Спиртовая промышленность

Основное сырье бродильных производств

Классификация сырья бродильных производств

Сырье, перерабатываемое бродильной промышленностью, в особенности спиртовой, разнообразно. До недавнего времени спирт производили только из пищевого сырья: картофеля, свеклы, зерна или отхода свеклосахарного производства — мелассы. В настоящее время значительное количество спирта получают из непищевого сырья (древесина и отходы сульфитно-целлюлозного производства).

Основное сырье пивоваренной промышленности — ячмень. В производстве некоторых сортов пива ячмень частично заменяют рисом и другими зерновыми злаками, а также сахаром. Кроме того для производства пива применяется хмель.

Преобладающее большинство дрожжевых заводов перерабатывают мелассу. Некоторые дрожжевые заводы производят дрожжи из зернового сырья.

По своему химическому составу все виды сырья бродильных производств подразделяются на основные группы (таблица 1). Сырьем для многих бродильных производств является вода.

Таблица 1 - Классификация сырья бродильных производств
Таблица 1 — Классификация сырья бродильных производств

Сахарная свекла

Сахарная свекла относится к группе корнеплодов семейства маревых. Сахарная свекла — растение двухлетнее. В течение первого года развития из семени вырастают корень и листья без цветов и семян. Во втором году из высаженных весной в землю корней вновь вырастают листья, образуются стебли, на которых развиваются цветы и затем созревают семена.

Для производства сахара и спирта применяют исключительно корни первого года развития свеклы. Корень свеклы делится на три части: верхнюю часть — головку, несущую на себе листья; собственно корень; хвостик, т.е. нижнюю часть корня. Корень свеклы состоит из большого количества микроскопически малых клеток различного вида, которые различают:

  1. клетки, образующие верхнюю кожицу свеклы (эпидермис) — непроницаемые для влаги, защищающие нежные внутренние клетки от внешних воздействий;
  2. клетки, образующие сосудистые пучки, по которым влага из почвы доставляется листьям, а сок из листьев направляется в корень;
  3. основная клеточная ткань — паренхима — составляет большую часть свекловичного корня. Эти клетки собирают и сохраняют питательные вещества, получаемые в избытке при росте растения как запас для развития растения в следующем году. Они содержат сахар в клеточном соке. Клетки паренхимы имеют наружную оболочку; внутри клетки расположены ядро, протоплазма и вакуоли. Последние представляют собой полости, в которых находится клеточный сок. В соке растворены сахароза и другие вещества.

Средний химический состав сахарной свеклы (%): вода — 75, сухие вещества — 25, в том числе сахароза — 17,5, инвертный сахар — 0,1, раффиноза — 0,01-0,03, целлюлоза — 1,2, гемицеллюлоза -1 ,1 , пектиновые вещества — 2,4, азотистые вещества — около 1.

Меласса

Меласса (кормовая или свеклосахарная патока) — отход свеклосахарного производства. Выход мелассы составляет 3-5 % от количества переработанной свеклы. Средний химический состав мелассы (%): вода — 18-25, сухие вещества — 75-82, в том числе сахароза — 45-50, инвертный сахар — около 1, раффиноза — около 1 -2, несбраживаемые вещества (несахара) — 35-40.

Натуральная меласса благодаря высокому содержанию сахарозы стойка при хранении и не бродит, микроорганизмы находятся в ней в недеятельном состоянии. Микрофлора мелассы состоит из диких дрожжей, дрожжеподобных грибков (торула) и бактерий: лейконостоков, диких молочнокислых и уксуснокислых бактерий и др.

Картофель

Картофель — распространенное сырье спиртового производства. На ряде спиртовых заводов картофель подвергают комбинированной переработке на спирт и крахмал.

Картофель относится к группе клубнеплодов. Клубни картофеля снаружи покрыты кожурой (эпидермисом). Кожура имеет небольшие углубления, внутри которых находятся почки (глазки). Под кожурой находится тонкий пробковый слой клеток, защищающих клубень от потерь влаги. Клубень состоит из отдельных клеток неправильной формы. Клетки, находящиеся непосредственно под пробковым слоем, состоят из белковых веществ и не содержат крахмала. По мере приближения к середине клубня содержание крахмала в клетках увеличивается. Крахмал в клетках находится в виде зерен, которые у различных культур имеют различную форму. Крахмальные зерна картофеля состоят из слоев, имеющих вид эксцентричных окружностей.

Химический состав картофеля непостоянен, он зависит от сорта, условий произрастания, характера удобрений и других причин. Средний химический состав картофеля (%): вода — 75; сухие вещества — 25, в том числе безазотистые экстрактивные вещества — 20,8; азотистые вещества — 2,0, клетчатка -1 , минеральные вещества -1,0, другие вещества — 0,2.

Основную часть безазотистых экстрактивных веществ составляет крахмал, содержание которого в картофеле главным образом зависит от его сорта. Раннеспелые столовые сорта содержат 12-15% крахмала, среднеспелые — 15-18%. Сахара в картофеле менее 1%. Крахмал и сахар являются исходными веществами при получении спирта.

Технические сорта картофеля, перерабатываемые спиртовыми заводами и характеризуемые высоким содержанием крахмала, делятся на три основные группы:

  1. ранние ракоустойчивые: Октябренок, Царниковский, Бородянский и др.;
  2. среднеспелые ракоустойчивые: Победа, Катюша, Придеснянский и др.;
  3. позднеспелые ракоустойчивые: Остботе, Минский, Икар, Воловецкий, Древлянка, Зарево и др.

Зерновые культуры

Зерновые культуры занимают значительный удельный вес среди сырья бродильных производств. В пивоваренной промышленности ячмень является основным сырьем. В спиртовой промышленности перерабатывают кукурузу, ячмень, овес, просо, рожь.

Различные зерновые культуры могут иметь различную форму, но состоят из одинаковых анатомических частей. Если зерно, например ячменя разрезать вдоль, то можно различить оболочку, мучнистое тело (эндосперм) и зародыш. Снаружи зерно покрыто прочной мякинной оболочкой, под которой находятся сросшиеся между собой плодовая и семенная оболочки. Непосредственно под оболочками находится слой крупных толстостенных клеток, которые содержат белковые вещества, жир и минеральные вещества. Этот слой называется алейроновым. Основная масса зерна приходится на мучнистое тело, состоящее из отдельных клеток, внутри которых находятся крахмальные зерна и некоторое количество белков. Содержание крахмала увеличивается по мере удаления от алейронового слоя. Эндосперм служит источником питательных веществ, необходимых зародышу при его развитии. Сбоку у нижнего конца зерна расположен зародыш, из которого развивается растение: корешки, стебли и листья.

Между эндоспермом и зародышем находится слой клеток, называемый щитком. В клетках щитка находятся витамины и здесь во время прорастания зерна в первую очередь проявляют свое действие ферменты. Щиток передает питательные вещества от эндосперма к зародышу. Из безазотистых экстрактивных веществ основную ценность в бродильных производствах представляют углеводы: крахмал, сахара, декстриноподобные вещества. Под действием ферментов солода и дрожжей эти вещества превращаются в спирт.

Хранение растительного сырья должно обеспечить его сохранность на период использования в производстве, не допускать его порчи и потерь ценных веществ. В зависимости от состава сырья и его морфологических особенностей применяют различные способы хранения: в буртах, кагатах, зернохранилищах и др. Корни свеклы, клубни картофеля, зерна злаков при хранении проявляют жизнедеятельность. Дыхание является основным биохимическим процессом. При дыхании происходит ферментативное разложение углеводов, содержащихся в сырье. Небольшое количество крахмала в зерне или картофеле превращается в глюкозу, а часть сахарозы в сахарной свекле — в инвертный сахар, смесь глюкозы и фруктозы. Учитывая эти процессы, и выбирают методы хранения и соответствующие параметры.

Таблица 2 - Химический состав зерновых культур
Таблица 2 — Химический состав зерновых культур

Хмель

Хмель применяют при производстве пива и браги для придания напиткам специфического аромата и горького вкуса, а также для повышения их стойкости при хранении. Хмель — это многолетнее вьющееся растение. В СНГ хмель культивируют в некоторых областях Украины, Российской Федерации и Казахстане.

В пивоварении используют женские соцветия хмеля — шишки. Шишки состоят из 40-60 прилистников и кроющих листков, которые расположены вокруг стебля. У созревшего хмеля стебель и внутренняя часть листьев покрыты блестящими мелкими зернышками желто-зеленого цвета, которые называются лупулином. Лупулин содержит в себе те ценные составные части, которые придают пиву аромат, горечь, повышают его стойкость при хранении, способствуют образованию стойкой пены.

Химический состав хмеля. К ценным для пивоварения составным частям хмеля относятся горькие, ароматические и дубильные вещества. В состав веществ входят а- и (3-горькие кислоты, а- и (3-мягкие смолы и у-твердые смолы. Содержание горьких веществ в хмеле колеблется от 10 до 20%. Горькие кислоты и мягкие смолы придают пиву специфическую приятную горечь и препятствуют развитию микроорганизмов. Твердые смолы имеют небольшую очень грубую и неприятную горечь. В воде твердые смолы нерастворимы. При длительном хранении хмеля горькие кислоты превращаются в мягкие смолы, а затем — в твердые смолы и, следовательно, качество хмеля ухудшается.

Аромат пиву придает хмелевое эфирное масло, которого в хмеле содержится 0,2-0,6%. При кипячении сусла с хмелем большая часть масла улетучивается, однако того незначительного количества, которое остается, достаточно, чтобы придать пиву характерный аромат.

Хмель содержит 2-6% дубильных веществ. При кипячении сусла с хмелем дубильные вещества вступают в реакцию с белковыми веществами и способствуют лучшему их осаждению. Остальные составные части хмеля: пектиновые вещества, жир, безазотистые экстрактивные вещества, целлюлоза, минеральные вещества и другие-являются общими для всех растений и не имеют высокого значения для производства пива.

Вода

Вода в бродильных производствах имеет большое значение. Она употребляется во многих технологических процессах: для приготовления солода, сусла, варки сырья, рассиропки мелассы. Вода является составной частью безалкогольных напитков и ликероводочных изделий. Вода применяется для мойки аппаратуры, бутылок и бочек и для охлаждения.

Производственная вода должна отвечать тем требованиям, которые предъявляются ГОСТом к питьевой воде. Она должна быть свободной от механических примесей, бесцветной, не иметь привкуса или запаха, не заражена микроорганизмами. Большое значение имеет химический состав воды, особенно в производстве пива и других напитков. Соли, растворенные в воде, влияют на вкус воды, а следовательно, и напитков и на ферментативные процессы при затирании.

При наличии воды, которая не соответствует требованиям ГОСТа к питьевой воде, ее умягчают известными способами.