Производство спирта

Технология спирта включает в себя следующие процессы: подготовка сырья к развариванию, разваривание зерна водой для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживания сахаров дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию.

Прием зерна. Для приготовления солода используют высококачественные ячмень, рожь, овес и просо, которые должны удовлетворять требованиям, приведенным в таблице №1. Цвет ячменя светло-желтый, допускается потемневший; овса белый или желтый; проса желтый, красный, серый, белый; ржи желтый и зеленый разных оттенков; запах, свойственный зерну; не допускается затхлый, плесенный и другие посторонние запахи.

Долго хранить зерно без существенного снижения его качества целесообразно только в складах, технологические возможности которых не позволяют развиваться и массово распространяться микроорганизмам (плесневым грибам, бактериям и дрожжам), вредителям (насекомым и клещам), а также снижают активность ферментов зерновок до такого уровня, когда они не проявляют биологического действия. Такие преимущества имеют хранилища с активным вентилированием межзернового пространства насыпи сырья наружным или охлажденным воздухом (по сравнению со складами без вентиляционных устройств). Опыт работы спиртовых заводов показывает, что продолжительность хранения зависит от качества поступившего зерна и технологических особенностей хранилищ. Во время хранения сырья в отдельных зерновках происходят физико-химические изменения, зависящие от условий хранения и состояния насыпи зерна. Устойчивое при хранении и имеющее сорную примесь сырье теряет незначительное количество влаги гидрофильных веществ зерновок в условиях аэробного дыхания. У свежеубранного происходит снижение влажности («потение» зерновок). Завершается образование высокомолекулярных соединений (углеводов, белков, жиров, витаминов), уменьшается активность ферментов. Высокая влажность и температура насыпи активизируют все ферменты зерновок. Имеющиеся в растворимой форме углеводы, расщепленные а-амилазой, служат для создания нового вещества (корней и побегов), а при дальнейшем расщеплении В-ами-лазой используются зерновкой для анаэробного дыхания. Ферментативное расщепление белка происходит ступенчато (как и углеводов) протеазами, в результате чего образуются аминокислоты. Липазы расщепляют жиры на глицерин и жирные кислоты (повышающие кислотность зерна). Оксидазы активируют дыхание зерновок, отчего в межзерновое пространство насыпи выделяются вода, двуокись углерода, этиловый спирт и тепло. Даже при низкой влажности и температуре засоренное (поврежденными, щуплыми, семенами сорняков) сырье отличается высокой активностью амилаз, приводящей к интенсивному протеканию обменных процессов (расщеплению) в растворимых углеводах зерновок, увеличивающих влажность насыпи сырья. Потери сухих веществ зерновок, обсемененных микроорганизмами и засоренных вредителями, происходят в результате размножения живых существ, приводящих к повышению влажности насыпи сырья.

Таблица №1. Характеристика качества зерна

Качество зерна, идущего на разваривание, не регламентируется. Желательно, чтобы зерно было здоровое, высокой крахмалистости, влажностью 14 - 17% в зависимости от культуры и с небольшой засоренностью. Предварительно здоровое зерно оценивают органолептически.

Подготовка зерна. Все виды зерна, поступающего в производство, очищают от пыли, земли, камней, металлических и других примесей. Зерно, предназначенное для приготовления солода, освобождают также от щуплых зерен, половинок и семян сорных растений.

Воздушно-ситовое сепарирование. Примеси, отличающиеся от зерна данной культуры толщиной (шириной) и аэродинамическими свойствами (парусностью), отделяют на воздушно-ситовом сепараторе. При очистке ячменя, овса и проса производительность сепаратора снижается на 20...30%. В очищенном зерне содержание примесей не должно превышать 1%.

Магнитное сепарирование. Мелкие металлические примеси, содержащиеся в зерне после очистки в воздушно-ситовых сепараторах, удаляют с помощью магнитных сепараторов.

Отделение семян сорных растений. С помощью сит зерно можно разделить только по толщине и ширине. Примеси, отличающиеся от основной культуры длиной зерна, выделяют на машинах, называемых триерами. Рабочий орган триера - цилиндр или диск с ячейками, выбирающими из зерновой массы короткие частицы. В зависимости от назначения различают два вида триеров: куколеотборники - выделяющие из основной культуры половинки зерен и шаровидные примеси, например семена куколя; овсюгоотборники - выделяющие зерно основной культуры, например ячменя, ржи, из смеси его с длинными зернами овса и овсюга.

Разваривание сырья. Разваривание осуществляют для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его в растворимую форму, в которой он быстрее и легче осахаривается ферментами. Разваривание крахмалсодержащего сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением 400 - 500 кПа.

При разваривании происходит ряд сложных физических, физико-химических и химических изменений. При тепловой обработке в процессе разваривания идет интенсивное набухание крахмала, его кластеризация и переход в растворимую форму, обусловленные интенсивным поглощением воды. При выходе разваренной массы из варочного аппарата давление снижается до атмосферного, что вызывает превращение содержащейся в клетках воды в пар, объем которого в несколько раз превышает объем воды. Такое резкое увеличение объема приводит к разрыву клеточных стенок сырья и превращению его в однородную массу. Процесс разваривания сопровождается увеличением содержания сахаров и декстринов за счет частичного гидролиза крахмала под действием собственных ферментов сырья и естественной кислотности. Высокая температура па стадии разваривания вызывает протекание процессов меланоидинобразования (взаимодействие сахаров с аминокислотами), термического разложения сахаров (карамелизапня) и других, что приводит к снижению количества сбраживаемых сахаров.

В настоящее время разваривание крахмалсодержащего сырья производят тремя способами: периодическим, полунепрерывным и непрерывным. Наибольшее распространение получило непрерывное разваривание по двум схемам. По первой схеме разваривание осуществляют при пониженной температуре (130 - 140°С), но длительное (50 - 60 мни). По второй схеме температура разваривания 165 - 172 °С и продолжительность варки 2 - 4 мин. При непрерывном разваривании сырье постоянным потоком движется через варочный аппарат.д.ля обеспечения равномерности потока сырье измельчают.

Непрерывное разваривание измельченного сырья включает операции: дозирование сырья и воды, приготовление замеса и разваривание в две стадии (нагрев замеса до температуры варки и выдержка замеса при этой температуре). Процесс непрерывного разваривания осуществляется следующим образом. Измельченное зерно смешивают с водой в количестве 2,0 - 3,5 л на 1 кг зерна. Воду добавляют с таким расчетом, чтобы концентрация зернового замеса составляла 16 - 17% сухого вещества. Зерновой замес нагревают вторичным паром до 70 - 75°С и подают насосом в контактную головку, где происходит мгновенный нагрев замеса (кашки) паром до 100 110°С. Затем подогретый замес подают в варочный аппарат, состоящий из 2 - 4 ступеней (колонн).

Охлаждение разваренной массы и её осахаривание

Осахаривание заключается в обработке охлажденной разваренной массы солодовым молоком или ферментными препаратами для гидролиза полисахаридов, белков и других сложных веществ. Основным и наиболее важным процессом при этом является ферментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, поэтому процесс и называется осахариванием. В результате осахаривания разваренной массы получают продукт - сусло спиртового производства.[4]

В производстве спирта воздействие ферментов на составные вещества сырья осуществляется на нескольких технологических стадиях

При осахаривании разваренной массы солодовым молоком: крахмал гидролизуется на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и на 25 - 30% до предельных декстринов, которые расщепляются: до Сахаров на стадии брожения. При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78% мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы всех сбраживаемых cахаров. Сусло, полученное при осахаривании ферментными препаратами микробного происхождения, содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы.

Такое различие в продуктах гидролиза крахмала при использовании разных осахаривающих материалов связано с тем, что в солодовом молоке содержатся A - и (B-амилаза и декстриназа, а ферментные препараты микробного происхождения содержат A-амилазу и глюкоамилазу. Все эти ферменты отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре и кислотности среды. В зависимости от происхождения A-амилазы могут расщеплять крахмал только до декстринов (A-амилазы бактериального происхождения) или образуют и декстрины, и сахара (большинство A-амилаз грибного происхождения и ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего материала.

Наиболее прогрессивным способом осахаривания является непрерывное осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов. К охлажденной массе добавляют осахариваюшие материалы. Оптимальная температура действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С. Непрерывное осахаривание разваренной массы производят по одно или двухпоточному способу. При однопоточном способе в осахариватель (цилиндрический аппарат с коническим днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное количество осахаривающих материалов и выдерживают в течение 10 - 15 мин. При двухпоточном способе разваренную массу разделяют на два равных потока и направляют в два осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих материалов, во второй частично осахаренное сусло охлаждают и подают на брожение в первый и второй головные аппараты бродильной батареи.

Готовое сусло должно содержать 16 - 18% сухого сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град. При пробе на йод окраска сусла не должна изменяться.

Сбраживание. Сбраживание осахаренной массы (сусла) начинается с момента введения в нее производственных дрожжей. Под действием ферментов дрожжей идет расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты и эфиры. По мере сбраживания моно - и дисахаридов под действием амилолитических ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.

В процессе брожения сусла можно выделить три периода: взбраживание, главное брожение и дображивание. В первом периоде происходит интенсивное размножение дрожжей и сбраживание Сахаров. Второй период характеризуется энергичным сбраживанием Сахаров и сопровождается бурным выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание Сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.

Процесс брожения проводят в закрытых бродильных аппаратах для предотвращения потерь спирта и выделения диоксида углерода в производственное помещение. Герметически закрытый бродильный аппарат представляет собой вертикальный цилиндр со сферическим или коническим днищем, внутри него установлен змеевик для охлаждения бродящего сусла.

Брожение сусла проводят периодическим, циклическим и непрерывнопоточным способами. Наиболее совершенным и эффективным является непрерывнопоточный метод, осуществляемый па установке, состоящей из двух дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно соединенных переточными трубами. Дрожжанки и взбраживатель предназначены для приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Процесс происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют суслом, пастеризуют его при 80°С в течение 30 мин, охлаждают до 30°С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные дрожжи в количестве 25 - 30% от объема. Размножение дрожжей идет до достижения содержания сухого вещества в сусле 5 - 6% - Затем 70 - 75% дрожжей переводится во взбраживатель, куда одновременно подается охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения дрожжей. Оставшаяся часть дрожжей (25%) подается во вторую дрожжанку для размножения.

Когда содержание сухого вещества достигнет 5 - 6%, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно подается охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней, аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29 - 30, в последующих - 27 28 °С.

Выделяющийся при брожении диоксид углерода вместе с парами спирта из бродильных аппаратов поступает в специальные ловушки, и которых происходит растворение спирта и отделение диоксида углерода. Водно-спиртовая жидкость из ловушки направляется вместе с бражкой на перегонку, а диоксид углерода - в специальный цех для получения сухого льда или жидкого диоксида углерода.

Зрелая бражка должна соответствовать установленным нормам. Крепость бражки (содержание этилового спирта в объемных процентах) должна находиться в пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна превышать 0,5-0,6 град.

Отгонка спирта из бражки и его ректификация. Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.

Для выделения спирта из бражки и его очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более летучим компонентом. Температура кипения этого компонента при постоянном давлении ниже. Поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.

Очистка спирта от примесей путем перегонки основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения этилового спирта.

При коэффициенте ректификации, равном единице, перегонка неэффективна, так как дистиллят после нее остается без изменения. Если коэффициент ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей, чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси. Для головных примесей коэффициент ректификации больше единицы, для хвостовых - меньше.

Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.

Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная. эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения этилового спирта от примесей.

На установке косвенного действия процесс ректификации осуществляется следующим образом. Бражку подогревают до 90°С в бражном подогревателе и подают на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую снизу поступает греющий пар. Пары, поднимающиеся из бражной колонны, поступают в конденсатор через бражный подогреватель, где отдают тепло поступающей в бражную колонну зрелой бражке. В конденсаторе пар полностью конденсируется и полученный конденсат крепостью 45 - 55 об.% поступает в эпюрационную колонну.

Аппаратурно-технологическая схема спиртового производства: 1 -- нория; 2 -- весы; 3 -- подвесовой бункер; 4 -- мойка зерна; 5 -- емкость для озонирования зерна; 6 -- установка для озонирования воды; 7 -- винтовой насос; 8 -- аппарат гидротермической обработки; 9 -- сборник жидкой фазы; 10 -- шлюзовой затвор; 11 -- активный смеситель; 12 -- роторно пулъсационный агрегат РПА-50С-СД; 13 -- смеситель; 14 -- роторно пулъсационный агрегат РПА-ЗОС-СД; 15, 18 -- насосы; 16 -- ГДФО-1; 17 -- ГДФО-П; 19 -- спиральный теплообменник

Сусло из осахаривателя с концентрацией сухих веществ 20-22%, охлажденное до температуры складки 24...26 °С, перекачивается на центрифугу 1, где разделяется на две фракции. Жидкая фаза -- осветленное сусло подается в бродильное отделение. Твердая фаза -- дробина спиртовая с влажностью 70-75% поступает в сборник для промывки 2, который снабжен мешалкой. Сюда же подается техническая вода в соотношении 1:5 к массе дробины с температурой 50...55 °С. Смесь пребывает в сборнике 10-15 мин. Вымытый из дробины растворимый белок с промывными водами насосом 11 перекачивается на фильтр 3 для отделения от взвешенных частиц. Очищенный белковый раствор насосом перекачивается на ультрафильтрационную установку 4 с целью выделения и концентрирования белковых фракций до заданной концентрации. Отделенная промытая дробина может быть использована в качестве кормового продукта или компонента для производства комбикормов.

Пермеат из ультрафильтрационной установки направляется в сборник для пермеата 7, а белковый концентрат подается в вакуум-выпарной аппарат 5. Упаренный белковый концентрат стекает в сборник 6, откуда направляется на сушилку 8, где высушивается до влажности не более 10%. Высушенный белковый концентрат поступает в сборник 9, а затем к потребителю.

Жидкая фаза -- осветленное сусло -- подается в количестве 18-20% в час от полного объема в головной бродильный аппарат 10 и далее в бродильные аппараты 12. Диоксид углерода из бродильных аппаратов проходит через спиртоловушку (14).

Температура в первом аппарате 26...27 °С, во втором 28 °С, в третьем 29...30 °С, в последующих 27...28 °С. Продолжительность брожения 52-54 ч.

Зрелая бражка из последнего бродильного аппарата 12 насосом 11 перекачивается в передаточную емкость 13, откуда подается на БРУ. Бражка, предварительно подогретая в дефлегматоре 16, поступает в бражную колонну 15. В холодильнике 17 образуется бражной дистиллят.

Технология переработки послеспиртовой барды

Барда - основной отход производства этилового спирта. В настоящее время на большинстве спиртовых заводов мира барду тем или иным образом перерабатывают, в основном на корма. Перевозить непереработанную барду невыгодно: большое содержание жидкости и довольно низкое - ценных веществ делает транспортировку этих отходов нерентабельной.

Предлагаемые технологии переработки барды можно условно разделить на четыре основные технологические схемы:

· Схемы с выпарными станциями.

· Схемы с аэробной микробиологической переработкой жидкой фазы с получением кормовых дрожжей;

· Схемы с метантанками с получением биогаза.

· Комбинированные схемы. В их основу положены известные и уже успешно зарекомендовавшие себя технологические приемы - разделение жидкой и твердой фазы на центрифугах, выращивание кормовых дрожжей на субстрате, сушка продукции.

Схемы с выпарными станциями

Технология «упаривания фугата» в выпарных станциях самая распространенная в мире. Привлекательная простота технического оформления не снимает, однако, проблем: стоимость выпарных станций и вспомогательного оборудования достаточно высока, процесс выпарки требует значительных энергетических затрат, а утилизация получаемого конденсата становится отдельной задачей.

В России полный цикл переработки барды реализован только на одном спиртовом заводе (ОАО «Татспиртпром» филиал «Буинский спиртзавод»). На ряде спиртовых заводов ФГУП «Росспиртпром» реализован усеченный цикл переработки барды в продукт. В этом случае перерабатывается только твердая фаза барды - «кек», а «фугат» сливается.

Схемы с получением кормовых дрожжей

Со второй половины XX века в качестве кормовой добавки в животноводстве стали широко применяться кормовые дрожжи. Они существенно повышают биологическую ценность кормов, прежде всего за счет содержащихся в них незаменимых аминокислот и витаминов.

В настоящее время получение кормовых дрожжей ограничено мелкими местными производствами в различных хозяйствах.

Существенное снижение стоимости оборудования с одновременным снижением эксплуатационных затрат при переработке послеспиртовой барды можно получить, если применить вместо выпаривания технологию аэробной микробиологической переработки жидкой фазы с получением концентрированных кормовых дрожжейВсе подобные предприятия используют крайне неэффективное оборудование, требующее расхода огромных энергетических ресурсов и серьезных эксплуатационных расходов.

Схемы с получением биогаза в метантанках

Схемы с получением биогаза не нашли широкого применения ни за рубежом, ни в России. Технология переработки барды на биогаз основана на анаэробном брожении (брожении без доступа кислорода). Барда подается в специальные емкости, в которые вводятся анаэробные бактерии. Бактерии, поедая содержащиеся в барде питательные вещества, вырабатывают биогаз.

Биогаз может утилизироваться в заводских котельных, а выпадающий осадок может быть использован в качестве добавки к кормам или высококачественного удобрения.

Достоинством данного метода переработки являются относительные низкие эксплуатационные затраты. Однако, в данном способе переработки барды необходимы огромные метантанки (а, значит, и значительные земельные участки), т.к. процесс переработки барды анаэробными бактериями крайне медленный. Другим недостатком метода является весьма длительный период выхода на режим - до 6 месяцев.

Комбинированная схема переработки барды

Сравнительно недавно разработанная технология предусматривает переработку послеспиртовой барды в сухой дрожжевой кормовой концентрат (ДКК). ДКК - это смесь твердой фазы барды, с выращенными на основе фугата кормовыми дрожжами. Введение дрожжей в качестве биологически активной добавки в «кек» позволяет получать готовый кормовой продукт.

Предложенная схема позволяет в значительной степени экономить энергоресурсы в процессе переработки барды. Экономия энергоресурсов производится, в основном, за счет «механического» выделения воды из фугата и применения для сушки роторно-трубчатых сушильных печей, имеющих энергопотребление в 4-6 раз ниже, чем распылительные сушилки.

Сухая барда содержит порядка 90% сухих веществ, состав которых входят: сырой протеин, безазотистые экстрактивные вещества, жир, клетчатка, зола, витамины и микроэлементы.

Хранение барды летом в течение более одних суток приводит к разложению белка, что вызывает закисание барды и снижение ее кормовых качеств.

Производство спирта из мелассы

Технология получения этилового спирта из мелассы основана на ферментативном сбраживании сахаров дрожжевыми микроорганизмами и включает следующие основные процессы:

· подготовка мелассы к сбраживанию;

· приготовление мелассного сусла;

· приготовление чистых культур спиртовых дрожжей;

· дрожжегенерирование;

· сбраживание сусла;

· перегонка бражки.

Подготовка мелассы к сбраживанию. Процесс подготовки мелассы включает ряд операций, таких, как тепловая обработка, химическое антисептирование, подкисление, внесение питательных веществ, кларификация, гомогенизация и выдержка.

Меласса может быть заражена посторонними микроорганизмами, жизнедеятельность которых приводит к нарушению технологии сбраживания, нерациональным потерям сахаров, ухудшению качественных показателей продукции.

Наиболее эффективным для обеззараживания мелассы являются химическое автисептирование и тепловая обработка (стерилизация, пастеризация).

Антисептирование и подкисление. Мелассу обеззараживают и подкисляют добавлением серной или соляной кислоты, хлорной извести, формалина, сульфонола и других химических веществ.

Серную или соляную кислоту добавляют, чтобы обеззаразить мелассу и создать оптимальный для жизнедеятельности дрожжей рН среды в мелассном сусле.

Количество добавляемой кислоты рассчитывают исходя из потребности на нейтрализацию щелочных меласс и дополнительного расхода для подкисления сусла до рН 5,1--5,3 при однопоточной схеме сбраживания и рН 4,8--5,1 при двухпоточ-ной схеме. Кислоты перед добавлением в мелассу разбавляют 4--5-кратным количеством воды.

Подкисление серной кислотой ведется на большинстве спиртовых заводов. На заводах, имеющих цехи кормовых дрожжей и станции упаривания барды, применяются соляная кислота» соли которой не дают осадка на поверхностях теплообмена.

При однопоточной схеме сбраживания подкисляют всю мелассу, поступающую в производство. Выдержка подкисленной мелассы производится в течение 8--12 ч.

При двухпоточной схеме сбраживания подкисляют и антисептируют соляной или серной кислотой только ту часть мелассы, которая идет на приготовление сусла для дрожжей. Кислотность сусла для дрожжей составляет 0,9--1,0°, что соответствует рН 4,1--4,3. Антисептирование при этой кислотности достигается выдержкой в течение 4--8 ч.

Высокая кислотность иногда является недостаточной для предотвращения развития вредной микрофлоры, содержащейся в мелассе. Поэтому кроме кислотного антисептирования неразбавленной мелассы, особенно при однопоточной схеме сбраживания, применяют другие антисептики.

Хлорную известь, содержащую 32--35 % активного хлора задают в мелассу в виде водной вытяжки. Для этого к извести, загруженной в емкость, добавляют пятикратный объем воды, хорошо размешивают, дают раствору отстояться в течение 2--3 ч. Светлый раствор декантируют и задают в мелассу, хорошо перемешивая.

На 1 т мелассы нормального качества добавляют 0,5--0,6 кг хлорной извести и выдерживают в течение 2--3 ч. Для средне-инфицированной мелассы расход хлорной извести составляет 0,8--1,0 кг/т, выдержка --4--5 ч, для сильноинфицированной-- соответственно 1,2--1,5 кг/т и 5--6 ч. В мелассном сусле известь нейтрализуется за счет окислительных процессов, в том числе от добавления кислот на подкисление, вследствие чего не оказывает ингибирующего действия на дрожжи.

Сульфонол подавляет кислотообразующую микрофлору и не влияет на жизнедеятельность дрожжей. Расход на 1 т мелассы 70--100 г. Добавляется в виде водного раствора подобно хлорной извести. Сохраняет бактерицидные свойства в мелассе и мелассном сусле в течение 10--15 дней.

Тепловая обработка. Сильноинфицированная меласса, которая не исправляется кислотным и химическим антисептированием, подвергается тепловой обработке.

Стерилизация проводится путем нагрева мелассы до температуры 109--110°С и выдержкой при этой температуре в течение 1,5--2 мин. Нагрев осуществляется в теплообменниках, теплоносителем является пар. Нагретая меласса после выдержки в течение 1,5--2 мин подается в сборник, где с помощью аэрирования воздухом из нее удаляются летучие вещества.

Затем она охлаждается до 25--30 °С (водой или холодной мелассойчерез теплообменник).

Пастеризация в отличие от стерилизации проводится путем нагрева мелассы при более низких температурах (85--95 °С), но более длительном выдерживании (50--60 мин). Пастеризация применяется при средней степени инфицированности мелассы.

Внесение питательных компонентов. Для обеспечения высокоактивной жизнедеятельности дрожжей в процессе сбраживания в, мелассу вносятся питательные компоненты. В качестве фосфорного питания применяют 70%-ную ортофосфорную кислоту или диаммонийфосфат, азотистого --карбамид (мочевину). Используют и другие фосфор- и азотсодержащие вещества (табл. 5--1).

Питательные компоненты вводят в мелассу в виде предварительно приготовленных растворов одновременно с серной или соляной кислотой. Кислоты и растворы солей вносят дозирование, пропорционально количеству поступающей мелассы при выпуске мелассы из весов в мелассные сборники выдерживатели суточного запаса.

При переработке тростниковой (черной), сахаротростниковой и рафинадной меласс, тростникового сахара-сырца и дефектного белого сахара в смеси со свеклосахарной мелассой или отдельно расход питательных веществ для дрожжей на 1т сбраживаемых Сахаров указанных видов сырья, кроме свеклосахарной мелассы, составляет: ортофосфорная кислота (70%) или диаммонийфосфат --3,3 кг; карбамид или сернокислый аммоний -- соответственно 9 и 20 кг. Расход питательных веществ на свеклосахарную мелассу в этом случае сохраняется на уровне норматива при переработке ее одной.

Кларификация мелассы. На спиртовых заводах, имеющих производство хлебопекарных дрожжей, выделяемых из мелассно-спиртовых бражек, свекловичную мелассу рекомендуется кларифицировать (осветлять). Особенно необходима кларификация при переработке тростниковой и рафинадной меласс в чистом виде.

Осветление проводят на сепараторах-кларификаторах. Мелассу перед поступлением на установку разбавляют водой в соотношении 1 : 1, при этом раствор нейтрализуют или подкисляют до требуемой кислотности. Иногда разбавленную мелассу стерилизуют или пастеризуют, затем охлаждают в закрытых теплообменниках, после чего подают в кларификатор.

Содержание, сахара в осадке, отделяемом в кларификаторе при сепарировании, составляет около 25 %. Его вымывают горячей водой. Промывную воду после кипячения рекомендуется направлять в дрожжерастильные чаны при производстве кормовых дрожжей.

Выдерживание и гомогенизация. Меласса с добавленными й нее антисептиками (при необходимости), кислотами и питательными солями подается в сборники суточного запаса, где выдерживается не менее 8 ч. Для стабилизации режима сбраживания ее усредняют (гомогенизируют) путем перемешивания в сборниках насосом. Забор мелассы насосом производится с нижней части сборника, а подача -- в верхнюю. Усреднение производят в период приемки мелассы, а также во время забора ее на рассиропку.

Гомогенизация особенно необходима при переработке дефектной мелассы, а также при использовании тростниковой и рафинадной меласс в смеси со свеклосахарной.

Приготовление мелассного сусла. Для нормальной жизнедеятельности дрожжей и оптимальных условий сбраживания мелассу необходимо разбавить водой до концентрации сухих веществ 20--22 %. Для приготовления сусла рекомендуется применять артезианскую воду. Можно использовать конденсаты, полученные при упаривании послеспиртовой и последрожжевой барды спиртовых заводов, работающих на мелассе. При использовании для приготовления сусла для дрожжей прудовой или речной воды ее обрабатывают хлорной известью из расчета 20--30 мг активного хлора на 1 л воды с выдержкой в течение 1 ч.

При непрерывном брожении мелассное сусло готовят на непрерывнодействующих рассиропниках, представляющих собой аппараты для смешивания и растворения мелассы холодной и горячей водой в непрерывном потоке, с регулированием концентрации сусла (по плотности) и температуры сусла. Применяются также рассиропники трубчатого типа с диафрагмами, принудительным механическим размешиванием и др. При однопоточной схеме сбраживания сусло готовят только концентрацией сухих веществ 20--22 %. При двухпоточной схеме сусло для дрожжей готовится концентрацией 12 % СВ, а мелассное сусло, используемое для основного брожения, --32--34 % СВ. При работе по усовершенствованной двухпоточной схеме УкрНИИСПа рекомендуется сусло для дрожжей готовить концентрацией 8--9 % СВ, а основное сусло --35--36 % СВ. Соотношение потоков сусла для дрожжей и сусла основного при двухпоточных схемахсбраживания 1 : 1, вследствие чего средняя концентрация смеси равняется 22 % СВ.

Тростниковую (черную), сахаротростниковую и рафинадную мелассу перерабатывают по двухпоточной схеме вместе со свеклосахарной мелассой. Смесь меласс содержит до 20% сахара. Дрожжи размножают на свеклосахарной мелассе, а брожение ведут на смеси меласс.

Концентрация сусла для.дрожжегенерирования составляет 10--12 % СВ, а основного сусла -- 27-- 28 %ХВ.

Переработку сахара-сырца и дефектного белого сахара проводят, в смеси со свеклосахарной мелассой. При работе по однопоточной схеме концентрацию сахаромелассного раствора устанавливают из расчета получения зрелой бражки крепостью 8-- -8,5 % об. При применении двухпоточной схемы дрожжи приготавливают на сусле концентрацией 12--13 % СВ, а основное -сусло готовят на мелассе, оставшейся после приготовления дрожжей, и сахаре-сырце или дефектном белом сахаре. Концентрация основного сусла составляет при переработке дефектного сахара в количестве 25 % общей массы сахара в. смесителе 27--28 % СВ; 50 %. --24--25; 75 % --21--22 % СВ.

Выращивание чистой культуры дрожжей. Для сбраживания сахаромелассных растворов на спирт применяют дрожжи расы В, гибридные дрожжи Г-67, Г-73, Г-75, Г-112.

Дрожжи расы В --осмофилы. Хорошо сбраживают сахарозу, фруктозу, глюкозу, но лишь на '/3 -- раффинозу (трисахарид). Плохо сбраживают мальтозу из-за низкой активности фермента мальтазы, расщепляющего мальтозу (дисахарид) на две молекулы глюкозы.

Гибридные дрожжи, полученные скрещиванием рас В и Яс пивными дрожжами, обладают высокой бродильной энергиейи почти полностью сбраживают раффинозу [вырабатывают фермент а-галактозидазу, расщепляющий сахар мелибиозу (оста-ток от расщепления раффинозы) на моносахара галактозу и глюкозу).

Свеклосахарную, тростниковую (черную) и рафинадную мелассы, содержащие значительные количества раффинозы, рекомендуют сбраживать двумя культурами дрожжей: расой В и гибридом Г-75 двухстадийным способом.

При производстве из мелассы спирта и хлебопекарных дрожжей, получаемых выделением их из спиртовой бражки, применяют дрожжи расы В в смеси с гибридом Г-112. Дрожжи расы В обеспечивают нормативный выход спирта из мелассы, а Г-112 -- высокую активность хлебопекарных дрожжей.

Чистые культуры дрожжей на спиртовые заводы поступают из научно-исследовательских институтов спиртовой промышленности -- ВНИИПрБ и УкрНИИСПа. Они поставляются в пробирках, закрытых пробками и залитых сургучом.

В зимнее время чистая культура дрожжей готовится на сусле-желатине, в летнее -- на сусле-агаре.

Разведение дрожжей из пробирок до объема 3 л проводят в лабораторных условиях в колбах, дальнейшее разведение ведут в дрожжегенераторном отделении в аппаратах чистой культуры (АЧК) вместимостью 20, 1000 и 5000 л. После этого дрожжи поступают в дрожжегенератор (табл. 5--2).

Для пробирки питательная среда (сусло) готовится из измельченного сухого ячменного солода. Сусло не подкисляется. Для стадий 2--4 в мелассное.сусло добавляют солодовое концентрацией 10--12 % СВ в количестве 10 % по объему (до стерилизации).

Для стадий 5--7 в мелассное сусло добавляют диаммонийфосфат (или ортофосфорную кислоту) и карбамид в количестве соответственно 0,12 и 0,2 % по массе мелассы (до стерилизации).