Основні напрями створення мало-та безвідходних технологій

Проблема створення безвідходних технологій у спиртовій промисловості по­в'язана з більш глибокою комплексною переробкою первинної сировини та раціо­нальним використанням побічних продуктів та вторинних сировинних ресурсів.

При виробництві спирту утворюються такі ВСР: барда (зернова, мелясна), ву­глекислий газ, відпрацьовані дріжджі-цукром іцети. До побічних продуктів вироб­ництва належать: фракція головна етилового спирту і сивушне масло.

Усі відходи та побічні продукти спиртової галузі можна віднести до вторин­них сировинних ресурсів.

За агрегатним станом більшість ВСР і побічних продуктів спиртового вироб­ництва є рідкими, до твердих належать відпрацьовані дріжджі-цукроміцети, до га­зоподібних - вуглекислий газ.

За ступенем впливу на довкілля до нешкідливих належать післяспиртова зер­нова барда, дріжджі-цукроміцети та вуглекислота бродіння; до шкідливих нале­жать післяспиртова та післядріжджова мелясна барда, фракція головна етилового спирту та сивушне масло.

За ступенем використання ВСР поділяються на ті, які повністю використову­ються і на ті, які використовуються частково. До перших належать зернова після-спиртова барда, дріжджі-цукроміцети, частково використовується фракція головна етилового спирту, сивушне масло, післяспиртова мелясна барда, діоксид вуглецю бродіння.

Вторинні сировинні ресурси характеризуються такими показниками. Післяспиртова зернова барда - це складна полідиспсрсна система, сухі речо­вини якої знаходяться у вигляді зависів і у розчиненому стані.

При відгонці спирту у барді залишаються: невикористана при бродінні части­на органічної речовини зерна, мінеральні речовини зерна, накопичена біомаса дрі­жджових грибів та продуктів їх життєдіяльності (гліцерин, органічні кислоти та інші) та частина подрібненого солоду.

Склад і поживність барди залежать від виду сировини, що переробляється на спирт. Свіжа барда має кислу реакцію (рН 4,2-4,4) і характеризується такими пока­зниками:

Сухі речовини, %............................................... 6,7-8,4

в тому числі:

сирий протеїн..................................................... 1,8-2,2

клітковина........................................................... 0,9-1,7

зола....................................................................... 0,6-0,7

безазотисті екстрактивні речовини.............. 3,4-3,8

У зв'язку з великим вмістом води барда належать до об'ємних водянистих малотранспортабельних кормів, що зумовлює специфіку ЇЇ використання.

Основна цінність барди полягає у наявності протеїну, вміст якого у сухій ре­човині зернової барди складає у середньому 26-28 %. Одна тонна барди містить 10-15 кг протеїну і 40-70 харчових одиниць.

Вуглекислий газ бродіння. На стадії зброджування оцукреної маси дріжджа­ми у герметично закритих бродильних апаратах виділяються гази, що містять до 98-99,8 % вуглекислого газу. Залишкову кількість газу складають: повітря -0,3-1,0 %, волога - 0,5-0,9 %, спирт - 0,4-0,8 %, леткі кислоти - 0,05-0,1 % ефіри -0,01-0,05 %, альдегіди - до 0,02 %.

Головна фракція етилового спирту. Головна фракція етилового спирту - це водно-спиртова рідина з легколеткими домішками: альдегідами, ефірами, кислота­ми, метанолом та ін. Міцність ЇЇ - не менше 92 % об.

Головну фракцію етилового спирту розганяють на спеціальних ректифікацій­них установках. Установка для централізованої переробки головної фракції вклю­чає колонку для її розгонки, епюраційну, спиртову та метанольну колони. Останню включають у тому випадку, якщо переробляють головну фракцію, що містить мета­нол. При переробці одержують такі продукти (в дал на 100 дал вихідної головної фракції): ректифікований спирт - 90-94; концентрат головної фракції - 4-7; втрати при розгонці -2-3.

Сивушне масло. Сивушне масло є побічним продуктом ректифікації. Це без-їна або жовтувата рідина з різким та гострим запахом, що містить 5-12 % об.

етанолу, 7-15 %об. н-пропанолу, 10-20% об. ізобутанолу, 50-60% об. ізоамілонута 5-10% води.

Відпрацьовані дріжджі-цукроміцєти. Мелясно-спиртові заводи шляхом ви­ділення дріжджів зі зрілої бражки виробляють хлібопекарські дріжджі.

Питомі капіталовкладення при організації виробництва дріжджів на спирто­вих заводах майже в два рази нижчі, ніж на спеціалізованих заводах;

собівартість дріжджів менша на 45 %, що зумовлюються значно меншою пи­томою витратою меляси, теплоенергетичними, трудовими й іншими витратами.

За фізико-хімічними показниками хлібопекарські дріжджі повинні задоволь­няти вимоги стандарту:

Вологість, %, не більше.................................. 75

Підйом тіста до 70 мм, хв, не більше......... 75

Кислотність 100 г дріжджів

(у перерахунку на оцтову кислоту)

в день виробництва, мг, не більше............ 120

Кислотність 100 г дріжджів після 12 діб

зберігання або транспортування при

температурі 0-4° С, мг, не більше............. 360

Післяспиртова мелясна барда. У післяспиртову мелясну барду переходить 50-55 % сухих речовин меляси, дріжджі й інші продукти їх життєдіяльності. Оскі­льки в ній міститься велика кількість мінеральних речовин, то на корм тваринам вона непридатна.

Мелясну барду використовують як основну сировину для виробництва кормо­вих дріжджів.

Використання пі еля спиртової мелясної барди на виробництво кормових дріж­джів не вирішує проблем її утилізації, тому що при цьому отримують післядріж-джову (вторинну) барду - ще більш обтяжливий відхід виробництва, оскільки вона має підвищену кислотність, велику зольність і високе БСК.

Післяспиртова мелясна барда характеризується наступними показниками:

Вода, %..................................................... 91-92

Сухі речовини, %......................................... 8-9

у тому числі:

неорганічні сполуки................................... 2-2,5

органічні сполуки...................................... 6,5-7,0

з них-засвоювані дріжджами.................. 2,7-3,5

Активна кислотність, рН........................ 5,2-5,7

Густина при 20° С, г/см³................. 1,025-1,035

В'язкість, Па • с........................................ 0,0001

Післядріжджова мелясна барда має концентрацію сухих речовин 5,0-6,5 %.

В останні роки роботи науковців та виробничників спрямовані на розробку та впровадження технологій, які значно зменшують питомі витрати сировини на оди­ницю цільового продукту.

Розглянемо найбільш суттєві з цих робіт, які визначені пріоритетними і за­тверджені Державним концерном "Укрспирт" для широкого впровадження на під­приємствах галузі.

Одним з прогресивних напрямів є повна заміна солоду на ферментні препара­ти, що виключає витрати крохмалю при пророщуванні солодового зерна.

В останній час значно розширився ринок ферментних препаратів. Ці фермен­тні препарати характеризуються селективною дією і є практично стерильними кон­центрованими сиропами, що робить їх зручними при використанні в технологічно­му процесі.

Наявність великої кількості ферментних препаратів потребує науково обгрун­тованого підходу до їх використання.

Використання концентрованих ферментних препаратів дозволило розробити якісно нові технології підготовки сировини до зброджування.

Нова ресурсе- та енергозберігаюча технологія термоферментативної обробки крохмалевмісної сировини базується на двостадійному гідролізі поліцукрів до ни­зькомолекулярних вуглеводів.

На першій стадії зерновий заміс розріджується термостабільною а-амілазою до декстринів та олігоцукрів, а остаточне оцукрення здійснюється на другій стадії за допомогою глюкоамілази.

При приготуванні зернового замісу частково використовують фільтрат барди. Це зменшує кількість пі еля спиртової барди, підвищує в ній концентрацію сухих речовин та компенсує нестачу азотного живлення на стадії приготування виробни­чих дріжджів.

Повернення фільтрату барди до виробництва може здійснюватися безпосеред­ньо у змішувач у кількості 15-20 %, без значного зниження рН, що не впливає на дію -амілази. При приготуванні вис о ко концентрованих замісів повернення фільт­рату барди доцільно здійснювати у два прийоми: 15-20 % подають у змішувач, а другі 15-20 % вносять в оцукрене сусло, де діє в основному кислотостійка глюкоа-мілаза.

Особливо слід підкреслити перспективність використання термостабільної сс-амілази, що дозволяє поєднати процеси розварювання та гідролізу із зменшен­ням температури варки з 145-165° С до 80-95° С, При цьому за рахунок уповільнен­ня температурної деструкції вуглеводів збільшується в середньому на 0,4 % вихід спирту.

Використання протеолітичних ферментів за даними ВИДІ харчової біотехно-логії (Москва) прискорює генерацію дріжджів, на 25 % підвищує їх бродильну ак­тивність, скорочує тривалість бродіння на 40 %, збільшує вихід спирту.

Целюлолітичні ферментні препарати дозволяють збільшити вихід спирту за рахунок целюлози, яка входить до складу зерна. У залежності від виду сировини вихід спирту збільшується на 3-5 %,

У ВИДІ харчової біотехнології розроблена нова апаратурно-технологічна схе­ма фракційної обробки зерна. За цим способом від зерна попередньо відбирається оболонка з наступною жорсткою тепловою обробкою та гідролізом оболонок целю-

лазою. Цей спосіб збільшує вихід спирту на 5-6 %, але потребує додаткових капіта­ловкладень та підвищених експлуатаційних витрат. При другому варіанті оболонка іде на змішування з бардою. При цьому покращується якість спирту і підвищується вміст сухих речовин у барді.

В НУХТ, УкрНДІспиртбіопрод, та НПО "Інтермаш" розроблена та впрова­джується комплексна технологія спиртової бражки з крохмалевмісної сировини, Ця технологія передбачає отримання тонкого помелу зерна із 100 % проходом через сито з діаметром 1,0 мм, підвищення концентрації сухих речовин замісу з частковим використанням фільтрату барди до ЗО %, проведення термофермента-тивної обробки сировини при температурі 75-95° С з використанням термостабі­льної а-амілази, збродження концентрованого сусла з рециркуляцією дріжджової біомаси або збільшеній кількості засівних дріжджів та прискорення терміну бро­діння до 48-56 годин.

На стадії бродіння застосовуються нові раси термотолерантних та осмофіль-них спиртових дріжджів, стійких до підвищених концентрацій спирту та сухих ре­човин, які мають високу бродильну активність.

Збродження концентрованого сусла з рециркуляцією дріжджової біомаси і філь­трату барди забезпечує скорочення кількості барди на 30-40 % і сприяє зменшенню експлуатаційних витрат при виробництві кормопродуктів на її основі.

У ВНДІ харчової бІотехнології запропоновано спосіб утилізації барди, який передбачає ЇЇ обробку кислотоутворюючими бактеріями з наступною нейтралізаці­єю, фільтрацією та використання фільтрату замість води при приготуванні замісу. Обробка барди пропіоновокислими бактеріями протягом 18-20 год. з подальшою фільтрацією зменшує вміст органічних речовин у фільтраті в 2-3 рази. Барда стає рухливою, добре фільтрується і отримане сусло зброджується без ускладнень. При цьому з'являється можливість замінити фільтратом до 90 % води.

Перспективною сировиною для спиртової промисловості є жито, яке за вро­жайністю займає третє місце після пшениці та ячменю. Проте зерно жита має ряд властивостей, які обмежують його використання. Це зумовлено складом жита, до якого входять (%): крохмаль - 65-70, білкові речовини - 8-16, клітковина - 1,8-2,7, ліпіди - 1,8-2,2, пентозани - 6-8, зола - 1,7-2,2.

Крім того, в зерні жита міститься значна кількість геміцелюлоз і пентозанів, які не зброджуються дріжджами, тому спиртові заводи, які використовують жито, стикаються із значними технологічними труднощами. У той же час, жито має най­меншу ринкову вартість - на 20-30 % нижчу, ніж пшениця та кукурудза. Це до­зволяє знизити собівартість спирту за рахунок зменшення вартості сировини на 20-30 %.

Як показав досвід, використання концентрованих ферментних препаратів се­лективної дії з підвищеною целюлазною активністю усуває негативний вплив фІ-зико-хімічних властивостей зерна жита на технологічний процес спиртового виро­бництва.

Перспективною сировиною для виробництва спирту слід вважати цукрове со­рго, врожайність якого досягає 1000 центнерів з гектару, а вміст зброджуваних цу-

крів - 18-20 % на суху речовину. Однак для широкого використання цієї культури необхідно розробити оптимальну технологію та обладнання.

Суттєве збільшення виходу спирту із одиниці первинної сировини може бути досягнуто за рахунок більш повної концентрації побічних продуктів рек­тифікації (головної фракції етилового спирту та сивушного масла) по летких домішках спирту.

У НУХТ під керівництвом проф. П.С.Циганкова та за участю проф. П.Л.Шияна розроблена технологія переробки головної фракції етилового спирту, яка передба­чає як децентралізовану її переробку в системі брагоректифікаційної установки, так і централізовану переробку на спеціалізованому виробництві.

При розрахунках на повну потужність спиртових заводів України річна кіль­кість головної фракції досягає 1,5 млн. дал. Вилучення із неї етилового спирту до­зволить скоротити потреби галузі в сировині більш, ніж на 20 тис. тонн у перераху­нку на умовний крохмаль.

В УкрНДІспиртбіопроді розроблена та знайшла впровадження технологія екс­трактивної ректифікації сивушної фракції, яка дозволяє більш повно концентрува­ти проміжні домішки і отримувати сивушне масло високої якості.