Производство спирта

метки: Производство, Технология, Этанол, Химико, Технологический, Обработка, Этиловый, Способ

Библиографический список…………………………………………………….

90

Введение

Среди приоритетных направлений развития спиртовой отрасли на первое место в настоящее время выдвигаются разработки, посвященные созданию энерго- и ресурсосберегающих технологий получения этанола из зерна. Для получения и сбраживания осахаренного зернового сусла необходимо крахмал и другие компоненты сырья перевести в растворённое состояние. Выбор режимов и технологических параметров получения осахаренного сусла при разработке новой технологии этанола базируется на экономических и аппаратурно-технологических аспектах производства и во многом определяется свойствами перерабатываемого сырья [1].

В существующих технологиях спиртового производства все методы перевода крахмалсодержащего сырья в растворимое состояние основаны на смешивании измельченного зерна с водой и последующей многооперационной водно-тепловой обработкой замеса под избыточным давлением пара в агрегатах непрерывного разваривания или по технологии низкотемпературного режима с использованием гидродинамической и ферментативной обработки с применением термостабильной α-амилазы.

Важным технологическим показателем процесса приготовления зернового замеса является степень и однородность помола зерна, определяющая такие параметры, как гидромодуль, температура и продолжительность водно-тепловой обработки. Чем большей деструкции сырье было подвергнуто перед обработкой, тем более экономичными могут быть эти режимы. В результате тонкого измельчения сырья увеличивается реакционная поверхность контакта частичек зерна, все компоненты сырья становятся более доступными воздействию тепла, воды, ферментных препаратов [2].

Наиболее эффективным и перспективным является способ с использованием электрофизической обработки сырья. За последние годы в пищевой промышленности разработаны высокоинтенсивные технологии и аппаратура, основанные на применении электрических методов обработки зерна: электротермия, включая токи ВЧ и СВЧ, инфракрасный нагрев, электростатическое поле, ультразвук, импульсная техника. Ультразвуковая обработка сырья в производстве спирта позволит интенсифицировать процессы переработки крахмалсодержащего сырья, увеличить содержание сбраживаемых углеводов в сусле, увеличить выход спирта, сократить количества вносимых ферментных препаратов, снизить расход теплоэнергоресурсов и подавить развитие микроорганизмов – вредителей производства спирта [3].

В то же время для интенсификации технологии можно воздействовать на ферментную составляющую процесса, поэтому разработка способа интенсификации технологии спирта с использованием ультразвука в процессе водно-тепловой обработки пшеницы и воздействием на ферментный аппарат процесса является актуальной задачей.

Цель работы — разработка способа интенсификации производства спирта при воздействии ультразвука и неорганических добавок на ферменты растительного и микробного происхождения в процессе водно-тепловой обработки сырья и улучшения качества бражки за счет снижения летучих примесей спирта.

В связи с этим было исследовано влияние добавки ионов двухвалентного металла – кальция – кофактора амилаз и протеаз на активность ферментов зерна при тепловой обработке и ультразвуковой обработке сырья и на основе полученных результатов разработать способ интенсификации процесса водно-тепловой обработки пшеницы с использованием воздействия ультразвука на разваренную массу при добавлении солей кальция.

Серия работ является продолжением способа интенсификации технологии спирта, защищенного патентом [4].

1 Литературный обзор

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/proizvodstva-spirta/

1.1 Анализ способов водно-тепловой обработки замесов

Основная цель водно-тепловой обработки сырья при получении спирта – подготовка к осахариванию крахмала амилолитическими ферментами солода или микробными препаратами. Осахаривание наиболее полно и быстро происходит тогда, когда крахмал доступен для их действия (не защищён клеточными стенками), оклейстеризован и растворён, что возможно достичь следующими способами: развариванием – тепловой обработкой цельного зерна при повышенном давлении; сверхтонким механическим измельчением сырья на специализированных машинах; механическим измельчением сырья до определенных размеров частиц и последующим развариванием под давлением или без давления (комбинированный способ).

На спиртовых заводах широко распространен один из комбинированных способов — механико-ферментативная обработка сырья. Сущность его заключается в том, что измельченное сырьё (проход 80…90% через сито с отверстиями 1 мм) смешивается с водой и разжижающими ферментами, преимущественно α-амилазой, и нагревается до 60..100˚С для клейстеризации, растворения, частичного ферментативного гидролиза крахмала. Обработку проводят при постепенном или ступенчатом повышении температуры в течение нескольких часов [1].

Такая обработка сырья имеет значительные преимущества (экономическая выгодность, уменьшенные потери сбраживаемых веществ) по сравнению с развариванием целого зерна.

Все более существенное значение приобретает проведение процессов ферментативной обработки в более «мягких условиях» при оптимальной продолжительности и пониженной температуре, способствующих снижению интенсивности химических реакций между основными компонентами среды, приводящих к образованию побочных, в том числе трудновыводимых в процессе брагоректификации вредных веществ.

При механико-ферментативной обработке основное воздействие ферментных препаратов различного типа происходит в две стадии:

• на стадии ферментативной обработки, направленной на декстринизацию водно-зерновой суспензии (стадия разжижения) посредством мезофильных и термостабильных α-амилаз, которая осуществляется в последовательно установленных аппаратах различных типа и конструкций;
• на стадии осахаривания, с помощью ферментов осахаривающего действия при гидролизе декстринов и олигосахаридов, полученных на первой стадии до сбраживаемых сахаров [1].

При такой комбинированной обработке без разваривания под давлением сырьё хорошо подготавливается для дальнейшего осахаривания глюкоамилазой или солодом. Так как разваривание происходит при температуре ниже 100˚С, то это значительно снижает потери сбраживаемых веществ от перевара, существенно сокращает расход пара и повышает безопасность труда вследствие отсутствия аппаратов, работающих под давлением.

В соответствии с принятым на отечественных спиртовых заводах типовым Регламентом процесс получения осахаренного сусла по механико-ферментативному способу включает следующие стадии:

• смешивание измельченного зерна с водой при гидромодуле 1:3-1:4 и внесение ферментного препарата разжижающего действия;
• предварительная выдержка замеса при температуре 45…50˚С в течение 20-30 мин;
• поднятие температуры до 65…70˚С и выдержка в течение 1,5-2 ч;
• увеличение температуры до 90…95˚С, пауза при указанной температуре в течение 1,5..2ч (дополнительная стерилизация массы при 102…105˚С предусматривается только для дефектного сырья).

Затем полученную разваренную массу охлаждают до температуры 56…60˚С, вносят препараты осахаривающего действия и проводят осахаривание в течение 30 минут.

При «мягком» режиме разваривания, который осуществляется при температуре ниже 100 °С, процесс теплового растворения, безусловно, не является значимым, и должен быть восполнен любыми другими альтернативными способами деструкции веществ зерна, при этом очень важна степень механического и гидромеханического измельчения сырья, активность смешивания водно-зерновых масс, длительность гидротепловой и ферментативной обработки замеса, достаточность ассортимента ферментных препаратов и условия их оптимального функционирования.

Обработка сырья без использования жестких условий его подготовки (повышенное давление, температура 120 — 140˚С) предъявляют высокие требования к качеству помола: он должен быть мелким и равномерным.

Существует еще один способ водно-тепловой обработки сырья, имеющий принципиальные отличия от других способов как по аппаратурному оформлению, так и по виду и глубине физико-химических изменений, протекающих в обрабатываемом сырье – это экструзионно-гидролитический способ.

Экструзионная обработка крахмалсодержащего сырья – универсальный, экологически безопасный и ресурсосберегающий процесс, позволяющий получать легкоусвояемые стерилизованные продукты с улучшенными вкусовыми свойствами [5].

Однако этот процесс также нашел свое применение и в спиртовой промышленности. Этот способ переработки сырья, новый для спиртовой промышленности, а также техническое обеспечение, были предложены ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии. Они полностью исключают известные процессы разваривания крахмалсодержащего замеса при высоких температурах и охлаждение полученной массы до 60 ⁰ С и соответственно заменяют крупногабаритную емкостную аппаратуру на специальную одностадийную установку – экструдер-гидролизатор [7].

Качественно проведенная водно-тепловая обработка замеса может стать предпосылкой для сокращения сроков сбраживания сусла и в целом интенсификации всего производства.

Одним из способов интенсификации процессов осахаривания и сбраживания сусла является также повышение концентрации сухих веществ в сусле. Если повысить содержание сухих веществ в сусле на 1,5—2 %, то тем самым можно увеличить производительность бродильного отделения на 10—15 % без дополнительных капитальных затрат. Уменьшение гидромодуля замеса эффективно для спиртового производства, так как позволяет сократить расход электроэнергии, поскольку на нагрев 1 кг зерна необходимо лишь третья часть энергии, требуемой на нагрев 1 кг воды [1].

Однако известно, что замесы из помолов зерна с концентрацией сухих веществ выше 18% при нагревании имеют повышенную вязкость и их трудно перекачивать. Если вязкость замесов не превышает 3,0 Па·с, то замесы достаточно текучи и их транспортировка по коммуникациям не вызывает затруднений.

В спиртовом производстве вязкость замесов играет первостепенную роль в процессе водно-тепловой обработки замесов, поскольку подвижность замеса определяет возможность использования вторичного пара при подваривании замеса, величину расхода электроэнергии на перемешивание и транспортировку замеса. Также снижение вязкости дает множество других положительных эффектов, таких как улучшение условий для протекания ферментативных реакций гидролиза при водно-тепловой обработке замеса и его осахаривании, а также сокращение длительности брожения в результате положительного влияния менее вязкой среды на физиологию дрожжей.