Министерство образования и науки РФ

Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова"

Кафедра БТ

Лабораторная работа

по предмету “Химия отрасли”

Получение спирта из крахмала

Выполнили:

студенты гр. ТБПиВ-91

Анохин И. С.

Шипунова Т. С.

Сандакова К. Е.

Ханмурадов Р. Г.

Проверил:

доцент

Митрофанов Р. Ю.

2011

Цель работы: ознакомиться с методом получения спирта из крахмала при помощи дрожжей и ячменного солода.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА ИЗ БИОЛОГИСЕСКОГО СЫРЬЯ

Современная промышленная технология получения этилового спирта из пищевого сырья включает следующие стадии:

• Подготовка и измельчение крахмалистого сырья - зерна (прежде всего - ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы и т. п.

• Ферментация. На этой стадии происходит ферментативное расщепление крахмала до сбраживаемых сахаров. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путём - глюкамилаза, амилосубтилин.

• Брожение. Благодаря сбраживанию дрожжами сахаров происходит накопление в бражке спирта.

• Брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах.

Отходами бродильного производства являются углекислый газ, барда, эфиро-альдегидная фракция, сивушные масла.

Спирт, поступающий из брагоректификационной установки (БРУ) не является безводным, содержание этанола в нём до 95,6 %. В зависимости от содержания в нём посторонних примесей, его разделяют на следующие категории:

• 1 Сорт

• высшей очистки

• базис

• Экстра

• Люкс

• Альфа

Производительность современных спиртовых заводов около 30 000-100 000 литров спирта в сутки.

Получение солода.

Технология солода складывается из следующих основных про­цессов: замачивание и проращивание зерна; сушка солода и удаление ростков. На отечественных спиртовых заводах для оса­харивания используют сырцовый  несушеный солод (непра­вильно называемый «зеленым»). Этот солод не может долго хра­ниться, поэтому на каждом спиртовом заводе его готовят в коли­чествах, необходимых для текущей работы.

В спиртовой промышленности США, Германии и некоторых других стран применяют сухой ячменный солод, вырабатывае­мый специализированными солодовенными заводами. Сушка со­лода связана с большими капитальными и эксплуатационным затратами и сопровождается снижением осахаривающей (на 2530 %) и особенно сильно (в 4 раза) цитолитической актив­ности ферментов.

Осахаривающая способность (ОС) выражает воз­можность всех амилолитических ферментов осахаривать (гидро­лизовать) крахмал до редуцирующих веществ (РВ). За единицу ОС принимают количество фермента, которое при температуре 30 °С в течение 1 ч расщепляет 1 г крахмала. Степень гидролиза субстрата не превышает 30 %.

Инвертазная активность (ИА) выражает способ­ность фермента гидролизовать сахарозу. За единицу активности принимают количество фермента, которое за 1 мин гидролизует 1,25 г сахарозы при рН 4,6 и температуре 30 °С. Степень гидро­лиза субстрата не более 50 %. Активность препарата выражена в единицах РВ на 1 г препарата или 1 мл ферментного раствора.

СЫРЬЕ ДЛЯ СОЛОДОРАЩЕНИЯ.

Основное требование, предъявляемое к солоду,  способность как можно быстрее и полнее осахаривать крахмал, для чего он должен накопить три фермента: α-амилазу, β-амилазу и декстриназу. В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, со­держатся неодинаковые количества каждого из ферментов. Исхо­дя из этого, все злаки делят на четыре большие группы: ячменя, проса, овса и кукурузы. Группа ячменя, объединяющая ячмень, рожь и пшени­цу, дает солод с высокой α- и β-амилолитической и относитель­но низкой декстринолитической активностью.

ЗАМАЧИВАНИЕ ЗЕРНА.

Основная цель замачивания  увлажнить зерно; дополнитель­ная  отмыть от остатков пыли, удалить легкие зерновые и не­зерновые примеси и подавить микроорганизмы. Замачивание ведут с применением воздуха и воды, чередуя насыщение зерна водой и аэрацию.

ПРОРАЩИВАНИЕ ЗЕРНА.

Цель солодоращения  накопление ферментов, растворение межклеточных пластинок и стенок клеток эндосперма, что необ­ходимо для снабжения развивающегося зародыша питательными веществами и перехода ферментов в сусло. Зерно проращивают в таких условиях, чтобы расход крахмала на дыхание и образование новых вегетативных органов был ми­нимальным, при возможно меньшем обсеменении микроорга­низмами, особенно кислотообразующими.

Проращивание ячменя и овса ведут следующим образом: в течение первых 2 суток поддерживают температуру 1920 °С, в дальнейшем ее снижают ежесу­точно на 12 °С и к окончанию проращивания доводят до 1314 °С. Влажность готового солода должна быть 4445 %. Прекращают проращивание, как правило, на 10-е сутки.

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛА.

Цель ферментативного гидролиза крахмала  получение сусла. Разваренную массу зерна или картофеля осахаривают (гидролизуют) ферментами солода или культур плесневых грибов. Получаемый в результате этого продукт (сусло) в литературе прошлых лет называли «сладкий затор», «осахаренная масса». Термин «затор» сохранился с того давнего времени, когда на спирт перерабатывали муку, которую «затирали»  смешивали с водой и солодом при определенной температуре.

ХИМИЗМ ГИДРОЛИЗА.

+

Независимо от природы катализатора при разрыве каждой α-1,4- и α-1,6-глюкозидной связи в крахмале по месту разрыва присоединяется молекула воды:

В амилозе при разрыве α-1,4-глюкозидной связи гидроксил воды присоединяется к пер­вому углеродному атому левого остатка глюкозы, образуя альде­гидную группу в скрытой (полуацетальной) форме, водород воды присоединяется к кислороду глюкозидной связи при четвертом углеродном атоме правого остатка глюкозы. Гидролиз амилопек­тина в точке ветвления (α-1,6-глюкозидной связи) сопровождает­ся присоединением гидроксила воды также к первому углеродно­му атому, а водорода воды  к шестому углеродному атому.

В пределе  при разрыве всех глюкозидных связей  присо­единяется n-1 молекул воды (где n  число глюкозных остатков в макромолекулах амилозы и амилопектина, или СП) и образу­ется n молекул глюкозы. Так как n очень велико, то числовое значение n-1 будет практически пренебрежимо мало отличаться от n и реакция гидролиза может быть выражена уравнением

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О = nС₆Н₁₂О₆

или применительно к одному глюкозному остатку

C₆H₁₀О₅ + Н₂О = C₆H₁₂О₆.

162 18 180

Отсюда теоретический выход глюкозы в процессе гидролиза составляет 111,11 % к массе крахмала.

Механизм действия всех ферментов основан на образовании неустойчивых промежуточных соединений  комплексов из реа­гирующих молекул субстрата и активных центров ферментов. При этом в реагирующих молекулах происходит деформация, обеспечивающая вступление их в реакцию. После реакции фер­мент и химически измененный субстрат отталкиваются один от другого и фермент может реагировать с новой молекулой суб­страта.