ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ КОНЦЕНТРОВАНИХ

ФЕРМЕНТНИХ ПРЕПАРАТІВ У ЗАЛЕЖНОСТІ

ВІД ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВОДНО-ТЕПЛОВОЇ

ОБРОБКИ СИРОВИНИ

Найбільш розповсюдженими схемами водно-спиртової обробки крохмалевмі-сної сировини є Мічурінська та Чемерська схеми та їх модифікації.

Використання КФП селективної дії дозволяє спрямувати технологічний про­цес у бік енерго- та ресурсозбереження.

Нарис. 15.1. подана удосконалена Мічурінська схема водно-теплової обробки сировини.

Завдяки попередньому розрідженню крохмалю термостабільною -амілазою на стадії приготування замісу створюються умови повного використання вторин­ної пари для нагріву замісу до температури 80...90° С без можливої клейстеризації крохмалю. Попереднє розрідження замісу дозволяє зменшити температуру розва­рювання із 140... 150° С до 120...125° С та уповільнити реакцію карамелеутворення.

Переваги використання термостабільної а-амілази є і в значному зменшенні в'язкості замісу, що полегшує подальші технологічні операції. У зв'язку з тим, що під час варки при температурі 120... 125° С фермент повністю інактивується, в оцукрювач потрібно задавати відповідну дозу а-амілази з оптимумом дії при тем­пературі оцукрення.

На рис. 15.2. наведена удосконалена Чемерська схема водно-теплової обробки сировини.

На рис. 15.3. наведена схема механіко-ферментативної обробки (МФО) сирови­ни, яка розроблена в ВНДТ харчової біотехнології. Розробники пропонують приготу­вання замісу разом з додаванням ферментного препарату амілосубтиліну, після чого маса поступає в апарат гідродинамічної і ферментативної обробки (ГДФО) першого ступеня, де витримується при температурі, оптимальній для дії а-амілази -65...70° С протягом 120... 150 хв при постійному перемішуванні, У ГДФО другого ступеня заміс підігрівають вторинною та гострою парою до 80...95° С і витримують при Інтенсивному перемішуванні протягом ЗО...40 хв. З ГДФО другого ступеня маса подається в паро сепаратор. При переробці дефектної сировини або сировини, яка важко розварюється, застосовують більш жорсткий теп­ловий режим, при цьому масу нагрівають у гостропаровій голівці до температури 105... 120° С і витримують у стерилізаторі, після чого видувають у паросепаратор.





За даними розробників така схема зменшує витрати пари на розварювання на 40 %, та втрати зброджуваних речовин на 0,5%.

Слід відзначити, що під час механіко-ферментативної обробки відбувається поступова інактивація амілосубтиліну, особливо в ГДФО другого ступеня, що зме­ншує ефективність процесу в цілому.

Використання термостабільної а-амілази значно інтенсифікує мехапіко-фср-ментативну обробку.

На рис. 15.4. наведена удосконалена схема механіко-ферментативної обробки сировини з використанням термостабільної а-амілази.

Термостабільна а-амілаза зберігає активність протягом усього процесу, навіть після стерилізації сусла при 105°С. Втрата активності термостабільної а-амілази відбувається тільки на стадії бродіння.

Використання термостабільної а-амілази дозволяє спростити апаратурно-тех­нологічну схему, зменшити ємність апарату при збереженні потужності.

Приготування замісу і МеханІко-фермента- Механіко- Оцукрення

попереднє розріджен- тивна обробка ферментати- t-58...60° C

ня t=50... 60° С першого ступеню вна обробка

t=80...90° C другого

ступеню t=95...105°C Рис. 15.4 Удосконалена схема механіко-ферментативної обробки сировини з

використанням термостабільної а-амізали:

1 - змішувач; 2 - гостропарова головка; 3 - ГДФО першого ступеня; 4 - трубчас­тий витримувач; 5 - ГДФО другого ступеня; 6 - паросепаратор; 7 - оцукрювач


На підставі досліджень, проведених в НУХТ, УкрНДІспиртбіопрод та НВО "Інтермаш" за участю провідних фахівців галузі розроблена енерго- та ресурсо-заощаджуюча технологія спиртових бражок, яка є базовою для спиртових заводів України.

Основу даної технології складають операції, які забезпечують переробку си­ровини в умовах підвищених концентрацій зернових замісів з використанням фер­ментних комплексів підсиленої селективної дії з повторним використанням фільт­рату барди.

Для скорочення технологічних витрат та зменшення енерговитрат передбаче­но отримання помелу з високим ступенем дисперсності та однорідності.

На спиртових заводах для подрібнення зерна використовують в основному мо­лоткові дробарки, вальцьові станки, дезінтегратори. Дезінтегратори забезпечують найбільш тонкий помел, однак характеризуються підвищеною витратою електро­енергії та вимагають надійного захисту від металевих домішок.

Найбільше розповсюдження знайшли ситові молоткові дробарки. Діаметр отво­рів сит визначає ступінь помелу та потужність дробарок. Перспективними слід вва­жати безситові молоткові дробарки з пневматичною рециркуляцією грубих фракцій. Вальцьові станки використовують рідше через складності у відновленні риф-лів на вальцях.

Перавага вальцьових станків у тому, що вони краще подрібнюють крох­малисту частину зерна І гірше клітковину. Це полегшує подальшу фільтрацію барди.

Високодисперсний однорідний помел дозволяє знизити гідромодуль замісу, який визначає об'єм продуктового потоку, концентрацію напівпродуктів, в тому числі концентрацією спирту в зрілій бражці, та технологічні витрати по стадіях техноло­гічного процесу.

Зниження гідромодуля замісу дозволяє одночасно зменшити вихід барди, ско­ротити витрати на нагрів, охолодження, перекачування напівпродуктів та перегон­ку спирту з бражки.

Для зменшення в'язкості замісів з підвищеною концентрацією сухих речовин, особливо в інтервалі температур 70...80° С, використовують розріджуючі КФП.

Зменшення в'язкості напівпродуктів знижує експлуатаційні витрати, пов'яза­ні з перемішуванням, перекачуванням, інтенсифікує процеси нагріву, охолоджен­ня, запобігає утворенню осаду на поверхнях обладнання.

Зменшенню в'язкості замісів деяким чином сприяє і використання фільтрату барди на стадії приготування замісу.

Використання фільтрату барди, як показали досліди в лабораторних та вироб­ничих умовах, крім зменшення в'язкості заторів та сусла, дозволяє покращити і біологічну активність дріжджів, особливо в умовах дефіциту азотного живлення, викликаного використанням КФП, скоротити технологічні втрати; за рахунок част­кового повернення незброджених вуглеводів, зменшення потреб технологічної води, скоротити об'єм барди та витрати на її подальшу переробку.


Таким чином, високий ступінь і однорідність помелу, низький гідромодуль при отриманні замісів з частковим використанням фільтрату барди і використанням роз­ріджуючих ферментних препаратів складає основу ресурсо-та енергозберігаючої технології переробки зерна на спирт.

На рис. 15.5 приведена апаратурно-технологічна схема виробництва спирто­вої бражки з використанням КФП селективної дії та оцукренням сусла в бродиль­ному апараті, яка була впроваджена на Червонослобідському спиртзаводІ. Згідно з цією схемою заміс разом зі всією кількістю термостабільної а-амілази нагрівають при інтенсивному перемішуванні до температури клейстери з ації крохмалю даного виду сировини. Із змішувача частково розріджена маса перекачується спочатку в апарат термоферментативної обробки першого ступеня, де він нагрівається до 80...82° С за рахунок теплоти замісу, який відходить з апарата термоферментатив­ної обробки другого ступеня. Нагрів замісу до температури 90...95° С здійснюється в гостропаровій голівці, яка встановлена на комунікації замісу між апаратами тер­моферментативної обробки першого і другого ступеня. Розріджена маса, яка вихо­дить з апарата першого ступеня ділиться на два потоки. Перший - у кількості 10-20 % з температурою 85-87° С поступає на приготування виробничих дріжджів, а дру­гий подається в бродильний апарат, куди задається розрахункова кількість оцукрю­ючого ферменту. Після охолодження розрідженої маси у дріжджанці до температу­ри 58-60° С до неї задається оцукрюючий фермент 10-20 % від його загальної кіль­кості. Залишкова кількість оцукрюючого ферменту задається в бродильний апарат. Зброджування сусла ведуть при температурі 35-37° С, для чого використовують тсрмотолерантні раси дріжджів.

На рис. 15.6 наведена апаратурно-технологічна схема приготування спиртової бражки з додаванням КФП в зони їх найбільш ефективної дії. Подрібнена крохма-левмісна сировина змішується з водою при температурі клейстеризації крохмалю сировини - 65...80° С з одночасною її обробкою термостабільною а-амілазого, яка задається в кількості 70.,.80 % від розрахункового об'єму. Розріджування здійсню­ється в апараті ферментативної обробки при температурі 82...95° С в залежності від виду сировини та ступеню її подрібнення. До цієї температури заміс нагрівається в гостропаровій голівці.

Для більш ефективного перемішування маси та руйнування клітинної оболон­ки сировини під час розріджування застосовують ротаційно-пульсаційний апарат.

Остаточне розріджування крохмалю здійснюється в оцукрювачІ одночасно з оцукренням розрідженої маси, для чого в оцукрювач разом з розрахунковою кількі­стю глюкоамІлази задається 20...ЗО % більш дешевої нетермостабільної -амілази. Температура в оцукрювачІ підтримується в межах 58...60° С.

У таблиці 15.1 наведений термодинамічний аналіз різних схем водно-тепло­вої обробки сировини, проведений з застосуванням ексергетичного методу (див. стор. 448).

Ексергетичний коефіцієнт характеризує внутрішні витрати ексергії в сис­темі. Корисний ексергетичний коефіцієнт характеризує ступінь використання вторинної енергії, або зовнішні витрати енергії. - сумарні витрати ексергії.

3S4




Таблиця 15.1 Термодинамічний аналіз різних схем водно-теплової обробки

сировини

 

 

 

 

Схема водно-теплової обробки сировини Показники Витрата на 1 дал а. а.
Ле. * Л е, SD, Первинної ексергії, Вторинної ексергії, Пари, Роботи на перемішу­вання
кДж % кДж % кДж % кДж %
Класична з використан­ням солоду 71,8 18,6 70,0 10,0 0,17
Середньотем-пературне розварювання 70,0 14,4 84,1 75,2 59,4 8,0 75,1 0,23
Низькотемпера­турне розварювання 41,3 32,6 93,5 53,6 29,5 5,6 51,7 3,5

У таблиці 15.2 наведено аналіз енергетичних витрат при класичному та низь­котемпературному розварюванні для заводу потужністю 2000 дал спирту на добу

Таблиця 15.2 Порівняльний аналіз енергетичних витрат на водно-теплову обробку сировини для заводу потужністю 2000 дал спирту на добу

 

Показник Високотемпературне розварювання Низькотемпературне розварювання
Кількість маси на варку (кг/г)
Температура варки (°С)
Витрати тепла на варку (кДж/г)
Витрати пари на варку (кг/г) 1849,6 756,6
Добова витрата пари на варку (кг/добу) 44390,4 18158,4
Добова економія пари на варку (кг/добу) ____________________
Добова витрата газу на варку (м3/добу) при використанні газу 4185,6 1711,2
Добова економія газу на варку (м3/добу) ____________________ 2474,4
Добова витрата мазуту на варку при використанні мазуту (кг/добу)
Добова економія мазуту при вико­ристанні мазуту на варку (кг/добу) —

Ресурсе- й енергозберігаюча технологія водно-теплової обробки сировини і приготування сусла з використанням КФП потребує корегування подальшого тех­нологічного процесу приготування спиртової бражки.