6_gorzelnictwo_teoria.pdf

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – część teoretyczna

GORZELNICTWO

Przemysł fermentacyjny dostarcza na rynek duże ilości wyrobów takich jak:

wino, piwo i spirytus (z którego otrzymuje się wódki). Przy wyrobie tych napojów

wykorzystuje się funkcje życiowe komórek drożdży, przekształcających cukry w

etanol. Surowce, z których otrzymuje się alkohol muszą zatem zawierać odpowiednie

cukrowce. Roztwory sacharozy mogą być bezpośrednio poddane fermentacji z

udziałem drożdży, natomiast wielocukry (np. skrobia) nie ulegają fermentacji i muszą

być uprzednio poddane hydrolizie do tzw. cukrów fermentujących , głównie cukrów

prostych i dwucukrów – metabolizowanych przez drożdże.

Gorzelnictwo jest to gałąź przemysłu fermentacyjnego obejmująca produkcję

spirytusu surowego na drodze fermentacji alkoholowej cukrów, a następnie

wydzielenie tego spirytusu z odfermentowanego zacieru.

Do produkcji spirytusu wykorzystuje się wiele surowców roślinnych

zawierających różne węglowodany. Można je podzielić na dwie grupy: surowce

zawierające wielocukry oraz surowce zawierające cukry bezpośrednio fermentujące,

głównie sacharozę, glukozę, fruktozę.

• Do pierwszej grupy można zaliczyć: ziemniaki, zboża, odpady krochmalnictwa,

mąki, kasze, otręby.

• Do drugiej grupy zaliczamy: melasę, buraki cukrowe, trzcinę cukrową, marchew,

owoce świeże i suszone, odpady przemysłu owocowego.

Gorzelnie rolnicze — przerabiają głównie surowce pochodzenia rolniczego

(ziemniaki, zboża, buraki, owoce, warzywa, nasiona chwastów, poślad, kasztany,

żołędzie itp.)

Gorzelnie przemysłowe — przerabiają surowce (odpady) pochodzenia

przemysłowego (melasę, ługi posulfitowe itp.)

W gorzelnictwie ziemniaczanym i zbożowym produkcja spirytusu obejmuje

następujące etapy: parowanie surowca, zacieranie, fermentację zacieru i odpęd

spirytusu.

Parowanie ma na celu rozluźnienie substancji międzykomórkowych,

rozerwanie błon komórkowych, uwolnienie skrobi, skleikowanie jej i w maksymalnym

stopniu przeprowadzenie jej w stan rozpuszczony. Odbywa się to w aparatach

zwanych parnikami pod ciśnieniem około 390 kPa (4 atm).

Sposób parowania surowców:

• Ziemniaki — czas parowania 35 – 60 min. (ziemniaki zamarznięte 2 godziny) przy

nadciśnieniu 3 – 4 atm. Bardzo dobre rozpławienie skrobi uzyskuje się wtedy, gdy

ilość wody przekracza co najmniej 4 – krotnie zawartość skrobi w ziemniakach.

• Zboża — parowanie prowadzi się ponad godzinę (w tym 30–40 min przy

nadciśnieniu 4 atm).

• Mąka, zmiotki, wytrzepy — nadciśnienie 0,5 atm. przez 45 min.

• Owoce — zaraz po uzyskaniu 2 atm. nadciśnienia wypuszcza się zacier, który ma

kolor brunatny (proces karmelizacji).

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Do uparowanych surowców dodaje się słód jęczmienny w postaci

rozdrobnionej lub tzw. mleczka słodowego i poddaje zacieraniu obejmującemu

szereg procesów enzymatycznych. Do najważniejszych należą procesy hydrolizy

skrobi, potocznie określane jako scukrzanie skrobi . W temperaturach zbliżonych do

60 0 C amylaza oraz inne enzymy słodu mają wystarczającą aktywność (optimum dla

słodu jęczmiennego mieści się w przedziale 52–55 O C), oraz zostaje ograniczony

rozwój niepożądanych drobnoustrojów. Generalnie optymalne pH dla amylaz wynosi

4,0–5,4 ( β –amylazy = 4,6; α –amylazy = 5,8) i zmienia się w zależności od

temperatury:

40 O C = 4,6 pH 60 O C = 5,2 pH

50 O C = 4,8 pH 65 O C = 5,6 pH

Punktami granicznymi aktywności amylaz są wartości pH 2,3 i 9,7. Masa

rozgotowanych ziemniaków ma pH 4,9–5,6 co w przeliczeniu na stopnie Delbrücka

[ 0 D ] wynosi 0,2–0,5 O D, w przypadku ziemniaków nadpsutych 0,4–0,6 0 D. Stopień

Delbrücka określa ilość cm 3 1 M NaOH potrzebną do zobojętnienia 20 cm 3 zacieru.

Zacieranie trwa średnio 0,5 – 2 godzin – kontrolę scukrzania przeprowadza się

metodą jodową.

W gorzelnictwie wykorzystuje się tzw. „słód długi” (okres słodowania od 10–18

dni), zielony (mokry nie suszony) doskonale nadający się do scukrzania skrobi obcej.

Na 100 kg skrobi zacieranej stosuje się od 13 – 15 kg słodu (w/g PN). Na 1 kg słodu

pobranego do sporządzenia mleczka słodowego dodaje się 2,5–3,0 dm 3 wody. W

czasie fermentacji ze 100 kg słodu uzyskuje się dodatkowo 10–15 dm 3 100%

spirytusu (oprócz spirytusu powstałego z cukrów zawartych w surowcach

niesłodowych).

W procesie scukrzania przeciętnych zacierów gorzelniczych o gęstości

ok. 18 0 Blg ze skrobi powstaje ok. 20% dekstryn i 80% cukrów redukujących, głównie

maltozy oraz nieco glukozy. Pod wpływem enzymów słodu zachodzi również

częściowa hydroliza związków białkowych oraz fosforanowych surowca. Procesy te

dostarczają substancji potrzebnych do rozwoju drożdży.

Do scukrzonego zacieru (zacieru słodkiego) dodaje się zawiesinę drożdży po

wcześniejszym wychłodzeniu do temperatury fermentacji. W gorzelnictwie stosuje się

specjalne rasy drożdży należące do gatunku Saccharomyces cerevisiae . Są to

drożdże górnej fermentacji, silnie rozmnażające się, szybko fermentujące (glukozę,

fruktozę, sacharozę, maltozę, niektóre rasy: mannozę, galaktozę, laktozę i rafinozę),

dające stężenie alkoholu etylowego do 10 –11%.

Zacier słodki po zadaniu drożdżami poddaje się fermentacji. W skrócie proces

fermentacji obejmuje glikolizę prowadzącą do powstania z cukrów kwasu

pirogronowego CH 3 COCOOH, następnie jego nieoksydacyjną dekarboksylacje do

aldehydu octowego oraz redukcję tego ostatniego do etanolu pod wpływem

współdziałającej z NAD dehydrogenazy alkoholowej.

COOH

CH 3

CH O

CH 3

CH 2

CH 3

NADH 2

CO 2

W czasie fermentacji wyróżniamy 3 okresy: zafermentowanie, fermentację

główną (burzliwą) i dofermentowanie.

NAD

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

W fazie zafermentowania następuje intensywne rozmnażanie drożdży, które

ulega osłabieniu w miarę zmniejszania się zawartości tlenu i wzrostu stężenia

alkoholu etylowego. Okres fermentacji głównej charakteryzuje zahamowanie

rozmnażania drożdży i intensywna fermentacja (zmniejszenie gęstości zacieru o

1 O Blg na godzinę). Po zakończeniu fermentacji głównej poziom zacieru opada i

rozpoczyna się najdłuższy okres — dofermentowanie (gęstość zacieru spada do

3,5–5 O Blg). Ma on duże znaczenie dla wydajności alkoholu, ponieważ dopiero teraz

następuje ostateczna hydroliza dekstryn pod wpływem enzymów i odfermentowanie

powstałych cukrów redukujących.

Proces fermentacji trwa zwykle 2 (temp. 25–28 O C) lub 3 (temp. 20–25 O C)

doby, w tym zafermentowanie 10–15 godzin, fermentacja główna 12–18 godzin,

dofermentowanie ok. 30 godzin.

Powyżej zawartości 5% alkoholu w fermentującym zacierze następuje zahamowanie

rozmnażania drożdży. Fermentacja ustaje przy stężeniu alkoholu ok. 10%.

Wydajność teoretyczna etanolu

100 kg skrobi

56,82 kg = 71,54 dm 3

100 kg maltozy, sacharozy

100 kg glukozy

51,14 kg = 64,39 dm 3

100 kg owoców

3,5 kg = 6,0 dm 3

Wydajność praktyczna

Z zacierów skrobiowych

około 66,67 dm 3 — bardzo dobra

Drożdże dzikie w gorzelnictwie są bardzo szkodliwe ze względu na

ograniczenie wydajności spirytusu do kilku procent (zużywają resztę cukrów na

przyrost własnej biomasy). Znajdują one zastosowanie jako drożdże paszowe (po

wysuszeniu) — wykorzystują ubogie podłoża.

Typowe drożdże dzikie w gorzelnictwie:

• Mycoderma

• Willa

tworzą szary kożuch

• Pichia

• Torula

• Monilia

Niekorzystnym zjawiskiem podczas fermentacji jest pienienie — na które wpływają:

• rasa drożdży

• zła jakość ziemniaków (przemarznięte, zgniłe)

• buraki

• gęsty melas lub mieszanina melasu z ziemniakami (do zacieru w gorzelni

rolniczej można stosować do 10% melasu)

Do gaszenia piany stosuje się oleje roślinne, oleje porafinacyjne, kwasy

tłuszczowe, słód owsiany (4% tłuszczu). Nie wolno natomiast stosować olejów

mineralnych (nafty, oliwy itp.).

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

53,83 kg = 67,77 dm 3

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Produkty fermentacji alkoholowej:

— główne:

• alkohol etylowy,

• dwutlenek węgla,

— uboczne:

• estry,

• aldehydy (aldehyd octowy),

przedgon

• metanol,

• wyższe alkohole (fuzle — alkohol amylowy, propylowy, izobutylowy)

ok. 0,4% w surówce, pogon

• kwasy organiczne (mlekowy, octowy, bursztynowy, malonowy, masłowy)

• glicerol (gliceryna),

Głównym zadaniem odpędu jest możliwie całkowite oddestylowanie alkoholu

etylowego z przefermentowanych zacierów oraz jego zagęszczenie do mocy co

najmniej 90% obj. Odpęd połączony jest z częściowym tylko oczyszczeniem od

lotnych zanieczyszczeń i dlatego otrzymany produkt nosi nazwę spirytusu surowego

lub surówki.

Znaczenie gospodarcze gorzelnictwa — generalnie pomaga rolnictwu w

racjonalnej gospodarce plonami, w zagospodarowaniu odpadów przemysłu

spożywczego, jak również odpowiada za zwrot glebie mineralnych składników

zawartych w surowcu.

Etanol ma szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym, spożywczym,

farmaceutycznym, farb i lakierów, kosmetycznym, materiałów wybuchowych itp.

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Schemat technologiczny produkcji spirytusu

Przygotowanie zacieru

Ziemniaczany

Zbożowy

Owocowy

Próby 0,5-1kg rozdrobnić

Parowanie - autoklaw 1,5 atn

Schładzanie temp. 60 0 C

Zacieranie

Słodem

α- i β amylaza

Preparatami enzymatycznymi

α- amylazy i glukoamylazy

Schładzanie  temperatura 25 0 C

Fermentacja 3 doby

Czysta kultura drożdży

Wywar

Destylacja (odpęd)

Surówka gorzelnicza

Oznaczanie zawartości EtOH

Rektyfikacja

Lutrynek

Ocena jakościowa surówki gorzelniczej

Rektyfikat

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

Przygotowanie zacier

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: