Государственное
образовательное учреждение
Высшего профессионального
образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра пищевой биотехнологии
продуктов из растительного сырья
Контрольная
работа №1
По дисциплине «ТЕХНОЛОГИЯ ОТРАСЛИ»
Выполнила:
Студентка 6-го курса
Факультета заочного обучения
и экстерната
Специальности 260204
Ларионова О.С.
Шифр:352248К
Вариант №12
Санкт-Петербург
2012
Вариант
№12
1.Принципиально-технологическая
схема производства спирта из
зернового сырья.
Этиловый спирт - основной
продукт, находящий широкое применение
в пищевой, микробиологической, медицинской
и других отраслях промышленности.
В пищевой промышленности
спирт используют при изготовлении
ликерно-водочных изделий, плодово-ягодных
вин, пищевых ароматизаторов и т.д.
Отечественная спиртовая
промышленность до 1917 г. была представлена
мелкими заводами мощностью около 22 тыс.
дал спирта в год. Советский период характеризуется
появлением крупных предприятий с мощностью
6000 - 12000 дал в сутки. В 1980 г. в СССР действовало
около 400 крупных заводов, а производство
спирта составило 200 млн. дал. Далее производство
спирта неуклонно снижалось, особенно
в периоды перестройки и экономических
кризисов. Также снижение производство
обуславливалось ужесточением отраслевого
законодательства, увеличением стоимости
лицензий, установлением минимальных
порогов по уставному капиталу для производителей
спирта, введением требования о полной
переработке отходов спиртового производства.
Но главной причиной снижения является
большой теневой оборот спирта, делающий
легальное производство менее рентабельным.
На данный момент в
России действуют 126 предприятия, а суммарное
производство пищевого спирта составляет
около 42 млн. дал в год.
Технология производства
спирта относится к биотехнологии,
так как производство связано
с использованием катализаторов (ферментов),
имеющих биологическое происхождение.
При должном подходе производство
спирта является безопасным и безотходным:
в производстве кроме спирта получают
диоксид углерода, барду, эфироальдегидную
фракцию, сивушные масла.
Сырье и дополнительные материалы
Характеристика зернового
сырья. На спирт перерабатывают любое
зерно, в том числе и непригодное для пищевых
и кормовых целей. Ежегодный объем переработки
составляет (%): пшеницы 50 (преимущественно
дефектной), ячменя 20, ржи 12, кукурузы 8,
проса 5, овса 2 и прочих культур (гречиху
вики, гороха, риса и др.) 3. Для приготовления
солода употребляют кондиционное высококачественное
зерно.
Кукуруза. Из зерновых
культур лучшим сырьем для производства
спирта является кукуруза (Zea mays). В ней
содержится относительно больше крахмала,
меньше клетчатки, больше жира (что повышает
кормовое достоинство барды). Урожайность
кукурузы в 2...3 раза выше урожайности других
зерновых культур.
В России кукурузу возделывают
на Северном Кавказе, Нижней Волге, в
Воронежской и Курской областях.
В зависимости от формы
зерна и степени развитости роговидной
части эндосперма кукурузу подразделяют
на 7 ботанических групп: кремнистая, зубовидная,
крахмалистая, восковидная, лопающаяся,
сахарная, чешуйчатая. Для производства
спирта предпочтительнее легко развариваемая
крахмалистая и зубовидная кукуруза.
Рожь, пшеница, ячмень и
овес. Рожь (Secale), пшеница (Triticum), ячмень
(Hordeum) и овес (Avena) широко возделыва-ются
в России: рожь (преимущественно озимая)
- в северных, северо-западных и центральных
районах, во многих районах Сибири и Урала;
пшеница - в Западной и Восточной Сибири,
Поволжье; ячмень (преимущественно яровой)
и овес - повсеместно - от субтропиков до
Заполярья.
В небольших количествах
перерабатывают крупяные культуры - просо,
гречиху и рис, некоторые продовольственные
(горох) и кормовые (вику).
С олод и ферментные препараты.
Для осахаривания крахмала па спиртовых
заводах используется солод и ферментные
препараты.
Солодом называют
зерно, которое проросло в определенных
условиях. При прорастании в зерне образуются
амилолитические, протеолитические и
другие ферменты. Солод па спиртовых заводах
получают из ячменя, ржи, пшеницы, овса
и проса по следующей схеме:
1) очистка зерна;
2) замачивание;
3) проращивание;
4) измельчение;
5) смешивание с водой.
Для осахаривания
крахмала в спиртовом производстве кроме
солода используются ферментные препараты,
получаемые из культур мицелиальных грибов
и бактерий. Выпускаемые специальными
заводами или специализированными цехами
спиртовых заводов ферментные препараты
представляют собой либо жидкости с содержанием
сухого вещества не менее 50%, либо порошки
с определенной стандартной ферментативной
активностью. Ферментные препараты, используемые
в спиртовой промышленности, получают
из мицелиальных грибов рода Aspergillus, бактерий
Вас. mesentericus, Вас. subtilis и других. Эти микроорганизмы
образуют а-амилазу, а некоторые глюкоамилазу
(фермент, расщепляющий крахмал до глюкозы).
Применение ферментных препаратов микробного
происхождения в спиртовой промышленности
взамен солода позволяет существенно
снизить расход высококачественного зерна
на получение солода и способствует повышению
выхода спирта.
Дрожжи. В спиртовом производстве
в качестве возбудителей брожения используются
дрожжи семейства сахаромицетов. Они продуцируют
комплекс ферментов, под действием которого
сахара сусла превращаются в этиловый
спирт и диоксид углерода. В спиртовом
производстве применяют расы (разновидности,
отличающиеся несколькими особенностями)
дрожжей верхового брожения, обладающие
высокой энергией брожения. Они образуют
максимальное количество спирта, сбраживают
моно- и дисахариды и часть декстринов.
Дрожжи, используемые в производстве спирта
из мелассы, должны быстро сбраживать
субстрат в среде с высоким осмотическим
давлением (осмофильные дрожжи).
Вначале дрожжи размножают
по методу чистой культуры из одной
дрожжевой клетки в стерильных условиях.
Спиртовые заводы получают чистую культуру
дрожжей и размножают их по определенной
схеме. Далее их культивируют по методу
естественно чистой культуры, при
котором создаются оптимальные
условия для развития дрожжей (температура,
рН, аэрация и др.) и неблагоприятные для
посторонних микроорганизмов, в первую
очередь бактерий.
В качестве питательной
среды для размножения дрожжей служит
сусло, содержащее вещества, необходимые
для их питания. Иногда в сусло добавляют
дробленый зеленый солод в качестве источника
дополнительного питания. Для подавления
развития посторонних микроорганизмов
сусло подкисляют серной или молочной
кислотой до рН 3,8 - 4,0. Температуру поддерживают
на уровне 28 - 30 °С. Размножение дрожжей
осуществляют в аппаратах - дрожжанках.
Аппарат представляет собой вертикальный
цилиндр с коническим днищем, снабженный
двумя змеевиками для нагрева и охлаждения
сусла. Процесс-размножения дрожжей ведут
периодическим или полунепрерывным способами.
При периодическом сусло из осахаривателя
перекачивают в дрожжанку, нагревают до
70 °С и выдерживают при этой температуре
20 мин с целью пастеризации. Затем охлаждают
до 50 °С, подкисляют серной кислотой, перемешивают,
охлаждают до 30°С и вносят 10% дрожжей от
объема сусла. При размножении дрожжей
поддерживают температуру на уровне 30°С,
регулируя ее путем подачи в змеевики
дрожжанки холодной воды. При снижении
концентрации сусла на 1/3 от первоначальной
производят отбор дрожжей. Длительность
размножения дрожжей около 20 ч.
Полунепрерывный способ
размножения дрожжей проводят в установке
из двух дрожжанок и пастеризатора, в котором
пастеризуют, подкисляют и охлаждают сусло.
Подготовленное сусло подают в одну из
дрожжанок, вводят в нее дрожжи и оставляют
на 6 - 8 ч при 28 °С. Затем половину объема
дрожжей переводят во вторую дрожжанку
и обе доливают суслом из пастеризатора.
Через 6 - 8 ч зрелые дрожжи из одной дрожжанки
спускают в бродильный аппарат. Свободную
дрожжанку моют и стерилизуют, после чего
половину дрожжей из второй дрожжанки
переводят в свободную, доливают оба аппарата
суслом из пастеризатора и процесс повторяется.
Технология производства спирта
Технология спирта
включает в себя следующие процессы: подготовка
сырья к развариванию, разваривание зерна
водой для разрушения клеточной структуры
и растворения крахмала, охлаждение разваренной
массы и осахаривание крахмала ферментами
солода или культур плесневых грибов,
сбраживания сахаров дрожжами в спирт,
отгонку спирта из бражки и его ректификацию.
Прием зерна. Для приготовления
солода используют высококачественные
ячмень, рожь, овес и просо, которые
должны удовлетворять требованиям,
приведенным в таблице №1. Цвет
ячменя светло-желтый, допускается потемневший;
овса белый или желтый; проса желтый, красный,
серый, белый; ржи желтый и зеленый разных
оттенков; запах, свойственный зерну; не
допускается затхлый, плесенный и другие
посторонние запахи.
Таблица №1. Характеристика
качества зерна
| |
Показатели |
Рожь |
Ячмень |
Овес |
Просо |
|
Влажность,%,
не более |
15,5 |
15,5 |
16,0 |
15,0 |
|
Засоренность
общая,%, не более |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
|
Засоренность
сорная,%, не более |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
3,0 |
|
Засоренность
зерновая,%, не более |
--- |
3,0 |
3,0 |
4,0 |
|
Всхожесть
на 5-е сутки,%, не менее |
--- |
92 |
92 |
92 |
|
Энергия
прорастания на 3-и сутки,
%, не менее |
85* |
85 |
85 |
85 |
|
.
* на 4-е сутки |
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
Качество зерна,
идущего на разваривание, не регламентируется.
Желательно, чтобы зерно было здоровое,
высокой крахмалистости, влажностью 14
- 17% в зависимости от культуры и с небольшой
засоренностью. Предварительно здоровое
зерно оценивают органолептически.
Подготовка
зерна. Все виды зерна, поступающего в
производство, очищают от пыли, земли,
камней, металлических и других примесей.
Зерно, предназначенное для приготовления
солода, освобождают также от щуплых зерен,
половинок и семян сорных растений.
Воздушно-ситовое сепарирование.
Примеси, отличающиеся от зерна данной
культуры толщиной (шириной) и аэродинамическими
свойствами (парусностью), отделяют на
воздушно-ситовом сепараторе. При очистке
ячменя, овса и проса производительность
сепаратора снижается на 20...30%. В очищенном
зерне содержание примесей не должно превышать
1%.
Магнитное сепарирование. Мелкие
металлические примеси, содержащиеся
в зерне после очистки в воздушно-ситовых
сепараторах, удаляют с помощью магнитных
сепараторов.
Отделение семян
сорных растений. С помощью сит зерно можно
разделить только по толщине и ширине.
Примеси, отличающиеся от основной культуры
длиной зерна, выделяют на машинах, называемых
триерами. Рабочий орган триера - цилиндр
или диск с ячейками, выбирающими из зерновой
массы короткие частицы. В зависимости
от назначения различают два вида триеров:
куколеотборники - выделяющие из основной
культуры половинки зерен и шаровидные
примеси, например семена куколя; овсюгоотборники
- выделяющие зерно основной культуры,
например ячменя, ржи, из смеси его с длинными
зернами овса и овсюга.
Разваривание сырья. Разваривание
осуществляют для разрушения клеточных
стенок, освобождения крахмала из клеток
и перевода его в растворимую форму, в
которой он быстрее и легче осахаривается
ферментами. Разваривание крахмалсодержащего
сырья проводят путем обработки его паром
с избыточным давлением 400 - 500 кПа.
При разваривании
происходит ряд сложных физических, физико-химических
и химических изменений. При тепловой
обработке в процессе разваривания идет
интенсивное набухание крахмала, его кластеризация
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 естественной кислотности.
Высокая температура па стадии разваривания
вызывает протекание процессов меланоидинобразования
(взаимодействие сахаров с аминокислотами),
термического разложения сахаров (карамелизапня)
и других, что приводит к снижению количества
сбраживаемых сахаров.
В настоящее
время разваривание крахмалсодержащего
сырья производят тремя способами: периодическим,
полунепрерывным и непрерывным. Наибольшее
распространение получило непрерывное
разваривание по двум схемам. По первой
схеме разваривание осуществляют при
пониженной температуре (130 - 140°С), но длительное
(50 - 60 мни). По второй схеме температура
разваривания 165 - 172 °С и продолжительность
варки 2 - 4 мин. При непрерывном разваривании
сырье постоянным потоком движется через
варочный аппарат.д.ля обеспечения равномерности
потока сырье измельчают.
Непрерывное
разваривание измельченного сырья включает
операции: дозирование сырья и воды, приготовление
замеса и разваривание в две стадии (нагрев
замеса до температуры варки и выдержка
замеса при этой температуре). Процесс
непрерывного разваривания осуществляется
следующим образом. Измельченное зерно
смешивают с водой в количестве 2,0 - 3,5 л
на 1 кг зерна. Воду добавляют с таким расчетом,
чтобы концентрация зернового замеса
составляла 16 - 17% сухого вещества. Зерновой
замес нагревают вторичным паром до 70
- 75°С и подают насосом в контактную головку,
где происходит мгновенный нагрев замеса
(кашки) паром до 100 110°С. Затем подогретый
замес подают в варочный аппарат, состоящий
из 2 - 4 ступеней (колонн).