21.1. Загальна характеристика бродильних виробництв

Етиловий спирт — один з найважливіших продуктів, які вико­ристовуються в харчовій хімічній, електротехнічній, парфумерній, і інших галюзях промисловості. Етиловий спирт використовується, як паливо для у двигунів в лабораторіях і як антифриз. В медицині він споживається як дезинфікуючий засіб. Етиловий спирт викори­стовується як основа для виготовлення напоїв (горілки, настойки, лікери) і для підвищення міцності виноградних вин, а також міститься в коньяках, вині, пиві, наливках і інших напоях.

Етиловий спирт одержують із зернових культур, картоплі, бу­ряків і меляси, а також з відходів сульфітно-целюлозного вироб­ництва і продуктів гідролізу деревини. Синтетичний спирт одер­жують із природних газів та продуктів переробки нафти.

Етиловий спирт — прозора безкольорова рідина з пекучим смаком і характерним запахом. Температура кипіння його при нормальному тиску 78.35 °С, а густина — 789,27 кг/м. Змішуєть­ся з водою в будь яких співвідношеннях і є добрим розчинником. Існує два шляхи одержання спирту — бродіння (розклад) цукрів під дією ферментів дріжджів (біохімічний метод) і приєднання до етилену води в присутності каталізаторів (хімічний або синтетич­ний метод).

Для виробництва спирту біохімічним методом використову­ють різноманітну сировину, яку можна розділити на три види:

1. Цукровмісні (цукрова патока або меляса, буряк, фрукти, ягоди, виноград та ін.);

2. Крохмалевмісні (картопля, жито, овес, ячмінь, кукурудза, пшениця та ін.);

3. Матеріали, що містять клітковину (деревина, тріски, суль­фітні луги, солома, плівки злакових культур і інші відходи рослин).

Не дивлячись на різноманітну сировину, технологічний про­цес виробництва спирту можна представити трьома стадіями: підготовка сировини до бродіння; бродіння; вилучення з одержа­ної бражки спирту.

Найбільш простою є підготовча стадія при переробці на спирт цукровмісиих матеріалів. Наприклад, при переробці меляси її роз­бавляють водою до (21...22)% сухих речовин, підкислюють соля­ною чи сірчаною кислотою і додають поживні речовини, що містять азот і фосфор (6...7) кг на 1 т. сировини). Підготовлений

769

ніким чином субстрат зброджуючі, дріжджами і одержують гак звану зрілу бражку, що містить (8...9)° о спирту. Спирт вилучають із бражки відгоном на брагорскгифікаційних апаратах. Одержа­ний спирт-сирсць при 90°« об'ємних містить легкі домішки (ефіри,

альдсі іди, кислоти) і менше леткі -.....- сивушні масла. Повторною

відгонкою ратифікацією одержують спирт-ретифікат.

Більш складною с технологія спирту при використанні крохма-левмісної сировини, що зв'язано з попереднім перетворенням крохмалю в цукор (оцукрювання). Перетворення проходить гідро-лізом-присдпапиям води до крохмалю. Хімічна реакція гідролізу крохмалю може бути схематично представлена рівнянням:

Для оцукрювання крохмалевмісної сировини її очищують, миють, подрібнюють. Оскільки крохмаль, що міститься в рос­линних клітинах важкодоступний для оцукрювання ферментів, сировину піддають ще розварюванню насиченою парою під тис­ком біля 0,5 МПа.

Джерелом ферментів с пророщене зерно — солод. Крохмаль при виробництві спирту гідролізується до мальтози і в результаті одержують солодкий затор. Наступні стадії— бродіння і очищен­ня спирту такі ж самі і як при використанні цукровмісної сировини.

Другою стадією виробництва спирту є бродіння —- процес, який може проходити в органічному субстраті під дією мікроор­ганізмів. В результаті цього процесу в субстраті проходять зміни, які використовують для одержання тих чи інших продуктів. Ці зміни проходять в присутності біологічних каталізаторів — фер­ментів (мікроорганізмів, тло мають білкову структуру).

Під дією ферментів проходять глибокі перетворення склад­них органічних (переважно цукрів) з'єднань. Клітини мікроор­ганізмів виробляють різноманітні ферменти, які можуть бути розподілені на екзофермепти і ендоферменти. Екзоферменти ви­робляються мікроорганізмами у поживному середовищі і діють поза клітинами мікроорганізму на органічні речовини середови­ща (вуглеводи, білки і жири). Ендоферменти виробляються клітинами і залишаються в них. Зміна поживних речовин середо­вища проходить всередині клітин, куди вони надходять через кліткову цитоплазму. Продукти розпаду вилучаються в середо­вище. Вид продуктів розпаду пов'язаний з типом, видом та раса­ми мікроорганізмів. Одні організми утворюють спирт (спиртове бродіння), інші - - кислоту (кислоїпо бродіння) і т.д. Дріжджі,

770

бактерії, гриби, плісняву поділяють за розмірами, способом, розмноження, реакцією з вільним киснем, але загальним для них є вміст ферментів, які каталізують названі реакції.

Відрізняють два типи бродіння - анаеробне і аеробне. При анаеробному бродінні використовують мікроорганізми, які мо­жуть здійснювати обмін речовин і розмножуватись при відсут­ності в середовищі кисню. До анаеробного типу бродіння відно­сять спиртове, ацетонобутилове, молочнокисле т.і.

До аеробного типу відносять види бродіння, засновані на за­стосуванні і мікроорганізмів — аеробів в присутності атмосфер­ного кисню.

До аеробного відносять оцтовокисле лимоннокисле бродін­ня. Процеси бродіння перебігають при порівнянне низькій темпе­ратурі і в більшості у випадків при атмосферному тиску. Тому ви­робництва, що засновані на застосуванні бродіння, використову­ються для одержання етилового спирту, пива, вина, квасу, хлібо­пекарських дріжджів, ацетону, гліцерину, бутилового спирту, оц­тової і лимонної та інших органічних кислот. Для одержання цих продуктів використовують різноманітні види мікроорганізмів: дріжджі, бактерії, плісняви, гриби. Найбільше поширення в хар­човій промисловості одержали дріжджі. На їх використанні за­сновані виробництва етилового спирту, виноробство, пиво­варіння, виробництво хлібопекарських дріжджів, гліцерину. Бак­терії застосовують при виробництві ацетону і бутану, оцту, мо­лочної і масляної кислот. Плісняви використовуються при вироб­ництві органічних кислот і антибіотиків.

Основним джерелом ферментів є солод, тобто пророщене зерно злакових культур, в якому міститься значна кількість амілолітич-них ферментів, що здійснюють розщеплення (оцукрювання) крох­малю, перетворюючи його в прості засвоюємі дріжджами цукри.