Фактори, що впливають на утворення і накопичення продуктів бродіння

На вихід і якість етилового спирту впливає багато факторів: інтенсивність аерування зброджувального сусла, концентрація в ньому цукрів, кислотність та рН сусла, температура бродіння, раса дріжджів, якість меляси, яку переробляють та ін.

Інтенсивність аерування сусла. Із підвищенням інтенсивності аерування збро­джувального середовища в дріджогенераторах вміст спирту зменшується, що зумо­влено збільшенням витрат цукрів на синтез біомаси дріжджів та утворення побіч­них та вторинних продуктів бродіння. Наприклад, якщо сусло зброджують по од-нопотоковій схемі і змінюють інтенсивність аерування середовища в дріжджогене-раторах від 1 до 10 м³/(м³тод), то збільшується вміст (г/л); альдегідів із 0,12 до 0,36, органічних кислот - із 0,04 до 0,25, вищих спиртів - із 0,4 до 0,97, ефірів - із 0,04 до 0,15; вміст гліцерину мало змінювався і складав 6,14 - 6,04 г/л. У випадку зброджування сусла по двопотоковому способу й інтенсивності аерування 3; 6 та 9 м³/(м³/год) у зрілій бражці містилося гліцерину відповідно 4,7; 6,3 і 7.0 г/л.

У залежності від інтенсивності аерування середовища в дріжджогенераторах вміст і етилового спирту, й інших продуктів бродіння в зрілій бражці (г/л) опису­ється такими рівняннями:

 

етилового спирту

де - інтенсивність аерування середовища, м³/(м³тод);

- тривалість бродіння, год.; альдегідів

органічних кислот

вищих спиртів

складних ефірів

Із підвищенням інтенсивності аерування середовища в дріжджогенераторах загальна кількість інших метаболітів у зрілій бражці збільшується, тому витрати повітря необхідно визначити з урахуванням ефективності повітророзподіляючої системи і необхідної кількості дріжджів у бражці. Необгрунтоване підвищення ін­тенсивності аерування середовища в дріжджогенераторах, крім збільшення енер­гетичних витрат, може привести і до зменшення виходу спирту та погіршення його якості.

Концентрація цукрів. Із підвищенням концентрації цукрів у мелясному суслі від 9 до 14% у зрілій бражці збільшувався вміст альдегідів із 0,15 до 0,4 г/л, ефірів із 0,06 до 0,13 г/л.

У зв'язку з тим, що при збільшенні концентрації цукрів у суслі підвищується і вміст амінокислот, то внаслідок їх біохімічних перетворень збільшується і кіль­кість утворених вищих спиртів, у випадку, який розглядається, із 0,42 од 0,62 г/л і їх відношення до початкового цукру залишалось незмінним.

Із підвищенням концентрації цукрів у вихідному суслі вміст органічних кислот у зрілій бражці зменшувався із 0,42 до 0,04 г/л. Ферменти, які каталізують утворення кислот, пригнічувались деякими речовинами невуглецевого походження.

Якщо зменшується концентрація сухих речовин у суслі для дріжджів, то мета­болітів утворюється менше.

Кислотність зброджувального сусла. Із зміною кислотності середовища від 0,3° (рН 5,7) до 1,6° (рН 4,2) у зрілій бражці концентрація етилового спирту зменшу­валась із 59,1 до 56,3 г/л, ефірів - із 0,15 до 0,08 г/л, альдегідів збільшувалось із 0,19 до 0,4 г/л, органічних кислот - із 0,06 до 0,34 г/л, вищих спиртів - із 0,47 до 0,84 г/л.

 

Концентрація у зрілій бражці продуктів бродіння (г/л) в залежності від кисло­тності середовища Н (град) виражається такими формулами: етилового спирту

органічних кислот

ефірів

вищих спиртів

Підвищення кислотності в бражці із 0,3 до 1,6° приводить до значного збіль­шення загальної кількості метаболітів - із 12 до 24 г/л.

Температура бродіння. Альдегіди утворюються головним чином у початко­вому періоді бродіння, потім їх вміст зменшується, і в зрілій бражці альдегідів тим менше, чим вища температура бродіння. Наприклад, при температурі 24° С альде­гідів було 0,27 г/л, при температурі 36° С - 0,18 г/л.

Із підвищенням температури бродіння збільшується швидкість етерифікації і швидше проходить ситнез біомаси дріжджових клітин за рахунок органічних кис­лот, вміст яких зменшується. Наприклад, при температурі 24° С у зрілій бражці їх було 0,4 г/л, при температурі 36 °С - 0,63 г/л. Вміст ефірів також збільшується: при температурі 24° С їх було 0,11 г/л, а при 36° С-0,18 г/л.

Вміст у зрілій бражці продуктів бродіння (г/л) в залежності від температури зброджування t описується такими рівняннями:

вміст етилового спирту

альдегідів

органічних кислот

Із підвищенням температури зброджування із 24° С до 36° С вміст інших ме­таболітів у зрілій бражці зменшувався із 18 до 14 г/л спирту.

Раса дріжджів. Мелясне сусло зброджують різними расами дріжджів, інколи одночасно двома. Більшість гібридів дріжджів утворює більше біомаси і на 10-12% більше гліцерину при неоднаковій кількості інших продуктів. Наприклад, при ви­користанні гібриду 112 (табл. 9.4) у зрілій бражці накопичувалось альдегідів, ви­щих спиртів і складних ефірів приблизно на 10-20% менше, ніж при використанні раси В. утворював альдегідів в 4,3, ефірів в 1,36 рази більше в порівнянні

з тією ж расою дріжджів, прийнятою за контрольну.

Таблиця 9.4 Вміст у зрілій бражці цукрів, біомаси та продуктів бродіння, % до контролю

Гібриди накопичують менше ненасичених сполук (на 10-15%) і значно менше летких азотистих сполук (на 70-75%). Ці домішки характерні для мелясного спир­ту, важко виділяються під час ректифікації, внаслідок чого значно погіршується якість спирту. Особливість усіх гібридів - накопичення в зрілій бражці більше (в 1,5 -3 рази) органічних кислот.

Дріжджові гібриди треба використовувати з урахуванням їх індивідуальних властивостей: здатність зброджувати рафінозу, ферментативної (мальтазної) акти-

вності та ін. Наприклад, якщо для зброджування використовують гібрид 71 і незва­жаючи на форсовану роботу епюраційної колони у спирті міститься підвищена кі­лькість альдегідів, то цей гібрид треба замінити іншим, наприклад, гібридом 112 або 105, які утворюють приблизно в 4 рази менше альдегідів. Основна кількість згаданих метаболітів накопичується головним чином при дріжджогенеруванні.