Размещено на http://www.Allbest.ru/

Реферат

Химический состав основных видов сырья спиртового производства

Содержание

1. Особенности химического состава зерна пшеницы

2. Особенности химического состава зерна ржи

3. Химический состав свекловичной мелассы

Литература

1. Особенности химического состава зерна пшеницы

Зерно пшеницы содержит 14,0…15,5% воды и 84,5…86,0% сухих веществ Химический состав здорового зерна пшеницы в процентах на сухое вещество:

Крахмал - 48…57

Сахара - 4,3

Целлюлоза - 2,0…3,0

Гемицеллюлоза - 8,0

Белки - 10…25

Липиды - 2,0…2,7

Минеральные вещества - 1,7…2,2.

В дефектном зерне крахмала меньше, чем в здоровом.

В крахмале зерна пшеницы содержится 25% амилозы и 75% амилопектина от общего количества крахмала. Температура клейстеризации пшеничного крахмала (54…62)⁰С. При разваривании замеса наиболее полно растворение амилопектина пшеничного крахмала происходит при температуре (136…141)⁰С. Чем выше температура разваривания, тем больше потери сбраживаемых углеводов на стадии разваривания.

Внешний вид крупных крахмальных зерен пшеницы напоминает внешний вид крахмальных зерен ржи и ячменя.

В зерне пшеницы содержатся активные ферменты альфа- и бета-амилаза. Оптимальная температура для альфа-амилазы пшеницы 64⁰С, бета-амилазы - (49…51)⁰С.

При приготовлении замеса начинается ферментативный гидролиз молекул крахмала до низших сахаров (глюкозы, мальтозы) с участием альфа- и бета- амилазы зерна пшеницы. Во время разваривания эти сахара вступают в реакцию меланоидинообразования, частично разлагаются до оксиметилфурфурола (ОМФ), муравьиной кислоты, левулиновой кислоты, что снижает выход спирта и ухудшает его качество в отношении содержания метилового спирта - «родственника» муравьиной кислоты.

Целлюлозы в зерне пшеницы относительно немного, так как пшеница - голозерная культура. Целлюлоза не подвергается ферментативному гидролизу в производстве спирта и переходит в барду.

Гемицеллюлоза пшеницы изучена недостаточно. Известно, что она не создает проблем при переработке пшеницы в производстве спирта.

Содержание белка в зерне пшеницы колеблется в широких пределах. Зерно пшеницы твердых сортов содержит больше белков, чем зерно пшеницы мягких сортов.

В стекловидных зернах пшеницы мягких сортов белков не всегда больше, чем в мучнистых зернах.

В зерне пшеницы содержится в процентах от общего количества белка: альбумина 4, глобулина 8, глютелина 48, проламина 40.

Альбумины и глобулины представлены в основном белками-ферментами и структурными белками. Они входят в состав мембран субклеточных органелл зерна (рибосом, митохондрий, эндоплазматического ретикулума).

Альбуминами и глобулинами являются белковистые части сложных белков (нуклео-, липо- и фосфопротеидов).

Глютелины и проламины - запасные белки, накопленные в зерне в качестве питательных веществ для развития зародыша на начальных этапах прорастания зерна.

В пределах одного биологического сорта фракционный состав белков меняется в зависимости от крупности зерна: с уменьшением размеров зерна увеличивается содержание альбуминов и глобулинов, снижается содержание проламинов. Размер зерна пшеницы и общее количество белка в нем связаны непропорционально. Бывает мелкое нормально развитое зерно и мелкое щуплое зерно.

Белки неравномерно распределены в тканях зерна пшеницы. Наиболее богат белковыми веществами алейроновый слой. Много белка в зародыше. Содержание белка в эндосперме меньше, чем в целом зерне.

В пределах эндосперма белок распределен неравномерно. Если его периферические слои имеют высокую концентрацию белков, то центральная часть наиболее бедна белками по сравнению со всеми остальными частями зерна.

Липиды зерна пшеницы представлены свободными липидами (1,85%), связанными липидами (0,49)% и прочносвязанными липидами (0,35%) при суммарном содержании липидов 2,69%. Липиды в основном находятся в зародыше, а также в алейроновом слое зерна пшеницы.

Минеральные вещества зерна пшеницы, в процентах от общей массы золы, представлены: Р₂О₅ - 47,2; К₂О - 30,7; MgO - 12,8; CaO - 4,3; Na₂O - 1,7; SiO₂ - 1,6; SO₃ - 1,4; Fe₂O₃ - 0,2; остальные - 0,1.

В зерне пшеницы обнаружены также (в мг% от СВ): Mn - 3,0…6,9; Ni - 0,3…0,6; Zn - 3,7…7,9; Cu - 0,72…0,75; Mo - 0,035; Co - 7,9…8,1 и другие.

Минеральные вещества в основном находятся в зародыше (80% от общего количества), в оболочках (17% от общего количества). В эндосперме находится 3% от общего количества минеральных веществ.

Среди минеральных веществ зерна пшеницы преобладают фосфор, калий и магний.

Роль минеральных веществ описана в лекции о зерне ячменя.

Фосфор входит в состав фитина (инозитфосфорной кислоты), гидролизуемой с участием фитазы до инозита и фосфатов, в состав нуклеопротеидов, в состав АТФ - источника высокоэнергетичных фосфатов.

Калий важен для нормального развития зерна, так как повышает гидрофильность протоплазмы клеток, благоприятствует сохранению нормальной проницаемости мембран и нормальному обмену веществ.

Магний - кофермент многих ферментов. Структура рибосом связана с концентрацией в них магния. В рибосомах происходит биосинтез белков.

2. Особенности химического состава зерна ржи

Средний химический состав зерна ржи в целом и его частей (эндосперма, зародыша и оболочки с алейроновым слоем) представлен в таблице 2.1.

Химический состав зерна ржи колеблется в широких пределах (плюс-минус 3 процента для углеводов и белков) в зависимости от района произрастания, состава почвы, климатических условий года урожая, характера применяемых удобрений, степени зрелости при уборке урожая.

Таблица 2.1

Средний химический состав зерна ржи и его частей, в процентах на СВ

Наименование	Соотношение	Белок	Углеводы	Липиды	Мин. в-ва	Прочие в-ва
			всего	в том числе
				целлюлоза	прочие
Целое зерно	100,0	14,03	68,06	2,36	65,70	1,74	2,02	14,03
Эндосперм (без алейронового слоя)	74,8	12,61	75,14	1,88	63,37	1,14	0,42	10,69
Зародыш	3,1	40,70	42,01	4,41	37,6	10,7	6,43	0,16
Оболочки с алейроновым слоем	22,1	16,00	51,90	3,70	48,20	2,40	7,36	22,34

Содержание влаги в зерне ржи может составлять от 13 до 19%.

Среди углеводов зерна ржи доминирующую роль играет крахмал - (57,7…63,5)% СВ. В его составе (11,6…20,1)% амилозы и (79,9…88,4)% амилопектина от общего количества крахмала. Это соотношение очень изменчиво и зависит от ботанического сорта ржи и степени созревания зерна.

Среди низших углеводов зерна ржи до 80% от общего количества, (1,8…3,0)% на СВ, составляет сахароза. Имеются также глюкоза, фруктоза, немного мальтозы и рафинозы.

Характерная особенность зерна ржи - наличие легко гидролизуемых полифруктозидов (левулезанов) в относительно больших количествах, чем в зерне ячменя, (1,54…2,26) % на СВ.

Полифруктозиды, гумми-вещества и пентозаны объединяют во фракцию гидрофильных слизей. При гидратации объем этих веществ увеличивается примерно в 9 раз. Они составляют до 90% в составе слизей от их общего количества.

Наряду с неограниченно набухающими и пептизирующимися белками зерна ржи, слизи дают вязкий коллоидный раствор, что затрудняет перемешивание и перекачивание, а также фильтрование ржаного замеса или затора. В зерне ржи имеется фермент, катализирующий гидролиз пентозанов, но его действие в условиях спиртового производства мало заметно.

Целлюлозы (клетчатки) в зерне ржи относительно немного, что объясняется малым количеством оболочек у зерна ржи, являющейся голозерной культурой.

Содержание белков в зерне ржи колеблется от 9 до 20%. В зависимости от места выращивания разница в содержании белка колеблется от 9 до 20 %, в том числе для одного и того же ботанического сорта.

Белки зерна ржи с более высоким содержанием незаменимых аминокислот - лизина, треонина и фенилаланина - более ценны в питательном отношении, чем белки зерна пшеницы.

Белки зерна ячменя чуть более ценны, чем белки зерна пшеницы.

Белки ржи быстро набухают, пептизируются, переходят в состояние вязкого коллоидного раствора.

Особенностью зерна ржи является наличие не только активного белка-фермента бета-амилазы, но и активного белка-фермента альфа-амилазы.

В таблице 2.2 приведен состав белкового комплекса зерна ржи по Осборну, в процентах от суммы извлеченных азотистых веществ.

Содержание общего азота и белков в зерне ржи снижается от периферии к центру. В периферических слоях эндосперма 12,9% белка, а в центре его 6,2%. Содержание белка в зародыше самое большое, 25,8%, он наиболее богат водо- и солерастворимыми белками (63,1%) с повышенным содержанием лизина и серина. Наибольшее количество структурных белков в периферических слоях (7,8%), наименьшее - в центре зерновки.

Таблица 2.2

Состав белкового комплекса зерна ржи по Осборну, в процентах от суммы извлеченных азотистых веществ

Содержание	Небелковые в-ва	Альбумины	Глобулины	Глиадины	Глютелины	Общий азот
Минимум	5,0	23,0	15,0	16,5	8,0	1,9
Максимум	12,0	39,0	29,3	47,8	22,0	2,4
Среднее	8,0	25,3	25,3	25,4	16,5	2,15

Липидов в зерне ржи относительно немного. Они представлены ценными в биологическом отношении жирными кислотами: линолевой (44,2%), олеиновой (31,9%), пальмитиновой (8,1%), миристиновой (2,3%), стеариновой (0,2% от общего количества липидов), фосфолипидами, каротиноидами. Больше всего липидов в зародыше зерна ржи (10,7% на СВ).

Минеральные вещества зерна ржи в золе представлены окислами металлов и некоторых неметаллов. Обнаружены в процентах на СВ: K₂O -0,58%, Na₂O - 0,03%, CaO - 0,05%, MgO - 0,29%, P₂O₅ -0,85%, SiO₂ - 0,03%.

Важной особенностью зерна ржи является самое высокое содержание фтора среди зерновых культур (0,035…0,085 мг%) и повышенное содержание йода.

Минеральные вещества в основном сосредоточены в зародыше, оболочках и алейроновом слое.

Зерно ржи, в зависимости от сорта, может иметь разную окраску. Из красящих веществ (пигментов) зерна ржи, кроме каротиноидов и флавонов, сконцентрированных в оболочке зерна и придающих ей желтый, красноватый или коричневый цвета, имеется хлорофилл в алейроновом слое, придающий зерну ржи зеленую окраску, антоциан (также в алейроновом слое), придающий зерну синюю окраску. Зерна ржи зеленого цвета обычно крупнее зерен желтого и коричневого цвета, у них тоньше оболочка, доля эндосперма больше.

Зародыш зерна ржи богат витаминами группы В (тиамином, рибофлавином), Е (токоферолом), А (ретинолом), а также никотиновой и пантотеновой кислотами (несколько мг%).

3. Химический состав свекловичной мелассы

химический зерновой меласса спирт

Оптимальный химический состав свекловичной мелассы такой: концентрация сухих веществ, %, 74,0;

содержание сахарозы

по прямой поляризации, %, 46,0…50,0;

содержание инвертного сахара, %, не более 1,0;

содержание рафинозы, %, не более 1,0; доброкачественность (отношение содержания сахарозы к содержанию сухих веществ), не более 65;

содержание общего азота,%, не менее 1,4, в том числе содержание аминного (формольного) азота, %, не менее 0,3);

содержание минеральных веществ без кальция, %, не менее 7,0;

содержание кальция в пересчете на окись кальция, %, не более 1,0;

содержание летучих кислот, %, не более 1,2;

содержание двуокиси серы, %, не более 0,05;

содержание биотина, мг на тонну мелассы, 200; содержание пантотеновой кислоты, г на тонну мелассы, 44; содержание инозита, кг на тонну мелассы, 1.

Главный компонент мелассы - сахароза, являющаяся углеводным питанием для дрожжей. Повышенное содержание сахарозы в мелассе свидетельствует о нарушении технологических режимов производства сахара.

Рафиноза появляется в мелассе, когда выращивание и уборка сахарной свеклы происходят в дождливую погоду.

Содержание инвертного сахара нарастает, если свеклу хранили в неблагоприятных условиях и на сахар перерабатывали гнилую или мерзлую свеклу, а также, если в мелассе содержится большое количество микрофлоры, фермент которой (инвертаза) катализирует гидролиз сахарозы до глюкозы и фруктозы.

Если принять содержание общего азота в мелассе за 100%, то состав азотистых веществ, в процентах к количеству общего азота, следующий: протеины и бетаин - 65,00; аминокислоты - 31,00; амиды - 1,62; соли аммония - 2,61.

Содержание общего азота в мелассе уменьшается во время сезона сахароварения в среднем на (0,1…0,2)% в месяц. При этом меняется состав аминокислот. Особенно резко уменьшается количество лейцина, аланина и серина (за 5 месяцев сахароварения, соответственно, на 40, 50 и 30% от исходного количества соответствующей аминокислоты).

Всего в мелассе обнаружено 17 аминокислот, в наибольших количествах - аланин, глицин, валин, лейцин, изолейцин, серин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, тирозин, пролин. В следовых количествах обнаружены треонин, лизин, орнитин, цистин, метионин, фенилаланин и гистидин.

Аминокислоты необходимы для питания дрожжей и роста биомассы. В мелассе их недостаточно, поэтому в мелассную питательную среду для выращивания дрожжей вносят азотистое питание (кукурузный экстракт, соли аммония, аммиачную воду, карбамид).

Минеральные вещества мелассы переходят в нее из сахарной свеклы, из воды, из химических веществ, применяемых в производстве сахара, в основном из окиси кальция, поэтому принято оценивать содержание минеральных веществ без учета окиси кальция. В состав минеральных веществ золы мелассы, кроме окиси кальция, входят окиси калия, натрия, магния, фосфора, а также богатый набор микроэлементов (B, F, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Mo, Sn, Pb и другие). Содержание микроэлементов в мелассе очень непостоянно. Попытки сбалансировать мелассную питательную среду по микроэлементам были неудачными, так как количество микроэлементов в мелассе и воде часто превышает оптимальные концентрации. Балансируют мелассную питательную среду для дрожжей по калию, магнию и фосфору с помощью добавления минеральных солей: KCl, K₂CO₃, MgSO₄, MgCl₂, (NH₄)₂HPO₄ и ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄).

Биотин, пантотеновую кислоту и инозит называют ростовыми веществами. В оптимальных концентрациях, будучи коферментами, они стимулируют рост и жизнедеятельность дрожжей.

Меласса содержит не только питательные вещества, но и вредные для дрожжей вещества, например, двуокись серы и летучие кислоты.

Двуокись серы попадает в мелассу в производстве сахара на стадии сульфитации. В концентрации 0,0025% она угнетает жизнедеятельность дрожжей.

Летучие кислоты, особенно уксусная, муравьиная, масляная в свободном состоянии угнетают рост дрожжей даже в низких концентрациях. Соли летучих кислот значительно менее токсичны. К счастью, большая часть летучих кислот находится в мелассе в виде солей.

Если меласса закисает во время хранения, значит, она сильно заражена осмофильными кислотообразующими бактериями и требует немедленной переработки. Сильнокислая среда непригодна для нормальной жизнедеятельности дрожжей.

Содержание других вредных веществ в мелассе косвенно отражает повышенная цветность мелассы (цветность должна быть не выше 2 см³ раствора йода концентрацией 0,05 моль/дм³ на 100 см³ раствора мелассы концентрацией 2 процента). Это продукты щелочного разложения инвертного сахара (меланоидины и карамели). Меланоидины и карамели являются растворимыми в воде коллоидами, несущими положительный заряд.

Взаимодействуя с поверхностью дрожжевых клеток, несущей отрицательный заряд, карамели и меланоидины обволакивают поверхность дрожжевых клеток и нарушают нормальный обмен веществ с окружающей средой, придают хлебопекарным дрожжам как товарному продукту темный цвет.

При хранении мелассы может наблюдаться, помимо нарастания кислотности и образования дополнительных количеств инвертного сахара, сахаро-аминная реакция (меланоидинообразование). Об этой реакции подробнее будет рассказано далее. Реакцию меланоидинообразования стимулирует разогрев мелассы с целью обеспечения ее текучести при выгрузке из цистерны или из складской емкости. Образуется сложный комплекс продуктов реакции, в том числе газообразных, приводящих к вспениванию мелассы. Экзотермические реакции приводят к саморазогреву мелассы до температуры более 100⁰С, нарастает кислотность мелассы. Иногда меласса взрывается. Окраска становится черной, сахароза полностью исчезает. Разработан ряд предупредительных мероприятий, изложенных в Справочнике по производству хлебопекарных дрожжей С.С. Новаковской и Ю.И. Шишацкого (1980, с. 74-75).

Литература

1. Le, Fevre Cours De Chymie. Курс Химии / Le Fevre, Nicolas; Ле Февр, Николай. - М.: Paris: Chez Jean-Noel Leloup, 2013. - 491 c.

2. Thurneisser Megale Chimia. Высшая Химия / Thurneisser, Leonhardt; Турнейзер, Леонард. - М.: Berlin, Nicolaum Bolsen, 2011. - 172 c.

3. Азимов, А. Краткая история химии / А. Азимов. - М.: СПб: Амфора, 2014. - 272 c.

4. Артеменко, А.И. Органическая химия. Теоретические основы. Углубленный курс / А.И. Артеменко. - М.: Машиностроение, 2010. - 384 c.

5. Ахметов, Н.С. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии / Н.С. Ахметов, М.К. Азимова, Л.И. Бадыгина. - М.: Наука, 2013. - 368 c.

6. Власов, Л. Занимательно о химии / Л. Власов, Д. Трифонов. - М.: Мир, 2010. - 256 c.

7. Глинка, Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: РГГУ, 2015. - 704 c.

8. Гоникберг, М.Г. Высокие и сверхвысокие давления в химии / М.Г. Гоникберг. - М.: Академии наук СССР, 2012. - 776 c.

9. Гудкова, А.С. 500 задач по химии: Пособие для учащихся / А.С. Гудкова, К.М. Ефремова, Н.Н. Магдесиева, и др.. - М.: СПб. [и др.]: Питер, 2015. 159 c.

10. Дикерсон, Р. Основные законы химии / Р. Дикерсон, Г. Грей, Дж. Хейт. - М.: РГГУ, 2015. - 603 c.

11. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие / ред. Н.В. Коровин. - М.: Высшая школа, 2015. - 255 c.

12. Зурабян, С.Э. Биоорганическая химия. Fundamentals of Bioorganic Chemistry. Textbook for Medical Students / С.Э. Зурабян, Zurabyan, S.E.. - М.: Наука, 2010. - 320 c.

13. Калаганов, Б.Ф. Задачи и упражнения по общей химии / Б.Ф. Калаганов, З.В. Плоткина. - М.: Машиностроение, 2012. - 122 c.

14. Маршелл, Э. Биофизическая химия / Э. Маршелл. - М.: СИНТЕГ, 2012. - 358 c.

15. Мейер История химии от древнейших времен до наших дней (Алхимия) / Мейер, Фон Эрнст. - М.: Машиностроение, 2011. - 530 c.

16. Моррисон, Р. Органическая химия / Р. Моррисон, Р. Бойд. - М.: Гостехиздат, 2012. - 565 c.

17. Нейман, И.М. Канцерогены и пищевые продукты / И.М. Нейман. - М.: ИЛ, 2015. - 152 c.

18. Оллис, У.Д. Общая органическая химия / ред. Д. Бартон, У.Д. Оллис. - М.: Наука, 2011. - 437 c.

19. Перекалин, В.В. Органическая химия / В.В. Перекалин, С.А. Зонис. - М.: Машиностроение, 2015. - 686 c.

Размещено на Allbest.ru