Загальна характеристика бродильних виробництв
Етиловий спирт — один з найважливіших продуктів, які використовуються в харчовій хімічній, електротехнічній, парфумерній, і інших галюзях промисловості. Етиловий спирт використовується, як паливо для у двигунів в лабораторіях і як антифриз. В медицині він споживається як дезинфікуючий засіб. Етиловий спирт використовується як основа для виготовлення напоїв (горілки, настойки, лікери) і для підвищення міцності виноградних вин, а також міститься в коньяках, вині, пиві, наливках і інших напоях.
Етиловий спирт одержують із зернових культур, картоплі, буряків і меляси, а також з відходів сульфітно-целюлозного виробництва і продуктів гідролізу деревини. Синтетичний спирт одержують із природних газів та продуктів переробки нафти.
Етиловий спирт — прозора безкольорова рідина з пекучим смаком і характерним запахом. Температура кипіння його при нормальному тиску 78.35 °С, а густина — 789,27 кг/м . Змішується з водою в будь яких співвідношеннях і є добрим розчинником. Існує два шляхи одержання спирту — бродіння (розклад) цукрів під дією ферментів дріжджів (біохімічний метод) і приєднання до етилену води в присутності каталізаторів (хімічний або синтетичний метод).
Для виробництва спирту біохімічним методом використовують різноманітну сировину, яку можна розділити на три види:
1. Цукровмісні (цукрова патока або меляса, буряк, фрукти, ягоди, виноград та ін.);
2. Крохмалевмісні (картопля, жито, овес, ячмінь, кукурудза, пшениця та ін.);
3. Матеріали, що містять клітковину (деревина, тріски, сульфітні луги, солома, плівки злакових культур і інші відходи рослин).
Не дивлячись на різноманітну сировину, технологічний процес виробництва спирту можна представити трьома стадіями: підготовка сировини до бродіння; бродіння; вилучення з одержаної бражки спирту.
Найбільш простою є підготовча стадія при переробці на спирт цукровмісиих матеріалів. Наприклад, при переробці меляси її розбавляють водою до (21...22)% сухих речовин, підкислюють соляною чи сірчаною кислотою і додають поживні речовини, що містять азот і фосфор (6...7) кг на 1 т. сировини). Підготовлений
ніким чином субстрат зброджуючі, дріжджами і одержують гак звану зрілу бражку, що містить (8...9)° о спирту. Спирт вилучають із бражки відгоном на брагорскгифікаційних апаратах. Одержаний спирт-сирсць при 90°« об'ємних містить легкі домішки (ефіри,
альдсі іди, кислоти) і менше леткі -.....- сивушні масла. Повторною
відгонкою ратифікацією одержують спирт-ретифікат.
Більш складною с технологія спирту при використанні крохма-левмісної сировини, що зв'язано з попереднім перетворенням крохмалю в цукор (оцукрювання). Перетворення проходить гідро-лізом-присдпапиям води до крохмалю. Хімічна реакція гідролізу крохмалю може бути схематично представлена рівнянням:
Для оцукрювання крохмалевмісної сировини її очищують, миють, подрібнюють. Оскільки крохмаль, що міститься в рослинних клітинах важкодоступний для оцукрювання ферментів, сировину піддають ще розварюванню насиченою парою під тиском біля 0,5 МПа.
Джерелом ферментів с пророщене зерно — солод. Крохмаль при виробництві спирту гідролізується до мальтози і в результаті одержують солодкий затор. Наступні стадії— бродіння і очищення спирту такі ж самі і як при використанні цукровмісної сировини.
Другою стадією виробництва спирту є бродіння —- процес, який може проходити в органічному субстраті під дією мікроорганізмів. В результаті цього процесу в субстраті проходять зміни, які використовують для одержання тих чи інших продуктів. Ці зміни проходять в присутності біологічних каталізаторів — ферментів (мікроорганізмів, тло мають білкову структуру).
Під дією ферментів проходять глибокі перетворення складних органічних (переважно цукрів) з'єднань. Клітини мікроорганізмів виробляють різноманітні ферменти, які можуть бути розподілені на екзофермепти і ендоферменти. Екзоферменти виробляються мікроорганізмами у поживному середовищі і діють поза клітинами мікроорганізму на органічні речовини середовища (вуглеводи, білки і жири). Ендоферменти виробляються клітинами і залишаються в них. Зміна поживних речовин середовища проходить всередині клітин, куди вони надходять через кліткову цитоплазму. Продукти розпаду вилучаються в середовище. Вид продуктів розпаду пов'язаний з типом, видом та расами мікроорганізмів. Одні організми утворюють спирт (спиртове бродіння), інші - - кислоту (кислоїпо бродіння) і т.д. Дріжджі,
бактерії, гриби, плісняву поділяють за розмірами, способом, розмноження, реакцією з вільним киснем, але загальним для них є вміст ферментів, які каталізують названі реакції.
Відрізняють два типи бродіння - анаеробне і аеробне. При анаеробному бродінні використовують мікроорганізми, які можуть здійснювати обмін речовин і розмножуватись при відсутності в середовищі кисню. До анаеробного типу бродіння відносять спиртове, ацетонобутилове, молочнокисле т.і.
До аеробного типу відносять види бродіння, засновані на застосуванні і мікроорганізмів — аеробів в присутності атмосферного кисню.
До аеробного відносять оцтовокисле лимоннокисле бродіння. Процеси бродіння перебігають при порівнянне низькій температурі і в більшості у випадків при атмосферному тиску. Тому виробництва, що засновані на застосуванні бродіння, використовуються для одержання етилового спирту, пива, вина, квасу, хлібопекарських дріжджів, ацетону, гліцерину, бутилового спирту, оцтової і лимонної та інших органічних кислот. Для одержання цих продуктів використовують різноманітні види мікроорганізмів: дріжджі, бактерії, плісняви, гриби. Найбільше поширення в харчовій промисловості одержали дріжджі. На їх використанні засновані виробництва етилового спирту, виноробство, пивоваріння, виробництво хлібопекарських дріжджів, гліцерину. Бактерії застосовують при виробництві ацетону і бутану, оцту, молочної і масляної кислот. Плісняви використовуються при виробництві органічних кислот і антибіотиків.
Основним джерелом ферментів є солод, тобто пророщене зерно злакових культур, в якому міститься значна кількість амілолітич-них ферментів, що здійснюють розщеплення (оцукрювання) крохмалю, перетворюючи його в прості засвоюємі дріжджами цукри.