1 дәріс. Кіріспе. Техникалық микробиология пәні, мақсаты және дамуы

Ашыту. Сақталған массаны ашыту (сусланы) оған ашытқы енгізілген сәттен басталады. Ашытқы ферменттерінің әсерінен мальтоза глюкозаға дейін ыдырайды, ол содан кейін спирт пен көміртегі диоксиді - ашытудың негізгі өнімі болады. Сонымен қатар ашытудың қайталама және жанама өнімдері пайда болады: жоғары спирттер, қышқылдар және эфирлер. Моно және дисахаридтер амилолитикалық ферменттердің әсерінен ашытылғандықтан, сусын құрамындағы декстриндер мен крахмал одан әрі қантқа айналады. Ашыту ұзақтығы осы процестің жылдамдығына байланысты.

Сортты ашыту процесінде үш кезеңді бөлуге болады: ашыту, негізгі ашыту және ашыту. Бірінші кезеңде ашытқылардың қарқынды көбеюі және қанттың ашытуы жүреді. Екінші кезең қанттардың ашытуымен сипатталады және көмірқышқыл газының тез шығарылуымен қатар жүреді. Үшінші кезеңде декстрин сортының қосымша қантының әсерінен пайда болатын қанттардың баяу пісуі байқалады.

Ферментация процесі жабық ашыту аппараттарында алкогольдің жоғалуын және өндіріс бөлмесінде көмірқышқыл газының шығуын болдырмас үшін жүзеге асырылады. Герметикалық герметикаландырылған ферментер - сфералық немесе конустық түбі бар тік цилиндр, ферменттеу сортын салқындату үшін оның ішінде катушкалар орнатылған.

Машинадан спиртті тазарту және оны түзету. Ашыту нәтижесінде алынған піскен пюресі күрделі құрамға ие. Су мен спирттен басқа құрамында әр түрлі органикалық және бейорганикалық қосылыстар бар: қант, декстриндер, минералдар, ұшпа қосылыстар (эфирлер, спирттер, альдегидтер, қышқылдар) және басқалар. Қоспалардың құрамы мен құрамы шикізат түріне, оның сапасына және оны өңдеу режиміне байланысты. технологиялық процесс.

Ректификация спиртті пюреден бөліп алу және оны тазарту үшін қолданылады. Ректификация - екі немесе одан да көп компоненттердің қоспасын әртүрлі температурада қайнату процесі. Мұндай қоспаны қайнатқан кезде бу қысымы жоғарырақ (ұшпа) компонент бу фазасына салыстырмалы түрде көп мөлшерде өтеді, ал бу фазасы ұшпа компонентпен байытылады. Бұл компоненттің тұрақты қысым кезінде қайнау температурасы төмен болады. Сондықтан, ұшпа компоненттердің қоспасын қайнатқанда, бу фазасы төменгі қайнау температурасы бар компонентке байытылады. Су-спирт ерітіндісінде кез-келген температурада спирттің бу қысымы судың бу қысымынан әлдеқайда жоғары. Нәтижесінде будағы спирт мөлшері қайнаған су-спирт ерітіндісіне қарағанда көп болады.

Спиртті дистилляция арқылы қоспалардан тазарту олардың булану коэффициенттерінің айырмашылығына негізделген. Булану коэффициенті - бу фазасындағы берілген зат концентрациясының сұйық фазадағы концентрацияға қатынасы. Жеке қоспалардың булану коэффициенттері бір-бірінен ерекшеленеді және этил спиртінің құрамына байланысты өзгереді. Этил спиртін қоспалардан тазарту мүмкіндігін анықтау үшін қоспалардың булану коэффициентін этил спиртінің булану коэффициентімен салыстыру қажет.Бірге тең түзету коэффициентінде дистилляция тиімсіз болады, өйткені дистиллят кейін өзгермейді.

Егер түзету коэффициенті бірлікке қарағанда үлкен болса, онда дистиллятта бастапқы қоспадан гөрі көп қоспалар болады. Егер түзету коэффициенті бірліктен аз болса, онда дистилляттың қоспасы дистилденген қоспадан аз болады. Бас қоспалары үшін дистилляция коэффициенті бірлікке қарағанда көп, ал қалдықтар үшін - аз.

Қазіргі уақытта шикі спиртті қоспалардан тазарту көбінесе булану коэффициенттерінің мәндеріне сәйкес шикі спирт қоспалардан босатылатын үздіксіз айдау қондырғыларында жүзеге асырылады. Мұндай өсімдіктер тазарту зауыттарында қолданылады, мұнда негізгі шикізат - шикі спирт.Қазіргі уақытта тазартылған спирт жанама ректификациялау қондырғыларында тікелей айдау қондырғыларында алынады.Этил спирті мен ұшпа қоспалар қайнату бағанындағы саңылаулардан бөлінеді, бастың қоспалары эпюрация бағанында, ал тазартылған бағаннан түзетілген спирт алынады. Орнату қосымша екі бағаннан тұрады - фюзель және финал. Фюзель мұнарасы жоғары спирттер фракциясын (фюзель майы) және олардың концентрациясын оқшаулауға арналған, ал соңғы баған этил спиртін қоспалардан босату үшін қолданылады.

Жанама қондырғыда түзету процесі келесідей жүзеге асырылады. Пышақты 90 ° C дейін қыздырады да, қыздыру буы төменнен ағатын кір жуғыш бағананың үстіңгі тақтайшасында қызмет етеді. Машина бағанынан көтерілген булар конденсаторға қыздырғыш жылытқыш арқылы кіреді, ол жерде пульс бағанына еніп піскен пюреге жылынады. Конденсаторда бу толығымен конденсацияланады және беріктігі 45 - 55 вольт алынған конденсат сүрту бағанына енеді.

Мелассадан спирт өндіру технологиясы. Мелассаны алу.
Қызылшаны қантқа қайта өңдеу кезінде қызылшаның жомарт және дефекациялық шламмен алынбаған барлық қантсыз заттары соңғы өнімнің шегенінен кейін алынатын аналық ерітіндіде жинақталады.Қанттың кристалдануын қиындататын несахарлардың едәуір санының болуына байланысты, бұл өнім меласса деп аталатын қант қызылшасы өндірісінің қалдығы болып табылады. Піскен қызылшаның салмағы өңделген қызылшаның салмағы бойынша 4,6% құрайды, ал оның қант мөлшері өңделген қызылшаның салмағы бойынша 2,4% құрайды.

Мелассалардың шығымы өте әртүрлі және көптеген себептерге байланысты. Меласса - қант өндірісінің жанама өнімі. Қант зауыттарында өңделетін шикізаттың түріне байланысты мелассаның бірнеше түрі бар:қант қызылшасын қайта өңдеу кезінде – қант қызылшасын;құрақ мелассасы-қант қамысын құмшекерге қайта өңдегенде; рафинадты мелассасы – қант-құмнан рафинадты өндіру кезінде.Ресейде спиртті өндіру үшін көбінесе қызылша мелассасы қолданылады.Қызылша мелассасы-сахарозаның карамелизация өнімдерінің ерекше иісі бар Қою қоңыр тұтқыр сұйықтық және аз мөлшерде құрамындағы үш метиламин. Мелассаның тығыздығы 1,30-1,42.

Мелассаның түсі (ФЭКу бойынша) судың Жарық өткізуіне қатысты мелассаны 1:10 араластыру кезінде 20-60% құрайды. Бірақ инвертті қант мөлшерін арттырумен мелассаның түсі артады. Мәселен, бірінші жарты жылдықта мелассаны сақтау кезінде түстілік 12-44% шегінде (орташа 31%), екінші жарты жылдықта – 30-64% (орташа 48%) судың Жарық өткізуіне қарай ауытқиды. Қалыпты мелассаның тұтқырлығы 3600-5600 сантипуаз шегінде ауытқиды. Бірақ тығыздықтың жоғарылауымен (%СВ) мелассаның тұтқырлығы артады.

Мелассаның химиялық құрамы. Мелассаның химиялық құрамы негізінен қант қызылшасының сорты мен сапасына, топырақ-климаттық жағдайларына байланысты. Мелассаның физика-химиялық және технологиялық көрсеткіштеріне қант зауыттарында өндірісті жүргізу әдістері, сондай-ақ қант қайнату маусымының ұзақтығы әсер етеді.

Мелассада 75-85% құрғақ заттар бар, оның ішінде 54-63% (құрғақ заттардың салмағы бойынша) сахароза, 14,8% азотты заттар, 16,7% органикалық заттар (қанттан басқа) және 8,5% күл бар.Мелассаның шамамен 20% суының құрамында орта есеппен 50% қант және 30% қантты емес заттар бар, олар өз кезегінде Органикалық емес, негізінен 10% калий тұзына және 20% органикалық заттарға бөлінеді.Сахарозадан басқа, қалыпты мелассада аз мөлшерде (0,25% дейін) инвертті қант, сондай-ақ раффиноз (2% дейін) бар. .Құймалардың түсі 327-ден 1300-ге дейін штамм.Шөлмек көмірсуларына сахароза мен инвертті қанттан басқа трисахаридтер - рафиноза (0,01 - 2%) және кестоз (аз мөлшерде) жатады. Рафиноза бір сахароза молекуласынан және бір галактоза молекуласынан тұрады. Ашытқы инвертазасының әсерінен немесе әлсіз қышқыл гидролизімен рафиноза мелибиоз мен фруктоза түзе отырып жартылай ыдырайды. Соңғысы алкогольді ашытқымен ашытылады. Кестоз фруктозаның екі молекуласынан және бір глюкоза молекуласынан тұрады, ол алкогольге ашымайды.

Несахара патогалары (сахарозадан басқа барлық қосылыстар) бейорганикалық (10%) және органикалық (20%) болып бөлінеді. Органикалық несугар азотты және азотты болып бөлінеді. Азотсыз несугар көмірсулардан (инвертті қант, рафиноза және кестоз) және органикалық қышқылдардан тұрады, олардың арасында сірке, формиц, бутир, сүт, оксалалық, пропион және валериан бар.

Қалыпты мелассаның жалпы азоты мынадай түрлерден тұрады, %:

Ақуызды....... 3,0

Құрғақ заттарға қанттың мөлшері (сапасыздық) мелассаның өсу жағдайына және сақтау кезінде оның құрамының өзгеруіне байланысты.Осылайша, құрғақ жылдары өскен қызылшаны қайта өңдеу кезінде қатерсіз неғұрлым төмен мелассалар алынады, үлкен органикалық коэффициентпен және күлдің салыстырмалы аз мөлшері мен әктің көп мөлшері кезінде аз азот несахар көп мөлшерде болады. Меласс реакциясы оларды ұзақ сақтау кезінде көбінесе қышқыл.Ылғалдың артық болуы және жылу жетіспеуі кезінде өскен қызылшаны өңдеу кезінде жоғары сапалылығы, аз органикалық коэффициенті бар және азотты несахар құрамы аз болса, күлдің көп болуы және әктің аз болуы аз болса, мелассалар алынады. Мұндай мелассаның реакциясы негізінен сілтілі.

Мелассаның сапалығының жоғарылауына қарай ондағы азоттың құрамы төмендейді. Мелассадағы азоттың құрамы қызылшадағы зиянды азоттың құрамына ғана байланысты. Қант құрамы төмен қызылшаны сақтағанда және қант қызылшадағы қант бөлігінің ыдырауы салдарынан жаңа қант емес қант жиналғанда, ол қызылшаны сақтағанда 2-3 есе өсуі мүмкін. Мелассалардағы инвертирленген қант мөлшері негізінен өңделетін қызылша сапасына байланысты.Қызылшаның Орталық институтының деректері бойынша, мелассаның тұтқырлығы жоғары сапалылық 4000-5000 спз шегінде жатыр. Мелассаның сапасы төмен қызылшаны өңдеу кезінде сапасы төмен және кальцийлі тұздардың көп болуымен және сілтілі тотықтар мен азоттың аз болуымен ерекшеленеді; оның тұтқырлығы қалыпты деңгейден екі есе және үш есе жоғары.Мелассада азотты органикалық заттардан негізінен бетаин, аспарагин және глютамин қышқылы бар. Мелассадағы азоттың жалпы санынан (оның салмағы бойынша шамамен 1,5%) шамамен 2/3 бетаинге келеді.

Глютамин қышқылы глютаин полиамиді түрінде мелассада болады. Аммиакты глютамин қышқылынан ыдырағанда пирролидонкарбон қышқылы түзіледі, ол қышқылдар мен сілтілердің әсерінен қайтадан глютамин қышқылына айналады; оның мөлшері амин қышқылдарының жалпы санының 2,7% - ға жуығын құрайды.

П. М. Силин пектинді заттарды және олардың ыдырау өнімдерін атап өтеді, ол мелассаның салмағының шамамен 3%-ын құрайды. Бұл топқа бояғыш заттар (Карамель және мелоидиндер) және инвертті қанттың ыдырау өнімдері – сүт, глюцин және апоглюцин қышқылы жатады. Бұл өнімдердің саны мелассаның құрғақ заттар салмағының 2,5% - ын құрайды.Бұл топта құмырсқа (0,2–0,4%), сірке суы (0,5–1,0%), майлы (0-0,7%) және пропион қышқылы (0,3%) бар.

Химиялық құрамы мен сапасы бойынша (жұқтыру дәрежесі) қалыпты және ақаулы мелассалар ажыратылады.Қалыпты мелассалар жоғары емес сілтілікпен (100 мл мелассаға 2-6 млн.қышқыл), нитриттердің жоқтығымен және күкіртті ангидридтің болмашы болуымен (0,03% артық емес), 45-50% қанттың санымен (оның ішінде инвертті 0,25% артық емес) сипатталады.

Микроорганизмдердің жалпы саны 1 г Үлкен емес – 2000 жасушалар. Азотсыз органикалық заттардың құрамында P.M. Силин пектинді заттар мен олардың ыдырау өнімдерін, шелектердің салмағы бойынша шамамен 3% құрайды. Бұл топқа бояғыштар (карамель және мелоидиндер) және инвертті қанттың ыдырау өнімдері - сүт, глюцин және апоглюцин қышқылдары кіреді. Бұл өнімдердің мөлшері патока қатты денелерінің салмағынан шамамен 2,5% құрайды.Формикалды (0,2-0,4%), сірке суын (0.5-1.0%), бутир (0-0.7%) және пропион қышқылдарының құрамы осы топта да болды.

Меласса қант зауыттарында, содан кейін тұтынушы-зауыттарда: ашытқы, спирт, лимон қышқылында 5-8 айға дейін Арнайы меласса қоймаларында сақталады.Ұзақ уақыт сақтау барысында мелассаның химиялық және микробиологиялық құрамы өзгереді, нәтижесінде сахароза мен жұқтырылған меласса жоғалады. Мұндай меласса ашыту өндірістерінде бактериялық инфекция дамуының негізгі көзі болып табылады.Белгілі болғандай, мелассаның бактериялық микрофлорасы үш бактерия топтарынан тұрады: қышқыл түзетін, шіріген және пектин түзетін.Сақтау процесінде мелассаны зерттеу сахарозаның жоғалуы микроорганизмдердің әсерінен және мелассаның тығыздығына байланысты екенін анықтады. 75-80 ж. мелассаның тығыздығы кезінде микрофлорада дамымайды және қанттың жоғалуы шамалы; олар ай сайын 0,04 – 0,22% шегінде 46% қант бар мелассаның салмағына қайта есептегенде болады.Бұл микроорганизмдер 1 г-да шамамен 50000 болған жағдайда ай сайын мелассаның қанты жоғалуы мелассаның салмағы 1,3% - ға жетеді.Мелассаны тығыздыққа дейін сұйылтқан кезде ауадан мелассаға түскен ашытқылар белсендіріледі және олардың тіршілік әрекеті қанттың айтарлықтай жоғалуын тудырады, олар ай сайын мелассаның салмағының 2,5% - на жетеді.

Жоғарыда көрсетілгендей, меласса несахарлардың маңызды мазмұнымен сипатталады. Ашытылатын заттардың 1 бөлігіне 0,5 масалар келеді. несахардың жоғары концентрациясы кезінде спирттік ашытқылардың өсу ингибиторлары ретінде өзін көрсетеді,олардың көбеюін және ашыту процесін қиындатады. Сондықтан спирттік өндірісте ашыту процесін мелассаның сұйылтылған ерітінділерімен де жүргізеді.Мелассаны спиртке ашыту кезінде ашытқыларға теріс әсер мелассада Ұшпа қышқылдардың (2% - дан артық) жоғары мөлшері болады. Осыған байланысты мелассаның ақаулық дәрежесін анықтау үшін онда тығыздықтан, қышқылдықтан және қанттылықтан басқа, Ұшпа қышқылдардың құрамын анықтау ұсынылады.Ақаулы мелассаны өңдеу кезінде күшті ашытқылардың үлкейтілген мөлшерін пайдалану қажет.Мелассадан этил спиртін өндіру қазіргі уақытта негізінен ашытудың үздіксіз тәсілі бойынша жүргізіледі. Мелассаны спиртке қайта өңдеудің жартылай үздіксіз схемасы кейбір спирттік зауыттарда ғана сақталған.

Ашытудың үздіксіз тәсілінің артықшылығы жабдықтың өнімділігін және жұмысшылардың еңбегін арттыру, су шикізатының, будың, электр энергиясының және өнімнің өзіндік құнының басқа да элементтерінің шығынын азайту болып табылады. Үздіксіз емес процестер бақылау бойынша да, өндірісті реттеу бойынша да оңай автоматтандырылады. Технологиялық көрсеткіштерді тұрақтандыру және қалыпқа келтіру үшін жағдайлар жасалуда, бұл Ашыту процесінің негізгі өнімінің – этил спиртінің шығуын арттыруға әкеледі.Мелассаны спиртке үздіксіз тәсіл бойынша ашыту бір немесе екі ағынды ашыту схемасы бойынша жүргізіледі.Мелассаны ашытудың бір ағынды схемасы. Мелассаны спиртке өңдеудің бір ағынды схемасы 1954 жылы ВНИИПрЕ қызметкерлері А. Л. Малченко мен Ф. Б. Криштул жасаған. Келесі жылдары осы схема ЖҚжӘББ-да нақтыланды және үлгі ретінде қабылданды.

Мелассаны натрий пентахлорфенолятының әсерімен антисептирлеуге ұшыратады, техникалық күкірт қышқылымен қышқылдайды, ашытқыларды қоректендіру үшін фосфор қышқылын қосады және ашыту үздіксіз әдіспен жүргізіледі. Мелассаны үздіксіз ашытудың бұл тәсілі басқа өңдеу тәсілдерінің алдында артықшылығы бар.Артықшылықтары ашытқыларды жоғары осмотикалық қысым шарттарына бір концентрациядағы ашытқыға бейімдеуде, сондай-ақ мелассадағы барлық фосфор тұздары кешенін пайдалануда көрінеді.1 тонна мелассадан (құрамында 50% қант бар) спирт 30 дал (абсолютті алкоголь).

Мелассадан спирт өндірудің күрт ұлғаюы спирттің шығуы, Еңбек өнімділігі, өндірістің өзіндік құны бойынша өндіріс үшін шикізаттың осы түрінің үлкен артықшылықтарының салдары болып табылады. Сонымен қатар меласса және оны қайта өңдеу өнімінде спирттен, көмірқышқылдан және нан пісіретін ашытқылардан басқа, және меласса бардасын қайта өңдеу кезінде – глицерин, азықтық ашытқылар, глутамин қышқылы, бетаин және оның туындылары, В12 витамині және т. б. өндіруге мүмкіндік беретін бағалы заттар бар.

Сүт сарысуы өте құнды бай қоректік орта болып табылады, сондықтан ол əр түрлі химиялық қосылыстарды түзетін микроорганизмдердің өсуі үшін толық құнды субстрат бола алады. Сүт сарысуы негізінде этанол өндірудің тиімділігі жоғары екендігі көрсетілген. Мысалы, АҚШ-та 1 жыл ішінде этанолды 1,6 млн тоннаға дейін өндіретін, ал 1 тəулікте 225 тоннаға дейін сүт сарысуын өңдейтін қондырғылар жұмыс істейді. Қазіргі кезде Жаңа Зеландия мен Бразилия елдерінде двигательдегі бензині 20-50% сүт сарысуынан алынған этанолға ауыстырылған. Сонымен бірге, сүт сарысуынан этанолдан басқа белоктар жəне спирттен кейінгі ашыған заттар сияқты аралық өнімдер түзіледі. Оларды кептіріп, ауыл шаруашылықта мал азығы ретінде пайдалануға болады. Этанолды сүт сарысуынан өндіру, картоп немесе бидай шикізатынан өндірумен салыстырғанда экономикалық тиімділігі жоғары.