Студопедия — ПОДГОТОВКА КАРТОФЕЛЯ И ЗЕРНА К ПЕРЕРАБОТКЕ
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ПОДГОТОВКА КАРТОФЕЛЯ И ЗЕРНА К ПЕРЕРАБОТКЕ






Подготовка картофеля и зерна к переработке состоит в достав­ке сырья на завод, отделении примесей, измельчении и приготов­лении замеса.

Картофель с буртового поля подвозят автотранспортом к запас­ным закромам, откуда гидротранспортером подают в производ­ство. Легкие, грубые и тяжелые примеси картофеля отделяют в со-

 

ломо- и камнеловушках. Для мойки и удаления оставшихся при­месей применяют картофелемойки.

Зерно, идущее на разваривание, очищают на воздушно-сито­вых и магнитных сепараторах.

При периодическом способе водно-тепловой обработки карто­фель и зерно разваривают в целом виде, при непрерывных схемах сырье предварительно измельчают. Степень дробления влияет на температуру и продолжительность разваривания. При измельче­нии картофеля на сите с диаметром отверстий 3 мм не должно быть остатка, а при измельчении зерна остаток на этом сите не должен превышать 0,1—0,3 %. Проход помола через сито с отвер­стиями диаметром 1 мм должен составлять 60—90 %.

Приготовление замеса заключается в смешивании измельчен­ного сырья с водой и подогреве его до определенной температуры. К измельченному зерну добавляют 280—300 % воды, к картофель­ной кашке — 15—20 % воды от массы сырья. Концентрация сухих веществ в сусле должна составлять 16—18 %.

4.2. ВОДНО-ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ЗЕРНА И КАРТОФЕЛЯ

Основная задача водно-тепловой обработки — подготовка сы­рья к осахариванию крахмала амилолитическими ферментами со­лода или ферментными препаратами микробного происхождения. Осахаривание наиболее полно и быстро происходит тогда, когда крахмал доступен для их действия (не защищен клеточными стен­ками), оклейстеризован и растворен, что можно достичь примене­нием тепловой обработки цельного сырья при повышенном дав­лении, или, как принято называть этот процесс в спиртовом про­изводстве, разваривания; сверхтонким механическим измельчени­ем сырья на специальных машинах; механическим измельчением сырья до определенных размеров частиц с последующим развари­ванием под давлением (комбинированный способ).

Цельное крахмалсодержащее сырье в разварнике обрабатывают насыщенным водяным паром под избыточным давлением до 0,5 МПа (температура 158,1 °С). В этих условиях растворяется крахмал, размягчаются и частично растворяются клеточные стен­ки сырья, и при последующем выдувании сырья в паросепаратор (выдерживатель) происходит разрушение клеточной структуры вследствие перепада давления, измельчающего действия решетки в выдувной коробке разварника, а также других механических воз­действий на пути быстрого передвижения разваренной массы из одного аппарата в другой. В процессе разваривания одновременно происходит стерилизация сырья, что важно для процессов осаха- ривания и брожения.

При измельчении сырья до размера частиц, меньшего, чем крахмальные зерна, разрушаются клеточная структура сырья и сами крахмальные зерна, вследствие чего они растворяются в воде температурой 60—80 °С и осахариваются амилолитическими ферментами солода и культур микроорганизмов. Способ сверхтонкого измельчения пока не применяется из-за большого расхода электроэнергии и неизученности вопроса стерилизации сырья.

Широкое распространение получил комбинированный способ, согласно которому сырье сначала измельчают до частиц среднего размера (1 —1,5 мм), а затем разваривают. В этом случае темпера­тура и продолжительность разваривания меньше, чем при тепло­вой обработке цельного сырья. Выдувание разваренной массы из­мельченного сырья с перепадом давления способствует дальней­шему его диспергированию. Такой способ тепловой обработки в сочетании с непрерывностью процессов считается наиболее про­грессивным. При относительно небольших затратах электроэнер­гии на измельчение сырья, теплоты на разваривание и благодаря «мягкости» режима разваривания, обеспечивающего минималь­ные потери сбраживаемых веществ, способ позволяет хорошо под­готовить сырье к осахариванию.

При разваривании картофеля и зерна происходят значительные структурно-механические изменения сырья и химические превра­щения веществ, входящих в его состав.

4.2.1. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СЫРЬЯ

Клубни картофеля имеют крупные клетки, заполненные кле­точным соком и покрытые тонкой кожицей, поэтому целые клуб­ни быстро прогреваются и развариваются. При переработке высо­кокрахмалистых сортов и загнившего картофеля добавляют не­большое количество воды.

Первую стадию тепловой обработки неизмельченного картофе­ля (подваривание) проводят при атмосферном давлении. Наивыс­шая температура подваривания не должна превышать 70 °С. При более высокой температуре часть клубней может разрушиться, вы­шедший из клеток клейстеризованный крахмал покроет слоем це­лые клубни, вследствие чего разваривание их будет продолжитель­ным и неполным.

Температура 40—60 °С также нежелательна, так как она стиму­лирует действие амилолитических ферментов клубней и превра­щение крахмала в сахар. Подваривание здорового картофеля длит­ся около 30 мин, мороженого — 50 мин.

По современным схемам непрерывного разваривания карто­фель перед тепловой обработкой измельчают в кашку на молотко­вых дробилках или картофелетерках. При этом большая часть кле­ток вскрывается, вместе с клеточным соком освобождается около 70 % крахмала.

В отличие от целых клубней картофельную кашку подваривают лишь до температуры 40 °С, так как из-за клейстеризации свобод­ных крахмальных гранул вязкость настолько возрастает, что кашка утрачивает текучесть. При температуре выше 50 °С вязкость резко повышается и достигает очень больших значений. При разжиже­нии достаточным количеством бактериальной а-амилазы вязкость картофельной кашки даже при нагревании до температуры 80 °С увеличивается ненамного выше вязкости, полученной при 40 °С. Следовательно, применяя а-амилазу на стадии подваривания, можно полностью использовать вторичный пар (экономия расхо­да теплоты) и лучше подготовить сырье к развариванию. Такой режим применяют при механико-ферментативном способе подго­товки сырья.

Зерновое сырье готовят к развариванию иначе, чем картофель, так как его первоначальная влажность колеблется в пределах 12— 18% и прочность значительно выше, причем у отдельных слоев зерна она различна, что обусловлено неоднородностью его строе­ния. Наибольшей прочностью обладают оболочки зерна, наи­меньшей — эндосперм.

При переработке зерна, как и картофеля, перед развариванием под давлением проводят подваривание, перед которым целое зер­но или крупку смешивают с водой в соотношении от 1: 2,5 до 1: 3,5 с таким расчетом, чтобы после осахаривания концентрация сусла была 16—18 %. В процессе подваривания вторичным паром зерно набухает. При температуре до 55 °С крахмал набухает сла­бее, чем клейковина; при температуре 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.

Крупные зерна набухают медленнее мелких. Дефектное зерно набухает быстрее здорового. С повышением температуры на 10 °С (в интервале температур 70—90 °С) скорость набухания возрастает примерно в 2 раза.

Целое зерно ржи (пшеницы, ячменя или овса) в периодически действующих предразварниках нагревают до 85—95 °С и выдержи­вают при этой температуре 60—75 мин. Полное набухание дости­гается в течение 2 ч. Подваренное целое зерно вместе с горячей водой поступает самотеком в варочный аппарат.

Набухание значительно ускоряется при нарушении целости зерна. Чем мельче крупка, тем быстрее происходят набухание, клейстеризация крахмала и связанное с ней повышение вязкости замесов, что следует учитывать в производственных условиях при выборе температуры подваривания.

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 сырья, в котором полностью прошли процес­сы набухания и клейстеризации. При этом снижаются темпера­тура и продолжительность разваривания, вследствие чего значи­тельно уменьшаются потери сбраживаемых веществ и сокраща­ется расход пара.

Подваривание сырья до полного набухания и клейстеризации возможно только при одновременном разжижении замеса бакте­риальными а-амилазами. Препараты бактериальных а-амилаз, особенно термофильных культур Вас. subtilis или Вас. diactaticus, хорошо разжижая крахмал при температуре до 95 °С, i ид роди зу ют его до высокомолекулярных декстринов. Разжижение бактериаль­ными а-амилазами не приводит к значительному накоплению Са­харов, следовательно, при разваривании можно не опасаться боль­ших потерь сбраживаемых веществ.

После подваривания сырье поступает в разварники периоди­ческого или непрерывного действия, где его подвергают воздей­ствию более высоких температур — 140—170 °С при избыточном давлении 0,27—0,71 МПа.

В современных технологических схемах, где подваривается из­мельченное сырье с разжижением а-амилазой достаточно продол­жительное время, необходимость в процессе разваривания при высокой температуре с повышенным давлением отпадает, так как все процессы клейстеризаци, набухания и растворения идут па­раллельно и заканчиваются при 85—95 С. 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 крахмал поступает в окружающую среду. При разварива­нии сырья клетки разрываются сначала в наружных слоях, внутри же клубня или зерна они остаются целыми.

При непрерывном разваривании с предварительным измель­чением сырья крахмальные зерна становятся значительно более доступными для действия теплоты и влаги, поэтому все эти про­цессы протекают с большей скоростью и при более низкой тем­пературе.

При нагревании измельченного крахмалистого сырья с одно­временной обработкой а-амилазой при механико-ферментатив- ной обработке процесс еще больше ускоряется. Кроме того, па­раллельно идет интенсивный гидролиз крахмала до декстринов и Сахаров, что способствует еще лучшей подготовке сырья к даль­нейшим осахариванию и сбраживанию.

 

4.2.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ КРАХМАЛА,

САХАРОВ, БЕЛКОВ И ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ

Превращения крахмала. Больше половины сухих веществ зерна и картофеля составляет крахмал, из которого в процессе произ­водства получают спирт, поэтому физико-химические превраще­ния крахмала представляют наибольший интерес. Крахмал в рас­тительных клетках находится в виде микроскопических гранул многогранной или овальной формы. Размер крахмальных гранул колеблется в широких пределах — от 1 до 120 мкм. Самые крупные гранулы имеет картофельный крахмал, средний размер которых по наибольшей оси составляет 40—50 мкм. Гранулы крахмала зла­ков в среднем равны 10—15 мкм. По химическому составу гранулы крахмала неоднородны и состоят из двух полиоз — амилозы и амилопектина, распределенных равномерно.

В производстве спирта из крахмалистого сырья такие свойства крахмала, как набухание, клейстеризация и растворение, имеют первостепенное значение, от них зависит атакуемость его амило- литическими ферментами.

При нагревании в воде крахмал набухает и превращается в гель. При этом крахмальная гранула ведет себя как осмотическая ячейка, в которой роль полупроницаемой перегородки (мембра­ны) играет амилопектин. Осмотическое давление и связанная с ним степень набухания возрастают с повышением температуры. Крахмальная гранула поглощает воды в 25—30 раз больше своего объема.

В определенном температурном интервале под действием ос­мотических сил крахмальные гранулы сильно увеличиваются в объеме, ослабляются и разрываются связи между отдельными структурными элементами, нарушается целость гранул. При этом резко возрастает вязкость раствора — происходит клейстеризация крахмала.

Температура клейстеризации зависит в основном от природы крахмала, размера гранул, наличия в воде солей и от других фак­торов. Температура клейстеризации пшеничного крахмала 54— 62 °С, ржаного 50—55, ячменного 60—80, кукурузного 65—75, кар­тофельного 59—64 °С.

Изменение вязкости крахмальных суспензий в воде определяет и изменение вязкости замесов из различного сырья, так как крах­мал наиболее сильно влияет на вязкость. При нагревании суспен­зии крахмала в воде при температуре 35—45 °С ее вязкость не­сколько снижается вследствие уменьшения вязкости воды, при дальнейшем повышении температуры очень медленно увеличива­ется, при 75—85 °С резко возрастает, при 90 °С достигает макси­мального значения и при более высоких температурах резко сни­жается. Резкое повышение вязкости обусловлено интенсивным

набуханием и началом клейстеризации, главным образом круп­ных гранул крахмала. При 90 °С клейстеризация практически за­канчивается, вязкость больше не увеличивается. Последующее снижение ее связано с деструкцией трехмерной сетки клейстера в результате повышения температуры и механического переме­шивания.

При температуре 120—130 °С клейстер становится легкопод­вижным. Наиболее полное растворение амилопектина происходит у пшеничного крахмала при температуре 136—141 °С, ржаного при 121—127, кукурузного при 146—151, картофельного при 132 °С.

Наряду с физико-химическими происходят и химические из­менения крахмала, в основном гидролитические. Ферментативно­му гидролизу крахмал подвергается при подваривании сырья бла­годаря содержащимся в нем амилазам («самоосахаривание»), кис­лотному гидролизу — при разваривании в слабокислой среде. При температуре до 70 °С среди продуктов гидролиза преобладают са­хара, так как при последующем разваривании под давлением они теряются (разлагаются). Декстрины же более устойчивы, и накоп­ление их в сырье не приводит к заметному увеличению потерь сбраживаемых веществ.

В. А. Смирнов и В. П. Сотская показали, что основной реакци­ей распада гексоз (фруктозы, глюкозы) в процессе разваривания является оксиметилфурфурольное разложение. Механизм этой ре­акции окончательно не выяснен, но известно, что оксиметилфур- фурол образуется из гексоз в кислой среде в результате дегидрата­ции. Оксиметилфурфурол — нестойкое соединение, в свою оче­редь распадающееся до левулиновой и муравьиной кислот. В ана­логичных условиях из пентоз образуется фурфурол — более стойкое соединение, чем оксиметилфурфурол. Устойчивость от­дельных моносахаридов зависит от рН среды и режима разварива­ния. Для сохранения моносахаридов в процессе разваривания наиболее благоприятна слабокислая реакция среды с рН 3,4—3,6. При таком рН разлагается от 5 % (глюкозы) до 26 % (фруктозы) от первоначального количества сахара. При значении рН сырья око­ло 6,5 распадается до 80 % глюкозы и 90 % фруктозы. В условиях мягкого режима разваривания (по непрерывным способам) теря­ется 3 и 11 % глюкозы и 9—36 % фруктозы.

Вторая по интенсивности реакция разложения Сахаров в про­цессе разваривания — реакция меланоидинообразования. Среди продуктов меланоидиновой реакции найдены алифатические аль­дегиды, фурфурол и его производные, формальдегид, диацетил, метилглиоксаль, ацетоин и др. Значение этой реакции в образова­нии потерь сбраживаемых веществ при разваривании невелико по сравнению с оксиметилфурфурольным разложением Сахаров.

Скорость меланоидиновой реакции можно снизить тем же пу­тем, что и скорость оксиметилфурфурольного разложения Саха­ров, — смягчением режима разваривания и подкислением среды

до рН ~ 3,5, так как при таком значении рН скорость этой реак­ции в 3—5 раз меньше, чем при рН ~ 6,5. Основной путь снижения потерь сахара — смягчение режима разваривания в результате тон­кого измельчения сырья, а также обработка сырья а-амилазой на стадии подваривания.

Превращения целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых и белковых веществ. Стенки клеток и межклеточные вещества растительного сырья состоят из целлюлозы (клетчатки), гемицеллюлоз, пектино­вых и белковых веществ. Целлюлоза при разваривании под давле­нием 0,4—0,5 МПа практически не изменяется. Гемицеллюлозы картофеля и зерна, состоящие преимущественно из пентозанов, частично растворяются, а частично гидролизуются до декстринов и менее высокомолекулярных соединений, вплоть до пентоз (ара- бинозы, ксилозы).

Пектиновые вещества при разваривании гидролизуются с обра­зованием метанола. Чем жестче режим, тем больше образуется ме­танола, который при ректификации этанола трудно отделить, так как температура его кипения близка температуре кипения этано­ла. Поэтому применение современных мягких режимов способ­ствует улучшению качества спирта.

При температуре до 100 °С белки картофеля и зерновых зла­ков коагулируются и частично денатурируются, вследствие чего сначала наблюдается некоторое уменьшение количества раство­римого азота. При температуре 140—158 °С оно увеличивается, что объясняется пептизацией белков. По данным Д. Н. Климове - кого и С. А. Коновалова, при разваривании целого зерна в раствор переходит от 20 до 50 % азота, содержащегося в зерне.

4.2.3. СПОСОБЫ РАЗВАРИВАНИЯ ЗЕРНА И КАРТОФЕЛЯ

Крахмалсодержащее сырье разваривают непрерывным и пери­одическим способами. Наиболее распространены непрерывные способы. Установки непрерывного разваривания можно разделить на три группы: установки, работающие на паре с давлением до 0,5 МПа (установка ВНИИПрБ); установки, использующие пар высокого давления (установка УкрНИИСП); установки, произво­дящие водно-тепловую обработку при температуре не выше 100°С (установка механико-ферментативной обработки).

Необходимая подготовка крахмалсодержащего сырья к осаха- риванию при минимальных потерях нерастворенного крахмала и сбраживаемых углеводов достигается правильно выбранным соот­ношением температуры и продолжительности разваривания и равномерностью обработки массы. Если выразить зависимость между температурой и продолжительностью разваривания в полу­логарифмической системе координат, то она выглядит в виде пря-

мой, для которой справедливо уравнение

t = a/ic,

где / — температура разваривания, °С; а и с —коэффициенты, зависящие от со­стояния, вида и степени измельчения сырья; t — продолжительность развалива­ния, мин.

В уравнении зависимости продолжительности разваривания от температуры следует учитывать также конструктивные особеннос­ти аппарата, влияющие на организацию проведения процесса и степень смягчения режима разваривания. Это влияние отражается с помощью коэффициента К, названного коэффициентом смягче­ния режима.

t= а/(Кхс).

Чем сильнее диспергируется и равномернее проходит через аппарат масса, тем больше коэффициент К, мягче режим (ниже температура или меньше продолжительность разваривания). Для установки конструкции УкрНИИСП К— 1,088; конструкции ВНИИПрБ К= 1,072.

В отечественной промышленности наиболее распространенной является установка ВНИИПрБ.

Способ непрерывного разваривания зерна и картофеля на установ­ке ВНИИПрБ (рис. 4.1). Зерно, очищенное на сепараторах, элева­тором подается в приемный бункер 1, а затем поступает в молот­ковые дробилки 14.

Продукт дробления должен иметь такие размеры, чтобы 50—

Рис. 4.1. Аппаратурно-технологическая схема непрерывного разваривания зерна и картофеля на установке ВНИИПрБ

 

60 % его проходило через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Остаток на сите с отверстиями диаметром 3 мм не должен превы­шать 0,1 %. Дробленое зерно направляется в смеситель 13, пред­ставляющий собой цилиндрический сосуд с эллиптическим дни­щем и плоской крышкой, имеющий вертикальную рамную ме­шалку. Измельченное в молотковых дробилках зерно через пат­рубок поступает в приемник, который выполнен в виде перфорированной камеры. Через отверстия внутренней трубы этой камеры тонкими струями подается вода. Измельченная зер­новая крупка активно смешивается с водой уже в приемнике продукта. Замес выходит через переливную коробку, состоящую из двух камер, разделенных перегородкой, обеспечивающей оп­ределенный уровень в смесителе. Переливная коробка также снабжена смотровым патрубком, через который можно отбирать пробы.

Дробленое зерно смешивается с водой температурой 40—50 °С в заданном соотношении от 1: 2,5 до 1: 3,5 в зависимости от его крахмалистое™. Количество поступающего дробленого зерна и воды регулируется дозаторами, работающими синхронно. Приго­товленный замес с помощью насоса 12 перекачивается в контакт­ную головку 4 вторичного пара, который подводится через патру­бок в центре головки и движется из нижней ее части вверх. Встречное движение теплоносителя и замеса также способствует ускорению его нагрева.

Замес нагревается вторичным паром, выделившимся из паросе- паратора 9, до 85—95 °С в зависимости от температуры в смесителе и количества этого пара, которое определяется, в свою очередь, принятым режимом разваривания.

Нагретый замес поступает в буферную емкость 3, откуда плун­жерным насосом 11 перекачивается в контактную головку б остро­го пара, где нагревается до 138—149 °С, и подается в трубчатый разварник 10. В случае разваривания кукурузы замес нагревают до 144—150 °С.

При переработке картофеля клубни после мойки ковшовым элеватором поднимаются на весы, затем подаются в промежуточ­ный бункер и оттуда дозатором на молотковые дробилки 2. Карто­фельная кашка через промежуточный сборник поступает в плун­жерный насос 5 и оттуда в греющую контактную головку б острого пара. В ней кашка нагревается до 138—140 "С и направляется в ва­рочный аппарат, который состоит из трубчатого разварника 10, выдерживателей первой 7и второй 8 ступени.

Выдерживатель 7 первой ступени предназначен для доварива­ния сырья, нагретого до температуры разваривания в контактной головке острого пара и в трубчатом аппарате.

Масса из выдерживателя 7 первой ступени перемещается по переточным трубам за счет разницы уровней в колоннах при оди­наковом давлении в паровых пространствах колонн, что достига-

ется установкой уравнительной линии. Из выдерживателя 8 вто­рой ступени масса выдувается в паросепаратор. Продолжитель­ность пребывания массы зерна в варочных колоннах обоих выдер- живателей 45—55 мин (кукурузы 60 мин). Пар из сепаратора ис­пользуется на подваривание замеса в контактной головке вторич­ного пара. В паросепараторе поддерживается постоянное избыточное давление около 0,05 МПа, что соответствует темпера­туре 105 °С. Разваренная масса находится в нем 15—20 мин.

Качество разваривания сырья на установке конструкции ВНИИПрБ, так же как и на любой другой установке, определяют по цвету сваренной массы, отобранной из пробников, установлен­ных на выдувной трубе варочного аппарата и трубе паросепарато- ра. Цвет массы из зерна должен быть темно-желтым со светло-ко- ричневым оттенком, из картофеля — светло-коричневым с зеле­новатым оттенком.

Механико-ферментативный способ обработки сырья. По ре­зультатам проведенных исследований сотрудниками ВНИИПрБ (Б. А. Устинниковым и др.) разработаны технологический режим и схема механико-ферментативной подготовки крахмалистого сы­рья к осахариванию (рис. 4.2).

По этой схеме все поступающее в переработку зерновое сырье обязательно очищается от металлопримесей на магнитном сепа­раторе, а от сорных — на зерновом сепараторе. Остаточное со­держание примесей не должно превышать 1 %. Основные требо­вания к измельчаемому зерну: проход через сито с диаметром от­верстий 1 мм должен быть не мене? 75—80 %, к зерну кукурузы — не менее 85—90 %, остаток на сите с ячейками 3 мм должен отсутствовать.

Измельченное зерно или картофель поступают в смеситель 1,

Рис. 4.2. Аппаратурно-технологическая схема механико-ферментативной подготовки крахмалистого сырья

 

где смешивается теплой водой температурой 60—65 °С и бактери­альным ферментным препаратом — источником а-амилазы (ами- лосубтилин ГХ и ГЗХ и др.). Амилосубтилин дозируется из расче­та 1,5—2,0 ед. АС/г условного крахмала и поступает в смеситель из расходного сборника а-амилазы 2.

Соотношение зерна и воды, поступающих в смеситель, состав­ляет 1: (3,0—3,2) и устанавливается в зависимости от крахмалис- тости зерна с учетом того, что концентрация сусла в осахаривателе должна быть 16—18 %. Температура замеса в смесителе поддержи­вается на уровне 50—55 °С. При необходимости подогрева замеса используют вторичный пар, который поступает из паросепаратора 9. Продолжительность пребывания замеса в смесителе 10—12 мин. В смесителе должно обеспечиваться равномерное перемешивание измельченного сырья, воды и раствора а-амилазы, а также подо­грев массы до 55 °С.

При переработке картофеля клубни тщательно моют и измель­чают. Амилосубтилин вводят из расчета 2,0—2,5 ед. АС/г условно­го крахмала картофеля.

В смесителе происходит начальная стадия разжижения крах­мала и растворения сухих веществ за счет действия бактериаль­ной а-амилазы, обеспечивается нормальная текучесть массы.

Затем замес насосом 3 подается в контактную головку 4, где подогревается паром до температуры 70—72 °С (температура выше 75 °С недопустима из-за возможной инактивации а-амилазы) и направляется в аппарат 5 гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени ГДФО-1, где выдерживается не менее 2-2,5 ч.

После заполнения аппарата примерно на 1/3 включается цир­куляционный контур с центробежным насосом 6для перемешива­ния массы в аппарате. Коэффициент заполнения аппарата состав­ляет 0,75—0,80. Температура массы при обработке зернового заме­са должна поддерживаться в пределах 65—70 °С. На этой стадии ферментативной обработки происходят клейстеризация крахмала, разжижение замеса, декстринизация и частичный гидролиз угле­водов под действием введенной а-амилазы, а также собственных ферментов зерна, если они находятся в активном состоянии. Эти процессы сопровождаются интенсивным растворением сухих ве­ществ зерна.

При переработке кукурузы массу нагревают до 80—85 °С и вы­держивают в течение 4,5—5,0 ч, для чего подключают второй ап­парат ГДФО-1.

При переработке картофеля температуру гидродинамической обработки увеличивают до 70—75 °С.

Для лучшего сохранения активности а-амилазы ее вводят в две точки: 1 — 1,5 ед. АС/г в смеситель и 0,5 ед. АС/г в аппарат ГДФО-1.

Далее зерновой замес или картофельная кашка из аппарата ГДФО-1 самотеком или с помощью дозаторов отводятся в аппарат /гидродинамической и ферментативной обработки второй ступе­ни ГДФО-2. Этот аппарат, разделенный на три секции, может быть горизонтальной или вертикальной конструкции. В первой секции аппарата ГДФО-2 крахмалистая масса выдерживается при перемешивании в течение 15—16 мин при температуре 65—72 "С, после чего перетекает во вторую секцию, где нагревается острым паром до 72—75 °С и выдерживается также 15—16 мин. В зоне этих температур происходит более интенсивная клейстеризация крах­мала сырья с одновременным разжижающим действием на крах­мал бактериальной а-амилазы. В третьей секции температура мас­сы путем подачи острого пара поднимается до 85—95 °С. В этих условиях в течение 15—16 мин клейстеризуются наиболее трудно­доступные для воздействия воды и тепла крахмальные гранулы, причем разжижающее действие термофильной а-амилазы на крахмал хотя и ослабевает вследствие инактивации фермента, но еще продолжается.

При переработке кукурузы температура в ГДФО-2 поддержива­ется во всех секциях на уровне 90—95 "С.

Таким образом, в аппарате второй ступени осуществляются как дополнительный ферментативный гидролиз под действием сохра­нившейся а-амилазы, так и термообработка массы, т. е. стерили­зация ее паром под атмосферным давлением. При перемешивании происходит диспергирование сырья, сопровождающееся увеличе­нием содержания растворимых веществ до 90—95 % и более по от­ношению к концентрации сухих веществ в сусле. Такая масса дос­таточно подготовлена к осахариванию и с помощью насоса 8 пере­качивается в паросепаратор 9, выполняющий роль накопителя. Затем масса идет на осахаривание.

При переработке недоброкачественного дефектного сырья не­обходима более жесткая тепловая обработка массы для ее стерили­зации перед приготовлением сусла. Для этого масса насосом 8по­дается в контактную головку 10, где подогревается паром до тем­пературы 110—115 °С, а для кукурузы до 125—130 °С. Далее масса проходит через трубчатый стерилизатор 11 в течение 5—6 мин. Вводимый пар должен полностью конденсироваться. Этот эф­фект достигается установкой на выходе из трубчатого стерилиза­тора редуцирующего клапана, отрегулированного на давление 0,06—0,10 МПа. Это позволяет довести коэффициент заполне­ния трубчатого стерилизатора массой до 100 %. Затем масса отво­дится в паросепаратор 9. Качество ферментативно-тепловой об­работки определяют по пробе, отбираемой после паросепарато- ра. Обработанная масса должна быть от светло-коричневого до коричневого цвета с белесым оттенком и иметь запах неперева­ренной массы.

Для осахаривания стерилизованную массу смешивают с необ­ходимой дозой глюкаваморина ГХ или другим препаратом.

Так как предварительный гидролиз и растворение массы с по­мощью бактериальной а-амилазы практически на 90—100 % за­вершаются до стадии осахаривания, то а-амилазу в дальнейшем можно не вводить в осахариватель. Однако для успешной пере­работки дефектного и трудносбраживаемого сырья в осахарива­тель следует ввести до 30 % от общего расхода бактериальной а-амилазы.

Техноэкономический эффект при переходе на работу по схеме механико-ферментативной обработки сырья по сравнению со схе­мой разваривания и осахаривания с применением ферментных препаратов состоит в следующем:

расход пара снижается не менее чем на 40 %; расход электроэнергии на 1 т сырья увеличивается на 3,1 кВт ■ ч; выход спирта из 1 т условного крахмала увеличивается не ме­нее чем на 0,4 дал за счет снижения потерь сбраживаемых ве­ществ при разваривании, которые составляют 3—4 % от введен­ного крахмала.

Кроме того, из схемы исключаются варочные колонны, работа­ющие под давлением, обеспечиваются безопасные условия труда.

4.3. ОСАХАРИВАНИЕ РАЗВАРЕННОЙ МАССЫ

Осахаривание заключается в обработке охлажденной разварен­ной массы солодовым молоком или ферментными препаратами для гидолиза полисахаридов, белков и других сложных веществ. Основным и наиболее важным процессом при этом является фер­ментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых Сахаров, поэто­му процесс и называют осахариванием. В результате осахаривания разваренной массы получают полупродукт — сусло спиртового производства.

В производстве спирта воздействие ферментов на составные вещества сырья осуществляется на нескольких технологических стадиях: стадии подваривания сырья; специальной стадии осаха­ривания крахмала, которая проводится при оптимальной темпера­туре для действия амилолитических сахарогенных ферментов; ста­дии брожения, где создаются условия, оптимальные для жизнеде­ятельности дрожжей, но которые не вполне благоприятны для действия амилолитических ферментов (более низкие температура и рН среды).

Сусло, полученное при осахаривании солодом, содержит 71 — 76 % мальтозы и 24—29 % глюкозы от суммы сбраживаемых Саха­ров, а осахаренное ферментными препаратами — соответственно 14-21 и 79-86 %.

В период осахаривания разваренной массы под действием про- теолитических ферментов происходит накопление аминокислот, пептонов и полипептидов. Содержание растворимого азота в раз

варенной массе увеличивается в несколько раз. Наибольшее коли­чество растворимого азота (до 75 % от общего азота сырья) образу­ется при осахаривании массы, разваренной при температуре 150 "С, а наименьшее (до 33 %) — при температуре 100 °С.

Целлюлоза, гемипеллюлоза и другие некрахмалистые полиса­хариды почти не гидролизуются ферментами солода и в большей степени, хотя и незначительно, гидролизуются ферментами мик­робного происхождения.

Процесс осахаривания осуществляется при 57—58 °С — опти­мальной температуре действия амилолитических ферментов. Раз­варенную массу охлаждают в осахаривателе со змеевым теплооб­менником или под вакуумом.

Осахаривание разваренной массы, как правило, осуществляют непрерывным способом и лишь на заводах малой мощности — пе­риодическим.

Независимо от способа процесс осахаривания состоит из следу­ющих операций:

охлаждения разваренной массы до определенной температуры, которую после смешивания массы с солодовым молоком (микроб­ной культурой) понижают до заданной для осахаривания:

смешивания разваренной массы с солодовым молоком (мик­робной культурой);

осахаривания крахмала;

охлаждения сусла до начальной температуры брожения сусла; перекачивания сусла в бродильное и дрожжевое отделения за­вода.

Один из распростра­ненных способов осахари­вания — непрерывное оса­харивание с одноступенча­тым вакуум-охлаждением разваренной массы, пред­ставленной на рис. 4.3.

Из паросепаратора 1 разваренная масса по тру­бе 2 поступает в испари­тельную камеру 3, в кото­рой поддерживается раз­режение 0,08 МПа. В ре­зультате самоиспарения температура воды почти мгновенно понижается до 62 "С. Вакуум в камере со­здается в результате кон- „.,, „ денсации выделяющегося

Рис. 4.3. Схема непрерывного осахаривания с „


одноступенчатым вакуум-охлаждением разва- пара ВОДОЙ В конденсаторе ренной массы

 

 

и неконденсирующихся газов откачивается мокровоздушным на­сосом 5 типа РМК.

Охлажденная масса по барометрической трубке 11 стекает в осахариватель 8. Одновременно по трубе 7 в трубу 2 из осахарива- теля засасывается 10—15 % сусла, вследствие чего снижается вяз­кость массы, облегчается отделение пара и уменьшается унос с ним крахмала. После добавления к разжиженной массе солодово­го молока из расходных бачков 9 с помощью дозатора 10 темпера­тура ее снижается до 57—58 "С и сохраняется на этом уровне все время. Продолжительность осахаривания не менее 10 мин.

Уровень массы в осахаривателе поддерживается автоматически посредством поплавкового регулятора, связанного рычагом с зас­лонкой на продуктовой трубе. Солодовое молоко дозируется в за­висимости от скорости откачивания сусла насосом 12 в теплооб­менник 13. Для задержания песка перед насосом установлена ло­вушка 6.

Охлаждение разваренной массы под вакуумом предотвращает

тепловую инактивацию ферментов осахаривающих средств при поступлении разваренной массы в осахариватель и обеспечивает более полное осахаривание крахмала, что позволяет увеличить вы­ход спирта. При этом способе охлаждения из сусла вместе с не­конденсирующимися газами удаляются такие летучие примеси, как метанол, фурфурол, летучие кислоты, что облегчает ректифи­кацию спирта.

Полноту осахаривания проверяют по йодной пробе. Если ок­раска сусла с йодом не изменяется, осахаривание прошло нор­мально; красная окраска свидетельствует об избытке декстринов, сине-фиолетовая — о присутствии неосахаренного крахмала. Та­кое изменение окраски с йодом характерно только при получении сусла осахариванием разваренной массы солодом; при осахарива- нии ферментными препаратами микроскопических грибов окрас­ка может оставаться сине-фиолетовой и исчезает при брожении.

Расход солода на осахаривание определяется с учетом его оса- харивающей способности (ОСп). На 1 г крахмала сырья, посту­пившего на разваривание и содержащегося в зерне, идущего на приготовление солода, требуется 0,6—0,7 ед. ОСп. Необходимое количество ОСп обеспечивается двумя или тремя солодами. При­чем доля просяного или овсяного солодов составляет 25—30 % от общего расхода.

Средний







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 3301. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Этапы трансляции и их характеристика Трансляция (от лат. translatio — перевод) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК...

Условия, необходимые для появления жизни История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни...

Метод архитекторов Этот метод является наиболее часто используемым и может применяться в трех модификациях: способ с двумя точками схода, способ с одной точкой схода, способ вертикальной плоскости и опущенного плана...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Травматическая окклюзия и ее клинические признаки При пародонтите и парадонтозе резистентность тканей пародонта падает...

Подкожное введение сывороток по методу Безредки. С целью предупреждения развития анафилактического шока и других аллергических реак­ций при введении иммунных сывороток используют метод Безредки для определения реакции больного на введение сыворотки...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.014 сек.) русская версия | украинская версия