Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
К ПРИМЕНЕНИЮ ДЛЯ ОСАХАРИВАНИЯ
РАЗВАРЕННОЙ МАССЫ При замене солода глубинной культурой микроскопических грибов в ферментер по окончании ферментации при тщательном перемешивании добавляют 40%-ный раствор формалина из расчета 2 л на 1 м3 культуральной жидкости. После этого культуру перекачивают насосом в расходные баки, Из которых она через дозатор непрерывно поступает в осахариватель. При замене солода сухой поверхностной культурой микроскопических грибов или смесью культур их взвешивают, смачивают водой в соотношении 1: 1 и тщательно измельчают на дробилках, применяемых для дробления солода. Измельченную массу направляют в сборники и смешивают с теплой водой (28...30 °С) из расчета 3...4 л на 1 кг исходной культуры. Для стерилизации приливают 20...25 мл 40%-ного раствора формалина на 1 дал суспензии, тщательно перемешивают 15...20 мин, после чего выдерживают в течение 20...30 мин и передают в расходные баки. Если применяют смесь поверхностной культуры микроскопических грибов и солода, например Asp. awamori или Asp. oryzae и ячменного или ржаного солода, то их дробят вместе и приготавливают водную суспензию так же, как солодовое молоко. Расход поверхностной культуры, удовлетворяющей требованиям стандарта, определяемый по/Массе крахмала зерна и картофеля, включая крахмал, в культуре препарата, составляет 5 %, в том числе Глюкаваморина П — 4 %, Амилоризина П — 1 %; при использовании смеси солода и поверхностной культуры: на крахмал картофеля и зерна — 4 % солода и 2 % Глюкаваморина П или 4 % солода и 3 % Амилоризина. Расход глубинной культуры микроорганизмов, а также концентрированных препаратов на осахаривание рассчитывают по их активности. Ниже приведен пример с культурой Asp. awamori 466. Эта культура имеет незначительное количество а-амилазы, поэтому ее необходимо применять в смеси с другими источниками сс-амилазы. Например, при полной замене солода Глюкаваморином Гх и Амилосубтилином Гх расход ферментов рассчитывают, исходя из норм расхода ферментов в единицах активности на 1 г перерабатываемого крахмала сырья. Причем этот расход изменяется в зависимости от принятой продолжительности брожения. Так, при 72-часовом брожении расход а-амилазы должен составлять 1, 5...2 ед. АС, глюкоамилазы — 6 ед. на 1 г крахмала. При 48-часовом брожении расход а-амилазы остается неизменным, а глюкоамилазы увеличивается до 15 ед. ГлА на 1 г крахмала. При этом достигаются равные показатели выбраживания. Аналогично рассчитывают расход и других препаратов микроорганизмов — источников а-амилазы. Препарат а-амилазы рекомендуется подавать в две точки технологической схемы: 0, 5 ед АС — на разжижение подвариваемой массы в предразварник и 1 ед. АС на 1 г крахмала — в осахариватель вместе с глкжоами-лазой. Если препарат а-амилазы содержит и другие амилолитические ферменты, в частности глюкоамилазу, то следует их учитывать и соответственно сокращать расход Глюкаваморина. Так как активность Глюкаваморина Гх, ВУД Т-2 может быть очен" ь высокой (100...250 ед/мл), то для лучшего дозирования его рекомендуется разбавлять водой из расчета 4...8 м3 на 1 м3 препарата. Препарат Глюкаваморин можно применять и в смеси с солодом. В этом случае в зависимости от расхода солода рассчитывают и расход препарата в единицах ГлА на 1 г крахмала. Так, при 72-часовом брожении и расходе зерна на солод 5 % массы перерабатываемого крахмала необходимо 4 ед. ГлА на 1 г крахмала. 4.2.31. Осахаривание разваренной массы Стадии осахаревания, влияния технологических параметров на скорость и глубину осахаревания. Аппаратурно-технологические схемы периодического и непрерывного осахаревания, сравнительная характеристика. Особенности осахаревания крахмалистого сырья солодом и ферментными препаратами. Нормы расхода осахаревающих материалов. Преимущества осахаревания при использовании схем с вакуум-охлаждение. Технологические потери при осахаревании и пути их снижения. Физико-химические показатели зерно-картофельного сусла. Ферментативный гидролз крахмала Цель ферментативного гидролиза крахмала — получение сусла. Разваренную массу зерна или картофеля осахаривают (гидролизуют) ферментами солода или культур плесневых грибов. Получаемый в результате этого продукт (сусло) в литературе прошлых лет называли «сладкий затор», «осахаренная масса». Термин «затор» сохранился с того давнего времени, когда на спирт перерабатывали муку, которую «затирали» — смешивали с водой и солодом при определенной температуре. В основе механизма действия всех ферментов лежит образование неустойчивых промежуточных соединений — комплексов из реагирующих молекул субстрата и активных центров ферментов. При этом в реагирующих молекулах происходит деформация, обеспечивающая вступление их в реакцию. После реакции фермент и химически измененный субстрат отталкиваются один от другого и фермент может реагировать с новой молекулой субстрата. Выше было рассмотрено действие а- и р-амилаз, декстриназы и глю-коамилазы на те или иные глюкозидные связи в одной цепи макромолекул амилозы и амилопектина, но осталось неясным, как происходит оно в присутствии большого количества цепей. Известно три вероятных способа взаимодействия фермента с субстратом. По многоцепочечному способу молекула фермента в случайном порядке атакует одну из полисахаридных цепей, отщепляет от нее звено (мономер или димер) и затем также в случайном порядке атакует следующие цепи, в том числе, возможно, и атакованную ранее. Таким образом, за время существования фермент-субстратного комплекса происходит только один каталитиче-екий акт. По одноцепочечному способу молекула фермента, атаковав в случайном порядке одну из полисахаридных цепей, последовательно отщепляет от нее звенья до тех пор, пока цепь полностью распадется. Лишь после этого фермент атакует следующие цепи. За время существования одного фермент-субстратного комплекса гидролизуются все доступные для фермента связи. Комбинированный способ, или способ множественной атаки, заключается в том, что за время существования одного фермент-субстратного комплекса гидролизуется несколько связей. При этом после отщепления ©дного звена от цепи фермент не отталкивается, а задерживается. Атака происходит с чередованием одно- и многоцепочечного способов. Исследования Д. Бейли и Д. Френча показали, что (3-амилаза осуществляет множественную атаку олиго- и полисахаридов, расщепляя за время существования одного фермент-субстратного комплекса четыре глюкозидные связи в амилозе, и образует четыре молекулы мальтозы. По данным Д. Френча, а-амилаза Asp. oryzae и других плесневых грибов осуществляет гидролиз также по способу множественной атаки и, следовательно, обладает некоторой упорядоченностью действия, что подтверждается существенным выходом олигомеров уже на первых стадиях амилолиза. Исследования К. М. Бендецкого и В. Л. Яровенко показали, что а-амилаза Вас. subtilis атакует амилозу по многоцепочечному способу, растворенный крахмал — по способу множественной атаки. По их данным, глюкоамилаза в зависимости от длины цепи расщепляет глюкозидные связи различными способами. Например, глюкоамилаза Asp. awamori подвергает амилозу множественной атаке, деполимеризованную амилозу — по способу, близкому к многоцепочечному с беспорядочной атакой цепей, декстрины — по многоцепочечному с преимущественной атакой длинных цепей. В активный центр а- и Р-амилаз и глюкоамнлазы входят амидазольная и карбоксильная группы. Такие функциональные группы, как фенольная, сульфгидриль-ная и дисульфидная, не принимают участия в катализе, но необходимы для поддержания третичной структуры отдельных амилаз. Субстрат связывается с амилазами посредством содержащихся в нем гидрок-сильных групп. Имеются доказательства того, что в связывании с а-амилазой участвует гидроксил при С3 глюкозного остатка, с р-амилазой — гидроксил при Се нередуцирующего конца полисахаридной цепи. Гидроксил при С4 нередуцирующе-го конца не является необходимым для образования фермент-субстратного комплекса, но его роль существенна в создании фермент-субстратного соответствия. Атом кислорода обладает большим отрицательным индукционным эффектом, чем атом углерода, следовательно, ОН в а-1, 4-глюкозидной связи будет иметь и большую плотность электронного облака по сравнению с атомом С|. Снижение плотности электронного облака у последнего вызывается также индукционным воздействием атома кислорода глюкопиранозного кольца. Пунктирные и штриховые линии показывают соединение фермента с субстратом, ведущее к перераспределению электронной плотности в фермент-субстратном комплексе и исчезновению перекрытия электронных орбит между Ci и О. СПОСОБЫ ОСАХАРИВАНИЯ Осахаривание разваренной массы, как правило, осуществляют непрерывным способом и лишь на некоторых заводах малой мощности — периодическим. Независимо от способа процесс осахаривания складывается из следующих операций: охлаждение разваренной массы до определенной температуры, которая после смешивания массы с солодовым молоком (микробной культурой) понизится до заданной для осахаривания; смешивание разваренной массы с солодовым молоком (микробной культурой); осахаривание крахмала; охлаждение сусла до температуры «складки» — начальной температуры брожения сусла; перекачивание сусла в бродильное и дрожжевое отделения завода. Все эти операции, кроме перекачивания сусла, при периодическом процессе выполняются в одном аппарате, называемом заторным баком; при непрерывном процессе — или в отдельных аппаратах, установленных последовательно, или в одном аппарате (сочетается несколько операций). НЕПРЕРЫВНОЕ ОСАХАРИВАНИЕ Способы непрерывного осахаривания с момента их возникновения претерпели значительные изменения, но все их варианты до сих пор применяют на спиртовых заводах. ОДНОСТУПЕНЧАТОЕ ОСАХАРИВАНИЕ По этому способу охлаждение разваренной массы, смешивание с солодовым молоком (микробной культурой) и осахарива-ние ведут в одном аппарате — осахаривателе, а сусло охлаждают в теплообменнике. Осахариватель (рис. 57) представляет собой цилиндрический котел 12 со сферическим или коническим днищем, снабженный пропеллерной мешалкой 11, приводимой во вращение от электродвигателя 8 через редуктор 7. Частота вращения мешалки 120...270 об/мин. Сверху аппарат закрыт крышкой с вытяжной трубой (не показанной на рисунке) для удаления выделяющихся паров. Для организованного движения массы при перемешивании внутри установлен диффузор 10 с раструбом внизу. Вверху диффузор переходит в улиткообразный патрубок, через который масса выбрасывается в пространство между диффузором и корпусом аппарата. Масса охлаждается водой, подаваемой в змеевик 1, составленный из труб диаметром 50...70 мм, площадью около 2 м2 на 1 м3 вместимости аппарата. Разваренная масса поступает в аппарат по трубе 3, имеющей кран 4, солодовое молоко — через штуцер 9, выводится сусло по трубе 13. Равномерное поступление разваренной массы и постоянство ее объема в аппарате обеспечиваются автоматически поплавковым регулятором уровня 6, соединенным рычагом 5 с краном подачи разваренной массы. Для контроля за температурой в гильзе 2 установлен манометрический дистанционный термометр. Аппарат заполняют массой на 75...80 % от общего его объема. Продолжительность пребывания сусла в аппарате 20...25 мин. Расход воды температурой 1О...15°С — 0, 8... 1 м на 1 м сусла. В начале производства в чистый и стерилизованный осахариватель подают часть солодового молока и воду для покрытия лопасти мешалки. Приводят во вращение мешалку и из паросе-паратора спускают разваренную массу до полного покрытия змеевика. В змеевик направляют холодную воду, которая затем продолжает поступать непрерывно. При снижении температуры массы до 65 " С вводят солодовое молоко, что снижает температу- Рис. 57. Осахариватель непрерывно- РУ До 57...58 " С. Когда масса в го действия аппарате осахарится, начинают непрерывную подачу разваренной массы, солодового молока и непрерывное выведение сусла из аппарата. Т вода; Рис. 58. Теплообменник типа «труба в трубе» Поступление солодового молока из расходного сборника регулируется дозатором, работающим синхронно с плунжером насоса, откачивающего сусло. Температура осахаривания поддерживается автоматически регулирующим клапаном на линии подачи воды в змеевик: 57...58 °С при использовании солода, поверхностной культуры плесневых грибов, а также смеси солода и поверхностной культуры, 55...56 °С при применении глубинной культуры плесневых грибов. Сусло из осахаривателя указанным выше плунжерным насосом перекачивают через теплообменник в бродильный бак. В теплообменнике типа «труба в трубе» (рис. 58) сусло движется по внутренней трубе сверху вниз, вода — по кольцевому каналу между внутренней и внешней трубами снизу вверх. Сусло охлаждается до температуры складки: 25...26 °С при двухсуточном и непрерывном брожении, 18...20 °С при трехсуточном. Температура охлаждающего сусла поддерживается автоматически, для чего у выхода его из теплообменника находится гильза для установки манометрического дистанционного термометра, связанного с исполнительным механизмом на трубе, подающей воду в теплообменник. В зависимости от времени года (начальной температуры воды) охлаждение продолжается 5...6 мин зимой и 15 мин летом. Вследствие противоточного движения в теплообменнике сусла и воды последнюю можно нагреть до температуры 43...48 " С. ДВУХСТУПЕНЧАТОЕ ОСАХАРИВАНИЕ, ' Это осахаривание отличается от предыдущего варианта тем, что процесс ведут последовательно в двух аппаратах с различным количеством солодового молока и при разных температурах. Осахариватель первой ступени имеет такое же устройство, как и при одноступенчатом осахаривании. Осахариватель второй ступени выполнен в виде длинной трубы диаметром 100...150 мм, отдельные отрезки которой на концах соединены «калачами». В верхней части осахаривателя расположены воздушный кран (для удаления воздуха) и трехходовой кран для отъема части сусла на приготовление засевных дрожжей. С помощью специального дозатора-делителя 30 % солодового молока поступает в осахариватель первой ступени, 70 % — в трубопровод перед насосом, перекачивающим сусло из осахаривате-ля первой ступени в осахариватель второй ступени. Температуру поддерживают в первом осахаривателе 60...61 °С, во втором 57...58 °С (температура снижается в связи с добавлением солодового молока). Продолжительность осахаривания соответственно 10 и 2...5 мин. В остальном двухступенчатое осахаривание идентично одноступенчатому. ОСАХАРИВАНИЕ С ОДНОСТУПЕНЧАТЫМ ВАКУУМ-ОХЛАЖДЕНИЕМ При этом способе разваренную массу до поступления в одноступенчатый осахариватель охлаждают до 62...63 °С в вакуум-испарительной камере, затем в осахаривателе смешивают с солодовым молоком, в результате чего температура снижается до 57...58 'С. В осахаривателе отсутствуют теплообменная поверхность и диффузор, пропеллерная мешалка расположена сбоку, а на крышке установлен фильтр для сообщения верхней части аппарата с атмосферой и предотвращения попадания в сусло микрофлоры. Из паросепаратора 1 (рис. 59) разваренная масса по трубе 2 поступает в испарительную камеру 3, в которой поддерживается разрежение 0, 08 МПа. Вследствие самоиспарения воды температура почти мгновенно понижается до соответствующей этому разрежению и равной 62 °С. Вакуум в камере создается в результате конденсации выделяющегося пара водой в конденсаторе 4. Смесь воды, конденсата и неконденсирующихся газов откачивается мокровоздушным насосом 5 типа РМК. Охлажденная масса по барометрической трубке 6 стекает в осахариватель 7. Одновременно по трубе 8 в трубу 2 засасывается 10... 15 % сусла из осахаривателя, вследствие чего снижается вязкость массы, облегчается отделение пара и уменьшается унос с ним крахмала. После добавления к разжиженной массе солодового молока из расходных бачков 9 с помощью дозатора 10 температура ее снижается до 57...58 °С и сохраняется на этом уровне все время. Продолжительность осахаривания — не менее 10 мин. Уровень массы в осахаривателе поддерживается автоматически посредством поплавкового регулятора, связанного рычагом с заслонкой на продуктовой трубе. Солодовое молоко дозируется в Рве. 59. Схема непрерывного осахаривания с одноступенчатым вакуум-охлаждением разваренной массы зависимости от скорости откачивания сусла насосом 11 ъ теплообменник 12. Для задержания песка перед насосом установлена ловушка 13. ОСАХАРИВАНИЕ С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ ВАКУУМ-ОХЛАЖДЕНИЕМ Сущность способа заключается в том, что не только разваренную массу перед осахариванием, но и сусло охлаждают до температуры брожения в результате создания вакуума в испарительных камерах первой и второй ступеней. Разрежение в испарительной камере второй ступени образуется пароэжекторным вакуум-насосом. При этом способе полностью исключаются громоздкие теплообменники и появляется возможность вторичного использования воды для охлаждения. ° Разваренная масса поступает из паросепаратора 1 (рис. 60) в испарительную камеру 3, в которой постоянно поддерживается разрежение 0, 08 МПа при помощи барометрического конденсатора 2 и суховоздушного вакуум-насоса 4. Барометрическая вода сливается в сборник 12, а охлажденная масса температурой 62...63 °С по барометрической трубе 9 направляется в осахариватель 13, снабженный мешалкой. Одновременно из расходных бачков 10 через дозатор 11 поступает солодовое молоко, и температура снижается до 57...58 °С. Продолжительность осахаривания не менее 10 мин. Рис. 60. Схема непрерывного осаха-ривания с двухступенчатым вакуум-охлаждением Из осахаривателя сусло перетекает через ловушку 14 во вторую испарительную камеру 8, в которой поддерживается разрежение 0, 098 МПа, создаваемое барометрическим конденсатором 7 и па-роэжекторным вакуум-насосом 6. При этом сусло охлаждается до 20 °С и стекает в сборник 75. Барометрическая вода собирается в сборник 18 и частично направляется насосом /7 на пароэжектор-ную установку, работающую с использованием пара, поступающего из коллектора 5. Конденсат с водой из пароэжекторной установки собирается в том же барометрическом сборнике. Охлажденное сусло из сборника 15 насосом 16 перекачивается в бродильное отделение. Сусло для приготовления дрожжей отбирают непосредственно из осахаривателя при температуре 57...58 °С. При температуре воды, охлаждающей конденсатор, около 1О...12°С барометрическая вода из сборника 18 может быть использована также для охлаждения конденсатора 2. ТРЕХСТУПЕНЧАТОЕ ВАКУУМ-ОХЛАЖДЕНИЕ СУСЛА С целью сокращения расхода воды на охлаждение сусла с 57...58 до 20 °С вакуум-испарительную камеру и соответственно конденсатор разделяют на три части (секции) и устанавливают четыре пароэжекторных вакуум-насоса. Установка (рис. 61) работает следующим образом. Сусло из осахаривателя 4 через песколовушку 5 центробежным насосом 3 подают в верхнюю секцию вакуум-испарительной камеры 9. Затем посредством боковых отводов с гидрозатворами оно стекает в среднюю и, наконец, в нижнюю секцию камеры, по барометрической трубе поступает в сборник 6, а из него йасосом 7 направляется в бродильное отделение. Разрежение в вакуум-испарительной камере создается в результате конденсации паров, вьвделяющихся при самоиспарении воды в трехсекционном конденсаторе 10. Из верхней и средней секций конденсатора неконденсирующиеся газы откачивают головными соответственно 12 и 77 пароэжекторными вакуум-насосами, неконденсирующиеся газы из нижней секции через концевой конденсатор 13 — паро-эжекторным насосом 75. Нормальное давление на выходе паро-эжекторного насоса 75 создается с помощью дополнительных конденсатора 14 и выхлопного пароэжекторного насоса 16. Барометрическая вода из конденсаторов 10, 13 и 14 стекает в барометрический сборник 7 и откачивается насосом 2 Расход сусла и воды поддерживается с помощью клапанов 8. Вода Рис. 61. Технологическая схема трехступенчатого вакуум-охлаждения При вакуумном охлаждении разваренной массы вследствие его быстроты предотвращается ретроградация амилозы, затруд- В канализацию Сусло няющая осахаривание. В результате вакуумного охлаждения как разваренной массы, так и сусла концентрация сусла повышается примерно на 1 % по сахарометру и содержание спирта в бражке на 0, 5 %, благодаря чему увеличивается съем спирта с единицы бродильной емкости на 5, 8 %. Кроме того, при этом охлаждении снижаются потери сбраживаемых углеводов в бражке в среднем на 0, 3 % и соответственно увеличивается выход спирта; уменьшается содержание метанола, фурфурола и других летучих примесей в сусле на 10...12 %, что облегчает ректификацию и улучшает качество спирта; снижается обсемененность сусла посторонними микроорганизмами; расход осахаривающих материалов уменьшается на 10... 15 %, расход воды и электроэнергии — на 30...35 %; улучшаются условия труда. ДВУХПОТОЧНОЕ ОСАХАРИВАНИЕ В. Л. Яровенко с сотрудниками предложено для непрерывно-проточного способа брожения проводить двухпоточное осахаривание. Сущность его заключается в том, что разваренную массу делят на два потока, в одном из них в осахаривателе гидролизу-ется 2/з всего количества солодового молока (применяют культуры плесневых грибов), в другом — '/з- Сусло из первого осахари-вателя направляют в первый головной бак бродильной батареи, из второго — во второй головной бак батареи. Непропорциональное распределение солодового молока между потоками сусла приводит к тому, что в первом головном баке при увеличенной дозе солодового молока в единицу времени накапливается большее количество моно- и дисахаридов и дрожжи размножаются и бродят интенсивнее, что положительно сказывается на процессе во всех баках бродильной батареи. При соединении первого и второго потоков сусла во втором головном баке батареи концентрация ферментов усредняется и становится равной той, которая получилась бы при добавлении всего количества солодового молока ко всему количеству разваренной массы. Средняя константа скорости брожения, рассчитанная по уравнению первого порядка, возросла с 0, 084 при однопоточном осахаривании до 0, 118 ч~1 при двухпоточном осахаривании, т. е. приблизительно на 40 %. Наряду со значительным сокращением продолжительности брожения в бражке уменьшилось содержание несброженных моно- и дисахаридов. ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ОСАХАРИВАНИЕ Устройство заторного аппарата мало чем отличается от устройства осахаривателя первой ступени (рис. 62). Аппарат имеет чашеобразную форму, снабжен змеевиковой поверхностью охлаждения и мешалкой. На крышке аппарата расположе- Рис. 62. Заторный аппарат ны привод мешалки, вытяжная труба, штуцер для подачи солодового молока и колпак, под который подведена выдувная труба разваренной массы. В нижней части имеются штуцер для выпуска сусла и канализационный штуцер. Разваренная масса, ударяясь о колпак, разбрызгивается и равномерно распределяется по поверхности. Это исключает местные перегревы и инактивацию амилазы. Мешалка — пропеллерная или эвольвентная (частота вращения 80... 100 об/мин), сообщающая массе кроме кругового и поступательное движение снизу вверх. Вода подается в нижнюю часть змеевиков и выводится сверху. Направление движения воды противоположно направлению движения мешалки. На 1 м3 полезного объема аппарата приходится около 3 м2 теплообмен-ной поверхности змеевиков. Летом, когда температура воды выше, к заторному аппарату подключают выносной холодильник типа «труба в трубе», через который сусло прокачивается центробежным насосом. Осахаривание ведут в следующем порядке. В заторный аппарат набирают 5 % общего количества солодового молока и столько холодной воды, чтобы покрылись лопасти мешалки. Затем при работающей мешалке быстро выдувают массу из разварни-ков. Когда температура выдуваемой массы достигнет 75...80 " С, лускают в змеевики воду, продолжая выдувание и охлаждение. По окончании выдувания массу охлаждают до 62...63 °С, добавляют остальное количество солодового молока или грибной культуры, перемешивают 5 мин и в течение 15...20 мин осахари-вают массу без перемешивания. Сусло охлаждают до 30 " С, пропуская через змеевики воду, при работающей мешалке. При этой температуре в сусло, которое первым подается в бродильный бак, вводят все дрожжи (6...8 % по заливаемому объему бродильного бака) и сусло с дрожжами охлаждают до температуры складки. С такой температурой сусло сливают в бродильный бак и в том случае, когда дрожжи не добавляют в заторный аппарат. Концентрация сусла, как и при непрерывном осахаривании, должна находиться в пределах 16... 18 % по сахарометру.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-15; Просмотров: 875; Нарушение авторского права страницы