Главная Завтраки

Расход ферментов для браги. Альфа-амилаза подготавливает сусло к осахариванию-разжижает его. Глюкоамилаза выполняет непосредственно осахаривание. Для более эффективного производства спирта из зерна и получения максимального выхода из крахмала сырья настоя

Про ГОС мы написали, а это значит, что пришло время писать про холодное осахаривание. Происходит данный процесс без высоких температур при действии ферментов.
Для того, чтобы осуществить процедуру холодного осахаривания нам понадобится два фермента: Амилосубтилин и Глюкаваморин. Этим мы заменим солод. Первый фермент частично расщепляет молекулы, а второй перерабатывает крахмал в сахар. Холодное осахаривание - гораздо проще и дешевле, чем процесс солодовой варки, а получаемый результат одинаков.
Эти ферменты добавляют в сырьё вместе с водой. Происходит это на этапе приготовления браги. Брожение и преобразования крахмала в сахар происходит равномерно и почти одновременно.

У холодного осахаривания есть явные преимущества:

Процесс очень прост и хорошо подходит для новичков
Нет необходимости соблюдать точные температуры
Низкая трудозатратность.

Но холодное осахаривание имеет также и недостатки:

Требуется найти и купить ферменты;
Увеличивается время брожения;
Некоторые люди утверждают, что ферменты оставляют послевкусие.
Если быть честными, то мы бы всё-таки советовали вам производить осахаривание с помощью солода.

Как происходит холодное осахаривание?

Исходное сырьё (крупа, мука и т. д.) засыпается в ёмкость для брожения, туда же заливается тёплая вода 30-35 градусов (3 литра на 1 кг), также засыпаются ферменты А и Г (по 3-5 грамм на 1 кг) и завершаем заполнение бака дрожжами. Бак нельзя заполнять более, чем на 70%, т. к. есть вероятность очень обильного пенообразования.
Всё содержимое бака нужно перемешать и поставить под гидрозатвор.
Поставить в тёмное место с температурой 20-28 градусов.
Брожение начнётся буквально в течение первых двух часов. Будет очень активным первые дни, а после понемногу стихнет. Сам процесс брожения будет длительным: 7-25 дней.
Если увидите тонкую плёнку на поверхности - срочно перегоняйте брагу! Плёнка - признак скисания.
Когда брага будет готова, снимите её с осадка и перегоните. Обычно, если вы осуществляете холодное осахаривание, то осветление бентонитом даёт низкий эффект.

Добавлять ли что-то ещё в брагу - только ваше решение. При холодном осахаривании часто используются такие ингредиенты, как: антибиотики (например, доксициклин), подкормка для дрожжей, кислота, пеногасители. Также пропорции ферментов зависят от данных, указанных производителем.
Надеемся, что эта статья была вам полезна. Удачи в холодном осахаривании!

Пшеничный самогон можно сделать без солода, без температурных пауз благодаря ферментам альфа амилазе и глюко амилазе. С опыта скажу, что продукт самогоноварение таким способом имеет превосходные органолептические характеристики. В этой статье я изложу подробную технологию приготовления самогона из пшеничной муки с помощью ферментов холодным способом осахаривания.

Пшеничный самогон из муки

ингредиенты:

Пшеничная мука, высший сорт — 3 кг.,
Вода — 12 л.,
Ферменты А и Г — по столовой ложке,
Дрожжи хлебопекарские прессованные — 100 г.

Рецепт зерновой браги на ферментах,холодный способ

Для приготовления зерновой браги на ферментах первым делом нужно подогреть воду до состояния “теплого чая”, засыпать по столовой ложке ферментов А и Г, хорошо размешать. Далее засыпаем постепенно муку, при этом ее размешиваем, что бы не образовывались комочки. Размешивать муку удобно строительным миксером. После засыпаем дрожжи, еще раз смешиваем. Брагу можно ставить без гидрозатвора, главное что бы в теплом месте. Во время брожение, которое длится от 4-5 дней до недели, брагу я по несколько раз на день перемешивал с помощью венчика.

Для холодного способа осахаривания я использовал сухие ферменты, с жидкими данная технология показала меньший выход готового продукта на килограмм муки. Для жидких ферментов нужно применять способ запаривания муки или крупы.

Перегонка зерновой браги

Когда брага отыграет, ее нужно аккуратно слить с осадка, при желании можно осветлить с помощью бентонита или просто охладить до 3-5 градусов. Перегонка зерновой браги начинается с отбора спирта сырца, как обычно без разделения на фракции, отбирать нужно до 2-4 %, почти до нуля. В итоге у меня вышло из 3 кг. муки — 3,3 литра 31% спирта сырца, что не очень плохо для холодного осахаривания.

Вторая перегонка — дробная, головных фракций для зерновых я отбираю примерно 7-10% от абсолютного спирта, примерно 90 мл. у меня вышло “голов”. Среднюю фракцию (питьевая) отбираю обычно до 80-60% в струе, в зависимости от цели применения дистиллята. Пшеничный самогон разбавляем до 40-45%, при необходимости можно провести чистку активированным древесным углем.

Очистка самогона углем

Для очистки самогона углем нужна 1 ст. л. на 1 литр самогона уже разбавленного до крепости 40-45%. Засыпаем уголь в самогон, хорошо смешиваем в течении 5-10 мин., оставляем в покое на 6-12 часов, фильтруем сначала через 4 слоя марли, потом через плотный ватный фильтр. Перед дегустацией самогон должен отдохнуть несколько дней. Пшеничный самогон имеет нейтральный аромат и с легким оттенком зерна, легко пьется, после углевания имеет небольшую водочную резкость. Отличный продукт для настоек, облагораживания дубовой щепой. Отдельно рекомендую ознакомится с

В домашнее винокурение ферменты пришли из промышленности. Их использование в промышленности обусловлено снижением сложности, повышением стабильности технологических процессов, ускорения процесса производства и увеличением выхода спирта по сравнению с использованием традиционных методик. Использование полного комплекса ферментных препаратов позволяет получить максимальное количество спирта из сырья, а также уменьшить содержание посторонних компонентов в сусле, что положительно влияет на органолептику продукта перегонки.Современная промышленность использует для разжижения и осахаривания сырья ферментные препараты:

Амилосубтилин ГЗх (АмилоЛюкс, ;«А») - для разжижения сырья и подготовки его к действию других ферментов
Глюкаваморин ГЗх (ГлюкаЛюкс-А, «Г») - для осахаривания крахмала
ЦеллоЛюкс-А («Ц») - для осахаривания некрахмалистых полисахаридов (ксиланов, β-глюкана, целлюлозы, пектинов) либо подготовки их к действию вышеописанных ферментов.
Протосубтилин («П») - для расщепления растительных белков, что приводит к более активной работе дрожжей

Таким образом, минимально необходимые ферменты при осахаривании - это Амилосубтилин и Глюкаваморин. ЦеллоЛюкс-А и Протосубтилин выполняют дополнительное осахаривание и подготовку к брожению.

Дозировка различных ферментов

Множество вопросов вызывает расчет дозировки ферментных препаратов. Обычно производитель или продавец указывают активность сухих ферментов в активных единицах на грамм фермента. Также существуют рекомендации от производителя по дозировке активных единиц ферментов на грамм вещества подвергающегося обработке. Причем в зависимости от тех. процесса количество ферментов может варьироваться от минимального до максимального. При помощи этого числа, а также с использованием таблиц по содержанию крахмала, белка и НПС (некрахмалистых полисахаридов) можно высчитать эталонную дозу каждого фермента на килограмм сырья.Формула для расчета количества ферментов на килограмм сырья выглядит следующим образом:

Доза фермента (грамм) = (P*R*10)/A

P - процент содержания вещества, подвергающегося обработке (например, крахмал)
R - рекомендованная дозировка активных единиц
А - активность препарата в единицах на грамм

Стоит добавить, что для некоторых типов сырья (рожь) и ферментов с истекшим или подходящим к концу сроку годности требуется увеличение дозы ферментов на 15-25%. Так как в домашних условиях рассчитывать точную дозировку препаратов практически нет смысла, то можно допустить некоторые упрощения в методике расчета, взяв максимально рекомендуемые значения.В таблице приведен расчет дозировки ферментов на один 1 кг сырья:

Примерное содержание крахмала, белков, целлюлозы и жиров в различных видах сырья

Сырье	Крахмал	Белок	Целлюлоза	А-1500 ед/г	Г-3000 ед/г	Ц-2000 ед/г	П-120 ед/г
Пшеница	56	16	6	0,75	1,16	0,90	4,38
Ячмень (шелушенный)	49	13	7	0,65	1,01	1,05	3,79
Кукуруза	68	7	3	0,91	1,41	0,45	2,04
Рожь	50	15	2	0,67	1,03	0,30	4,38
Тритикале	53	13	2	0,71	1,10	0,30	3,79
Просо	51	13	8	0,68	1,05	1,20	3,79
Овес (шелушенный)	37	13	10	0,49	0,76	1,50	3,79
Картофель	18	2	2	0,24	0,37	0,30	0,58
Рис	73	8	н/д	0,97	1,51	-	2,33
Гречиха	64	12	н/д	0,85	1,32	-	3,50
Горох	59	29	н/д	0,79	1,22	-	8,46

Нарушения в дозировке препаратов в меньшую сторону могут сказаться на сроках работы ферментов и полноте переработки сырья. При этом от незначительного превышения дозировки негативных последствий не замечено (кроме перерасхода).Таким образом, универсальным рецептом будет использование на 1 кг сырья: ;

1 грамм - Амилосубтилин ГЗх 1500
1.5-2 грамм - Глюкаваморин ГЗх 3000
1 грамм - ЦеллоЛюкс-А 2000
4-5 грамм - Протосубтилин 120

Типы осахаривания, их преимущества и недостатки

Сейчас в домашнем винокурении пользуются популярностью две различных технологии осахаривания - горячее и холодное, названные так из-за разных;температур, при которых происходит гидролиз крахмала. При горячем осахаривании сырье нагревается до температур в 50-70°С и в таком состоянии подвергается воздействию ферментов в течение 10-20 часов. При этом минимален риск заражения сусла, максимально эффективно действуют ферменты, но этот способ требует больших усилий.При холодном осахаривании с использованием ферментов процесс протекает при температурах, близких к 30°С и с одновременным брожением. Этот способ менее трудозатратный, но более долгий, и имеет больший риск скисания браги. На графиках представлена зависимость активности ферментов от температуры с течением времени:

Диапазон эффективного действия фермента Амилосубтилин соответствует области рН 5,0-8,0 и температуре 50-75°С. Для фермента Глюкаваморин эффективное действие лежит в следующих пределах: рН 3,0-6,5 и температуры 30-60°С.Стоит добавить, что существует множество промежуточных способов между горячим и холодным осахариванием, применение которых во многих случаях может быть оправдано конкретными условиями, доступностью компонентов, затрачиваемым временем и другими факторами.

Горячее осахаривание (ГОС)

Рецепт приготовления браги с использованием крахмалосодержащего сырья и ферментов А и Г:

Сырье желательно раздробить и обязательно очистить от плевел, если они есть.
Подготовить горячую (кипящую) воду из расчета ~6.5 литров воды на 1 кг крахмала в сырье (для круп или дробленки).
В горячую воду добавляется сырье с постоянным перемешиванием. Для перемешивания удобно использовать шуруповерт или низкооборотистую дрель с насадкой для перемешивания строительных смесей - “миксер”. При этом для того, чтобы избежать комков, сыпать лучше всего прямо на вращающуюся в воде насадку.
При остывании смеси до 75°С вносится половина дозы фермента Амилосубтилин. Перед внесением его можно растворить теплой питьевой водой в отношении 1/10.
Далее сусло перемешивается с кашеобразного до жидкого состояния или в течение примерно 30 мин.
Суслу дают остыть до 56-58°С и вносят оставшуюся часть фермента Амилосубтилин и фермент Глюкаваморин, затем тщательно перемешивают “миксером”. Время работы ферментов на этом этапе составит около 1.5-2 часов.
После окончания процесса осахаривания суслу нужно дать остыть до температуры около 30°С. Для того, чтобы сусло не “заразилось” во время остывания, желательно герметично закрыть емкость с ним.
Сусло переливается в емкость для брожения (предварительно продезинфицированную), и в него вносятся дрожжи с дозировкой 2-3 грамм сухих или 10-15 грамм прессованных на килограмм сырья. Брожение происходит под гидрозатвором.

Активная фаза брожения будет продолжатся около 3-4 дней, затем брагу нужно периодически взбалтывать, не открывая бродильную ёмкость.

Холодное осахаривание (ХОС)

Рецепт приготовления браги с использованием крахмалосодержащего сырья и ферментов А и Г без заваривания:

Сырье желательно раздробить и обязательно очистить;от плевел, если они есть.
Подготовить воду температурой около 35°С из расчета ~6.5 литров воды на 1 килограмм крахмала в сырье (для круп или дробленки). Стоит учесть, что ёмкость для брожения нежелательно заполнять брагой более, чем на 7/10 объема.
В ёмкость для брожения вливается половина заготовленной воды.
Для снижения вероятности заражения сусла обязательно рекомендуется в воду добавить антибиотик – ;доксициклин (1 капсула на 20 литров браги).
Кислотность регулируется в пределах 5-5.5 pH ортофосфорной, серной или лимонной кислотами.
Далее в ёмкость вносятся ферменты Амилосубтилин и Глюкаваморин, согласно дозировке на килограмм крахмала в сырье.
Если есть, то можно добавить пеногаситель софэксил – 1 мл на 20 литров затора
Вносится сырье, затем все перемешивается
Добавляются дрожжи в соответствии с рекомендациями производителя (10 грамм сухих дрожжей на 4-5 литров браги).
Добавляется оставшаяся часть воды.
Брожение происходит под гидрозатвором с периодическим помешиванием-взбалтываем (без нарушения герметичности). Процесс брожения занимает от полутора до трех недель. Готовность к перегонке контролируется по появлению пленки на поверхности браги. Появление пленки - это признак того, что брага начинает скисать и ее нужно тут же перегонять. В идеале следует перегонять брагу незадолго до появления пленки.

Источники:

На зерне можно приготовить без дополнительных затрат сил и энергии, а также без температурных пауз. Для этого нужно просто использовать в процессе ферменты. Зерновая на ферментах, холодное осахаривание которой проходит быстро и качественно, превращается в с хорошим вкусом и мягкостью.

Особенности методики

Горячее осахаривание происходит с помощью поэтапного приготовления солода и сусла, а также смешивания их при определенной температуре и настаивании жидкости. Эта методика трудоемкая, поэтому большинство тех, кто варит на пшенице или другом зерне, используют процесс холодного осахаривания. У него есть ряд неоспоримых преимуществ:

процесс довольно простой;
не нужны высокие температуры;
фильтрации до начала брожения не нужно;
бактерии в такой среде размножаются меньше или не размножаются вовсе из-за выработки углекислого газа в процессе;
перегоняется прямым нагревом;
методика подойдет начинающим винокурам, у которых мало оборудования и практически нет опыта.

А вот среди минусов выделяют такие особенности методики:

Необходимо большее количество времени на брожение - это примерно 20-25 дней, в отдельных случаях до 27. Но при этом человек, который варит самогон, ничего не делает, он свободен от постоянных помешиваний или слежкой за сырьем.
Если не соблюдать технологию, то скиснет в конце процесса. Поэтому важна поэтапная подготовка и внимательность винокура к условиям.

Для того чтоб приготовить сначала брагу, а потом и самогон таким способом, нужны ингредиенты и аппаратура:

Обязательно наличие таких продуктов, как:

Сырье. Этот пункт пестрит разнообразием. В качестве сырья можно использовать муку, крахмал, крупу, макаронные изделия, солод разных видов. Цельное зерно лучше не использовать, поскольку процесс затянется надолго.
Вода.
Ферменты. Например, распространенные «Амилосубтилин» и «Глюкаваморин». К ним в качестве дополнения может присоединиться не ферментированный белый солод. Первый фермент отвечает за расщепление молекул, а второй - за переработку крахмала в сахар. Результат действия ферментов практически одинаковый с солодовой варкой. Технология дешевле, поэтому с водой в сырье добавляют ферменты на этапе приготовления браги. Процессы брожения и переработки крахмала в сахар идут практически одновременно.
Дрожжи сухие или прессованные.

Дополнительно может потребоваться антибиотик, подкислитель (лимонная кислота) и пеногаситель («Софэксил»). В качестве оборудования потребуется:

емкость для брожения;
гидрозатвор;
перемешиватель и аквариумный нагреватель - необязательно, их действие можно заменить созданием условий внешней среды для браги;
самогонный аппарат для перегонки готовой браги.

Подбор ингредиентов и пропорций

По рецепту приготовления нужно определиться с пропорциями ингредиентов. Идеального рецепта не существует, но самая популярная версия на один килограмм сырья такая:

3,5 литра воды при температуре 38 градусов Цельсия, главное, не выше этого показателя.
Ферменты: свежих - по 3 грамма «Амилосубтилина» и «Глюкваморина», старых следует взять по 4-5 грамм каждого.
Дрожжей сухих - 20 грамм или прессованных - 50 грамм. Можно брать винные дрожжи.
«Доксициклин», антибиотик - одна капсула на 20 литров затора.
Пеногаситель («Софэксил») - 10 миллилитров на 20 литров.

Пропорции не являются окончательными и могут быть дополнены винокурами исходя из личного опыта. А еще для расчетов важно знать, что ферменты имеют такой параметр, как активность. Он измеряется в единицах на грамм сухого вещества или на миллилитр жидкого раствора. Активность ферментов должна заявляться в инструкциях производителей. У каждого производителя свои штаммы и, соответственно, свои показатели. Например, показатели выглядят так:

«Амилосубтилин Г3х» - 1000 единиц на 1 грамм порошка;
«Глюкаваморин Г3х» - 1000 единиц на 1 грамм;
«Целлюлокс-А» - 2000 единиц на 1 грамм;
«Протосубтилин Г3х» - 70 единиц на 1 грамм.

При этом инструкция не является руководством к действию и не объясняет, сколько нужно класть продукта на килограмм пшеницы, риса или другого злака. В ней указываются рекомендации только по количеству сырья, готового к переработке, то есть крахмала, целлюлозы или простого белка. Поэтому перед использованием продукта нужно узнать, сколько содержится этих простых веществ в сырье.

Ферменты для браги

Использование ферментов не так распространено, потому что многие винокуры считают их ненатуральными продуктами. Соответственно, напиток также получается ненатуральным и в нем присутствует привкус. Вопрос привкуса ферментов спорный, поскольку часть деятелей абсолютно не замечает привкуса даже при однократной перегонке. Проверить этот тезис можно только экспериментально.

Если напутать с количеством ферментов, то напиток еще можно будет исправить. Положив больше, брага будет осахариваться быстрее, но винокур потратит больше средств на осахаривание. А если положить фермента меньше, то напиток просто не будет осахариваться или процесс замедлится. Особенно замедляет процесс брожения недостаток фермента «Глюкваморина», количество пены уменьшается, шапки из злаковых культур не наблюдается. Расход ферментов можно уменьшить в два раза в случае использования зеленого солода.

Главный выбор сырья делается между такими продуктами, как:

Мука. Это молотое сырье, которое продается в любом продуктовом магазине. По части доступности мука занимает первое место. Сырье быстрее осахаривается и с ним не слишком сложно работать. Крупинки муки мелкие, поэтому ферментам проще с ними взаимодействовать. Но есть и недостатки, например, склонность муки к пенообразованию и «убеганию». А еще брагу из этого вида сырья нужно обязательно осветлять и декантировать, что ведет к потерям спирта. Крупа стоит дешевле, но она осахаривается дольше за счет крупных частиц. Иногда процесс растягивается на 3-4 недели. Чтоб ускорить брожение, можно пользоваться мешалкой, только без открывания емкости с брагой. Саму емкость можно прокатить по полу с наклоном.
Солод - сырье, которое получается из проращённого зерна. Солод сам по себе имеет много ферментов, но и к нему добавляются порошковые ферменты. А еще солод выступает в роли усилителя вкуса, поскольку он очень ароматный. Существует зеленый и белый солод. Но этот ингредиент также добавляется в брагу в молотом виде.
Взорванное зерно, или экструдированное вакуумно-техническим способом. На вид - это пористые зерна с небольшим присутствием в них ферментов. Методика получения такого сырья пока не популярна.
Продукты с крахмалом. Это чаще всего макароны, хлеб. Если винокур работает в местах, где много таких продуктов, то их можно использовать в качестве сырья. Но для серьезных людей, которые занимаются перегонкой, эти ингредиенты больше подойдут для одноразового эксперимента.
Обычное зерно.

Использование конкретных злаков разной степени помола даст разный результат. Самым дешевым сырьем является пшеница. Но выход из нее чистого спирта относительно небольшой. Зато напиток получается мягким и приятным по вкусу. Рожь, которая обладает резкими чертами напитка, дает еще меньший выход спирта из-за того, что злаковая культура образует много пены и «сбегает» во время брожения.

Кукуруза - наименее капризная к условиям и дает большой выход спирта. Зато напиток имеет специфический вкус. Ячмень - еще один злак, который не всем нравится на выходе. Рис - крупа-лидер по части выхода спирта.

Именно рис используется для дальнейшего приготовления настоек. Привкус очень тонкий, напиток ароматный и легко пьется. Иногда в качестве сырья пробуют и гречку, но при большом выходе, вкус также на любителя.

При выборе ингредиентов, если сложно определиться, можно использовать смеси злаков. Советы по использованию такие:

Ячмень и рожь могут заглушить вкусы других злаков. Поэтому при использовании смеси их следует добавлять осторожно, желательно до 25%, при этом не делать акцент именно на этих культурах.
Рис - культура, которая не терпит использования в смесях, поскольку его вкус пропадет, зерновой самогон получится без особенностей.
Бурбонные замесы с кукурузой и ячменным солодом нравятся не всем дегустаторам из-за специфического вкуса.

Еще можно экспериментировать с разным процентным соотношением в смесях зерна. Результат получается неповторимым в одних случаях и совершенно не вкусным в других. Можно также пробовать комбинировать степени помола, хотя стоит знать, что добавление цельных злаков всегда чревато удлинением процесса брожения.

Для остальных ингредиентов критерии отбора несложные. Воду можно брать чистую, с хорошими вкусовыми качествами, необязательно проверять состав ее микроэлементов или другие свойства. Подкормки не требуется. Из пеногасителей рекомендуется «Софэксил», как самый эффективный по отношению к такой методике. Не стоит опасаться попадания антибиотика в самогон: обычно препарат остается в аппарате при перегонке и не попадает в «тело» напитка.

Методика изготовления браги

Технология холодного осахаривания состоит из основных этапов, в результате которых получается зерновая брага с добавлением ферментов:

В емкость добавляются продукты, а также вода при нужной температуре вместе с ферментами и дрожжами. Нужно учесть, что в тару нельзя наливать жидкости больше, чем 70% объема, поскольку идет активное пенообразование и брага может «сбежать».
Осахаренное сырье перемешивают и закрывают гидрозатвором.
Жидкость ставят в темное место с температурой 24-28 градусов Цельсия.
Брожение начинается через 2 часа, а уже через 3 дня оно становится активным и длится до 25 дней. Важно не допустить на поверхности браги образования пленки, поскольку это признак скисания. Такую брагу нужно срочно перегнать.
По готовности напиток снимают с осадка и перегоняют.

Приготовление напитка таким способом имеет ряд преимуществ и недостатков. Поэтому винокурам следует решить самостоятельно, избавится от влияния слухов и проверить методику на себе. Напиток получает хорошие качества и пригоден для употребления.

ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА

Мировой рынок этанола составляет около 4 млрд. дал (декалитров абсолютного алкоголя) в год. Лидерами в производстве этанола являются США, Бразилия, Китай. В США функционирует 97 заводов по производству этанола из кукурузы (строится еще 35 заводов) общей мощностью 1,5 млрд. дал в год.

Основные направления использования этанола в мировой практике:

− 60% − добавка к моторному топливу;

− 25% − химическая промышленность;

− 15% − пищевая промышленность (доля ее сокращается).

Автомобильное топливо на основе этанола содержит 10% этанола (топливо Е-10) или 85% этанола (Е 85). При стоимости нефти 60-70 $ за баррель биоэтанол становится конкурентоспособным топливом. Введение этанола в бензин позволяет отказаться от добавки в топливо тетраэтилсвинца, в результате чего снижается токсичность выхлопных газов и расход горючего.

В США проводятся масштабные исследования по производству биоэтанола из возобновляемого растительного сырья (из стеблей кукурузы, тростника и др.)

В промышленных условиях этанол получают гидратацией этилена в присутствии катализатора (H 3 PO 4 на силикагеле), из гидролизатов растительного сырья (древесины, стеблей кукурузы, тростника), а также из крахмалсодержащего сырья (пшеница, рожь, тритикале, картофель), мелассы, молочной сыворотки, топинамбура. Средний выход 95,5%-ного этилового спирта из 1 т различных видов сырья представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Выход этанола из различных видов сырья

Окончание таблицы 2.1

На спиртовых заводах Республики Беларусь (функционирует около 70 спиртовых заводов общей мощностью более 9 млн. дал в год) для производства этанола используют крахмалсодержащее сырье, главным образом зерно злаков. Содержание крахмала в различных видах зерна составляет (в %): пшеница – 48–57; рожь – 46–53; ячмень – 43–55; овес – 34–40; просо – 42–60; кукуруза – 61–70. В зерне содержатся также (в среднем) сахара ~ 3%; клетчатка ~ 6%; пентозаны и пектиновые вещества ~ 9%; азотистые (белковые) вещества ~ 11%, жир ~ 3%.

Продуценты этанола

При микробиологическом синтезе классическими продуцентами этанола являются дрожжи - сахаромицеты и шизосахаромицеты. Чаще других используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces vini , Schizosaccharomyces pombe .

Сахаромицеты имеют клетки округлой формы размером 10-15 мкм, размножаются почкованием. Шизосахаромицеты имеют крупные палочковидные клетки диаметром 4-5 мкм и длиной 18-20 мкм, размножаются делением. И те, и другие дрожжи хорошо сбраживают глюкозу, маннозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, труднее сбраживают галактозу и не сбраживают пентозные сахара (ксилозу, арабинозу).

Теоретический выход этанола из 100 кг сброженной глюкозы составляет 51,14 кг или 64,80 л (при этом образуется 48,86 кг СО 2). На практике выход спирта составляет 82-92% от теоретического в связи с расходом части субстрата на размножение и рост дрожжей и образование побочных продуктов.

Синтез этанола в дрожжевой клетке осуществляется по следующей схеме:

Побочными продуктами спиртового брожения являются глицерин, высшие (сивушные) спирты, органические кислоты (уксусная, пировиноградная, молочная, янтарная), альдегиды. При спиртовом брожении сахар (глюкоза) расходуется на образование различных веществ в следующем количестве: этанола - 46-47%, диоксида углерода - 44-46%, биомассы дрожжей - 1,8-4,0%, глицерина - 3-4%, высших спиртов - 0,3-0,7%, органических кислот - 0,2-1,0%, альдегидов - 0,1-0,2%. При многократном возврате дрожжей на брожение расход сахара на образование биомассы сокращается, а интенсивность брожения даже несколько возрастает.

Образование глицерина при спиртовом брожении объясняется тем, что в индукционный период (до образования уксусного альдегида) между двумя молекулами фосфоглицеринового альдегида под действием фермента альдегидмутазы при участии молекулы воды происходит реакция дисмутации. При этом одна молекула фосфоглицеринового альдегида восстанавливается, образуя фосфоглицерин, а другая окисляется в 3-фосфоглицериновую кислоту. Фосфоглицерин в дальнейших реакциях не участвует и после отщепления фосфорной кислоты является побочным продуктом спиртового брожения. 3-фосфогли-цериновая кислота претерпевает превращения по ЭМП-пути с образованием уксусного альдегида. После появления уксусного альдегида наступает стационарный период брожения, при котором окисление фосфоглицеринового альдегида в фосфоглицериновую кислоту протекает более сложным путем, с присоединением неорганического фосфата (ЭМП-путь). В связи с этим наряду с этанолом при брожении всегда образуется некоторое количество глицерина.

При связывании уксусного альдегида бисульфитом процесс брожения направляется в сторону образования глицерина:

С 6 Н 12 О 6 ® СН 3 СНО + СО 2 + СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН.

В щелочной среде молекула уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановительную реакцию со второй молекулой, образуя этанол и уксусную кислоту. Одновременно идет накопление глицерина. Суммарно процесс выражается следующим уравнением:

2С 6 Н 12 О 6 + Н 2 О ® ® 2СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН + С 2 Н 5 ОН + СН 3 СООН + 2СО 2 .

Эти приемы используются для промышленного получения глицерина.

Высшие спирты образуются из аминокислот (в меньшей степени из кетокислот), содержащихся в ферментационной среде, в результате последовательно протекающих реакций дезаминирования аминокислот, декарбоксилирования образовавшихся кетокислот и восстановления альдегидов.

Из высших спиртов в бражке присутствуют: пропиловый (образуется из треонина), изобутиловый (из валина), амиловый (из изолейцина) и изоамиловый (из лейцина).

В настоящее время ведется интенсивный поиск нетрадиционных микроорганизмов-продуцентов этанола, способных сбраживать широкий круг субстратов, имеющих высокую продуктивность по этанолу, обладающих повышенной устойчивостью к этанолу и высокой температуре. Представляют интерес этанолсинтезирующие бактерии. Например, бактерии Zymomonas mobilis отличаются от дрожжей интенсивным метаболизмом: имеют высокую удельную скорость конверсии глюкозы в этанол, обеспечивают более высокий выход этанола (до 95% от теоретически возможного), более толерантны к спирту. Но эти бактерии чувствительны к присутствию в питательных средах ингибиторов (фурфурола, фенолов) и требуют осуществления процесса брожения в условиях асептики.

Термофильные бактерии Clostridium thermocellum (оптимальная температура роста 68°С) способны непосредственно трансформировать целлюлозу растительного сырья в этанол, но при этом сырье должно быть освобождено от лигнина. Достичь высокого выхода спирта при прямой конверсии растительного сырья пока не удается.

Получены штаммы дрожжей, способные сбраживать пентозные сахара (Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata ). Выход этанола при сбраживании 100 кг ксилозы достигает 35-47 л.

В отечественной практике производства этанола из крахмалсодержащего сырья используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae , имеющие оптимальную температуру брожения 29–30°С.

Ферментативное осахаривание крахмала

Традиционные продуценты этанола не способны к расщеплению полисахаридов, поэтому при получении сусла крахмалсодержащее сырье подлежит развариванию и осахариванию. Крахмал большинства растений содержит 20-25% амилозы и 80-75% амилопектина. В растительных клетках крахмал находится в виде зерен (гранул), размер которых колеблется от 1 до 120 мкм (картофельный крахмал имеет гранулы размером 40-50 мкм, гранулы крахмала зерна − 10-15 мкм). Крахмал, амилоза и амилопектин нерастворимы в холодной воде, спирте, эфире. Амилоза легко растворяется в теплой воде, амилопектин - при нагревании под давлением. Сетчатая структура молекул амилопектина обусловливает набухание крахмальных гранул без их растворения (вторичные связи ослабляются гидратацией). При определенной температуре гранулы разрыхляются, разрываются связи между отдельными структурными элементами, нарушается целостность гранул. При этом резко возрастает вязкость раствора - происходит клейстеризация крахмала. Для клейстера характерны беспорядочное расположение молекул, потеря кристаллической структуры. При температуре 120–130°С клейстер становится легкоподвижным. Наиболее полное растворение амилопектина происходит у пшеничного крахмала при 136–141°С, у картофельного - при 132°С.

Растворенный при разваривании зерна или картофеля крахмал гидролизуют (осахаривают) амилолитическими ферментами зернового солода или культур микроорганизмов, преимущественно мицелиальных грибов и бактерий. Из растительных материалов наиболее богато амилолитическими ферментами пророщенное зерно злаков, называемое солодом. В настоящее время в спиртовой промышленности широко применяют ферментные препараты на основе культур мицелиальных грибов (или бактерий рода Bacillus ), которые имеют ряд преимуществ по сравнению с солодом. Культуры мицелиальных грибов выращивают на пшеничных отрубях или кукурузной муке, тогда как для получения солода требуется кондиционное зерно. С солодом в сусло вносятся в большом количестве посторонние микроорганизмы, что отрицательно сказывается на выходе этанола. Глубинные культуры грибов выращивают в стерильных условиях, они не загрязняют сусло посторонними микроорганизмами. Выращивание поверхностной культуры грибов осуществляется намного быстрее (1,5-2,0 сут), чем протекает проращивание зерна (9-10 сут). Грибы образуют комплекс ферментов, которые глубже гидролизуют крахмал, а также расщепляют гемицеллюлозы до моносахаридов, что повышает выход этанола из сырья.

В процессе осахаривания крахмалсодержащего сырья участвуют различные ферменты. Наибольшее производственное значение имеют амилазы. α- и β-амилазы катализируют разрыв только α-1,4-глюкозидных связей. Под действием α-амилаз связи разрываются беспорядочно, но преимущественно внутри цепей. В результате образуются главным образом декстрины, небольшое количество мальтозы и олигосахаридов. Исходя из характера действия, α-амилазу называют эндогенной или декстриногенной амилазой.

Дейстивие β-амилазы направлено на концевые (внешние) связи в крахмале, при этом последовательно, начиная с нередуцирующих концов цепей, отщепляется по два остатка глюкозы (мальтоза). β-амилаза не может обойти места ветвления в макромолекуле крахмала, поэтому гидролиз прекращается на предпоследней α-1,4-глюкозидной связи и остаются высокомолекулярные декстрины при гидролизе амилопектина. Амилоза практически полностью превращается β-амилазой в мальтозу, амилопектин – только на 50–55%.

В результате совместного действия α- и β-амилаз образуется смесь сахаридов, состоящая из мальтозы, небольшого количества глюкозы и низкомолекулярных декстринов, в которых сосредоточены все α-1,6-глюкозидные связи крахмала.

В бактериях и микроскопических грибах отсутствует β-амилаза, но содержится активная α-амилаза, отличающаяся композицией аминокислот в белке и специфичностью действия. В частности, при катализе α-амилазой микроскопических грибов образуется большое количество глюкозы и мальтозы. Среди бактериальных амилаз имеются как сахарогенные, так и декстриногенные. Первые гидролизуют крахмал на 60% и более, вторые – на 30–40%. α-Амилазы микробного происхождения, как и α- и β-амилазы солода, не атакуют α-1,6-глю-козидные связи.

В микроскопических грибах содержится глюкоамилаза, которая катализирует разрыв α-1,4- и α-1,6-глюкозидных связей в крахмале. При катализе этим ферментом от нередуцирующих концов амилозы и амилопектина последовательно отщепляются остатки глюкозы. По месту разрыва связей присоединяется молекула воды, поэтому теоретический выход глюкозы в процессе гидролиза составляет 111,11% к массе крахмала.

Известны три вероятных способа взаимодействия фермента с субстратом (содержащим большое количество цепей): многоцепочный, одноцепочный и комбинированный.

По многоцепочному способу молекула фермента в случайном порядке атакует одну из полисахаридных цепей, отщепляя от нее звено, а затем также в случайном порядке атакует следующие цепи, в том числе, возможно, и атакованную ранее. Таким образом, за время существования фермент-субстратного комплекса происходит только один каталитический акт.

При одноцепочном способе молекула фермента, атаковав в случайном порядке одну из полисахаридных цепей, последовательно отщепляет от нее звенья до полного расщепления цепи. За время существования фермент-субстратного комплекса гидролизуются все доступные для фермента связи.

Комбинированный способ, или способ множественной атаки, заключается в том, что за время существования фермент-субстратного комплекса гидролизуется несколько связей. При этом после отщепления одного звена фермент не отталкивается, а задерживается. Атака происходит с чередованием одно- и многоцепочного способов.

Исследования показали, что α- и β-амилазы осуществляют гидролиз по способу множественной атаки (многоцепочный способ характерен для α-амилазы бактерий).

На отечественных спиртовых заводах для осахаривания крахмала сырья применяют сырцовый (несушенный) солод в виде солодового молока, ферментные препараты (глюкаваморин, амилоризин, амилосубтилин) различного уровня активности или смесь солодового молока и ферментного препарата.

Технология получения солода включает следующие основные процессы: замачивание сырья с достижением влажности 38–40%; проращивание зерна в течение 10 сут в пневматической солодовне в слое толщиной 0,5–0,8 м; измельчение солода в дисковых или молотковых дробилках; дезинфекция солода формалином или раствором хлорной извести и приготовление солодового молока. Солодовое молоко получают смешиванием измельченного солода с водой (4–5 л воды на 1 кг солода).

В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, содержится неодинаковое количество каждого из амилолитических ферментов. Например, солод из ячменя имеет высокую α- и β-амилолитическую активность, а солод из проса отличается сильной декстринолитической активностью. Чаще всего готовят смесь из трех видов солода: ячменного (50%), просяного (25%) и овсяного (25%). Запрещается использовать солод из одной культуры при производстве спирта из той же культуры.

Статьи по теме