Готовый осахаренный затор поступает на фильтрацию, где разделяется на жидкую часть – сусло и густую часть – дробину.
Фильтры с намывным слоем применяют в тех случаях, когда необходимо обрабатывать большие расходы фильтрующегося материала и при этом требуется избежать необратимого загрязнения фильтрующих элементов.
Процесс фильтрования происходит не через твердый пористый материал, а через фильтрующий материал, введенный в аппарат в начале каждого фильтроцикла и образующий микропористый слой на поверхности твердого пористого материала. Как только фильтр загрязняется, намывной слой удаляют промывкой. Структурно намывной слой состоит из большого количества каналов очень малого диаметра, что обеспечивает получение фильтрата с малой мутностью.
Влага в зерне может быть:
• механически связанной (иначе называется свободной);
• физико-химически связанной;
• химически связанной.
Свободная вода удаляется из зерновой массы легче всего. Если хранение зерновой массы организовано правильно, капельножидкой влаги в ней быть не должно. Избыточное количество влаги может образоваться при резких температурных перепадах или попасть в зерновую массу при неисправных стенах, крыше хранилища, т.е. в результате нарушения правил хранения.
Внутри самого зерна вода влияет на физические, химические, биологические свойства зерна, которые определяют его ценность. Выделить химически связанную воду можно, только нарушив структуру белков, жиров, углеводов, в состав которых она входит. Молекулы такой воды уже не обладают свойствами растворителя, поскольку связаны с гидрофильными веществами. Удаление связанной воды приводит к изменению технологических особенностей зерна.
Критическая влажность зерна
В очень сухом зерне интенсивность дыхания крайне низкая. Наоборот, сырое зерно, если оно не охлаждено, имеет свободный доступ воздуха, активно дышит, теряя до 0,2% сухого вещества в сутки. Уровень влажности, при котором в зерне возникает свободная влага, а также резко увеличивается интенсивность дыхания, называют критической. Ее величины различны для каждого конкретного вида культуры.
• Бобовые (горох, фасоль, чечевица) – 16%
• Рожь, ячмень, пшеница – 15 – 15,5%
• Сорго, просо, кукуруза – 13 – 14%
• Среднемасличный подсолнечник – 10%
• Высокомасличный подсолнечник – 7 – 8%
Для основных злаковых культур приемлемой обычно считается влажность до 14%. При такой влажности зерно можно хранить в насыпи высотой до 30м и более.
Средне-сухое зерно дышит уже в 2 – 3 раза интенсивнее, чем сухое, однако имеет малый газообмен, поэтому хранится достаточно хорошо. Влажное зерно дышит в 5 – 8 раз активнее, чем сухое, сырое зерно – в 20 – 30 раз интенсивнее сухого.
Имея влажность ниже на 2 – 3% от критического покзателя, зерновая масса долго сохраняет всхожесть, если обеспечено достаточное количество кислорода. Если кислорода не хватает, зерно теряет посевные свойства в первые месяцы хранения.
Оценка содержания влаги
Чтобы определить влажность зерна, используют следующую градацию:
• сухое зерно;
• средней сухости;
• влажное;
• сырое.
Эти оценки имеют разное выражение в зависимости от культуры. Для семян бобовых культур этот показатель больше среднего, а для масличных, напротив, меньше.
Разница в показателях объясняется химическим составом и анатомическим строением культуры. Так, масличные содержат большое количество жира, не удерживающего воду. Поэтому вода в подсолнечнике, клещевине и других культурах удерживается в больших количествах в гидрофильной части зерна и активизирует биохимические процессы.
Подготовка сырья к развариванию включает следующие операции:
- очистку от примесей;
- измельчение;
- приготовление замеса (кашки).
Зерно и картофель поступают на завод железнодорожным или автомобильным транспортом. Зерно после предварительной очистки на воздушно-ситовых сепараторах хранятв элеваторах или хранилищах амбарного типа, картофель - в буртах или картофелехранилищах.
Перед подачей в производство зерно предварительно очищаютот пыли, земли, камней на воздушно-ситовых сепараторах, от металлических примесей - на магнитных сепараторах. Овес перед измельчением обрушивают (отделяют пленки) на овсорушках с рифленой поверхностью. Обрушивание необходимо, так как большое количество пленок в виде шелухи засоряет трубопроводы, брагоперегонные аппараты, всплывает на поверхность бродящего сусла и ухудшает процесс сбраживания.
Картофель от примесей земли, соломы, ботвы, камней, песка и др. освобождают с помощью соломоловушек и камнеловушек. Для окончательного отделения от земли картофель моютв картофелемойках 5-7 мин. Обычно используют теплую воду. Если картофель подмороженный, то моют только холодной водой.
Зерно не моют.
Очищенное сырье направляют на измельчение. Цель измельчения - подготовить крахмал сырья к действию ферментов. Зерно и картофель в производстве спирта необходимо измельчать как можно тоньше, чтобы увеличить гидролиз составных веществ сырья.
Картофель измельчают на молотковых дробилках или картофелетерках до размера частиц не более 3-х мм, зерно - на молотковых дробилках или вальцевых станках до размера частиц 1,0-1,5 мм. Более тонкое измельчение (до 0,25 мм) позволяет вести разваривание при более низкой температуре (80-105 ºС).
Измельченное зерно смешивают с водой в соотношении 1:2-1:3 (получают замес), к картофелю добавляют 15-20 % воды от массы сырья (получают картофельную кашку). Количество добавляемой воды должно быть таким, чтобы в полученном сусле концентрация сухих веществ составляла 18-19 %. При более высокой концентрации повышается вязкость массы и увеличивается расход осахаривающих материалов.
Крахмал, который содержится в клетках картофеля или зерна, окружен клеточной оболочкой и недоступен для действия амилолитических ферментов. Механическим разрушением удается вскрыть только часть клеток сырья. Поэтому, чтобы перевести крахмал из нерастворимого состояния в растворимое и полностью разрушить клеточную структуру, необходимо провести водно-тепловую обработку – разваривание сырья. Цель разваривания- подготовка крахмала сырья к осахариванию амилолитическими ферментами солода или микробных ферментных препаратов.
В процессе разваривания составные части сырья подвергаются различным превращениям.
Крахмал при нагревании в воде сначала набухает и превращается в гель. При дальнейшем повышении температуры вязкость раствора резко увеличивается и происходит клейстеризация крахмала.
Клейстеризация протекает в следующем интервале температур: для картофельного крахмала - 59-64 ºС; пшеничного - 54-62 ºС; ржаного - 50-55 ºС; кукурузного - 65-70 ºС; ячменного - 60-80 ºС.
При 90 ºС вязкость достигает максимума, при увеличении температуры выше 110 ºС вязкость крахмального клейстера резко снижается, происходит разжижение или растворение крахмала: картофельного - при 143 ºС; ржаного - при 130 ºС; пшеничного - при 150 ºС; кукурузного - при 154 ºС. Именно при этих температурах и проводят разваривание.
Сахара участвуют в реакциях меланоидинообразования, карамелизации, оксиметилфурфурольного разложения. В результате образуются соединения, которые не сбраживаются дрожжами, отрицательно влияют на жизнедеятельность дрожжевых клеток и качество спирта. Наблюдаются потери сухих веществ. Уменьшить потери сахаров можно путем более тонкого измельчения сырья и снижения температуры разваривания.
Клетчатка при разваривании под давлением 0,4-0,5 МПа практически не изменяется.
Гемицеллюлозы частично растворяются, частично гидролизуются до декстринов различной молекулярной массы и пентоз.
Гумми-вещества растворяются, гидролизуются до глюкозы, что дает дополнительное количество сбраживаемых сахаров.
Пектиновые вещества гидролизуются с образованием метилового спирта. Это вызывает трудности при ректификации, так как температуры кипения метанола и этилового спирта близки.
Белки при нагревании до 100 ºС коагулируются, частично денатурируются и в кислой среде гидролизуются. Количество растворимого азота уменьшается.
Перед развариванием с целью экономии пара на разваривание, а также для набухания и клейстеризации крахмала проводят подваривание.
Для этого замес быстро подогревают экстрапаром (вторичным паром) до температуры 85-95 ºС, выдерживают 1,0-1,5 час; картофельную кашку нагревают до 40-45 ºС, длительность выдержки не более 30 мин.
Так как при повышении температуры вязкость резко возрастает, то для снижения ее в замес (кашку) добавляют термоустойчивую бактериальную α-амилазу. Наряду с набуханием и клейстеризацией происходит частичный гидролиз крахмала до высокомолекулярных декстринов, за счет чего вязкость снижается.
После подваривания крахмалистое сырье поступает на разваривание, где подвергается обработке при высоких температурах.
Основные способы разваривания: периодический, полунепрерывный, непрерывный. На большинстве заводов используют непрерывные способы.
https://standartgost.ru/g/%D0%A1%D0%9D_10-12446-99
Нормы убыли рассчитаны в процентах к количеству безводного раствора спирта. При производстве спиртовых растворов, настоек, а также медицинского антисептического спирта, норма «потери» составляет 2,21 %. При транспортировке, поставке и хранении спиртосодержащих лекарственных препаратов или медизделий норма убыли не должна превышать 0,45 %.
В указанные нормы не входят потери от брака и нарушения требований технических стандартов или условий, а также потери на внутрискладских операциях.+
Также сформированные Минфином нормы не зависят от сезонности и климатического фактора
Побочные продукты и отходы спиртового производства
Сивушное масло - побочный продукт ректификации. Это смесь высших спиртов, этилового спирта (10-40%) и воды. Используют для получения амилового, бутилового, пропилового спиртов, которые применяют в органическом синтезе и лакокрасочной промышленности.
Головная фракция - побочный продукт ректификации. Содержит этиловый спирт (не менее 92%), эфиры, альдегиды, метанол и воду. Представляет собой желто-зеленую жидкость с резким удушливым запахом. Используют для получения технического и денатурированного спиртов, этилацетата.
Барда - отход производства спирта. Содержит 5÷8 % сухих веществ, которые представлены белками, углеводами, органическими кислотами, жирами, витаминами. Зерно-картофельная барда реализуется, в основном, на корм скоту, иногда применяется в качестве среды для выращивания кормовых дрожжей. Мелассная барда из-за высокого содержания минеральных веществ непосредственно в кормовых целях не используется, идет в производство сухих кормовых дрожжей.
Лютерная вода выделяется при концентрировании спирта в ректификационных и сивушных колоннах. Обогащена труднолетучими примесями спирта: сложными эфирами, кислотами. Имеет кислую реакцию, агрессивна по отношению к обычной стали. Используют для промывки сивушного масла, разгонки головной фракции, приготовления мелассного сусла, замеса. Остатки лютерной воды сбрасывают в канализацию.
Диоксид углерода. Газы, которые выделяются при брожении, на 99 % состоят из СО2. Примесями являются пары спирта, эфиры, альдегиды, органические кислоты. Они снижают качество СО2, нарушают режим работы установок, вызывают коррозию оборудования. Диоксид углерода очищают от примесей при контакте газов брожения с водой, так как большинство из них хорошо растворимы в воде. Затем газ сжимается, вода отделяется в водоотделителе, заполненным активным углем, цеолитом, силикагелем. Производят жидкий СО2, газообразный, твердую углекислоту (сухой лед).
При разваривании происходит ряд сложных физических, физико-химических и химических изменений. При тепловой обработке в процессе разваривания идет интенсивное набухание крахмала, его клейстернзация и переход в растворимую форму, обусловленные интенсивным поглощением воды. При выходе разваренной массы из варочного аппарата давление снижается до атмосферного, что вызывает превращение содержащейся в клетках воды в пар, объем которого в несколько раз превышает объем воды. Такое резкое увеличение объема приводит к разрыву клеточных стенок сырья и превращению его в однородную массу. Процесс разваривания сопровождается увеличением содержания Сахаров и декстринов за счет частичного гидролиза крахмала под действием собственных ферментов сырья и естест - j венной кислотности. Высокая температура на стадии разваривания вызывает протекание процессов меланоидинообразовання (взаимодействие Сахаров с аминокислотами), термического разложения Сахаров (карамелпзацня) и других, что приводит к снижению количества сбраживаемых Сахаров.
Цель осахаривания - гидролиз крахмала и других составных частей сырья с помощью ферментов осахаривающих материалов и получение осахаренного сусла. Осахаривающими материалами являются свежепроросший солод или микробные ферментные препараты.
Солод применяют в виде солодового молока. Для его получения используют свежепроросший солод из ячменя, ржи, пшеницы, проса и овса. Используют только смесь солодов: 50 % ячменного (пшеничного или ржаного), 25 % просяного, 25 % овсяного или 50 % ячменного (пшеничного, ржаного), 50 % просяного (или овсяного). Это связано с тем, что различные зерновые культуры дают солод с разной активностью ферментов, в частности амилолитических. Солод только из одной культуры не содержит всех необходимых ферментов (α-амилазы, β-амилазы, декстриназы) для полного гидролиза крахмала.
Приготовление солодового молока: свежепроросший солод моют холодной водой, дезинфицируют хлорной известью или формалином в течение 20 мин, измельчают на дисковых или вальцевых дробилках. Затем смешивают с водой в соотношении 1:4-1:5, дополнительно обрабатывают раствором формалина, выдерживают 20-30 мин и передают на осахаривание.
Расход солода определяют по активности амилолитических (АС) или декстринолитических (ДС) ферментов. Для осахаривания 1 т крахмала сырья необходимо 700 ед. АС или 6000 ед. ДС.
Микробные ферментные препараты используют неочищенные или технические, так как высокоочищенные очень дорогие и их применение экономически невыгодно. В основном применяют препараты, содержащие преимущественно α-амилазу: Амилосубтилин Г3х, Глюкоаваморин Гх, Амилоризин Пх, Амилодиастатин Гх и др.
Использование ферментных препаратов - прогрессивный способ осахаривания, так как исключаются потери сухих веществ сырья на проращивание, нет необходимости при спиртзаводах строить солодовни, ферментные препараты можно получать на специализированных биохимических заводах. Путем смешивания ферментных препаратов, имеющих различные группы ферментов, возможна регуляция углеводного и азотистого состава сусла.
Подготовка ферментных препаратов: глубинную культуру плесневых грибов или бактерий дезинфицируют формалином; сухую поверхностную культуру смешивают с водой температурой 28-30 ºС в соотношении 1:1. Затем ее тщательно измельчают на дробилках, добавляют воду в количестве 3-4 дм3 на 1 кг препарата, дезинфицируют раствором формалина, выдерживают 25-30 мин и направляют на осахаривание.
Расход поверхностной культуры - 5 % к массе крахмала разваренной массы.
Можно использовать смесь сухой культуры ферментных препаратов и солода. Их вместе измельчают и готовят суспензию наподобие солодового молока.
При осахаривании крахмала в спиртовом производстве необходимо достичь полного его гидролиза до сбраживаемых сахаров. На практике осахаривание протекает нанескольких технологических стадиях:
при разваривании сырья;
при осахаривании при оптимальной температуре для действия ферментов;
при брожении (температура благоприятная для жизнедеятельности дрожжей, но не ферментов).
При разваривании под действием бактериальной α-амилазы гидролиз крахмала незначителен, образуются, главным образом, декстрины.
На стадии осахаривания образуется максимальное количество сбраживаемых сахаров. Крахмал гидролизуется на 70-75 % до глюкозы и мальтозы и 25-30 % предельных декстринов. Причем если используется в качестве осахаривающего материала солод, то образуется 71-76 % мальтозы и 24-29 % глюкозы от суммы сбраживаемых сахаров; если применяют ферментные препараты, то 14-21 % мальтозы и 79-80 % глюкозы.
Некрахмальные полисахариды под действием ферментов солода почти не гидролизуются, ферментными препаратами гидролизуются в незначительной степени, что является положительным, так как возрастает количество сбраживаемых сахаров.
При осахаривании гидролизуются также белки под действием протеолитических ферментов до пептонов, полипептидов аминокислот (необходимы для питания дрожжей). Причем солод при гидролизе дает больше аминокислот, чем ферментные препараты