Технология спирта – это наука о методах и процессах переработки различных видов сырья в этиловый спирт.
По современной номенклатуре технология спирта относится к биотехнологии. Основные процессы получения спирта – превращение крахмала в сахар и сахара в этиловый спирт под действием биологических катализаторов (ферментов). Так как ферменты для гидролиза крахмала до сахаров вырабатываются плесневыми грибами и бактериями, а для превращения сахаров в спирт – дрожжами, технология спирта неразрывно связана с технической микробиологией.
Этиловый спирт – основной продукт – находит широкое применение. Пищевая промышленность – его главный потребитель: спирт используют при изготовлении ликерно-водочных изделий, плодово-ягодных вин, для крепления виноматериалов и купажирования виноградных вин, в производстве уксуса, пищевых ароматизаторов и парфюмерно-косметических изделий. В микробиологической и медицинской промышленности спирт необходим для осаждения ферментных препаратов из культуральной жидкости или экстракта из твердофазной культуры, для получения витаминов и других препаратов и лекарств, как дезинфицирующее средство и как вещество, предотвращающее инфицирование и порчу лечебных экстрактов. Небольшие количества спирта расходуются в химической, машиностроительной, автомобильной и других отраслях промышленности, а также в ветеринарии и фармакопеи.
Таким образом, спиртовая промышленность тесно связана, с одной стороны, со многими отраслями народного хозяйства, для которых спирт служит сырьем, основным и вспомогательным материалами, с другой – с сельским хозяйством. Получая от сельского хозяйства растительное сырьё и извлекая из него и из мелассы наименее ценную часть – углеводы, спиртовая промышленность возвращает ему белковые витаминизированные корма. Она является единственной отраслью промышленности, способной превращать дефектные зерна и картофель в доброкачественные продукты.
Спиртовая промышленность представляет собой одну из крупных технически развитых отраслей. Широко освоены непрерывные технологические процессы разваривания зерна картофеля, осахаривания разваренной массы и ее вакуумное охлаждение, проточное сбраживание сусла. Внедрено также непрерывное спиртовое брожение с рециркуляцией дрожжей и его совмещением с полной заменой солода ферментными препаратами.
Технология спирта прошла длинный путь развития, прежде чем достигла высокого современного научно-технического уровня, в создании и совершенствовании ее участвовали выдающиеся ученые и инженеры многих стран, в том числе и отечественные.
В производстве спирта глубоко изучены ферменты солода и микроорганизмов, выяснены механизмы их действия и роль при гидролизе крахмала исследованиями Д. Н. Климовского, В. И. Родзевича, С. А. Коновалова, Б. А. Устинникова, В. Л. Яровенко. Под руководством А. В. Фениксовой и С. П. Колоскова созданы способ и аппаратура поверхностного культивирования, В. В. Вяткиным, В. Л. Яровенко – глубинного культивирования плесневых грибов – продуцентов амилолитических ферментов.
Открытие в нашей стране в 1814 году К. С. Кирхгофом осахаривания крахмала солодом дало начало научным основам гидролиза крахмала, то есть ферментативного катализа. А. И. Ходнев позднее на этой основе развил теорию образования промежуточных соединений между субстратом и катализатором и особого физического состояния катализатора.
В настоящее время развитие спиртовой промышленности должно быть обусловлено рыночными условиями заготовки сырья и сбыта получаемого спирта. Эти условия ориентируют спиртовые заводы на приближение к местам производства зерна и картофеля, то есть к фермерским и кооперативным сельским хозяйствам. В первую очередь обеспечить спиртовые заводы сырьем, выращиваемым в регионе, необходимо решить вопросы использования барды в животноводческих хозяйствах и обработки стоков.
Основными задачами спиртовой промышленности являются: дальнейшее совершенствование технологии и техники непрерывных процессов и полное освоение их всеми крупными и средними заводами; замена 10 процентного солода культурами плесневых грибов; автоматизация технологических процессов и комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ; повышение выхода и значительное улучшение качества ректификованного спирта и хлебопекарных дрожжей; увеличение выработки кормов обогащённых белками, витаминами и другими биостимуляторами роста и продуктивности животных; повышение экономической эффективности работы всех спиртовых заводов.
Дальнейшая замена солода комплексными ферментными препаратами, все непрерывные процессы, в том числе непрерывное культивирование микроорганизмов (дрожжей, бактерий и грибов), мембранная ультрафильтрация, адсорбция и обратный осмос в обработке воды, спирта, разных полупродуктов и других продуктов, остаются обоснованными ориентирами в производстве качественного спирта из всех видов перерабатываемого сырья.
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Долгое время в качестве основного источника ферментов для гидролиза крахмала использовали зерновой солод. Первые глубокие исследования по составу солодовых ферментов и научному обоснованию применения смеси солодов из ячменя, проса и овса в качестве осахаривающих средств провели специалисты ВНИИ спиртовой промышленности В.И. Родзевич и С.П. Сташко под руководством профессора Д.Н. Климовского. Зерновой солод гидролизовал крахмал до сбраживаемых углеводов, служил источником азотистого питания дрожжей и частично деструктировал клеточные стенки и белковые вещества сырья.
Однако при применении солода из-за ограниченной возможности создания высокой концентрации ферментов скорость осахаривания оставалась низкой, что затрудняло интенсификацию брожения. В связи с этим важной задачей стала эффективная замена солода ферментами микробного происхождения.
В ряде стран Европы были предприняты попытки применения в спиртовом производстве некоторых видов мукоровых грибов (например, Mucor boulard) по способу амило. При этом развитие гриба проходило на жидкой среде из кукурузной муки при продувании воздухом в течение суток. Размноженную культуру гриба направляли в кукурузный затор, куда заливали и дрожжи. Развитие гриба и брожение заканчивались за 3 – 3,5 суток. (Преснякова О.П., 2002).
Технология полуфабрикатов спиртового производства представляет собой комплекс процессов получения солода и культивирования микроорганизмов – продуцентов ферментов.
Для осахаривания крахмала зерно-картофельного сырья применяется смесь ячменного, просяного и овсяного солодов, причём сумма просяного и овсяного солодов должна быть не менее 30%. Допускается применять смесь из двух солодов: ячменного и овсяного или просяного. Ячменный солод можно заменять ржаным (или пшеничным) полностью или частично, а просяной – солодом из чумизы. Запрещается использовать солод из одной культуры при производстве спирта из зерна той же культуры (Смирнов В.А., 1981).
Основное требование, предъявляемое к солоду, - способность как можно быстрее и полнее осахаривать крахмал, для чего он должен накопить три фермента: α-амилазу, β-амилазу и декстриназу. В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, содержатся неодинаковые количества каждого из ферментов. Исходя из этого, все злаки делят на 4 большие группы: ячменя, проса, овса и кукурузы.
Группа ячменя, объединяющая ячмень, рожь и пшеницу, дает солод с высокой α- и β-амилолитической и относительно низкой декстринолитической активностью.
Группа проса, включающая его разновидности – могар, чумизу, гаолян, пайдзе и другие, дает солод с очень слабой β-амилолитической, средней α-амилолитической и очень сильной декстринолитической активностью.
Группа овса, в которую входит только этот злак, занимает промежуточное положение между предыдущими группами.
Группа кукурузы, также состоящая только из одного злака, дает солод, совершенно не обладающий β-амилолитической активностью, имеющий слабую α-амилолитическую, но значительную декстринолитическую активность (Яровенко В.Л., 1999).
Основными видами зернового сырья, перерабатываемого на спирт, являются рожь (Secale cereale L.), ячмень (Hordeum sativum L.), овес (Avena sativa L.), пшеница (род Triticum), кукуруза (Zea mays L.) и просо (Panicum miliaceum L.). Иногда в небольших количествах на заводы поступают гречиха и рис. Зерно ценных хлебных (пшеницы) и крупяных (риса, гречихи, проса) культур поступает часто лишь дефектное, не пригодное для использования по прямому назначению (Устинников Б.А., 1981).
Так, в Республике Северная Осетия – Алания для приготовления солода расходуется около 2,5 – 2,8% кондиционного высококачественного зерна к количеству картофеля, или 7 – 9% к количеству зерна.
На наших спиртовых заводах издавна наряду с ячменным применяли овсяные и просяные солода, получившие за рубежом название «русские солода». В настоящее время готовят смесь, как правило, из трех солодов – ячменного, просяного и овсяного. При необходимости ячменный солод заменяют ржаным (Маринченко В.А., 1981).
Ячмень – самый старый и до сих пор основной вид солодовенного сырья, что объясняется его ценными технологическими свойствами: плотные цветочные пленки предохраняют зерно от слеживания во время соложения; относительно крупный размер зерна обеспечивает скважистость.
Согласно ГОСТу 7510-55, ячмень должен быть светло-желтого или желтого цвета с запахом, свойственным нормальному зерну; иметь влажность не выше 15,5%; содержать сорных примесей не более 2,0%. Всхожесть, то есть число зерен, проросших за весь период солодоращения, должна быть не менее 92%; энергия прорастания 85%, натура - не менее 565г/л.
Овес (7757-55) – белого или желтого цвета, с чистым зерновым запахом; натура – не менее 420г/л. Влажность должна быть не более 16,0%, зерновой примеси – не более 3,0%, всхожесть – не менее 92%, энергия прорастания на третьи сутки – не менее 85%.
