Технология производства этилового спирта

Биохимические процессы

Первыми напитками, полученными на основе спиртового брожения, были вино и пиво. До появления работ Луи Пастера (конецХ1Хв.) о сути происходящих при брожении процессов и их механизмах было известно очень мало. Пастер показал, что брожение осуществляется без доступа воздуха живыми клетками дрожжей, при этом сахар превращается в спирт и углекислый газ.

Для сбраживания сахаросодержащего сырья в одних случаях используется природный сахар, например содержащийся в винограде, из которого делают вино, в других — сахара получают из крахмала, например при переработке зерновых культур в пивоварении. Наличие свободных сахаров обязательно для спиртового брожения при участии дрожжей рода Saccharomyces, которые не могут гидролизовать полисахариды. Подробно стадии спиртового брожения описаны в разд. 5.2.

С энергетической точки зрения брожение — процесс малоэкономичный: при сбраживании 1 грамм-молекулы глюкозы синтезируется всего 2 моль АТФ. Недостаток выделяющейся при брожении энергии дрожжи возмещают за счет переработки большого количества сахара.

Наряду с главными продуктами брожения (этиловый спирт и С02) в небольшом количестве образуются побочные продукты: глицерин (1—3%), уксусный альдегид, уксусная и янтарная кислоты, сивушные масла — смесь высших спиртов (изоамилового, изобутилового, амилового и др.) и некоторые другие вещества. Образование дрожжами высших спиртов связано с азотным и углеводным обменом дрожжевых клеток. Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков спиртового брожения. На развитие дрожжей и ход брожения влияют многие факторы: химический состав среды, ее концентрация, кислотность, температура и др.

Не все сахара сбраживаются дрожжами. Большинство дрожжей сбраживают моносахариды, а из дисахаридов — преимущественно сахарозу и мальтозу. Пентозы могут использовать лишь некоторые виды дрожжей. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как не имеют амилолитических ферментов.

Оптимальное содержание сахара в среде для большинства дрожжей — от 10 до 15%, более высокая концентрация снижает энергию брожения, при 30—35% сахара брожение обычно почти прекращается. Вместе с тем в природе встречаются дрожжи, способные вызывать медленное брожение даже при концентрации сахара 60% и выше.

Ценным азотистым питанием для большинства дрожжей служат аммонийные соли. Дрожжи способны, потребляя аммонийный азот, образовывать сложные соединения — аминокислоты, затем полипептиды, протеины.

Брожение протекает нормально в кислой среде при pH 4—5. В щелочной среде направление брожения изменяется в сторону увеличения выхода глицерина. Наибольшая скорость брожения наблюдается при температуре 30 °С, при 45-50 °С процесс прекращается, так как дрожжи отмирают. Снижение температуры замедляет брожение, но полностью оно не прекращается даже при температурах, близких к 0 °С.

Этиловый спирт, накапливающийся в процессе брожения, угнетает жизнедеятельность дрожжей уже при концентрации 2—5% (в зависимости от вида и расы дрожжей). Штаммы дрожжей, используемые в спиртовой промышленности, сохраняют жизнеспособность вплоть до концентрации этанола 12-15% (по объему). Некоторые расы дрожжей более спиртоустойчивы и образуют 16—18% спирта. Получены расы, продуцирующие до 20% спирта. Ожидается, что дальнейшая работа по созданию новых штаммов дрожжей, устойчивых к еще более высоким концентрациям спирта, будет успешной.

Образование этилового спирта дрожжами — это анаэробный процесс, но для размножения дрожжей нужен кислород. Сам процесс метаболизма, жизнеспособность клеток, их рост, размножение и образование спирта зависят от концентрации субстрата, кислорода и конечного продукта (спирта).

Требования, предъявляемые к дрожжам при производстве алкогольных напитков, следующие: дрожжи должны быстро размножаться, обеспечивать полноту сбраживания и высокую скорость процесса, быть спиртоустойчивыми и легко выпадать в осадок. В производстве спиртных напитков наиболее часто применяют штаммы дрожжей

S. cerevisiae, S. carlsbergensis и S. diastaticus. Дрожжи S. cerevisiae растут на глюкозе, фруктозе, мальтозе и мальтотриозе, т.е. на простых сахарах; S. diastaticus способны также использовать декстрины, а виды дрожжей Kluyveromyces fragilis и К. lactis — лактозу.

Крупные спиртовые заводы всегда поддерживают свою собственную культуру дрожжей в специальных средах. Выбор штамма дрожжей при производстве спирта определяется его продуктивностью в особых условиях бродящего сусла. Брожение должно идти активно с образованием спирта в количестве, близком к теоретическому пределу.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >