Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы производства спирта из зернового сырья 9
1.1. Способы интенсификации технологии спирта 9
1.2. Способы водно-тепловой обработки замесов 12
1.3. Экструзия и изменения, происходящее с зерном в процессе экструзии 16
1.4. Переработка зернового сусла повышенной концентрации 20
1.5. Применение активных сухих дрожжей в производстве спирта 22
1.6. Сбраживания сусла повышенной концентрации 24
1.7. Выводы из литературного обзора и постановка задач исследования 31
2. Объекты, материалы и методы исследования 32
2.1. Материалы и объекты исследования 32
2.1.1. Объекты исследования 32
2.1.2. Материалы исследования 33
2.2 Методы исследования 35
3. Разработка технологии этилового спирта из экструдированной пшеницы 42
3.1 Исследование влияния температурных режимов экструзионной обработки пшеницы на структурно-механические свойства экструдатов 42
3.2 Исследование эффективности применения экструзионной обработки пшеницы для получения этилового спирта 46
3.3 Разработка технологии получения осахаренного сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы 51
3.3.1 Исследование влияния экструзионной обработки пшеницы на
параметры клейстеризации крахмала 51
3.3.2 Исследование влияния ферментных препаратов на вязкость замесов из экструдированной пшеницы в зависимости от температуры 53
3.3.3 Обоснование и выбор температуры и доз внесения ферментных препаратов для проведения водно-тепловой и ферментативной обработки замесов из экструдированной пшеницы 56
3.4 Разработка режима реактивации сухих спиртовых дрожжей для сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы 61
3.5 Разработка режима сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы 64
3.5.1 Исследование влияния режима внесения протеолитического ферментного препарата на параметры сбраживания сусла из экструдированной пшеницы 64
3.5.2 Исследование влияния внесения протеолитического ферментного препарата на стадии брожения на показатели послеспиртовой барды 73
3.6 Разработка технологии этилового спирта из экструдированной пшеницы 75
4. Расчет экономической эффективности 78
Выводы 87
Список литературы
- Способы водно-тепловой обработки замесов
- Сбраживания сусла повышенной концентрации
- Исследование эффективности применения экструзионной обработки пшеницы для получения этилового спирта
- Разработка режима реактивации сухих спиртовых дрожжей для сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из важнейших направлений развития спиртовой промышленности на сегодняшний день является совершенствование технологии этилового спирта, направленное на уменьшение потребления тепло- и энергоресурсов за счёт снижения температуры водно-тепловой обработки замесов и увеличение производительности технологического оборудования за счет повышения концентрации перерабатываемых сред.
Температурные параметры водно-тепловой обработки замесов зависят от степени механической деструкции зернового сырья. Эффективным способом изменения структуры зерна является экструзия, которая обеспечивает деструкцию биополимеров сырья за счет одновременного воздействия механического давления, тепла и влаги, что также позволит решить проблему микробиологической чистоты производственных сред и перерабатывать фуражное зерно.
Пшеница – наиболее используемое в спиртовой промышленности сырье, в связи с этим большой интерес вызывает влияние экструзионной обработки именно на эту культуру.
Экструзионная обработка сырья приводит к молекулярной дезорганизации молекул крахмала, что впоследствии отражается на такой его важной характеристике, как температура клейстеризации, которая и определяет температурные режимы проведения водно-тепловой обработки замесов.
При переработке сред повышенной концентрации на стадии клейстеризации крахмала значительно увеличивается вязкость зерновых замесов, что в дальнейшем влияет на качественные показатели получаемых гидролизатов.
Для снижения вязкости замесов из ячменя, пшеницы и ржи в работах Н. В. Бараковой, Л. Н. Крикуновой, Л. В. Римаревой была показана эффективность применения комплекса ферментных препаратов, содержащих -амилазу, целлюлазу, ксиланазу и -глюканазу. Применение ферментных препаратов комплексного действия может быть эффективным и при переработке экструдированного сырья.
Повышение концентрации перерабатываемых сред влияет не только на вязкость замесов, но и на метаболизм дрожжевых клеток, что особенно важно при работе с сухими дрожжами, которые отличаются повышенной проницаемостью мембран, и это необходимо учитывать при разработке режима их реактивации.
При сбраживании сусла повышенной концентрации для поддержания высокой бродильной активности дрожжей необходимо обеспечить
сбраживаемую среду достаточным количеством азотистого питания на протяжении всего процесса брожения.
В работах Л.В. Римаревой, М.А. Бушина, Т.М. Тананейко показана эффективность обогащения питательной среды свободными аминокислотами за счет применения протеолитических ферментных препаратов на примере таких зерновых культур, как пшеница и рожь. Научный и практический интерес представляет изучение влияния протеолиза и на экструдированное сырьё.
Экструзионная обработка сырья и применение комплекса ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия при переработке сред повышенных концентраций позволит снизить выход отходов спиртового производства и повлиять на качественные показатели барды, утилизация которой является актуальной проблемой для спиртовой промышленности.
Возможности, которые открывает экструзия, делает разработку технологии производства спирта из экстурдированного сырья актуальной задачей.
Цель работы. Исследовать влияние экструзии пшеницы на технологические параметры водно-тепловой обработки замесов и разработать технологию этилового спирта из экструдированной пшеницы. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
– исследовать влияние температурных режимов экструзионной обработки пшеницы на структурно-механические свойства сырья;
– исследовать эффективность применения экструзионной обработки пшеницы для получения этилового спирта;
– исследовать влияние экструзионной обработки пшеницы на параметры клейстеризации крахмала;
– разработать режим проведения водно-тепловой и ферментативной обработки замесов повышенной концентрации из экструдированной пшеницы;
– разработать режим реактивации сухих спиртовых дрожжей для сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы;
– исследовать влияние ферментного препарата протеолитического действия на параметры сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы;
– разработать техническую документацию на производство этилового спирта из экструдированной пшеницы.
Научная новизна работы:
– установлено, что повышение температуры экструзионной обработки сырья увеличивает количество мелкодисперсной фракции в помоле
экструдированной пшеницы;
– показано, что применение экструзионной обработки пшеницы позволяет получать осахаренное сусло и зрелую бражку с более высокими качественными показателями по сравнению с применением неэкструдированной пшеницы;
– доказано отсутствие стадии клейстеризации крахмала в замесе из экструдированной пшеницы;
– установлена концентрация среды для реактивации сухих спиртовых дрожжей, обеспечивающая максимальную бродильную активность дрожжей при сбраживании сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы;
– показано, что внесение ферментного препарата протеолитического действия на стадии брожения приводит к сокращению сроков сбраживания, увеличению выхода спирта и снижению содержания летучих примесей спирта в бражных дистиллятах.
Практическая значимость:
Разработаны режимы: – водно-тепловой и ферментативной обработки замесов из экструдированной пшеницы;
– реактивации сухих спиртовых дрожжей на сусле из экструдированной пшеницы;
– сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы с применением протеолитического ферментного препарата.
Разработана технологическая инструкция на производство этилового спирта из экструдированной пшеницы.
Проведены испытания на спиртовом заводе ООО «ИТАР» (г. Калининград).
По результатам проведения опытно-промышленных испытаний установлено, что экономический эффект от внедрения разработанной технологии спирта из экструдированной пшеницы на спиртовом заводе мощностью 1 000 дал/сутки составит 6,2 млн руб. в год.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012); на ХLII научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2013); на II Всероссийском конгрессе молодых ученых «Биотехнологии и ресурсосберегающие инженерные системы» (Санкт-Петербург, 2013); на III Международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений» (Воронеж, 2013); на VI Международной научно-технической конференции
«Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2013).
Личный вклад диссертанта. Проанализирована и обобщена научная информация по проблеме, связанной с темой диссертации, обоснован выбор объектов и методов исследования, проведены эксперименты, проведена математическая обработка опытных данных и обобщены полученные результаты, разработана технология и техническая документация на производство этилового спирта из экструдированной пшеницы.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
– влияние температурных режимов экструзионной обработки пшеницы на структурно-механические свойства сырья;
– влияние экструзионной обработки пшеницы на протекание основных процессов в технологии спирта;
– обоснование выбора режима водно-тепловой и ферментативной обработки замесов повышенной концентрации из экструдированной пшеницы;
– обоснование выбора режима реактивации сухих спиртовых дрожжей для сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы;
– обоснование выбора режима сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы.
– технология этилового спирта из экструдированной пшеницы.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающей 113 источников, из них 31 – иностранных. Диссертация содержит 106 страниц машинописного текста, 14 иллюстраций и 20 таблиц.
Способы водно-тепловой обработки замесов
Производство спирта является крайне энерго- и материалоёмкой отраслью промышленности, поэтому одним из направлений развития спиртовой промышленности является интенсификация технологии в направлении снижения расходов тепло- и энергоресурсов, а также в направлении повышения степени использования всех компонентов сырья и увеличения выхода целевого продукта – этилового спирта.
Классические технологии производства спирта предусматривают получение осахаренного сусла в результате разваривания крахмалсодержащего сырья под давлением при температуре 130-140 0С [67]. Однако под действием высоких температур в развариваемой массе активизируются процессы окисления и меланоидинообразования, что приводит к потере сбраживаемых углеводов и образованию токсичных примесей в процессе брожения. Применение разваривания под давлением также приводит к значительному расходу тепло- и энергоресурсов [6, 29, 67].
Одним из наиболее перспективных направлений интенсификации технологии спирта является разработка технологии переработки зернового сырья по механико-ферментативной схеме при температуре не выше 100 0С [63].
Такая технология позволяет уменьшать потери сбраживаемых сахаров за счёт снижения интенсивности химических реакций, в результате чего в процессе брожения образуется меньшее количество побочных, в том числе трудно выводимых в процессе брагоректификации вредных веществ [6, 10, 60, 67, 77].
Однако опыт применения механико-ферментативной схемы обработки замесов показал, что такой способ приводит к значительному увеличению времени обработки замеса по сравнению с развариванием под давлением [55] и не позволяет полностью перевести крахмал сырья в растворенное состояние, в результате чего ожидаемое увеличение выхода спирта за счёт снижения интенсивности реакции меланоидинообразования нивелируется потерями с нерастворенным крахмалом.
В случае применения фуражного зерна, которое часто используется в спиртовой промышленности, при его переработке по механико-ферментативной схеме возникают значительные трудности с обеспечением микробиологической чистоты перерабатываемых сред, для устранения которых требуется установка дополнительного оборудования для стерилизации замесов. Нарушение микробиологической чистоты производственных сред приводит к инфицированию сусла, потере сбраживаемых углеводов и накоплению трудноотделяемых в процессе брагоректификации примесей [ 30, 49, 67, 78].
Уменьшить температуру водно-тепловой обработки замесов и обеспечить эффективное растворение крахмала возможно за счет применения таких технологических приёмов, которые позволяют обеспечить глубокую деструкцию структуры зерна. Для обеспечения микробиологической чистоты перерабатываемых сред необходимо проводить предварительную обработку зерна.
Одним из самых перспективных способов деструкции зерновых культур в технологии спирта на сегодняшний день может стать экструзионная обработка сырья, поскольку в процессе экструзии происходит изменение структуры крахмала и других биополимеров сырья, в результате чего полученный крахмалсодержащий продукт (экструдированное зерно) отличается высокой степенью растворимости в воде и ферментативной атакуемости [68].
Изменение структуры крахмала и других биополимеров зерна в процессе экструзионной обработки позволит более полно использовать все компоненты сырья, затраты на которое составляют 65-70 % от общих затрат на производство этилового спирта [2].
При экструзионной обработке зерна также значительно улучшается его микробиологическое состояние. В результате экструзии, в зависимости от выбранного температурного режима и начальной контаминации сырья, 1 происходит либо полное уничтожение, либо значительное снижение количества плесневых грибов и бактерий [21, 27].
Таким образом, разработка технологии получения осахаренного сусла из экструдированного зерна позволит значительно сократить расходы тепло- и энергоресурсов на стадии водно-тепловой обработки сырья без ухудшения микробиологических показателей технологических сред.
Наравне со снижением температуры водно-тепловой обработки замесов, широкое распространение получил способ интенсификации спиртового производства за счет повышения концентрации перерабатываемых сред. Данные способы не требуют больших капитальных затрат и изменения структуры производства предприятия [45, 110].
Известно, что на нагрев 1 кг зерна необходима лишь третья часть энергии, требуемой на нагрев 1 кг воды. То есть при уменьшении гидромодуля замеса уменьшается количество нагреваемой воды и, следовательно, снижаются затраты на тепло- и энергоресурсы, цены на которые постоянно растут [18].
Однако при переходе на переработку сред повышенной концентрации наблюдается проблема повышенной вязкости замесов, что препятствует протеканию гидролиза крахмала и других биополимеров сырья, а также проведению последующих технологических операций: осахаривания, перекачивания, брожения [18, 10, 87].
Решение указанных проблем возможно при рациональном использовании мультиэнзимных препаратов с оптимальным составом ферментов для каждого вида сырья и при применении осмофильных штаммов дрожжей с высокой бродильной активностью [47].
Сбраживания сусла повышенной концентрации
Определение вязкости замесов. Поведение зерновых замесов не подчиняется закону вязкого трения Ньютона, такие жидкости называются неньютоновскими. Для описания свойств неньютоновских жидкостей обычно используют понятие эффективной или кажущейся вязкости [9, 26].
Эффективная вязкость — это динамическая вязкость, соответствующая истинной вязкости такой ньютоновской жидкости, которая при заданном напряжении сдвига имеет ту же среднюю скорость деформации (средний градиент скорости). Этот динамический параметр широко используется в реологии и позволяет рассматривать неньютоновские жидкости как системы с переменной вязкостью, величина которой зависит от скорости (напряжения) сдвига [52].
Динамическую вязкость замесов определяли на ротационном вискозиметре RHEOTEST RN 4.1 с использованием шпинделя S1 при скорости сдвига 100 с-1.
Определение массовой доли сухих веществ в гидролизатах и в осахаренном сусле осуществляли в их фильтратах рефрактометрическим методом на рефрактометре марки PTR46 Index Instruments [46].
Измерение величины рН в фильтратах осахаренного сусла проводили с помощью иономера лабораторного И-160МИ.
Титруемую кислотность в фильтрате бражки определяли титрованием. Один градус кислотности соответствует 10 см3 раствора гидроксида натрия c(NаОН) = 0,1 моль/дм3, расходуемого на нейтрализацию кислот, содержащихся в 20 см3 фильтрата бражки [16].
Осмотическое давление среды оценивали по осмоляльности осахаренного сусла, которую определяли на осмометре VAPRO, модель 5600, работающего по принципу измерения ослабления давления пара.
Содержания аминного азота в осахаренном сусле проводили медным способом [46].
Определение концентрации растворимых сбраживаемых углеводов, суммарного содержания сбраживаемых углеводов, несброженных углеводов и концентрации нерастворенного крахмала осуществляли колориметрическим антроновым методом; измерение оптической плотности проводили на фотоэлектроколориметре КФК-3 [46].
Концентрацию клеток дрожжей подсчитывали в камере Горяева под микроскопом Axio Lab.A1 фирмы Carl Zeiss [16].
Интенсивность брожения оценивали по количеству диоксида углерода, выделявшегося в единицу времени из определенного объема среды. Количество 0 углекислоты устанавливали по убыли веса сосуда, снабженного затвором [23].
Объёмную концентрацию спирта в зрелой бражке определяли в бражном дистилляте. Объёмную концентрацию спирта определяли с помощью ареометра АСП-1 для спирта в полученном дистилляте, доведенном до объёма бражки [46].
Определение концентрации побочных и вторичных метаболитов спиртового брожения проводили в бражных дистиллятах на хроматографе «Кристалл-2000М» 2002 года выпуска, с дозатором ДАЖ-2М, колонкой HP-FFAP 0,32мм, 0,5мкм. Газовая фаза – азот 99,999% ОСЧ. Все анализы проводились в трёх повторностях. Для расчета концентраций веществ выбирали пики веществ, концентрации которых расходились в пределах не более чем на15 %.
Массовую долю влаги в барде определяли согласно ГОСТ Р 54951-2012 «Корма для животных. Определение содержания влаги».
Массовую долю сырого протеина в послеспиртовой барде определяли согласно ГОСТ Р 51417-99 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение массовой доли азота и вычисление массовой доли сырого протеина. Метод Къельдаля».
Массовую долю перевариваемого протеина в послеспиртовой барде определяли согласно ГОСТ Р 51423-99 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения массовой доли растворимого азота после обработки пепсином в разведенной соляной кислоте».
Массовую долю легкогидролизуемых углеводов определяли согласно ГОСТ 26176-91 «Корма, комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов».
Массовую долю сырой клетчатки определяли согласно ГОСТ Р 52839-2007 «Корма. Методы определения содержания сырой клетчатки с применением промежуточной фильтрации».
Массовую долю сырого жира определяли согласно ГОСТ 13496.15-97 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания сырого жира».
Массовую долю сырой золы определяли согласно ГОСТ 26226-95 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения сырой золы».
Обработку полученных экспериментальных данных проводили методом математической статистики с нахождением доверительного интервала при доверительной вероятности 0,95 [53].
Обработку результатов измерений проводили с использованием программ Mathcad, Curve Expert, Microsoft Excel.
Структурно-механические свойства зернового сырья являются важным технологическим параметром при производстве спирта, влияющим на качество измельчения зерна и температурные режимы водно-тепловой обработки замесов.
В процессе экструзии создаётся продукт (гранулы) пористой структуры с различным диаметром пор и толщиной перегородок.
Для обеспечения микробиологической чистоты перерабатываемых сред экструзионную обработку пшеницы проводили при температуре выше 100С – 110, 150 и 190 С.
Влияние температурных режимов экструзионной обработки пшеницы на изменение структуры получаемых экструдатов оценивали по их текстуре, которую определяли в соответствии с методом определения текстуры экструдатов, основанном на фиксировании усилия разрушения внутренних перегородок согласно п. 2.2.
На рисунке 3.1 представлены кривые зависимости усилия нагружения индентора (иглы) от глубины его внедрения в структуру экструдата, полученные на основании проведенных исследований. Как видно из графика, представленного на рисунке 3.1, все исследуемые образцы экструдированной пшеницы имеют развитую пористую структуру, однако различаются по размеру пор, толщине перегородок и твердости.
Обработка экспериментальных данных показала, что чем выше температура экструзионной обработки сырья, тем меньше твердость экструдатов, которая определяется максимальным усилием нагружения индентора в процессе его прохождения через гранулу экструдата, таким образом наименьшей твердостью обладает образец пшеницы, экструдированной при температуре 190 С.
Структурно-механические свойства зерна оказывают большое влияние на процесс измельчения зернового сырья. Влияние изменения структуры сырья при разных температурных режимах экструзии на степень измельчения сырья оценивали по гранулометрическому составу помолов.
Исследование эффективности применения экструзионной обработки пшеницы для получения этилового спирта
Наибольшее влияние на ценность послеспиртовой барды оказывает содержание в ней перевариваемого протеина, поскольку он является ценным источником азота для кормления животных.
Исследовали влияние внесения ферментного препарата кислой протеазы на стадии брожения на состав послеспиртовой барды из экструдированной пшеницы.
В качестве контрольных образцов исследовали послеспиртовую барду из экструдированной и неэкструдированной пшеницы, полученную без использования протеолитического ферментного препарата.
Химический состав послеспиртовой барды исследованных образцов представлен в таблице 3.15.
Из таблицы 3.15 видно, что применение протеолитического ферментного препарата за счёт гидролиза белков сырья и за счет увеличения биомассы дрожжей позволяет сокращать в спиртовой долю сырого протеина и увеличивать содержание перевариваемого протеина на 41 %, что повышает эффективность ее последующей переработки и утилизации. 4
Показатели послеспиртовой барды Неэкструдированнаяпшеница (ВТО по механико-ферментативной схеме) гидромодуль 1:3 Экструдированнаяпшеница (ВТО по механико-ферментативной схеме) гидромодуль 1:3 Экструдированнаяпшеница(ВТО при 50С, сприменениепротеолитического ФП)гидромодуль 1:2,5
Разработанная технология производства спирта из экструдированной пшеницы включает следующие технологические операции: – Очистка зерна. Поступающее зерновое сырье (пшеницу) необходимо очистить от сорных, посторонних, незерновых и магнитных примесей, земли, песка и других посторонних включений. Использование неочищенного сырья не допускается. – Экструзионная обработка сырья. Очищенное зерновое сырье подается в камеру экструдера. Параметры экструзии: температура – 190 С, давление – 7105 Па.
Приготовление замеса и его водно-тепловая и ферментативная обработка. В емкость для проведения водно-тепловой и ферментативной обработки замесов подают расчетное количество воды, подогретой до 55 С. В воду через дозатор вносятся ферментные препараты, содержащиеa-амилазу и ксиланазу, из расчета 0,6 ед. АС г / крахмала и 0,035 ед. КС / г сырья соответственно. Далее в воду при интенсивном перемешивании вносится расчетное для гидромодуля 1:2,5 количество помола экструдированной пшеницы. Водно-тепловую обработку замеса проводят при температуре 50 С в течение 60 минут при постоянном перемешивании.
Осахаривание проводят в той же емкости, где готовили замес. Гидролизат нагревают до температуры 58 – 60 С. После нагревания гидролизата в него через дозатор вносят расчетное количество ферментного препарата, содержащего глюкоамилазу (доза внесения 7 ед. ГлС / г крахмала). Осахаривание проводят при температуре 58 С в течение 30 минут при постоянном перемешивании сусла.
Реактивация сухих спиртовых дрожжей. Расчетное количество осахаренного сусла, необходимого для реактивации сухих спиртовых дрожжей, разбавляют водой до концентрации сухих веществ 15 %, доводят температуру разбавленного сусла до 30 С и передают в емкость для реактивации. В емкость для реактивации вносят расчетное количество сухих дрожжей, перемешивают и выдерживают при 30 С в течение 1 часа.
Сбраживание. Осахаренное сусло, направляемое на брожение, охлаждают в пластинчатом теплообменнике до температуры складки 18 – 20 С и перекачивают в бродильные ёмкости. Реактивированные сухие дрожжи вносят в количестве 8 – 10 % от объема сбраживаемого сусла. Брожение проводится в течение 64 часов при температуре 30 С. Полученную бражку передают в отделение ректификации для отгонки спирта из бражки и его очистки.
Преимущества разработанной технологии производства этилового спирта из экструдированной пшеницы: – повышение производительности всего технологичского оборудования и снижение расхода тепло- и энергоресурсов за счетпереработки сусла повышенной концентрации (с концентрацией сухих веществ 22%); – экономия электроэнергии за счет исключения стадий нагрева зернового замеса с 50 С до 70 С и с 70 С до 90 С и последующей выдержки при указанных температурах в течение двух часов; – исключение из технологичесокго процесса стадии дрожжегенерации за счет использования сухих спиртовых дрожжей, для реактивации которых необходима лишь одна ёмкость; – Повышение выхода спирта с единицы емкостного оборудования – снижение расхода тепло- и энергоресурсов на стадии ректификации спирта за счет повышения концентрации перерабатываемых сред и снижения содержания в зрелой бражке примесей, сопутствующих этиловому спирту; – снижение количества отхода производства – послеспиртовой барды и повышение ее кормовой ценности.
Разработка режима реактивации сухих спиртовых дрожжей для сбраживания сусла повышенной концентрации из экструдированной пшеницы
Наибольшее влияние на ценность послеспиртовой барды оказывает содержание в ней перевариваемого протеина, поскольку он является ценным источником азота для кормления животных.
Исследовали влияние внесения ферментного препарата кислой протеазы на стадии брожения на состав послеспиртовой барды из экструдированной пшеницы.
В качестве контрольных образцов исследовали послеспиртовую барду из экструдированной и неэкструдированной пшеницы, полученную без использования протеолитического ферментного препарата. Химический состав послеспиртовой барды исследованных образцов представлен в таблице 3.15.
Из таблицы 3.15 видно, что применение протеолитического ферментного препарата за счёт гидролиза белков сырья и за счет увеличения биомассы дрожжей позволяет сокращать в спиртовой долю сырого протеина и увеличивать содержание перевариваемого протеина на 41 %, что повышает эффективность ее последующей переработки и утилизации. 4
Принципиальная схема производства этилового спирта из экструдированной пшеницы, разработанная на основании проведенных исследований, представлена в виде блок-схемы на рисунке 3.12.
Разработанная технология производства спирта из экструдированной пшеницы включает следующие технологические операции: – Очистка зерна. Поступающее зерновое сырье (пшеницу) необходимо очистить от сорных, посторонних, незерновых и магнитных примесей, земли, песка и других посторонних включений. Использование неочищенного сырья не допускается. – Экструзионная обработка сырья. Очищенное зерновое сырье подается в камеру экструдера. Параметры экструзии: температура – 190 С, давление – 7105 Па.
Приготовление замеса и его водно-тепловая и ферментативная обработка. В емкость для проведения водно-тепловой и ферментативной обработки замесов подают расчетное количество воды, подогретой до 55 С. В воду через дозатор вносятся ферментные препараты, содержащиеa-амилазу и ксиланазу, из расчета 0,6 ед. АС г / крахмала и 0,035 ед. КС / г сырья соответственно. Далее в воду при интенсивном перемешивании вносится расчетное для гидромодуля 1:2,5 количество помола экструдированной пшеницы. Водно-тепловую обработку замеса проводят при температуре 50 С в течение 60 минут при постоянном перемешивании.
– Осахаривание проводят в той же емкости, где готовили замес. Гидролизат нагревают до температуры 58 – 60 С. После нагревания гидролизата в него через дозатор вносят расчетное количество ферментного препарата, содержащего глюкоамилазу (доза внесения 7 ед. ГлС / г крахмала). Осахаривание проводят при температуре 58 С в течение 30 минут при постоянном перемешивании сусла.
Реактивация сухих спиртовых дрожжей. Расчетное количество осахаренного сусла, необходимого для реактивации сухих спиртовых дрожжей, разбавляют водой до концентрации сухих веществ 15 %, доводят температуру разбавленного сусла до 30 С и передают в емкость для реактивации. В емкость для реактивации вносят расчетное количество сухих дрожжей, перемешивают и выдерживают при 30 С в течение 1 часа.
Сбраживание. Осахаренное сусло, направляемое на брожение, охлаждают в пластинчатом теплообменнике до температуры складки 18 – 20 С и перекачивают в бродильные ёмкости. Реактивированные сухие дрожжи вносят в количестве 8 – 10 % от объема сбраживаемого сусла. Брожение проводится в течение 64 часов при температуре 30 С. Полученную бражку передают в отделение ректификации для отгонки спирта из бражки и его очистки.
Преимущества разработанной технологии производства этилового спирта из экструдированной пшеницы: – повышение производительности всего технологичского оборудования и снижение расхода тепло- и энергоресурсов за счетпереработки сусла повышенной концентрации (с концентрацией сухих веществ 22%); – экономия электроэнергии за счет исключения стадий нагрева зернового замеса с 50 С до 70 С и с 70 С до 90 С и последующей выдержки при указанных температурах в течение двух часов; – исключение из технологичесокго процесса стадии дрожжегенерации за счет использования сухих спиртовых дрожжей, для реактивации которых необходима лишь одна ёмкость; – Повышение выхода спирта с единицы емкостного оборудования – снижение расхода тепло- и энергоресурсов на стадии ректификации спирта за счет повышения концентрации перерабатываемых сред и снижения содержания в зрелой бражке примесей, сопутствующих этиловому спирту; – снижение количества отхода производства – послеспиртовой барды и повышение ее кормовой ценности
Провели экономический расчет эффективности применения разработанной технологии производства спирта из экструдированной пшеницы для спиртового завода производительностью 1 000 дал спирта в сутки на стадиях приготовления замеса, проведения водно-тепловой обработки и осахаривания с учетом данных, представленных в таблице 4.1.
