Коротка характеристика хімічного складу тростинної та рафінадної меляс

На спиртзаводи інколи поступає тростинна меляса, яку одержують при пере­робці на вітчизняних цукрових заводах імпортного тростинного цукру-сирцю у бі­лий цукор. Тростинна меляса містить біля 80% сухих речовин, 62% зброджуваних цукрів, 52% цукрози, 8% Інвертного цукру та 2% рафінози. Як бачимо доброякіс­ність її висока-у середньому 75%. Це пояснюється тим, що тростинна меляса має знижений вміст азоту (до 0,5%), мінеральних речовин (3,8%). У ній містяться такі ж самі вітаміни, що і у буряковій мелясі. Реакція тростинної меляси слабокисла (рН 6,2).

При виробництві цукру-рафінаду з цукру-піску одержують як відход виробни­цтва рафінадну мелясу, яка може бути сировиною для виробництва спирту.

Склад рафінадної меляси (%); сухих речовин - 80%, цукру - 49%, загального азоту - 1,6%, золи - 4,2%.

НЕТРАДИЦІЙНІ ВИДИ СИРОВИНИ

Помилкою у технічній політиці розвитку спиртової промисловості к. СРСР була вузька профілізація більшості заводів з переробки у спирт тільки одного виду сировини - крохмалевмісної сировини чи бурякової меляси. В умовах нестабільно­сті сільського господарства і відповідно сировинного балансу галузі на початку 90-х років багато підприємств тривалий час не працювали через відсутність сирови­ни. Треба розширити асортимент сировини спиртової промисловості за рахунок нетрадиційних видів сировини - топінамбуру, цикорію і молочної сироватки.

ТОПІНАМБУР

Топінамбур або земляна груша - бульбоносна рослина з родини складноквіт-кових Composita і належить до роду Helianthus. Ботанічна назва Helianthus tuberosus L у перекладі на українську мову означає "бульбоносний соняшник".

У природних умовах більшість видів роду Helianthus є мешканцями відкритих місць і навіть болота. У залежності від сорту і умов вирощування у топінамбура буває від 10 до 20 бульб найрізноманітнішої форми І забарвлення. Зазвичай одер­жують бульби масою 10...20 г, іноді більше 20 г. В окремі роки при високому рівні агротехніки маса бульб досягає 50-80 і навіть 100 г.

Слабкий розвиток коркової тканини у бульб земляної груші є причиною легко­го інфікування їх різними хворобами при зберіганні.

При достатній кількості тепла і опадів топінамбур дає великий урожай клуб-нів і зеленої маси, ця культура невибаглива до грунту. Середній хімічний склад бульб земляної груші такий (%): вода - 80,8; протеїн - 2,2; жир - 0,2; клітковина -0,8; безазотисті екстрактивні речовини - 14,9; зола - 1,1.

Одним з найбільш цінних і переважаючих вуглеводів топінамбура е: інулін. У бульбах топінамбура міститься від 12 до 20 % інуліну разом з цукрами, серед них біля 6 % цукрози. Значно менше його у стеблах (2...4%), і він цілковито відсутній у листях топінамбуру.

У складі зольних елементів бульб особливо виділяється великий вміст солей заліза, який у 3 рази перевищує вміст заліза в інших коренеплодах.

З точки зору збирання урожаю та одержання високого виходу вуглеводів з од­ного гектара доцільно збирати бульби наприкінці жовтня,

У перезимувавших у полі бульбах у 3...10 разів збільшується вміст редукую­чих речовин внаслідок розпаду інуліну і його високомолекулярних гомологів з утво­ренням фруктози і глюкози. Збільшується вміст розчинного пектину.

Топінамбур - рослина, яка має великі можливості як харчова та кормова куль­тура, а також як сировина у ряді мікробіологічних виробництв, у тому числі в спир­товому.

У довоєнний час у к..СРСР було проведено дуже багато досліджень з розробки технології спирту із топінамбуру і цикорію, основною умовою якого був обов'язко­вий гідроліз інуліну до фруктози. Виходячи з цього, установлені оптимальні умови конверсії інуліну під дією ферментів сировини, та при розварюванні під надлишко­вим тиском. Деякий час до і після війни топінамбур і цикорій, як рідкісні види сировини, перероблялись у спирт.

Та у проблемній науково-дослідній лабораторіі НУХТ під керівництвом В.М.Швеця встановлено, що ферменти дріжджів здатні швидко гідролізувати при температурі 30° С інулін до зброджуваних цукрів - фруктози і частково глюкози. Мабуть, у цьому процесі вирішальну роль відіграє фермент b-фруктофуранозида-за.. У зв'язку з цим у порівнянні з виробництвом спирту is крохмалевмісної сирови­ни (зерна і картоплі) технологія спирту з топінамбуру має ряд переваг: виключа­ються витрати теплоти на розварювання сировини під надлишковим тиском, немає

потреби и оцукрюючих матеріалах, у солодових відділеннях або цехах ферментних препаратів, виключаються витрати кондиційного зерна на виробництво оцукрюю­чих матеріалів, скорочується тривалість зброджування живильного середовища. Також розроблені різні технології спирту із зеленої маси топінамбуру.

ЦИКОРІЙ

Цикорій - коренеплід з родини складноквіткових (Composita). У його бульбах, схожих за формою на цукровий буряк, міститься, як у топінамбурі, інулін. Урожай цикорію коливається від 60 до 450 ц/га.

За даними Євтєєва і Бсренштейна, вміст інуліну, в залежності від сорту і міс­цевості, змінюється у межах 8,06...10,89 %, фруктози після гідролізу - 8,96...12,1%, глюкози - 1,98...5,02 %, сума вуглеводів - 11,79...15,67 %. Паншин вказує на значно більшу кількість інуліну - від 15,4 до 24,7 %.

Свого часу припускалося, що цикорій може замінити картоплю як основна сировина для виробництва спирту. Але при переробці на спиртових заводах з'ясу­валося, що цикорій як у сільськогосподарському, так і у виробничому відношеннях переваг перед картоплею не має.

Дуже важко зберігати цикорій, тому що навіть при.температурі 2...3 °С відбу­ваються інтенсивний ріст і витрати резервних речовин.

Принципово важливим є те, що цикорій можна переробляти у спирт, як і топі­намбур, без попереднього гідролізу інуліну.

МОЛОЧНА СИРОВАТКА

У процесі переробки молока на білково-жирові концентрати одержують 90% і більше молочної сироватки від об'єму молока. Частину її використовують при від­годівлі худоби, силосуванні кормів, у хлібовипіканні, для виробництва кристаліч­ної лактози, білкових та інших біологічно-активних речовин. У той же час прибли­зно половина сироватки на молокозаводах залишається нереалізованою і скидасть-ся у каналізацію. На підприємствах молочної промисловості України щорічно оде­ржують біля 2 млн. т молочної сироватки, яка може бути додатковим джерелом сировини для виробництва спирту. Так, переробка у спирт 1 млн. т молочної сиро­ватки дає можливість зберегти біля 100 тис.т зерна.

Молочна сироватка містить (%): сухих речовин - до 6,5; лактози у середньому -4,5; білку- 0,5... 1,1; мінеральних речовин -0,3...0,8. Лактоза дріжджами Saccharomyces cerevisiac не зброджується.

Білкові речовини представлені головним чином альбумінами і глобулінами, вміст яких складає 90% І більше від загальної кількості білків.

Вільних амінокислот, звичайно, у сироватці небагато, і кількість їх залежить від виду сироватки.

Мінеральні речовини представлені іонами калію, натрію, кальцію, магнію та ін., а також аніонами фосфорної, соляної, сірчаної, лимонної і вуглевої кислот. З мікроелементів переважають цинк, залізо, мідь і кобальт.

У сироватку переходять вода та жиророзчинні вітаміни молока.

Сучасні способи зброджування нативної і концентрованої молочної сироватки можна розділити на дві групи. Перша група передбачає використання вільних чи імобілізованих лактозозброджуючих мікроорганізмів, частіше всього видів Kluyveromyces fragilis і К1. lactis; друга - попередній гідроліз лактози b-галактози-дазою і зброджування утворених глюкози і галактози дріжджами Saccharomyces cerevisiae.

Співробітниками відділу фізіології промислових мікроорганізмів Інституту мікробіології та вірусології НАНУ встановлено, що з 74 штамів родів Kluyveromyces, Debaryomyces і Cryptococcus найбільшу біосинтетичну здатність мають деякі шта­ми Kluyveromyces і Debaryomyces. Досліди, проведені в Національному універси­теті харчових технологій, показали, що дріжджі родів Debaryomyces і Cryptococcus мають низьку бродильну активність, бо не зброджували лактозу. Із роду Kluyveromyces штам К1. Lactis 42 К найбільш ефективно зброджував лактозу моло­чної сироватки.

Але переробка у спирт нативної молочної сироватки економічно недоцільна -мала міцність зрілої бражки (2...2,5 об. %), у зв'язку з цим великі витрати теплоти на виділення спирту із бражки.

Україна одержала патенти на винаходи, які передбачають використання моло­чної сироватки у виробництві спирту з меляси і крохмалемісткої сировини з оде­ржанням зрілої бражки міцністю 8...9об%.

Вода

На спиртових заводах вода витрачається на технічні потреби, для охоло­дження напівпродуктів та продуктів, живлення парових котлів. У технологіч­них процесах вода використовується для приготування замісу або картопляної кашки, мелясного сусла, для замочування зерна, приготування солодового мо­лока і миття технологічного обладнання. Вода, що використовується для техно­логічних цілей, входить до складу напівпродуктів спиртового виробництва, і хімічний склад її має суттєвий вплив на протікання технологічних процесів та якість продукції.

Для технологічних потреб використовують артезіанську воду, для технічних цілей - воду з відкритих джерел водопостачання (річок, ставків).

Вода для технологічних цілей повинна відповідати таким самим вимогам, що і до питної води.

Із солей у воді містяться бікарбонати і сульфати кальцію і магнію, що надають воді жорсткості, яка не повинна перевищувати 7 мг-екв/л, бути прозорою, без ко­льору і неприємних запахів. Не допускається присутність важких металів - ртуті, барію та ін. ОкислюванІсть не повина перевищувати 2 мл 0,01н розчину перманга­нату калію. Густий осад не повинен бути більше 1000 мг/л, Природну воду, яка не відповідає цим вимогам, піддають виправленню: фільтруванню крізь кварцевий пі­сок, інколи з коагуляцією колоїдних домішок, обеззараженню хлором, а при необ­хідності і пом'якшенню содово-вапняним або іонітним способом.

Дуже небажана для виробництва вода з великою жорсткістю. Для проведення усіх технологічних процесів потрібна слабокисла реакція середовища (рН 4,5... 5,5). Так, крохмалевмісна сировина розварюється тим швидше і повніше, чим ниж­че рН. При рН 4,5... 5,5 крохмаль швидше оцукрюється, рН 5...5,5 найбільш спри­ятливе для спиртового бродіння. Нейтральна та слаболужна реакція сприяють роз­витку кислотоутворюючих бактерій. У лужному середовищі при бродінні утворю­ється більше гліцерину.

Надлишок гідрокарбонатів кальцію та магнію шкідливий, бо зміщує рН розва­реної маси в бік підвищення, аж до нейтральної реакції. Окрім того, гідрокарбонат кальцію, вступаючи у реакцію обмінного розкладу з фосфатами сировини, пере­творює їх у нерозчинні сполуки, які не можуть засвоюватися дріжджами.

При занадто високій тимчасовій жорсткості води, яка використовується для замочування солодового зерна, затримується його проростання, а також знижуєть­ся амілолітична активність солоду. При великій карбонатній жорсткості води збіль­шуються витрати сірчаної кислоти для підкислення меляси.

У воді з кальцієвими і магнієвими солями сірчаної, соляної, азотної кислот під­вищується кислотнісь розвареної маси, і з цієї точки зору такі солі корисні. Вони сприяють також стабілізації амілази у процесі оцукрювання. У зв'язку з цим при розварюванні зернового замісу дуже жорстку воду підкислюють сірчаною кислотою або фільтратом барди, а воду, яка йде на замочування зерна і приготування солодово­го молока, підкислюють сірчаною кислотою вже при жорсткості 8 мг-екв/л.

Показниками бактеріальної чистоти води є колі-титр і колі-індекс. Колі-титр дорів­нює найменшій кількості води в мл, у якій виявляється одна шлункова паличка (Echerihia.coli), а колі-індекс - кількість шлункових паличок, які виявляються у 1 л води. Колі-титр повинен бути не меншим 300, а колі-індекс не більшим 3. Загальна кількість мікроорганізмів у 1 мл води не повинна перевищувати 70, а під час повені - 100.

Води відкритих водоймищ (річок І ставків) містять відносно невелику кіль­кість солей - 40..500 мг/л. Концентрація органічних домішок становить від 2 до 100 мг/л. У артезіанській воді більше мінеральних солей - 500...3000 мг/л, вміст органічних речовин не перевищує 4 мг/л, бездоганна з точки зору бактеріальної чистоти.

ДОПОМІЖНІ МАТЕРІАЛИ

У мелясі недостатньо фосфору, а часто і азоту для нормальної життєдіяльнос­ті дріжджів, тому у неї додають як джерело фосфорного живлення ортофосфорну кислоту, а як джерело азотного живлення - сульфат амонію, карбамід (сечовину). ДіамоніЙфосфат містить обидва елементи.

Для пригнічення сторонньої мікрофлори і створення умов природно-чистої культури при підготовці меляси до зброджування у неї вносять кислоти - соляну або сірчану - і антисептики некислотного походження - хлорне вапно, формалін, сульфонол та ін.

Ортофосфорна кислота

У спиртовому і дріжджовому виробництвах використовують технічну орто­фосфорну кислоту. Це малопрозора рідина, безкольорна або слабо-жовтого кольо­ру. Відносна густина 1,530. Вміст ортофосфорної кислоти у термічній кислоті біля 70 % (50,7 % у перерахунку на Р₂О₅) і не більше 0,0003 % миш'яку.

Карбамід

Карбамід CO (NH₂)₂ - амід карбамінової кислоти або повний амід вугільної ки­слоти. Виробляється у кристалічному І гранульованому вигляді з вмістом азоту не менше 46%. Карбамід одержують синтетичним шляхом з аміаку і діоксиду вуглецю. Відносна густина 1,335, добре розчиняється у воді: розчинність при 50⁰С -67,23 %.

Діамонійфосфат

Діамонійфосфат (NH₄)₂HPO₄ - технічний для харчової промисловості, пред­ставляє собою білу сіль, яка містить (%): азоту - 21; фосфорної кислоти - 74; Р₂О₅ - 53,5; миш'яку - не більше 0,005 і фтору - не більше 0,3. Розчинність при 50° С-89,2 г на 100 г води.

Біостимулятори

Біостимулятори у спиртовій промисловості застосовують для прискорення пророщування зерна і підвищення ферментативної активності солоду. Дуже силь­ним стимулятором є гібберслінова кислота, або гіббереллін А₃ - похідне гібберену.

Гіббереллін - білий чи злегка жовтуватий порошок - погано розчиняється у воді, добре - у спирті. При нагріванні гіббереллін швидко руйнується і втрачає біологічну активність.

Кислоти

Для підкислення дріжджового сусла у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини використовують сірчану кислоту, для підкислення мелясного сусла - сір­чану або соляну кислоту.

Сірчана кислота

Сірчана кислота акумуляторна або технічна контактна покращена містить 92...94% моногідрату (H₂SO₄). Неприпустима наявність азоту, миш'яку та свинцю. Колір - від безбарвного до світло-коричневого. Враховується і дозується за моногі­дратом (H₂SO₄).

Соляна кислота

Соляна кислота технічна синтетична і технічна містить не менше 35 і 27,5 % НС1 і не більше 0,0002 та 0,01 % миш'яку відповідно. Враховують і дозують соляну кислоту у перерахунку на киелоту зі 100 %-ним вмістом НС1.

зо