Технология производство спирта

Введение

К середине XIX века спиртовое производство в России достигло своего расцвета, а русская водка, благодаря своим высоким органолептическим качествам, завоевала всемирную славу и известность наравне с французским коньяком и шотландским виски.

Особенности технологии, такие, как состав затора, условия подготовки сырья, соотношение зерна, воды, солода и дрожжей, а также режимы водно-тепловой обработки, осахаривания, брожения и перегонки, всегда были предметом поисков и непрерывного совершенствования со стороны русских винокуров.

Анализ литературных данных XVIII--XIX веков по винокурению позволил определить основные особенности этой технологии.

Основой классической технологии спирта в первую очередь являлись: использование качественного зерна ржи с небольшим добавлением (до 15%) других зерновых культур, глубокая очистка сырья, низкотемпературная (не выше 60...70 °С) водно-тепловая обработка замеса, регламентированное брожение, обеспечивающее определенные состав и количество естественных примесей.

В связи с отсутствием «жестких» способов разваривания сырья особое внимание уделялось качеству зерна и способам его очистки.

Проводилась как сухая очистка от сорных, зерновых и минеральных примесей (на оборудовании мукомольных заводов), так и более глубокая очистка, в том числе и мойка. Зерно с признаками дефектности к переработке не допускалось, так как способов борьбы с инфицированием не существовало.

Так, например, в книге Кропоткина по винокурению за 1868г. читаем: «Для большего выхода спирта и для получения более чистого по вкусу и запаху продукта хлебные зерна перед размельчением должны быть самым тщательным образом очищены, так как нечистоты, примешанные к хлебу, оказывают вредное влияние при приготовлении сусла и при его брожении, причем получаются вещества, придающие спирту весьма противные вкус и запах, сам выход спирта в значительной степени уменьшается».

Но сегодня в условиях жесткой конкуренции для снижения себестоимости продукции спиртовые заводы зачастую перерабатывают низкокачественное фуражное зерно, непригодное для переработки в других отраслях пищевой промышленности.В отдельные периоды допускается переработка дефектного зерна.

При этом часть токсичных веществ, адсорбированных зерном, не разрушается в процессе водно-тепловой обработки, а переходит в сусло, что приводит к замедлению процесса брожения, ингибированию роста и развития дрожжей, накоплению в бражке несвойственных для спиртового брожения примесей, которые трудно отделяются при ректификации и ухудшают органолептические показатели спирта.

Другой особенностью современного производства спирта является разваривание сырья под давлением при высоких температурах, под действием которых активизируются процессы окисления, меланоидинообразования и гидролиза, что приводит к образованию различных токсических примесей и потере Сахаров.

Все эти факторы привели к тенденции, когда, используя сложные многоколонные бра-горектификационные установки, из бражек практически любого качества в процессе перегонки удаляют все примеси и получают высокоочищенный спирт.

Алкогольные напитки из такого спирта по своему качеству далеко не всегда удовлетворяют требования потребителей.

Но самое главное -- такая технология в корне отличается от традиционных классических основ получения спирта для русской водки.

Все это может привести к тому, что современный алкоголь, производимый в России, может потерять связь с историческим брэндом «русская водка», влияние которого по инерции еще сохраняется.

Показатель	Классическая технология XIX века	Современная технология
Сырье и его качество	Кондиционная рожь с небольшим (5-15%) добавлением других зерновых культур. Без признаков дефектности	Низкокачественное фуражное зерно (пшеница, рожь, ячмень, кукуруза и др.). В отдельные периоды допускается переработка зерна с различными степенями дефектности
Очистка сырья	Сухая очистка на оборудовании мукомольных заводов, мойка зерна	Сухая очистка от сорных (магнитных минеральных и др.) и зерновых примесей (битых, проросших, морозобойных, давленых зерен)
Водно-тепловая обработка	«Мягкая», при температуре 60...80 °С с предварительным замачиванием зерна	«Жесткая» при температуре 120...140 °С и давлении 0,4-0,6 МПа
Ферментные препараты	Солод, собственная ферментная система зерна	Ферментные препараты микробного происхождения, различной степени очистки и концентрирования
Сбражвание	Периодическое сбраживание с помощью чистой культуры дрожжей, начальная температура брожения 20...22 °С, концентрация сусла до 22 % СВ, продолжительность брожения 3-5 сут	Периодическое или непрерывное сбраживание с помощью специальных спиртовых рас дрожжей (XII, Y-717 и др.). Температура брожения 30...35 °С, продолжительность 48-72 ч
Перегонка	Простая 2- и 3-кратная перегонка. Получаемый спирт характеризуется наличием естественных для спиртового брожения примесей	Осуществляется на 5-6 колонных брагоректификационных установках с получением высокоочищенного спирта

 

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.

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.

Характеристика спирта

Этанол (этиловый спирт) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость со жгучим и характерным запахом с относительной плотностью 0,79067. Температура кипения этанола при нормальном давлении 78,35° С, температура вспышки 12° С, температура замерзания - 117° С. Химически чистый этанол имеет нейтральную реакцию; ректификованный спирт содержит небольшое количество карбоновых кислот, поэтому реакция его слабокислая. Этанол очень гигроскопичен; он жадно поглощает воду из воздуха, растительных и животных тканей, в следствии чего они разрушаются.

В зависимости от степени очистки этиловый ректификованный спирт подразделяют на:

· 1-го сорта (для производства алкогольных напитков не используется);

· высшей очистки;

· "Базис";

· "Экстра";

· "Люкс";

· "Альфа"

Этиловый спирт - основной продукт - находит широкое применение. Пищевая промышленность - главный потребитель этилового спирта. который используется для изготовления ликеро-водочных изделий, виноградных и плодово-ягодных вин, уксусов и пищевых ароматизаторов. Спирт этиловый также используется в медицинской. фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности.[1]

Переработка зерна и картофеля на спирт осуществляется по однотипной технологии и состоит из следующих стадий (рис. 1):

· подготовка сырья (очистка, механическая обработка);

· приготовление замеса с применением альфа-амилазы, шеарзим - 500Л, ксиланаза, целлюлаза;

· водно-тепловая и ферментативная обработка (1 и 2 стадии);

· осахаривание;

· дрожжегенерация;

· сбраживание зернового сусла;

· брагоректификация;

· утилизация отходов.

Производство спирта из зерна

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).

Солод 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.