Zacier i wyroby spirytusowe – czesc teoretyczna.pdf - E-booki - marcinek0085

Technologie Przemysłów Fermentacyjnych

Ę W. 6

Zacier i wyroby spirytusowe – czħĻę teoretyczna

Rok III

Kierunek

Mi ħ dzywydziałowe Studium Biotechnologii

Przemysł fermentacyjny dostarcza na rynek duŇe iloĻci wyrobów takich jak: wino, piwo i spirytus (z

którego otrzymuje siħ róŇne wódki). Przy wyrobie tych napojów wykorzystuje siħ funkcje Ňyciowe

komórek droŇdŇy, przekształcajĢcych cukry w etanol.

Surowce, z których otrzymuje siħ alkohol muszĢ zatem zawieraę odpowiednie cukrowce. Roztwory

sacharozy mogĢ byę bezpoĻrednio poddane fermentacji z udziałem droŇdŇy, natomiast wielocukry

(np. skrobia) nie ulegajĢ fermentacji i muszĢ byę uprzednio poddane hydrolizie do tzw. cukrów

fermentuj Ģ cych , głównie cukrów prostych i dwucukrów – metabolizowanych przez droŇdŇe. StħŇenia

alkoholu uzyskiwane w odfermentowanych Ļrodowiskach nie sĢ zbyt wysokie (przewa Ň nie do 18%

obj.).

Gorzelnictwo jest to gałĢŅ przemysłu fermentacyjnego obejmujĢca produkcjħ spirytusu surowego na

drodze fermentacji alkoholowej cukrów , a nastħpnie wydzielenie tego spirytusu z

odfermentowanego zacieru w procesie destylacji.

Do produkcji spirytusu wykorzystuje siħ wiele surowców roĻlinnych zawierajĢcych róŇne

wħglowodany. MoŇna je podzielię na dwie grupy:

1. surowce zawierajĢce wielocukry: ziemniaki, zboŇa, odpady krochmalnictwa, mĢki, kasze,

otrħby;

2. surowce zawierajĢce cukry bezpoĻrednio fermentujĢce (głównie sacharozħ, glukozħ,

fruktozħ): melas, buraki cukrowe, trzcinħ cukrowĢ, marchew, owoce ĻwieŇe i suszone, odpady

przemysłu owocowego.

Gorzelnie rolnicze — przerabiajĢ głównie surowce pochodzenia rolniczego (ziemniaki, zboŇa, buraki,

owoce, warzywa, nasiona chwastów, poĻlad, kasztany, Ňołħdzie itp.)

Gorzelnie przemysłowe — przerabiajĢ surowce (odpady) pochodzenia przemysłowego (melas, ługi

posulfitowe itp.)

PRODUKCJA SPIRYTUSU

W gorzelnictwie ziemniaczanym i zboŇowym produkcja spirytusu obejmuje nastħpujĢce etapy:

- parowanie surowca

- zacieranie

- fermentacjħ zacieru

- odpħd spirytusu.

PAROWANIE

Parowanie ma na celu rozluŅnienie substancji miħdzykomórkowych, rozerwanie błon komórkowych,

uwolnienie skrobi, kleikowanie jej i w maksymalnym stopniu przeprowadzenie jej w stan rozpuszczony.

Odbywa siħ to w aparatach zwanych parnikami pod ciĻnieniem około 390 kPa (4 atm).

Sposób parowania surowców:

• Ziemniaki — czas parowania 35–60 min. (ziemniaki zamarzniħte 2 godziny) przy nadciĻnieniu 3–

4 atm. Bardzo dobre rozpławienie skrobi uzyskuje siħ gdy iloĻę wody przekracza co najmniej 4–

krotnie zawartoĻę skrobi w ziemniakach.

• ZboŇa — parowanie prowadzi siħ ponad godzinħ (w tym 30–40 min przy nadciĻnieniu 4 atm).

• MĢka, zmiotki, wytrzepy — nadciĻnienie 0,5 atm. przez 45 min.

• Owoce — zaraz po uzyskaniu 2 atm. nadciĻnienia wypuszcza siħ zacier, który ma kolor brunatny

(proces karmelizacji).

ZACIERANIE

Do uparowanych surowców dodaje siħ słód j ħ czmienny w postaci rozdrobnionej lub tzw. mleczka

słodowego i poddaje zacieraniu obejmujĢcemu szereg procesów enzymatycznych . Do

najwaŇniejszych naleŇĢ procesy hydrolizy skrobi , potocznie okreĻlane jako scukrzanie skrobi .

Technologie Przemysłów Fermentacyjnych

Ę W. 6

Zacier i wyroby spirytusowe – czħĻę teoretyczna

Rok III

Kierunek

Mi ħ dzywydziałowe Studium Biotechnologii

Wpływ temperatury na działanie enzymów

W temperaturach zbliŇonych do 60 0 C amylaza oraz inne enzymy słodu majĢ wystarczajĢcĢ

aktywnoĻę (optimum dla sodu jħczmiennego mieĻci siħ w przedziale 52–55 O C), oraz zostaje

ograniczony rozwój niepoŇĢdanych drobnoustrojów.

Wpływ pH na działanie enzymów

Generalnie optymalne pH dla amylaz wynosi 4,0–5,4 ( b –amylazy = 4,6; a –amylazy = 5,8)

i zmienia siħ w zaleŇnoĻci od temperatury:

40 O C = 4,6 pH

50 O C = 4,8 pH

60 O C = 5,2 pH

Punktami granicznymi aktywnoĻci amylaz sĢ wartoĻci pH 2,3 i 9,7.

Masa rozgotowanych ziemniaków ma pH 4,9–5,6 co w przeliczeniu na stopnie Delbrücka

wynosi 0,2–0,5 O D, w przypadku ziemniaków nadpsutych 0,4–0,6 O D.

Stopie ı Delbrücka okreĻla iloĻę ml 1 M NaOH potrzebnĢ do zobojħtnienia 20 cm 3 zacieru.

Zacieranie trwa Ļrednio 0,5–2 godzin – kontrolħ scukrzania przeprowadza siħ metod Ģ jodow Ģ.

Słód stosowany w gorzelnictwie

W gorzelnictwie wykorzystuje siħ tzw. „słód długi” (okres słodowania od 10–18 dni), zielony

( mokry – nie suszony), doskonale nadajĢcy siħ do scukrzania skrobi obcej.

Na 100 kg skrobi zacieranej stosuje siħ od 13–15 kg słodu (w/g PN). Na 1 kg słodu wziħtego

do sporzĢdzenia mleczka słodowego dodaje siħ 2,5–3,0 dm 3 wody. W czasie fermentacji ze

100 kg słodu uzyskuje siħ dodatkowo 10–15 dm 3 100% spirytusu (oprócz spirytusu

powstałego z cukrów zawartych w surowcach niesłodowych) – dziħki dodaniu wraz ze słodem

okreĻlonej porcji cukrów.

W procesie scukrzania przeci ħ tnych zacierów gorzelniczych o g ħ sto Ļ ci ok. 18 0 Blg, ze skrobi

powstaje ok. 20% dekstryn i 80% cukrów redukujĢcych, głównie maltozy oraz nieco glukozy. Pod

wpływem enzymów słodu zachodzi równieŇ czħĻciowa hydroliza zwiĢzków białkowych oraz

fosforanowych surowca. Procesy te dostarczajĢ substancji potrzebnych do rozwoju droŇdŇy.

FERMENTACJA ZACIERU

Do scukrzonego zacieru (zacieru słodkiego) dodaje siħ zawiesinħ droŇdŇy po wczeĻniejszym

wychłodzeniu do temperatury fermentacji. W gorzelnictwie stosuje siħ specjalne rasy droŇdŇy

naleŇĢce do gatunku Saccharomyces cerevisiae .

S Ģ to dro Ň d Ň e górnej fermentacji , silnie rozmna Ň aj Ģ ce si ħ , szybko fermentuj Ģ ce (glukozħ,

fruktozħ, sacharozħ, maltozħ, niektóre rasy takŇe: mannozħ, galaktozħ, laktozħ i rafinozħ), dajĢce

stħŇenie alkoholu etylowego do 10–11%.

Zacier słodki po zadaniu droŇdŇami poddaje siħ fermentacji. W skrócie proces fermentacji obejmuje:

- glikoliz ħ prowadzĢcĢ do powstania z cukrów kwasu pirogronowego CH 3 COCOOH (1)

- nastħpnie jego nieoksydacyjnĢ dekarboksylacje do aldehydu octowego (2).

- redukcjħ tego ostatniego do etanolu (3) pod wpływem współdziałajĢcej z NAD

dehydrogenazy alkoholowej .

(1)

(2)

(3)

COOH

C O

CH 3 CH O

CH 3 CH 2 OH

CH 2

CH 3

NADH 2

CO 2

NAD

W czasie fermentacji wyróŇniamy 3 okresy:

a) zafermentowanie

b) fermentacjħ głównĢ (burzliwĢ)

c) dofermentowanie.

65 O C = 5,6 pH

Technologie Przemysłów Fermentacyjnych

Ę W. 6

Zacier i wyroby spirytusowe – czħĻę teoretyczna

Rok III

Kierunek

Mi ħ dzywydziałowe Studium Biotechnologii

W fazie zafermentowania nastħpuje intensywne rozmna Ň anie dro Ň d Ň y , które ulega osłabieniu

w miarħ zmniejszania si ħ zawarto Ļ ci tlenu i wzrostu stħŇenia alkoholu etylowego.

Okres fermentacji głównej charakteryzuje zahamowanie rozmna Ň ania dro Ň d Ň y i intensywna

fermentacja (zmniejszenie g ħ sto Ļ ci zacieru o 1 O Blg na godzin ħ).

Po zakoıczeniu fermentacji głównej poziom zacieru opada i rozpoczyna siħ najdłuŇszy okres —

dofermentowanie (għstoĻę zacieru spada do 3,5–5 O Blg). Ma on duŇe znaczenie dla wydajnoĻci

alkoholu, poniewaŇ dopiero teraz nastħpuje ostateczna hydroliza dekstryn pod wpływem enzymów

i odfermentowanie powstałych cukrów redukujĢcych.

Proces fermentacji trwa zwykle 2 (temp. 20–25 O C) lub 3 (temp. 25–28 O C) doby, w tym:

- zafermentowanie 10–15 godzin

- fermentacja główna 12–18 godzin

- dofermentowanie ok. 30 godzin.

PowyŇej zawartoĻci 5% alkoholu w fermentujĢcym zacierze nastħpuje zahamowanie rozmnaŇania

droŇdŇy. Fermentacja ustaje przy stħŇeniu alkoholu ok. 10%.

Wydajno Ļę teoretyczna etanolu

Ze:

100 kg skrobi powstaje

56,82 kg = 71,54 dm 3

100 kg maltozy, sacharozy -

53,83 kg = 67,77 dm 3

100 kg glukozy

51,14 kg = 64,39 dm 3

100 kg owoców

3,5 kg = 6,0 dm 3

Wydajno Ļę praktyczna

Z zacierów skrobiowych

66,67 dm 3 — bardzo dobra

Dro Ň d Ň e dzikie w gorzelnictwie sĢ bardzo szkodliwe ze wzglħdu na ograniczenie wydajnoĻci spirytusu

do kilku procent (zuŇywajĢ resztħ cukrów na przyrost własnej biomasy). ZnajdujĢ one zastosowanie

jako droŇdŇe paszowe (po wysuszeniu) — wykorzystujĢ ubogie podłoŇa.

Typowe droŇdŇe dzikie w gorzelnictwie:

• Mycoderma

• Willa

tworzĢ szary koŇuch

• Pichia

• Torula

• Monilia

Niekorzystnym zjawiskiem podczas fermentacji jest pienienie — na które wpływajĢ:

• rasa droŇdŇy

• zła jakoĻę ziemniaków (przemarzniħte, zgniłe)

• buraki

• għsty melas lub mieszanina melasu z ziemniakami (do zacieru w gorzelni rolniczej moŇna

stosowaę do 10% melasu)

Do gaszenia piany stosuje siħ oleje roĻlinne, oleje porafinacyjne, kwasy tłuszczowe, słód owsiany (4%

tłuszczu). Nie wolno natomiast stosowaę olejów mineralnych (nafty, oliwy itp.).

Produkty fermentacji alkoholowej:

— główne: alkohol etylowy, dwutlenek w ħ gla,

— uboczne:

estry,

aldehydy (aldehyd octowy),

przedgon

metanol,

Technologie Przemysłów Fermentacyjnych

Ę W. 6

Zacier i wyroby spirytusowe – czħĻę teoretyczna

Rok III

Kierunek

Mi ħ dzywydziałowe Studium Biotechnologii

wyŇsze alkohole (fuzle — alkohol amylowy, propylowy, izobutylowy)

ok. 0,4% w surówce,

pogon

kwasy organiczne (mlekowy, octowy, bursztynowy, malonowy, masłowy)

glicerol (gliceryna),

Głównym zadaniem odpħdu jest moŇliwie całkowite oddestylowanie alkoholu etylowego

z przefermentowanych zacierów oraz jego zagħszczenie do mocy co najmniej 90% obj.

Odpħd połĢczony jest z czħĻciowym tylko oczyszczeniem od lotnych zanieczyszczeı i dlatego

otrzymany produkt nosi nazwħ spirytusu surowego lub surówki .

Znaczenie gospodarcze gorzelnictwa — generalnie pomaga rolnictwu w racjonalnej gospodarce

plonami, w zagospodarowaniu odpadów przemysłu spoŇywczego, jak równieŇ odpowiada za zwrot

glebie mineralnych składników zawartych w surowcu.

Etanol ma szerokie zastosowanie w przemyĻle chemicznym, spoŇywczym, farmaceutycznym,

farb i lakierów, kosmetycznym, materiałów wybuchowych itp.

Technologie Przemysłów Fermentacyjnych

Ę W. 6

Zacier i wyroby spirytusowe – czħĻę teoretyczna

Rok III

Kierunek

Mi ħ dzywydziałowe Studium Biotechnologii

Przygotowanie zacieru

Ziemniaczany

ZboŇowy

Próby 0,5-1kg rozdrobnię

Parowanie - autoklaw 1,5

Schładzanie temp. 60 0 C

Zacieranie

Słodem

a - i b amylaza

Preparatami enzymatycznymi

a - amylazy i glukoamylazy

Schładzanie ¾ temperatura 25 0 C

Fermentacja 3 doby

Czysta kultura

droŇdŇy

Wywar

Destylacja (odpħd)

Surówka

gorzelnicza

Oznaczanie zawartoĻci EtOH

Rektyfikacja

Lutrynek

Ocena jakoĻciowa surówki gorzelniczej

Rektyfikat

Schemat technologiczny produkcji spirytusu

Przygotowanie zacieru

Zacier i wyroby spirytusowe – czesc teoretyczna.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: