ПОӘК 042-18 50/03-2013 18. 09. 2013 ж №1 басылым

Жоспар:

1. 
   Спирт өндірісіне арналған шикізат.
   
2. 
   Спирт өндірісі үшін қолданылатын микроорганизмдер.
   
3. 
   Спирт алудың периодты әдісі.
   
4. 
   Спирт өндірісінің үздіксіз әдісі.
   
5. 
   Қалдықтарды өңдеу.
   

1.Спиртті крахмалды шикізад – дәннен, картоптан және қызылшақантты мелассадан алады. Техникалық мақсатқа арналған спирттің аздаған мөлшерін ағаш гидролизатынан, сульфитті сілтіден және т.б. алады. Дән шикізатынан бидай, рожь, арпа, сұлы, жүгері және дәндердің басқа түрлерін де өңдейді.

Осы шикізаттан спиртті периодты және үздіксіз алады. Көптеген заводтар ашудың үздіксіз сұлбасы бойынша жұмыс істейді. Жеке заводтар спирт өңдеуде картоп және дән, басқалары қызылша мелассасын, үшіншілері – екеуінде қолдануға маманданады. Этил спиртін техникалық қажеттіліктерге – еріткіш ретінде, синтетикалық каучук өндірісінде, басқа заттар синтезіне, сонымен қатар сусындар дайындауда және медициналық қажеттіліктерге қолданады.

2.Спиртті ашу – жақсы зерттелген биохимиялық процесс. Спиртті ашуды көбінесе ашытқылар, аздап кейбір бактериялар (Sarcina) және зең саңырауқұлақтар (Mucor) тудырады. Өндірісте ашытқыларды әдетте жоғарғы және төменгі деп бөледі. Жоғары ашытқылар ашуды интенсивті түрде жүргізеді және қиын тұнады. Оларға спирт және нан пісіретін Saccharomyces cerevisiae ашытқылары, сонымен қатар Saccharomyces elipsoideus түріндегі вино ашытқылары жатады. Төмен ашытқыларға сыра қайнату өндірісінде қолданылатын түрлері жатады. Өндірісте ашу процесін 2-3 тәулік жүргізеді.

Ашу кезінде көмірсулар этил спиртіне, көмірқышқыл газына және суға дейін ыдырайды. Кезең аралық өнім – ацетоальдегид. Егер қоректік ортаға ацетоальдегидті байланыстыратын сульфитті қосса, ашу кезінде өндірісте қолданылатын глицериннің көп мөлшерін алуға болады. Бұл жағдайда, ашудағы соңғы негізгі өнім – үшатомды спиртті глицерин. Спиртті ашу процесі кезінде изоамилды, амилды және изобутилды спирттер (сивуш майлары) жиналуы мүмкін. Кейбір ашытқылар және бактериялар бутанолды, сонымен қатар 2,3 – бутандиолды продуцирлейтін қабілеті бар. Бұл өнімдерді әдетте мұнайдан синтездейді, бірақ этанолды және басқа да спирттерді микробты жолмен алу үлкен қызық тудырады.

Россияда этанолдың көп бөлігі өсімдік шикізатынан микробиологиялық жолмен алынады. Шикізат ретінде ағаш гидролизаты, меласса, крахмал, сүт сарысуы болуы мүмкін. Этанол өндірісіндегі қалдықтар құрамында ақуыздар, көмірсулар, рибофлавин және т.б. витаминдер болады және оларды жем қоспасы ретінде қолдануға болады.

Ағаштан спирт алу кезінде гидролиздеуден бұрын ағашты қалыңдығы 3 мм, ені 10-70 мм және ұзындығы 25 мм болатындай ұсақ бөлшектерге ұнтақтайды. Гидролиз, ұсақ бөлшектермен толтырылатын, 0,5 % H₂SO₄ ерітіндісін қосатын және 1-1,2 МПа қысыммен бу жіберетін үлкен (50 м³ дейін) гидролизді аппараттарда жүреді. Қайнату 40-50 мин жүреді. Ағаштын құрғақ массасынан 45-48% қант алынады. Гидролизаттан алынған орта реакциясы қышқыл, рН 1,8-2,2, сондықтан гидролизатты құрамында 1,1-1,2 кг/л әк бар әкті сүтпен нейтрализдейді; гидролизатта азот және фосфор аз болады, сондықтан гидролизаттың әрбір куб метріне 0,3 кг суперфосфат және 0,15 кг аммоний сульфатын қосады. 85⁰С температурада гидролизат арқылы ауа үрлейді, ортаның рН-ы 5-6. Гипсты тұндырады, ал гидролизаттың мөлдір бөлігін салқындатқаннан кейін ашытуға қолданады. Спиртті мелассадан да алады. Алдын ала қоректік ортаны дайындап, өте қарапайым мелассаны араластырып, қоректік тұздарды қосады. Сусындар дайындау үшін тек бидай шикізаттарынан алынған спиртті қолданады. Техникалық қажеттіліктер үшін ағаш гидролизатынан және сульфитті сілтіден алынған спирттер қолданылады.

Микробиологиялық этанолды алу жолдары басқа да мемлекеттерде қарастырылуда. Ашытқыларға қарағанда, көмірсуларды этанолға 2 есе жақсы ашытатын Zymomonas mobilis бактериялары табылды. Бразилиядағы жанармайлы спирт өндірісі мемлекеттің энергия балансына көптеген үлесін тигізеді және миллиард метрлерді құрайды.

Майқышқылы ашуын тудыратын Clostridium acetobutilicum-нің әртүрлі түрлері және де басқа бактериялармен меласса ферментациясынан тек қана этанол емес, сондай-ақ ацетоальдегид, сірке қышқылы, этилацетат және диэтил эфирін алу үшін де қолданылуы мүмкін. Мұндай ашудың субстраты дәнді, меласса дәнді заторлар немесе меласса болуы мүмкін. Егер ортаны дәннен дайындаса, мысалы, жүгеріні, онда алдымен ірі ұнтақты ұн алады және 6-8 кг ұнға 100л су қосу арқылы оны сумен араластырады. Содан кейін заторды 0,2 МПа қысыммен 2 сағат қайнатады және стерилдейді. 37-42 ⁰С дейін салқындатылған массаны 2 тәулік бойы ашытады, ортаның рН-ы 5-7. Ашу процесі кезінде глюкозадан құрамында бутил спиртінің 6 бөлігі, этил спиртінің 1 бөлігі және ацетонның 3 бөлігі бар қоспа түзіледі. Ағаш гидролизатынан және сульфитті сілтіден ацетон мен бутил спиртін алу тәсілдері дайындалады. Ацетон – бутилды ашудың бірінші кезеңінде сірке және майлы қышқыл түзіледі және сутегі мен көмірқышқыл газы бөлінеді. Одан кейін май қышқылы бутил спиртіне айналады.

Біріншілік метаболиттердің штамм – продуценттерін индуцирленген мутагенез жолымен алады. Зат алмасудың бұзылуы микроорганизмдердің бәсекелестігінің және өміршендігінің төмендеуіне әкеледі. Біріншілік метаболиттер, олардың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін ғана қажет табиғи микроорганизмдермен синтезделеді. Микроорганизмдердің мутантты формалары амин қышқылын 100 г/л концентрацияға дейін синтездей алады.

3.Спирт алудың кезеңді әдісі. Спирт өңдірудің бұл әдісі келесідей стадиялардан тұрады: шикізатты қайнатуға дайындау, қанттандыру материалдарын дайындау, крахмалды материалдарды қайнату және қанттандыру, ашытқыларды культивирлеу, ашу, ашыған спиртті жою және оны брагоперегонды мен брагоректификационды аппараттарда тазалау.

Дәнді қайнату мен қанттандыруға дайындау келесідей әдіспен жүргізіледі.

Өлшендімен өлшенген дәнді 1:3,5 қатынаста сумен араластыратын және 90⁰С температураға дейін бумен қыздырылатын, қыздырылғаннан кейін қайнатқыштарға түсетіндей, қайнатқыш бункерлерге бөлінеді. Мұнда қоспа дән түріне байланысты жоғары қысыммен және 135-150 ⁰С температурада 90-120 минут аралығында қайнайды. Қайнатылған дән қанттандыруға үрленеді, 60-61⁰С дейін салқындатылады және 15-20 минут солодты сүтпен (7-8 % солодты өңделген дәннің масса бойынша) өңделеді, содан кейін насоспен 20-25⁰С-ге дейін салқындатылатын жылуалмастырғышқа беріледі. Осыған ашытқылардан қанттандырылған сусло көлемі бойынша 6-8 % мөлшерінде егінді ашытқылар беріледі.

Жасыл солод 96 % дейін өсуге қабілеті бар арпа, сұлы дәнінен өңделеді. Дән ығалдылығы 40-42 % суда 1 тәулік бойы әрбір 6-8 сағат сайын суда ұстайды және суды төгуді кезекпен жүргізу арқылы ылғалдандырады. Ылғал дәнді ылғалдандыру аппараттарынан түсіреді және де үйінді өздігінен қызу нәтижесінде 1 тәулік ішінде олар өсе бастайды.

Мынадай қалыпты температураны ұстап тұрады: арпа үшін 17-ден 20⁰С-ге дейін, сұлы үшін 25-тен 30⁰С-ге дейін (құрамында кондиционирленген ылғалдылығы бар ауа үрлену жолымен).

Спиртте арпаның өсу ұзақтығы 8 тәулік. Егудің аяқталуын көрінетін белгілері бойынша анықтайды: өсінді дәнінің бір ұзындығына тең болғанда.

Аналитикалық мәліметтер бойынша солодтың қанттандыруы ОС=4-т-6 ед./г, амилолитикалығы - АС=20-г-35 ед./г құрайды. Технологиялық инструкциясы бойынша солод дәннің үш түрінен жасалған болу керек: 50:25:25 қатынастағы арпа, сұлы және проса.

Фермент қоры жиналып болғаннан кейін дәннің өсуі тоқтайды және жасыл солод түрінде ол гидравликалық әдіспен су бөлгіш ситке беріледі. Жуылған жасыл солод одан кейін ұнтақтағышта ұнтақталынып, сумен 6-8% құрғақ зат концентрациясына дейін ыдырайды.

Егінді ашытқыларды пробиркадан стерильді суслосы бар колбаларға ауыстыратын және 18 сағат өңдеуден кейін қайта пастерленген суслосы бар тазы культура аппараттарына ауыстырылатын таза культурада дайындалады, содан кейін егінді материал ретінде бродильді аппараттарға енгізіледі.

Дайын ашытқыларды микроскоппен қарағанда бөгде микроорганизмдер – сүтқышқылды және басқа бактериялар көрінбеуі керек.

Егу алдында ашытқы суслосының концентрациясында құрғақ зат 10-12% құраса, ал ашытқыда 16-18% болады.Егінді ашытқыларда ашудың аяқталуы олардың бродильді аппараттарға ауысуына жағдай жасайды.

Ашу процесі 3 кезеңнен тұрады: ашыту (20-24 сағ), басты ашу (24-30сағ) және ашу (18-24сағ).

Ашыту кезінде ашытқылар көбейеді, олардың биомассасы жинақталады, олар температурасы 28-29 ⁰С дейін көтерілетін ортаға бейімделеді, сонымен қатар суслоның көміртегінің 20%ашытады.

Басты ашу кезеңінде суслоның көміртегісінің 60-65% ашиды, ашытылған спирттің негізгі мөлшері жиналады, және жылу реакциясында глюкоза мен мальтозаның спиртке айналуы жүретін жылу алмастырғышқа беріледі. 30⁰С температурада ұстап тұрады, ашып жатқан масса қозғалыста болады, спирт бөлінеді.

Ашу кезеңінде көміртегінің 15-20% жуығы ашиды, ашытылған спирт мөлшері 8-9% жетеді, 28⁰С қалыпты температура болады. Ашып жатқан масса аз қозғалады, кезеңнің соңында қозғалыс тоқтайды. Ашудың аяқталуын массаның сыртқы көрінісі бойынша (көмірқышқыл газының бөлінуі тоқтаған кезде), редуцирлейтін заттар мөлшері (ашындының 100 мл фильтріне 0,25-0,45 г қалыпта) және спирт мөлшері бойынша (8-9 об.%) анықтайды.

Спиртті айдау басында бродильді аппараттардағы жетілген ашытқы берілгіш резервуарларда жиналады және насоспен дефлегматор арқылы ашыту колоннасына беріледі, ал осы кезде алынған барда колоннадан шығарылып, жемдік мақсаттарға қолданылады. Ашыту колоннасының спиртті сұйықтығы тоңазытқышта салқындатылады, ондағы спирт мөлшерінің саны есептелінеді және сұйықтық спирт-шикізатын сақтау үшін сыйымдылыққа беріледі.

Одан кейін спирт-шикізаты ректификационды колоннаның кубіне түседі, 90-92 ⁰С температураға дейінгі бумен қыздырылады және булы қалпында спирт ректификациясы пайда болған ректификационды колоннаны толтырады. Біріншіден басты немесе төмен қайнағыш қоспаларды таңдап алады: үйіндіден көлемі 1% дейін эфирлер, альдегидтер және т.б., содан кейін бастапқы ІІІ және ІІ сортты спирттерді, содан І сорттың ортасын және жоғары тазалаудың 80%. Спирттің І сортын таңдап болғаннан кейін ІІ және ІІІ соңғы сорттарды және аяғында құрамында амилды, изоамилды, пропионды және басқа да көп атомды спирттер кіретін, жоғары қайнайтын 0,4% сивуш майын таңдау жүреді.

Бастапқы ІІ мен ІІІ және соңғы сорттарды келесідей үйінділерде қолданады. Өңделген І сортты спирттің сапасы МЕСТ 5962-67 талаптарына сай келеді. Жоғарғы тарелкалардың біріндегі спирт тоңазытқышқа түсіп, бақылау снарядтарымен және өлшемдерімен өлшеніп, спирт сақтағыш орындарына жіберіледі және одан кейін цистерналарға құйылып, тұтынушыларға темір жол арқылы тиеліп жіберіледі.

4.Спиртті үздіксіз алу әдістері. Үздіксіз технологиялық схема келесідей процестерден тұрады: ұсақталған дәнді және картопты қайнату, вакуум салқындатқыш және сусло крахмалын қанттандыру, суслоны (оны салмас бұрын) вакуум-салқындатудың ІІ сатысы, спиртті ашу, спирттің ректификациясы және брагоректификациясынан.

Тазаланған және өлшенген дән немесе картоп ұсақтағыш машиналарына түседі және ұсақталған күйінде жинағышқа, осыдан сумен араластырғышқа беріледі. Пайда болған қоспа 90⁰С қыздырылады және қоспаны 150⁰С қыздыру үшін бу берілетін байланыстырғыш басы арқылы насоспен осы температурада массаны 30-40 мин ұстау мақсатымен қайнатқышқа өткізіледі.

Қайнатылған шикізат вакуум-салқындатқыш қондырғысында 60⁰С дейін салқындатылады, комплексті-ферментті препаратымен немесе солодты сүтпен араластырылады, алынған сусло крахмалын қанттандырғышта қанттандырады. Сусло вакуум-салқындатқыштың ІІ сатылы сепараторына түседі және лезде 24⁰С салқындатылады және барометриялық труба арқылы бродильді батареяның басты ферментаторына бағытталынады. Суслоны сепаратордан насос арқылы параллельді беруге болады. Батареяны қосардың алдында оған басты ферментатордың сыйымдылығына тең келетін ХІІ көлемдегі егінді культураны, ашытқы рассаларын енгізеді. Ашытқының егінді культурасы егінді ферментатордың үшсатылы жүйесінде өсіріледі. Бастапқыда 8 сағат ішінде оны ашытқы ферментаторында өсіреді, содан кейін оны егінді ферментатордың үлкен сыйымдылығына жібереді және осылай 8 сағат ішінде суслоның үздіксіз ағуы арқылы бүкіл сыйымдылық толғанға дейін оның көлемін есептейді. Содан кейін осы құрамды егінді узельдің ІІІ сатысына жібереді және осылай үздіксіз 8 сағат ішінде егінді материалдың көлемін толтырады, ал толтыру аяқталғаннан кейін осы құрамды насос арқылы бродильді батареяның басты ферментаторына орналастырады және бір уақытта үздіксіз спирт ашуы пайда болу үшін оған қанттандырылған суслоның үздіксіз ағуы қосылады.

Инфекциямен күресу және ферментацияның инфицирленуін тоқтату мақсатымен жабдықтарды, аппараттарды және құбырөткізгіштерді профилактикалық дробты стерилизациялау әдісі енгізілген. Оның мәнісі мынада, суслоның ағуы 1-ші ферментатордан 2-сіне ауысады және осыған насос арқылы 1-нің құрамы араластырылады, ал соңғы ферментатордың ішкі қабырғалары шайылады, буландырылады, салқындатылады және 1-ші ферментатордан ағуы арқылы толтырылады. Содан кейін осылай 3-ші ферментатор ішіндегі құрамды 4-шісіне ауыстыру арқылы босатылады және бұл процесс батарея соңына дейін жүреді. Шикі заттың әр түріне арналған кезеңді босату және профилактикалық стерилизация 2-3 тәуліктен кейін экспериментті орнатылады.

Жетілген ашытқы берілетін резервуарға үздіксіз түседі және насоспен дефлегматор арқылы ашыған колоннаға беріледі. Спирт булары немесе олардың конденсаты немесе екеуіде (басты қоспалардан босатылатын және экстракт түрінде ректификационды колоннаға түсетін) эпюрационды колоннаға түседі. Осы колоннаның төменгі бөлігінде құйрықты қоспалар алып тасталынады, ал негізгі өнім – этанол жоғары тарелкаларға салынып 96% дейін бекітіледі және жоғары тарелкалардың 1-5-не дейін тоңазытқышқа, бақылау снарядына, өлшегішке және спирт сақтағышқа таңдап алынады. 15-ші тарелкадан ол тоңазытқышқа, бақылау снарядына, өлшегішке және спирт сақтағышқа таңдап алынады. Жоғары тазаланған спиртті 9-шы және 20-шы тарелкалардан таңдап алады және ол да тоңазытқыш, бақылау снаряды, өлшегіш және спирт сақтағыш арқылы өтеді.

«Прима» спиртінің мінездемесі: мықтылығы 96,5%; эфир мөлшері 20 мг/л, қышқыл 12 мг/л, сивуш майы 3 мг/л, метанол 0,13%; сынаманың тотықтырғыш қасиетін 22 мин тексереді.

Спирттің үздіксіз өндірісінде қанттандыру материалдары ретінде жасыл солодты қолдануға болады, бірақта ұсынылып отырған ферментті препараттар микроб арқылы жүргізіледі.

5.Қалдықтарды өңдеу. Спирт заводтарының қалдықтарынан жемдік ашытқылар (бардада өсірілген), сұйық және қатты көмірқышқылы өңделеді.

ВНИИ-да өнімдерді ашытуда сепарациясыз бүтін бардада алынатын жемдік ашытқылардың жаңа технологиясы жасап шығарылды. Жаңа технология 1 м³ бардадан ашытқылардың шығуын 2 есе жоғарылатуға, құрамында нашар бейімделетін ерігіш құрғақ заттары бар 2-шілік барданың шығуын жоюға мүмкіндік береді.

Ашу процесі кезінде спирт массасы бойынша - 95,5% мөлшерінде немесе өңделген крахмал массасы бойынша 54,2 % пайда болған СО₂-і -31,0⁰С қауіпті температурада сығылуға мүмкіндігі бар.

СО₂ – 12-15⁰С температурада және 6,0-6,5 МПа қысымда тығыздығы 950 кг/м³(0⁰С кезінде) сұйықтыққа айналады.

СО₂-ң қатты денеге айналуының қауіпті температурасы - 5,6-6⁰С. Атмосфералық қысыммен 80% сұйық көмірқышқыл газы жойылғаннан кейін 20% жуығы тығыздығы 1360-1400 кг/м³ құрғақ мұзға айналады. Көмірқышқыл газы қалқытылып алынады, спирт буларынан тазартылады да газгольдерде жиналады, содан кейін ол үшсатылы компрессорда кезекпен 1;2,5 және 7 МПа-ға дейін сығылуға ұшырайды. Әр сатыдан кейін сығылған газды салқындатуға арналған сулы салқындатқыш орнатылады, ары қарай ол компрессордан түскен майды жою үшін силикагельмен толтырылған май бөлгішке түседі. Көмірдің активті колонналарында бұл газ иісі бар қоспалардан және тотықтырғыш өнімдерден босатылады. Сондай – ақ газ фильтрде қалған ылғалдылықтан босатылады. Зең саңырауқұлақтарының егінді культуралары және продуцент ферменттерінің бактериялары оларды культивирлеу үшін аппараттарда өсіріледі және оған суслоның берілуі кезінде ферментаторларға ауысады. Негізгі ферментацияның және егінді культураның температурасы 25-30⁰С. Культивирлеу ұзақтығы: егінді культура үшін 20-24 сағ, негізгі ферментация үшін 2-4 тәулік. Культивирлеудің аяқталуын ОСТу немесе ВТУ дәрежесіне сәйкес негізгі ферменттің толуы бойынша анықтайды. Ферментация процесі ауа немесе 1м³ қоректік ортаға 30-40 м³/сағ мөлшерінде сәулелі аэроторларды үрлеу арқылы жүргізіледі. Жетілген культуральдық сұйықтық жинағышқа түседі және насос арқылы негізгі өндіріске беріледі.

Зең саңырауқұлақтарының тереңдік культураларын концентрат күйінде қолданудың жаңа нұсқалары бар. Бұл жағдайда тереңдік культура өлшендіден фильтрленеді және 40% буландырғыштың орнына 3-5% дейін активтілігін жоғалтуымен арнайы ультрафильтрационды қондырғыда концентрленеді. Сондай – ақ продуценттерді беткей өсіру, шашыратып кептіру концентраты бар, сірке қышқылды аммонимен, органикалық ерітінділермен тұндыру әдісімен алынған ферментті препараттар қолданылады.

Буртты егістіктегі картоп гидравликалық транспорт бойынша мойкаға түседі және ақырындап жол бойы қоспалардан тазартылады. Мойкада ол толығымен жуылады, сондай – ақ тас ұстағыштарда тастарынан тазартылады. Қуыс арқылы жоғары көтеріліп, таразыларда өлшеніп, ұсақтағыштарда ұсақталынып, жинағыштарда жиналады және қайнатқыштарға түседі.

Кезеңді процесте картоп оны тазалау сияқты операцияларынан өтеді, бірақта ұсақтаусыз бүтін күйінде қайнатылады.

Спиртке арналған меласса бір және екіпотокті өндіріс схемасы бойынша өңделеді. Бірпотокті өндіріс нұсқауында мелассаны сумен араластырады және массасы бойынша концентрациясы 22% мелассалы сусло алады,ал екіпотокті өндірісте ашытқыны көбейту үшін концентрациясы 14% суслоны және массасы бойынша 33% - негізгі суслоны дайындайды. Нан пісіретін ашытқыларды бірпотоктің нұсқауына сәйкес алады және бұл жағдайда барлық араласпаған өлшенген меласса араластырғышта үздіксіз әрекеттен гомогенизацияға және антисептирленген мықты күкірт немесе тұз қышқылына ұшырайды. Мелассалы сусло 0,5 мл 1,0 н қышқылдыққа дейін қышқылданады. 20 мл ортаға арналған NaOH инфекционды микрофлораның өскенін ескерту үшін профилактикалық мақсаттарда қолданылады. Бұл мақсаттар үшін сондай – ақ сульфанол немесе хлорлы әк қолданылады. 1т мелассаға арналған дозалар: 7 кг дейін қышықл, 90-150 г сульфанол және 300г хлорлы әк.

Асептиктерімен бірге мелассаға спирттің 1000 дал есебінен қосымша қоректік заттарды дозирлейді; 13 кг ортофосфорлы қышықл (70%), 9 кг карбамид. Меласса құрамының өзгеруіне байланысты және нан пісіретін ашытқылардың шығуын жоғарлату мақсатымен қоректік заттардың келтірілген дозаларын көбейтеді.

Мұндай әдіспен дайындалған меласса 8 сағат ұсталынады, рассиропкаға түседі және егінді ашытқылармен бірге ашытқыларды көбейтуге беріледі, содан соң үздіксіз ферментаторлар батареясында 24 сағ аралығында ашытылады. Жетілген ашуды ашытқыларды бөлу үшін сепарациялайды, престейді және буып – түйеді, ал ашытқысыз ашу айдауға және ректификацияға түседі. Ашудағы ашытқылардың құрамы 30 г/л, 10℅ спирт, 100 мл – дегі ашымаған редуцирлейтін заттар 0,3-0,4 г, ал 1 т шартты меласса крахмалынан спирттің шығымы 66,5 дал ( сахарозаның крахмалға айналу коэффициенті 0,05).

Жоспар:

2. Сыра өндіру технологиясы.

1. Солод сыра өндірудегі негізгі шикізат болып табылады. Ол сонымен қатар крахмалды қанттандыру үшін спирт өндірісінде, наның көптеген сортын алуда нан пісіруде және т.б. қажет. Сыра қайнатуда арпадан алынған солод қолданылады.

Солод сапасының басты көрсеткіші болып ұсақталған дәнді солод ферменттерімен өңдегенде ерітіндіге айналатын құрғақ заттардың (%-пен) жалпы мөлшерін білдіретін экстракттылығы саналады. Ақуыз 9—12% шамасында болуы керек, егер ол азайса дәмі бұзылады және көбігі жансырайды, ал көбейсе ақуыз тұнбаға айналады да, сыра лайланады. Өнгіштігі 90—95% кем емес. Сыра солодының үш түрін ажыратады: МРТУ 18/199-67 талаптарына сәйкес ақшыл, жигулевский және темное.

Нанды пісіру және квасты дайындау үшін қара бидай солодын пайдаланады.

Спирт өндірісінде шикізатты қанттандыру үшін жасыл солод пен ферментті препараттарды қолданады. Спирт зауыттарында солод дәнді культуралардың тұқымдарынан – арпадан, сұлыдан, кейде ржадан дайындалады.

Сыра солодын дайындау келесі стадиялардан тұрады: арпаны тазалау және тасымалдау, дәеді сулау және өсіру, кептіру, өркендерді бөліп алу және солодтың жетілуі.

Дәнді өңдеуге дайындық туралы алдыда айтылды. Мында тазалаудан кейінгі өндіріс стадияларын қысқаша қарастырамыз.

Дәнді сулау үш түрлі әдіспен жүргізіледі: периодты ауалы-сулы, үздіксіз ағынды (ауа қаныққан суда) және ауалы суландырғыш.

Дән сулау цилиндліконусты аппараттарда шайылады. Бұл аппараттың ортаңғы бөлімінде құбырдан тұратын құрылғы орнатылған. Құбырдың астыңғы жағына сығылған ауаның өтуі үшін басқа құбыр жалғанған. Жуған кезде сығылған ауа су мен дәннің қоспасын ортаңғы құбырмен жоғары қарай алып кетеді, ол переферияға радиалды бөлінетін сегнеров дөңгелегі құбырларға бөлінеді де, аппарат ішіндегі қабырғаға шығады. Балқыманы алып тастағаннан кейін дәнді СаС1₂- СаО қоспасымен дезинфицирлейді.

Аппарат конусының астында сулаған кезде дән қабатына ауа баратын құбырлы барботерлер орнатылған. Суланған дәнді астыңғы конус арқылы түсіреді, ал үстінде лай суды төгуге және қалқыған жеңіл дәндер мен қоспалардың жиналуына арналған қорапшалы кесінді бар. Арпаны сулаудың ұзақтығы үш тәулік.

Ауалы суландырғыш әдіс ең алдыңғы болып саналады және оны енгізуге ұсынады. Алдымен 20 сағат аралығында дәнді форсункалармен бытыранды сумен суаруды жүргізеді. Әрбір бір сағат сайын 15 мин аралығында астыңғы жағынан вентилятор арқылы ауа сорылып отырады. Сосын жуғыш аппаратты сумен толтырады да, дәнді 8 сағат су астында ұстайды. Содан кейін суды төгеді де, ақшыл солод үшін 42—44% және 45—47% темный солод үшін ылғалдылық болғанға дейін сору арқылы суландыруды жүргізеді. Сулау ұзақтығы судың температурасына байланысты жүргізіледі: 12° С болғанда 56 сағ, ал 15° болғанда С 48 сағ.

Арпаны өсіруді ондағы ферменттердің жиналуы, суслоны дайындау кезінде крахмалды, ақыуз бен басқа да заттарды оңай алу мақсатымен дәнді жұмсарту және бұзу үшін жүргізеді. Өсіру температурасы ақшыл солод үшін 18° С және 24° С дейін темный солод үшін. Дән массасындағы тұрақты температура ауамен жүйектерді желдету арқылы сақталады. Өсу біткеннен кейін өсіруді өсінді дән ұзындығының 2/3-3/4 бөлігіне жеткенде бітіреді. Бұл уақытта эндосперм қабырғалары цитоликтикалық ферменттер әсерінен бұзылады, ал эндоспермнің өзі жұмсақ және жұқа болады. Өспеген дән құрамында тек қана крахмалды мальтозаға дейін ыдырататын β-амилаза болады, ал α-амилаза өсірген кезде пайда болады, және ол крахмал молекуласын декстриннің пайда болуымен жұмсартады. Сонымен қатар пептидтер мен аминқышқылдар пайда болуымен ақуыздарды гидролиздейтін протеиназа мен пептидазалар да жиналады.

Ақшыл солодты өсірудің ұзақтығы 7 тәулік, ал темный солод – 9 тәулік, бірақ әдетте ферменттер бірінші 5 тәуліктің ішінде жинала бастайды, одан кейінгі уақытта ферментативті гидролиз өтеді. Солод дайын болуын эндоспермнің ұнды бөлімін саусақпен оңай сылануы бойынша көреді. Жақсы сапалы солодтың иісі балғын, қияр татиды. Режим бұзылса иісі эфирлі, ал консистенция жағылмалы; соңғысы сонымен қатар тым суланған солодта байқалады.

Солодовтар 2 типті болады: токты және пневматикалы. Пневматикалылардың механизациясы токтыларға қарағанда перспективті болып келеді. Пневматикалы солодовтарда (39-сурет) 0,6—1,0 м биіктіктегі солод қабығындағы температураны және көмірқышқыл газын жоюды ылғалды ауаның кондиционерленген щаңынан тазартылған астыда көрсетілген өсіру режиміне сай 2-3ºС температурамен астынан желдету арқылы реттейді. Солод түбірлерінің бытысуын ескерту үшін араластырғыштарды қолданады. Қорапша типті пневматикалы солодовтар негізгі түптен 1—1,8 м биіктікте орналасқан елеуішті түбі бар кірпіштен немесе темір бетоннан жасалған қабырғалары бар тіктөрбұрышты ашық қораптар қатарынан тұрады. Қораптар саны бастан аяғына дейін бір қорапта орналасатын солодты өсірудің тәулік санына сай келеді. Кондиционерленген ауа елеуішасты кеңістікке келеді де, астыдан үстіге солод қабатын суытып, дымқылдап және СО₂-ні шағарып өкпектейді. Катокты арбадағы тік шнекті араластырғыш қораптың шеткі қабырғаларымен қозғалады және шнектің айналуы арқылы астыңғы солод қабатын үстіне, ал үстіңгісін астына шамамен тәулігіне 2 рет ауыстырады.

Сулағаннан кейін бірден тәлік аралығында дәнді құрғақ ауамен желдетеді, температура 14—17°С көтерілген кезде кондиционерленген ауамен желдете бастайды да, 17—21° С температураны сақтайды, ал соңында 8-ші тәулікте — 18—20° С.

Пневматикалы қорапты солодов құлыпты аппарттан түсірілген дәннің қораптың бір жақ шетінен екінші жағына күнделікті қозғалуымен ерекшеленеді және 8-ші тәулікте жасыл солодты қарама-қарсы шетінен араластырғышпен қабылдағыш бункерге түсіреді, бункерден ол тасымалдаушылар жүйесімен кептіруге орын ауыстырады.

Осылайша пневматикалы солодовта солодты түсірудың толық механизациясы жүзеге асады.

Солдты кептірудің мақсаты ылғалды кептіру және экстактивті, ароматты мен бояғыш заттардың жиналуы. Солодтың ылғалдылығы үш кезеңде 42-47-ден 2-4%-ке дейiн төмендейдi. Физиологиялық фаза iшiнде астықтың 40°С температураларында және дымқылдығы 30%-ке дейiн болғанда өсіру жалғастырылады. Ферментативті фаза 40—75° С температурада және солодтың 20—30% ылғалдылығында өтеді. Ақшыд солодты алу үшін бұл фазаның ұзақтығын солод ылғылдылығын тез арада 10% дейін жеткізу арқылы төмендетеді.

Химиялық фаза 75° С-дан жоғары кезде басталады және ақшыл солод үшін 80° С-да, темный солод үшін 105° С температурада аяқталады. Солодтың ылғалдылығы 3—5 және 1,5—2,5% сай. Бұл стадияда аминқышқылдар мен пептидтердің редуцирлеуші қанттармен өзара әрекеттесуі және олардың солодқа өзіндік дәм, түс және иіс беретін меланоидиндердің комплексті қосылыстарын түзуі жүреді.

ЛСХА-5 маркалы үзіліссіз істейтін кептіргіш тәулігіне 5т солод өндіре алады, 100 кг құрғақ солодқа 6—8,7 МДж/ч жылу және 7,8 кВт/сағ электроэнергия жұмсайды. Өркендерді бөлу кептіруден кейін бірден жүргізіледі, ал кептірілген солод ауадан ылғалдың сорбциясы процесінде тағы 4-6 апта піседі.

Ақшыл солодтың жасалуы ылғалдылығы 3% 100 кг-нан 78—79 кг және темный 1,5—2% ылғалдылығында 74—76 кг. Тазалау және іріктеу кезіндегі қалдықтар 10—12%.

2. Сыра – көмірқышқыл газымен қаныққан, жағымды құлмақ ащы дәмі мен иісі бар алкоголі аз ішімдік. Сыра – құнарлы сусын, оның құрамында көмірсулар, ақуыздар, витаминдер және органикалық қышқылдар бар; ақшыл сыраның энергетикалық қабілеттілігі 1700—2200 кДж/кг, темный — 3400 кДж/кг.

Сыра өндіру келесі кезеңдерден тұрады: құлмақтанған сусло дайындау, ашу, ашыту, ақшылдату, құю, пестерлеу, бөтелкелерді өңдеу және сыраны сақтау.

Сыра суслосын дайындау қайнату бөлімінде жүзеге асады (40-сурет). Қайнату процессі солодтың құрғақ экстрактілі заттарының толық шығарылуы және еруі үшін, крахмал, ақуыз, жасынықтың және өнімнің басқа құраушы бөліктерінің ферментативті гидролизі үшін жағымды жағдай жасалуы үшін жүргізіледі. Ортаның белгіленген қышқылдығы қажет (рН 5,2—5,6), ал оның сумен сілтісізденуі кезінде мут қышқылын және т.б. қолданады.

Сусло дайындау солодты жылтырату мен бөлшектеуден, солод пен солодталмаған материалды өшіруден, суслоны пісіру мен қанттандырудан, хмелмен қайната отырып суслоны фильтрлеуден, хмелді бытыраны бөліп алудан тұрады. Солодты өркендердің бөлінуі жүргізілетін СП-54 тегістеу машинасында тегістейді, сосын солодты 30%-ке дейін ылғалдандыру үшін құлыпты аппаратқа салады, кейін қабықшаның минимальды бұзылуы үшін 4-6вальцты ұнтақтағышқа жібереді. Өнімдер келесі құрамда болады (%): лузга 12—20, ірі крупка 20—35, ұсақ крупка 25—50, ұн 15—20. Астықтұқымдастарды өшіру қайнату әдісімен жүзеге асады, себебі қазір солодпен қоса солодталмаған материалдар да қолданылады. Қайнату әдісі мәні мынада: іркілістің температурасын көтеру үшін оның бөлігін (қайнатпаны) басқа аппаратқа қайнату үшін бөліп алады; сосын қайнатпаны іркілістің қайнамаған бөлігімен араластырады.

Қайнатпаның мөлшеріне байланысты бір-, екі- және үшқайнатпалы өшірудің әдістерін ажыратады. Өшіру ұзақтығы қайнатпа санының артуымен (3,5 сағ; 4—5 сағ; 6—6,5 сағ, бу шығымы да көбейеді) артады. Жигулевское, Московское и Ле­нинградское сыраларын бұдан тиімдірек екі қайнатымды әдіспен дайындайды.

Өшіру кезінде аппаратқа су құяды: температурасы 45° С дейін 1 кг өнімге 3,0—4,0 л, істеп тұрған араластырғышқа солод, арап және ферментативті препаратты салады, араластырғанан кейін іркілістің рН-н анықтайды және егер қажет болса шамамен себінді массасынан 0,09% сүт қышқылын қосады. 40°С температурада ішіндегісін шамамен 15 мин ұстайды, сосын минутына 1°С жылдамдықпен 52°С дейін ысытады да, 20-30 мин ақуызды пауза жасайды. Температураны 63°С дейін дәл сол жылдамдықпен қайта көтереді де, тағы 20-30 мин ұстайды. Сосын дәл сол жылдамдықпен температураны тағы 72°С дейін көтереді де, 40 мин толық қанттанғанға дейін ұстайды. Тұнған сұйық бөлімді кергіш құбыр арқылы басқа аппаратқа ағызады, ал қою бөлігін 30 мин ішінде қайнағанға дейін ысытады, тағы қайнатады, 30 мин ішінде басқа аппаратқа ауыстырып құяды, алдында құйылып алынған сұйық бөлікпен араластырады және 76°С температурада 15-20 мин аралығында барлық іркілісті қанттандырады.

Қанттанған іркілісті фильтрацияға құйып алып, 76—78°С температурада өзінің бытырасы арқылы фильтрлейді. Алдымен бірінші суслоны бөліп алады, ал сосын ыстық сумен бытырадан одан қалған экстрактыны шайады. Суслоны фильтр-пресс арқылы фильтрлеу процессті тездетеді және экстракт шығымын 1%-ке өсіруге жол береді. Бытыраны булы эжектормен немесе сулы насоспен алып тастайды.

Фильтрациядан кейін суслоны суслоқайнатқыш қазанда қайнатады, құлмақты қайнатудың алдында сыраның сортына байланысты қосады. Қайнау ұзақтығы 1,5—2 сағат. Сосын суслоның көлемі өлшенеді, және ол құлмақ таңдаушы аппаратқа беріледі.

Схемада (40 сурет қарау) төрттүтікшелі қайнату агрегаты көрсетілген. Бұл агрегаттар 3т шикізатқа саналған және тәулігіне 4 қайнатуды қамтамасыз етеді. Фильтр-аппаратты фильтр-пресспен ауыстырса қайнату тәулігіне 5-ке дейін өседі. Алтытүтікшелі агрегатқа 2 бытыралы қазан, 2 фильтр аппарат және 2 суслоқайнатқыш аппарат кіреді. 3т шикізат жүктеу кезінде олар тәулігіне 6 қайнату жүргізу мүмкін, одан көп жүктеуде – 5 қайнату.

Суслоқайнатқыш қазаннан құлмақты сусло өзі ағып құлмақ бытырасын елеуіштен бөлуге құлмақтаңдаушы аппаратқа түседі де, ол жуылады, және жуатын су филтрленген сусломен бірге ақшылдануы және сууы үшін насоспен айдап шығарылады.

Суслоның ақшылдануымен сыраға дөрекі ащы дәм беретін, қайнатқан кездегі айналған ақуыздардың жойылуына қол жеткізеді. Ақшылдану процессі тұндыру немесе сепарирлеумен жүзеге асады (41 сурет қарау). Ақшылданғаннан кейін сусло 5—6°С температураға дейін суландырғыш жылуалмастырғышта және пластинкалы жылуалмастырғышта суытылады да, егу дрожжыларымен тұқымдандырылады.

Сыра суслосын ашыту процессі екі бөлек бөлмеде екі стадияда және әр түрлі шарттар мен режимдерде жүзеге асады. Бірінші стадия – бастысы ашыту (40-сурет қарау) – ашытатын бөлімде жүргізіледі және сусло мен дрожжылардан жасыл сыра алумен аяқталады. Екінші стадия – ашыту алды – лагерь төледе жүзеге асады, дрожжыдан босатылған жасыл сыра СО₂ –мен қанығады, піседі жіне дайын сусынға айналады.

Ақшылданған суслоны 6—9°С температурада төмен ашу сыра дрожыларымен ашытады да, 1—2°С температурада ашытуды бітіреді. Ашытудың аяғында дрожжы түбке қонады және сыраны ақшылдандырады. Қонған дрожжыларды егінді ретінде 10-15 рет қайта қолданады.

Ашытатын аппараттар ашық және жабық типті, тіктөртбұрышты және цилиндрлі, тік және көлденең, жылу бөліну үшін 1^о С температураға дейін суытылған суды өткізетін жылантүтігі бар болаттан және алюминийден болуы мүмкін. Танк сыйымдылығын суслоның 1-2 қайнатылуына мөлшерлейді.

Басты ашытуды 100 л-ге 0,5 л немесе сусло көлемінен 0,5% көлемінде салқындатылған сусломен және егінді дрожжылармен танкты толтырумен бастайды. 11 —13% концентрациялы суслоның басты ашытылуының ұзақтығы 7—9 тәулікті құрайды, ал одан жоғары концентрация үшін — 9—10 тәулік. Ашыту динамикасын экстактының шығыны бойынша бақылайды, басты ашытудың аяғы 100 мл-ге 1,0г деңгейінде жасыл сыраның редуцирлеуші заттарының қалдық мөлшерімен сипатталады. Жас сыраны сепарирлейді, суытады, көлемін өлшейді және лагерлі танкке жібереді. Танк түбінде қалған дрожжы қабатын вакуум-аппарат пен насос көмегімен сүзіп алады немесе дрожжы бөліміне жібереді. Ашытатын бөлімдегі сыраның жоғалуы суық суслоның көлемінің 2% мөлшеріне тең.

Дрожжылардың таза культурасын біріншіден завод зертханаларында, сосын арнаулы аппараттарда көбейтеді. Грейнердің бұндай аппараты көп қолданылады. Ол сусло стерилизаторынан, дрожжы сақтауға арналған ыдысы бар ашытуға арналған цилиндрлерден және алдын ала ашыту резервуарларынан тұрады.

Стерилизаторда суслоны 1 сағат аралығында жылантүтік арқылы ысыта отырып қайнатады, сосын 12°С-ге дейін суытады. Сығылған ауамен стерильденген суслоны ашыту цилиндріне жібереді. Сосын аналық дрожжыларды сақтауға таңдап алады, ал қалған бөлігін стерильді ауамен алдын ала ашыту резервуарына өткізеді, 9° С температурада 3 тәулік аралығында дрожжыларды ашытады және көбейтеді және ауамен қайта басты ашыту танкіне ауыстырады.

Басты ашытудан кейін жасыл сыра көлемінен 2% дрожжы алады және оның жартысын ашытатын аппаратқа егінді үшін дән дрожжы ретінде қолданады, ал екінші жартысын – артық дрожжылар - өңделменген күйінде релизация үшін экспедицияға жібереді. Дәнді дрожжыларды вибросито арқылы сүзеді, толық ақшылданғанша 3°С температурада суық сумен жуады. Қайта қолдану алдында дрожжыларға 2-3 күндік тыныштық береді, олард күнде аустырылып отыратын су бөліктерінде сақтайды, ал сосын оларды 2-3 сусломен мөлшерлеп қосып, сығылған ауамен немесе көмірқышқыл газымен араластырады және ашытқыш аппаратқа салады.

Сыраны ашыту мен ұстау оның көмірқышқыл газымен сіңуі, ақшылдануы мен өнуі үшін қажет.

Сыраның СО₂ стандартты концентрациясына (0,3—0,35%) дейін қанығуы үшін ашытуға шамамен 1% экстрактивті заттарды қалдырады және оның ерігіштігін температураны 0—2°С-ке төмендету мен қысымды 0,03— 0,07 МПа өсіру арқылы көбейтеді. Ашыту кезіндегі ақшылдану мен дөрекі ащы дәмнің жоғалуы дрожжы тұнған кезеде ақуыздардың бөлігі мен құлмақ смоласын тұнбаға түсіргенде ашыту аяғында пайда болады. Сыраның жетілуі кезінде альдегидтер мөлшері азаяды, эфирлер, жоғары спирттер және қышқылдар мөлшері көбееді. Осылай сыраның дәмі мен ароматы байиды.

Дрожжылардан сепарирленген және салқындатылған жасыл сыра лагерь танкіне оның құрамындағы ауаны көмірқышқылды газбен ығыстырылуына арналған шпунтты саңылауының ашық тұрғанында астыдан жіберіледі. Танкті жалғастырылған шпунтаппарат арқылы шпунттайды. Ашыту мен ұстаудың ұзақтығы сыра сортына байланысты болады. Сонымен, Жигулевское сырасын 21 тәулік ұстайды, Рижское және Московское – 42, Мартовское и Украинское — 30, Ленинградское — 90 тәулік. Дайын сыраны көмірқышқыл назымен танкіде ақшылдатуға түсіру кезінде оның ерігіштігіның жоғалуын жою үшін қысым сақталады.

Жигулевский сырасын өте тез дайындау әдісі суслоны оттегінсіз ашытуға негізделген, сондықтан аз альдегид түзіледі және оның өніу тезірек өтеді. Ашытуды 4°С температурада изотермиялық жағдайларда өткізеді. Суслоны суыту мен ашыту герметикалы жабық аппараттарда өткізіледі, суслопровод көмірқышқыл газымен өңделеді, егінді дрожжылардың мөлшері 100 л суслоға 0,5-тен 0,7-1,0-ге көбейтілді. Суслоны ашытуда ауысымда 1 рет СО₂ араластырады, сондықтан басты ашыту 5,5 тәулік ішінде бітеді. Ашытуды 4—5° С температурада жүргізеді және оны 11 туәлік ішінде бітіреді. Сыраны оның ақшылдануы кезінде 0—1°С дейін суытады.

Ашытудан кейінгі сыраның ақшылдануын диатомды фильтрлерде немесе сепараторларда жүргізеді (41 сурет). Араластырғыштан кейін сыра пластинкалы тоңазытқышта 0—1°С-ге дейін салқындатылады және ақшылдануғы жіберіледі. Фильтрлерде фильтрлеуші бөлік ретінде мақта-маталы массаны, диатомит пен құрамында асбеста көп қағаз пластинаны қолданады. Фильтр-престерді ВСП сепараторларымен алмастырады, және сол кезде сыраның жоғалуы 1-ден 0,02%-ке дейін азаяды, бірақ қажетті ақшылдық болмайды, сондықтан оларды пластинкалы филтрлерде қайта фильтрлейді.

Диатомды фильтрлер ең перспективалы, олардың шығыны 0,4%, құрайды. Қондырғы сырада диатомит сеспензиясын дайындау үшін араластырғашты қамтиды. Таза сыраның пайда болғанынан кейін диатомитті суспензияның берілуін тоқтады да, сыраны фильтрлейді. Фильтрлің зарядталусыз жұмысының ұзақтығы 150 сағатты құрайды. Сосын зарядтау жүреді: диатомит судың ағысымен жуылады және оның жаңа бөлігі енгізіледі.

Егер ақшылданған сыра СО₂ –мен қанықпаса, онда оны карбонизаторларда қосымша қанықтырады, еріген СО₂-нің стабильденуі үшін 2-6 сағат ұстайды және құйыға жібереді.

№