Файл: ОТЧЕТ по НАУЧНОЙ РАБОТЕ.docx

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

Кафедра технология пищевых производств

Способы интенсификации спиртового брожения Отчет по научно-исследовательской работе

по дисциплине «Методология разработки научных технологий в отрасли»

Специальность 1 49 01 01 Технология хранения и переработки пищевого растительного сырья

Специлизация 1 01 01 04 Технология бродильных производств и виноделия

Руководитель Выполнили

ассистент студенты группы ТРБ-101 ____________А.А. Миронцева ____________Я.С. Вершковская

______________Е. Н. Малисова

______________М.В. Ракутина

«____» ____________2014 г. «____» ___________2014 г.

Могилев 2014

Содержание

Введение

1Литературный обзор…………………………….………………………………

1.1 Процессы, протекающие при получении спиртового сусла………………

1.2 Биохимические процессы, протекающие при сбраживании спиртового сусла………………………………………………………………………………

2 Современные способы интенсификации процесса получения этилового спирта…………………………………………………………………………………….

3 Цели и задачи исследования…………………………………………………

4 Экспериментальная часть…………………………………………………….

5 Материалы и методы исследования………………………………………

6 Выводы……………………………………………………………………………

Список использованных источников

Введение

Спиртовая промышленность в настоящее время является быстро развивающейся отраслью народного хозяйства.

Спирт-ректификат, производимый отечественными предприятиями, используется в ликероводочной промышленности, в медицине, производстве пищевых кислот, концентратов для безалкогольных напитков, пищевых добавок и для других целей.

Потребность в нем постоянно увеличивается, причем возрастает спрос на спирт более высокой степени очистки, производство которого организуется на передовых предприятиях.

Важным направлением развития спиртовой промышленности является интенсификация технологических процессов и повышение качества готовой продукции.

К основным приемам, способствую­щим интенсификации технологии получения пищевого этилового спирта, относятся:

• использование зерна хорошего каче­ства и его подработка, обеспечивающая снижение риска попадания нежелатель­ных токсичных примесей и посторонних микроорганизмов;

• применение ферментных препаратов высокого качества, не обсемененных по­сторонней микрофлорой, имеющих ста­бильный уровень ферментативной ак­тивности, позволяющие повысить степень биоконверсии всех составных частей зерна, соблюдение технологических парамет­ров и микробиологической чистоты про­цессов дрожжегенераци и брожения;

• использование термо­толерантных и осмофильных рас дрож­жей, обусловливающих направленный синтез этанола;

• внесение в сбраживаемую среду биостимуляторов дрожжевого роста;

• введение дополнительных источников азотистого и фосфорного питания.

Кроме того, одним из резервов повышения эффективности спиртового производства является сбраживание высококонцентрированного сусла, фракционная переработка зерна на спирт, получение спирта из нетрадиционных видов сырья.

Наиболее продолжительными стадиями в технологии спирта являются приготовление засевных дрожжей и сбраживание сусла, зависящие от физиологического состояния дрожжей.

Известны различные способы активации дрожжей, одним из которых является воздействие на них ультразвука, нашедшего в настоящее время широкое применение. Известно, что ультразвуковая обработка дрожжей приводит к стимуляции физиологического состояния клетки и ускорению массообмена между клеткой и средой, содержащей необходимые для нее питательные вещества.

Таким образом, для интенсификации спиртового производства необходим комплексный подход к технологии получения целевого продукта с заданными органолептическими и технологическими параметрами.

1 Литературный обзор

1.1 Процессы, протекающие при получении спиртового сусла

Процессы, протекающие при получении спиртового сусла можно условно разделить на две группы: процессы при водно-тепловой обработке крахмалистого сырья и процессы, происходящие при осахаривании.

Цель водно-тепловой обработки – подготовка сырья к осахариванию амилолитическими ферментами солода или микробных ферментных препаратов. Осахаривание наиболее полно и быстро происходит тогда, когда крахмал доступен для их действия, оклейстеризован и растворен, что возможно достичь следующими способами: развариванием – тепловой обработкой цельного сырья при повышенном давлении; сверхтонким механическим измельчением сырья на специальных машинах; механическим измельчением сырья до определенных размеров и последующим развариванием под давлением или без давления.

Необходимость предварительного измельчения сырья обусловлена тем, что подача его в целом виде в варочный агрегат затруднена. Перерабатывая измельченное сырье, можно смягчить режим варки и тем самым снизить потери сбраживаемых веществ и увеличить выход спирта.

Измельчая зерно до прохода 100 % через сито с отверстиями диаметром 1 мм, можно повысить выход спирта на 0,3-0,4 дал из 1 т крахмала, снизить температуру варки со 140 до 135-132 ˚С и сократить продолжительность разваривания на 10-15 минут.

При переработке зерна процессу подваривания предшествует смешивание крупки с водой. Оно должно вестись так, чтобы замес был однородным, без комочков теста, которые плохо развариваются и вызывают увеличение потерь сбраживаемых веществ с нерастворенным крахмалом. Тщательность проведения этой операции определяется конструкцией смесителей и температурой воды, которая не должна быть более 50˚С.

На стадии подваривания необходимо обеспечить частичное набухание и клейстеризацию крахмала с целью смягчения режима последующего разваривания. Полные набухание и клейстеризация недопустимы, так как это приведет к потере транспортабельности подваренного замеса. Нежелательно накопление сахаров при температуре 55-65˚С.

В связи с этим при подваривании необходимы быстрое нагревание массы до заданной температуры, определяемой степенью измельчения и скоростью повышения вязкости, и быстрая передача нагретого замеса на разваривание.

Необходимая подготовка крахмалсодержащего сырья к осахариванию при минимальных потерях нерастворенного крахмала и сбраживаемых углеводов достигается правильно выбранным соотношением температуры и продолжительности разваривания и равномерностью обработки массы. Основными требованиями, предъявляемыми к стадии разваривания является равномерный прогрев массы в контактном устройстве до заданной температуры, соблюдение правильного соотношения продолжительности и температуры варки и сведение до минимума неравномерности прохождения отдельных частиц развариваемой массы через аппарат.

При водно-тепловой обработке зерна происходят значительные структурно-механические изменения сырья и химические превращения веществ, входящих в его состав.К таким изменениям относятся:

- структурно-механические изменения сырья;

- химические превращения углеводов, азотистых и других веществ при разваривании;

- превращение сахаров;

- превращение целлюлозы, гемицеллюлоз, гумми- и пектиновых веществ.

1.1.1 Структурно – механические изменения в сырье при водно-тепловой обработке

Первую стадию тепловой обработки неизмельченного сырья – подваривание – проводят при атмосферном давлении. Алейроновый слой зерна, состоящий преимущественно из белков, характеризуется значительными эластичностью и сопротивляемостью как механическим, так и химическим воздействиям. Такими же свойствами обладает и зародыш. Эндосперм имеет тонкое и хрупкое строение. Для разрушения целого зерна необходимы значительные механические усилия, в связи с чем уменьшение прочности сырья – одна из целей подваривания. Вода, проникающая внутрь зерна, вызывает набухание крахмала и клеточных стенок, растворяет некоторые межклеточные вещества, отчего сцепление отдельных составных частей зерна ослабевает. Благодаря этому оно становится мягким и гибким. В процессе подваривания вторичным паром зерно набухает. При температуре до 55 ˚С крахмал набухает слабее, чем клейковина, при температурах выше 60˚С, наоборот, набухание крахмала резко возрастает, а клейковины уменьшается. При температуре около 90˚ С оболочки зерна разрываются в отдельных местах и крахмал частично клейстеризуется.

Набуханием называется процесс увеличения первоначального объема твердого высокомолекулярного соединения за счет поглощения жидкости.

Исследования Фремеля показали, что набухание зерновых злаков при 100 ºС достигает максимального значения через 2,5-3,0 часа. Набухание зерен происходит неравномерно: вначале процесс идет быстро, а затем сильно замедляется. В первой стадии вода довольно легко заполняет имеющиеся в зерне капилляры, а затем происходят явления, связанные с диффузией воды через оболочку зерна. Добавление электролитов способствует набуханию. Электролиты адсорбируются на поверхности зерна и нарушают его структуру, вследствие чего вода быстрее проникает в зерна. Набухание зерна различных культур идет различными темпами.

Согласно исследованиям Смирнова и Четверякова по скорости набухания зерно различных культур можно расположить в следующий ряд: рожь, пшеница, овес, просо, ячмень, кукуруза.

Крупные зерна набухают медленнее мелких, дефектное зерно набухает быстрее здорового. С повышением температуры на 10˚С скорость набухания возрастает примерно в два раза. Набухание значительно ускоряется при нарушении целости зерна. Чем мельче крупка, тем быстрее происходит набухание, клейстеризация крахмала и связанное с ней повышение вязкости замесов. В зависимости от степени измельчения зерна, свойств и концентрации крахмала в замесе выбирают оптимальную продолжительность выдержки массы при максимальной температуре, определяемой вязкостью подваренного замеса, т.е. возможностью его перекачивания. Установлено, что наиболее эффективно проводить разваривание такого сырья, в котором полностью прошли процессы набухания и клейстеризации. При этом снижается температура и продолжительность разваривания, вследствие чего снижаются потери сбраживаемых веществ. Подваривание сырья до полного набухания и клейстеризации возможны только при одновременном разжижении замеса бактериальными α – амилазами. Такие препараты хорошо разжижая крахмал при температурах до 95 ˚С, гидролизуют его до высокомолекулярных декстринов.

После подваривания сырье подвергается действию более высокого давления – стадия разваривания. При варке под давлением в первый период разваривания заканчиваются поглощение воды, набухание и клейстеризация. Одновременно растворяются крахмал, некоторая часть пентозанов, гексозанов, белков и других веществ сырья. По мере растворения отдельные клетки разрываются и дают выход крахмалу в окружающую зерно среду. При разваривании сырья клетки разрываются сначала в наружных слоях, внутри же зерна они остаются целыми. Если зерно недостаточно разварить при несколько пониженной температуре, то при выдувании клеточная структура не будет достаточно разрушена; крахмал полностью не осахарится, и значителная часть его потеряется с бардой. Однако при смешивании такой разваренной массы с осахаривающими ферментами и пропускании через измельчитель можно получить оптимальные результаты осахаривания и брожения.

1.1.2 Химические превращения углеводов, азотистых и других веществ при водно-тепловой обработке

Стенки клеток растительного сырья состоят из целлюлозы, гемицелюлоз и пектиновых веществ. Клетчатка растительного сырья при разваривании в слабокислой среде не изменяется; гемицелюлоза же частично гидролизуется при подваривании замеса под действием фермента гемицеллюлазы и частично при разваривании под действием кислот с образованием декстринов различной степени полимеризации, в том числе и пентоз – ксилозы и арабинозы.