РОЗДІЛ. СИРОВИНА ТА ДОПОМІЖНІ МАТЕРІАЛИ В ТЕХНОЛОГІЇ СПИРТУ

Тема: Характеристика крохмалевмісної сировини.

План

1. Загальна характеристикасировини спиртового виробництва.

2. Анатомічна будова, хімічний склад, речовини зерна.

3. Характеристика картоплі.

Література

1. Технологія спирту. В.О. Маринченко, В.А. Домарецький П.Л. Шиян та ін. /Під ред. проф. В.О. Маринченка/. – Вінниця: «Поділля-2000», 2003, с. 15 – 19, 29 - 32

2. Мальцев П.М. Технология бродильных производств.- М.: Пищевая промышленность, 1980, с. 152 - 158

1. Сировина, яка використовується для одержання спирту, повинна містити високу концентрацію крохмалю чи цукру і добре зберігатися, що забезпечуватиме економічну доцільність виробництва. Цим умовам відповідають зерно рослин, меляса, бульби картоплі.

Для виробництва етилового спирту використовують основну сировину крохмалевмісну – зерно і картопля та цукровмісну – бурякова меляса тощо. Як допоміжну сировину використовують сульфатну кислоту, формалін, хлорне вапно, карбамід та ін.

Зерно у спиртовому виробництві переробляють будь-яке. Щорічний об’єм переробки коливається в залежності від багатьох факторів і становить у (%): пшениці – 50 (переважно дефектної), ячменю - 20, жита – 12, кукурудзи – 8, проса – 5, вівса – 2 та інших зернових культур – 3. Для приготування солоду використовують кондиційне високоякісне зерно. Кращою зерновою культурою є кукурудза, у ній є відносно більше крохмалю, менше клітковини, більше жиру; її врожайність у 2-3 рази вища врожайності інших зернових культур. Крім кукурудзи, на спирт переробляють жито, пшеницю, ячмінь, овес, тритікале та просо. Інколи використовують сорго чумизу, рис тощо.

2. Зерно злакових культур має однакову будову і складається з трьох основних частин: зародку, ендосперму та оболонок. Оболонки зерна – плодова і насіннєва розташовані так: плодова ззовні зерна, а насіннєва – під нею, у ячменю – ці оболонки є зрощеними. Зерна жита, пшениці, кукурудзи вивільняються від квіткових плівок і їх називають голозерними, а вівса, проса, ячменю зберігають квіткові оболонки і їх називають плівковими.

Внутрішня частина зерна – ендосперм містить тонкостінні клітини, заповнені крохмальними зернами. До насіннєвої оболонки прилягає алейроновий шар, що містить велику кількість білку і складається з одного або декількох рядів клітин з потовщеними стінками.

У нижній частині зернівки міститься зародок, який відокремлений від ендосперму щитком.

Хімічний склад зерна залежить від сорту, культури, грунтово-кліматичних умов, засобів агротехніки, умов зберігання тощо. В середньому зерно складається з 14% води і 86% сухих речовин.

Вода. Вологість зерна має надзвичайно велике значення при постачанні зерна на виробництво, оскільки від її кількості залежить збереженість сировини до моменту використання. Розрізняють чотири стани товарного зерна:

а) сухе; б) середньої сухості; в) вологе; г) сире.

Сухі речовини містять 84% органічних і 2% мінеральних речовин, в т.ч. %: крохмаль – 52, цукри – 3, клітковина – 6, пектинові речовини – 9, азотні речовини – 11, жир – 3.

Крохмаль – основна складова частина зернових культур, що переробляється на спирт. Його вміст становить, %: у пшениці – 48…57, в житі – 46…53, в ячмені – 43…55, у вівсі – 34…40, в просі – 42…60, в кукурудзі – 61…70. У дефектному зерні вміст крохмалю нижчий.

Цукри. Їх вміст коливається від 0,6 до 7,0 % і складається в основному з цукрози та невеликих кількостей три- і тетрацукридів. У ячмені і житі присутня рафіноза; мальтози у зерні немає, вона утворюється при пророщуванні зерна.

Целюлози у зерні з плівками у (%): вівсі – 10, просі – 8, ячмені 4…5.

Пентозани – складова частина гумі-речовин (слизів). У зерні містяться геміцелюлози (напівклітковина), які склада.ться з гексозанів і пентозанів.

Загальна кількість пентозанів у зерні 7…15 %, так у вівсі їх 13…15%, ячмені 9…13%, житі близько 10%; багато гумі у житі, що викликає високу в’язкість розвареної маси і труднощі при її переробці.

Азотисті речовини у зерні містяться в основному з білків, вміст яких складає 7…25 %; амінокислот, пептидів там зовсім небагато.

У зерні присутні альбуміни – білки розчинні у воді, глобуліни – розчинні у слабких розчинах солей, проламіни – розчинні у 60…80%-них розчинах спиртів, глютеліни – білки, розчинні у слабких розчинах лугів. Невелика кількість водорозчинних білків обумовлює внесення азотного живлення при використанні цієї сировини для розмноження дріжджів.

Жири містяться у зерні у відносно невеликих кількостях: у кукурудзі 5…7%, вівсі 5…6%, просі 3,5…5%; вони зосереджені в основному у зародковій частині зерна. Крім власне жирів, зерно містить фосфатиди, стероли та ін.. речовини. Головним представником фосфатидів є лецитин – тригліцерид, що містить фосфорну кислоту і азотисту основу холину. У зерні присутні також вітаміни жиророзчинні та водорозчинні.

Мінеральні речовини (зола) і кислоти складають 1,5…3,0% від маси зерна. Вони знаходяться у оболонках, квіткових плівках та у зародку, більше золи у плівчастих культурах.

У склад золи входить в основному фосфат калію. Близько 85% фосфору від загального його вмісту у зерні знаходиться в органічних речовинах – нуклеопротеїдах, фосфатидах і фітині.

З кислот у злакових культурах містяться: фосфорна, щавлева, яблучна, молочна. Загальна кислотність зерна становить 1,5 …2,5 cм³ 1моль/дм³ розчину гідроксиду натрія на 100 г зерна, активна кислотність водної витяжки складає рН 5,5…6,5; у пошкодженого зерна кислотність підвищується.

3. Картопля – однорічна рослина, бульби картоплі ззовні покриті шкірою на якій містяться вічка, а під нею – декілька рядів мертвих клітин (пробки) і 2-3 ряди живих клітин.

Слід зауважити, що найкращим технологічним вимогам виробництва відповідає картопля, з якої отримують у 3-4 рази більше крохмалю, ніж із зернових культур. Картопляний крохмаль швидко розварюється, в картоплі містяться азотні і фосфорні речовини, у достатній кількості для живлення дріжджів під час спиртового бродіння.

Хімічний склад бульб картоплі залежить від сорту, грунтово-кліматичних умов, агротехніки, внесених добрив, часу та умов зберігання. Бульби містять в середньому 25% сухих речовин і 75% води.

Сухі речовини бульб картоплі складаються приблизно із 24% органічних і 1% мінеральних речовин.

До органічних речовин бульб належать, %: крохмаль- 18,5, цукри – 0,8, целюлоза (клітковина) – 1,0, пектинові речовини – 1,5, азотні речовини – 2,0 та жири – 0,2. Отже, кількість крохмалю в бульбах картоплі становить 70…80% від сухої маси і 95…98% від маси вуглеводів.

У виробництві спирту із крохмалевмісної сировини використовують оцукруючі матеріали: солод, ферментні препарати або їх суміш. Свіжепророслий солод готують з різних злакових культур для повного розщеплення сировини до простих цукрів, що зброджуються дріжджами. На зелений солод наносять дезінфікуючий розчин, витримують 20-25 хв., подрібнюють його, змішують з водою у співвідношенні 1 : 4-5 л води. Отриману суміш називають солодовим молоком, яку іще дезінфікують формаліном і використовують для розщеплення сировини. Концентрація солодового молока складає 5-6%.

Тема: Cвіжопророслий солод.

План

1. Теоретичні основи гідролізу у виробництві спирту.

2. Характеристика сировини для приготування солоду.

3. Основні технологічні стадії отримання оцукрюючого матеріалу.

4. Вимоги до якості свіжопророслого солоду.

Література

1. Технологія спирту. В.О. Маринченко, В.А. Домарецький П.Л. Шиян та ін. /Під ред. проф. В.О. Маринченка/. – Вінниця: «Поділля-2000», 2003, с.

2. Мальцев П.М. Технология бродильных производств.- М.: Пищевая промышленность, 1980, с. 191 – 214.

1. У виробництві спирту із крохмалевмісної сировини використовують оцукруючі матеріали: а) солод; б) ферментні препарати або їх суміш.

Вуглеводи (крохмаль, целюлоза) використовують як джерело вуглецю для утворення етанолу і біомаси дріжджів, але вони можуть бути використані мікроорганізмами тільки після гідролізу сировини до моно- і дицукрів.

Кислотний гідроліз вуглеводів у виробництві спирту для харчової промисловості не використовується, оскільки, при цьому утворюються шкідливі для організму людини речовини – «гідролізний спирт» а також він є дорогим методом. Тому, етиловий ректифікований спирт для харчових цілей отримують тільки шляхом використання ферментативного гідролізу складових сировини.

Гідроліз білків до амінокислот проводять з метою отримання азотистих речовин, які необхідні для харчування дріжджів. Гідроліз пектинових речовин необхідний для пониження в’язкості середовища для приготування замісу.

Отже, у спиртовому виробництві із крохмалевмісної сировини необхідні гідролітичні ферменти, які каталізують розщеплення крохмалю, целюлози, білків і пектинових речовин.

З давніх часів відома здатність солоду оцукрювати крохмаль, але для його виробництва необхідне зерно високої якості таких злакових культур: ячменю, проса, вівса у кількості 14% по масі крохмалю, частина крохмалю солоду не оцукрюється і складає втрати, виробництво солоду є трудомістким процесом та низька тривалість зберігання зеленого солоду.

Гідролітичні ферменти зосереджені у солоді зернових культур, тому на спиртзаводах для оцукрування сировини можуть використовувати свіжопророслий солод, у США, Німеччині та ін. країнах – сухий ячмінний солод.

2. Основні вимоги до солоду у спиртовому виробництві: здатність швидко і повністю оцукрювати крохмаль сировини та частково білкові речовини до амінокислот.

Для якісного проведення процесу розщеплення складових сировини необхідно внести такі ферменти: альфа-амілазу, бета- амілазу, декстрин азу та протеолітичні ферменти. Тому необхідне використання різних злакових культур.

Характеристика зерна на солод

Важливим показником якості зерна на солод є його схожість, яку виражають кількістю зерен, що проросли на п’яту добу; непроросле зерно погано оцукрюється і крохмаль такого зерна значною мірою переходить у дозрілу бражку. Низьку схожість має свіжозібране зерно.

Ячмінний солод має високу альфа- і бета-амілолітичну активність, проте низьку декстринолітичну.

Просяний солод має слабу бета-амілолітичну активність, середню альфа- і високу декстринолітичну активність.

Вівсяний солод має невисоку амілолітичну активність, але значну протеолітичну активність завдяки чому у ньому нагромаджується велика кількість амінокислот, тому його використовують для приготування сусла для дріжджів.

3. Основними технологічними стадіями отримання оцукрюючого матеріалу (солоду) є:

· замочування зерна;

· пророщування зерна;

· приготування солодового молока.

Замочування зерна. Мета процесу замочування – збільшити вологість зерна до 40 – 48%, відділити його від бруду, видалити легкі зернові і не зернові домішки і дезінфікувати зерно. Способів замочування є декілька, але переважно використовують повітряно- водяний, при якому зерно почергово знаходиться то під шаром води, то без нього.

У процесі замочування в зерні протікають фізико-хімічні та біохімічні процеси, в результаті чого у ньому відбуваються зміни. Квіткова (м’якинна) оболонка на початку замочування є непроникною, і вода проходить всередину зернівки по капілярах зародкової частини у якій її немає. Через деякий час речовини, що містяться в м’якинній оболонці вимиваються у воду і вона стає проникною. Найбільшу кількість вологи вбирає зародкова частина зерна (близько 47%), всередині зерна – 38%, в кінчику – 39 – 40%.

Замочують зерно ячменю і вівса до 40 – 42%, проса – до 38 – 40% при температурі 18 – 20 °С, жорсткість води повинна складати не більше 7 мг-екв/ дм³. До біохімічних процесів при замочуванні зерна відносять: підвищення активності ферментів, розчинення поживних речовин і переміщення їх до зародка, посилення дихання. Для забезпечення нормального дихання зерна під час замочування у замочувальний чан подають стиснене повітря.

Пророщування зерна. Мета солодопророщення – утворення гідролітичних ферментів і розчинення міжклітинних стінок ендосперму для забезпечення живлення зародка необхідними речовинами. При цьому протікають такі зміни: морфологічні, біохімічні, хімічні, фізичні.

Морфологічні зміни полягають у розвитку в зерні корінців і листочка а також руйнування стінок клітин ендосперму, в яких розміщені крохмальні зерна. Целюлозні стінки розщеплюються, вивільняючи крохмаль, який легко розтирається руками.

Біохімічні зміни. Ферменти зерна із неактивного стану під дією вологи переходять у активний стан і проходить утворення нових ферментів. При підвищенні вологості зростає активність амілолітичних ферментів, протеолітичних – збільшується майже в 4 рази, мальтози (альфа-глюкозидази) - у 2 рази, активуються оксидази, каталази, накопичуються ліпази, фосфатази.

Хімічні зміни. Під час пророщування відбуваються зміни хімічного складу. У процесі аеробного дихання під дією ферментів цукри окислюються з утворенням діоксиду вуглецю, води і тепла. Виділені продукти необхідно відводити шляхом подачі у шар проростаю чого зерна кондиційованого повітря.

Під дією амілолітичних ферментів проходить гідроліз крохмалю, цитолітичних ферментів – гідроліз геміцелюлоз, гідроліз білкових речовин протікає під дією протеолітичних ферментів.

Під час пророщування частково нагромаджуються кислоти: щавелева,

лимонна, молочна, збільшується вміст вітамінів, а кількість жирів зменшується.

Приготування солодового молока. Зелений солод попередньо дезінфікують від шкідливих мікроорганізмів і направляють на подрібнення. Подрібнений солод змішують з водою у співвідношенні 1: 4 – 5, отриману суміш називають солодовим молоком та іще раз дезінфікують.

4. Якість зеленого солоду оцінюють за органолептичними показниками (зовнішній вигляд, запах тощо) та технологічними показниками (вологість, амілолітичну та декстринолітичну здатність – відповідно АЗ і ДЗ, і оцукрюючу).

Вологість солоду, %: ячмінного 44 – 45, просяного 40 – 42, вівсяного 44 – 45, житнього 40 – 41.

Амілолітична здатність характеризує вміст у солоді амілолітичних ферментів і показує кількість крохмалю у грамах, яку здатний оцукрити 1 г солоду до мальтози і декстринів протягом 1 години за температури 30 °С.

Декстринолітична здатність характеризує вміст у солоді декстринази (оліго-1,6-глюкозидази) і показує кількість мальтози у міліграмах утвореної із насичених декстринів під дією 1 г солоду протягом 1 години за температури 30 °С.

Оцукрююча активність (ОА) характеризує здатність усіх амілолітичних ферментів каталізувати гідроліз крохмалю до редукуючих речовин. Активність оцукрюючих матеріалів характеризують числом одиниць оцукрюючих ферментів, що містяться в 1 г солоду, в 1 г ферментного препарату, або в 1 мл глибинної культури.

За одиницю оцукрюючої активності приймають таку кількість ферментів,

яка в строго визначених умовах (температура 30° С, рН 4,7-4,9, термін дії 60 хв) каталізує гідроліз 1 г крохмалю, який не перевищує 30 % введеного в ферментативну реакцію.

Ячмінний солод повинен мати запах свіжих огірків, а просяний – запах яблук.