю солодом, тео­рія утворення проміжних сполук між субстратом і каталізатором А.І.Ходнєва дали початок науковим основам ферментативного каталізу крохмалю.

У розвиток учення про ферменти рослинного походження та їх роль у живій клітині внесли вклад А.І.Опарін і А.Л.Курсанов.

У виробництві спирту глибоко вивчені ферменти солоду і мікроорганізмів, з'я­совані механізми їх дії і роль при гідролізі крохмалю дослідженнями у ВНДІПрБ Д.М.Климовським, В.І.Родзевичем, С.А.Коноваловим, Б.О.Устинниковим, В.Л.Яровенко, А.В.Феніксовою. Під керівництвом А.В.Феніксової і С.П.Колоскова створені спосіб і апаратура поверхневого культивування мікроорганізмів, В.В.Вяткіним, В.Л.Яровенко, О.П.Левчиком - глибинного культивування плісня­вих грибів - продуцентів амілолітичних ферментів.

На результатах досліджень наших співвітчизників Л.А.Іванова, А.Н.Лебедєва, С.П. Костичева у значній мірі базуються сучасні уявлення про хімію спиртового бродіння. Теорія безперервного зброджування мелясного сусла була розроблена у 1909 - 1915 рр. С.В.Лебедєвим. Теорія і практика безперервного збродження сусла із крохмалевмісної сировини розвинена В.Л. Яровенком разом з С.В.Пиховою і С.П.Скалкіною (1949-1953 рр.). Ними запропоновані безперервно-протоковий і циклічний способи зброджування. Безперервне зброджування мелясного сусла здійснено в результаті досліджень Д.М.Климовського, Л.М.Ясинського, Ф.І.Гладких і Л.Малченко.

Фундаментальні роботи з теорії структури і фізико-хімічних властивостей водно-спиртових розчинів, виділення спирту із бражки і ректифікації спирту були виконані в Росії ще до 1917 р. вченими Д.І.Менделєєвим, А.Г. Дорошевським, І.П.Коноваловим, М.С.Вревським. Є.Сорель і Е.Барбе у Франції заклали основи теорії і методу очистки спирту від домішок.

Тарілчастий брагоперегонний апарат з'явився у 1813 р., у 1867 р. Сорель ви­найшов кубовий ректифікаційний апарат періодичної дії, а у 1881 р. Е.Барбе - безперервнодіючий ректифікаційний апарат.

У 1876 р. російськими інженерами Недошивиним і Новицьким був конструкти­вно покращений лічильник спирту фірми "Сіменс-Гальске" для об'ємного обліку кількості спирту, під маркою КС-35 він використовувався заводами до 1953 року.

Покращанню якості спирту у періодичному способі сприяв єдиний метод рек­тифікації на кубовому апараті, запропонований А.Л.Покровським і Г.І.Фертманом. Суттєві вдосконалення у теорію, методи і апаратурні схеми виділення із бражки і ректифікації спирту внесли О.О.Кіров, В.М.Стабніков, С.Є.Харін, П.С.Циганков, В.П.Грязнов, М.С.Терновський, В.О.Маринченко.

А.П.Рухлядевою розроблені нові методи визначення крохмалю у сировині і методи контролю виробництва спирту.

Значний внесок у розвиток теорії і практики спиртового виробництва внесли вчені КТІХП (НУХТ) і УкрНДІСП (УкрНДІспиртбіопроду).

У довоєнний період наукові дослідження у галузі спиртового виробництва проводилися науково-дослідним сектором КТІХП під керівництвом А.А.Фукса і були спрямовані на докорінну модернізацію підприємств і впровадження більш досконалої технології.

Цінним внеском у теорію і практику спиртового і дріжджового виробництва є дослідження закономірностей розмноження дріжджів, установлення оптимальних умов зброджування мелясного сусла, вибору раси дріжджів, які зіграли значну роль у ство­ренні сучасних ефективних способів безперервного зброджування цього середовища.

У післявоєнний період науково-дослідний сектор був реорганізований в Українсь­кий науково-дослідний інститут спиртової і лікеро-горілчаної промисловості. Роботи у галузі технології спирту у КТІХП продовжувалися в основному на кафедрі технології бродильних виробництв і на кафедрі процесів і апаратів харчових виробництв.

В.О.Маринченко і В.М.Швець розробили принципово нові способи підготов­ки цукро- і крохмалевмісної сировини до зброджування. Велику увагу було приді­лено дослідженням з підбору високопродуктивних штамів спиртових дріжджів, більш повному використанню рафінози меляси і целюлози крохмалевмісної сиро­вини у спиртовому виробництві (В.О.Маринченко, В.М.Швець), розробкам ресурсо- і енергозберігаючих технологій. Уперше в харчовій промисловості досліджені та широко впроваджені на спир­тових заводах процеси механохімічної деструкції та механоактивування сировини і ферментних препаратів (В.О.Маринченко).

Під керівництвом В.М.Стабнікова на основі розвиненої ним теорії масо- і теп­лообмінних процесів, які відбуваються у ректифікаційних колонах, досліджено нові типи контактних пристроїв, найбільш ефективні з них впроваджені у виробництво. і дослідження стали основою удосконалення брагоректифікаційних уста­новок з метою підвищення якості і виходу ректифікованого спирту, а також техніко-економічних показників їх роботи (П.С.Циганков, П.Л.Шиян, В.М.Таран). У УкрНДІСП під керівництвом А.Й.Скірстимонського і П.В.Рудницького разом з іншими співробітниками проводилися важливі дослідження з комплексної переробки меляси у спиртовій промисловості. Одержані вагомі результати, але спо­соби економічного і екологічно чистого використання первинної і вторинної мелясної барди не були знайдені. Немає вирішення цієї проблеми і за кордоном.

Основні види сировини

Сировина, яка використовується для одержання спирту, повинна щорічно відтворюватися у кількості, достатній для промислової переробки, містити високу концентрацію крохмалю чи цукру і добре зберігатися, що забезпечуватиме економічну доцільність виробництва. Цим умовам відповідають зерно рослин, які належать до м'ятликових (злаків), меляса і бульби картоплі.

Зернові культури

У спирт переробляють будь-яке зерно, і в тому числі й не придатне для харчо­вих і кормових цілей. Щорічний об'єм переробки коливається в залежності від ба­гатьох факторів і приблизно становить (%): пшениці - 50 (переважно дефектної), ячменю - 20, жита - 12, кукурудзи - 8, проса - 5, вівса - 2 та інших культур - 3. Для приготування солоду використовують кондиційне високоякісне зерно.

Кукурудза. Із зернових культур найкращою сировиною для виробництва спирту є кукурудза (Zea mays). У ній міститься відносно більше крохмалю, менше клітко­вини, більше жиру (що підвищує кормову цінність барди). Урожайність у 2-3 рази вища врожайності інших зернових культур. Кукурудзу вирощують в Україні, Молдові, на Північному Кавказі, в Закавказ­зі, Середній Азії, на Нижній Волзі, у Воронезькій і Курській областях. Розповсю­джені сорти кукурудзи Північно-Осетинська біла, Молдавська жовта, Одеська 10, а також гібриди ВІР - 42М, 156Т, 338, 63Т, Краснодарські - 1/49, 4Т, 5ТВ, 309, Дніп­ропетровський 56Т та інші.

На прямостоячому стеблі рослини заввишки від 0,6 до 2,6 м розвиваються 1 - 2 (інколи більше) качани, на поверхні яких розташовані уздовж початку від 300 до 1000 зернівок (зерен). Зернівки мають жовте або біле забарвлення, рідше - оранжеве та вишнево-червоне. Зернівка становить від 75 до 85% маси качану. Качан обго­рнутий декількома шарами листків.

У залежності від форми зерна та ступеню розвитку ендосперму, кукурудзу поділяють на 7 ботанічних груп: кремнисту, зубовидну, крохмалевмісну, восковидну, цукрову, лущату. Для виробництва спирту доцільніше використовувати крохмалисну і зубовидну кукурудзу, які легко розварюються.

Жито, пшениця, ячмінь та овес. Жито (Secale), пшениця (Triticum), ячмінь (Hordeum) і овес (Avena) широко культивують в Україні, Росії, овес - усюди - від і субтропіків до Заполяр'я.

У невеликих кількостях переробляють круп'яні культури - просо, гречку і рис.