2.8 Оцукрення

Крохмаль, розчинений при розварюванні зерна і картоплі, гідролізують(оцукрюють) амілолітичними ферментами зернового солоду або культур мікроорганізмів, переважно мікроскопічних(пліснявих) грибів і бактерій. Амілолітичні ферменти містяться у багатьох вищих рослинах, але найбагатше ними пророщене в певних умовах зерно рослин сімейства тонконогів(злаків), що називається солодом[5].

Здатність солоду оцукрювати крохмаль відома з прадавніх часів, і відтоді солод використовується при отриманні спирту. Також давно відома властивість мікроскопічних грибів оцукрювати крохмаль. З їх допомогою східні народи готували різні напої, що хмелять.

Культури мікроскопічних грибів або ферментні препарати застосовують в спиртовій промисловості більшості зарубіжних країн, причому в основному у вигляді концентрованих сиропообразных препаратів або сухого порошку, рідше - у вигляді культуральної рідини.

Культури мікроскопічних грибів мають ряд переваг в порівнянні з солодом. Їх вирощують на пшеничних висівках або у складі поживного середовища використовують звичайне кукурудзяне борошно, тоді як для приготування солоду витрачається 14-20% кондиційного(96% проростаємості) зерна з розрахунку на масу крохмалю сировини. При солодовирощуванні втрачається 16-18% крохмалю, частина крохмалю солоду в процесі виробництва спирту залишається не оцукреною і, отже, не зброджується[6].

Крім того, з солодом вносяться в сусло сторонні мікроорганізми, внаслідок чого більшою мірою протікають і інші види бродіння, що негативно відбиваються на виході спирту.

У разі застосування суміші солодових з різних злаків з метою повного оцукрення крохмалю робота солодівень ускладнюється. Культури мікроскопічних грибів містять комплекс амілолітичних ферментів, що відрізняються від ферментів солоду і дозволяють глибше і повніше гідролізувати крохмаль. У мікроскопічних грибах активніше целлюлозолітичні ферменти, що розщеплюють геміцелюлози до цукрів, частина яких зброджується дріжджами, при цьому підвищується вихід спирту.

За допомогою культур мікроскопічних грибів можна збільшити концентрацію ферментів і таким чином скоротити тривалість оцукрення і подальшого доброджування сусла в 2-3 рази.

Мікроскопічні гриби швидко розмножуються, для вирощування поверхневої культури достатнє близько 1,5 діб, пророщування ж зерна для отримання солоду триває 9-10 діб.

Глибинні культури вирощують в стерильних умовах, що забезпечує "чистоту" процесу спиртового бродіння. Дія солоду і культур мікроскопічних грибів не обмежується оцукренням крохмалю, вони ще сприяють накопиченню в суслі достатньої кількості органічного азоту для живлення дріжджів і частковому розчиненню клітинних стінок ендосперму сировини.

Мета ферментативного гідролізу крохмалю - отримання сусла. Розварену масу зерна оцукрюють(гідролізують) ферментами солоду або культур пліснявих грибів. Отримуваний в результаті цього продукт(сусло) в літературі минулих років називали "солодкий затор", "оцукрена маса". Термін "затор" зберігся з того давнього часу, коли на спирт переробляли борошно, яке "затирали", - змішували з водою і солодом при певній температурі[1].

БЕЗПЕРЕРВНЕ ОЦУКРЕННЯ. Способи безперервного оцукрення з моменту їх виникнення зазнали значні зміни, але усі їх варіанти досі застосовують на спиртових заводах.

ОДНОСТУПІНЧАТЕ ЗЦУКРЕННЯ. За цим способом охолодження розвареної маси, змішування з солодовим молоком(мікробною культурою) і оцукрення ведуть в одному апараті - оцукрувачі, а сусло охолоджують в теплообміннику. Оцукрувач (рис. 7) є циліндричним котлом 12 з сферичним або конічним днищем, забезпечений пропелерною мішалкою 11, приведеною в обертання від електродвигуна 8 через редуктор 7.

Ч астота обертання мішалки 120-270 об/хв. Згори апарат закритий кришкою з витяжною трубою(не показаною на малюнку) для видалення пари, що виділяється.

Для організованого руху маси при перемішуванні усередині встановлений дифузор 10 з розтрубом внизу. Вгорі дифузор переходить в равликоподібний патрубок, через який маса викидається в простір між дифузором і корпусом апарату.

М

Рис.7. Оцукрювач безперервної дії

аса охолоджується водою, що подається в змійовик 7, складений з труб діаметром 50-70 мм, площею близько 2 м² на 1 м³ місткості апарату.

Розварена маса поступає в апарат по трубі 3, що має кран 4, солодове молоко - через штуцер 9, виводиться сусло по трубі 13. Рівномірний вступ розвареної маси і постійність її об'єму в апараті забезпечуються автоматично поплавцевим регулятором рівня 6, сполученим важелем 5 з краном подання розвареної маси.

Для контролю за температурою в гільзі 2 встановлений манометричний дистанційний термометр.

Апарат заповнюють масою на 75-80% від загального його об'єму. Тривалість перебування сусла в апараті 20-25 хв. Витрата води температурою 10-15°С - 0,8-1 м³ на 1 м³ сусла[1].

На початку виробництва в чистий і стерилізований оцукрувач подають частину солодового молока і воду для покриття лопаті мішалки. Приводять в обертання мішалку і з паросепаратора спускають розварену масу до повного покриття змійовика. У змійовик направляють холодну воду, яка потім продовжує поступати безперервно. При зниженні температури маси до 65°С вводять солодове молоко, що знижує температуру до 57-58 °С.

Коли маса в апараті оцукриться, починають безперервне подання розвареної маси, солодового молока і безперервне виведення сусла з апарату.

Вступ солодового молока з витратної збірки регулюється дозатором, працюючим синхронно з плунжером насоса, що відкачує сусло. Температура оцукрення підтримується автоматично регулюючим клапаном на лінії подання води в змійовик: 57-58 °С при використанні солоду, поверхневої культури пліснявих грибів, а також суміші солоду і поверхневої культури, 55-56 °С при застосуванні глибинної культури пліснявих грибів. Сусло з оцукрувача вказаним вище плунжерним насосом перекачують через теплообмінник у бродильний бак[1].

Рис.8. Теплообмінник типу «труба в трубі»

У теплообміннику типу "труба в трубі" (рис. 8) сусло рухається по внутрішній трубі зверху вниз, вода - по кільцевому каналу між внутрішньою і зовнішньою трубами від низу до верху. Сусло охолоджується до температури складки : 25-26 °С при дводобовому і безперервному бродінні, 18-20°С при тридобовому.

Температура охолоджувального сусла підтримується автоматично, для чого біля виходу його з теплообмінника знаходиться гільза для установки манометричного дистанційного термометра, пов'язаного з виконавчим механізмом на трубі, що подає воду в теплообмінник. Залежно від пори року(початкової температури води) охолодження триває 5-6 хв. взимку і 15 хв. влітку. Внаслідок протитечійного руху в теплообміннику сусла і води останню можна нагріти до температури 43-48 °С[2].

Витрата зерна на солод при переробці сусла підвищеної концентрації визначається по масі крохмалю сировини, що переробляється, і солоду.

Для оцукрення розвареної маси застосовується суміш двох -, трьох солодових з нормальними якісними показниками з обов’язковою наявністю в суміші просяного солоду в кількості не менше 30%. Тривалість оцукрення повинна складати не менше 20-25 хв. при температурі 56-58°С. При використанні вакуумохолодження маса повинна знаходитися в оцукрювачі не менше 10 хв[1].