Предельные декстрины доосахариваются до мальтозы в процессе брожения декстриназой солода или глюкоамилазой ферментных препаратов.
На скорость осахаривания крахмала влияют температура и рН среды. Оптимальная температура для действия амилазы солода на 2 %-й раствор картофельного крахмала составляет 53-58 ºС. Однако для клейстеризации нерастворенного крахмала, вносимого с солодом, и стерилизации замеса необходима более высокая температура. При таких температурах (свыше 56 ºС) амилаза инактивируется, но медленно. Поэтому осахаривание проводят при температуре 60-62 ºС. Эта температура хотя и выше оптимальной, но присутствующие в заторе защитные вещества (сахара, декстрины, пептиды) предохраняют амилазу от инактивации.
рН затора 4,9-5,6.
Осахаривание разваренной массы осуществляют непрерывным, реже периодическим способами.
Независимо от способа, осахаривание предусматривает следующие операции:
охлаждение разваренной массы до температуры осахаривания;
смешивание с осахаривающими материалами;
осахаривание крахмала;
охлаждение сусла до температуры «складки», т.е. начальной температуры брожения;
перекачивание сусла в дрожжевое и бродильное отделение завода.
Изучение продолжительности осахаривания на чистых растворах крахмала показало, что изменение продолжительности осахаривания от 5 минут до 2 часов не влияет на показатели сброженных растворов. При осахаривании разваренной массы из зерна в течение 5 - 45 минут наблюдалось несколько увеличенное содержание нерастворенного крахмала в бражках при быстром осахаривании, количество несброженных сахаров и декстринов было одинаковым. Осахаривании разваренной массы при 55 - 58 °С в течение 15 - 120 минут почти не вызывает увеличения содержания в растворе сбраживаемых веществ, но при более продожительном осахаривании заметно повышается концентрация осахариваемой массы. Так, если после 15 минут осахаривания концентрация осахаренной массы была 13,8% (по сахарометру), то после 120 минут она повысилась до 14,8%.
Таким образом, при выборе режима осахаривания в производственных условиях следует учитывать не только температуру, но и продолжительность ее воздействия, а также способ задачи солодового молока.
Основными технологическими показателями качества сусла являются: содержание сухих веществ (концентрация), степень осахаривания, доброкачественность и кислотность.
Факторы подразделяют на биологические, физические и химические.
Биологические факторы - это отражение взаимодействия микроорганизмов в питательной среде, в том числе разных родов и видов микроорганизмов (симбиоз, антагонизм, комменсализм), концентрация дрожжевых клеток в сусле и их физиологическое состояние.
К химическим факторам относят состав среды: концентрацию кислорода в сусле, рН, окислительно-восстановительный потенциал, концентрацию питательных веществ, активаторов и ингибиторов.
К физическим факторам относятся температура и давление.
В качестве возбудителей спиртового брожения применяют культурные дрожжи из семейства сахаромицетов. Такие дрожжи должны обладать высокой бродильной активностью, иметь и сохранять анаэробный тип обмена, обладать стойкостью к продуктам обмена, посторонним микроорганизмам и к изменениям состава питательного субстрата. При переработке зерна и картофеля применяют верхневые пылевидные дрожжи расы XII. В производстве спирта из мелассы применяют осмофильные дрожжи рас В, Я, а также гибридные дрожжи Г-67, Г-73, Г-75 и Г-112, полученные К. В. Косиковым, и др. Гибрид Г-112 обладает устойчивой способностью сбраживать мальтозу, поэтому его культивируют совместно с расой В на заводах, вырабатывающих кроме спирта хлебопекарные дрожжи.
В начале производственного сезона дрожжи получают из чистой культуры. Далее их культивируют по методу естественно чистой культуры, при котором подбором температуры и рН среды создают условия, благоприятные для размножения дрожжей и неблагоприятные для жизнедеятельности бактерий. Дрожжи размножают в дрожжанках, оборудованных мешалкой и змеевиком, на сусле концентрацией 17— 18% (по массе). Сусло вначале пастеризуют при 70°С в течение 20 мин, а затем охлаждают до 50°С и подкисляют серной кислотой до рН 3,6. В подкисленное и охлажденное до 25°С сусло задают 10% засевных дрожжей. Накопление дрожжей при температуре 25—28°С ведут до тех пор, пока концентрация сусла не снизится на '/з от первоначальной.
Экономически выгодно использовать для размножения дрожжей отъемы бродящей массы из бродильного аппарата через 16—18 ч после начала брожения. В такой среде еще мало спирта и много питательных веществ. Отъемы бражки подкисляют и оставляют для размножения дрожжей при 28°С.
При переработке мелассы на спирт дрожжи размножают также по методу чистой культуры в закрытых цилиндрических дрожжегенераторах (d:H = 1 : 6), выполненных из стали и оборудованных устройством для подачи воздуха, змеевиком для подачи воды и патрубками для подачи мелассного сусла, дрожжей, пара и пеногасителя. В настоящее время дрожжегенераторы оборудуются пневмоциркуляционным устройством для подачи воздуха, предложенным УкрНИИСПом. Отводят бродящую массу через наклонный коллектор, соединяющий все дрожжегенераторы, а углекислоту — по верхнему газопроводу. Углекислота направляется в спиртоловушку и далее в атмосферу. Чистую культуру дрожжей ведут стерильно в специальных аппаратах.
Засевают дрожжегенератор чистой культурой дрожжей периодически. Производственные дрожжи по однопоточной схеме размножают непрерывно при постоянном притоке мелассного сусла концентрацией 21—22% СВ и оттоке бродящей массы. Дрожжи размножают при температуре 28—29°С и постоянной аэрации среды 3—4 м3/(ч•м3). На стадии дрожжегенерирования сбраживается около 30% сахара, содержащегося в сырье. Когда в 1 мл бродящей среды накопится 120 млн. дрожжевых клеток, а концентрация сухих веществ сусла снизится до 16—17% и в сусле накопится 2,5—3,5% об. спирта, начинают переток бродящей массы из дрожжегенераторов в первый аппарат бродильной батареи.
Сбраживание сусла. Для брожения можно употребить стеклянную, деревянную или металлическую (из нержавейки) емкости. Первая удобна для начинающих в том отношении, что в ней видны все процессы, происходящие во время брожения. Чем больше по объему сосуд для брожения, тем лучше: соприкосновение с воздухом уменьшается, а процессы брожения и дозревания менее подвержены влиянию извне. Отличными сосудами являются аптекарские емкости 20 или 10 л, особенно хороши - из темного стекла. Емкости перед употреблением должны быть хорошо вымыты, ошпарены кипятком или ополоснуты спиртом (можно несортовым). Сосуды для брожения должны быть снабжены бродильными шпунтами или затворами.
После стерилизации сусло охлаждают до температуры 20-25°С, переливают в бродильную емкость и вносят в него дрожжевой затор в количестве 3-10% от объема сусла.
Брожение имеет три стадии: начальное брожение-возбраживание, главное брожение и дображивание. В начальной стадии происходит насыщение бражки углекислым газом, температура повышается на 2-3°С, вкус остается сладким. При главном брожении бражка приходит в оживленное состояние начинается интенсивное выделение углекислого газа, на поверхности образуется пена, температура повышается до 30°С. Если температура продолжает повышаться, то требуется принудительное охлаждение, при 50°С дрожжи погибают, и брожение останавливается. При дображивании уровень бражки понижается, пена оседает, температура уменьшается до 25-26°С, вкус становится горько кислым. Конец брожения определяют по прекращению передвижения сбраживаемой среды, окончанию выделения углекислого газа и просветлению бражки.
Длительность брожения зависит от ряда факторов (качества компонентов сусла, отклонения от технологии и др.) и колеблется в пределах от 3 до 20 суток.
Зрелая бражка обычно имеет кислотность рН 4,9... 5,2 и является многокомпонентной смесью, содержащей (в %): воды 82...90, сухих веществ 4...10, этилового спирта 5...12, остаточных сахаров (недоброд) не более 0,45 и сопутствующих примесей до 0,05. Качественный состав бражки может изменяться в зависимости от вида и качества исходного сырья и соблюдения технологии его переработки.
Концентрацию спирта в бражке определяют в дистилляте, полученном после отгонки его из бражки на специальном приборе, состоящем, в частности, из 2-х колб и прямоточного стеклянного холодильника, а также электроплитки.
Процесс брожения оценивают только по содержанию несброженных углеводов в зрелой бражке.
Допустимый норматив содержания растворимых несброженных углеводов при переработке пенящейся пшеницы составляет 0,65 г на 100 см3 бражки.
Другие показатели зрелой бражки (кислотность, содержание нерастворенного крахмала) в пределах, чтобы содержание спирта составляло от 8,5 до 9,0% по объему.
Зрелая бражка является многокомпонентной системой. Она содержит 82-90 % воды, 4-10 % сухих веществ, 6-10 % об. этилового спирта с сопутствующими примесями. Летучих примесей найдено свыше 70-ти, и они составляют не более 0,5 % от содержания этанола.
Различают 4 группы летучих примесей: спирты, альдегиды, эфиры и кислоты. Кроме них, имеются азотистые соединения (в виде аммиака, аминов, аминокислот) и серосодержащие (сероводород, сернистый ангидрид). Примеси частично переходят из сырья, воды, вспомогательных материалов, образуются при приготовлении сусла, но, главным образом, при брожении.
Этиловый спирт вместе с летучими примесями выделяют из бражки в процессе перегонки. Полученный спирт называется спирт-сырец (если перегонку осуществляли на брагоперегонных аппаратах) или бражный дистиллят (если процесс проводили на брагоректификационных установках).
Процесс очистки спирта-сырца или бражного дистиллята от примесей и укрепление спирта называется ректификацией, а полученный спирт - ректификатом.
В настоящее время выпускают 6 сортов спирта-ректификата: первого сорта, высшей очистки, «Базис», «Экстра», «Люкс», «Альфа». Кроме того, в небольшом количестве вырабатывают абсолютный спирт (крепость не менее 99,8 %) и безводный спирт (крепость 100 %).
В процессе перегонки летучую часть бражки рассматривают как бинарную (двойную) смесь, состоящую из воды и этилового спирта с примесями.
По степени летучести примеси делят на 4 группы (фракции): головные, хвостовые, промежуточные, концевые.
Головные примеси обладают большей летучестью, чем этиловый спирт при всех его концентрациях в растворе. Кр > 1. Дистиллят содержит больше примесей, чем этилового спирта, так как температура кипения примесей меньше температуры кипения этанола. К этой фракции относятся уксусный, масляный альдегиды, уксусноэтиловый, диэтиловый эфиры, акролеин и др., но в основном альдегиды и эфиры. Поэтому данные примеси называют еще эфиро-альдегидной фракцией (ЭАФ).
Хвостовые примеси имеют всегда меньшую летучесть, чем этиловый спирт. Кр < 1. К ним относятся уксусная кислота, фурфурол.
Промежуточные примеси обладают двояким свойством. При высоких концентрациях спирта в растворе они отгоняются как хвостовые примеси (Кр < 1), а при низких концентрациях - как головные (Кр > 1). При определенных концентрациях спирта Кр = 1, т.е. они не отделяются от этанола. К промежуточной фракции относят изобутиловый, изоамиловый, пропиловый спирты, изовалерианоизоамиловый, изомасляноэтиловый и некоторые другие эфиры. Данные примеси составляют основу сивушного масла.
Концевые примеси. Характер их отгонки так же зависит от концентрации спирта. При высоких концентрациях спирта в растворе имеют характер головных примесей (Кр > 1), а при низких концентрациях - хвостовых (Кр < 1). К этой фракции, в основном, относится метиловый спирт.