Производство спирта и крахмального сырья

Рособразование

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Пензенская  государственная технологическая  академия

Кафедра «Пищевые производства» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа по «Основы биотехнологий  продуктов питания» 
 

Реферат на тему: Производство спирта и крахмального сырья» 
 
 
 
 

Выполнил: студент группы 09ТП2зи

Кузнецова А.А.

Проверил: Куканова О.Д.  

440066, пр-т Победы 136-58,

телефон 89273619613 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Пенза 2010

     Содержание 

1. Введение ……………………………………………………………3 
2. Производство спирта………………………………………………6
1. Прием зерна…………………………………………………….7
2. Подготовка зерна ………………………………………………8
3. Разваривание сырья ……………………………………………9
4. Охлаждение разваренной массы и её осахаривание..………11
5. Сбраживание ………………………………………………….13
6. Отгонка спирта из бражки и его ректификация…………….15
3. Заключение………………………………………………………..17
4. Список литературы ……………………………………………….18

 
 
 
 

 

1. Введение

 

      Этиловый  спирт находит широкое применение в народном хозяйстве в качестве растворителя, также применяется  в производстве дивинила, в пищевой  и медицинской промышленности, в  качестве горючего для ракетных двигателей, антифриза и т.д., является важным промежуточным продуктом органического  синтеза (в производстве сложных  эфиров, целлулоида, искусственного шелка, ацетальдегида, уксусной кислоты, хлороформа, хлораля, диэтилового эфира и  других продуктов). 

      Таким образом, этиловый спирт относится  к числу многотоннажных продуктов  основного органического синтеза, мировое производство этилового  спирта составляет свыше 2,5 млн. т/г (по объему производства занимает первое место в мире среди всех органических продуктов). 

     Суть  биохимической технологии приготовления  спирта состоит в следующем: вначале  крахмалосодержащее сырье измельчают и разваривают до полного разрушения структуры клеток и растворения  крахмала, содержащегося в них. Затем  растворенный крахмал «осахаривают», то есть подвергают гидролизу под  действием ферментов солода или  микробных ферментных препаратов. Потом  полученное «осахаренное» сусло  сбраживают спиртовыми расами дрожжей. При этом происходит расщепление  глюкозы под действием ферментов  дрожжей. Основными продуктами брожения являются этиловый спирт и углекислый газ. Зрелая бражка содержит также побочные  вторичные продукты брожения» альдегиды, кетоны, спирты сивушного масла, глицерин, карбоновые кислоты и др.  

     Для выведения и очистки спирта из бражки специалисты завода пользуются методами брагоректификации, обладая  при этом уникальной брагоректификационной установкой, оснащенной автоматизированной системой управления, что позволяет исключить влияние человеческого фактора и, тем самым, значительно повысить качество спирта. 

     Брагоректификационные процессы проходят в несколько стадий, во время которых спирт концентрируется  и освобождается от определенной части примесей. В результате получается ректификованный (очищенный) спирт  соответствующий ГОСТу Р 51652 – 2000.  Сегодня технология ректификации, разработанная  специально для завода ведущими учеными  России, позволяет  получать спирты, которые содержат примесей на порядок  меньше, чем предусмотрено ГОСТом. 

     Производство  этилового спирта имеет многовековую историю. Впервые упоминается о  постройке винокурни в Вятской  летописи 1174 г. Однако лишь в первой половине XIX в. определилась техника  и технология этого производства, когда были открыты К. С. Кирхгофом  ферментативное осахаривание крахмала, а Т. Шванном и Ф. Кютцингом  — возбудитель спиртового брожения. В производстве стали применять  пар, появились тарелочные аппараты для перегонки бражки и укрепления спирта. Во второй половине XIX в. Д. И. Менделеевым  получен безводный спирт, составлены спиртометрические таблицы и  определена плотность водно-спиртовых  растворов; Д. П. Коноваловым установлены  основные законы перегонки водно-спиртовых  растворов; Саваллем предложен периодически действующий кубовый ректификационный аппарат, а Э. Барбэ создан непрерывно действующий ректификационный аппарат  и введено понятие о коэффициенте ректификации. Сименс сконструировал контрольный снаряд для учета  спирта и Генце — аппарат для  разваривания. Многие десятилетия ликерно-водочное производство постепенно совершенствовалось, однако процессы получения спирта и  водки оставались периодическими с  выполнением всех операций вручную. . В 1906 г. спирт-сырец перед ректификацией стали обрабатывать древесным углем и перманганатом калия, а в 1924 г. впервые для очистки сортировок применили активный уголь. Развивающееся народное хозяйство в годы первых пятилеток потребовало значительного увеличения производства спирта и главным образом для получения синтетического каучука 

 

2. Производство  спирта

      До  недавнего времени производство этилового спирта основывалось на пищевом  сырье – сбраживание крахмала из некоторых зерновых культур и  картофеля с помощью ферментов, вырабатываемых дрожжевыми грибками. Этот способ сохранился и до сих  пор, но он связан с большими затратами  пищевого сырья и не может удовлетворить  промышленность. Другой метод, также  основанный на переработке растительного  сырья, заключается в переработке  древесины (гидролизный спирт). Древесина  содержит до 50% целлюлозы, и при ее гидролизе водой в присутствии  серной кислоты образуется глюкоза, которую подвергают затем спиртовому брожению:

      (C₆H₁₀O₅)_x + xH₂O à xC₆H₁₂O₆,

      C₆H₁₂O₆ à 2C₂H₅OH + 2CO₂.

      Синтетический этиловый спирт получают гидратацией  этилена.

      Гидратация  этилена осуществляется двумя методами: при помощи серной кислоты (сернокислая  гидратация) и непосредственным взаимодействием  этилена с водяным паром в  присутствии катализатора (парофазная каталитическая гидратация).

     Технология  спирта включает в себя следующие  процессы: подготовка сырья к развариванию, разваривание зерна водой для  разрушения клеточной структуры  и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур  плесневых грибов, сбраживания сахаров  дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию. 
 
 
 
 
 
 

     2.1 Прием зерна.

     Для приготовления солода используют высококачественные ячмень, рожь, овес и просо, которые  должны удовлетворять требованиям, приведенным в таблице №1. Цвет ячменя светло-желтый, допускается  потемневший; овса белый или желтый; проса желтый, красный, серый, белый; ржи желтый и зеленый разных оттенков; запах, свойственный зерну; не допускается  затхлый, плесенный и другие посторонние  запахи. 

     Таблица №1. Характеристика качества зерна

 

     Качество  зерна, идущего на разваривание, не регламентируется. Желательно, чтобы  зерно было здоровое, высокой крахмалистости, влажностью 14 - 17% в зависимости от культуры и с небольшой засоренностью. Предварительно здоровое зерно оценивают  органолептически. 
 

     2.2 Подготовка зерна.

     Все виды зерна, поступающего в производство, очищают от пыли, земли, камней, металлических  и других примесей. Зерно, предназначенное  для приготовления солода, освобождают  также от щуплых зерен, половинок  и семян сорных растений.

     Воздушно-ситовое  сепарирование. Примеси, отличающиеся от зерна данной культуры толщиной (шириной) и аэродинамическими свойствами (парусностью), отделяют на воздушно-ситовом сепараторе. При очистке ячменя, овса и проса производительность сепаратора снижается на 20...30%. В очищенном зерне содержание примесей не должно превышать 1%.

     Магнитное сепарирование. Мелкие металлические примеси, содержащиеся в зерне после очистки в воздушно-ситовых сепараторах, удаляют с помощью магнитных сепараторов.

     Отделение семян сорных растений. С помощью сит зерно можно разделить только по толщине и ширине. Примеси, отличающиеся от основной культуры длиной зерна, выделяют на машинах, называемых триерами. Рабочий орган триера - цилиндр или диск с ячейками, выбирающими из зерновой массы короткие частицы. В зависимости от назначения различают два вида триеров: куколеотборники - выделяющие из основной культуры половинки зерен и шаровидные примеси, например семена куколя; овсюгоотборники - выделяющие зерно основной культуры, например ячменя, ржи, из смеси его с длинными зернами овса и овсюга.

 

     2.3 Разваривание сырья.

     Разваривание  осуществляют для разрушения клеточных  стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его в растворимую  форму, в которой он быстрее и  легче осахаривается ферментами. Разваривание крахмалсодержащего сырья  проводят путем обработки его  паром с избыточным давлением 400 - 500 кПа.

     При разваривании происходит ряд сложных  физических, физико-химических и химических изменений. При тепловой обработке  в процессе разваривания идет интенсивное  набухание крахмала, его кластеризация  и переход в растворимую форму, обусловленные интенсивным поглощением  воды. При выходе разваренной массы  из варочного аппарата давление снижается  до атмосферного, что вызывает превращение  содержащейся в клетках воды в  пар, объем которого в несколько  раз превышает объем воды. Такое  резкое увеличение объема приводит к  разрыву клеточных стенок сырья  и превращению его в однородную массу. Процесс разваривания сопровождается увеличением содержания сахаров  и декстринов за счет частичного гидролиза  крахмала под действием собственных  ферментов сырья и естественной кислотности. Высокая температура  па стадии разваривания вызывает протекание процессов меланоидинобразования (взаимодействие сахаров с аминокислотами), термического разложения сахаров (карамелизапня) и  других, что приводит к снижению количества сбраживаемых сахаров.

     В настоящее время разваривание крахмалсодержащего сырья производят тремя способами: периодическим, полунепрерывным и  непрерывным. Наибольшее распространение  получило непрерывное разваривание по двум схемам. По первой схеме разваривание осуществляют при пониженной температуре (130 - 140°С), но длительное (50 - 60 мни). По второй схеме температура разваривания 165 - 172 °С и продолжительность варки 2 - 4 мин. При непрерывном разваривании сырье постоянным потоком движется через варочный аппарат.д.ля обеспечения равномерности потока сырье измельчают.

     Непрерывное разваривание измельченного сырья  включает операции: дозирование сырья  и воды, приготовление замеса и  разваривание в две стадии (нагрев замеса до температуры варки и  выдержка замеса при этой температуре). Процесс непрерывного разваривания осуществляется следующим образом. Измельченное зерно смешивают с  водой в количестве 2,0 - 3,5 л на 1 кг зерна. Воду добавляют с таким  расчетом, чтобы концентрация зернового  замеса составляла 16 - 17% сухого вещества. Зерновой замес нагревают вторичным  паром до 70 - 75°С и подают насосом  в контактную головку, где происходит мгновенный нагрев замеса (кашки) паром  до 100 110°С. Затем подогретый замес  подают в варочный аппарат, состоящий  из 2 - 4 ступеней (колонн).

 

     2.4 Охлаждение разваренной массы и её осахаривание.

     При осахаривании охлажденную разваренную  массу обрабатывают солодовым молоком  или ферментными препаратами  для расщепления крахмала и белков. При этом основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами Сахаров.

     При осахаривании разваренной массы  солодовым молоком: крахмал гидролизуется  на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и  на 25 - 30% до предельных декстринов, которые  расщепляются: до Сахаров на стадии брожения. При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78% мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы  всех сбраживаемых Сахаров. Сусло, полученное при осахаривании ферментными препаратами  микробного происхождения, содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы.

     Такое различие в продуктах гидролиза  крахмала при использовании разных осахаривающих материалов связано  с тем, что в солодовом молоке содержатся A - и (B-амилаза и декстриназа, а ферментные препараты микробного происхождения содержат A-амилазу  и глюкоамилазу. Все эти ферменты отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре  и кислотности среды. В зависимости  от происхождения A-амилазы могут  расщеплять крахмал только до декстринов (A-амилазы бактериального происхождения) или образуют и декстрины, и сахара (большинство A-амилаз грибного происхождения  и ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего материала.