На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Производство спирта

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 28.09.2012. Сдан: 2011. Страниц: 19. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


        МЕЛАССА
      Мелассой  называют последний маточный раствор  — оттек, получающийся при отделении  кристаллов сахарозы на центрифугах. В мелассе содержатся несахара сока сахарной свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и сахароза, которую выделять классическим методом кристаллизации уже экономически невыгодно. При выработке сахара из свеклы выход мелассы в расчете на безводную колеблется от 3,5 до 5 % от ее массы. С мелассой отходит от 10 до 15 % всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле.
      В соответствии с видом исходного  сырья для производства сахара различают  свекловичную и тростниковую мелассу. В нашей стране сахарный тростник не произрастает, но на сахарных заводах после свеклы на белый сахар перерабатывают импортный сахар-сырец. Получаемую при этом мелассу называют сырцовой.
      Меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно- коричневого цвета со специфическим  запахом карамели и мела- ноидинов; свекловичная меласса имеет еще и запах триметил- амина и других летучих аминов, образующихся при разложении бетаина.
      Для спиртового производства меласса —  наилучшее сырье. Ценность ее заключается  в том, что наряду с высоким  содержанием сахара в ней находятся все вещества, необходимые для нор- мальной жизнедеятельности дрожжей. При переработке мелассы упрощается технологическая схема, так как исключаются операции разваривания сырья и осахаривания крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов. В мелассном сусле отсутствуют декстрины и неосахаренный крахмал, поэтому оно быстрее сбраживается, при этом уменьшаются потери сбраживаемых углеводов и увеличивается выход спирта в пересчете на условный крахмал, снижается себестоимость спирта и возрастает производительность труда. Из мелассной барды можно получать большой ассортимент ценных для народного хозяйства продуктов.
      ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ СВЕКЛОВИЧНОЙ МЕЛАССЫ
      Свекловичная  меласса имеет сложный и непостоянный химический состав, зависящий от почвенно-климатических условий вегетации, вносимых удобрений, способов уборки, условий и продолжительности хранения сахарной свеклы, технологии сахароварения и других факторов.
      В свекловичной мелассе содержится в  среднем 80 % сухих веществ и 20 % воды, значительная часть которой находится  в связанном состоянии вследствие гидратации в растворе коллоидов, молекул сахарозы и ионов минеральных веществ.
      Общее содержание сухих веществ в свекловичной мелассе непосредственно после  центрифугирования утфеля (кристаллизованного сахарного раствора) составляет около 85 %. Концентрация реализуемой (товарной) мелассы несколько меньше, так как она разбавляется водой и конденсатом при промывании и про- паривании трубопроводов, по которым транспортируется в баки. Благодаря снижению концентрации не образуются кристаллы сахара при хранении, уменьшается вязкость, в результате чего облегчаются отгрузка мелассы, особенно в холодное время года, и зачистка баков. 

      Сухие вещества свекловичной мелассы, по данным П. М. Силина, слагаются из следующих компонентов (в среднем мае. %): сахарозы 60,0; безазотистых органических веществ 16,7; азотистых веществ 14,8 и минеральных веществ (золы) 8,5.
      В свеклосахарном производстве ведут  учет только сахарозы — основного  продукта, в соответствии с чем другие сахара относят к группе безазотистых органических веществ. В спиртовом производстве учитывают все сахара, полностью или частично сбраживаемые дрожжами на спирт, и сумму сахаров называют сбраживаемыми сахарами.
      Сахароза  не сбраживаемые сахара. Количество сахарозы в свекловичной мелассе колеблется от 48 до 62 % к ее массе и сильно зависит от состава несахаров свеклы. Обычно принято считать, что меласса должна быть раствором, насыщенным сахарозой, однако практически она представляет собой несколько перенасыщенный раствор, поскольку в производстве кристаллизация ограничена временем. Кроме того, на содержание сахарозы существенно влияют исходная плотность сиропа и конечная температура кристаллизации: чем выше плотность и ниже температура (в допустимых пределах), тем меньше в мелассе остается сахара.
      Инвертированный сахар — это смесь эквимолекулярных количеств глюкозы и фруктозы. В мелассе обычно несколько больше глюкозы, чем фруктозы, поэтому правильнее было бы эту смесь именовать «редуцирующие сахара». Так как обычно под инвертированным сахаром подразумевают одновременное присутствие только этих моносахаридов, в дальнейшем оба термина будем принимать за равнозначные.
      Количество  инвертированного сахара — 0,4... 1,5 % к  массе мелассы. При переработке  долголежалой и порченой свеклы, а также при хранении мелассы в неблагоприятных условиях содержание в ней инвертированного сахара может резко возрасти.
      Из  трисахаридов в мелассе присутствуют раффиноза (0,5...2,0 %), кестоза и неокестоза (0,5... 1,6 %), плантеоза (0,01 %). Раффиноза (мелитриоза, госсипоза) состоит из остатков молекул фруктозы, глюкозы и галактозы; кестоза и изокесто- за — из двух остатков молекул фруктозы и одного остатка молекулы глюкозы. Раффиноза переходит в мелассу из свеклы. Кестоза и неокестоза в свекле не содержатся, и появление их, как и других олигосахаридов в мелассе, по-видимому, объясняется деятельностью микроорганизмов в процессе сахарного производства. Тетрасахариды представлены стахиозой (0,02 %).
      Из  свеклы в мелассу переходит небольшое  количество пектиновых веществ и сопутствующие им арабана и галактана.
      На  спирт полностью сбраживаются сахароза, инвертированный сахар и манноза. Раффиноза под действием р-фруктофуранозидазы (сахаразы, инвертазы) дрожжей расщепляется на фруктозу и дисахарид — мелибиозу. Так как в спиртовых дрожжах рас Я и В нет а-галактозидазы (мелибиазы), то раффиноза сбраживается ими только на 34 %. Однако в новых гибридных расах дрожжей (Г-67, Г-73 и др.) этот фермент присутствует, поэтому раффиноза почти полностью сбраживается. Содержание других Сахаров обычно невелико, они или частично сбраживаются, или (как пентозы) не сбраживаются, и потому к сбраживаемым сахарам обычно относят сахарозу, инвертированный сахар и Уз раффинозы, при этом количество двух последних Сахаров пересчитывают на сахарозу.
      Безазотистые органические вещества. Как указывалось ранее, к безазотистым органическим веществам в сахарном производстве относят все сахара мелассы, за исключением сахарозы, продукты химической и термической деструкции Сахаров и органические кислоты.
      Инвертированный сахар, особенно фруктоза, в щелочных растворах сахарного производства при нагревании быстро разлагается. Вначале вследствие кето-енольной таутомерии происходят взаимные превращения глюкозы и фруктозы и образование новых моноз, например маннозы и псикозы. При разложении моносахаридов появляются нелетучие окрашенные кислоты — глюциновая, апоглюциновая, сахарумовая, меляссиновая и более высокомолекулярные гуминовые кислоты, немного молочной и летучих кислот — муравьиной и уксусной.
      Карамели  — собирательное название сложной  смеси продуктов, образующихся при термическом разложении сахарозы и моносахаридов. В состав карамелей входят ангидриды Сахаров, темноокрашенные и другие малоизученные соединения.
      Меланоидины — также собирательное название не менее сложной смеси продуктов, получающихся при химическом взаимодействии редуцирующих Сахаров с аминокислотами. Кроме нелетучих окрашенных соединений, содержащих небольшое количество азота, присутствуют алифатические альдегиды, метилглиоксаль, диацетил, ацетоин и др. Р. Тресселу удалось обнаружить в мелассе около 40 летучих соединений меланоиди- новой реакции, в основном производных пиразина и фурана — от 7-10—6 до 0,01 %.
      Окраска мелассы обусловлена красящими  веществами, образующимися при меланоидиновой реакции и щелочном разложении моноз. Они имеют частицы размером от 0,7 до 4,2 нм, лежащим на границе между молекулярной и коллоидной дисперсностью. Большая часть красящих веществ образует истинные водные растворы.
      Для всех красящих веществ характерна зависимость  интенсивности окраски от величины активной концентрации водородных ионов: с понижением рН она уменьшается, с повышением увеличивается, что, возможно, связано с изменением диссоциации хромофорных групп. Во многих красящих веществах присутствуют карбонильные и карбоксильные группы, благодаря чему они способны соответственно редуцировать окисленные соединения и проявлйть кислотные свойства. Некоторые функциональные группы могут обратимо окисляться, восстанавливаться и влиять на окислительно-восстановительный потенциал растворов.
      Цветность мелассы выражают в миллилитрах 0,1 н. раствора йода, который надо добавить к 94 мл дистиллированной воды, чтобы  получить такую же интенсивность  окраски, как у 2%-ного раствора мелассы. Цветность колеблется в широких  пределах — от 1,2 до 4,6, чаще 1,5...2 мл 0,1 н. раствора.
      В мелассе 4...6 % веществ находятся в  коллоидном состоянии со средним  радиусом частиц от 45 до 80 нм. Различают  необратимые и обратимые коллоиды. Первые после осаждения спиртом или спирто-эфирной смесью вновь не растворяются в воде, ок- рашены в интенсивный темно-коричневый цвет (обусловливают до 85 % цветности мелассы) и содержат около 9 % азота; вторые растворяются в воде, окрашены менее интенсивно, беднее азотом (около 4 %). Основная масса коллоидов — обратимые.
      Органическая  часть, составляющая 90...95 % массы коллоидов, мало изучена. В обратимых коллоидах выявлено присутствие приблизительно 25 % арабана и некоторого количества гексоза- нов. Значительная доля в составе коллоидов, особенно необратимых, по-видимому, приходится на высокомолекулярные окрашенные кислоты.
      Коллоиды, содержащие окрашенные продукты щелочного  разложения моносахаридов, имеют отрицательный  электрокинетический потенциал, поэтому коагулируют в кислой среде при следующих оптимальных условиях: рН 3,2, концентрация сухих веществ мелассы 20...30 %, температура 80 °С. Коллоиды с окрашенными продуктами меланоидиновой реакции заряжены положительно и коагулируют в щелочной среде при рН 8 и выше.
      Органические  кислоты свеклы, образующие с гид- роксвдом кальция нерастворимые соли (щавелевая, лимонная, оксилимонная и винная), в основном удаляются из диффузионного сока в процессе дефекации. В мелассу переходят главным образом кислоты, не осаждаемые известью, — глутаровая, малоновая, адипиновая, янтарная, трикарбаллиловая, аконитовая, гликолевая, молочная, глиоксиловая и яблочная. Из нелетучих жирных кислот обнаружены следы капроновой, каприловой, каприновой, лауриновой, миристиновой и пальмитиновой. Из летучих кислот присутствуют муравьиная (0,1....1,2 %), уксусная (0,6...1,3 %), пропионовая (0,02...0,3 %), н-масляная (до 0,6 %), н-валериановая (до 0,2 %) и следы около 20 кислот ароматического ряда. Уксусная кислота образуется в процессе дефекации при щелочном разложении пектиновых веществ и моносахаридов. Но большая часть уксусной кислоты, как и других летучих кислот и молочной кислоты, появляется в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Практически все летучие и нелетучие кислоты находятся в мелассе в виде солей калия и кальция.
      Азотистые вещества. Содержание этих веществ в мелассе составляет от 5 до 20 % от ее массы. Оно существенно зависит от количества внесенных под свеклу азотистых удобрений, выпавших осадков, температуры в период вегетации, а также продолжительности хранения свеклы: повышается с увеличением дозы удобрений и уменьшается с возрастанием количества осадков, понижением температуры и с увеличением продолжительности хранения свеклы.
      Аминокислоты (табл. 2) переходят в мелассу из свеклы только на 50...60 %. у-Аминомасляная кислота не содержится в свекле и образуется в процессе ее переработки из глутаминовой кислоты при декарбоксилировании. Глутаминовая кислота легко отщепляет воду, превращаясь в циклическую пирролидинкарбоновую кислоту, в виде которой она в основном (75 %) и находится в мелассе.
             2. Аминокислотный состав  свекловичной мелассы
      Аминокислота J       Содержание, % к массе мелассы       | Аминокислота       Содержание, % к массе мелассы
      Лейцин + иэолей-       0,6...2,9       Треонин + глицин       0,2...0,9
      цин                        
      Фенил аланин       Следы       Глутаминовая       0,6...1,8
                      кислота        
      Валин + метио-       0,4...1,3       Сернн       0,7...2,5
      нин + триптофан                
      у-Аминомасляная       0,7...1,8       Аспарагиновая       0,2...0,5
      кислота               кислота        
      Тирозин       0,8...0,9       Аргинин + гисти-       Следы—0,7
                      дин + лизин        
      Пролин       Следы       Цистин       Следы
      Аланин       0,5...2,3                
       
      Бетаин  свеклы практически полностью сосредоточивается  в мелассе. Амиды свеклы — аспарагин  и глутамин — под влиянием щелочи гидролизуются (омыляются) до аммиака и соответствующей аминокислоты.
      В небольших количествах в мелассе  присутствуют летучие амины, образующиеся при частичном распаде бетаина, и ме- ланоидины. Выделено 14 летучих аминов: диметил- и триме- тиламин, этиламин, диамин и др.
      Содержание  в мелассе азота, усваиваемого дрожжами, составляет от 12 до 20 % от всего азота, причем возрастает с увеличением его количества. Например, при общем содержании азота 1 % усваиваемый азот составляет 0,15 %, при 1,3 — 0,25, при 1,7 % — 0,35 %. Для нормальной жизнедеятельности дрожжей достаточно 0,25 % усваиваемого азота.
      Витамины. В мелассе содержатся следующие витамины (средние данные в мг на 100 г): биотин 0,01, тиамин 0,3, рибофлавин 0,04, пиридоксин 0,54, никотиновая кислота 5,1, пантотеновая кислота 8,0, фолиевая кислота 0,02, инозит 700.
      Минеральные вещества. Среднее количество минеральных веществ 8,5 % соответствует так называемой чистой золе, т. е. сумме окислов карбонатной золы, которая образуется при обычном озолении, больше — около 14 %. Для ускорения сжигания добавляют концентрированную серную кислоту, получая сульфатную золу; ее еще несколько больше (карбонатная зола = сульфатная зола • 0,9).
      В чистой золе отечественной мелассы  содержится около 40 % К2О, от 1,5 до 4,5 % MgO и 7,3...13,8 % СаО к массе.
      Около 97 % находящегося в свекле фосфора  теряется в процессе производства сахара (осаждается в основном при дефекации). В чистой золе мелассы, получаемой при переработке здоровой свеклы с нормальной натуральной щелочностью, содержится 0,3...0,6 % Рг05, или 0,03...0,06 % к массе мелассы. В случае снижения натуральной щелочности свеклы до 0,01 % СаО и меньше на многих сахарных заводах с целью более полной очистки соков от растворимых кальциевых солей, коллоидных веществ и предотвращения инверсии сахарозы сок II сатурации подщелачивают тринатрийфосфатом до рН 8,3...8,5. При этом содержание фосфора в мелассе резко возрастает — до 1,2...2,0 % Р2О5 к массе золы, или до 0,12...0,20 % к массе мелассы.
      Содержание  сульфитов изменяется от 0,05 до 0,2 % в  расчете на сернистый ангидрид и  на массу мелассы. Оно возрастает с усилением сульфитации сиропа или сока II сатурации для снижения цветности и вязкости сахарных растворов.
      Кроме макроэлеметов в свекловичной мелассе присутствуют микроэлементы (табл. 3). Такие элементы, как алюминий, железо, кремний и стронций, могут содержаться в макро- и в микроколичествах.
      3. Содержание минеральных веществ в свекловичной меласс
      Нормальная  меласса имеет слабощелочную  или близкую к нейтральной реакцию (рН 8,9...7,2) и щелочность 2...0,5 моль/дм H2SO4 в 1 см3.
      Слабокислая реакция товарной мелассы может  быть следствием развития кислотообразующих бактерий. Для маскировки кислотности на некоторых сахарных заводах в мелассу добавляют известь, вследствие чего еще более усиливается развитие бактерий и ухудшается качество мелассы.
      Наличие в мелассе сильных оснований  и слабых кислот придает ей буферные свойства. Буферная емкость характеризуется количеством 1 н. раствора серной кислоты в миллилитрах, необходимым для снижения рН до 4,5 в 100 г мелассы при разведении водой 1:1, и изменяется от 14 до 45.
      Посторонние примеси. К посторонним примесям относятся загрязнения нефтепродуктами из-за недостаточно хорошо проведенной подготовки цистерн для перевозки мелассы по железной дороге и пеногасителями, применяемыми в сахарном производстве при диффузии и при упаривании соков.
      В мелассу, по-видимому, переходит также  некоторая часть пестицидов, используемых для борьбы с насекомыми-вредителями и микробами — возбудителями болезней во время культивирования свеклы, химикатов, добавляемых при хранении свеклы с целью предупреждения прорастания и загнивания.
      Количество  посторонних примесей иногда может  быть значительным, например пеногасителей 1...2 % к массе мелассы.
      ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ ТРОСТНИКОВОЙ МЕЛАССЫ
      Состав  и свойства тростниковой мелассы  сильно отличаются от таковых свекловичной: в ней меньше сахарозы при очень  большом содержании инвертированного сахара, мало азота, нет раффинозы, выше цветность, понижена буферность, реакция, как правило, слабокислая (рН 4,5...6,0 при разбавлении 1:1), запах кисловатый, напоминающий фруктовый. Большое количество инвертированного сахара, в мелассе объясняется значительным содержанием его в исходном сырье. Средний состав тростниковой мелассы (при содержании сухих веществ 80 %). В тростниковой мелассе сахаром считают все сахара, в том числе и несбраживаемые, в расчете на инвертированный сахар. Из безазотистых органических несахаров много аконитовой кислоты — 3...7 % к массе сухих веществ мелассы; летучих кислот — 0,6...0,9 %. Буферная емкость около 4 мл 1 н. серной кислоты на 100 г мелассы.
      Содержание  общего азота колеблется от 0,5 до 2,2 %, аминного (без гидролиза) — 0,2...0,5 %. В составе аминокислот преобладает аспарагиновая; бетаин отсутствует; коллоидов от 0,2 до 1,0 %.
      В среднем в тростниковой мелассе  следующее количество витаминов (мг на 100 г): тиамина 0,5, рибофлавина 0,12, пиридоксина 0,9, никотинамида 1,5, пантотеновой кислоты 7, фолиевой кислоты 0,02, биотина 0,15, инозита 500.
      ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ СЫРЦОВОЙ МЕЛАССЫ
      В сырцовой мелассе, по данным ВНИИХПа, содержится (%): сухих веществ от 80 до 88, сахарозы (по прямой поляризации) от 41 до 48, инвертированного сахара 1...4, раффинозы около 2, сбраживаемых Сахаров от 40 до 49, общего азота от 0,15 до 0,40, золы 8... 13 (в том числе КгО 2,5...3, СаО 1,5...3), диоксида серы до 0,01. Количество витаминов (мг на 100 г): биотина 0,09...0,25, тиамина 0,04...0,19, пиридоксина 0,7...1,7, никотинамида 1,4...2,8, пантотеновой кислоты 1,5...12, инозита 56...290, коллоидов 0,6...1,8 %. Сырцовая меласса имеет рН 5,6...7,5 и цветность от 0,6 до 6 мл (чаще 1,5...2 мл) 0,1 н. раствора йода. 

      ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕЛАССЫ
      Несмотря  на то что меласса — побочный продукт производства, состав ее до сих пор не регламентирован. Это объясняется главным образом тем, что он зависит от многих рассмотренных выше факторов. К тому же на различных производствах, где используют мелассу, к ней предъявляются неодинаковые, часто противоположные требования. Не вдаваясь в причины, отметим, что для производства хлебопекарных дрожжей и спирта желательна возможно большая буферная емкость мелассы, для производства же, например, лимонной кислоты, наоборот, небольшая; если для первых двух производств высокое содержание фосфора в мелассе полезно, то для третьего — вредно и т. д.
      Однако  существует ряд технологических  требований к мелассе, общих для всех бродильных производств: содержание сухих веществ не менее 75 %, общего азота не менее 1,3, инвертированного сахара не более 0,5, диоксида серы не более 0,05, пено- гасителей не более 0,5; рН — не ниже 6,8; цветность не более 2 мл 0,1 н. раствора йода.
      Кроме того, обсемененность микроорганизмами должна быть минимальной, во всяком случае, не более 10 тыс. клеток в 1 г мелассы. В спиртовом производстве степень  инфицированности мелассы определяют и косвенно — по нарастанию кислотности  при «самозакисании» пробы (через 20...24 ч при 30 "С кислотность не должна возрастать более чем на 0,3°).
      Меласса, не удовлетворяющая перечисленным  требованиям, считается дефектной. Уменьшение содержания сухих веществ  может вызвать развитие микрофлоры и большие потери сахара во время  хранения мелассы. При недостатке азота, чрезмерно большом количестве диоксида серы и пеногасителей нарушается нормальная жизнедеятельность дрожжей: они медленно размножаются и сбраживают сахар; снижается выход спирта и ухудшается его качество.
      Такие показатели, как высокое содержание инвертированного сахара, сильная цветность  и рН менее 6,8, сами по себе не играют отрицательной роли в производстве, ибо инвертированный сахар сбраживается дрожжами, а мелассу и при этом значении рН приходится подкислять. Цветность мелассы имеет значение лишь при выделении спиртовых дрожжей из бражки и использовании их в качестве хлебопекарных (темный цвет дрожжей). Однако именно эти три показателя служат наиболее надежным критерием пригодности мелассы. Отклонение их от нормы свидетельствует о том, что в сахарном производстве перерабатывалась долголежащая или гнилая свекла; в мелассе содержится много диоксида серы, летучих кислот и кальциевых солей, пеногасителей, мало азота. Обычно это характерно для мелассы последних месяцев сезона сахароварения.
      В связи с механизацией уборки и  складирования сахарной свеклы, сопровождающимися  значительными физическими повреждениями корней, увеличением количества оставшейся зеленой массы и земли, ухудшающими сохраняемость, технологическое качество свеклы понизилось, а следовательно, ухудшилось и технологическое качество мелассы. Поэтому наряду с конструктивными изменениями средств механизации необходимо совершенствовать методы подготовки мелассы такого состава к сбраживанию.
      Тростниковая  меласса нормального качества хуже сбраживается, чем даже дефектная свекловичная; ее перерабатывают совместно со свекловичной мелассой, добавляя в небольших количествах.
      Плохо сбраживается на спирт и дискардная меласса, которая получается в сахарном производстве при обессахаривании обычной мелассы методом осаждения сахарозы в виде нерастворимого трехкальциевого сахарата (сахарозата). Последний возвращают на дефекосатурацию диффузионного сока, заменяя известь, при этом он разрушается с освобождением сахарозы. Вместе с сахарозатом осаждается и трираффинозат; таким образом раффиноза, а с ней и другие несахара постепенно накапливаются в мелассе. При 3...4%-ном содержании раффинозы обессахаривание становится невыгодным, и мелассу выводят из производства (дискардная меласса), а оставшийся после осаждения сахарата «щелок» перерабатывают на другие продукты или сбрасывают. 
 
 
 

      ВОДА
      На  спиртовых заводах вода расходуется  на разные цели, главнейшие из которых технологические, а также на питание паровых котлов. В технологических процессах вода необходима для разваривания зерна, приготовления мелассных растворов, замачивания зерна при солодоращении и поливке солода, приготовления солодового молока, а также для охлаждения продуктов и полупродуктов. Во всех этих случаях химический состав воды существенно влияет на ход технологических процессов.
      К воде для технологических целей  предъявляют те же требования, что и к питьевой воде. Жесткость ее не должна превышать 7 мгэкв/л. Природную воду, не удовлетворяющую этим требованиям, подвергают исправлению: фильтрации через кварцевый песок, иногда с коагуляцией коллоидных примесей, обеззараживанию хлором, а в необходимых случаях и умягчению содово-известковым или ионитовым способом.
      Особенно  нежелательна для производства вода с большой жесткостью. Для проведения всех технологических процессов  требуется слабокислая реакция  среды (рН 4,5.„5,5). Так, крах- малсодержащее сырье разваривается тем быстрее и полнее, чем ниже рН. При рН 4,5...5,5 крахмал скорее осахаривается амило- литическими ферментами; рН 5...5,5 наиболее благоприятен для спиртового брожения. Нейтральная и слабощелочная реакции среды способствуют развитию кислотообразующих бактерий. В щелочной среде при брожении может образовываться глицерин.
      Хотя  в зерне и картофеле имеется  значительное количество буферных веществ  и при их разваривании кислотность повышается, все же избыток гидрокарбонатов кальция и магния вреден, так как смещает рН разваренной массы в сторону повышения, вплоть до нейтральной реакции. Кроме того, гидрокарбонаты кальция, вступая в реакцию обменного разложения с фосфатами сырья, переводят их в нерастворимые соединения, не доступные для дрожжей.
      При чрезмерно высокой временной  жесткости воды, употребляемой для замачивания солодового зерна, задерживается его прорастание, а также снижается амилолитическая активность солодового молока. При большой карбонатной жесткости воды увеличивается расход серной кислоты для подкисления мелассы.
      В воде с кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной и азотной  кислот повышается кислотность разваренной  массы, и с этой точки зрения такие  соли полезны. Они способствуют также  стабилизации амилазы в процессе осахаривания. В связи с этим при разваривании зерна очень жесткую'воду приходится подкислять серной кислотой или фильтратом барды, а воду, идущую на замачивание зерна и приготовление солодового молока, подкислять серной кислотой уже при жесткости 8 мг экв/л.
      ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
      ИСТОЧНИКИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО  ПИТАНИЯ ДЛЯ ДРОЖЖЕЙ
      Содержащегося в мелассе фосфора, а нередко  и азота недостаточно для нормальной жизнедеятельности дрожжей, поэтому в нее добавляют в качестве первого источника ортофосфорную кислоту, в качестве второго источника — сульфат аммония, карбамид (мочевину) или диаммонийфосфат, содержащий оба элемента.
      ОРТОФОСФОРНАЯ КИСЛОТА
      Употребляют техническую (термическую) ортофосфорную  кислоту. Она представляет собой  бесцветную жидкость плотностью 1,565, содержащую не менее 70,0 % Н3РО4 (50,7 % в пересчете на Р2О5) и не более 0,0003 % мышьяка. Ортофосфорную кислоту транспортируют в стальных железнодорожных цистернах, защищенных антикоррозийным покрытием, или в стеклянных бутылях вместимостью 20...30 л, вставленных в деревянные клети и обложенных стружкой или соломой. Хранят кислоту в холодных помещениях, учитывают и дозируют в пересчете на 70%-ную концентрацию.
      СУЛЬФАТ АММОНИЯ
      Используют  сульфат аммония (NH4)2S04 технический, аккумуляторный и очищенный. По внешнему виду — это белая или слабо-желтая соль, содержащая не менее 21 % NH3, до 1,5 % влаги, 0,05...0,2 % свободной серной кислоты, не более 0,00005 % мышьяка, ограниченное количество сульфидов и сульфитов. При 50 'С в 100 г воды растворяется 84,3 г сульфата аммония. Транспортируют его в битумированных крафт-мешках и полиэтиленовых мешках, иногда насыпью, хранят в закрытом сухом складе в бункерах. Учитывают и дозируют сульфат аммония по содержанию азота.
      КАРБАМИД
      Карбамид  CO(NH2)2 — амин карбаминовой кислоты, выпускается кристаллическим или гранулированным с содержанием азота не менее 46 %. Растворимость при 50 'С — 67,23 мае. %. Упаковывают карбамид в крафт-мешки массой нетто 35...50 кг, хранят в сухом месте.
      ДИАММОНИЙФОСФАТ
      Диаммонийфосфат (NH4)2HPC>4 — технический для пищевой промышленности, представляет собой белую соль, содержащую не менее 50 % Р2О5 и 22,5 % NH3. Растворимость при 5089,2 г на 100 г воды. Упаковывают диаммонийфосфат в битуми- рованные крафт-мешки массой нетто 50 кг, хранят в сухом складе. Диаммонийфосфат дозируют по условной 70 %-ной Н3РО4 и по содержанию азота. 
 

      КИСЛОТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ  ПОДКИСЛЕНИЯ СУСЛА
      Для подкисления дрожжевого сусла в  производстве спирта из крахмалсодержащего сырья применяют серную кислоту, для подкисления мелассного сусла — серную или соляную кислоту.
      СЕРНАЯ  КИСЛОТА
      Серная  кислота аккумуляторная и техническая  контактная улучшенная содержит 92...94 % моногидрата (H2SO4}, не более 0,0001 % мышьяка и столько же оксидов азота. Кислота поступает на спиртовые заводы в стальных железнодорожных цистернах грузоподъемностью до 50 т и хранится также в стальных резервуарах. Учитывают и дозируют ее по содержанию моногидрата.
      СОЛЯНАЯ КИСЛОТА
      Соляная кислота техническая синтетическая  и техническая содержит не менее 35 и 27,5 % НС1 и не более 0,0002 и 0,01 % мышьяка соответственно. Перевозят кислоту в железнодорожных стальных гуммированных цистернах и стеклянных бутылях вместимостью 40 л, вставленных в деревянные клети, хранят в цистернах, футерованных диабазовой плиткой или плиткой ATM на диабазовой замазке. Учитывают и дозируют соляную кислоту в пересчете на кислоту со 100%-ным содержанием НС1.
      ХРАНЕНИЕ  МЕЛАССЫ
      Мелассу хранят в наземных цилиндрических вертикальных резервуарах (баках), выполненных из стали, с соотношением высоты к диаметру 1:1, снабженных конусообразной крышей, надежно защищающей от попадания атмосферных осадков и талых вод. Вместимость резервуаров 500...2000 т и больше. Общий запас мелассы должен быть не менее чем на 5 мес работы завода.
      Каждый  резервуар имеет: наружную стационарную лестницу; пробные краны диаметром 25 мм, установленные по высоте на расстоянии 1 м один от другого вблизи от наружной лестницы; поплавковый уровнемер, связанный  со шкалой на внешней стороне стенки резервуара для контроля за его наполнением; наполняющую трубу, верхний конец которой внутри резервуара загнут к стенке (во избежание образования пены), с подводкой воды и пара для промывки и пропарки; в нижней части расходный штуцер с задвижкой, к которому присоединена труба для перекачки мелассы в производство, и змеевик для подогрева мелассы зимой ретурным паром до температуры не выше 40 °С. На каждом резервуаре масляной краской пишут его номер, вместимость в кубических метрах, количество мелассы в тоннах.
      Так как качество мелассы во второй половине сезона сахароварения ухудшается, то мелассу поздней выработки хранят в отдельных резервуарах. Они соединены между собой коммуникациями, по которым мелассу подают в производство из разных резервуаров или одновременно из всех, а также перекачивают ее из одного резервуара в другой или в тот же самый (с целью усреднения состава).
      После каждого опорожнения резервуары, вспомогательные емкости, трубопроводы, арматуру и насосы чистят, промывают  и стерилизуют. При этом внутреннюю поверхность резервуара сначала очищают скребками от присохшей мелассы и ржавчины, тщательно промывают водой из брандспойта, обрабатывают хлорной известью и вновь моют. Трубопроводы для мелассы промывают, прокачивая через них горячую воду, а затем пропаривают. Содержащие сахар смывки, полученные при зачистке резервуаров, немедленно направляют в переработку.
      На  длительное хранение закладывают мелассу, содержащую не менее 75 % сухих веществ, имеющую щелочную или близкую  к нейтральной реакцию (рН не ниже 6,8) и выдерживающую пробу на «самозакисание».
      В мелассе могут находиться различные  микроорганизмы, в основном это бактерии и дрожжи: плесневые грибы встречаются  сравнительно редко. Споровые бактерии Вас. subtilis, Вас. mesen- tericus, Вас. mycoides и Вас. megatherium вредны главным образом из-за способности восстанавливать нитраты в нитриты, чрезвычайно ядовитые для дрожжей. Кислото- и газообразующие неспороносные бактерии представлены преимущественно гетеро-ферментативными молочнокислыми бактериями. В мелассе чаще встречается слизеобразующий Leuconostoc mesenteroides. Из дрожжей содержатся Candida tropicalis, С. gillermondii, Torula nigra и др. Все они потребляют сахар, азотистые и минеральные вещества.
      При хранении в течение 6 мес нормально обсемененной микроорганизмами мелассы с 76 % сухих веществ потери сахара достигают в среднем 0,5 % от массы его в мелассе за 1 мес. Среднемесячные потери сахара при трехмесячном хранении мелассы с содержанием 68 % сухих веществ и сильном обсеменении спороносными бактериями и дрожжами (до 50 ООО клеток на 1 г) могут возрасти до 2,8 %.
      Отмечены  случаи, когда при хранении больших  количеств мелассы она неожиданно начинала пениться, разогреваться и  выливаться из резервуара, выделяя  едкие газы и при остывании  превращаясь в нерастворимую  губчатую массу. При скоплении газов  внутри резервуара происходил взрыв. Причина  данного явления недостаточно выяснена, вероятнее всего это вызывается меланоидиновой реакцией. Эта реакция экзотермична, а так как отвод теплоты из большой массы затруднителен, то температура постепенно повышается, увеличивается скорость реакции, происходит подкисление мелассы, что вызывает инверсию сахарозы и накопление моносахаридов — одного из необходимых компонентов. В мелассе содержится значительное количество аминокислот, кроме того, некоторые промежуточные продукты реакции сохраняют свободные аминогруппы. Таким образом, между скоростью реакции и образующимися продуктами имеется положительная обратная связь, т. е. реакция носит автокаталитический характер. 

      Развитию  этой реакции способствуют также  загрузка мелассы, подогретой до 50...60 °С, в неочищенные резервуары, высокое содержание сухих веществ (83...85 %) и продолжительное хранение. 

      ПОДГОТОВКА  МЕЛАССЫ
      При переработке на спирт мелассы  подготовка ее сводится к гомогенизации (усреднению состава), подкислению, асептированию, добавлению питательных веществ для дрожжей и разбавлению водой. Мелассу, сильно инфицированную микроорганизма ми, подвергают тепловой стерилизации, а при выпуске спиртовых дрожжей как хлебопекарных еще и очищают от взвешенных примесей.
      В зависимости от способа переработки  мелассы — одно- или двухпоточный — готовят мелассное сусло одной или двух концентраций сухих веществ: 22 % или 12 и 32 % соответственно. Сусло концентрацией 12 % называют дрожжевым, и служит оно для выращивания посевной культуры дрожжей, сусло концентрацией 32 % — основное. Однопоточный способ применяют на заводах, вырабатывающих спирт и хлебопекарные дрожжи.
      По  однопоточному способу сбраживания  мелассу перед взвешиванием гомогенизируют путем перекачки насосом из нижней части гомогенизатора (цилиндрического резервуара) в различные места по его высоте. Дефектная меласса сначала стерилизуется паром в контактной головке, затем охлаждается в пластинчатом теплообменнике и направляется в тот же гомогенизатор, где смешивается с нормальной мелассой. После взвешивания меласса подкисляется, асептируется и обогащается питательными веществами для дрожжей в специальном смесителе, разбавляется водой до концентрации сухих веществ 35...40 %, очищается от взвешенных примесей на кларификаторе и, наконец, окончательно разбавляется до концентрации 22 %.
      По  двухпоточному способу сбраживания гомогенизированная меласса, предназначенная для приготовления дрожжевого сусла, взвешивается, как и по однопоточному способу, подкисляется, асептируется, обогащается питательными веществами и разбавляется водой до концентрации сухих веществ 12 %. При этом количество кислоты и питательных солей, рассчитанное на всю мелассу, вносят в дрожжевое сусло. Мелассу, предназначенную для приготовления основного сусла, после взвешивания только асептируют и затем разбавляют до концентрации 32 %.
      Количество  мелассы, расходуемое в сутки, рассчитывают, исходя из суточной производительности завода, нормированного выхода спирта из 1 т условного крахмала и содержания сбраживаемых сахаров в мелассе. 

      ПОДКИСЛЕНИЕ И АСЕПТИРОВАНИЕ  МЕЛАССЫ
      Мелассное сусло необходимо сбраживать в условиях, исключающих развитие посторонних микроорганизмов, продукты обмена которых отрицательно влияют на жизнедеятельность дрожжей. В спиртовом производстве большинство микроорганизмов погибает вследствие высоких концентрации сухих веществ мелассного сусла, рН среды и содержания накапливающегося в бражке этилового спирта. Для спиртового брожения наиболее опасны разнообразные кислотообразующие бактерии, обладающие высокой кислото- и спиртоустойчивостью, для прессованных дрожжей — кислотообразующие бактерии с высокой протео- литической активностью.
      Сбраживание мелассного сусла дрожжами протекает нормально при рН около 5. Для подавления развития посторонней микрофлоры активную концентрацию водородных ионов в сусле необходимо было бы довести до рН 2,8...3,0, но при этом угнетались бы размножение и бродильная энергия дрожжей. Поэтому при однопоточном способе сбраживания рН сусла поддерживают около 5, чему соответствует общая кислотность1 0,4...0,6" (в зависимости от буферной емкости мелассы); при двухпоточном кислотность дрожжевого сусла находится в пределах 1,1... 1,3° и после смешивания с основным суслом составляет 0,6...0,7'. При обоих способах для подавления посторонней микрофлоры добавляют антимикробные вещества.
      Неразбавленную  мелассу эффективнее подкислять и асепти- ровать, так как создаются более высокие кислотность среды (1,6...2,4° при однопоточном и 3,5...4,5* при двухпоточном способах) и концентрация антисептика. Для подкисления используют серную или соляную кислоту. Расход соляной кислоты меньше, чем серной (140 кг против 198,1 кг в пересчете на 100%-ную
      концентрацию  и на 1000 дал спирта), однако при  этом оборудование должно быть выполнено из кислотостойкой стали. Приведенный расход кислот нормативный, фактический зависит от исходной щелочности и буферное™ мелассы, а также от принятой кислотности сусла.
      Во  избежание разрушения Сахаров мелассы  серную кислоту предварительно разбавляют четырех-пятикратным количеством воды.
      Принято считать, что при подкислении  мелассы серной кислотой образуется гипс, который вызывает затруднения в процессах сепарирования дрожжей и упаривания мелассной барды. Вследствие этого предпочтение отдают соляной кислоте. В то же время известно, что сульфат-ион менее токсичен в отношении дрожжей, чем хлорид-ион. Исследования, проведенные в Киевском технологическом институте пищевой промышленности, показали, что при подкислении мелассы серной кислотой до рН 5 гипс не образуется, более полно сбраживаются сахара мелассного сусла, выход спирта выше, чем при использовании соляной кислоты. Это было также подтверждено сотрудниками Паневежско- го опытного спирткомбината. Ими установлено, что при упаривании нейтрализованной до рН 6 «сернокислой» барды значительно уменьшается коррозия оборудования, предотвращается образование накипи в выпарных аппаратах, улучшается качество конденсата, сточных вод и упаренной барды.
      Антимикробные препараты для асептирования мелассы должны обладать высоким бактерицидным действием, не влиять отрицательно на жизнедеятельность дрожжей и качество спирта, не быть токсичными для животных. Нормативный расход антимикробных препаратов (кг на 1000 дал спирта для каждого в отдельности): хлорной извести 11,0, 40%-ного формалина 5,0, сульфонола 2,13. При получении хлебопекарных дрожжей выделением их из мелассно-спиртовой бражки норма расхода хлорной извести может быть увеличена до 20...25 кг. Хлорную известь применяют в виде декантированного водного раствора.
             
      Мелассу смешивают с кислотой, антисептиком и питательными веществами в смесителе (рис. 19), представляющем собой цилиндрический сосуд 1, внутри которого расположен вал 4 с укрепленными на нем стержнями 2. Такие же, но неподвижные стержни 3 имеются и на внутренней поверхности корпуса смесителя. Благодаря чередованию подвижных и неподвижных стержней обеспечивается завихрение, способствующее лучшему перемешиванию мелассы со вспомогательными материалами. Частота вращения вала 70...80 об/мин. Объем смесителя рассчитан на обработку в нем мелассы в течение 15...20 с. Вспомогательные материалы поступают в смеситель через патрубок J, асептированная меласса выводится через патрубок 6 в два-три сборника, общая вместимостью которых рассчитана на суточный запас.
      СТЕРИЛИЗАЦИЯ  МЕЛАССЫ
      Споровые  микроорганизмы более терморезистентны, чем вегетативные формы. Молодые растущие клетки погибают быстрее старых.
      Так как при повышении летальной  температуры резко снижается продолжительность ее воздействия на микроорганизмы, то наиболее эффективна кратковременная стерилизация при температуре до 140 "С. Чтобы затормозить скорость инверсии сахарозы и разложения инвертного сахара, рН мелассного раствора поддерживают не ниже 6. Для достижения большего эффекта отмирания микроорганизмов концентрацию мелассы снижают до 60...45 %.
      Тепловую  обработку мелассы по методу Alvo-therm на установке фирмы «Alfa-Laval» проводят следующим образом.
      Меласса из сборника 1 (рис. 20) и вода из сборника 2 смешиваются в насосе 3 до концентрации сухих веществ 45...50 %, и смесь подается в сборник 4, а из него — насосом 5 в кларификатор 6. Благодаря избыточному давлению на выходе из кларификатора осветленный раствор поступает в сборник 7, из которого насосом 8 передается в теплообменник 9. В нем раствор мелассы нагревается в две стадии: в первой — экстрапаром из испарительной камеры 11, во второй — острым паром и при температуре 85...90 "С насосом 12 перекачивается в стерилизатор 10, где нагревается острым паром до температуры стерилизации 140 "С. После выдержки в течение около 4 с раствор поступает в испарительную камеру 11, где создано слабое разрежение. Здесь происходит мгновенное охлаждение раствора до 85 "С, сопровождающееся выделением вторичного пара, который направляют в теплообменник 9. Насосом 13 раствор подают в пластинчатый
             
      Pic. 20. Аппаратурно-техиологнческая схема разбавления, «тарификации н стерилизации мелассы по методу Alva-therm
 
      теплообменник 14 для охлаждения водой. Отработавшую воду используют для разбавления мелассы.
      Киевским  технологическим институтом пищевой  промышленности рекомендовано проводить стерилизацию инфицированной мелассы при концентрации сухих веществ 50 % и температуре 120... 130 °С в течение 1 мин на установке, состоящей из паровой контактной головки (стерилизатора), выдерживателя, испарительной камеры, конденсатора и вакуум-насоса. Высокая эффективность такого способа стерилизации мелассы установлена сотрудниками ВНИИ пищевой биотехнологии. 

      ОБОГАЩЕНИЕ  МЕЛАССЫ ПИТАТЕЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ДЛЯ ДРОЖЖЕЙ
      Для лучшего питания дрожжей при  брожении к мелассе в специальном  смесителе добавляют ортофосфорную  кислоту, сульфат аммония или  мочевину, реже диаммонийфосфат. В качестве антисептика добавляют разбавленную серную или соляную кислоту, а также другие вещества, обеспечивающие чистоту брожения.
      Норма расхода 70%-ной ортофосфорной кислоты  на производство спирта составляет 13 кг на 1000 дал.
      При дефиците в мелассе усваиваемого дрожжами азота в качестве его источника используют сульфат аммония или мочевину. Диаммонийфосфат, содержащий азот и фосфор, используют сравнительно редко. В мочевине азота содержится в 2,2 раза больше, чем в сульфате аммония, соответственно меньше и ее расход. При усвоении дрожжами азота мочевины не освобождается кислотный остаток, в результате чего рН сбраживаемого сусла не снижается. Кроме того, при замене сульфата аммония мочевиной исключается отложение осадка гипса на поверхности нагрева при упаривании барды.
      Нормальный  расход сульфата аммония 20 кг, мочевины 8 кг на 1000 дал спирта. Применяют их в виде декантированных растворов  с пяти-шестикратным количеством воды.
      Питательные вещества и кислоту смешивают  с мелассой в смесителе, аналогичном  изображенному на рис. 19.
      Сотрудниками  б. Воронежского объединения спиртовой  промышленности предложена установка для непрерывного подкисления, асептирования мелассы и обогащения ее питательными солями. Установка состоит из четырех или более цилиндрических сосудов с коническими днищами, соединенных переточными трубами. Общая вместимость всех сосудов рассчитана на суточный запас мелассы.
      Первый  сосуд, который расположен на 0,6... 1 м  выше последующих, предназначен для смешивания мелассы с растворами серной или соляной кислоты, антисептиков и питательных солей. В нижней части сосуда находится воздушный барботер для перемешивания, аэрирования и удаления летучих органических кислот из мелассы. Для лучшего перемешивания и повышения степени использования воздуха на внутренней поверхности цилиндрической части смесителя укреплено пять-шесть винтообразных направляющих из листовой стали толщиной 5...6 мм и шириной 200...250 мм. Во втором сосуде — отстойнике — осаждаются гипс и другие взвешенные примеси. На внутренней поверхности последующих (не менее двух) сосудов — выдерживателей под углом 40...45* приварены две такие же винтообразные пластины, как и в смесителе. Они придают вращательное движение мелассе, что способствует устранению застоев около стенок. Для разделения мелассы на концах переточных труб установлены рассекатели.
      Меласса с весов поступает в смеситель, куда одновременно дозируются кислота  и другие вспомогательные вещества. Перемешиваясь с ними, меласса последовательно проходит по переточным трубам в отстойник и выдерживатели, затем подается в' напорный сборник асептированной мелассы. Осадки удаляются из отстойника при дезинфекции оборудования. Установка позволяет улучшить асептирование мелассы и внедрить автоматизацию на этом участке.
      СМЕШИВАНИЕ  МЕЛАССЫ С ВОДОЙ
      Количество  мелассы и воды, необходимое для  приготовления сусла, рассчитывают на основании уравнения баланса  сухих веществ.
      В условиях непрерывного сбраживания  мелассы особое внимание следует  уделять непрерывному приготовлению  сусла. Получение однородного по концентрации сухих веществ сусла  — необходимое условие для  равномерного распределения его  между дрожжегенерато- рами, нормального действия приборов системы автоматического регулирования работы дрожжебродильного отделения и поддержания стабильных условий жизнедеятельности дрожжевых клеток.
      Для разбавления мелассы применяют  непрерывнодействующие смесители двух типов: с механическим размешиванием и без него. В качестве смесителя первого типа может быть использован описанный выше механический смеситель.
      Из  смесителей безмешалочного типа наиболее совершенным является аппарат конструкции ВНИИППД (рис. 21). Он представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд 5; в его нижней части имеются патрубки 7, 6 и 2 для подвода соответственно мелассы, горячей и холодной воды. Кольцевую гребенку 3 крепят непосредственно к нижней крышке 1 так, чтобы образовалась камера, в которую подводят мелассу, а также горячую воду для лучшего перемешивания и нагревания мелассы. Перемешиванию способствует также тангенциально установленный патрубок холодной воды. В верхней части смесителя располагаются от 8 до 10 ситчатых тарелок 4 с вырезами, поочередно расположенными с противоположной стороны. Тарелка имеет от 24 до 26 отверстий диаметром 15...20 мм. Благодаря расположению вырезов с противопо-  ложных сторон удлиняется путь прохождения мелассного сусла и улучшается перемешивание (в результате встречи продольных и поперечных струй сусла). В нижней части смесителя имеется вентиль 8 для его опорожнения
        

      С целью сокращения расхода артезианской воды и количества производственных стоков для разбавления мелассы  можно частично использовать послеспиртовую мелассную барду, воду после промывки сивушного масла, конденсаты паров мелассной барды и промывные воды из цеха хлебопекарных дрожжей.
      Возможности возврата послеспиртовой барды на разбавление мелассы на спиртовых заводах, вырабатывающих хлебопекарные дрожжи, весьма ограниченны — около 10 % от общего расхода воды на приготовление сусла. При большем возврате обездрожженной барды выход спирта снижается и ухудшается качество хлебопекарных дрожжей.
      При соблюдении определенных условий —  непродолжительное пребывание в сборниках, биологическая чистота транспортных устройств и коммуникаций — барда не вызывает закисания бражки. Продукты автолиза дрожжевых клеток, содержащиеся в необездрожженной послеспиртовой барде, активируют процесс главного брожения.
      Ректификованный спирт, полученный из бражки с бардой, соответствует требованиям к ректификованному спирту высшей очистки. Выход спирта при возврате в производственный цикл до 40 % необездрожженной барды не снижается в течение нескольких месяцев.
      Возврат первичной мелассной барды на разбавление мелассы позволяет сократить расход артезианской воды на приготовление мелассного сусла, уменьшить количество трудноочищаемых стоков, площадь полей фильтрации.
      Сотрудниками  ВНИИППД установлено, что использование  конденсатов паров первичной  и вторичной мелассной барды для разбавления мелассы не оказывает отрицательного влияния на процесс спиртового брожения, размножение дрожжей и выход спирта. Расход конденсата паров вторичной барды составлял 43 % от расхода артезианской воды на разбавление мелассы.
      Многие  спиртовые заводы не располагают  достаточным количеством артезианской воды и поэтому для разбавления мелассы вынуждены использовать прудовую воду, которую необходимо подвергать обеззараживанию и очистке. А. Н. Кривчун разработал способ очистки прудовой воды методом электрокоагуляции и электрофлотации с целью использования ее для технологических нужд в спиртовом производстве.
      КЛАРИФИКАЦИЯ  МЕЛАССНЫХ РАСТВОРОВ
      В мелассе содержится 0,3...0,5 % взвешенных частиц, состоящих примерно наполовину из органических веществ (коллоидов). Из минеральных веществ присутствуют преимущественно известь, соли кремниевой кислоты, окислы железа. Взвешенные частицы засоряют дрожжевые сепараторы и затрудняют промывку дрожжей. Кроме ТОГО, они уменьшают выход дрожжей, придают им темный цвет и понижают стойкость при хранении.
      
      Рис. 22. Схема работы кларификатора
      Под термином кларификация в данном случае следует понимать не осветление, а очистку меласс- ных растворов. Этот процесс осуществляют в кларификаторах (сепараторах-очистителях) под действием центробежных сил, возникающих при вращении барабана (рис. 22).
      Применяют кларификаторы с барабаном и вставками цилиндрической формы, образующими грязевые камеры. Кларификатор ВСМ — четырехкамерный, диаметр барабана 620 мм, количество вставок 3, частота вращения 4170 об/мин. Он относится к типу полузакрытых кларификаторов: приток и удаление мелассного раствора происходят под избыточным давлением, процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха.
      В грязевых камерах остается осадок влажностью около 80 %. Его выбирают вручную, кларификатор моют 2%-ным раствором соды и ополаскивают водой. В некоторых моделях осадок выгружается гидравлически без остановки кларификатора. Степень очистки возрастает с увеличением кратности разбавления мелассы (меньше вязкость) и со снижением зафузки кларификатора мелассным раствором. При концентрации сухих веществ в мелассном растворе 35...40 % осадок составляет в среднем 0,08 % к массе осветляемой мелассы. Наряду с отделением суспендированных веществ из мелассы удаляется примерно 40 % всей содержащейся в ней микрофлоры, главным образом палочек и стрептококков.
      В осадок выводится 0,013...0,026 % сахара в  пересчете на сахар мелассы, 90...92 % его можно экстрагировать водой, а после обработки антисептиком и отстаивания декантировать  на разбавление мелассы. 
 
 

 

 

Глава 7 СПИРТОВЫЕ ДРОЖЖИ
      ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДРОЖЖЕЙ
      Сахар, содержащийся в сусле, сбраживают в спирт дрожжами Saccharomyces cerevisiae, представляющими собой одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу аскомицетов (сумчатых грибов).
      Обычно  дрожжи размножаются почкованием и  очень редко (при большом дефиците питательных веществ) спорообразованием.
      Дрожжевые клетки бывают яйцевидной, эллипсоидальной, овальной или вытянутой формы, которая, как и их длина (6... 11 мкм), зависит  от вида дрожжей и условий развития. Отношение поверхности клетки к ее объему влияет на скорость массообменных процессов между клеткой и питательной средой и, следовательно, на интенсивность жизнедеятельности дрожжей.
      Так, отношение поверхности клетки к  ее объему дрожжей Sacch. cerevisiae расы XII равно 0,46, термотолерантных дрожжей Sacch. cerevisiae К-81 — 0,5...0,62, дрожжей Schizosaccharomyces pombe — 0,46. Дрожжи расы К-81 накапливают больше биомассы дрожжевых клеток, чем дрожжи расы XII, при различных значениях рН среды (3,2...4,2) и оптимальной температуре дня каждой из них.
      Дрожжевая клетка состоит из оболочки, цитоплазмы и ядра. Наружная часть оболочки образована полисахаридами типа ге- мицеллюлоз, преимущественно маннаном и небольшим количеством хитина, внутренняя часть — белковыми веществами, фосфолипидами и липоидами. Оболочка регулирует состояние клеточного содержимого и имеет избирательную проницаемость, чем существенно отличается от обычных полупроницаемых мембран. Толщина клеточной стенки дрожжей до 400 нм.
      Цитоплазматическая  мембрана (плазмалемма) имеет толщину 7...8 нм, расположена под клеточной  стенкой и отделяет ее от цитоплазмы. Плазмалемма — основной барьер, определяющий осмотическое давление в  клетке, — обеспечивает избирательное  движение питательных веществ из среды в клетку и вывод метаболитов из клетки. Плазмалемма состоит из бимолекулярного слоя липидов, в который включены белковые молекулы. Липиды ориентированы неполярными концами внутрь, друг к другу, а полярными — наружу.
      Перемещение веществ через цитоплазматическую мембрану происходит вследствие молекулярной диффузии (по градиенту концентрации) и в результате активного движения, в котором участвуют специфические  ферменты, и в этом случае вещества могут поступать в клетку и  против градиента концентрации. Например, аминокислоты легко проникают в  клетку из среды, даже если их концентрация в цитоплазме в 100...200 раз выше, чем  в питательной среде.
      Цитоплазма  имеет гетерогенную структуру и  вязкую консистенцию. Коллоидный характер ее обусловлен белковыми веществами. Кроме них в цитоплазме содержатся рибозонуклеопротеиды, липоиды, углеводы и значительное количество воды. Цитоплазма молодых клеток внешне гомогенна. При старении в ней появляются вакуоли, равномерная зернистость, жировые и липоидные гранулы. В цитоплазме с ее органоидами (хондриосомами, микросомами, вакуолями) и включениями протекают важнейшие ферментативные процессы.
      Митохондрии (хондриосомы) имеют форму зернышек, палочек или нитей. Митохондриальные мембраны состоят из белков (80 %) и липидов (20 %). В состав митохондрий входят также полифосфаты, РНК и ДНК. Митохондрии размножаются самостоятельно, реплицируя собственную митохондриальную ДНК и продуцируя собственные белки. Питательные вещества, проникающие в клетку, адсорбируются и аккумулируются хондриосомами и подвергаются быстрым превращениям вследствие концентрации в этих участках клетки соответствующих ферментов. В митохондриях полностью осуществляются цикл трикарбоновых кислот и важнейшая энергетическая реакция — окислительное фосфорилирование. Поэтому их рассматривают как основную «силовую станцию» клетки. Здесь же происходят реакции активирования аминокислот в процессе синтеза белка, липидов и других соединений.
      Микросомы (рибосомы) представляют собой включения  в виде субмикроскопических зернышек, состоящих из липидов, белков и рибонуклеиновых  кислот (РНК), которые обеспечивают синтез белков за счет активированных аминокислот, поступающих из митохондриальной системы.
      Ядро  — небольшое шаровидное или овальное тело, окруженное цитоплазмой и нерастворимое в ней. В ядерных структурах обособлены в виде включений дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и ее протеид (ДНКП), содержится большое количество РНК. ДНК способствует передаче наследственной информации, сохранению свойств микроорганизмов. В ядре осуществляются транскрипция (синтез молекул информационных РНК путем считывания информации с ДНК с помощью фермента РНК — полимеразы), а также репликация ДНК при делении клетки.
      Обязательный  органоид клетки вакуоли — полости, наполнен- ные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. Форма вакуолей изменяется вследствие движения и контракции цитоплазмы. Вакуоль в молодых клетках состоит из множества мелких полостей, в старых — из одной очень большой. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных солей, углеводов, белков, жиров и ферментов. В вакуолях сосредоточиваются различные соединения, которые должны подвергаться ферментативным превращениям, образуются продукты жизнедеятельности и отбросы.
      В молодых дрожжевых клетках жира обычно нет, в зрелых он содержится лишь в немногих клетках в виде мелких капелек, в старых — крупных  капель.
      Гликоген  — запасное питательное вещество дрожжей, накапливающееся при культивировании дрожжей на средах, богатых сахаром, и при недостатке его быстро расходуется. В молодых клетках гликогена мало, в зрелых — значительное количество (до 40 %).
      По  внешнему виду клеток можно определить физиологическое состояние дрожжей. В производственных средах одновременно присутствуют молодые, зрелые, почкующиеся старые и отмершие клетки. Наибольшей бродильной энергией обладают зрелые клетки.
      Дрожжи, применяемые в производстве спирта, должны иметь высокую бродильную энергию (быстро и полно сбраживать сахара) и анаэробный тип дыхания, быть устойчивыми к продуктам своего обмена и к продуктам обмена посторонних микроорганизмов, а также к изменению состава среды, переносить большую концентрацию солей и сухих веществ, содержащихся в сусле, при переработке мелассы полно сбраживать раффинозу.
      На  спиртовых заводах, перерабатывающих мелассу, применяют дрожжи расы Я, при использовании дрожжей в качестве хлебопекарных — расу лохвицкую (Ял) и венгерскую (В). Эти расы хорошо сбраживают сахарозу, глюкозу, фруктозу и лишь 1/3 раффинозы, поэтому при большом содержании раффинозы в мелассе недобор спирта значительный.
      Для сбраживания сусла из мелассы  на некоторых заводах используют расу V-30. Она обладает высокой генеративной способностью, сбраживает раффинозу на 70...80 % и выделенные из зрелой бражки дрожжи имеют лучшие, чем дрожжи расы В, хлебопекарные качества. Кроме того, они способны переносить высокие концентрации сухих веществ в сусле и накапливать в зрелой бражке больше спирта, так как они глубже сбраживают сахара сусла и меньше образуют глицерина. Мальтазная активность дрожжей расы V-30 более чем в 2,5 раза выше по сравнению с дрожжами расы В.
      Повышение бродильной активности дрожжей может  быть достигнуто различными способами: мутагенезом, гибридизацией и др. Для получения рас дрожжей с требуемыми свойствами наиболее перспективным оказался метод гибридизации, так как при скрещивании двух родительских видов дрожжей можно подобрать расы с заранее известными свойствами. Этим способом был получен ряд гибридов, имеющих преимущества перед дрожжами рас Я и В. Гибриды содержат фермент а-галактозидазу, под действием которой раффиноза полностью превращается в сбраживаемые сахара. Кроме того, у отдельных дрожжевых гибридов повышена генеративная способность и лучше хлебопекарные свойства. Мальтазная активность гибрида 112 выше, хотя спирта он накапливает на 1 % меньше, чем дрожжи расы В. Гибриды 67 и 105 обеспечивают одинаковый выход спирта по сравнению с расой В, но проявляют высокую генеративную способность. Дрожжи расы Г-67 устойчивее к пониженному рН, при котором образуется больше спирта в результате сокращения расхода сахарозы на побочные и вторичные продукты.
      ТЕМПЕРАТУРА И рН
      Дрожжи  живут и размножаются в ограниченных температурных пределах и для нормальной их жизнедеятельности необходима температура 29...30 "С. При очень высокой или очень низкой температуре жизнедеятельность дрожжей ослабляется или прекращается. Максимальная температура для развития дрожжей 38 "С, минимальная 5 °С; при температуре 50 "С дрожжи погибают.
      Оптимальные температуры для развития и проявления максимальной бродильной активности не всегда совпадают. Дрожжи, выращенные при температуре, например, 17...22 'С, имеют большую бродильную энергию. Сбраживание мелассного сусла при температурах выше 30 °С отрицательно отражается на выходе и качестве дрожжей, выделяемых из зрелой бражки и используемых в качестве хлебопекарных. Ферментативная активность, подъемная сила и стойкость таких дрожжей при хранении понижаются, поэтому для выращивания дрожжей и сбраживания мелассного сусла рекомендуется следующий температурный режим: 28...29 "С в дрожжегенераторах, 30...31 "С в двух головных бродильных аппаратах и 28...29 'С в концевых аппаратах. Сусло из крахмалсодержащего сырья сбраживают при 28...32 "С.
      При повышении температуры дикие  дрожжи и бактерии размножаются значительно быстрее сахаромицетов. Если при 32 "С коэффициент размножения диких дрожжей в 2...3 раза больше коэффициента размножения сахаромицетов, то при 38 °С уже в 6...8 раз больше. В результате ускоренного развития бактерий повышается кислотность бражки. В обоих случаях уменьшается выход спирта.
      На  жизнедеятельность дрожжей значительно  влияет активная кислотность среды. Водородные ионы изменяют электрический  заряд коллоидов плазменной оболочки клеток и в зависимости от концентрации могут увеличивать или уменьшать  ее проницаемость для отдельных веществ и ионов. От значения рН зависят скорость поступления питательных веществ в клетку, активность ферментов, образование витаминов. При изменении рН среды меняется и направление самого брожения. Если рН сдвигается в щелочную сторону, то увеличивается образование глицерина.
      Жизнеспособность  дрожжей сохраняется в пределах рН среды от 2 до 8; для их выращивания оптимальным является рН 4,8...5. При рН ниже 4,2 дрожжи продолжают развиваться, тогда как рост молочнокислых бактерий прекращается. Это свойство дрожжей используют для подавления развития бактерий в инфицированной среде, которую подкисляют до рН 2,8...4 и выдерживают определенное время.
      СОСТАВ  ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ
      ПОТРЕБНОСТЬ ДРОЖЖЕЙ В ПИТАТЕЛЬНЫХ  ВЕЩЕСТВАХ
      О потребности дрожжей в питательных  веществах судят по их химическому  составу, зависящему от питательной  среды, условий культивирования дрожжей и их физиологических особенностей. Средний элементарный состав дрожжевых клеток (%): углерод 47, водород 6,5, кислород 31, азот 7,5... 10, фосфор 1,6...3,5. Содержание других элементов незначительно (%): кальция 0,3...0,8, калия 1,5...2,5, магния 0,1...0,4, натрия 0,06...0,2, серы 0,2. В дрожжах найдены микроэлементы (мг/кг): железо 90...350, медь 20...135, цинк 100...160, молибден 15...65.
      В прессованных дрожжах содержится 68...76 % воды и 32...24 % сухого вещества. В зависимости  от состояния коллоидов в дрожжевой клетке может быть 46...53 % внутриклеточной влаги и 22...27 % межклеточной. При изменении общей влажности дрожжей меняется соотношение между количеством внутриклеточной и межклеточной влаги. Удаление 85 % воды из дрожжей при температуре не выше 50 °С почти не влияет на их жизнедеятельность.
      Сухие вещества дрожжей включают в себя 23...28 % органических веществ и 5...7 % золы. Состав органических веществ следующий (%): белка 13...14, гликогена 6...8, целлюлозы 1,8...2 и жира 0,5...2.
      Белок. Дрожжи содержат в среднем 50 % сырого белка в пересчете на сухое  вещество и около 45 % истинного белка. В состав сырого белка входят все  соединения азота, к которым относятся  производные нуклеиновых кислот, — пуриновые и пиримидиновые основания, азот свободных аминокислот.
      Гликоген. При отсутствии питательных веществ в среде гликоген превращается в спирт и диоксид углерода.
      Наряду  с гликогеном содержится трегалоза — очень мобильный резервный углевод, обусловливающий стойкость хлебопекарных дрожжей. Содержание трегалозы возрастает с уменьшением азота и при рН ниже 4,5.
      Жир. В состав жира входят в основном олеиновая, линолено- вая и пальмитиновая кислоты. Он содержит 30...40 % фосфати- дов.
      Зола. Зола состоит из следующих основных окислов (%): Р2О5 — 25...60, К2О — 23...40, СаО — 1...8, MgO - 4...6, Na20- 0.5...2, SO3 — 0,5...6, S1O2- 1...2, Fe203 - 0,05...0,7.
      Фосфор  содержится преимущественно в виде органических и неорганических орто-, пиро- и метафосфатов. Они входят в состав молекул нуклеиновых кислот, фосфолипидов и кофер- ментов типа аденозинфосфата и тиамина. Так, ядерное вещество клетки (нуклеопротеиды) содержит фосфор в виде ортофосфата. В виде ортофосфата фосфор входит также в состав флавиновых ферментов, в виде пирофосфата — во многие коферменты (коде- гидразы Koi и Кон, карбоксилазы). В виде различных соединений фосфор принимает важное участие в энергетических процессах клетки.
      Сера  входит в состав очень важных соединений — аминокислот (цистеин, цистин, метионин и глютатион) и витаминов (биотин, аневрин). В ферментах сера находится в виде сульфидных и тиоловых групп.
      Железо  содержится в цитохромах, цитохромоксидазе, пе- роксидазе, каталазе и других ферментах, участвующих в процессе дыхания. Оно способствует действию и других ферментов (зимо- геназа, пирофосфатаза).
      Магний  активирует многие фосфатазы и энолазу. Ионы магния влияют на сохранение активности ферментов при нагревании. Магний и марганец ускоряют потребление дрожжами глюкозы. Влияние магния тем сильнее, чем ниже концентрация глюкозы в среде. В питательных средах должно содержаться 0,02...0,05 % магния в виде сульфата. Процессы брожения регулируются изменением концентрации ионов магния в результате присоединения его к органическим веществам.
      Калий необходим не только как питательный  элемент, но и как стимулятор размножения  дрожжей. Стимулирующее действие объясняется существенной ролью его в окислительном фос- форилировании и в процессах гликолиза. Движение неорганического фосфора внутрь клетки специфично стимулируется калием. Калий активирует дрожжевую альдолазу, необходим для действия фермента пируваткарбоксилазы и влияет, так же как азот и сера, на липидный обмен дрожжевых клеток.
      Кальций играет роль активатора в микробной  клетке и обнаруживается в ней  как в свободной форме, так  и в связанной — с протеинами, углеводами и липидами. Ионы Са2+ могут связываться с АТФ наряду с Mg2+ и Мп2+. Кальций является кофактором транскетолазы хлебопекарных дрожжей и ингибитором некоторых ферментов, например пирофосфатазы, энолазы и аденозинтрифосфатазы. При повышенном содержании солей кальция угнетается размножение дрожжей, снижается накопление в них гликогена и повышается содержание стеринов. Так, при содержании Са2+ до 40 мг на 1 л среды стимулируется размножение дрожжей, при большем оно угнетается.
      Микроэлементы. Они имеют важное значение для размножения и жизнедеятельности дрожжей, входя в состав ферментов, витаминов и других соединений, участвующих в их синтезе. Микроэлементы влияют на скорость и характер различных биохимических процессов. Например, кобальт стимулирует размножение дрожжей, повышает содержание в клетках азотистых веществ небелковой природы, прежде всего ДНК, РНК и свободных аминокислот. Он стимулирует также синтез витаминов — рибофлавина и аскорбиновой кислоты. Стимулирующее действие микроэлементов объясняется тем, что они образуют с ферментами металлоорганические и внутри комплексные соединения. Получаемый эффект зависит от прочности связи фермента с молекулой субстрата или активации субстрата в промежуточном активном комплексе.
      Витамины  и другие факторы  роста. Для нормального развития и спиртового брожения дрожжи нуждаются в витаминах, которые являются кофакторами многих ферментов. Сахаромицеты в большей или меньшей мере могут синтезировать все витамины, за исключением биотина, который должен обязательно содержаться в питательной среде.
      Ненасыщенные  жирные кислоты с 18 атомами углерода, особенно олеиновая, также являются важными ростовыми факторами. Стимулирующее влияние олеиновой кислоты наблюдается только при малой ее концентрации, не превышающей 0,5 мг/мл. При увеличении концентрации рост дрожжей намного замедляется.
      ВИДЫ  И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
      Различают экзогенное и эндогенное питание  дрожжей: при экзогенном питательные  вещества поступают в клетку из внешней среды, при эндогенном дрожжи используют (в основном при голодании) свои резервные вещества: гликоген, трегалозу, липи- ды, азотистые соединения.
      Углеродное  питание. Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) используют углерод из различных органических соединений: глюкозы, маннозы, галактозы, фруктозы (D-формы). Пентозы Sacch. cerevisiae не ассимилирует. В отсутствие гексоз источником углерода могут служить также глицерин, маннит, этиловый и другие спирты, органические кислоты (молочная, уксусная, яблочная, лимонная).
      Следует учитывать полиауксию — последовательность потребления различных источников углерода. При периодическом культивировании в первую очередь потребляются глюкоза и фруктоза. Последовательность усвоения жирных кислот зависит от расы применяемых дрожжей и состава этих кислот. Например, уксусная кислота препятствует потреблению молочной, а молочная — гликолевой. Уксусная кислота и глюкоза усваиваются одновременно. Как правило, в первую очередь усваивается из смеси тот источник углерода, который обеспечивает большую скорость роста дрожжей.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.