Водно–тепловая обработка крахмалистого сырья

Водно–тепловая обработка крахмалсодержащего сырья проводится с целью облегчения доступа к крахмальным зернам амилолитических ферментов, источ-

ником которых в спиртовом производстве может служить солод или культуры микроорганизмов. Процесс водно–тепловой обработки (развари­вания) заклю­чается в смешивании измельченного сырья с водой в определен­ном соотношении и прогреве образующегося замеса при температуре 130–170єС в непрерывном потоке. Разработаны схемы механико–ферментативной обработки сырья, в которых предусматривается применение амилолитических фермент­ных препаратов на стадии приготовления и разжижения замеса. В этом случае температура процесса не превышает 100єС.

Расчетные формулы и справочные материалы

    Расход воды на приготовление замеса из зернового сырья составляет 2,5–3 л на 1 кг зерна, что обеспечивает концентрацию сусла в пределах 16–17%. К картофельной кашке добавляют не более 20% воды (в зависимости от содержа­ния крахмала в картофеле). Вода в смеситель подается температурой 45–50єС (для картофельной кашки не выше 45єС), чтобы избежать клейсте­ризации крахмала и образования комков.

    Расход пара на подогрев воды можно определить по уравнениям (29, 30). Расход пара на подогрев замеса в контактных головках вторичного и острого пара определяют по формуле

,                                                                                                   (50)

где М_з — масса замеса, кг; с_з — удельная теплоемкость замеса, кДж/(кг∙К); t₁ и t₂ — соответственно начальная и конечная температура замеса, єС; k — коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду (4–5%); I — энтальпия греющего пара, кДж/кг; I_к — энтальпия конденсата греющего пара при температуре конденсации, кДж/кг.

    Удельную теплоемкость замеса можно определить по формуле (20), энтальпии греющего пара и конденсата — по справочным таблицам приложения 7.

 

Задания и задачи

1. Определить расход пара абсолютным давлением 0,4 МПа на подогрев воды для приготовления замеса из 200 кг пшеницы, если на 1 кг зерна подается 3 л воды. Начальная температура технологической воды 12єС. Конденсат отводит­ся при температуре конденсации. Потерями тепла в окружающую среду пренебречь.

2. Определить расход вторичного пара абсолютным давлением 0,04 МПа на подогрев замеса из 550 кг ржи влажностью 15% в контактной головке вторичного пара от температуры 45єС до 80єС. Расход воды на приготовление замеса 3 л на 1 кг зерна.

3. Определить расход острого пара абсолютным давлением 0,6 МПа на развари­вание 600 кг картофеля с влажностью 78%. К картофельной кашке добавлено 10% воды. Температура замеса в контактной головке острого пара повышается от 80 до 140єС. Удельная теплоемкость сухих веществ картофеля 1,15 кДж/(кг·К).

4. Для разжижения крахмала во время гидроферментативной обработки используют амилосубтилин Гх из расчета 2 единицы АС на 1 г условного крахмала. Определить дозировку препарата на 1 т замеса из ржи, если на 1 кг зерна для приготовления замеса использовано 3,5 л воды. Условная крахмалистость ржи 54,5%. Амилолитическая активность ферментного препарата 90 ед/мл.

 

Расчет расхода осахаривающих материалов

    В спиртовом производстве используют смесь солодов из различных культур. Наиболее популярными являются смеси солодов ячменного (70%) и просяного (30%), а также ячменного (50%), просяного (25%) и овсяного (25%). Для осахаривания разваренной массы из свежепроросшего солода готовят солодовое молоко, либо выращивают культуры микроорганизмов–продуцентов ферментов. Можно использовать и готовые ферментные препараты, а также смесь солода и микробных препаратов.

 

Расчетные формулы и справочные материалы

Для расчета количества полупродуктов при производстве солода используют приведенные в разделе 2.2 формулы (14–19). Суммарные нормативные потери сухих веществ при солодоращении в спиртовом производ­стве принимают 16%. Нормативная крахмалистость солодового зерна приведена в таблице 10.

Таблица 10. Крахмалистость солодового зерна

Наименование	Крахмалистость, %
Ячмень	49
Просо	48
Овес	42
Солод ячмень:просо (70:30)	48,6
Солод ячмень:просо:овес (50:25:25)	47

 

Норма расхода солодового зерна на осахаривание составляет для пшеницы и дру­гих зерновых культур, кроме овса, 14,9%, для овса 19%, для картофеля 13% к массе крахмала исходного сырья, включая крахмал солода. Расход солодового молока на осахаривание составляет 15–16% при непрерывных схемах осахаривания, и 18–20% при периодическом проведении процесса.

 

Пример

Рассчитать массу зерна, необходимого для получения 100 кг солода, состоящего из 70% ячменя и 30% проса. Влажности исходного зерна и свежепроросшего солода представлены в таблице 11. Какое количество разваренной массы может быть осахарено этим солодом, если расход соло­дового молока 20%, а соотношение солод:вода в солодовом молоке равно 1:5?

Таблица 11. Влажность зерна и солода, %

Наименование	Ячмень	Просо
Исходное зерно	15	14
Свежепроросший солод	46	42

Решение. В 100 кг смешанного солода содержится 70 кг ячмен­ного и 30 кг просяного солода. При влажности свежепро­росшего ячменного солода 46% массу сухих веществ в нем определим по формуле

 кг,                                        (51)

где М_яс — масса ячменного солода, кг; W _яс — влажность ячменного солода, %.

    Суммарные нормативные потери при солодоращении составляют 16%. С учетом этого определим массу сухих веществ в исходном ячмене:

 кг.

    Массу исходного зерна определим по формуле (16)

 кг.

    Аналогичный расчет произведем для проса:

 кг;  кг;

 кг.

    Суммарная масса зерна на солод

 кг.

    При соотношении солод:вода 1:5 на 100 кг свежепроросшего солода требуется 500 кг воды, а масса полученного солодового молока будет 600 кг. Количество разваренной массы, которое можно осахарить этим солодовым молоком, вычислим с помощью пропорции:

 кг.

Задания и задачи

1. Рассчитать массу зерна, необходимого для получения 400 кг солода, состоящего из 70% ячменя и 30% проса. Влажности исходного зерна и свежепроросшего солода принять аналогично рассмотренному примеру.

2. Рассчитать массу зерна, необходимого для получения 250 кг солода, состоящего из 50% ячменя, 25% проса и 25% овса. Влажности исходного зерна и свежепроросшего солода представлены в таблице.

 

 

Наименование	Ячмень	Просо	Овес
Исходное зерно	14	12	16
Свежепроросший солод	44	41	46

3. Рассчитать количество разваренной массы, которое может быть осахарено соло­дом, полученным в условиях задачи 1. Соотношение солод:вода в солодовом молоке равно 1:4. Расход солодового молока 16% к массе осахариваемой смеси.

4. Рассчитать количество разваренной массы, которое может быть осахарено солодом, полученным в условиях задачи 2. Соотношение солод:вода в солодовом молоке равно 1:5. Расход солодового молока 18% к массе осахариваемой смеси.

5. В условиях задач 1 и 3 определить расход исходного солодового зерна на осахаривание и сравнить его с нормативным. Содержание крахмала в разваренной массе 16%. Потери при разваривании 2,5%. Исходное сырье пшеница.

6. В условиях задач 2 и 4 определить расход исходного солодового зерна на осахаривание и сравнить его с нормативным. Содержание крахмала в разваренной массе 17%. Потери при разваривании 2,5%. Исходное сырье картофель.

 

Разбавление мелассы

При производстве спирта из мелассы осуществляют следующие подго­товительные операции: гомогенизацию, подкисление и асептирование, внесение питательных веществ, разбавление водой. Сильно инфицированную мелассу стерилизуют. В специализированных дрожжевых производствах или при выпуске спиртовых дрожжей в качестве хлебопекарных осуществляют кларификацию (осветление) мелассы. Мелассное сусло готовят различной концентрации в зависимости от способа сбраживания.

 

Расчетные формулы

При разбавлении мелассы материальный баланс выражается уравнением

,                                                                                                     (52)

где М и М₁ — соответственно масса исходной мелассы и мелассного сусла, кг; С и С₁ — концентрация (содержание сухих веществ) мелассы и мелассного сусла, %.

    При однопоточном способе сбраживания готовят мелассное сусло концентрацией 22%. При двухпоточном способе сбраживания готовят два различных сусла, например, концентрацией 12% и 32%. Сусло концентрацией 12% называется дрожжевым и служит для выращивания дрожжей, сусло концентрацией 32% называется основным и поступает непосредственно на стадию брожения.

    Уравнение (52) можно применять для определения масс и концентраций сусла при любом способе сбраживания, а также для расчетов в дрожжевом производстве. При определении объемов сусла необходимо оперировать плотностью мелассных растворов, приведенной в приложении 12. Плотность раствора мелассы можно рассчитать также по уравнению

,                                                    (53)

где n — содержание сухих веществ в растворе, %, Т — температура, К.

    Формула справедлива при n от 5 до 50,4% и Т от 293 до 373 К.

 

Задания и задачи

1. Определить массу воды, необходимой для разбавления мелассы, содержащей 72% сухих веществ при сбраживании ее по однопоточного способу, если требуемая концентрация сусла 22%. Масса исходной мелассы 50 т.

2. Какова будет концентрация сусла, полученного из смеси 18 т мелассы с содержанием сухих веществ 76% и 50,4 т воды?

3. Сколько мелассы с содержанием сухих веществ 70% потребуется для получения 150 т мелассного сусла концентрацией 18%?

4. Определить массу воды, необходимой для разбавления мелассы при двухпоточном способе сбраживания. Требуемая концентрация основного сусла 30%, концентрация дрожжевого сусла 12%. Соотношение потоков основного и дрожжевого сусла 1:1. Массу исходной мелассы и содержание сухих веществ в ней принять аналогично задаче 1.

5. Какое количество исходной мелассы потребуется для получения 220 т основного сусла концентрацией 32% и 110 т дрожжевого сусла концентрацией 13%, если содержание сухих веществ в исходной мелассе 74%?

6. Определить массу исходной мелассы с содержанием сухих веществ 72%, необходимую для выращивания дрожжей в дрожжегенераторе полезным объемом 4000 л. Дрожжегенерирование проводится на мелассном сусле концентрацией 18%.