Author: Федоров В.А. Фараджева Е.Д.
Tags: микробиологические производства техника технические науки химия аналитическая химия химические технологии издательство колос технология бродильных производств
ISBN: 5-10-003613-3
Year: 2002
Text
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Е. Д. ФАРАДЖЕВА, В. А. ФЕДОРОВ
ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
БРОДИЛЬНЫХ
ПРОИЗВОДСТВ
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по
образованию в области технологии продуктов питания и
пищевой инженерии в качестве учебника для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направле-
нию подготовки дипломированного специалиста 655600
«Производство продуктов питания из растительного
сырья», по специальности 270500 «Технология бродиль-
ных производств»
0
МОСКВА «КОЛОС» 2002
УДК 663.1/.8 (075.8)
ББК 3б.87я73
Ф24
Редактор Н. В. Куркина
Рецензенты: зав. кафедрой «Процессы ферментации и промышленного
биокатализа» Московского государственного университета пищевых производств
проф. М. В. Гернет, зав. кафедрой пищевой биотехнологии Санкт-Петербургского
государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий
проф. И. М. Василинец.
Фараджева Е. Д., Федоров В. А.
Ф24 Общая технология бродильных производств. — М.: Ко-
лос, 2002. — 408 с.: ил. (Учебники и учеб, пособия для сту-
дентов вузов).
ISBN 5-10-003613-3.
В учебнике описаны основные закономерности размножения и роста
микроорганизмов, применяемых при производстве продуктов брожения;
изложены данные о структуре ферментов, механизме их действия, влия-
нии физико-химических факторов на их активность и стабильность; рас-
смотрена кинетика ферментативных реакций; представлены теория фер-
ментативного гидролиза крахмала и белков, виды и теоретические основы
процессов брожения. Приведены технологии солода, этанола из крахмал-
содержащего сырья и мелассы, пива, хлебопекарных дрожжей, плодово-
ягодных и виноградных вин, крепких алкогольных напитков, хлебного
кваса, безалкогольных напитков, минеральных вод и пищевых органичес-
ких кислот с учетом современных достижений науки и техники.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению 655600 «Производ-
ство продуктов питания из растительного сырья», по специальности
270500 «Технология бродильных производств».
УДК 663.1/.8 (075.8)
ББК 36.87я73
ISBN 5-10-003613-3
© Издательство «Колос», 2002
Посвящается учителю,
доктору технических наук
Федорову Алексею Федоровичу
ВВЕДЕНИЕ
Технология — это наука, изучающая способы и процессы пе-
реработки сырья в готовую продукцию. Слово «технология» со-
стоит из двух греческих слов: «технос» — искусство, производ-
ство и «логос» — наука. Дословно «технология» — это наука о
производстве.
Технология продуктов брожения изучает способы и про-
цессы переработки различных видов сырья в продукты броже-
ния.
Под брожением понимают превращение углеводов и не-
которых других органических соединений под воздейст-
вием ферментов, продуцируемых микроорганизмами, в новые
вещества.
Известны различные виды брожения. Обычно они называются
по конечным продуктам, образующимся в процессе брожения.
Наибольшее применение в промышленности находят спиртовое,
молочнокислое, уксуснокислое, лимоннокислое и ацетонобутило-
вое брожение.
Производства, основанные на брожении, связаны общнос-
тью применяемого сырья и характером технологических про-
цессов.
В бродильных производствах используют различные микроор-
ганизмы: дрожжи, бактерии, микроскопические грибы.
Для производства этанола, вина, пива и хлебопекарных дрож-
жей используют дрожжи. Бактерии применяют в производстве
ацетона, бутанола, молочной, уксусной и масляной кислот. Мик-
роскопические грибы используют при получении лимонной и
глюконовой кислот. Производство кваса основано на совместном
применении дрожжей и молочнокислых бактерий.
К бродильной промышленности относятся также производства
ликероводочных и безалкогольных напитков, так как они приме-
няют этанол и технологическое оборудование, используемые в
бродильном производстве.
Наиболее древними отраслями бродильных производств яв-
ляются виноделие и пивоварение. В Египте виноделие появи-
3
лось еше за 8—10 тыс. лет до н э В Вавилоне варили пиво за
7 тыс. лет до н. э.
Современные заводы бродильной промышленности — это вы-
сокомеханизированные предприятия с интенсифицированными
и непрерывными технологическими процессами. Дальнейшее
совершенствование технологии и техники бродильных произ-
водств направлено на расширение ассортимента, повышение ка-
чества и выхода выпускаемой продукции, полное и более рацио-
нальное использование перерабатываемого сырья, снижение
тепло- и энергозатрат, улучшение экологии и обеспечение вы-
соких технико-экономических показателей работы предприятий.
Глава 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Бродильные производства основаны на использовании жизне-
деятельности микроорганизмов Для каждого вида брожения
подбирается определенная культура микроорганизма и создают-
ся условия, обеспечивающие ограничение или полное исключе-
ние развития посторонней микрофлоры. Чтобы управлять микро-
биологическим процессом, необходимо знать физиологию приме-
няемых культур микроорганизмов, т. е. процессы, протекающие в
клетке, условия культивирования и влияние основных факторов
окружающей среды на направленный биосинтез.
1.1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ
И РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ
1.1.1. СТАДИИ РАЗВИТИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Для использования микроорганизмов в производстве необхо-
димо всестороннее изучение их свойств, в том числе закономер-
ностей роста и развития. Под ростом понимают увеличение био-
массы организма за счет усвоенных им питательных веществ сре-
ды, а под развитием — изменение морфологических и физиологи-
ческих свойств в процессе жизненного цикла.
Бактерии, дрожжи и микроорганизмы обычно размножаются
почкованием и очень редко при большом дефиците питательных
веществ и других неблагоприятных условиях — спорообразовани-
ем Культивирование микроорганизмов может осуществляться пе-
риодическим и непрерывным способами
При периодическом культивировании микроорганизмы по-
следовательно проходят пять основных стадий (фаз) роста: лаг-
фазу, экспоненциальную, или логарифмическую, замедленного
роста, стационарную и отмирания (рис. 1.1). Характер этих ста-
дий завиш?г от физиологического состояния клеток и различных
факторов среды.
Лаг-фаза. В этой фазе происходит процесс приспособления
микроорганизмов к новой среде и окружающим условиям. Чис-
ленность микроорганизмов в этой фазе не увеличивается. Про-
5
4 в 12 16 20 24 28 32
Продолжительность, ч
Рис. 1.1. Фазы роста микроорганизмов:
/—лаг-фаза; //—экспоненциальная; III —
замедленного роста; IV— стационарная;
V— фаза отмирания
должительность фазы зависит
главным образом от условий
предварительного культивиро-
вания и от того, насколько
пригодна для их роста данная
питательная среда. В тех слу-
чаях, когда источники энергии
и углерода в новой среде отли-
чаются от тех, какие имелись в
предшествующей культуре,
адаптация к новым условиям
может быть связана с синтезом
новых ферментов, в которых
ранее не было необходимости.
Если молодые, только что де-
лившиеся клетки внести в бла-
гоприятную питательную сре-
ду, то лаг-фаза может отсут-
ствовать.
Экспоненциальная, или лога-
рифмическая, фаза. Характери-
зуется максимальной для дан-
ной культуры скоростью раз-
множения. В этой фазе клетки хорошо снабжены питательными
веществами и не накопили еще вредных продуктов обмена.
Большинство клеток в этой фазе физиологически молодые и
биологически активные. Размножение микроорганизмов может
быть определено прогрессией, подчиняющейся закону сложных
процентов. Количество микроорганизмов, которое накопится в
питательной среде к концу периода т, может быть вычислено
из уравнения
А = А&к\
где А — масса (или количество клеток) в конце периода т; Ао — масса (или коли-
чество клеток) засевных микроорганизмов; е — основание натуральных лога-
рифмов, равное 2,718; к — коэффициент размножения, выражается в граммах
прироста микроорганизмов за 1 ч на каждый грамм микроорганизмов, содержа-
щихся в среде.
Константа скорости размножения
К= 1п(Л/Л0)Л, или К= 2,3 Ig(/l/710)/T.
Фаза замедленного роста. Экспоненциальная фаза постепенно
переходит в фазу замедленного роста. В этой фазе скорость раз-
множения популяции постепенно снижается. Это объясняется
6
тем. что через несколько часов после начала логарифмической
фазы роста в питательной среде создаются неблагоприятные усло-
вия для размножения микроорганизмов: уменьшается концентра-
ция питательных веществ и некоторых необходимых соединений в
среде, изменяется pH, часть клеток переходит в состояние покоя
и гибнет вследствие различных причин. Интенсивность деления
клеток снижается, а гибель клеток возрастает, рост числа живых
клеток происходит все медленнее.
Стационарная фаза. Эта фаза наступает тогда, когда абсолютное
число клеток в популяции перестает увеличиваться, хотя многие
из них находятся в стадии активного деления. Число вновь образу-
ющихся и число погибающих или переходящих в стадию покоя
клеток приблизительно одинаковы. На протяжении этой фазы
численность популяции не изменяется, скорость размножения
равна скорости отмирания.
Число клеток в единице объема в стационарной фазе макси-
мальное, их размеры близки к размерам клеток в исходном посев-
ном материале. Это максимальное значение числа клеток является
важным характерным признаком каждого микроорганизма и зави-
сит от внешних условий.
Фаза отмирания. В этой фазе скорость отмирания микро-
организмов превышает скорость их размножения. Число жи-
вых клеток уменьшается Из-за начавшегося автолиза снижается и
суммарная биомасса культуры. Отмечаются морфологические и
физиологические изменения, появляются инволюционные
(необычные) формы клеток.
Фаза отмирания является прямой противоположностью лога-
рифмической фазе. Если в логарифмической фазе достигает мак-
симума скорость размножения, то в фазе отмирания — скорость
отмирания, численность микроорганизмов быстро снижается, в
живых остается небольшая часть клеток.
Таким образом, на различных стадиях развития культур
микроорганизмов изменяется скорость роста их клеток. Одно-
временно со скоростью роста модифицируется и физиологи-
ческая активность микроорганизмов Быстрорастущие клетки
потребляют питательные вещества и образуют продукты обмена
гораздо быстрее, чем клетки, рост которых начал замедляться
Первые более отзывчивы на воздействия среды: они легче
синтезируют адаптивные ферменты и обладают меньшей ус-
тойчивостью к неблагоприятным внешним факторам (повы-
шенной температуре, осмотическому давлению, ядовитым ве-
ществам и» др.).
В процессе роста культуры происходят также изменения фер-
ментного аппарата клеток. В связи с этим одни биохимические
свойства клеток проявляются в период быстрого роста, другие же,
наоборот — в период его замедления и отмирания.
7
1.1.2. МЕТОДЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Культивирование микроорганизмов может происходить перио-
дическим и непрерывным методами. Когда применяют периоди-
ческий метод культивирования микроорганизмов, то весь объем
питательной среды загружают в аппарат сразу, добавляют посевной
материал и при оптимальных условиях ведут процесс до тех пор,
пока не накопится нужное количество биомассы микроорганизмов
или метаболитов — продуктов их жизнедеятельности. При перио-
дическом культивировании изменяется состав среды: уменьшается
концентрация питательных веществ и увеличивается содержание
метаболитов. Так, в экспоненциальной фазе роста микроорганиз-
мов питательные вещества среды быстро истощаются и происходит
накопление продуктов метаболизма, в результате чего культура пе-
реходит в стационарную фазу. Таким образом, при периодическом
методе изменяются темп роста, морфология и физиология культи-
вируемого микроорганизма. К тому же возникают технологические
трудности — циклический ход операций, сменные технологические
режимы, что затрудняет контроль и регулирование процесса.
Указанные трудности можно устранить применением про-
точных, постоянно обновляемых сред, т. е. при непрерывном
культивировании, методы которого разработаны С. В. Лебедевым,
А. А. Андреевым, Н. Д. Иерусалимским и другими учеными. Из
непрерывных методов лучше всего разработан так называемый ме-
тод глубинной ферментации. Характерным для этого метода явля-
ется то, что клетки микроорганизмов суспендированы в питатель-
ной среде и находятся во взвешенном состоянии. При этом методе
в ферментатор с культурой микроорганизма — продуцента непре-
рывным потоком поступает свежая питательная среда и постоянно
вытекает готовая культуральная жидкость вместе с клетками вве-
денной культуры микроорганизма.
При непрерывном культивировании можно задержать культуру
на любой стадии развития и заставить клетки размножаться с со-
ответствующей скоростью по экспоненциальному закону.
Процесс непрерывного культивирования может быть гомо- и
гетерогенно-непрерывным. Способ проточного культивирования,
при котором во всех точках ферментатора благодаря интенсивно-
му перемешиванию сохраняются одинаковые параметры среды и
содержание микробной биомассы в единице объема жидкости ос-
тается все время постоянным, называют гомогенно-непрерывным.
Применение такого способа обеспечивает постоянство состава
среды в ферментаторе.
Когда культивирование проводят в одном ферментаторе, не-
прерывность процесса создается благодаря подвижному равнове-
сию между приростом микробной биомассы и уменьшению ее за
счет разбавления культуры свежей средой.
8
В бродильном производстве распространен гетерогенно-непре-
рывный метод, при котором процесс ведется в батарее последова-
тельно соединенных ферментаторов. Состав жидкости, протекаю-
щей через аппараты, постепенно изменяется согласно некоторому
градиенту. Поэтому этот способ известен так же, как градиентно-
непрерывный. Питательная среда поступает в первый фермента-
тор, а готовая культуральная жидкость вытекает из последнего
ферментатора. Градиентно-непрерывный способ брожения широ-
ко применяют в производстве этанола, пива и шампанского. За
время прохождения через батарею бродильных аппаратов среда
постепенно изменяется, а взвешенные в ней дрожжевые клетки
стареют и даже отмирают.
При непрерывном культивировании микроорганизмов необхо-
димо так отрегулировать скорость притока питательной среды и
вытекания культуральной жидкости, чтобы вымывания культуры
из системы не происходило, т. е. концентрация клеток была бы
постоянной.
Для осуществления непрерывного процесса брожения наибо-
лее целесообразно использовать многоступенчатые батареи, т. е.
градиентно-непрерывный метод. С помощью этого метода куль-
тивирование микроорганизма проводят до конца, включая этап
отмирания, таким образом добиваясь полной переработки суб-
страта и максимального выхода продукта.
Непрерывный метод обеспечивает однородность и стандарт-
ность получаемого продукта. Продуктивность микроорганизма
непрерывно поддерживается на максимальном уровне. Процесс
идет все время с равномерной скоростью, что открывает большие
возможности для автоматизации.
Для непрерывного культивирования применяют два типа аппа/
ратов: турбидостат и хемостат. Для поддержания культуры в состо-
янии максимальной скорости роста используют турбидостат.
Характерная особенность непрерывного метода культивирова-
ния — постоянство благоприятных условий для жизнедеятельнос-
ти микроорганизмов при установившемся режиме, когда техноло-
гический процесс протекает при оптимальных параметрах, без из-
менения состава среды и свойств самих микроорганизмов.
1.1.3. ВЛИЯНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО
ПОТЕНЦИАЛА НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ
Для развития, роста и размножения микроорганизмов необхо-
дима энергия. Способы добывания энергии у микроорганизмов
различны» Большинство из них живет за счет окисления веществ
кислородом воздуха. Микроорганизмы, не имеющие других спо-
собов добывания энергии, называют облигатными аэробами. Но
есть микроорганизмы, которые получают энергию без участия
9
кислорода воздуха за счет сопряженного окисления — восстанов-
ления веществ субстрата. Такие микроорганизмы называются об-
лигатными анаэробами. Кислород подавляет их развитие.
Имеются промежуточные формы микроорганизмов: факульта-
тивные аэробы и анаэробы.
Микроорганизмы, обладающие лабильным обменом веществ,
т. е. живущие за счет окисления кислородом воздуха и сопряжен-
ных окислительно-восстановительных реакций без участия кисло-
рода воздуха, называют факультативными аэробами. При недо-
статке кислорода они могут переходить на анаэробный способ су-
ществования.
Микроорганизмы, которые могут жить как при поступлении
воздуха, так и без него, называют факультативными анаэробами.
Они живут за счет сопряженного окисления-восстановления без
вовлечения кислорода.
Известны факультативные анаэробы (например, дрожжи), спо-
собные в зависимости от условий развития переходить с анаэроб-
ного на аэробный тип получения энергии.
Анаэробные микроорганизмы, к которым принадлежат многие
бактерии и некоторые дрожжи, необходимую для жизнедеятель-
ности энергию получают в процессе брожения. Этот энергетичес-
кий процесс протекает путем сопряженного окисления-восста-
новления без участия в нем кислорода воздуха. Акцептором водо-
рода, отщепленного от окисляемого органического соединения,
взамен молекулярного кислорода служат промежуточные продук-
ты распада того же органического вещества.
Примером такого типа получения энергии служит спиртовое
брожение, осуществляемое многими дрожжами в анаэробных
условиях. Без участия кислорода молочнокислые бактерии, явля-
ясь факультативными анаэробами, осуществляют молочнокислое
брожение.
Примером облигатных анаэробов являются маслянокислые
бактерии, которые получают энергию в процессе маслянокислого
брожения.
Аэробам требуется много кислорода. Для окисления 1 г глюко-
зы до СО2 и Н2О требуется приблизительно 1 г кислорода.
Однако предоставить необходимый кислород микроорганизму
в большой концентрации нельзя, так как он является сильным
окислителем, особенно при наличии катализаторов — ферментов.
Может произойти нежелательное окисление в клетке. В результа-
те цепных окислительных реакций в клетках разрушаются биоло-
гические мембраны, накапливаются пероксиды и другие ядовитые
вещества. По гипотезе Р. Гершман, причина токсичности высоких
концентраций кислорода состоит как раз в интенсификации
цепного окисления. Микроорганизмы не переносят кислород в
значительных концентрациях. Допустимая концентрация кисло-
рода в воде, переносимая микроорганизмами, достигает 10 мг/дм3.
10
Если насытить воду чистым кислородом, то в ней растворится
кислорода до 40 мг/дм3. Эту концентрацию кислорода уже не вы-
держивает ни один микроорганизм.
При огромной потребности в кислороде микроорганизмы
очень быстро используют ничтожное количество растворенного
кислорода, и их рост зависит от скорости поступления в раствор
все новых и новых порций кислорода.
Если микроорганизм вырашивают на поверхности жидкой или
твердой фазы, то он не испытывает особых затруднений в получе-
нии кислорода, так как черпает его непосредственно из воздуха.
При так называемом глубинном культивировании, т. е. когда мик-
роорганизм растет в толще среды, он может пользоваться только
кислородом, растворенным в среде.
Степень окисления и восстановления среды характеризуется
гН2. Символ гН2 аналогичен pH Но pH выражает степень кис-
лотности и щелочности, а гН2 — окислительную и восстанови-
тельную способность среды. Если для определения pH необходи-
мо знать только концентрацию ионов Н+, то для определения
гН2 — как pH данного раствора, так и окислительно-восстанови-
тельный потенциал Eh.
Окислительно-восстановительный потенциал Eh показывает
разность потенциалов (мВ), возникающих в растворе между пла-
тиновым и нормальным водородным электродами, составляющи-
ми гальванический элемент.
В микробиологии окислительно-восстановительный потенциал
выражают через гН2. Связь между гН2, Eh и pH описывается сле-
дующей формулой:
rH2 = Eh/0,029 + 2рН.
Величины гН2 от Одо 41 характеризуют все степени насыщения
водного раствора водородом и кислородом, т. е. любую степень
аэробности среды.
Чем меньше гН2, тем больше восстановительная способность
раствора. Наибольшая восстановительная способность водного
раствора равна 0 (выделение водорода), а наибольшая окисли-
тельная способность — примерно около 41 (выделение кисло-
рода).
Облигатные анаэробы могут существовать при гН2 не выше
18—20, а размножаться при гН2 не выше 3—5. Факульта-
тивно-аэробные и факультативно-анаэробные формы живут в
средах при гН2 от 0 до 30, но высокие значения гН2 для них
нежелательны.
Как анаэробы, так и аэробы могут сами в определенной степе-
ни изменять гН2 питательной среды, на которой они растут, дово-
дя его до наиболее подходящего для их роста значения посред-
ством выделения восстановителей.
11
В основе размножения микроорганизмов лежит совокупность
последовательно протекающих ферментативных реакций. Микро-
организмы начинают размножаться лишь после того, как гНь пи-
тательной среды приобретет требуемое для протекания этих реак-
ций значение. Отсюда ясно, какое важное значение имеет опреде-
ление окислительно-восстановительного потенциала в технологии
продуктов брожения.
1.1.4. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
В природных условиях обитания микроорганизмы образуют
сложный биоценоз — такие сообщества, в которых они находятся
в определенных взаимоотношениях и где каждый вид микроорга-
низма находится под постоянным стимулирующим или угнетаю-
щим влиянием со стороны окружающих его других видов.
В производственных условиях при сбраживании культуральных
сред наряду с микроорганизмами, являющимися продуцентами
желательных для них веществ, также находятся те или иные сопут-
ствующие им микроорганизмы. Взаимоотношения между живу-
щими в одних и тех же условиях разными микроорганизмами мо-
гут быть самыми различными В основном эти взаимоотношения
сводятся к симбиозу, метабиозу и антагонизму
Симбиоз характеризует такие взаимоотношения микроорганиз-
мов, при которых оба симбионта (сожителя) получают взаимную
пользу, развиваясь вместе даже лучше, чем каждый в отдельности.
Симбиотические взаимоотношения существуют между некоторы-
ми молочнокислыми бактериями и дрожжами. Молочнокислые
бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают благоприятные
условия (оптимальный pH) для роста дрожжей, которые, обога-
щая, в свою очередь, среду обитания аминокислотами и витами-
нами, стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Квас —
продукт симбиоза этих двух микроорганизмов.
Метабиоз означает такое взаимоотношение микроорганиз-
мов, при котором продукты обмена одного вида микроорганиз-
мов служат питательным материалом для другого. Так, дрож-
жи, развиваясь в сахаристых субстратах, превращают сахар в
этанол. После этого в культуральной среде, содержащей этанол,
могут развиваться уксуснокислые бактерии, окисляющие эта-
нол в уксусную кислоту, а уксусная кислота, в свою очередь, ис-
пользуется плесенями, которые превращают ее в диоксид угле-
рода и воду.
Антагонизм — противоположность метабиоза. Это такая форма
конкурентных взаимоотношений, при которой один микроорга-
низм угнетает или даже вызывает полную гибель другого. В борьбе
за существование у микробов выработались различные антагонис-
тические отношения
12
Причины возникновения антагонизма и средства борьбы со
своими конкурентами у микроорганизмов весьма различны. Одни
виды вытесняют другие путем обильного и очень быстрого раз-
множения. Другие виды выделяют такие продукты метаболизма,
которые подавляют рост многих микроорганизмов.
Различают пассивный и активный антагонизм. Пассивный ан-
тагонизм обусловлен более быстрым использованием питательных
веществ среды и использованием в качестве питания клеток свое-
го конкурента (насильственный антагонизм).
Сущность насильственного антагонизма состоит в том, что при
недостатке в среде питательных веществ бактерии-антагонисты
для растворения клеток конкурента выделяют протеолитические
ферменты и затем всасывают образовавшиеся продукты фермен-
тативного распада.
Активный антагонизм связан с образованием продуктов обмена
(спиртов, кислот) и обусловлен образованием антибиотических
веществ. Многие микроорганизмы в процессе метаболизма выде-
ляют органические кислоты, которые настолько изменяют актив-
ную кислотность среды, что подавляют развитие микроорганиз-
мов других видов. Так, молочнокислые бактерии, продуцируя мо-
лочную кислоту, полностью подавляют развитие гнилостных бак-
терий в молоке. Дрожжи образуют спирт, который не дает
развиваться другим микроорганизмам. Некоторые плесневые гри-
бы способны образовывать лимонную кислоту из сахара, что так-
же способствует подавлению быстро развивающихся конкурент-
ных бактерий.
1.1.5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ИНФЕКЦИЯ И ДЕЗИНФЕКЦИЯ
Под производственной инфекцией понимают попадание в проме-
жуточные продукты и продукты того или иного производства по-
сторонних микроорганизмов. Развиваясь на различных стадиях
производства, микроорганизмы понижают выход основного про-
дукта (например, спирта) или приводят к порче таких продуктов,
как пиво и вино.
Источники производственной инфекции. К внешним источникам
производственной инфекции относятся воздух, вода, зернопро-
дукты, производственные дрожжи.
Наружный воздух, так же как и воздух производственных поме-
щений, всегда содержит бдльшее или меньшее количество микро-
организмов. И там, где воздух непосредственно соприкасается с
суслом, пивом или вином, он может быть источником инфекции.
Производственная вода также может содержать зародыши микро-
организмов. Большое число микроорганизмов (бактерий, дрожже-
вых грибов и плесеней) находится на поверхности (оболочках)
зернопродуктов.
13
Источники инфекции встречаются и на самом производстве.
Они возникают в различных, особенно труднодоступных для
чистки, местах в производственном оборудовании, в которых за-
держиваются остатки производственных жидкостей, являющихся
питательной средой для микроорганизмов. При соприкосновении
с ними производственные жидкости инфицируются и сами стано-
вятся источниками инфекции.
Активным средством уничтожения и подавления развития на
производстве вредных и посторонних микроорганизмов является
дезинфекция. На каждом предприятии проводят профилактичес-
кие меры борьбы с инфекцией, своевременно удаляют отходы и
отбросы, поддерживают чистоту в помещениях, следят за личной
гигиеной обслуживающего персонала. Наряду с профилактичес-
кими мерами применяют и активные меры борьбы с инфекцией,
которые по характеру действующего средства делятся на физичес-
кие и химические.
Физические методы дезинфекции. К физическим методам обез-
зараживания относятся различные способы стерилизации: авто-
клавирование, применение горячего воздуха, насыщенного водя-
ного пара, кипящей воды, а также обеспложивающая фильтрация,
бактерицидное облучение и ультразвук.
Большинство неспорообразующих бактерий и дрожжей поги-
бает при нагревании до 60—70 °C в течение 5—20 мин. Такие бак-
терии, как пивная сарцина, термобактерии и слизеобразующие,
более устойчивы и не всегда погибают даже при нагревании до
80—90 °C. Споры микроорганизмов еще более устойчивы к дей-
ствию высокой температуры. Пропаривание трубопроводов ост-
рым паром убивает вегетативные и споровые формы. Устойчи-
вость бактериальных спор к нагреванию и химическим дезинфи-
цирующим веществам, вероятно, обусловлена либо степенью гид-
ратации их протоплазмы, либо тем, что вода в протоплазме
эндоспор находится в связанном состоянии. Во всяком случае,
вода, содержащаяся в спорах, по-видимому, не обладает свойства-
ми свободной водной фазы.
Химические методы дезинфекции. К химическим методам обез-
зараживания относится применение различных дезинфицирую-
щих и моющих средств: растворов гидроксида натрия, карбоната
натрия, хлорной извести, антиформина, формалина, четвертич-
ных аммонийных соединений (катапина), известкового молока,
оксида серы, серной кислоты. В настоящее время применяют но-
вые эффективные отечественные и импортные моющие и дезин-
фицирующие вещества, такие, как катапин АБ, дезмол, диас,
неосепталы и неолюксаны. Часто для борьбы с вредными микро-
организмами совместно используют физические и химические ме-
тоды. Тщательная борьба с инфекцией в бродильной промышлен-
ности — основное условие, обеспечивающее высокий выход и ка-
чество продукции.
14
1 2. ФЕРМЕНТЫ МИКРООРГАНИЗМОВ И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР.
СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ И ИХ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ
Ферменты — биологические катализаторы белковой природы,
способные несколько раз ускорять химические реакции, протека-
ющие в живом организме, но сами не входящие в состав конечных
продуктов реакций. Вещества, на которые действуют ферменты,
назы ваютс я субстратам и.
Все биохимические реакции, протекающие в микроорганиз-
мах, растениях и животных, катализируются соответствующи-
ми ферментами. Исключительно велика роль ферментов в тех-
нологии пищевых продуктов. В основе производства любого
пищевого продукта лежат либо биохимические (ферментатив-
ные), либо физико-химические процессы, либо эти процессы
тесно взаимосвязаны. Режимы хранения сырья, его качество
и выход продукта определяются действием ферментов и во
многом зависят от инженера-технолога, способного умело уп-
равлять ферментативными процессами на той или иной стадии
производства.
В отличие от неорганических катализаторов ферменты имеют
свои особенности. Во-первых, скорость ферментативного катали-
за на несколько порядков выше (от 103 до 109), чем небиологичес-
кого катализа. Во-вторых, действие каждого фермента высокоспе-
цифично, т. е. каждый фермент действует только на свой субстрат
или группу родственных субстратов. В-третьих, ферменты катали-
зируют химические реакции в мягких условиях, т. е. при обычном
давлении, невысокой температуре (20—50 °C) и при значениях pH
среды, в большинстве случаев близких к нейтральной.
С точки зрения локализации ферментов в клетке их подразде-
ляют на внеклеточные и внутриклеточные.
Внеклеточные ферменты выделяются живой клеткой во
внешнюю среду. Многие из них синтезируются микроорганиз-
мами, вызывая расщепление биополимеров, продукты которых
становятся доступными для транспорта из питательной среды че-
рез биологические мембраны и их дальнейшего превращения
внутри микробной клетки. К ним относятся ферменты растений,
способные мигрировать к местам локализации субстратов и там
осуществлять их деструкцию.
Внутриклеточные ферменты находятся либо в клеточных
органеллах, либо в комплексе с надмолекулярными струк-
турами.
Особую группу ферментов составляют полиферментные ком-
плексы, в состав которых входит целый ряд ферментов, катали-
зирующих последовательные реакции превращения какого-либо
субстрата. Эти комплексы локализованы во внутримолекулярных
структурах таким образом, что каждый фермент располагается в
15
непосредственной близости от фермента, катализирующего реак-
цию в цепи данной последовательности реакций. Благодаря тако-
му расположению ферментов процесс диффузии субстрата и про-
дуктов реакции сводится к минимуму.
1.2.1. СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ
Химическая природа ферментов. Ферменты — высокомолекуляр-
ные белковые соединения.
Ферменты могут быть как простыми — однокомпонентными,
так и сложными — двухкомпонентными. Первые построены из
полипептидных цепей и при гидролизе распадаются только на
аминокислоты; вторые состоят из белковой части — апофермен-
та и небелковой части — кофактора. Оба компонента в отдель-
ности лишены ферментативной активности. Только соединив-
шись вместе и образовав так называемый холофермент, они
приобретают свойства, характерные для биокатализаторов. Роль
кофактора выполняют какой-либо ион или органическое соеди-
нение. В молекулу апофермента чаще всего входят двухвален-
тные ионы, например Zn2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+, реже — однова-
лентные К+ и Na+. К органическим кофакторам принадлежит
примерно десяток соединений различной структуры. Большая
часть их образуется из витаминов или представляет собой вита-
мины, а также нуклеотиды.
Активный центр ферментов. Ферментативный катализ происхо-
дит на расстоянии длины химической связи, поэтому вполне по-
нятно, что акт катализа должен совершаться на определенном
участке белковой молекулы. Этот локальный участок и носит на-
звание активный центр фермента. В однокомпонентных фермен-
тах активный центр образуется в результате определенной ориен-
тации аминокислотных остатков полипептидной цепи. Обычно в
формировании этого центра принимает участие небольшое коли-
чество аминокислот, порядка 12—16. Функциональные группы
этих аминокислот могут принадлежать звеньям полипептидной
цепи, весьма удаленным друг от друга. Их сближение связано с
формированием третичной структуры фермента.
В двухкомпонентных ферментах активный центр представляет
собой комплекс кофактора и некоторых примыкающих к нему
аминокислотных остатков. Ион металла может либо находиться в
активном центре апофермента и быть непосредственно связанным
с какой-либо функциональной группой аминокислотного остатка,
либо входить в состав более крупной молекулы кофактора (напри-
мер, гена в цитохромах). В первом случае он способствует форми-
рованию каталитически активной конформации апофермента; во
втором — служит мостиком между апоферментом и органической
молекулой кофактора.
16
В активном центре различают контактный {якорный) участок,
функция которого связывать субстрат, и каталитический участок,
где происходит превращение субстрата в продукты реакции после
его связывания контактным участком. В формировании контакт-
ного и каталитического участков активного центра ферментов
принимают участие следующие функциональные группы'. СООН-
группы дикарбоновых аминокислот или концевые группы поли-
пептидной цепи; имидазольная группа гистидина; ОН-группа се-
рина, NH?-rpynna лизина и концевые группы полипептидной
цепи' фенольная группа тирозина и гидрофобные остатки алифа-
тических аминокислот.
1.2.2. МЕХАНИЗМ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
Энергия активации. Скорость любой химической реакции
определяется энергетическим барьером, который необходимо
преодолеть реагирующим молекулам. По Аррениусу, химичес-
кая реакция с точки зрения энергетики процесса описывается
уравнением
J\[ = ^акт/RT
где N — число активированных молекул; No — общее число реагирующих моле-
кул; е— основание натуральных логарифмов; £;1кт— дополнительное коли-
чество энергии, необходимое молекулам веществ для преодоления энергетичес-
кого барьера реакции и вступления в нее; R — газовая постоянная; Т — абсолют-
ная температура.
Эта энергия получила название энергия активации. Она пред-
ставляет собой разность общей энергии реагирующих молекул и
энергии возбужденного переходного состояния. Чем больше
энергия активации в реагирующей системе, тем выше энергети-
ческий барьер и тем ниже ско-
рость реакции.
Важнейшая функция фермен-
та — это снижение энергии акти-
вации. На рис. 1.2 представлен
график изменения энергии не-
ферментативной и ферментатив-
ной реакций. Фермент снижает
высоту энергетического барьера
(^акт < ^акт)- Уравнение Аррени-
уса представляет собой степен-
ную функцию; числителем пока-
Рис. 1.2 Энергетическая схема нефер-
ментативной (7) и ферментативной (2)
реакций; ▼ — фермент
зателя степени является отрица-
тельная величина Еакт. Это озна-
чает, что даже несущественное
17
уменьшение этой величины ведет к резкому возрастанию числа
активированных молекул и адекватному увеличению скорости
реакции.
Большую роль в создании ферментативной кинетики сыграли
работы Михаэлиса и Ментен, в которых был описан фермент-
субстратный комплекс. Образование этого комплекса и ведет к
снижению энергии активации.
В современных представлениях об обшей теории ферментатив-
ного катализа лежит принцип ориентированной сопряженной
атаки нуклеофильных и электрофильных групп активного центра
фермента на молекулу субстрата. Процесс ферментативного ката-
лиза можно условно разделить на три стадии:
стерическое связывание субстрата 5 с активным центром фер-
мента Е (образование фермент-субстратного комплекса £5);
преобразование первичного комплекса ES в активированный
переходный комплекс ES*\
отделение конечного продукта Р от фермента.
Первая стадия, непродолжительная по времени, зависит от
концентрации субстрата и фермента в среде, скорости диффузии
субстрата к активному центру фермента. В образовании комплек-
са ES могут участвовать в различных сочетаниях как ковалентные,
координационные и ионные связи, так и менее прочные формы
связей—электростатическое притяжение полярных групп, ван-
дер-ваальсовы силы сцепления между неполярными участками
молекул и водородные связи. Характер этих связей обусловлен хи-
мическими особенностями субстрата и функциональных групп,
входящих в активный центр фермента.
Вторая стадия является собственно катализом, т. е. актом раз-
рыва или образования в субстрате новых связей; она наиболее
медленная и лимитирует скорость химической реакции. На этой
стадии происходит снижение энергии активации.
Субстратная специфичность действия ферментов. Важным свой-
ством ферментов является способность избирательно действовать
на субстрат, определять путь его превращения. Это свойство полу-
чило название субстратная специфичность ферментов
По признаку специфичности действия все ферменты можно
разделить на две группы: ферменты, обладающие абсолютной спе-
цифичностью, и ферменты, обладающие относительной. Абсолют-
ная специфичность проявляется тогда, когда фермент действует
лишь на одно-единственное вещество и катализирует только оп-
ределенное превращение этого вещества.
Ферменты, обладающие относительной специфичностью, дей-
ствуют сразу на несколько субстратов, имеющих ряд общих
структурных свойств. Для этих ферментов важны тип связи
и химическая структура лишь одного из компонентов, обра-
зующих эту связь, тогда как структура другого компонента
может изменяться.
18
Чем же объясняется специфичность действия ферментов?
Существует две точки зрения. Первая из них развита Э. Фише-
пОм По его образному выражению «фермент подходит к субстрату
?ак как ключ к замку». В соответствии с этой гипотезой структура
активного центра не только высокоупорядочена, но и жестко за-
креплена. Активный центр фермента соответствует структуре од-
ного-единственного субстрата, поэтому только он может подвер-
гаться действию активного центра.
Гипотеза «ключа и замка» вполне удовлетворительно объясняет
абсолютную специфичность. Однако с позиций жесткой структу-
ры трудно объяснить относительную специфичность, поскольку в
этом случае группа субстратов имеет определенные отличитель-
ные черты в структуре.
Вторая точка зрения, предложенная Э. Кошландом, устраняет
это противоречие. Она получила название теория индуцированного
соответствия фермента и субстрата. В этой теории использовано
представление о гибкой структуре. Конформация фермента, осо-
бенно ориентация его активного центра, должна быть способной
к определенным структурным изменениям. Субстрат индуцирует
соответствие — комплементарность активного центра фермента к
нему. В зависимости от конформационной подвижности активно-
го центра фермент способен взаимодействовать либо с немноги-
ми, либо с самыми разными субстратами. Иными словами, неоди-
наковая специфичность различных ферментов является следстви-
ем малых или больших конформационных перестроек активного
центра: если она ограниченна, фермент высокоспецифичен; если
конформационные переходы активного центра широки, фермент
обладает более широким спектром действия на структурные ана-
логи субстратов. Теория Э. Кошланда получила эксперименталь-
ное подтверждение (данные рентгеноструктурного анализа).
В представлениях о механизме катализа и строении фермент-
субстратных комплексов придается большое значение впадинам,
расщелинам, полостям на поверхности белковой глобулы. Пред-
ставление об активной полости занимает центральное место в тео-
рии Э. Кошланда. В эту полость, по Э. Кошланду, втягивается реа-
гирующее вещество. Возникает строгая адаптация субстрата и
фермента и, следовательно, синхронное взаимодействие катали-
тических групп с молекулой субстрата. В индуцированном состоя-
нии каталитический участок активного центра фермента создает в
молекуле субстрата область с повышенной или пониженной плот-
ностью электронов, поляризует молекулу субстрата, делает ее вос-
приимчивой к реакции.
Важной особенностью теории индуцированного соответствия
являются разделение способностей фермента связывать молекулу
субстрата, быть специфичным к ней и способности катализиро-
вать превращение субстрата. Хотя каталитическая активность и
специфичность фермента и взаимосвязаны в результате взаимного
19
расположения контактных и каталитических групп активного
центра относительно химических групп молекулы субстрата, но
они имеют различные механизмы.
Следствием различных механизмов связывания субстратов с
ферментами могут являться также разные продукты химической
реакции. Типичным примером этому могут быть амилазы, гидро-
лизующие крахмал. Действуя на один и тот же субстрат, они об-
разуют различные продукты гидролиза: глюкоамилаза — глюко-
зу; р-амилаза — мальтозу; а-амилаза — декстрины. Теория ин-
дуцированного соответствия в сочетании с гипотезой активной
полости дает вполне удовлетворительное объяснение такой осо-
бенности специфичности катализа. Образование глюкозы при
гидролизе крахмала глюкоамилазой можно объяснить возникно-
вением в глобуле фермента активной полости, способной вмес-
тить в себя лишь один глюкозидный остаток (рис. 1.3, а). Анало-
гичную картину представляет гидролиз крахмала Р-амилазой с
той лишь разницей, что в глобуле возникает полость в разме-
рах, необходимых для вмещения двух глюкозидных остатков
(рис. 1.3, б). Важной контактной группой для обеих амилаз явля-
ется R-группа, способная связываться с нередуцирующим кон-
цом молекулы крахмала.
Однако глюкоамилаза осуществляет полный гидролиз крах-
мала, расщепляя как а-1,4-, так и а-1,6-глюкозидные связи,
в то время как р-амилаза действует лишь на а-1,4-глюкозид-
ные связи.
Как видно из рис. 1.3, а, для активной полости глюкоамилазы
фактически безразлично, какой глюкозидный остаток может
быть втянут в нее: остаток, связанный с С4 или Q — атомом со-
седнего звена. Важно лишь, чтобы связь С]—О была комплемен-
тарна системе карбоксилат — имидазолий. Иное для р-амилазы.
Поскольку ее активная полость способна вмещать два глюкозид-
ных остатка, то ответвление в виде связи О—Q является серьез-
ным стерическим препятствием для сближения системы карбо-
ксилат — имидазолий со связью С]—О.
Аналогичным образом можно объяснить образование декстри-
нов при гидролизе крахмала а-амилазой, если представить актив-
ный центр этого фермента в виде «активной щели», не содержа-
щей контактной группы R (рис. 1.3, в).
Протеолитические ферменты трипсин, химотрипсин и эластаза
расщепляют в белках пептидные связи. Однако действие каждого
из них строго специфично: трипсин гидролизует пептидные свя-
зи, образованные лизином или аргинином; химотрипсин расщеп-
ляет полипептидную цепь по фенилаланину, триптофану и тиро-
зину; специфичность эластазы проявляется в ее действии на такие
небольшие гидрофобные молекулы, как аланин. Установление
структуры кристаллических ферментов показало, что полипептид-
ные основы всех трех ферментов при наложении друг на друга
20
Рис. 1.3. Специфичность действия глюкоамилазы («), р-амилазы (б) и а-амилазы (в)
на молекулу крахмала
практически совмещаются. Разница же в специфичности этих
ферментов обусловлена небольшими изменениями в строении
«кармана», связывающего боковую цепь аминокислоты.
Субстратная специфичность — уникальная особенность фер-
ментов. Она является основой направления биохимических про-
цессов живой клетки в строго определенное русло; без нее немыс-
лима стройная гармония обмена веществ в организме.
21
Специфичность действия ферментов имеет и большое при-
кладное значение. Она позволяет получить целевой продукт высо-
кой степени чистоты и с высоким выходом Она может быть ши-
роко использована в методах количественного определения того
или иного химического соединения.
1.2.3. КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ
Согласно теории Михаэлиса и Ментен скорость ферментатив-
ной реакции зависит от химических факторов среды (температу-
ры, pH, веществ, находящихся вместе с ферментом в растворе)
Скорость ферментативной реакции является мерой каталитичес-
кой активности фермента и обозначает активность фермента. Из-
мерить активность фермента можно либо по количеству превра-
щаемого субстрата, либо по нарастанию концентрации продукта
реакции в единицу времени.
Влияние концентрации фермента на скорость ферментативной ре-
акции. Зависимость скорости ферментативной реакции v от кон-
центрации фермента [Е] описывается простым уравнением:
v=K[E],
где [Е] — концентрация фермента
Графически это уравнение представляет собой прямую ли-
нию (рис. 1.4). Однако такая прямая пропорциональная зави-
симость имеет место в том случае, когда концентрация субстра-
та [S] находится в избытке по отношению к концентрации
фермента [Е]. Из рис. 1.4 видно, что tga = К; при прочих рав-
ных условиях величина К зависит от химической природы фер-
мента и субстрата.
Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной ре-
акции. Исходя из представлений Михаэлиса и Ментен, любую
ферментативную реакцию можно описать уравнением
Рис 1 4 Зависимость скоро-
сти ферментативной реакции
от концентрации фермента
E + S^ES + P,
где к К}~ константы скорости образования и
распада комплекса ES соответственно; Р— про-
дукты реакции.
С позиций кинетики ферментатив-
ные реакции можно разбить на три
стадии.
22
1. Развитие реакции (d\/dt> 0, где v — скорость реакции; г — ее
продолжительность). Предполагается, что эта стадия протекает
быстро и обратимо и не сопровождается какими-либо химически-
ми изменениями.
2. Стационарная стадия, в которой скорость исчезновения
субстрата равна скорости образования продуктов реакции. Кон-
центрация комплекса ES постоянна (dv/dt = 0). Стационарное со-
стояние можно охарактеризовать как период, во время которого
образуется продукт реакции, а концентрация всех промежуточ-
ных продуктов остается постоянной. Стационарная стадия являет-
ся основной, в ней протекают химические процессы. Продолжи-
тельность ее зависит от концентрации субстрата.
3. Спад реакции (dv/dt< 0).
Выведем уравнение зависимости скорости реакции v от кон-
центрации субстрата [S] для основной стационарной стадии фер-
ментной реакции. Пусть [Ео] — исходная концентрация фермента,
тогда [EJ — [ES] — концентрация свободного фермента. Согласно
закону действия масс скорость образования комплекса ES описы-
вается уравнением
J[ES]M=/r1([E0]-[ES])[Sl.
Аналогично определяется скорость распада комплекса ES
-J[ES]/tft= XHES].
При d\/dt = 0 ([ES] = const) будем иметь равенство.
/r,([Eo]-[ES])[S] = ^[ES]
или
([Eo]-[ES])[S] = A-2[ES]/^.
Обозначим K-JK\ = Ks.
Ks — константа диссоциации комплекса ES (представляет со-
бой обратную величину химического сродства фермента к суб-
страту: чем меньше Ks, тем больше [ES]; [ESJ — величина, трудно
определяемая экспериментально, поэтому от нее необходимо из-
бавиться.
[ES] = [E0][S]/(Ks+[S]).
Скорость ферментативной реакции v в общем случае определя-
ется величиной [ES]; если же в частном случае все молекулы фер-
мента находятся в комплексе фермент — субстрат, то скорость ре-
23
акции будет максимальной Ии определяется величиной [Ео]. Сле-
довательно,
v/K=[ES]/[E0] или v = E[ES]/[Eo].
Подставив значение [ES] в это уравнение, получим
v= W(^+[S]).
Это уравнение получило название уравнение Михаэлиса — Мен-
тен в честь авторов, предложивших его и впервые разработавших
теоретические основы кинетики ферментативного катализа.
Графически уравнение Михаэлиса — Ментен выражается ги-
перболой — кривой, асимптотически приближающейся к горизон-
тальной оси (рис. 1.5).
Уравнение Михаэлиса — Ментен справедливо для начала фер-
ментативной реакции, когда в реагирующей системе весьма мало
продуктов реакции Оно не учитывает того факта, что распад
комплекса ES происходит в сторону образования не только Е и
S, но и Е и Р. Бриггс и Холдейн при модификации уравнения
Михаэлиса — Ментен исходили из следующего уравнения фер-
ментативной реакции:
*1 к.
E + SwES ->Е + Л
К,
В нем авторы учли распад комплекса ES на Е и Р, введя кон-
станту скорости распада К2, и получили модифицированное урав-
нение Михаэлиса — Ментен:
v=W(^ + [S]).
Рис. 1.5. Зависимость скорости
ферментативной реакции от кон-
центрации субстрата
Величину Км назвали константой
Михаэлиса; она не является истин-
ной константой равновесия, а равня-
ется отношению (К2 + Л3)/Я'|. Так как
Ks = K2/Kx,7oKM=Ks + K3/Kx.
Влияние температуры на актив-
ность ферментов. Важнейшим фак-
тором, от которого зависит актив-
ность ферментов, является темпера-
тура. Ее влияние широко использует-
ся в технологии пищевых продуктов.
24
При О °C и тем более при тем-
пературах ниже О °C действие
большинства ферментов прекра-
щается. Повышение температуры
выше О °C способствует увеличе-
нию активности ферментов.
Изменение скорости хими-
ческой реакции при повышении
температуры на 10 °C обычно
принято выражать температур-
ным коэффициентом (2ю, кото-
рый представляет собой отноше-
ние скорости реакции при дан-
ной температуре У1+10
10 °C ниже данной Vf.
Рис. 1.6. Влияние температуры иа ак-
тивность ферментов
к скорости реакции при температуре на
&о= ^ + ю/^
Как правило, величина (2ю для химических реакций лежит в
пределах 2—4, для ферментативных реакций — между 1 и 2; при
повышении температуры величина Сю Для ферментативных реак-
ций заметно снижается.
Влияние температуры на активность ферментов показано
на рис. 1.6.
В пределах физиологических условий и близких к ним скорость
реакции растет с увеличением температуры (кривая 7), но выше
100 °C начинается тепловая денатурация белковой молекулы —
инактивация фермента (кривая 2). Эти два явления объясняют
форму кривой, близкую к колоколообразной, и появление темпе-
ратурного оптимума реакции.
Не все ферменты одинаково меняют свою активность с измене-
нием температуры. Максимальная активность ферментов колеб-
лется в зоне температур 30—50 °C. Вполне отчетливо наблюдается
снижение активности при 60—70 °C; при 100 °C каталитическое
действие большинства ферментов прекращается практически
мгновенно.
Влияние температуры на скорость ферментативной реакции
чрезвычайно многообразно. Оно проявляется в действии фер-
мента на белковую структуру, изменении скорости образования
комплексов ES и ЕР и расщеплении последнего Температура
также влияет на число столкновений молекул субстрата с моле-
кулами фермента.
Влияние pH среды на активность ферментов. pH — второй важ-
ный фактор, влияющий на активность ферментов. Каждый фер-
мент проявляет свое действие в пределах довольно узкой зоны pH.
В прямоугольной системе координат кривая зависимости v =/(рН)
Для большинства ферментов имеет колоколообразную форму
25
Рис. 1.7. Влияние pH среды на актив-
ность ферментов
Характер кривой v=/(pH)
дой ферментов; восходящая и
(рис. 1.7). Оптимальной актив-
ности соответствует определен-
ная область pH, причем на вер-
шине кривой с точкой vmax зна-
чение pH является оптималь-
ным для действия на фермент.
Это значение pH для различ-
ных ферментов неодинаковое.
Большое число ферментов в
клетках имеет оптимум pH,
близкий к нейтральному, т. е.
совпадающий с физиологичес-
кими значениями pH живой
клетки.
объясняется амфотерной приро-
нисходящая ветви кривой явля-
ются типичными кривыми титрования и определяются значе-
ниями pt ионогенных групп, которые находятся в активном
центре фермента.
В общем виде действие фермента можно представить так:
XalTEHj Ks К3
ЕН + S EHS-> ЕН + Р,
XglTE-
где и К6 — константы кислотной диссоциации кислотных и основных групп
соответственно; EHj — неактивная (катионная) форма фермента; ЕН — актив-
ная форма фермента; Е_ — неактивная (анионная) форма фермента.
Представим это уравнение в форме математического моделиро-
вания. Общая концентрация фермента [Ео] будет равна сумме трех
состояний фермента
[Е0] = ЕН+ + [ЕН]+[Е]-.
Найдем долю активного фермента
а = [ЕН]/Е0 = [ЕН]/([ЕН+] + [ЕН] + [Е -]).
При оптимальном pH (рН0П)[Е0] = [ЕН], а активность фер-
мента v = vmax. При значениях pH, отличающихся от рНоп,
v = а • vniax или
v = Vmax/d + [HWa + *6/[Н+]).
Это уравнение справедливо при условии, что Н+-ионы оказы-
26
вают влияние лишь на ионизацию каталитически активных
групп фермента и не затрагивают его структуры в целом. При
значениях pH < рН0П[Н+]/Ла >> Лб/[Н+] и для «кислой» ветви
кривой v = ДР/[Н]) уравнение принимает более простой вид
v=vmax/(i + m/Aj.
При значениях pH > рН0П[Н+]/Л'а << Аб/[Н+] «щелочная» ветвь
кривой может быть представлена уравнением
У = Уп1ах/(1+Кб/[Н+])-
При построении кривой v=/(pH) это уравнение удобно выра-
зить через рКа, рКб и pH:
v = vmax/(l + Ю(РКа РН));
v = vmax/(1 + 1°(PH“PK6)
Из уравнений вытекает важное следствие: при pH = рКа или
pH = рК6 v = l/2vmax, т. е. при скорости расщепления субстрата
ферментом, равной половине максимальной, константа иони-
зации каталитически активной группы фермента численно рав-
на концентрации Н+-ионов среды. Исходя из этого, на кри-
вой v = /(pH) можно определить рКа и рК6, а по ним ионоген-
ные группы, участвующие в катализе. В табл. 1.1 представле-
ны значения pH ионогенных групп в ферментах, участвующих
в катализе.
Таблица 1.1
Значение pH для ионогенных групп ферментов, принимающих участие в катализе
Группа | Значения pH
а-Карбоксильная 1,8-2,2
Удаленная карбоксильная 3,9-4,3
Имидазольная 5,0-7,8
у-Аминная 8,3-9,8
Гидроксильная тирозина 9,7-10,1
Удаленная аминная 10,5
Гуанидиновая 9,0-12,0
27
1.2.4. НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ
ФЕРМЕНТОВ
Известно около 3000 различных ферментов. Из них около 250
выделено в кристаллическом виде. Систематизация всех этих
ферментов представляет собой довольно сложную задачу. Если
учесть, что почти для каждой реакции требуется свой фер-
мент, а ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию у
различных организмов (животных, растений, микроорганизмов),
отличаются по своим свойствам, то становится понятным, что
общее количество существующих ферментов может достигать
сотен тысяч и более.
Номенклатура ферментов. Приняты два типа названия фермен-
тов: рабочее, или тривиальное, и систематическое.
Рабочее название впервые было предложено в 1898 г. француз-
ским ученым Дюкло. Оно складывается из названия субстрата,
к корню которого добавляется окончание «аза» (например, ами-
лоза — амилаза, целлюлоза — целлюлаза, протеин — протеина-
за). В названии многих ферментов указывается также тип ката-
лизируемой реакции, например: лактат + дегидрогеназа-> лак-
татдегидрогеназа; аланин + рацемаза —> аланинрацемаза. За некото-
рыми давно известными ферментами оставлены тривиальные
названия, предложенные авторами, впервые открывшими их: пеп-
син, трипсин, ренин и т. д.
Систематическое название фермента складывается из названий
субстрата, типа катализируемого превращения и окончания «аза».
Например, систематическое название лактатдегидрогеназы пи-
шется так:
£-лактат: КАП+-оксидоредуктаза.
Систематические названия даются только изученным фер-
ментам. Они более четки в представлениях о механизме ката-
лиза. Однако в силу того, что многие субстраты представляют
собой сложные соединения, некоторые из названий оказываются
слишком громоздкими. Поэтому наряду с систематическими на-
званиями сохраняются и тривиальные, удобные для повседнев-
ного употребления.
Классификация ферментов. Согласно классификации, разрабо-
танной Комиссией Международного биохимического союза по
ферментам в 1961 г., все ферменты делятся на шесть основных
классов. В каждый класс включены ферменты, катализирующие
общий тип реакций (табл. 1.2).
Согласно этой классификации каждый фермент имеет свое ко-
довое число (шифр), перед которым стоят две буквы: КФ. Шифр
четырехзначный, цифры шифра разделены точками и характери-
зуют следующие признаки фермента.
28
Таблица 1.2
Классификация ферментов, разработанная Комиссией Международного
биохимическое > союза
№ п/п
Класс
Тип катализируемой реакции
I Оксидоредуктазы
2 Трансферазы
3 Гидролазы
4 Лиазы
5 Изомеразы
6 Лигазы
Окислительно-восстановительные реакции всех
типов
Перенос групп атомов от донорной молекулы к
акцепторной
Гидролитическое (с участием молекулы воды)
расщепление связей
Расщепление связей способом, отличным от
гидролиза или окисления
Взаимопревращения различных изомеров
Образование связей в реакциях конденсации
двух различных соединений с участием АТФ-ис-
точника химической энергии
Первая цифра указывает класс, к которому принадлежит
фермент.
Вторая цифра обозначает подкласс фермента.
У оксидоредуктаз она указывает в молекуле донора природу
той группы, которая подвергается окислению; у трансфераз —
природу переносимой группы; у гидролаз — тип гидролизуемой
связи; у лиаз —тип связи, подвергающейся разрыву (между от-
щепляемой группой и остатком молекулы); у изомераз —тип ка-
тализируемой реакции изомеризации; у лигаз — тип вновь образу-
емой связи.
Третья цифра указывает подкласс, тип участвующего в реакции
акцептора или образовавшегося продукта реакции.
Четвертая цифра означает порядковый номер фермента в дан-
ном подклассе. Пример:
а-амилаза
Класс гидролазы------
Подкласс карбогидразы
Подподкласс гликоназы
Порядковый номер в подподклассе
Номенклатура ферментных препаратов. В технологии пищевых
продуктов получили распространение два метода использования
ферментов: ферментов, содержащихся в самом перерабатываемом
сырье, и ферментов, вносимых в обрабатываемый материал.
29
В пищевой промышленности ферменты используют в виде
ферментных препаратов, которые отличаются от ферментов тем,
что кроме активного белка они содержат различные балластные
вещества. Их получают из сырья животного и растительного про-
исхождения, содержащего ферменты уже в готовом виде.
Производство ферментных препаратов ведется на промышлен-
ной основе с использованием микроорганизмов — активных про-
дуцентов соответствующих ферментов.
Большое число ферментных препаратов вырабатывается из по-
верхностных и глубинных культур микроскопических грибов, бак-
терий и дрожжей.
Очищенные и технические ферментные препараты содержат
либо один, либо несколько ферментов. В комплексном препара-
те один фермент может преобладать над другим. При определе-
нии названия ферментного препарата учитывают только основ-
ной фермент.
Наименование препарата начинается с сокращенного назва-
ния основного фермента (видовое название продуцента), к кото-
рому присоединяется окончание «ин». Так, если основным фер-
ментом является а-амилаза, то название препарата начинается с
«амил», глюкоамилаза — с «глюк», протеаза — с «прот» и т. д. Вто-
рой частью наименования препарата служит измененное видовое
название продуцента. Если продуцент Asp. awamori, то вторая
часть называется аваморин, Act. rimosus — римозин. Вас. subtilis —
субтилин и т. д.
Соединительная буква «о» в наименовании препарата появля-
ется тогда, когда название вида микроорганизма начинается с со-
гласной, в остальных случаях соединительной гласной служит
первая буква наименования вида.
Например, препарат протеиназ из гриба Asp. oryzae будет назы-
ваться проторизин, а из Rhiz. pygmaues — протопигмауесин.
В наименовании препарата отражается также способ культивиро-
вания микроорганизмов. При глубинном способе культивирования
после названия ставится буква Г, а при поверхностном — П.
Условно количество фермента в стандартной (обладающей
строго определенной активностью на единицу массы) глубинной
и поверхностной культурах обозначается буквой X. Таким обра-
зом, поверхностную культуру гриба Asp. awamori — продуцента
глюкоамилазы следует назвать глюкаваморин ПХ, а глубинную —
глюкаваморин ГХ.
Цифра перед буквой X в наименовании препарата указывает на
степень очистки фермента в процессе получения данного фер-
ментного препарата.
Выпускаемые промышленностью ферментные препараты пред-
ставляют собой либо жидкости с концентрацией сухих веществ не
менее 50 %, либо порошки белого, серого или желтого цвета с оп-
ределенной стандартной активностью.
30
Номенклатура ферментных препаратов представляется в следу-
ющем виде:
ПХ и ГХ — стандартная исходная культура продуцента без
какой-либо очистки;
П2Х и Г2Х — жидкий концентрат растворимых веществ исход-
ной культуры, освобожденной от нерастворимой части. Для по-
верхностной культуры это концентрат с содержанием сухих ве-
ществ 50 %, для глубинной культуры — не более 40 %
ПЗХ и ГЗХ — сухие ферментные препараты, полученные высу-
шиванием путем распыления экстракта из поверхностной культу-
ры или же фильтрата культуральной жидкости при глубинном
культивировании;
П10Х и Г10Х — сухие препараты, полученные осаждением
ферментов органическими растворителями или нейтральными
солями;
П15Х и Г15Х — препараты осажденных ферментов, в техноло-
гии которых использовали различные методы очистки и фрак-
ционирования ферментов;
П25Х и Г25Х — высокоочищенные, но некристаллические
ферментные препараты, содержащие до 20—25 % балластных
веществ.
Ферментные препараты позволяют значительно ускорить тех-
нологические процессы, увеличить выход готовой продукции, по-
высить качество, экономить ценное сельскохозяйственное сырье,
улучшить условия труда на производстве.
1.2.5. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛА
Основным процессом при переработке крахмалсодержащего
сырья в бродильных производствах является гидролиз крахмала
амилолитическими ферментами солода и ферментных препара-
тов. Углеводная часть крахмала состоит из двух полисахаридов:
амилозы и амилопектина.
Амилоза и амилопектин построены из остатков глюкозы
С6Н10О5. Амилоза имеет молекулярную массу 3 • 105— 1 • 106, мо-
лекулярная масса амилопектина достигает сотен миллионов. Схе-
ма строения молекулы амилозы представлена в виде длинной це-
почки глюкозных остатков, связанных глюкозидными а-1,4-свя-
зями. В молекуле амилозы соединены несколько таких параллель-
но расположенных цепочек. В каждой из них глюкозные остатки
расположены по спирали. Схема строения молекулы амилопекти-
на представлена в виде разветвленной цепи, состоящей из боль-
шого числа глюкозных остатков (около 2500). Главная цепочка, к
которой присоединяются боковые ветви, состоит из 25—30 глю-
козных остатков. Каждая же отдельная боковая ветвь состоит из
18 остатков, а внутренние отрезки цепей (между точками вет-
31
вления)— из 8—9 таких остатков. Боковые цепочки, в свою
очередь, связаны с соседними цепочками. В амилопектине ос-
татки глюкозы в пределах одной цепочки связаны между собой,
так же как в амилозе, а-1,4-связью. Но связь между отдельными
цепочками в амилопектине осуществляется а-1,6-глюкозидны-
ми связями.
Ферментативный гидролиз крахмала проводится амилолити-
ческими ферментами. Амилолитический комплекс солода (про-
росшего зерна) состоит из а- и р-амилазы и декстриназы (олиго-
а-1,6-глюкозидазы). В ферментных препаратах присутствуют
а-амилаза, олиго-а-1.6-глюкозидаза и глюкоамилаза. Каждый
фермент имеет свои специфические особенности, которые обус-
ловливают определенные качественные характеристики получае-
мых продуктов.
а-Амилаза — эндофермент, гидролизующий а-1,4-связи внутри
молекулы амилозы и амилопектина. Механизм действия фермента
многоцепочный, неупорядоченный; в результате образуются про-
дукты неполного гидролиза крахмала — а-декстрины, поэтому
а-амилазу называют декстринируюшим ферментом. При дли-
тельном действии а-амилазы на амилозу фермент почти полнос-
тью превращает ее в мальтозу, мальтотриозу и небольшое коли-
чество глюкозы.
Действие а-амилазы на амилопектин приводит к образованию
мальтозы и низкомолекулярных декстринов с 5—8 глюкозными
остатками. Такое поведение а-амилазы обусловлено тем, что фер-
мент не действует на а-1,6-глюкозидные связи в местах разветвле-
ния макромолекул амилопектина.
р-Амилаза — экзофермент, гидролизующий а-1,4-связи с нере-
дуцирующих концов молекул амилозы и амилопектина с образо-
ванием мальтозы. Она является сахарофицирующим ферментом,
который не расщепляет а-1,6-связи.
При совместном действии а- и р-амилаз на крахмал 95 % пре-
вращается в мальтозу и 5 % — в низкомолекулярные предельные
декстрины, содержащие а-1,6-глюкозидные связи
В просяном и овсяном солодах содержится фермент декстрина-
за, разрывающий а-1,6-глюкозидную связь в амилопектине и пре-
дельных декстринах.
Глюкоамилаза — экзофермент, расщепляющий как а-1.4-, так
и а-1,6-глюкозидные связи. Действуя с нередуцируемых концов
молекул амилозы и амилопектина, глюкоамилаза отщепляет моле-
кулу глюкозы в р-форме.
Основными факторами, влияющими на скорость фермента-
тивных реакций, являются температура, pH, концентрация ве-
ществ в субстрате и ферментов. С повышением температуры
ферментативный гидролиз крахмала ускоряется, однако по до-
стижении определенной температуры происходит инактивация
ферментов.
32
B-Амилаза ячменного солода имеет низкую термостойкость:
при нагревании до 70 °C она разрушается; тепловая инактивация
данного фермента при 70 °C почти полностью завершается за
несколько минут.
а-Амилаза ячменного солода обладает более высокой термо-
стойкостью и разрушается при температуре около 80 °C.
Оптимальная температура для р-амилазы в заторе 63 °C, а для
а-амилазы 70 °C. В оптимальных условиях одна молекула р-ами-
лазы может гидролизовать 237 000 связей в минуту.
Оптимальная температура действия глюкоамилазы микро-
скопических грибов и бактерий 55—60 °C. а-Амилаза фермент-
ных препаратов бактериального происхождения обладает высо-
кой термостойкостью. Ее оптимальная температура действия
85-95 °C
Каждый фермент имеет оптимум pH, при котором он наиболее
активен; при более высоких или более низких значениях pH ак-
тивность фермента снижается. Максимальная активность а-ами-
лазы проявляется при pH 5,7, а р-амилазы — при pH около 4,8.
При pH 2,3 и 9,7 амилазы полностью инактивируются.
Оптимальная величина pH для а-амилазы микроскопических
грибов составляет 4,5—5,0, для глюкоамилазы — 4,5—4,6, для бак-
териальной а-амилазы — 5,0—6,0.
Скорость ферментативной реакции с увеличением концен-
трации фермента увеличивается, но до известного предела.
До образования 75—80 % теоретического количества мальтозы
(79,1—84,4 г из 100 г крахмала) реакция осахаривания протекает
быстро, а затем резко замедляется: идет в 1000 раз медленнее, чем
в начале расщепления.
С увеличением концентрации экстрактивных веществ в
субстрате ферментативный гидролиз крахмала замедляется. Это
объясняется тем, что с увеличением концентрации веществ увели-
чивается вязкость затора, вследствие чего затрудняется процесс
диффузии между субстратом и ферментом.
Гидролиз крахмала контролируют обычно по окраске, которую
дают промежуточные продукты гидролиза с йодом. Окрашивание
происходит в результате расположения молекул йода внутри спи-
ральных витков глюкозных остатков. Цвет образовавшихся соеди-
нений обусловлен длиной цепочки глюкозных остатков.
Крахмал с йодом дает синее окрашивание. Близкие к крахмалу
самые крупные декстрины — амилодекстрины (молекулярная мас-
са 10 000—12 000) окрашиваются йодом в фиолетово-синий цвет;
более мелкие декстрины — эритродекстрины (молекулярная масса
4000—7000) — в красно-бурый; самые мелкие декстрины — ахро-
декстрины и мальтодекстрины (молекулярная масса 2900—3700)
совершенно не окрашиваются.
Сырой неоклейстеризованный крахмал расщепляется под дей-
ствием амилаз, но очень медленно. Атакуемость амилолитически-
33
ми ферментами возрастает при их действии на клейстеризован-
ный крахмал. Для ускорения процесса клейстеризации и раство-
рения крахмала зернопродуктов целесообразно подвергать их
предварительной тепловой обработке путем запаривания под дав-
лением. При нагревании с водой крахмал переходит из твердого
состояния в студнеобразное— он клейстеризуется. При этом про-
исходит набухание крахмальных зерен (гранул) с последующим их
разрывом и диспергированием.
С повышением температуры клейстер начинает разжижаться, а
затем становится жидким.
Итак, в ходе гидролиза крахмала нужно различать три стадии:
клейстеризацию, разжижение и осахаривание.
Требования к ферментативному гидролизу крахмала в бро-
дильных производствах различны. Так, в спиртовом производстве
стремятся получить максимально возможное количество сбражи-
ваемых сахаров, так как декстрины непосредственно дрожжами не
сбраживаются. В условиях спиртового производства осахаривание
декстринов происходит на стадии брожения, когда уже большая
часть мальтозы сброжена. Этот процесс имеет большое значение с
точки зрения получения наибольшего выхода спирта из крахмала.
Поэтому очень важно, чтобы осахаривающие ферменты сохрани-
ли свою активность до конца брожения.
В пивоваренном производстве гидролиз крахмала необходимо
проводить так, чтобы в сусле кроме мальтозы присутствовало оп-
ределенное количество ахро- и мальтодекстринов, обусловливаю-
щих полноту вкуса и вязкость пива. Для большинства сортов свет-
лого пива гидролиз крахмала ведут до тех пор, пока не образуется
80—85 % сбраживаемых сахаров и 15—20 % декстринов, не окра-
шиваемых йодом.
1.2.6. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ БЕЛКОВ
В спиртовой и пивоваренной промышленности важное зна-
чение имеют продукты гидролиза белков. Аминокислоты и
низкомолекулярные пептиды необходимы для жизнедеятельно-
сти дрожжей. В пивоварении белки и продукты их гидролиза
влияют на вкус, цвет, пенообразование, пенную и коллоидную
стойкость пива.
Белковые вещества относятся к высокомолекулярным соедине-
ниям с молекулярной массой несколько миллионов и большим
размером молекул. В состав белков входят углерод, азот, водород,
кислород и сера, а в состав некоторых — фосфор.
Все белки разделяют на две группы: протеины, или простые
белки, состоящие только из остатков аминокислот, и протеиды,
или сложные белки, которые являются соединением простого бел-
ка с каким-либо веществом небелковой природы, называемым
34
остетической группой. Протеины в зависимости от растворимое-
/!и делят на альбумины (растворимые в воде), глобулины (раство-
римые в водных растворах солей), проламины (растворимые в
60—SO %-м этаноле) и глютелины (растворимые в растворах щело-
чей и частично в разбавленных кислотах)
Протеиды в зависимости от химической природы простетичес-
кой группы разделяют на липопротеиды, содержащие жироподоб-
ные вещества — липоиды; гликопротеиды, в состав которых вхо-
дит какой-либо высокомолекулярный углевод; хромопротеиды,
содержащие пигменты, нуклеопротеиды, содержащие нуклеино-
вую кислоту.
Гидролитическое расщепление белков осуществляется под дей-
ствием протеолитических ферментов. По классификации Бергма-
на протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы, кото-
рые могут действовать на центральные участки пептидной цепи и
расщеплять молекулу белка на более мелкие фрагменты, и экзо-
пептидазы, которые не гидролизуют пептидные связи, находящи-
еся в середине цепи, а действуют либо с карбоксильного, либо с
аминного конца цепи, отщепляя последовательно одну за другой
концевые аминокислоты.
Эндо- и экзопептидазы, расщепляя белок, действуют согласо-
ванно: первые образуют большое число свободных концов, а вто-
рые воздействуют на образовавшиеся фрагменты.
Разрыв пептидной связи происходит по уравнению
R-CO + NH-R] + НОО = RCOOH + H2NRb
где R и R] — остатки аминокислот и пептидов.
Возможно, что под действием протеолитических ферментов
происходит не только гидролитический разрыв пептидных связей,
но и распад белковых макромолекул на субъединицы, как распад
крахмала на декстрины. Под субъединицей понимают одну поли-
пептидную цепь. Схема ферментативного расщепления белков
может быть представлена так:
Белки -> Альбумозы -> Пептоны -> Полипептиды —>
-> Пептиды и Аминокислоты.
Пептоны и полипептиды обусловливают пенообразование и
пеностойкость пива, а пептиды и аминокислоты используются
Дрожжами как источники азотистого питания. Оптимальные
условия гидролиза белковых веществ: pH 4,5—5,0; температура
45—50 °C. Данная температура наиболее благоприятна для накоп-
ления низкомолекулярных фракций белков и аминокислот и на-
зывается температурой пептонизации. Однако и при 60 °C также
Расщепляется много белковых веществ с накоплением белковых
35
фракций, осаждаемых сульфатом аммония. Ферментативный гид-
ролиз белков при 60 °C приводит к накоплению всех компонентов
фракций стойкорастворимых белков, не коагулируемых при кипя-
чении (альбумоз, пептонов, полипептидов и аминокислот), т е.
накапливаются продукты распада, обеспечивающие ценообразо-
вание. При 50 °C ферментативный гидролиз белков приводит к
накоплению наибольшего количества аминокислот.
До сих пор еще нет легко выполняемых способов контроля
ферментативного гидролиза белков Но все же обстоятельное
представление о расщеплении белков дает метод Лундина. Соглас-
но этому методу растворимые азотсодержащие вещества сусла по
осаждаемости танином и фосфорно-молибденовой кислотой
подразделяют на три группы:
фракция А — высокомолекулярные азотистые вещества (лейко-
зин, эдестин, альбумозы);
фракция В — среднемолекулярные азотистые вещества (пепто-
ны и высшие полипептиды);
фракция С — неосаждаемые азотистые вещества (низшие поли-
пептиды и аминокислоты).
Фракция В предназначена для пенообразования. В среднем фрак-
ция А составляет 25 %, фракция В — 15, фракция С — 60 %.
Для получения пивного сусла и готового пива нормального со-
става большое значение имеет правильно проведенный гидролиз
как крахмала, так и белков. При недостаточном распаде белков
происходят резкое ухудшение органолептических свойств пива и
понижение его стойкости.
1.3. СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ
Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи — од-
ноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, от-
носящиеся к классу аскомицетов.
1.3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДРОЖЖЕЙ
Культурные дрожжи по культуральным и морфологическим
признакам относятся к семейству Endomycetaciae, роду Saccharo-
myces. Температурный оптимум для размножения дрожжей нахо-
дится в пределах 25—30 °C, а минимум — 2—3 °C. При 40 °C рост
прекращается и дрожжи погибают, но низкие температуры они
переносят хорошо, хотя при этом не размножаются.
Различают дрожжи верхового и низового брожения. В каждой
из этих групп имеется несколько рас.
Дрожжи верхового брожения в стадии интенсивного брожения
выделяются на поверхности сбраживаемой среды в виде толстого
слоя пены и остаются в таком состоянии до окончания брожения.
Затем они оседают, образуя рыхлый осадок на дне бродильного
аппарата. Дрожжи низового брожения, развиваясь в сбраживае-
36
ой жидкости, на поверхности не скапливаются, а по окончании
йпожения быстро оседают в виде плотного осадка.
Отличительным признаком дрожжей низового брожения являет-
ся их способность полностью сбраживать раффинозу, тогда как боль-
шинство дрожжей верхового брожения раффинозу не сбраживают и
лишь некоторые из них сбраживают ее на треть. Это объясняется
тем что дрожжи низового брожения содержат «-галактозидазу.
По структуре различают дрожжи пылевидные и хлопьевидные.
У пылевидных дрожжей на протяжении всего периода жизнедея-
тельности клетки изолированы одна от другой. У хлопьевидных
дрожжей клетки склеиваются между собой в результате выделения
в поверхностный слой оболочки клейких веществ. Хлопьевидные
дрожжи образуют хлопья и быстро оседают на дно бродильного
чана (агглютинируют). Дрожжи верхового брожения являются пы-
левидными, а низового брожения — хлопьевидными.
Из культурных дрожжей к дрожжам низового брожения отно-
сится большинство винных и пивных дрожжей, к дрожжам верхо-
вого брожения — спиртовые, хлебопекарные и некоторые расы
пивных дрожжей.
Кроме общих свойств дрожжи, используемые в различных бро-
дильных производствах, обладают специфическими свойствами, по-
мимо этого в каждом производстве применяются разновидности,
различающиеся одной или несколькими особенностями. Их выводят
из одной клетки. Такие культуры называют расами (штаммами). В
каждой отрасли используют несколько рас дрожжей, характеристика
которых будет описана при рассмотрении каждого производства.
1.3.2. СТРОЕНИЕ ДРОЖЖЕВОЙ КЛЕТКИ
Дрожжевые клетки бывают яйцевидной, эллипсоидальной,
овальной или вытянутой формы, которая, как и их длина
(6—II мкм), зависит от вида дрожжей и условий развития. Отно-
шение поверхности клетки к ее объему влияет на скорость массо-
обменных процессов между клеткой и питательной средой и, сле-
довательно, на интенсивность жизнедеятельности дрожжей.
Почкующаяся дрожжевая клетка (рис. 1.8) состоит из оболоч-
ки, протоплазмы и ядра. Наружная часть оболочки образована
полисахаридами типа гемицеллюлоз, преимущественно маннаном
и небольшим количеством хитина, внутренняя — белковыми ве-
ществами, фосфолипидами и липоидами. Оболочка регулирует
состояние клеточного содержимого и имеет избирательную про-
ницаемость, чем существенно отличается от обычных полупроница-
емых мембран. Толщина клеточной стенки дрожжей до 400 нм.
Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) толщиной 7—8 нм
расположена под клеточной стенкой и отделяет ее от цитоплазмы.
11лазмалемма — основной барьер, определяющий осмотическое дав-
ление в клетке, обеспечивает избирательное движение питатель-
ных веществ из среды в клетку и вывод метаболитов из клетки.
37
1 — вакуоль 2 — пласти-
ды; 3 — жир, 4— про-
топлазма; 5 —оболочка;
6 — ядро; 7 — волютин;
8— гликоген 9 — хонд-
риосомы
Плазмалемма состоит из бимолекулярного
слоя липидов, в который включены белковые
молекулы. Липиды ориентированы неполяр-
ными концами внутрь друг к другу, а поляр-
ными — наружу.
Перемещение веществ через цитоплазма-
тическую мембрану происходит вследствие
молекулярной диффузии (по градиенту кон-
центрации) и в результате активного движе-
ния, в котором участвуют специфические
ферменты, и в этом случае вещества могут
поступать в клетку и против градиента кон-
центрации. Например, аминокислоты легко
Рис. 1.8. Почкующаяся проникают в клетку из среды, даже если их
дрожжевая клетка: концентрация в цитоплазме в 100—200 раз
выше, чем в питательной среде.
Цитоплазма имеет гетерогенную структу-
ру и вязкую консистенцию. Коллоидный ха-
рактер ее обусловлен белковыми вещества-
ми. Кроме них в цитоплазме содержатся
рибозонуклеопротеиды, липоиды, углеводы и значительное коли-
чество воды. Цитоплазма молодых клеток внешне гомогенна. При
старении в ней появляются вакуоли, равномерная зернистость,
жировые и липоидные гранулы. В цитоплазме с ее органоидами
(хондриосомами, микросомами, вакуолями) и включениями про-
текают важнейшие ферментативные процессы.
Митохондрии (хондриосомы) имеют форму зернышек, палочек
или нитей. Митохондриальные мембраны состоят из белков (80 %)
и липидов (20 %) В состав митохондрий входят также полифосфа-
ты, рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК)
кислоты. Митохондрии размножаются самостоятельно, реплици-
руя собственную митохондриальную ДНК и продуцируя собствен-
ные белки. Питательные вещества, проникающие в клетку, адсор-
бируются и аккумулируются хондриосомами и подвергаются быст-
рым превращениям в результате концентрации в этих участках
клетки соответствующих ферментов. В митохондриях полностью
осуществляются цикл трикарбоновых кислот и важнейшая энерге-
тическая реакция — окислительное фосфорилирование. Поэтому
их рассматривают как основную «силовую станцию» клетки. Здесь
же происходят реакции активирования аминокислот в процессе
синтеза белка, липидов и других соединений.
Микросомы (рибосомы) представляют собой включения в виде
субмикроскопических зернышек, состоящих из липидов, белков и
РНК, которые обеспечивают синтез белков за счет активированных
аминокислот, поступающих из митохондриальной системы.
Ядро — небольшое шаровидное или овальное тело, окруженное
цитоплазмой и нерастворимое в ней. В ядре в виде включений обо-
собленно расположены ДНК и ее протеид (ДНКА), а также боль-
38
ое количество РНК. ДНК способствует передаче наследственной
нф рмапии, сохранению свойств микроорганизмов. В ядре осу-
ществляется транскрипция (синтез молекул информационных РНК
путем считывания информации с ДНК с помощью фермента РНК-
полимеразы), а также репликация ДНК при делении клетки.
Обязательный органоид клетки вакуоли — полости, наполненные
клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембра-
ной. Форма вакуолей изменяется вследствие движения и контракции
цитоплазмы. Вакуоль в молодых клетках состоит из множества мел-
ких полостей, в старых — из одной очень большой. Клеточный сок
представляет собой водный раствор различных солей, углеводов,
белков, жиров и ферментов. В вакуолях сосредоточиваются различ-
ные соединения, которые подвергаются ферментативным превраще-
ниям и образуют продукты жизнедеятельности и отбросы.
В молодых дрожжевых клетках жира обычно нет, в зрелых он
содержится лишь в немногих клетках в виде мелких капель, а в
старых — в виде крупных.
Гликоген — запасное питательное вещество дрожжей, накаплива-
ющееся при культивировании дрожжей на средах, богатых сахаром.
При недостатке гликоген быстро расходуется. В молодых клетках
гликогена мало, в зрелых — значительное количество (до 40 %).
По внешнему виду клеток можно определить физиологическое
состояние дрожжей. В производственных средах одновременно при-
сутствуют молодые, зрелые, почкующиеся, старые и отмершие клет-
ки. Наибольшей бродильной энергией обладают зрелые клетки.
1.3.3. МЕТАБОЛИЗМ ДРОЖЖЕВОЙ КЛЕТКИ
Для развития, роста и размножения дрожжевая клетка нуждает-
ся в питательных веществах, растворимых в воде. Цитоплазмати-
ческая мембрана пропускает питательные вещества в клетку и
препятствует их возвращению в среду. Вода свободно проникает в
клетку и уходит из нее. В водных растворах с небольшой концен-
трацией веществ всегда устанавливается некоторый приток воды в
клетку. Вода создает давление внутри клетки, и протоплазма ока-
зывается плотно прижатой к эластичным внутренним стенкам
клетки. При таком состоянии, называемом тургором, все процес-
сы обмена в дрожжевой клетке протекают быстро. Питательные
вещества под действием ферментов клетки включаются в различ-
ные процессы обмена. Основными процессами, характеризующими
жизнедеятельность дрожжей, являются ассимиляция и диссимиляция.
При ассимиляции клетка перерабатывает питательные вещества в
соединения, используемые для синтеза. Диссимиляция представляет
собой процесс преобразования и распада веществ в организме, кото-
рый сопровождается выделением энергии. Эта энергия используется
в процессе синтеза и поддержания жизнедеятельности клетки.
Дрожжи, развиваясь на сахаросодержаших средах без доступа
воздуха, осуществляют сбраживание глюкозы до этанола и СО2.
39
Процесс аэробного дыхания, при котором сахар окисляется до
СО2 и воды, протекает в присутствии воздуха. Оба процесса явля-
ются экзотермическими, с выделением теплоты. При спиртовом
брожении в дрожжевой клетке энергии выделяется в 22 раза мень-
ше, чем при дыхании. Сбраживание глюкозы дрожжами является
анаэробным процессом, хотя сами дрожжи — аэробные микроор-
ганизмы. В анаэробных условиях брожение протекает интенсив-
но, но роста дрожжей почти не наблюдается. При доступе воздуха
брожение ослабевает и интенсифицируются дыхание и размноже-
ние дрожжей. При хорошей аэрации спиртовое брожение почти
прекращается. Подавление спиртового брожения кислородом на-
зывают эффектом Пастера. При аэробном дыхании дрожжи полу-
чают необходимую энергию при меньшем расходе сахара, что под-
тверждается приведенными ниже уравнениями.
1.3.4. ХИМИЗМ ПРОЦЕССОВ БРОЖЕНИЯ
Наиболее важные для промышленного использования спиртовое,
молочнокислое и маслянокислое виды брожений. Каждый из этих
видов брожения можно суммарно выразить уравнением реакции
спиртовое брожение CgH12Og = 2С2Н5ОН + 2СО2 +118 кДж;
молочнокислое брожение CgH12O6 = 2СН3СНОНСООН + 94 кДж;
маслянокислое брожение CgH12Og = СН3СН2СН2СООН + 2СО2 +
+ 2Н2 + 63 кДж.
По этим уравнениям можно судить о начальных и конечных
продуктах брожения, но нельзя выяснить образование ряда про-
межуточных продуктов при брожении, последовательность и
взаимосвязь отдельных реакций
Эти три типа брожения являются основными. Они связаны
между собой и с реакциями при нормальном кислородном (аэроб-
ном) дыхании, которое можно выразить уравнением
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 2822 кДж.
Химизм брожения изучали многие ученые (Л. А. Иванов,
А. Гарден, С. П. Костычев, К. Нейберг, А. Н. Лебедев, Г. Эмбден,
Я. О. Парнас и О. Мейергоф). Л. А. Иванов и А. Н. Лебедев уста-
новили, что в процессе брожения важную роль играет фосфорная
кислота. Она содержится в дрожжах и во многих живых организ-
мах в виде кислот: аденозинмонофосфорной (АМФ), аденозинди-
фосфорной (АДФ) и аденозинтрифосфорной (АТФ). Эти кислоты
легко отщепляют фосфорную кислоту.
40
Весь процесс брожения (спиртового, молочнокислого, масля-
нокислого) можно условно разделить на этапы.
Первый этап — образование фосфорилированных сахаров. Мо-
лекула глюкозы (или другой гексозы) под действием фермента гек-
сокиназы (2.7.1.1) присоединяет остаток фосфорной кислоты от
аденозинтрифосфата, причем образуются аденозиндифосфат и глю-
копиранозо-6-фосфат, который под действием фермента глюкозо-
фосфатизомеразы превращается во фруктофуранозо-6-фосфат. Пос-
ледний при участии фермента фосфофруктокиназы присоединяет
еше один остаток фосфорной кислоты от новой молекулы адено-
зинтрифосфата. В результате этой реакции образуются еще одна
молекула аденозиндифосфата и фруктофуранозо-1,6-дифосфат.
I этап брожения
Н
с^-он
н—с-он
I
но-с-н
I о
н— с -он
I
н-с-------
I
сн2он
глюкоза
н
с-он
1'^^,
н—с-он
но-с—н
I О ------1
н—с-он
I
н—с-----
СН2ОРО3Н2
глюкопиранозо-
-6-фосфат
СНэОН
I
СН2ОРО3Н2
с-он
с-он
но—с—н
но-с-н
н— С —он ?
*- н—С-он ?
н—с
н-с
СН2ОРО3Н2
СН2ОРО3Н2
фруктофуранозо -
-6-фосфат
фруктофуранозо
-1,6-ди фосфат
41
Далее фруктофуранозо-1,6-дифосфат под действием фермен-
та альдолазы (4.1.2.7) обратимо распадается на 3-фосфоглице-
риновый альдегид и фосфодиоксианетон, которые могут пре-
вращаться друг в друга под действием фермента триозофосфат-
изомеразы (5.3.1.1).
II этап брожения
СН2ОРОзН2
С—ОН
НО—С— Н^1
I !
н—с—ОН о-
______I
I
CH2OPO3H2
фруктофура! юзо-
-1,6-дифосфат
СН2ОРО3Н2
*-Н—С—ОН +
СНэОН
с=о
I
CH2OPO3H2
3-фосфоглицериновый
альдегид
фосфодиокси-
ацетон
Дальнейшему превращению в процессе брожения подвергает-
ся 3-фосфоглицериновый альдегид. По мере его использования
образовавшийся фосфодиоксиацетон под действием триозофос-
фатизомеразы образует новые количества 3-фосфоглицериново-
го альдегида.
Затем фосфоглицериновый альдегид присоединяет еще один
остаток фосфорной кислоты за счет неорганического фос-
фора с образованием 1,3-дифосфоглицеринового альдегида,
который под действием фермента дегидрогеназы фосфогли-
цериновый альдегид превращается в 1,3-дифосфоглицериновую
кислоту.
1,3-Дифосфоглицериновая кислота под действием фермента
фосфотрансферазы отдает остаток фосфорной кислоты молекуле
АДФ, причем образуются АТФ и 3-фосфоглицериновая кислота.
Последняя под действием фермента фосфоглицеромутазы превра-
щается в 2-фосфоглицериновую кислоту.
42
Ill этап брожения
СН2ОРО3Н2 СН2ОРО3Н2
н—с-он _______► н—с-он
I । /ОН
сС сн<
н ОРО3Нэ
3-фосфоглицериновый 1,3-дифосфоглицериновый
альдегид альдегид
СН1ОРО3Н2
I
-э-Н-С-ОН -
СОРО3Н2
II
о
1,3-дифосфоглицериновая
кислота
СН2ОРО3Н2
^н-с-он
I
с—он
II
о
3-фосфоглицериновая
кислота
СН2ОН
*- н— С-ОРО3Н2
с—он
II
о
2-фосфогл ице риновая
кислота
2-Фосфоглицериновая кислота под действием фермента
фосфопируватгидратазы — енолазы (4.2.1.11) образует фосфо-
енолпировиноградную кислоту, которая передает остаток фос-
форной кислоты молекуле АДФ, при этом образуются АТФ и
молекула енолпировиноградной кислоты, которая, разлагаясь,
превращается в пировиноградную кислоту.
IV этап брожения
СН2ОН сн2 II СОРО3Н2 * 1 сн2 II с-он . 1 сн3
Н-СОРО3Н2 с=о
С—ОН II О с—он II О с-он II О с—он II О
2-фосфоглицериновая кислота фосфоенол- пировиноградная кислота енолпиро- виноградная кислота пировиноград- ная кислота
43
Пировиноградная кислота является промежуточным продуктом
брожения, дальнейшие превращения которого приводят к тому
или иному процессу — спиртовому, молочнокислому брожениям
или аэробному дыханию. При спиртовом брожении пировино-
градная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы
превращается в уксусный альдегид и диоксид углерода
СН3СОСООН -> СН3СНО + СО2.
Уксусный альдегид восстанавливается в этанол под дейст-
вием фермента алкогольдегидрогеназы, коферментом (актив-
ной группой) которого является никотинамидадениндинук-
леотид (НАД). НАД при этом окисляется в свою восстановлен-
ную форму НАД-Hz.
Таким образом, распад сахара при спиртовом брожении можно
представить так:
Сахар —> фосфорные эфиры гексоз —> фосфотриозы -» фосфо-
глицериновая кислота -» пировиноградная кислота -» уксус-
ный альдегид + СО2 -> этанол
При молочнокислом брожении пировиноградная кислота пре-
вращается в молочную кислоту под действием фермента лактатде-
гидрогеназы (1.1.1.27):
СН3СОСООН + 2Н -> СН3СНОНСООН.
При маслянокислом брожении образующийся из пировино-
градной кислоты уксусный альдегид вступает в реакцию альдоль-
ной конденсации и получается ацетальдоль, который в дальней-
шем превращается в масляную кислоту.
При аэробном дыхании пировиноградная кислота окисляется
до диоксида углерода и воды.
Этанол и диоксид углерода — главные продукты спиртового бро-
жения. Кроме них в небольших количествах образуются вторичные
и побочные продукты брожения: вторичные продукты — из сахара,
побочные — из других веществ, находящихся в сбраживаемой сре-
де, главным образом из аминокислот. К вторичным продуктам
спиртового брожения относятся глицерин, уксусный альдегид, ук-
сусная, янтарная, молочная и лимонная кислоты, ацетон, 2,3-бути-
ленгликоль, ацетоин и диацетил; к побочным — высшие спирты:
пропанол, изобутанол, изопентанол и др. Однако известно, что ян-
тарную и молочную кислоты получают из сахара и из глутаминовой
кислоты и аланина, высшие спирты также образуются из сахара и
аминокислот. Поэтому вторичные и побочные продукты спиртово-
го брожения строго разграничить невозможно.
44
Образование высших спиртов. Высшие спирты могут образовы-
ваться из аминокислот путем дезаминирования (отщепления
группы NH3) и декарбоксилирования (отщепления С02) с присое-
динением воды. Так, например, из лейцина образуется изоамилол
по уравнению
сн3
I сн—СНэ —сн—СООН + НэО
сн3/ I -
NH3
лейцин
СНзч
I сн —сн2 — СН2ОН + NH3 + со2
сн3
изоамилол
Аналогично из изолейцина образуется амидол, из валина —
изобутанол, из тирозина — тирозол.
Образование высших спиртов по приведенной схеме, предло-
женной Эрлихом, является самостоятельным процессом, не свя-
занным со спиртовым брожением. Однако образование высших
спиртов без спиртового брожения гексоз не происходит. Это
объясняется тем, что дезаминирование аминокислот является эн-
дотермическим процессом, требующим притока энергии извне за
счет какого-либо другого процесса, в данном случае за счет спир-
тового брожения гексоз. Однако следует отметить, что при обра-
зовании высших спиртов аммиак не обнаружен. Можно предпо-
ложить, что аммиак, отщепляющийся при образовании высших
спиртов из аминокислот, связывается с пировиноградной кисло-
той — промежуточным продуктом спиртового брожения, и обра-
зуется аминокислота (аланин). Но этот процесс самостоятельно
протекать также не может, поскольку он эндотермический. Таким
образом, схема Эрлиха не может объяснить самостоятельное обра-
зование высших спиртов из аминокислот и синтез новых амино-
кислот в дрожжах.
Образование высших спиртов по схеме И. Я. Веселова мож-
но объяснить исходя из теории переаминирования аминокис-
лот, которую разработали советские биохимики А. Е. Браун-
штейн и М. Г. Крицман. Согласно этой теории образование но-
вых аминокислот сводится к переносу аминной группы пере-
страиваемой аминокислоты на образовавшуюся при каком-либо
процессе кетокислоту минуя стадию образования из аминной
группы аммиака.
45
Образование высших спиртов из сахара можно представить в
следующем виде. В процессе спиртового брожения глюкоза распа-
дается до пировиноградной кислоты. Основное ее количество рас-
ходуется на образование этанола, а очень незначительная доля
конденсируется с ацетил коферментом А (ацетил-КоА), образуя
ацетомолочную кислоту. В дальнейшем ацетомолочная кислота
претерпевает ряд превращений, в результате чего образуется изо-
бутанол. При конденсации сх-кетоизовалериановой кислоты с аце-
тил-ЛЬЛ образуется сх-кетоизокапроновая кислота, которая, декар-
боксилируясь, восстанавливается в изопентанол.
Рассмотренные пути образования высших спиртов как из
аминокислот, так и из сахара не противоречат друг другу. Оче-
видно, одна часть высших спиртов образуется из аминокислот,
а другая — из сахара.
Образование эфиров. При помощи эстераз дрожжей протека-
ют реакции этерификации, в которых участвуют спирты и кисло-
ты. В общем виде реакция этерификации выглядит так
RCH2OH + R[COOH -> RCOOCH2R! + Н2О.
Образование эфиров протекает быстрее, когда в этой реак-
ции участвуют альдегиды. Последние легко подвергаются окисли-
тельно-восстановительным превращениям и способствуют полу-
чению кислот, спиртов и эфиров. При этом эти превращения мо-
гут протекать без затрат энергии
Образование эфиров из альдегидов может происходить по
уравнению
RCHO + HOCR, -> RCOOCH2R,.
Получаемые при этом вторичные и побочные продукты брожения
участвуют в формировании аромата и вкуса готовых продуктов. Так,
при производстве этанола они влияют на органолептические показа-
тели. Кроме того, некоторые примеси являются ядовитыми. Мета-
нол и пропанол при небольшом содержании не влияют на органо-
лептическую оценку, однако обладают высокой токсичностью. Ме-
танол вызывает тяжелое отравление, сопровождающееся потерей
зрения, возможен и летальный исход. Фурфурол при малых концен-
трациях придает приятный аромат ржаному хлебу, но также токси-
чен. Поэтому в ректификованном спирте содержание обеих приме-
сей (метанола и фурфурола) не допускается. Присутствие спиртов,
содержащих четыре и более атомов углерода, ухудшает вкус и запах
этанола. Бутанол и пентанол имеют сивушный запах и жгучий вкус,
гексанол — запах и привкус прогорклого масла. Все они ядовиты.
Альдегиды (муравьиный, уксусный, пропионовый, масляный,
валериановый) придают спирту резкий привкус и горечь. Особен-
но неприятный запах и жгучий вкус обусловливают непредельные
соединения — акролеин и кротоновый альдегид. Напротив, энан-
46
товый альдегид способствует появлению приятного аромата. Ди-
ацетил (6 мг/дм3) в зернокартофельном спирте вызывает жгучий
вкус и запах, характерные для мелассного спирта Из кислот только
уксусная кислота в небольших количествах придает спирту прият-
ный вкус. Другие кислоты ухудшают органолептические свойства
спирта. Муравьиная кислота придает ему резкий привкус, пропи-
оновая — горечь, валериановая — неприятный запах и горечь. Ди-
этиловый эфир в небольших количествах усиливает запах спирта,
муравьино-этиловый и уксусно-этиловый эфиры смягчают вкус.
Эфиры с большим числом атомов углерода сообщают спирту не-
свойственный ему фруктовый или цветочный запах. Метил- и этил-
амины, меркаптаны вызывают неприятные запах и вкус. Ряд при-
месей влияет на пробы этанола, на окисляемость с серной кислотой.
Ничтожно малое содержание акролеина и кротонового альдегида
приводит к резкому ухудшению пробы на окисляемость, а 0,0005%-е
присутствие их в ректификованном спирте делает нестандартной
пробу с серной кислотой. Аналогично действует и диацетил.
Вторичные и побочные продукты брожения оказывают боль-
шое влияние и на качество пива. Все высшие спирты (пропанол,
изобутанол, изоамилол, амидол, тирозол, триптофол) обладают
характерным запахом и дают сложные эфиры, которые имеют
приятные, смягченные запахи, влияющие на образование арома-
та и вкуса пива. Во время брожения пивного сусла образуются
С4-соединения: ацетон, диацетил и 2,3-бутиленгликоль. Диаце-
тил — нежелательный компонент, придающий пиву характерные
медовый запах и привкус. Он образуется дрожжами в начале бро-
жения на стадии интенсивного размножения. В стадии дображи-
вания и созревания пива количество диацетила уменьшается, так
как с изменением условий он восстанавливается в ацетоин. Но
ацетоин может быть причиной подвального, затхлого привкуса
пива. В готовом пиве содержание диацетила 0,2—0,6 мг/дм3 и аце-
тоина до 1 мг/дм3 считается нормальным. Затхлый привкус появ-
ляется при содержании ацетоина от 2,3 до 5,3 мг/дм3.
Все технологические приемы, сопровождающиеся переходом
анаэробного процесса в аэробный, приводят к образованию ди-
ацетила. Дрожжи в стадии активного размножения обладают спо-
собностью восстанавливать диацетил в 2,3-бутиленгликоль, кото-
рый в отличие от диацетила не придает пиву неприятного запаха.
Наличие сбраживаемого сахара повышает способность дрожжей
восстанавливать диацетил.
Процессы, протекающие при дображивании, приводят к изме-
нению концентрации некоторых продуктов брожения, в результа-
те чего их содержание в готовом продукте доводится до необходи-
мого, что улучшает вкус и аромат пива. При дображивании снижа-
ется содержание альдегидов, диацетила, ацетоина на 30—50 %, со-
кращается содержание некоторых высших спиртов, возрастает
количество эфиров.
Глава 2
ОСНОВНОЕ СЫРЬЕ
БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
В бродильном производстве основным является растительное сы-
рье. В зависимости от того, какой основной углевод содержится в
сырье, виды сырья подразделяются на крахмал содержащие — зерно-
вые культуры, картофель, сахарсодержащие — меласса и виноград.
К растительному сырью предъявляются следующие требова-
ния: оно должно ежегодно производиться в необходимом количе-
стве, достаточном для промышленной переработки; иметь вы-
сокое содержание углеводов и хорошо сохраняться.
К основному сырью в бродильном производстве относят также
хмель и воду.
2.1. ЗЕРНОВЫЕ КУЛЬТУРЫ
На спиртовых заводах перерабатывают пшеницу, ячмень, ку-
курузу, овес, просо, рожь и тритикале. Основным сырьем для
производства пива является ячмень, а также в небольших коли-
чествах рис, кукуруза и тритикале. В произ-
водстве кваса используют рожь, ячмень и ку-
курузу. Зерно злаков состоит из трех основ-
ных частей: зародыша, эндосперма и оболо-
чек (рис. 2.1).
Различают голозерные (беспленчатые) и
пленчатые культуры. У голозерных культур
(пшеница, рожь, кукуруза, тритикале) при
обмолоте цветочные пленки остаются на
колосе, а зерно снаружи покрыто только
плодовыми оболочками; у пленчатых (про-
со, овес, ячмень, рис) — на зерне поверх
плодовых оболочек. Соотношение отдель-
ных частей зерна различных культур при-
ведено в табл. 2.1.
Рис. 2.1. Продольный разрез зерна ячменя:
7 — алейроновый слой; 2 — семенная оболочка; 3— плодовая обо-
лочка; 4— цветочная пленка; 5 —эндосперм; 6— зародыш
48
Химический состав. Зависит от культуры и сорта зерна, почвен-
но-климатических условий, агротехники, срока и условий хране-
ния и других факторов. В среднем зерно состоит из 14—15 % вла-
ги и 85—86 % сухих веществ. Средний химический состав зерна
злаков представлен в табл. 2.2.
Сахара зерна представлены сахарозой, раффинозой, глюкозой
и фруктозой.
В спиртовом производстве содержание в зерне (а также в кар-
тофеле) крахмала и сахаров называют крахмалистостью.
Содержание белков в зерновых культурах колеблется от 7 до
25 % Наибольшее содержание белков в зернах пшеницы и трити-
кале, наименьшее — в зернах риса и кукурузы.
Как правило, содержание крахмала и белков в зерне находится
в обратной зависимости. Чем больше белков в зерне, тем меньше
содержание крахмала.
Содержание пектиновых веществ в зерне незначительно. В зер-
нах злаков содержатся также витамины, микроэлементы, фермен-
ты, гидролизующие углеводы, белковые вещества, целлюлозы, ге-
мицеллюлозы и др.
Таблица 2.1
Соотношение частей зерна различных культур, мае. %
Культура Эндосперм Цветочные оболочки Плодовые и семенные оболочки Алейроновый слой Зародыш
Пшеница 83-85 0 4-7 7-10 1,5-3,0
Рожь 70-75 0 11-15 11-12 2,5-3,5
Ячмень 65-68 7-18 5-7 11-13 2,5-5,0
Овес 61-65 23-45 2,5-4,0 4-6 3-4
Кукуруза 61-77 0 7-14 7-9 8-15
Тритикале 80-83 0 7-9 9-11 2-3
Таблица 2.2
Средний химический состав зерна злаков, % на СВ
Культура Крахмал Сахароза Целлю- лоза Гемицел- люлоза и другие углеводы Белки Жир Минераль- ные веще- ства
Пшеница 60 4,3 2,8 8,0 16 1,9 2,2
Кукуруза 70 3,0 2,1 7,0 10 4,6 2,0
Рожь 65 5,0 2,2 10,0 13 1,7 1,3
Овес 45 2,0 14,0 13,0 12 5,5 3,8
Ячмень 55 40 6,0 11,0 12 2,0 3,5
Рис 63 3,6 12,0 1,5 7 2,3 6,0
Просо 58 3 8 11.0 2,0 12 4,6 4,0
Тритикале 62 4,7 2,7 8,3 14 1,7 1,8
49
Требования к качеству зерна в спиртовом производстве. Спирто-
вая промышленность перерабатывает зерно по двум направлени-
ям: на солод для осахаривания крахмала, для водно-тепловой об-
работки и дальнейшей переработки.
Для производства солода применяют ячмень, овес, просо,
рожь и тритикале. В здоровом состоянии зерно этих культур
не греется и имеет цвет и запах, свойственные нормальному
зерну. Требования к качеству зерна, используемого на солод,
указаны в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Требования к качеству зерна, используемого на солод
Показатель Рожь Ячмень Овес Просо Тритикале
Влажность, %, не более Содержание сорной при- меси, %, не более В том числе: вредная гелиотроп опушенно- плодный и триходес- ма седая Содержание зерновой примеси, %, не более Энергия прорастания, %, не менее Зараженность вредителя- ми хлебных запасов 15,5 15,5 16,0 15,0 15,5 2,0 2,0 2,0 3.0 2,0 0,2 0,2 0.2 0,2 0,2 Не допускается 3,0 3,0 3,0 4,0 3,0 92 92 90 86 92 Не допускается, кроме зараженности клещом не выше 1 степени
Для водно-тепловой обработки качество зерна не регламенти-
руется. Для получения спирта высокого качества с максимальным
выходом желательно использовать здоровое зерно с высокой крах-
малистостью. Иногда перерабатывают и дефектное зерно. Разли-
чают четыре степени дефектности зерна:
первая — зерно с солодовым запахом;
вторая — зерно с плесенно-затхлым запахом;
третья — зерно с гнилостно-затхлым запахом и заметным про-
цессом разложения;
четвертая — зерно с изменившейся почерневшей оболоч-
кой, которое подвергалось самосогреванию при высокой тем-
пературе.
Требования к качеству ячменя для пивоварения. В России
распространен главным образом яровой ячмень. Ячмень для
пивоварения в зависимости от качества делится на два класса
в соответствии с требованиями и нормами, указанными в
табл. 2.4.
50
Таблица 2.4
Требования к качеству ячменя для пивоварения
Показатель Норма для класса
первого второго
Светло-жел- Светло-жел-
Цвет тый или жел- тый тый, желтый или серовато- желтый
Запах Свойственный нормальному зерну ячменя (без затхлого запаха солода, плесенного и без посторонних запахов)
Состояние Здоровый, негреющийся
Влажность, %, не более 15,0 15,5
Содержание белка, %, не более 12,0 12,0
Содержание сорной примеси, %, не более В том числе: 1.0 2,0
вредная 0,2 0,2
гелиотроп опушенноплодный и триход ее ма седая Не допускается
Содержание зерновой примеси, %, не более 2,0 5,0
Содержание мелких зерен, %, не более 5,0 7,0
Крупнота, %, не менее 85,0 60,0
Энергия прорастания, %, не менее (для зерна, поставляемого не ранее чем за 45 дней после его уборки) 95,0 90,0
Жизнеспособность, %, не менее (для зерна, по- ставляемого ранее чем за 45 дней после его уборки) 95,0 95,0
Зараженность вредителями хлебных запасов Не допускается, кроме зара- женности клещом не выше I степени
Наилучшие сорта пивоваренного ячменя имеют пленчатость не
более 10 %, содержание крахмала не менее 60 %, а экстрактив-
ность не ниже 75 % на сухое вещество.
Хранение. Различают три основных способа хранения зерна в
хранилищах: напольное, в закромах и силосах.
При напольном хранении зерно размещают насыпью или в
таре непосредственно на полу зернохранилища. Закромный спо-
соб характеризуется тем, что зерно хранится в отгороженном мес-
Iе зернохранилища в ящике с разборными стенками высотой
’->~2,5 м. Наиболее распространен силосный способ Силос —
то емкость прямоугольной, квадратной или круглой формы, у ко-
торой высота стен в 1,5 и более раза больше, чем размеры в плане,
Дно, как правило, конусное. Силосы оборудованы механизмами
51
для приема, перемещения, взвешивания, очистки и сортирования
зерна, вентиляционными и аспирационными установками. Сило-
сы строят из железобетона высотой 20—35 м и диаметром 6—9 м.
Зимой температура хранения зерновой массы равна температуре
наружного воздуха или превышает ее не более чем на 2—3 °C.
Летом температура в массе зерна не должна превышать 20 °C.
Различают хранение зерновой массы в сухом и охлажденном со-
стояниях, при усиленном обмене воздуха в межзерновом про-
странстве. Жизнедеятельность зерна зависит от его влажности и
температуры. Влажность зерна, при которой в клетках появляется
свободная влага и в зерне отмечается резкое усиление дыхатель-
ных процессов, называется критической. Величина критической
влажности у зерновых культур различна и находится в следующих
пределах (%): у ячменя, ржи, пшеницы, тритикале 14,5—15,5; ку-
курузы 13—14; проса 12—13.
Зерно влажностью 14,0—15,5 % не содержит свободной влаги,
поэтому энергия дыхания его незначительна. Такое зерно может
храниться длительное время высоким слоем. Влажное зерно (бо-
лее 16,0%) отличается повышенной энергией дыхания. Такое
зерно перед закладыванием на хранение подсушивают, охлажда-
ют или промораживают. Подсушивание зерна проводят при тем-
пературе не выше 40—45 °C, чтобы не повредить всхожесть. Сис-
тематически при хранении проверяют температуру и влажность
зерновой массы, чтобы предотвратить самосогревание. Для под-
держания необходимых условий зерно перекачивают из силоса в
силос или активно вентилируют, если температура или влаж-
ность повышаются.
2.2. КАРТОФЕЛЬ
Картофель принадлежит к семейству пасленовых и относится
к группе корнеплодов. Это лучший вид сырья для производ-
ства спирта. Из картофеля с 1 га посевной площади получают в
2—3 раза больше крахмала, а следовательно, и спирта по сравне-
нию с зерном. При переработке картофеля получают более высо-
кий выход спирта, чем из крахмала зерна.
Химический состав. Зависит от сорта, способов возделывания,
почвенно-климатических условий, длительности и условий хране-
ния. Средний химический состав картофеля (%): вода — 76,0; су-
хие вещества — 24,0, в том числе крахмал — 17,9, сахара —0,8;
пентозаны и пектиновые вещества — 1,5; целлюлоза — 1,0; азотис-
тые вещества — 2,0; карбоновые кислоты — 0,6; жир — 0,1, мине-
ральные вещества— 1,0; прочие —0,6.
Содержание крахмала в картофеле колеблется в широких пре-
делах (от 8 до 30 %). Из сахаров в картофеле содержатся сахароза,
глюкоза и фруктоза.
52
Азотистые вещества картофеля представлены белками, ами-
нокислотами, амидами и азотистыми основаниями. Отноше-
н белкового азота к небелковому в клубнях обычно составля-
ет 2:1 или 1:1.
Клеточный сок картофеля имеет слабокислую реакцию (pH
с 6—6,2), обусловленную наличием карбоновых кислот (лимонной,
яблочной, щавелевой). В картофеле содержатся витамины.
Требования к качеству. Согласно ГОСТ 6014 качество картофе-
ля поставляемого на завод, характеризуется следующими пока-
зателями: клубни должны быть здоровыми, сухими, размером по
наибольшему поперечному диаметру не менее 30 мм. Содержа-
ние клубней с механическими повреждениями должно быть не
более 2 %, мелких (по наибольшему поперечному диаметру от 20
до 30 мм) — не более 5 %; наличие прилипшей к клубням зем-
ли _ не более 1,5 %. Не допускаются клубни раздавленные, под-
мороженные и мороженые, пораженные мокрой, кольцевой и
пуговичной гнилью. Содержание клубней, пораженных сухой
гнилью, фитофторой и железистой пятнистостью, должно быть
не более 2 %. Наличие соломы, ботвы и других посторонних при-
месей не допускается.
Хранение. Картофель хранят в буртах и траншеях при темпера-
туре 2—4 °C, влажности воздуха 80—85 % при аэробных условиях.
Для этого необходимо регулярное вентилирование, так как даже
кратковременное пребывание картофеля в анаэробных условиях
приводит к его порче.
2.3. СВЕКЛОСАХАРНАЯ МЕЛАССА
Свеклосахарная меласса является вторичным продуктом свек-
лосахарного производства. Выход ее составляет 3—5 % от массы
переработанной свеклы. Меласса представляет собой темно-ко-
ричневый сиропообразный продукт с относительной плотностью
1,35—1,40. Мелассу используют в качестве основного сырья для
получения этанола, хлебопекарных дрожжей, глицерина, молоч-
ной и лимонной кислот.
Химический состав Состав мелассы зависит от качества свеклы,
поступающей на сахарный завод, длительности ее хранения и ус-
ловий переработки. Средний химический состав мелассы (%):
вода — 18—25; сухие вещества — 75—82, в том числе сахароза —
50, инвертный сахар — 0,4—1,5, раффиноза — 0,5—3,0; азотсо-
держащие вещества— 1,2—2,2; минеральные вещества — 7,0—8,5;
несахара — 16,8—20,9. Доброкачественность мелассы 55—62 % (это
отношение сахара к общему содержанию сухих веществ, выражен-
ное в процентах).
Основная масса азотистых веществ представлена бетаином и
минокислотами. Содержание белкового, амидного и минераль-
53
ного азота в мелассе незначительно. Дрожжи полностью усваивают
аминокислоты и амиды кислот, а бетаин лишь на 5 %. Поэтому из
общего азота мелассы дрожжами потребляется лишь 30—35 %.
В мелассе содержатся такие органические соединения, как ме-
ланоидины, карамели, фурфурол, гуминоподобные вещества, кар-
боновые кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая и др.) и их
соли, которые угнетающе действуют на дрожжи.
Для мелассы характерна высокая зольность. Минеральные соеди-
нения представлены солями калия, натрия, магния, железа, алюми-
ния, угольной, серной и других кислот. Фосфор в мелассе находится
в незначительном количестве. В мелассе содержатся витамины В1;
В2, Be, РР, пантотеновая и фолиевая кислоты, биотин.
Свежая меласса имеет щелочную реакцию, но под воздействием
микроорганизмов приобретает кислую реакцию. Микрофлора ме-
лассы многочисленна, разнообразна и изменчива. Она представле-
на бактериями, дикими дрожжами и дрожжеподобными грибами.
В 1 г нормальной по качеству мелассы содержится от 1000 до 10 000
микробных клеток. В натуральной мелассе с содержанием сухих ве-
ществ 75—82 % микроорганизмы содержатся в нежизнедеятельном,
плазмолизированном состоянии. Но при разбавлении мелассы во-
дой они начинают активно размножаться, потребляя сахар и накап-
ливая продукты метаболизма, которые угнетают жизнедеятельность
культурных микроорганизмов, что приводит к снижению выхода и
качества получаемой готовой продукции. Поэтому инфицирован-
ную мелассу подвергают обеззараживанию.
Требования к качеству. Нормальная меласса должна содержать
(%): сухих веществ не менее 75, сахаров не менее 45, инвертного са-
хара не более 0,5, общего азота не менее 1,3, диоксида серы не более
0,05, пеногасителей не более 0,5; иметь pH не ниже 6,8, цветность не
более 2 см3 раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм3 на 100 см3
1%-го раствора мелассы, обсемененность не более 10000 клеток в 1 г
мелассы. Меласса, не отвечающая указанным требованиям, является
неполноценной. В зависимости от вида дефекта выбирают соответ-
ствующий технологический режим ее переработки.
Хранение. Мелассу транспортируют на заводы в железнодорож-
ных или автомобильных цистернах, из которых ее сливают в при-
емные сборники, взвешивают и перекачивают в закрытые ци-
линдрические стальные резервуары вместимостью 500—5000 т на
хранение. Дефектную мелассу хранят отдельно и перерабатывают
в первую очередь
2.4. ВИНОГРАД
Виноград относится к роду деревянистых растений — лиан се-
мейства виноградных, цепляющихся при помощи усиков. Соцве-
тие представляет сложную кисть, разрастающуюся после опло-
54
отворения цветков. Плоды винограда — сочные ягоды, собран-
д0 в сложную кисть, которая называется гроздью. Виноград ис-
Поль ется в бродильном производстве для получения виноград-
ных вин. коньяков и виноградного сока.
Строение грозди. Гроздь винограда состоит из гребненожки
(ножки), гребня и ягод, характеризующих строение виноград-
ной грозди и ее технологические свойства Величина и форма
грозди зависят от сорта винограда и внешних условий. По фор-
ме грозди могут быть цилиндрическими, коническими, цилин-
дроконическими, яйцевидными, ветвистыми и др. Длина гроз-
ди лежит в пределах 60—300 мм. Средней считается гроздь раз-
мером 130—180 мм. Ширина грозди колеблется от 50 до 190 мм.
Масса грозди варьирует в широких пределах в зависимости от
сорта винограда и экологических факторов: минимальная —
40 г, максимальная — 750 г.
Для характеристики винограда как сырья существенное значе-
ние имеет механический состав грозди, под которым понимают со-
отношение в ней отдельных структурных элементов: ягод, гребней,
кожицы, мякоти и семян. Они существенно различаются по строе-
нию, химическому составу и физико-механическим свойствам.
Каждый из них оказывает влияние на технологические режимы пе-
реработки и качество изделий. О степени варьирования основных
показателей механического состава дают представление следующие
средние данные (% от массы грозди): гребни — 1—8,5, кожица —
0,9—24,1, семена —0,1—8, мякоть с соком —71—95.
Химический состав. Ценной частью грозди являются ягоды, со-
держащие высокосахаристый сок, из которого получают напитки.
Сок виноградных ягод содержит 55—87 % воды, 10—30 — сахаров,
0,5—1,7 — органических кислот, 0,15—0,9 — белковых, 0,1 —1,3 —
пектиновых и 0.1—0,5 % минеральных веществ. Виноградная яго-
да состоит из кожицы, мякоти и семян. Кожица занимает пример-
но 10 % от массы ягоды. В ее состав входят клетчатка, вода, танин,
органические кислоты и красящие вещества. Красящие вещества
плохо растворяются в виноградном сусле при обычной температу-
ре, но при нагревании свыше 45—50 °C растворимость их повыша-
ется. Они хорошо растворяются в спирте, что учитывается в вино-
делии. Так, при получении белого вина из красного винограда ко-
жицу от сока отделяют до начала брожения, т. е. до образования
спирта.
Мякоть составляет около 87 % от массы ягоды. Мякоть содер-
жит 75—80 % воды, 18—25 — сахаров, 0,30—0,45 — свободных кис-
лот, 0,5—0,7 % кислого виннокислого калия, а также азотистые и
минеральные вещества, эфирные масла и липиды.
Семена составляют около 3 % от массы ягоды. Они содержат
клетчатку, танин, виноградное масло, смолистые вещества с край-
е неприятным вкусом, который передается вину, если при раз-
авливании винограда были раздавлены также и семена.
55
Виноград считается одним из самых сладких плодов: содер-
жание сахаров в нем достигает 32 % и более. Основными сахара-
ми являются глюкоза и фруктоза. Органические кислоты пред-
ставлены в винограде главным образом винной и яблочной.
Кислоты находятся в соке винограда в свободном состоянии
или в виде кислых солей. Титруемая кислотность виноградного
сусла колеблется в среднем от 3,5 до 14,5 г кислоты в 1 дм3, а
pH — от 2,5 до 3,8. В ягодах винограда находятся ароматические
вещества и витамины.
Сбор урожая. Виноград собирают в период технической зрелос-
ти, когда в нем достигается необходимое для производства вина
содержание сахаров и кислот. Время сбора винограда определяет-
ся по так называемому глюкоапидометрическому показателю сус-
ла С/К, т. е. по отношению количества сахаров С (%) к титруемой
кислотности К (г/дм3). В ходе созревания винограда этот показа-
тель увеличивается. Для каждого типа вина сушествует свой срок
сбора винограда, когда состав и соотношение частей ягоды наибо-
лее благоприятны. Продолжительность периода сбора и перера-
ботки винограда обычно составляет 15—20 сут. За это время состав
сока ягод винограда по основным показателям удерживается в
требуемых пределах.
Если виноград созревает равномерно, проводят сплошной
сбор, при большой неравномерности созревания сбор должен
быть выборочным. Сбор винограда должен быть доставлен на пе-
реработку на винзавод не позднее чем через 4 ч после сбора, так
как вытекающий из поврежденных ягод сок легко подвергается
брожению и закисанию.
2.5. ХМЕЛЬ
Хмель — вьющееся многолетнее растение семейства тутовых,
подсемейства коноплевых. Двудомное растение: мужские и жен-
ские цветы находятся на различных растениях. Разводится хмель
исключительно для получения женских неоплодотворенных соцве-
тий, которые используются в пивоварении. Хмель придает пиву
приятные специфические горький вкус и аромат, повышает биоло-
гическую стойкость, ценообразование и пеностойкость
Женские соцветия хмеля представлены хмелевыми шишками.
К моменту созревания хмеля в шишках появляются желто-зеле-
ные с сильным блеском клейкие шарики, содержащие зернышки
лупулина (лупулин — самая ценная составная часть хмеля, содер-
жащая ароматические и горькие вещества).
Уборку хмеля проводят в период технической зрелости, когда
шишки хмеля закрыты, упруги, имеют золотисто-зеленый цвет и
сильный аромат. С наступлением физиологической зрелости они
раскрываются, зерна лупулина высыпаются и теряют ценные ве-
56
шества. Свежеубранный хмель содержит 75—80 % воды. После
уборки его сразу высушивают в хмелесушилках нагретым воздухом
при температуре 25—30 °C до влажности 9—10%. Далее хмель под-
ергают отлежке, сульфитации для подавления развития микроор-
ганизмов. Затем хмель прессуют и упаковывают в тканевые меш-
ки, стальные оцинкованные цилиндры.
Хранят хмель в сухом темном помещении с искусствен-
ным охлаждением на решетчатых стеллажах при температуре
1-3 °C.
Химический состав. Средний химический состав хмеля (%):
вода —9—14; горькие вещества — 12—22; эфирные масла — 0,4—2,0;
полифенольные вещества — 2—8; целлюлоза — 10—17; углеводы —
2—4; азотистые вещества — 13—24; пектиновые вещества — 5—15;
минеральные вещества — 7—10.
Для пивоварения наибольшее значение имеют горькие и поли-
фенольные вещества и эфирные масла.
Горькие вещества представлены в хмеле мягкими и твер-
дыми смолами. Мягкие смолы — это а-кислота (гумулон),
Р-кислота (лупулон), а- и p-смолы, у-кислота (гумулион),
о-кислота (гулупон), а также p-фракция (сумма р-кислот и
мягких смол).
Твердые смолы разделяют на у- и о-смолы. Горькие кислоты
состоят из смеси гомологов, отличающихся друг от друга структу-
рой, т. е. боковой цепью у углеродного атома.
Для пивоварения наибольшую ценность представляет а-кисло-
та, обеспечивающая 90 % горечи пива. Содержание а-кислоты в
отечественных сортах хмеля 2,5—5,5 %, в зарубежных — 3,5—9,5 %
на сухое вещество.
Эфирные масла представляют собой сложную смесь углево-
дородов терпенового ряда (65—75 %) и кислородсодержащих
соединений (25—35 %). Важнейшие терпеновые углеводороды —
монотерпены и сесквитерпены. В состав кислородсодержащих
фракций хмеля входят в небольших количествах сложные эфиры
карбоновых кислот, альдегиды, кетоны, спирты, кислоты, также
влияющие на аромат пива. Температура кипения компонентов
эфирного масла от 49 до 14ГС. Распространено мнение, что для
получения пива с приятными горечью и ароматом в хмелевом
масле должно быть больше сесквитерпенов и меньше мирцена
(монотерпена)
Полифенольные вещества благоприятно влияют на фор-
мирование вкуса пива, способствуют выделению высоко-
молекулярных белковых веществ, повышая коллоидную стой-
кость пива.
Требования к качеству Прессованный хмель должен соот-
ветствовать требованиям ГОСТа, основные положения которого
представлены в табл. 2.5.
57
Требования ГОСТа к прессованному хмелю
Таблица 25
Показатель Норма
базисная ограничительная
Цвет
От светло-желто-зеле-
ного до золотисто-зе-
леного, шишки могут
быть с покрасневши-
ми кончиками лепест-
ков
Зеленый, желтовато-
зеленый, зеленовато-
желтый, желтый с ко-
ричневыми пятнами,
бурый
Содержание а-кислоты в пере-
счете на абсолютно сухое веще-
ство, %, не менее
Количество примесей, %,
не более:
для машинного сбора
ручного сбора
Содержание золы в пересчете на
абсолютно сухое вещество, %,
не более
Содержание влаги, %
Содержание семян, %, не более
Общее количество оксида серы
(IV) в пересчете на абсолютное
сухое вещество, %, не более
3,5
2.5
10
5
14
13 Не более 13
и не менее 11
- 4
- 0,5
Запах должен быть хмелевой. Не разрешается использовать
хмель с прелым, затхлым, дымным, сырным, валериановым и
другими посторонними запахами, а также хмель, пораженный
плесенью, вредителями и болезнями, с содержанием посторонних
(не хмелевых) примесей.
Хмелевые препараты. Для сохранения ценных компонентов
хмеля и более эффективного применения его в пивоварении стали
вырабатывать хмелевые порошки и экстракты. По сравнению с
хмелем в шишках эти продукты имеют следующие преимуще-
ства: повышается использование горьких веществ при хранении;
уменьшаются расходы на транспортирование и т. д. Поэтому в ми-
ровой практике применяют 30 % гранулированного хмеля, 30 %
экстрактов хмеля и только 40 % хмеля в шишках.
В нашей стране разработана технология получения молотого
брикетированного и гранулированного хмеля, а также изомеризо-
ванных и неизомеризованных экстрактов хмеля. Молотый брике-
тированный и гранулированный хмель готовят путем сушки и из-
мельчения сырья, прессования и брикетирования или прессова-
ния и гранулирования с последующей упаковкой в полимерную
пленку под вакуумом.
58
Молотый брикетированный и гранулированный хмель I и
II сортов содержит соответственно не менее 3,5 и 3,0 % сх-кислоты
к массе сухих веществ.
Хмелевой изомеризованный экстракт получают периодически-
ми способами (прессовым или диффузионным) посредством од-
ноступенчатой экстракции хмеля этанолом. Хмелевой экстракт
вырабатывают трех сортов. Экстракты содержат соответственно
30 28 и 27 % сухих веществ и 25, 23 и 21,5 % общих горьких ве-
ществ. Содержание сх-кислоты в экстракте составляет 20—25 % от
общего количества горьких веществ.
2.6. ВОДА
Предприятия бродильной промышленности расходуют значи-
тельное количество воды. Вода используется на технологические и
технические цели. Вода, применяемая на технологические нужды,
оказывает большое влияние на технологические процессы и каче-
ство готовой продукции. Она должна удовлетворять требованиям
ГОСТ 2874 на питьевую воду, быть безопасна в экологическом от-
ношении, безвредна по химическому составу и органолептичес-
ким показателям.
По микробиологическим показателям питьевая вода должна
соответствовать следующим требованиям: число микроорганизмов
в 1 см3 воды должно быть не более 100; число бактерий группы
кишечная палочка в 1 дм3 воды (колииндекс) — не более 3.
Концентрация химических веществ в питьевой воде не должна
превышать нормативов, представленных в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Допустимые концентрации химических веществ в питьевой воде
Показатель Норматив
Водородный показатель (pH) Содержание, мг/дм3, не более: 6,0-9,0
сухого остатка хлоридов (СГ) сульфатов (SO?-) цинка (Zn2+) меди (Си2+) полифосфатов остаточных ( РО?- ) марганца (Мп2+) 4 железа (Fe2+) свинца (РЬ2+) алюминия (А13+) мышьяка (As2+) нитратов (NOT ) Общая жесткость/мг экв/дм3, не более 1000 350 500 5,0 1,0 3,5 0,1 0,3 0,03 0,5 0,05 45,0 7,0
59
Прежде всего вода должна быть прозрачной, бесцветной, при-
ятной на вкус, не иметь посторонних запахов и привкусов. Кроме
того, в каждом бродильном производстве предъявляются индиви-
дуальные требования к жесткости, щелочности, окисляемости и
содержанию сухого остатка.
Различают жесткость общую, карбонатную и некарбонатную.
Общая жесткость воды обусловлена содержанием в ней общего
количества ионов кальция и магния. Карбонатной жесткостью
воды называют жесткость, которая характеризуется наличием в
воде гидрокарбонатов кальция и магния. При кипячении они пре-
вращаются в карбонаты и выпадают в осадок. Некарбонатная жес-
ткость объясняется наличием в воде хлоридов, сульфатов и дру-
гих солей кальция и магния, которые при кипячении в осадок не
выпадают. Общая жесткость равна сумме карбонатной и некарбо-
натной жесткости. Один миллиграмм-эквивалент (1 мг • экв.) жес-
ткости соответствует содержанию в 1 дм3 воды 20,04 мг иона каль-
ция или 12,16 мг иона магния.
Вода, имеющая показатель жесткости 1 — 1,5 мг экв/дм3, счи-
тается очень мягкой; 1,5—3 — мягкой; 3—6 —средней жесткости;
6—10 — жесткой; свыше 10 мг • экв/дм3 — очень жесткой.
Окисляемостью воды называют способность веществ, содержа-
щихся в воде, реагировать с окислителями. Величину окисляемос-
ти выражают количеством миллиграммов кислорода, которое не-
обходимо для окисления веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.
Окисляемость характеризует степень загрязнения воды органичес-
кими веществами. Показатель окисляемости питьевой воды дол-
жен быть не выше 3 мг О2/дм3.
К воде, используемой в бродильной промышленности на техно-
логические цели, предъявляются дополнительные требования.
Для спиртового производства нежелательна вода с высокими
карбонатными жесткостью и щелочностью. Процессы водно-теп-
ловой обработки, осахаривания и спиртового брожения протекают
быстрее и полнее в кислой среде при pH 5,0—5,5. Нейтральная и
слабощелочная реакции способствуют развитию кислотообразую-
щих бактерий.
Высокая карбонатная жесткость воды, используемой для зама-
чивания зерна при приготовлении солода, задерживает прораста-
ние зерна, а применение такой воды при приготовлении солодово-
го молока снижает активность амилолитических ферментов.
Высокая карбонатная жесткость воды повышает расход кисло-
ты на подкисление мелассы.
На спиртовых заводах при высокой бактериальной загряз-
ненности воду обеззараживают хлорной известью или газо-
образным хлором.
В ликероводочном производстве чрезвычайно важное значение
имеют жесткость, щелочность воды и ее солевой состав Общая
жесткость воды для приготовления ликероводочных изделий не
60
должна превышать при использовании естественной 1 мг • экв/дм3
и умягченной воды 0,2 мг • экв/дм3. Более жесткая вода непригод-
на для приготовления крепких напитков, так как при смешивании
со спиртом растворенные в воде соли кальция и магния понижают
свою растворимость и выпадают в осадок, вследствие чего водно-
спиртовая смесь становится мутной.
На вкус и стойкость ликероводочных изделий влияют солевой
состав и щелочность воды. В используемой неумягченной воде су-
хой остаток должен быть не выше 500 мг/дм3, щелочность — не
более 4,0 см3 0,1 М НО на 100 см3 воды.
Для производства безалкогольных напитков наилучшей считает-
ся мягкая вода общей жесткостью не более 1,5 мг - экв/дм3 с мини-
мальной щелочностью, чтобы обеспечить необходимую кислот-
ность изделий при минимальном расходе лимонной кислоты.
Вода, используемая в пивоварении, должна иметь pH в преде-
лах 6,8—7,3, общую жесткость не более 5—6 мг • экв/дм3, окисляе-
мость не выше 2 мг/дм3 и сухой остаток не более 600 мг/дм3.
Для светлых сортов пива требуется более мягкая вода общей
жесткостью до 1 — 1,5 мг • экв/дм3. Содержание в воде ионов ка-
лия, натрия, сульфатов, хлоридов и других катионов и анионов не
должно превышать их пороговых концентраций, т. е. тех мини-
мальных количеств, при которых становится ощутимым их влия-
ние на вкус.
Ионный состав воды не должен повышать pH производствен-
ных сред, в которых протекают биологические процессы. Для ха-
рактеристики этого свойства воды надежным критерием является-
отношение ионов кальция к общей щелочности воды, которое
должно быть не ниже единицы.
2.6.1. СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ
ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ* ЦЕЛЕЙ
Если вода не отвечает требованиям данного производства, ее
подвергают соответствующей подготовке для удаления нежела-
тельных примесей. С целью улучшения качества воды применя-
ют следующие основные способы ее подготовки: отстаивание и
фильтрование, коагуляцию, дезодорирование, обезжелезивание,
умягчение, деминерализацию и обеззараживание.
Отстаивание и фильтрование. Для освобождения воды от взве-
шенных частиц ее подвергают отстаиванию или фильтрованию.
Отстаивание осуществляют в резервуарах. Более распространен-
ным способом освобождения от взвешенных частиц является
фильтрование. В качестве фильтрующих материалов применяют
кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит.
Коагуляция. Некоторые воды загрязнены минеральными и
органическими примесями в коллоидно-дисперсном состоянии,
61
которые не задерживаются при фильтровании. Наиболее типич-
ными из этих примесей являются кремниевая кислота, ее соли и
гуминовые вещества В этом случае воду обрабатывают вещества-
ми, которые вызывают укрупнение коллоидных частиц и выпаде-
ние их в осадок. Такой процесс называется коагуляцией, а приме-
няемые для коагуляции вещества — коагулянтами.
В качестве коагулянтов применяют сульфаты алюминия и же-
леза. В водном растворе сульфат алюминия подвергается гидроли-
зу с образованием гидроксида алюминия и серной кислоты:
AI2(SO4)3 + 6Н2О 2А1(ОН)3 +3H2SO4.
Положительно заряженные ионы гидроксида алюминия сни-
жают электрический потенциал, создаваемый отрицательно заря-
женными коллоидными частицами кремниевой кислоты и гуми-
новых веществ, содержащихся в воде, в результате чего происхо-
дит их коагуляция.
Хлопья гидроксида алюминия и скоагулированные коллоиды
имеют сильно развитую поверхность, способную сорбировать
растворимые органические вещества, благодаря чему вода обес-
цвечивается и освобождается от неприятного привкуса.
Если в качестве коагулянта используется железный купорос
FeSO4 7Н2О, то сульфат железа в присутствии бикарбонатов и
кислорода дает следующие реакции:
FeSO4 + 2НСО3 <=> Fe(OH)2 + 2CO2+SOj-;
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3.
Коагуляция гидроксидом железа по сравнению с коагуля-
цией гидроксидом алюминия протекает быстрее, так как гид-
роксид железа имеет плотность в 1,5 раза больше, чем гид-
роксид алюминия.
Для ускорения процесса коагуляции и снижения расходов
коагулянтов к воде добавляют вещества, называемые флокулянта-
ми, одним из которых является полиакриламид. Коагуляцию при-
месей воды проводят в резервуарах с мешалкой. Обработанную
коагулянтом воду подвергают фильтрованию.
Дезодорация. Обработка воды, устраняющая неприятные запа-
хи и привкусы, обусловленные различными примесями, называ-
ется дезодорацией. Самые распространенные способы дезодора-
ции воды — озонирование и обработка активным углем. При об-
работке воды путем фильтрования через слой активного угля уст-
раняются запах и привкусы воды, снижаются ее цветность и
окисляемость.
Обезжелезивание. Вода со значительным содержанием железа
имеет неприятные вкус и запах. Железо выпадает в осадок
62
Методы обезжелезивания предусматривают фильтрование воды
через фильтры с кварцевой загрузкой без добавления реагентов
или с дополнительной обработкой кварцевого песка модифициру-
ющими реагентами.
Безреагентный способ основан на особенности воды, содер-
жащей соединения железа и растворенный кислород, при фильт-
ровании через зернистый слой выделять железо на поверхности
зерен с образованием каталитической пленки из оксидов двух- и
трехвалентного железа. Эта пленка активно интенсифицирует
процесс окисления и выделения из воды трехвалентного железа,
задерживаемого фильтром в виде гидроксида железа. Данный
способ обезжелезивания рекомендуется применять при общем
содержании железа до 10 мг/дм3, в том числе трехвалентного не
менее 50 %, при окисляемости 6—7 мг О2/дм3 и щелочности
больше единицы
Если безреагентный способ не дает желаемых результатов, то
кварцевый песок дополнительно обрабатывают модифицирующи-
ми реагентами Сущность обработки заключается в нанесении на
поверхность кварцевого песка пленки из гидроксида железа, ди-
оксида железа и диоксида марганца, катализирующих процесс
обезжелезивания воды. Для обезжелезивания воды используются
песочные фильтры ШЗ-ВФА и фильтры «Аква-электроника».
Умягчение. Наиболее распространенный способ умягчения
воды — ионообменный. При этом способе достигается не толь-
ко умягчение, но и удаление нежелательных примесей. Метод
основан на способности некоторых труднорастворимых веществ
поглощать из растворов одни катионы или анионы и отдавать
взамен другие. К ионитам относятся цеолиты, глауконит, орга-
нические вещества в виде синтетических смол и сульфитиро-
ванные угли
По характеру активных групп иониты подразделяют на ка-
тиониты и аниониты. Катиониты имеют кислотный характер и
обладают способностью обменивать ионы водорода или другие
положительно заряженные ионы на ионы металлов (катионы).
Аниониты имеют основной характер и способны обменивать гид-
роксильные ионы или другие отрицательно заряженные ионы на
кислотные остатки (анионы).
В практике очистки воды часто используют Н+- и \а+-кати-
ониты. В зависимости от катиона этот процесс называют Н-ка-
тионированием и Na-катионированием. При Н-катионировании
повышается кислотность воды, а при Na-катионировании увели-
чивается щелочность фильтрата, если в исходной воде содержа-
лась карбонатная жесткость. Это объясняется тем, что при такой
обработке воды образовавшийся гидрокарбонат натрия гидроли-
Уется с образованием гидроксида натрия:
NaHCO3 + Н2О <=* NaOH + H2CO3.
63
Если обозначить комплекс ионита через R, то реакции ионо-
обмена в жесткой воде могут быть выражены следующими урав-
нениями:
Na2[R] + (Ca,Mg)(HCO3)2 <=! (Ca,Mg)[R] + 2NaHCO3;
Na2[R] + (Ca,Mg)SO4 (Ca,Mg)[R] +Na2SO4;
Na2[R] + (Ca,Mg)Cl2 (Ca,Mg)[R| + 2NaCl.
Ионы Na+, K+, Ca2+, Mg2+ и др. могут быть заменены в ка-
тионите ионом водорода. В этом случае катион из раствора обме-
нивается на ион водорода (Н-катионирование) с образованием
свободной кислоты:
2H[R] + (Ca,Mg)Cl2 (Ca,Mg)[R] +2НС1.
Реакции ионообмена обратимы.
В процессе фильтрования воды через катионитовые филь-
тры обменная способность катиона постепенно уменьшается.
Для ее восстановления Na-катионит регенерируют пропусканием
8—10%-го раствора хлорида натрия (поваренной соли), а Н-ка-
тионит —4—5%-го раствора соляной кислоты.
Катиониты применяют преимущественно для умягчения
воды, обладающей небольшой жесткостью (до 7 мг • экв/дм3), а
также для удаления некоторых примесей, содержащихся в не-
Рис. 2.2. Схема водоумягчительной ус-
тановки с катионитовыми фильтрами:
7 и 2 — баки для отмывочной воды и отра-
ботанного раствора соли; 3 — катионитовые
фильтры; 4 — солерастворитель; 5 — сбор-
ный бак для умягченной воды; 6— центро-
бежный насос
больших количествах, например
железа. При этом ионы железа
обмениваются на ионы каль-
ция — катионита.
На рис. 2.2 приведена схема
водоумягчительной установки с
катионитовыми фильтрами. Умяг-
чение воды на этой установке
осуществляется следующим обра-
зом. Вода проходит Na-катиони-
товые фильтры 3, поступает в
сборный бак 5 и посредством цен-
тробежного насоса 6 подается на
производство. Скорость фильт-
рования на катионитовых фильт-
рах колеблется от 5 до 20 м/ч.
Фильтры рассчитаны на рабочее
давление до 0,7 МПа.
По мере работы фильтра об-
менная способность катионита
снижается, а жесткость умяг-
ченной воды повышается, по-
64
этому ее контролируют через каждые 2 ч, а к концу работы
фильтра — через 1 ч.
Если средняя величина жесткости умягченной воды в сбор-
нике достигает 0,1—0,2 мг • экв/дм3, фильтр переключают на
регенерацию.
Перед регенерацией слой катионита взрыхляют, пропуская
воду снизу вверх со скоростью 20 м/ч. Взрыхление катионита про-
должается 10—15 мин и осуществляется отмывочной водой, посту-
пающей из бака 1. Взрыхленный катионит регенерируют раство-
ром поваренной соли, который подается из напорного солераство-
рителя 4. Отмывка катионита после пропускания раствора соли
производится раствором из бака 2. Для осветления раствора соли в
солерастворитель загружают кварцевый песок.
Регенерацию Na-катионитового фильтра проводят так, что-
бы раствор поваренной соли сменился в порах катионита не
менее Зраз. Расход хлорида натрия составляет 195—225 г на
1 г • экв поглощенных Са2+ и Mg2+. Стоимость умягченной во-
ды при подготовке воды определяется главным образом расхо-
дом поваренной соли.
Длительность всех операций по регенерации фильтра состав-
ляет 1,5—2 ч: взрыхление катионита обратным током воды—
10—15 мин, собственно регенерация — 20—25 мин; отмывка филь-
тра от неиспользованного раствора соли и от продуктов регенера-
ции — 30—50 мин. По окончании регенерации начинается новый
цикл очистки
Na-катионирование обеспечивает сильное умягчение воды
(жесткость фильтрата не превышает 0,05 мг • экв/дм3). Однако
этим методом невозможно снизить щелочность исходной воды.
Поэтому если требуется уменьшить щелочность умягченной воды,
применяют Na-катионирование с подкислением умягченной воды
или H-Na-катионирование.
Аниониты применяют для удаления из воды кислот и кислот-
ных остатков. На анионитовых установках происходит обмен
сильных кислот (SOi-, Cl-, NO/ ) на гидроксильные ионы (ОН-).
Регенерация анионитов производится 2%-м раствором каустичес-
кой соды.
Совместное использование катионитов позволяет осуществлять
деминерализацию воды и оптимизировать ее солевой состав. Спо-
соб деминерализации воды с помощью ионообменных смол при-
меним при жесткости воды от 0,5 до 17 мг • экв/дм3.
Деминерализация воды. Деминерализация воды осуществля-
ется в процессе фильтрования через ионообменные смолы —
катионит и анионит. Получение деминерализованной воды со-
стоит из следующих основных стадий: загрузки и подготовки
ионитов; очистки воды от ионов минеральных кислот и регене-
рации ионита.
65
Рис. 2.3. Технологическая схема деминера-
лизации воды:
7 — подогреватель; 2 и 4— сборники растворов
НС1 и NaOH; 3— сборник умягченной воды; 5,
6 и 7— соответственно катионитовая, аниони-
товая и угольная колонны: 8, 11 и 16— насосы:
9—промежуточный сборник воды; 10— сбор-
ник-нейтрализатор сточных вод; 12 и 15 — мер-
ники концентрированных растворов НС1 и
NaOH; 13 и 14— резервуары НС1 и NaOH
Работа ионитной установки
(рис. 2.3) заключается в после-
довательном пропускании воды
через катионитовый и аниони-
товый фильтры. В начале про-
цесса первые порции обессолен-
ной воды сливают в сборник и
используют их для промывки
ионитов.
В колонке, загруженной катионитом, через которую проходит
фильтрование воды сверху вниз, происходит обмен всех катионов,
присутствующих в воде, на ион водорода. Вода, прошедшая через
фильтр, уже не содержит карбонатных солей, которые превраща-
ются в свободную СО2, согласно уравнению реакции
+ NaHCO3 -> NaKaT -> + СО2 + Н2О.
Из нижней части катионитовой колонки вода поступает наверх
анионитовой колонки, где происходит обмен анионов сильных
кислот (SO^, Cl“, NO^) на гидроксильные ионы (ОН-) при ре-
генерации анионита каустической содой или ионы СО3~ при ре-
генерации кальцинированной содой.
Деминерализованная вода, выходящая из нижней части аниони-
товой колонны, собирается в сборник обессоленной воды.
Последние порции обессоленной воды перед остановкой
фильтра на регенерацию стекают в сборник воды для промыв-
ки ионита.
Жесткость обработанной воды после анионитового фильтра
должна быть 0,01—0,02 мг • экв/дм3. Ее контролируют в началь-
ный период работы ионитов через 3—4 ч, по мере срабатывания
катионита — через 1 ч и перед регенерацией — через 30 мин. При
нормальной работе вода после катионитового фильтра имеет pH
1,8—2,2, после анионитового фильтра — pH 6,5—6,9, щелоч-
ность — 0,2—0,3 см3 0,1 моль/дм3 НС1 на 100 см3 воды.
При истощении обменной емкости катионита pH повышается
до 2,5—3,0, щелочность после анионитового фильтра — до 2 см3
66
. моль/дм3 НС1 на 100 см3 воды и выше, хотя жесткость при этом
тается еще в пределах 0,01—0,02 мг • экв/дм3. В этом случае ка-
онитовую колонку необходимо направить на регенерацию, а к
™нионитовой колонке подключить катионитовую колонку, про-
шедшую регенерацию.
Весь процесс регенерации проходит в три стадии: взрыхле-
ние собственно регенерация и отмывка от регенерирующих
Р Взрыхление катионита осуществляется обратным потоком во-
допроводной воды снизу вверх колонки. Поток воды со скоростью
5_-7 м/ч приводит катионит во взвешенное состояние. При этом
происходит удаление из него механических загрязнений. По
окончании взрыхления (вода должна стать прозрачной) колонку
ставят на регенерацию.
Регенерацию катионита проводят путем пропускания через
колонку сверху вниз раствора соляной кислоты концентрацией
4—5 %. Для приготовления регенерирующего раствора использу-
ют деминерализованную воду и техническую соляную кислоту
I или II сорта концентрацией 27,5 %.
Регенерацию катионита ведут сначала отработанным раст-
вором соляной кислоты концентрацией 3—4 %, оставшимся
после предыдущей регенерации, который после использования
удаляют в канализацию, а затем свежеприготовленным раство-
ром соляной кислоты, который собирают в сборник отработан-
ной кислоты.
Регенерацию катионита проводят с периодической выдержкой
катионита в растворе кислоты 1—2 ч и более. Регенерация длится
около 8 ч.
Отмывку катионита ведут водопроводной водой, подавая ее
сверху вниз со скоростью 2—3 м/ч. В начале отмывки из колонны
вытесняется раствор кислоты, который собирают в сборник отра-
ботанной кислоты.
Когда концентрация кислоты в отходящих промывных водах
будет меньше 2 %, их сбрасывают в канализацию через нейтра-
лизатор сточных вод. Скорость подачи воды при этом увеличи-
вают до 5—10 м/ч. Длительность отмывки около 2 ч. Конец от-
мывки проверяют по жесткости воды (до 0,1 мг - экв/дм3) и зна-
чению pH (1,7—1,8).
Взрыхление анионита осуществляется деминерализованной
водой или водой, собранной в конце предыдущей промывки
анионита, снизу вверх. Использованная вода направляется в ка-
нализацию.
Регенерацию анионита проводят 2%-м раствором каустичес-
кой соды, приготовленным при температуре 50—60 °C из техни-
N СпгГ° гидР°ксида натрия с содержанием не менее 95—96 %
rnaU"’ иди 4,0—4,3%-м раствором кальцинированной соды, при-
товленным из технического карбоната натрия с содержанием не
67
менее 98 % NajCO3. В обоих случаях для приготовления реге-
нерирующего раствора используют деминерализованную воду.
После регенерации анионит будет соответственно в ОН- или
СО3~-форме.
При использовании раствора кальцинированной соды анионит
отмывается быстрее и меньше расходуется деминерализованной
воды. В начале процесса регенерации на колонку подается отрабо-
танный регенерационный раствор, собранный при предыдущей
регенерации.
Отработанный раствор щелочи после повторного использова-
ния спускают в канализацию. Затем на колонку подают свеже-
приготовленный раствор щелочи со скоростью 1 м/ч, который
после пропускания через анионитовый фильтр собирают в сбор-
ник отработанного раствора для повторного использования. За-
полнение фильтра регенерирующим раствором проводят периоди-
чески с выдержкой 0,5—1 ч. Полноту регенерации определяют по
разности концентраций входящего и выходящего раствора щело-
чи, которая должна быть не более 0,3—0,4 %. Регенерация длится
около 7 ч.
Отмывку анионита ведут деминерализованной водой или во-
дой, собранной при предыдущей отмывке, подавая ее сверху
вниз со скоростью 2—3 м/ч. В начале отмывки из колонки выте-
кает раствор каустической или кальцинированной соды (в объе-
ме, равном объему колонки), который собирают в сборник отра-
ботанного раствора. Последние порции промывной воды соби-
рают и используют для взрыхления анионита перед регенераци-
ей, а также для последующей отмывки. Анионит отмывают до pH
воды 7,0—7,3 и щелочности 0,3—0,4 см3 0,1 моль/дм3 НС1 на
100 см3 воды. После отмывки колонку подвергают эксплуатации.
Первые порции деминерализованной воды собирают в сборник
отмывочных вод.
Стабильность работы установки в значительной степени зави-
сит от своевременной остановки катионитового фильтра на реге-
нерацию. Недопустимо попадание катионов на анионитовый
фильтр. Если это по какой-то причине произойдет, необходимо
анионит обработать 2—2,5%-м раствором соляной кислоты, т. е.
закачать раствор и выдержать 3—4 ч, а затем промыть деминерали-
зованной водой и провести регенерацию сначала 2,5%-м, а затем
4%-м раствором NajCOa или NaOH. При необходимости эту опе-
рацию следует повторить.
В процессе деминерализации используют сильнокоррозион-
ные среды, в связи с этим трубопроводы должны быть изготов-
лены из винипласта, а катионитовые и анионитовые колонки —
из титана.
Сборники для деминерализованной воды и регенерирующих
растворов должны быть облицованы внутри винипластом. При
68
иготовлении раствора соляной кислоты следует использовать
кислотоупорные насосы.
Обратноосмотический способ подготовки воды. Если вода не от-
ечает технологическим требованиям одновременно по жесткос-
ти содержанию солей, органических веществ и прозрачности, це-
лесообразно для ее очистки использовать установки обратного ос-
моса. При работе этих установок используется явление осмоса,
т е. самопроизвольный переход растворителя через полупроница-
емую мембрану из области с меньшей концентрацией в более кон-
центрированный раствор. В связи с тем что осмотическое давле-
ние для реальных растворов достигает больших величин, для осу-
ществления этого процесса необходимо создать большое давление
(3,4—13,7 МПа). Мембраны для установок обратного осмоса име-
ют поры диаметром 1 • 10-3—3 • 10-3мкм.
Суть способа заключается в том, что исходная вода нагнетается
в межмембранный канал обратноосмотического аппарата под дав-
лением, превышающим осмотическое. При этом одна часть пото-
ка, освобожденного из растворенных компонентов, проходит че-
рез мембрану и отводится в коллектор пермеата (фильтрата), а
другая часть, обогащенная растворенными компонентами, сбра-
сывается по коллектору концентрата (конверата). Соотношение
потоков пермеата и концентрата — величина, регулируемая и
обычно поддерживаемая в диапазоне 70—80 %. Обратноосмоти-
ческим способом удаляется от 50 до 99 % растворенных в воде ве-
ществ, жесткость воды снижается в 10—12 раз. Для воды с содер-
жанием солей до 0,5 г/дм3 предварительная подготовка не требует-
ся. При большем содержании солей необходимо вводить стадию
предподготовки исходной воды. В зависимости от качества воды
предподготовка может включать фильтрование, подкисление,
Na-катионитовое умягчение и другие методы. Следует учитывать,
что мембранный способ очистки воды является безреагентным, а
следовательно, экологически чистым.
Обеззараживание. Вода, недостаточно чистая в бактериальном
отношении, должна обязательно подвергаться обеззараживанию.
Для этих целей применяют дезинфекцию воды при помощи хлора
(хлорирование), озона (озонирование), воздействия ультрафиоле-
товых лучей и ионов серебра.
В качестве источника ультрафиолетовых лучей используют
ртутно-кварцевые и аргонортутные лампы, которые устанавлива-
ют в аппаратах для облучения по пути движения воды. Различают
аппараты с погруженными и непогруженными источниками излу-
чения ультрафиолетовых лучей. Ионы серебра обладают бактери-
цидным действием. Серебро в ничтожных концентрациях (сотые
Доли миллиграмма на 1 дм3) обладает способностью уничтожать
микроорганизмы. Для этого используют ионаторы с серебряными
электродами.
69
2.6.2. АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
ПОДГОТОВКИ ВОДЫ
На рис. 2.4 представлена прогрессивная технологическая схема
подготовки воды, используемой на технологические цели, обеспе-
чивающая получение напитков высокого качества и стабильность
их при длительном хранении.
Вода из водопровода направляется на песочный фильтр 7, за-
тем на микрофильтр 2 «АКВА-электроника». С помощью этих
фильтров вода освобождается от взвесей и солей железа. После
предварительной обработки вода поступает в сборник 77. В него в
случае необходимости с помощью насосов-дозаторов 8 и 10 пода-
ют стабилизирующие добавки — разбавленные растворы серной
кислоты из бака 7и полифосфатов из бака 9. Для удобства эксплу-
атации растворы реагентов готовят 1 раз в сутки. Далее вода обра-
батывается в бактерицидной установке 12 и направляется в нако-
пительный сборник 13, откуда через систему гидроаккумулято-
ра 15 с помощью трехплунжерного насоса высокого давления 14
нагнетается в каскад обратноосмотических аппаратов 16.
Качество очищенной воды контролируется солемером 18, а ко-
личество — с помощью расходомера 77 С помощью насоса бумяг-
Рис. 2.4. Аппаратурно-технологическая схема подготовки воды обрагноосмотнческим
способом
70
енная вода направляется в напорный бак. Вода, полученная
Чь1шеописанным методом, имеет следующие показатели: общая
жесткость 0,02—0,22 мг экв/дм3, щелочность 0,16—0,3 моль/дм3,
окисляемость 0,2—1,5 мг О2/дм3, низкое содержание микро-
элементов.
Обратноосмотическая установка работает на воде с содержа-
нием солей до 0,5 г/дм3. При использовании установки пред-
варительной подготовки воды не требуется. При содержа-
нии солей от 0,5 до 30 г/м3 и выше, а также при мутности воды
более 1,5 мг/дм3 перед обратноосмотической обработкой воды
необходимо вводить микрофильтрование, ультрафильтрование
и Na-катионирование.
Более простой способ для предварительной подготовки воды —
Na-катионирование. При высокой общей жесткости воды ее под-
рабатывают, пропуская через фильтры 7, 2 и Na-катионитовый
фильтр 4. Регенерация Na-катионитового фильтра осуществляется
раствором соли, подаваемой из солерастворителя 3. Умягченную
воду собирают в сборнике 5, после чего ее направляют в сборник
11, а затем подрабатывают по ранее описанному способу.
Для предотвращения выпадения на мембранах осадка, содер-
жащего гидроксид железа (III), карбонаты кальция и магния, что
приводит к снижению селективности мембран и ухудшению про-
цесса очистки воды, целесообразно ее подкислять до pH 5—6. С
целью предупреждения образования на мембранах сульфата каль-
ция вводят триполифосфат натрия концентрацией 1,5—2,0 мг/дм3.
При этом предпочтительно использовать непрерывный режим ра-
боты установки.
При остановке более чем на 48 ч установку необходимо
подвергать консервации, которую проводят путем закачивания
без давления в гидравлическую систему установки 0,5%-го
раствора сульфата меди или формалина. При длительной оста-
новке закачивание консерванта необходимо повторить через
7 сут. Отмывку гидросистемы установки при ее расконсерва-
ции осуществляют прокачиванием исходной воды без давления
в течение 1 ч на сброс.
Глава 3
ТЕХНОЛОГИЯ СОЛОДА
Солодом называется зерно, проросшее в искусственных усло-
виях при определенной температуре и влажности. Основная
цель солодорашения — накопление в зерне максимального ко-
личества активных ферментов, главным образом амилолитичес-
ких. Кроме амилолитических в солоде значительно возрастает
активность протеолитических, цитолитических и других фер-
ментов. В спиртовом производстве солод используется в каче-
стве осахаривающего средства для гидролиза крахмала сырья до
сбраживаемых сахаров, а в пивоварении и производстве хлебно-
го кваса — в качестве основного сырья и источника ферментов
и экстрактивных веществ.
В результате проращивания зерно превращается в полупродукт,
называемый свежепроросшим солодом. В спиртовом производ-
стве из солода готовят солодовое молоко, в пивоварении и произ-
водстве кваса его сушат с целью накопления в нем ароматических
и красящих веществ.
Для получения солода на спиртовых заводах применяют яч-
мень, рожь, тритикале, овес и просо; на пивоваренных — ячмень,
редко пшеницу и тритикале; для производства кваса — рожь, яч-
мень и тритикале.
Основное требование, предъявляемое к солоду, — способ-
ность как можно быстрее и полнее осахарить крахмал, для чего
он должен накопить три фермента: а- и [3-амилазу и декстриназу.
В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, содержат-
ся неодинаковые количества каждого из ферментов. Исходя из
этого, все злаки делят на четыре большие группы: ячмень, просо,
овес и кукуруза.
В группу ячменя входят ячмень, рожь, тритикале и пшеница.
Солод, полученный из этой группы злаков, отличается высокой
а- и [3-амилолитической и относительно низкой декстринолити-
ческой активностью.
Группа проса, включающая его разновидности, — могар, чу-
мизу, гаолян, пайдзе и др., дает солод с очень слабой [3-амило-
литической, средней а-амилолитической и очень сильной дек-
стринолитической активностью. Декстриназа в заметных коли-
72
чествах содержится даже в непроросшем зерне — в ядре и цве-
точных пленках.
Группа овса, в которую входит только этот злак, занимает про-
межуточное положение между предыдущими группами.
Группа кукурузы, также состоящая только из одного злака, дает
солод, совершенно не обладающий Р-амилолитической активнос-
тью, имеющий слабую «-амилолитическую, но значительную дек-
стринолитическую активность.
На спиртовых заводах с целью более полного осахаривания
крахмала, а следовательно, и максимального выхода спирта из пе-
рерабатываемого сырья применяют смесь, состоящую из солодов
зерна групп ячменя и проса.
Технологическая схема получения свежепроросшего солода для
спиртовой промышленности и сухого для пивоварения (рис. 3.1)
включает следующие стадии: очистку и сортирование зерна, зама-
чивание зерна, проращивание, дробление свежепроросшего соло-
да и приготовление солодового молока (для производства этано-
ла), сушку (для производства пива) и отделение ростков и выдер-
жку сухого солода.
Рис. 3.1. Схема получения солода для пивоварения и этанола:
—приемный бункер для зерна; 2—весы; 5—нория; 4 —сепаратор первичной очистки.
5 — ленточный транспортер; 6—силосы; 7—сепаратор; 8 — триер; 9—сортировочная ма-
шина; 70—автоматические весы; 77 —бункер для зерна; 72—замочные чаны; 75 —пнев-
матическая солодовня; 14 — промежуточный бункер, 75и 76 —верхняя и нижняя решетки
солодосушилки; 77—бункер для сухого солода; 18— росткоотбойная машина; 19 — дро-
билка свежепророшенного солода; 20— сборник для солодового молока; 27 — насос для
солодового молока
73
3.1. ОЧИСТКА И СОРТИРОВАНИЕ ЗЕРНА
Поступающее на пивоваренные и спиртовые заводы зерно
представляет собой пыльную, неочищенную от различных приме-
сей зерновую массу. Такое зерно плохо хранится, ухудшаются ус-
ловия труда при его переработке, механические примеси могут ис-
портить механизмы, поэтому перед хранением зерно обязательно
очищают, а перед переработкой на солод сортируют.
Зерно очищают дважды. Первичную очистку проводят при
приеме больших партий зерна на длительное хранение. Во вре-
мя хранения или перед подачей на замачивание проводят его
окончательную очистку и сортирование. Зерно последовательно
пропускают через зерновой сепаратор, магнит, триер и сорти-
ровочные сита.
От сорной и минеральной примесей зерно освобождают на се-
параторе; мелкие металлические предметы (гвозди, гайки и пр.)
извлекают магнитом. Семенную и зерновую примеси отделяют на
триере и на сортировочных ситах.
При сортировании ячмень разделяют по величине зерен на I, II
и III сорта. С технологической точки зрения выравненность ячме-
ня имеет первостепенное значение при замачивании и проращи-
вании зерна. Очищать и сортировать зерно следует в отдельном
помещении. Сепаратор предназначен для удаления из зерна лег-
ких примесей — пыли, соломы, остатков колосков, щуплых зерен,
злаков, мелких семян растений и крупной, грубой примеси — ка-
мешков, комочков земли, обрывков веревок и т. д.
Сепаратор состоит из приемной коробки с распределительным
шнеком, аспирационного короба с вентилятором и ситового коро-
ба с тремя сотрясательными ситами.
Зерно, поступающее в приемный бункер, равномерно распре-
деляется шнеком по всей ширине сепаратора. Подачу зерна на
шнек регулируют заслонкой. Из приемного бункера зерно тон-
кой струей поступает на наклонные сита, совершающие воз-
вратно-поступательное движение, и обдувается сильной струей
воздуха в двух местах: при поступлении в машину и на выходе из
нее. Пыль и легкие примеси уносятся воздухом, засасываемым
вентилятором, в циклон, где оседают вследствие потери скорос-
ти воздушного потока
Зерно проходит первое сито с отверстиями диаметром 10—
12 мм, а грубые примеси сначала задерживаются, а затем сбрасы-
ваются сотрясательными движениями в приемный лоток. На вто-
ром сите с отверстиями диаметром 4—5 мм из зерна отбираются
остальные крупные примеси, а зерно поступает на третье сито с
отверстиями диаметром 1,5 мм. Здесь оно задерживается, а мелкие
примеси проходят через сито и выводятся из сепаратора.
С третьего сита зерно удаляется сходом и на выходе проветри-
вается сильной струей воздуха. Запыленный воздух поступает в
74
камеру сепаратора, теряет скорость, и тяжелая пыль оседает на
лНо камеры, а легкие частицы уносятся в циклоны и фильтры.
Зерно при выходе из сепаратора проходит через магнит, где отде-
ляются оставшиеся металлопримеси.
При работе на сепараторе необходимо следить за очисткой и
исправным состоянием сит и особенно за герметичностью осадоч-
ных камер и правильным положением клапанов в сепараторе.
Сита должны плотно входить в рамки, чтобы не было провала
(прохода) зерна. До пуска сепаратора ситовой кузов должен быть
тщательно отбалансирован, а все ременные передачи — надежно
ограждены. Нужно своевременно удалять отходы.
Триеры предназначены для удаления из зерна половинок и ку-
коля. Машина работает по принципу отбора зерна по длине. На
триерах обрабатывают зерно, предварительно очищенное на сепа-
раторах. Существуют цилиндрические и дисковые триеры.
Цилиндрический триер представляет собой вращающийся ме-
таллический цилиндр, установленный наклонно, на внутренней
поверхности которого расположены карманообразные ячейки
асимметричной формы. Внутри цилиндра находится желоб со
шнеком для сбора круглых примесей и вывода их из машины.
Зерно, поступившее внутрь цилиндра, движется по наклонной
плоскости к выходу. Круглые и короткие примеси попадают в
отверстия ячеек, задерживаются в них и поднимаются кверху.
При движении цилиндра по окружности куколь, половинки зе-
рен и семена круглой формы, достигнув определенного угла, вы-
падают из ячеек и ссыпаются в желоб, откуда шнеком выводятся
из триера. В ячейки могут попасть и целые зерна ячменя. Чтобы
избежать этого, на конце шнека установлены подвижные плас-
тины, которые задевают за торчащие из ячеек кончики зерен
и направляют такие зерна обратно в цилиндр. Очищенные зерна
при вращении цилиндра медленно передвигаются к выходу и
выводятся самотеком. Производительность триера небольшая
(140кг/ч на 1 м2 поверхности цилиндра). Скорость движения
цилиндра 0,2—0,3 м/с.
Дисковый триер отличается от цилиндрического тем, что рабо-
чая поверхность выполнена в форме вертикальных вращающихся
дисков с карманообразными ячейками на боковых поверхностях.
Форма ячеек зависит от назначения триера. При большой пере-
грузке триера часть зерна не соприкасается с рабочей поверхнос-
тью и выходит необработанной.
Разделение зерна по величине на фракции осуществляют на
сортировочной машине, которая представляет собой наклонно ус-
тановленный вращающийся барабан. Ситчатая поверхность бара-
оана разделена на продольные прорези различной ширины. Зерно
Разделяют на ситах по толщине (наименьший размер) на три или
Четыре сорта. Так, при сортировании ячменя и делении его на три
°Рта сита имеют прорези шириной 2,2 и 2,5 мм. Зерно, соприка-
75
саясь с поверхностью ситчатого цилиндра, проходит сквозь от-
верстия и делится на фракции. Сквозь первое сито с отверстия-
ми 2,2 мм проходят мелкие зерна (III сорт), а зерна средние
(II сорт) и крупные (I сорт) поступают на второе сито с отвер-
стиями 2,5 мм. Сквозь второе сито проходят зерна средней ве-
личины. Наиболее крупные зерна идут с ситчатого цилиндра
сходом. Ячмень I и II сорта поступает раздельно, его использу-
ют для приготовления солода, а III сорт идет на корм скоту.
При делении на четыре сорта устанавливают сита с прорезями в
2,2; 2,5 и 2,8 мм. Проход через сито с прорезями 2,2 мм направ-
ляют в IV сорт и используют в качестве корма, проходы через
сита с отверстиями 2,5 и 2,8 мм относят к III и II сортам, сход с
сита с прорезями 2,8 мм — к I сорту. Ячмень I, II и III сортов,
разделенный на таких ситах, поступает на замачивание и прора-
щивание раздельно. Сортированное зерно взвешивают на авто-
матических весах и подают в бункера, из которых оно направля-
ется в производство.
3.2. ЗАМАЧИВАНИЕ ЗЕРНА
Замачивание зерна — первый этап процесса соложения. Усло-
вия замачивания: температура воды, выравненность зерна, доста-
точное содержание кислорода в воде — значительно влияют на
весь процесс соложения, его длительность, потери питательных
веществ зерна и качество готового солода.
Основная цель замачивания—довести зерно до требуемой
влажности, очистить его от пыли и грязи, удалить легкие зерновые
и незерновые примеси, оставшиеся после очистки и сортирова-
ния, продезинфицировать зерно.
Замачиванием зерна в воде достигается влажность, необходи-
мая для его прорастания и жизнедеятельности. Влажность замо-
ченного зерна называется в практике степенью замачивания. Эта
величина складывается из первоначальной влажности зерна и ко-
личества воды, поглощенной зерном во время замачивания.
Очистка зерна от пыли и грязи достигается энергичным пере-
мешиванием зерна в воде. Легкие зерновые и незерновые примеси
(сплав) всплывают на поверхность воды и удаляются вместе с ней.
Сплав следует удалять своевременно, так как, пропитавшись во-
дой, часть его погружается и оседает. В дальнейшем освободить от
него зерно будет трудно.
Дезинфекцию зерна проводят для того, чтобы обезвредить его
от микроорганизмов, находящихся в большом количестве на по-
верхности зерна.
76
3.2.1. ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ЗАМАЧИВАНИИ
Основными условиями для прорастания зерна являются доста-
точная влажность, определенная температура и присутствие кис-
лорода. Жизнедеятельность зерна активизируется с появлением в
нем свободной, или так называемой вегетативной влаги. Послед-
няя появляется в зерне при его относительной влажности более
15 %- Таким образом, чтобы зерно перешло из состояния покоя к
активной жизни, необходимо его искусственно увлажнить. Вода
обеспечивает переход питательных веществ в раствор и перемеще-
ние их к зародышу, а также создает возможность проникновения
в эндосперм ферментов, которые гидролизуют резервные веще-
ства зерна, усвояемые затем зародышем. Одновременно в зерне
ускоряются биохимические процессы, усиливается дыхание и ак-
тивизируются ферменты.
Легче всего вода проникает в зерно со стороны зародыша, так
как в отличие от других частей зерна зародыш поглощает воду бы-
стрее из-за наличия в нем воздушных прослоек, капиллярных ка-
налов и пустот, а также вследствие преобладания в его составе
гидрофильных белковых соединений. Проникновение воды в зер-
но обусловлено гидрофильностью его коллоидов (белков, крахма-
ла, клетчатки). Объем зерна при замачивании увеличивается при-
мерно в 1,5 раза. С повышением содержания влаги интенсивность
влагопоглощения падает.
Поглощение воды зерном протекает неравномерно (рис. 3.2):
сначала сравнительно быстро, а затем очень медленно.
Сравнительно быстрое поглощение воды в начале замачивания
объясняется капиллярным проникновением воды в пустоты и тра-
хеиды под мякинной оболочкой до полупроницаемой семенной
оболочки — тесты. Семенная оболочка пропускает воду, но не
пропускает вещества, растворенные в ней. Вода проходит в зерно
в наибольшем количестве через микрокапиллярные отверстия в
кончиках зерна (главным образом в зародышевом), т. е. в тех мес-
тах, где мякинная оболочка открыта. Вода проникает внутрь зерна
и вдоль всей поверхности, т. е. через мякинную оболочку, но в не-
значительном количестве, так как клеточные стенки этой оболоч-
ки сильно утолщены и пропитаны кремнеземом. Для впитывания
последних количеств воды, обус-
ловливающих конец процесса за-
мачивания, требуется значитель-
но больше времени, чем в начале
замачивания.
При достижении зерном влаж-
ности 40 % проникновение воды
в зерно заметно замедляется. Так,
Для ячменя при замачивании и в
течение 24, 48, 72, 96 ч влажность
л 50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Продолжительность замачивания, ч
Рис 3.2. Изменение влажности зерна
при замачивании
77
возрастает соответственно до 39, 43, 45, 47 %. Это является одной
из причин того, что в практике спиртового производства замачи-
вание ячменя, овса, ржи прекращают по достижении ими влажно-
сти 38—40 %, а проса — при 33—35 %. Требуемая степень замачи-
вания зерна достигается поливкой его при проращивании: влаж-
ность ржаного и просяного солодов составляет 40—46 %, а ячмен-
ного и овсяного — 44—45 %.
В пивоварении при замачивании сразу достигается необходи-
мая степень замачивания для светлого солода 42—45 %, для темно-
го 45-47 %.
С повышением содержания влаги энергия дыхания зерна зна-
чительно возрастает. Нормальный ход процесса дыхания зерна
связан с непрерывным потреблением кислорода. Во время зама-
чивания 1 кг зерна за 1 ч поглощает 63 мг кислорода и выделяет
86 мг СО2. При расходе на 1 кг зерна 1,7 дм3 воды и растворимости
в 1 дм3 воды 9—Юмг кислорода его количества, содержащегося в
этом объеме воды (15—17 мг), может хватить на дыхание зерна
лишь в течение 15 мин. После расхода имеющегося в воде кис-
лорода может наступить анаэробное дыхание зерна, т. е. анаэроб-
ное разрушение запасных углеводов зерна с образованием этано-
ла, СО2 и других продуктов.
Даже при очень низких концентрациях, всего в несколько ты-
сячных долей процента, спирт тормозит развитие зародыша,
0,1%-й раствор значительно угнетает, а 0,8%-й почти полностью
подавляет его рост.
Диоксид углерода, накапливающийся как при аэробном, так и
при анаэробном дыхании, отрицательно влияет на жизненные
процессы зерна.
Продукты анаэробного дыхания, являющиеся клеточными
ядами, угнетают нормальные жизненные процессы, ведут к разру-
шению структуры тканей, автолизу. Для обеспечения нормально-
го дыхания зерна при замачивании используют искусственную
аэрацию зерна.
Главным фактором, влияющим на скорость замачивания, явля-
ется температура воды. Чем выше температура, тем быстрее вода
проникает в зерно. Это объясняется тем, что с ростом температу-
ры повышаются набухаемость органических коллоидов (белков,
крахмала, клетчатки) и скорость диффузии воды вследствие уве-
личивающегося молекулярного движения и понижения вязкости
воды (около 2 % на 1 °C). В результате этого с повышением темпе-
ратуры замочной воды продолжительность замачивания значи-
тельно сокращается.
С повышением температуры замочной воды усиливается дыха-
ние зерна, а также происходит интенсивное размножение микро-
организмов, которые всегда в изобилии находятся на его поверх-
ности. В связи с этим резко возрастает расход кислорода. Темпе-
ратура 12—14 °C считается оптимальной для замачивания ячменя,
78
к как при более низкой (ниже 10 °C) температуре сильно тормо-
зится развитие зародыша, а при более высокой происходит обиль-
ное развитие микроорганизмов. Однако последними исследовани-
ями установлено, что «теплое» замачивание (при 18 °C и выше)
способствует не только интенсификации производства солода, но
и улучшению его качества. Но такое замачивание возможно
лишь при использовании активных дезинфектантов и интенсив-
ной аэрации зерна.
На скорость замачивания влияет также размер зерна. Крупное
зерно нуждается в более длительном замачивании. Это объясня-
ется тем, что в крупном зерне удлиняются пути, по которым вода
проникает в зерно. Только одинаковые по размеру зерна достига-
ют при замачивании одинаковой влажности и равномерно разви-
ваются при проращивании. Поэтому необходимо разделять зерно-
вую массу на фракции по размеру. Продолжительность замачива-
ния у разных видов зерна неодинаковая. Так, при температуре
воды 12—13 °C для замачивания проса достаточно 2 сут, ячменя —
2, овса — 1,5, а ржи — 1 сут.
В замочную воду с поверхности зерна переходят загрязне-
ния — органические и неорганические вещества. Вследствие
этого создаются благоприятные условия для развития много-
численных микроорганизмов, которые находятся на поверхнос-
ти зерен и способствуют более быстрому использованию кисло-
рода. Следовательно, зерно необходимо тщательно мыть в на-
чальный период замачивания и дезинфицировать. В качестве
дезинфицирующих средств при замачивании зерна используют
хлорную и негашеную известь, формалин, перманганат калия,
пероксид водорода и др.
На скорость замачивания влияет минеральный состав замоч-
ной воды. В более мягкой воде замачивание ячменя происхо-
дит быстрее. С ростом жесткости воды продолжительность зама-
чивания увеличивается. Поэтому для замачивания целесообразно
употреблять воду жесткостью до 7 мг • экв/дм3.
Некоторые химические вещества, добавленные в замочную
воду (пероксид водорода, перманганат калия), оказывают стиму-
лирующее действие на жизнедеятельность зерна. Из биологичес-
ких стимуляторов роста применяют гиббереллин, никозан-3, фер-
ментные препараты и др.
Очень важно не допускать перезамачивания зерна, которое мо-
жет поглотить до 68 % влаги. В перемоченном зерне хорошо раз-
виваются плесени, появляются признаки брожения с образовани-
ем спирта, углекислоты, с повышением кислотности и появлени-
ем фруктового запаха (продуктов неполного окисления). Такое
зерно плохо прорастает.
Недозамоченное зерно (менее 40 % влажности) можно довес-
Ти до требуемой влажности опрыскиванием водой в первые дни
проращивания.
79
3.2.2. СПОСОБЫ ЗАМАЧИВАНИЯ ЗЕРНА
К современным способам замачивания зерна относятся: воз-
душно-водяное, в непрерывном токе воды и воздуха, ороситель-
ное и воздушно-оросительное. В зависимости от температуры
применяемой воды различают холодное (температура воды 10 °C),
обыкновенное (температура воды 12—15 °C), теплое (температура
воды 17—25 °C) замачивание.
Воздушно-водяное замачивание. В замочный чан наливают
воду до половины его объема. Взвешивают на автоматических
весах отсортированное зерно и засыпают его тонкой струей в чан
с водой. Для лучшего смачивания и мойки зерно перемешивают
сжатым воздухом.
После засыпки всей порции зерна в чан слой воды должен быть
выше поверхности зерна на несколько сантиметров.
В первой воде, предназначенной для промывки, зерно нахо-
дится в течение 1—2 ч. За это время легкие зерна и сорные приме-
си (сплав) всплывают и тотчас же удаляются. Затем это зерно
моют вторично, грязную воду вытесняют свежей водой, которую
подают снизу. Промывают зерно до тех пор, пока вода не будет
чистой, после этого добавляют в воду дезинфицирующие вещества
и зерно оставляют в воде на несколько часов.
По этому способу замачивания зерно поочередно на 3—6 ч
оставляют в воде (водяное замачивание) и без воды (воздушное
замачивание). Эту операцию повторяют до тех пор, пока влаж-
ность замоченного зерна достигнет требуемого уровня. Продол-
жительность замачивания зависит от температуры воды и каче-
ства и вида зерна.
Для обеспечения жизнедеятельности зерно через каждый час
продувают воздухом в течение 5 мин независимо от того, находит-
ся ли оно под водой или без воды.
Один раз в смену перед спуском воды зерно перемешивают
сжатым воздухом около 40 мин, перекачивая его через централь-
ную трубу. В чанах другого устройства каждую смену в течение
15 мин зерно перемешивают продуванием воздуха через кольце-
вой барботер.
Замачивание в непрерывном токе воды и воздуха. При воздушно-
водяном способе замачивания кислород, растворенный в воде, по-
глощается зерном в течение первых 30—40 мин. Периодическое
продувание воздуха при замачивании также не обеспечивает рав-
номерного дыхания зерна.
По способу, предложенному Н. И. Булгаковым, ячмень замачи-
вают при непрерывном токе воды, содержащей достаточное коли-
чество растворенного в ней воздуха. Замочные чаны для этого
способа оборудуют барботерами. Для насыщения воды воздухом и
подачи его вместе с водой устанавливают смеситель.
80
Воду на замачивание подают из водонапорного бака, имеющего
подводку пара для подогрева воды от 12 до 17 °C в зависимости от
качества ячменя. Смеситель для воды и воздуха монтируют на ма-
гистральной трубе вблизи замочного чана. Подачу воды и воздуха
регулируют вентилями с обратными клапанами. Барботер поме-
щают в конусной части замочного чана.
Замачивание проводят по следующей схеме. В замочный чан
наливают воду до половины его объема, засыпают ячмень и тща-
тельно перемешивают воздухом. Через 10—15 мин после загрузки
зерна прекращают подачу воздуха в чан, а поднявшийся на по-
верхность воды сплав через час снимают. Вновь подают воду, зер-
но в воде перемешивают воздухом, моют, дезинфицируют. Затем
открывают одновременно водяной и воздушный вентили, напол-
няют чан свежей водой и устанавливают небольшой ток воды сни-
зу, чтобы она стекала тонкой струей через сплавную коробку. Ин-
тенсивность продувания регулируют так, чтобы на поверхности
воды над зерном непрерывно выделялись пузырьки воздуха. Про-
должительность замачивания зерна при непрерывном токе воды и
воздуха зависит от температуры воды и свойств зерна. По дости-
жении требуемой степени замачивания воду из чана спускают че-
рез нижний кран, а зерно передают в солодорастильное отделе-
ние.
При этом способе замачивания прорастание зерна заканчивает-
ся на сутки раньше, чем при воздушно-водяном замачивании
Воздушно-оросительное замачивание. Этот способ обеспечи-
вает благоприятные условия для жизнедеятельности зародыша,
хорошее разрыхление и лучшую ферментативную активность
солода.
После мойки и дезинфекции ячменя в чан набирают воду и
зерно оставляют под водой на 6 ч. Затем воду спускают и начина-
ют орошение зерна с помощью сегнерова колеса или другого уст-
ройства. Вода из чана вытекает через открытый вентиль спускной
трубы. Через зерно периодически пропускают сверху вниз воздух,
подаваемый вентилятором. Орошение с аэрированием и неболь-
шими выдержками зерна под водой повторяют до получения не-
обходимой влажности зерна.
Оросительное замачивание. Замочный чан заполняют водой и
зерном, перемешивают, снимают сплав, проводят мойку и дезин-
фекцию зерна. Затем зерно выдерживают несколько часов под во-
дой и сливают ее. Подают воду в сегнерово колесо или другое при-
способление и непрерывно орошают ею зерно. Вода просачивает-
ся через зерно, увлажняет его, доставляет свежий воздух и уносит
с собой накопившийся диоксид углерода. Так обеспечивается не-
прерывная аэрация зерна, необходимая для его нормального ды-
хания и прорастания.
Пивоваренный солод замачивают при температуре воды 10—15 °C
1 течение 48—72 ч до достижения влажности 42—47 %.
81
В спиртовом производстве ячмень, пшеницу, тритикале, овес и
рожь замачивают при температуре воды 15—20 °C до достижения
влажности 38—40 %. Продолжительность замачивания ячменя,
пшеницы, овса — 18—20 ч; ржи и тритикале — 12—14 ч.
Просо относится к теплолюбивым культурам, поэтому его за-
мачивают при температуре воды 25—30 °C в течение 22—24 ч до
влажности 35—38 %.
3.3. ПРОРАЩИВАНИЕ ЗЕРНА
Замоченное зерно проращивают на токовых или пневматичес-
ких солодовнях с соблюдением определенных условий (влажнос-
ти, температуры и степени аэрации зерна). При проращивании
зерна в нем происходят морфологические, цитологические и био-
химические изменения.
3.3.1. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ
ИЗМЕНЕНИЯ ЗЕРНА
Процесс проращивания зерна начинается с постепенного
развития зачаточных органов зародыша — корешков и лепест-
ка. Сначала корешок развивается под оболочками. Затем обо-
лочки прорываются у основания зерна и корешок выходит на-
ружу. Этот момент характеризуется появлением «глазка» или
«наклевыванием» зерна. Потом корешок разветвляется, образуя
3—5 корешков. Лепесток развивается и растет по направлению к
верхнему кончику зерна, продвигаясь между семенной и мякин-
ной оболочками на спинной (тыльной) стороне зерна. Поэтому у
пленчатого зерна он не виден, а у беспленчатого зародышевый
листок сразу пробивается наружу у края щитка. Вышедший из
кончика зерна лепесток называется проростком. При производ-
стве пивоваренного солода проращивание зерна прерывают до
появления проростков, в спиртовом производстве солод прора-
щивают более длительное время, поэтому в нем допускается по-
явление проростков.
В нормальных условиях солодоращения к концу проращива-
ния длина корешков достигает 1,5—2-кратной длины зерна, за-
родышевый лепесток — 2/3—3/4 длины зерна Таковы морфо-
логические изменения зерна. Наряду с ними происходят и ци-
тологические изменения, или растворение эндосперма. Эндо-
сперм становится рассыпчато-мягким и легко растирается меж-
ду пальцами. Растворение эндосперма происходит под действи-
ем цитолитических, протеолитических и пектолитических фер-
ментов. Благодаря этому открывается путь в клетки зерна для
82
Рис. 3.3. Растворение эндосперма по дням проращивания (точками
обозначена растворенная часть зерна)
других гидролитических ферментов. Процесс растворения начи-
нается возле зародыша и по мере прорастания зерна продвигается
к его острому концу (рис. 3.3).
3.3.2. БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЗЕРНА
Большая часть ферментов, содержащихся в зерновых злаках,
связана с белками и находится в зимогенном (неактивном) со-
стоянии. При проращивании зерна ферменты переходят в сво-
бодное, активное состояние и появляется возможность новооб-
разования ферментов.
По классической теории гидролитические ферменты (проте-
азы, амилазы, фосфатазы, липазы) выделяются или образуются
щитком зерна при развитии его зародыша и перемещаются через
эпителий щитка в эндосперм, вызывая в нем изменения — раство-
рение клеточных стенок и белков, благодаря чему крахмал стано-
вится доступным для действия амилаз.
В настоящее время предложена новая теория, по которой заро-
дыш лишь частично участвует в синтезе ферментов, в основном
же он является продуцентом гормонов, биоактиваторов, подобных
гиббереллинам, которые диффундируют в алейроновый слой зер-
на и активируют синтез ферментов. Таким образом, эндосперм
зерна разрыхляется в основном ферментами, извлекаемыми из
ткани алейронового слоя, и в меньшей степени ферментами раз-
вивающегося зародыша.
В прорастающем зерне происходит накопление необходимых
Для бродильного производства ферментов, в частности а- и Р-ами-
лазы, декстриназы, цитолитических, протеолитических и пекто-
литических ферментов, оксиредуктаз, липаз и фосфатаз. В про-
росшем зерне активность амилолитических ферментов увеличива-
ла Ся.в Раз> протеолитических — в 4, цитолитических — в 2—3,
Фосфатаз-в 7-10 раз.
83
3.3.3. ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗЕРНА
Под действием ферментов в прорастающем зерне происходят
процессы распада и синтеза. Запасные вещества эндосперма
(крахмал, гемицеллюлоза, белки) подвергаются гидролизу; образу-
ющиеся растворимые вещества поступают через щиток в зародыш,
где происходит синтез новых веществ. Крахмал под действием
амилазы превращается в сахара, одна часть которых расходуется
на дыхание зерна, а другая остается в прорастающем зерне и пере-
ходит в зародыш, где вновь превращается в крахмал. Часть маль-
тозы под действием а-глюкозидазы превращается в глюкозу. Со-
держание моносахаридов и дисахаридов при проращивании зерна
увеличивается в 3—4 раза.
Под действием цитолитических ферментов происходит гидро-
лиз гемицеллюлозы с образованием пентоз и гексоз
Белки зерна под действием протеолитических ферментов раз-
лагаются с образованием пептидов и аминокислот Одновременно
происходит и биосинтез азотистых соединений. Около 55 % бел-
ков зерна при проращивании гидролизуется до аминокислот.
Часть из них (примерно 25 %) вновь расходуется в корешках и за-
родышевом листке на синтез качественно других белков, содержа-
ние аминокислот в солоде по сравнению с зерном увеличивается
примерно в 4,5 раза.
При солодоращении происходит расщепление фосфороргани-
ческих соединений под действием фосфатаз, в частности фермент
фитаза катализирует превращение фитина (кальциево-магниевой
соли инозитфосфорной кислоты) в инозит (шестиатомный цикли-
ческий спирт) и кальциево-магниевую соль фосфорной кислоты
(первичные фосфаты).
Общая (титруемая) кислотность во время солодоращения по-
вышается с 1,5—2,5 до 4,5—7,5 см3 1 М раствора щелочи на 100 г
зерна. Повышение кислотности происходит в результате образо-
вания карбоновых кислот при неполном окислении углеводов и
дезаминирования аминокислот. Кроме того, кислотность повы-
шается за счет образования кислых соединений фосфорной кис-
лоты (первичных фосфатов). В процессе солодоращения активная
кислотность мало изменяется и находится в пределах 6.
3.3.4. ДЫХАНИЕ ЗЕРНА
Процесс прорастания зерна сопровождается интенсивным ды-
ханием. В результате выделения теплоты при дыхании температу-
ра прорастающего зерна повышается. Чем выше температура, тем
интенсивнее дыхание зерна и образование ферментов, но тем
больше потери ценных веществ зерна — углеводов. Приток возду-
ха стимулирует процесс дыхания, а выделяющийся при дыхании
84
оксид углерода замедляет и может полностью приостановить
При дыхании зерна происходит как полное, так и частичное
исление сахаров с образованием альдегидов и карбоновых кис-
°от В случае недостаточного притока воздуха и анаэробного ды-
хания образуются этанол и диоксид углерода, которые губительно
ействуют на зерно. Следовательно, в зависимости от степени
аэрации в зерне кроме диоксида углерода всегда образуется неко-
торое количество продуктов неполного окисления и сбраживания
сахаров и продуктов их взаимодействия — альдегидов, карбоновых
кислот, этанола и эфиров.
В ячменном свежепроросшем солоде обнаружены следующие
кислоты: щавелевая, лимонная, яблочная, молочная, янтарная,
муравьиная, уксусная и пропионовая. Наличие кислот, спирта и
эфиров обусловливает специфический приятный запах ячменного
солода, напоминающий запах свежих огурцов.
3.3.5. ОСОБЕННОСТИ ПРОРАЩИВАНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
Активность ферментов и глубина биохимических процес-
сов в прорастающем зерне зависят от температуры, интенсив-
ности дыхания и продолжительности солодоращения, сортовых
особенностей, влагосодержания и химического состава зерна.
Это учитывается при производстве солода из различных зерно-
вых культур.
В спиртовом производстве качество солода определяется в ос-
новном активностью амилолитических ферментов, для накопления
которых требуется длительное проращивание. Проращивание всех
культур, за исключением проса, проводят при температуре 19—20 °C
в течение первых 2 сут, в дальнейшем снижая ее ежесуточно на
1—2 °C и доводя к концу процесса до 13—14 °C. Длительность про-
ращивания ячменя и овса 10 сут. Влажность готового солода дово-
дят до 44—45 %. Рожь, тритикале и пшеницу проращивают в тече-
ние 7—8 сут при доведении конечной влажности до 40—41 %. Зерно
этих культур ложится более плотным слоем, для увеличения сква-
жистости его смешивают с двух-трехсуточным ячменным или ов-
сяным солодом и проращивают при более высоких температурах.
В течение первых 2 сут поддерживают температуру 26—30 °C, по-
степенно снижая к концу процесса до 25—26 °C. Продолжитель-
ность солодоращения 5—6 сут, конечная влажность 40—42 %.
В пивоваренном производстве для получения светлого солода
чмень проращивают при низкой температуре — от 13 до 18 °C,
я приготовления темного солода в первые сутки проращивания
мпература должна быть 15—17 °C, а в последующие ее повыша-
ла 2^—25 °C. Продолжительность проращивания светлых соло-
дов 6—7 Сут, ТеМных — 8—9 сут.
85
3.3.6. СПОСОБЫ ПРОРАЩИВАНИЯ ЗЕРНА
На предприятиях бродильной промышленности проращивание
зерна осуществляют в специальных помещениях, называемых со-
лодовнями. Солодовни бывают токовые и пневматические.
Проращивание зерна на токовых солодовнях. Осуществляется на
току — ровной цементной площадке. Замоченное зерно выгружа-
ют на вымытый и продезинфицированный ток и укладывают
грядку высотой примерно 40 см. Для подвода кислорода воздуха,
отвода диоксида углерода и снижения температуры зерно 2—3 раза
в сутки перелопачивают вручную или посредством передвижного
ворошителя (мальтомобиля). После каждого перелопачивания вы-
соту грядки уменьшают и к концу проращивания доводят до 15 см.
На спиртовых заводах перед перелопачиванием в связи со сравни-
тельно низкой влажностью замоченного зерна его дополнительно
поливают водой. На пивоваренных заводах влажность замоченно-
го зерна выше и дополнительное увлажнение прорастающего зер-
на обычно не проводят. Температура воздуха в солодовнях должна
быть 10—12 °C.
Солодоращение на току является устарелым способом. Токо-
вые солодовни занимают большую площадь, проращивание на
току требует значительных затрат труда, в летнее время года труд-
но регулировать температуру солода. Поэтому широкое примене-
ние находит пневматическое солодоращение.
Проращивание зерна в пневматических солодовнях. В настоя-
щее время почти повсюду солод готовят в пневматических со-
лодовнях. В этих солодовнях полностью механизированы про-
цессы солодоращения, сокращены производственные площади,
устранено влияние внешних факторов, облегчен труд рабочих,
увеличена производительность солодовен. Различие между пнев-
матическим и токовым солодорашением заключается в том, что
при пневматическом методе проращивания замоченное зерно
насыпают в ящики или барабаны высоким слоем — от 0,6 до
1,5 м и продувают кондиционированным воздухом. Ворошат зер-
но во время проращивания вращением аппарата или механичес-
кими ворошителями.
Каждая пневматическая солодовня состоит из аппаратов для
солодоращения (ящиков или барабанов), вентиляционной уста-
новки и камеры для кондиционирования воздуха по влажности и
температуре.
На пивоваренных и спиртовых заводах наибольшее распро-
странение получили ящичные солодовни. Солодоращение в них
производится независимо от климатических условий. Зерно при
проращивании охлаждается проветриванием снизу вверх соответ-
ственно режиму увлажненным и очищенным воздухом.
Ящичные солодовни бывают различной конструкции: с пода-
чей воздуха в ящики сверху или снизу; механизированные закры-
86
в которых каждый ящик заключен в отдельную камеру, и ме-
ханизированные открытые, в которых все ящики находятся в од-
ном помещении.
Наибольшее распространение получили солодовни с открыты-
ш ящиками, в которых воздух подают снизу вверх. Обслуживание
таких солодовен более удобное, но в помещениях на стенах и по-
толке образуются сырость и плесень.
В зависимости от температуры солода и помещения, а также от
интенсивности роста продувание кондиционированным воздухом
проводится непрерывным или периодическим способом. При
этом зерно снабжается кислородом воздуха и охлаждается, удаля-
ется диоксид углерода.
Особенностью солодоращения в ящичных солодовнях является
усиленная аэрация зерна, которая влияет на качество получаемого
свежепроросшего солода. Качество свежепроросшего солода, по-
лученного в ящичной солодовне, и химический состав его почти
одинаковы с солодом, полученным в токовых солодовнях, но вы-
ход солода и экстрактивность его выше.
Форма ящика прямоугольная, наиболее распространенные ши-
рина 3 м и длина 15—18 м, пол ящика под ситом делают бетон-
ным, гладким, с уклоном в сторону канализационного трапа,
стенки изготовляют в основном из железобетона. Поверхность
стенок обрабатывают водным раствором цемента (железнение).
В открытых ящиках стенки деревянные разборные. Высота сте-
нок ящика над ситами от 1 до 1,75 м, а подситового пространства
до 2 м.
Сита изготовляют из оцинкованной или нержавеющей ста-
ли толщиной 3 мм с отверстиями в виде узких щелей шириной
1,8—2,0 мм и длиной 20 мм. Для проращивания проса использу-
ют сита со штампованными круглыми отверстиями диаметром
1 мм. Сита состоят из отдельных прямоугольных секций, кото-
рые укладывают рядами на рельсы, расположенные горизонталь-
но по длине ящиков. Для осмотра подситового пространства в
небольших ящиках сита изготовляют на шарнирах или съемны-
ми, в широких ящиках боковые сита крепятся неподвижно, а
средние — на шарнирах.
Рядом с помещением, где установлены ящики, размещают вен-
тилятор и камеру для кондиционирования (охлаждения или на-
гревания и увлажнения воздуха).
Камера кондиционирования состоит из каналов, разделенных
заслонками или шиберами. Каналы предназначены для подогрева
оздуха, их оборудуют калорифером и подогревают паром. В каме-
Р Шля увлажнения воздуха устанавливают форсунки, которые рас-
на^ц107 ВОДУ до мельчайших частиц и образуют завесу в виде тума-
Для сбора воды, поступающей от форсунок, служит сборник,
правление воздуха требуемой влажности и температуры регули-
87
руют заслонками. В зимний период влажность холодного воздуха
должна быть на уровне 95—100 %, а температура на 5—7 °C ниже
температуры продуваемого зерна. Солод ворошат 2—3 раза в сутки
в зависимости от качества ячменя и температуры солода.
Проращивание зерна в солодовнях системы «передвижная гряд-
ка». Наряду с другими способами заслуживает внимания способ
солодоращения в пневматической солодовне типа «передвиж-
ная грядка».
Он отличается от других способов тем, что ворошение солода
производится механизированным способом ворошителем особой
конструкции — типа ковшового конвейера, который по мере про-
растания солода перемешается на решетке в одну сторону.
Для проращивания солода по способу «передвижной грядки»
вместо 7—8 ящиков делают 1 ящик длиной 30—50 м и шириной
3—5 м при минимальной высоте помещения 3,2 м. Размеры ящика
зависят от размера производственного помещения и планируемой
производительности. Стены и пол ящика делают из бетона, при-
чем пол выполняют с уклоном в сторону канализационного тра-
па. На расстоянии 150—160 см от пола укладывают сита из оцин-
кованной или нержавеющей стали. Подситовое пространство пе-
регорожено кирпичными стенками по всей ширине ящика на
16—18 отделений, в которые от центральной увлажнительной ка-
меры поступает кондиционированный воздух.
Ворошитель состоит из подвижной каретки с бесконечным
ковшовым конвейером. Каретку ворошителя устанавливают на
рельсы, уложенные на стенках вдоль ящика. При движении воро-
шителя ковши зачерпывают солод, переносят его через каретку и
сбрасывают назад на вновь укладываемый слой солода.
Замоченное зерно разгружают на площадь сита, расположен-
ную над первым и вторым подситовыми отделениями. Ворошат
зерно 2 раза в сутки — через 12 ч ворошитель перебрасывает его на
сита над третьим и четвертым ситовым пространством. На свобод-
ную площадь загружают новую партию замоченного зерна. Через
12 ч первую грядку с площади третьего и четвертого отделений пе-
ремещают на пятое и шестое отделения, а вторую грядку с площа-
ди над первым и вторым отделениями перемещают на площадь
над третьим и четвертым отделениями и т. д. Таким образом зерно
постепенно перемешается от одного конца ящика к другому. Све-
жепроросший солод сбрасывают тем же ковшовым конвейером в
бункер и направляют в сушилку или на дробление.
Скорость ворошителя 0,2—0,3 м/мин. Высота слоя замоченно-
го зерна 70—80 см, а готового солода 1 м. Один ворошитель может
обслужить три ящика.
При работе этой солодовни одно или два отделения оставля-
ют свободными, что позволяет очистить и промыть сита. Во
время мойки ворошителя смежные грядки укрывают брезентом
или клеенкой.
88
Воздухоохладительную систему при этом способе солодораще-
Ия используют так же, как и в ящичных солодовнях.
При ворошении солода ворошитель движется в сторону загруз-
ки ячменя. За один проход солод перемещается на площадь, рав-
ную плошади одного подситового отделения, а за одни сутки —
двух отделений.
Закончив ворошение всех грядок, ворошитель автоматически
останавливается, поднимает ковшовый конвейер выше уровня
грядок и возвращается в исходное положение.
Преимущества солодоращения по способу «передвижной гряд-
ки» следующие: отпадает необходимость разгрузки ящиков, пе-
релопачивание производится механизированным способом, со-
храняется качество солода, более целесообразно используется
производственная площадь солодовни и увеличивается ее про-
изводительность.
Солодоращение в барабанных солодовнях. Барабанные солодов-
ни — наиболее усовершенствованный тип пневматических соло-
довен. В них находится оборудование для проращивания (бараба-
ны) и установки для кондиционирования и продувания воздуха.
Ворошение солода происходит при вращении барабана.
Барабаны бывают закрытые и открытые. Закрытые барабаны
отличаются от открытых тем, что в них проращиваемый солод
изолирован от внешней среды. Закрытые барабаны бывают двух
видов: с центральной ситчатой трубой и с ситчатой перегородкой.
У открытых барабанов поверхность ситчатая.
Для проветривания солода и удаления диоксида углерода про-
водят искусственную вентиляцию.
Солод ворошат периодическим вращением барабана, а проду-
вают воздухом во время остановки барабана. Барабан вращается со
скоростью 1,3 ч-1.
3.3.7. КАЧЕСТВО СВЕЖЕПРОРОСШЕГО СОЛОДА
Важный показатель солода — его ферментативная активность.
В спиртовом производстве определяют амилолитическую (АС) и
осахаривающую (ОСп) способности, по которым рассчитывается
расход солода на осахаривание. АС — это способность ферментов со-
лода гидролизовать крахмал до декстринов, не окрашиваемых йодом.
За единицу амилолитической способности принимают такое количе-
ство фермента, под действием которого в строго определенных усло-
виях за 1 ч расщепляется 1 г крахмала до бесцветных декстринов.
За единицу осахаривающей способности принимают такое ко-
ичество фермента, которое в строго определенных условиях гид-
Р лизует 1 г крахмала до низкомолекулярных углеводов.
Сценка качества солода в спиртовой промышленности приве-
89
Показатели оценки качества солода
Таблица 31
Солод Влажность, % Качество
А 1 хорошее среднее удовлетворите иное
С, ед. ОСп, ед. АС, ед. 1 1 2 ОСп, ед. АС 1 ед. 2 ОСп, ед.
Ячменный 44-45 5 35 5,0 4,5 27 3,9 4 20 2,8
Ржаной 40-41 4 20 3.5 3,5 19 2,65 3 18 1,8
Овсяной 44-45 5 25 2,5 4,0 20 2,0 3 15 1,5
Просяной 40-42 3 12 1.0 2,5 10 0,75 2 8 1,5
Примечание. Цифра 1 означает, что АС определяли визуальным методом;
цифра 2 — колориметрическим.
Одним из основных требований, предъявляемых к пивоварен-
ному солоду, является его быстрая самоосахариваемость, опреде-
ляемая по амилолитической способности солода, которая выража-
ется количеством мальтозы (в граммах), образующейся из крахма-
ла, под действием ферментов 100 г солода. АС светлого свежепро-
росшего солода 300—400, темного солода 400—500 ед/г.
3.4. ПОЛУЧЕНИЕ СОЛОДОВОГО МОЛОКА
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА
Чтобы ферменты свежепроросшего солода перешли в осахари-
ваемую массу и крахмал растворился, солод измельчают на валь-
цовых, дисковых и молотковых дробилках.
На большинстве заводов установлены двухвальцовые дро-
билки с вальцами диаметром 646 и 242 мм и длиной 345 мм.
Вальцы имеют гладкую поверхность и вращаются навстречу
друг другу с одинаковой частотой — около 180—200 мин .
Попадающий между ними солод раздавливается и истирает-
ся. Чтобы предохранить поверхность вальцов от повреждения
случайно попавшими металлическими предметами и камеш-
ками, малый валец имеет подвижные подшипники с пру-
жиной. Для снятия прилипшего к поверхности вальцов слоя
солода служат скребки, прижимаемые противовесами. Подача
свежепроросшего солода осуществляется питающим устрой-
ством. Производительность дробилки 750 кг/ч солода, потреб-
ляемая мощность 5,2 кВт.
На крупных заводах установлены дисковые дробилки, ра-
бочим органом которых являются два вертикальных стальных
диска диаметром 650 мм с рифленой поверхностью. Один из
дисков подвижен, а другой вращается с частотой 750 мин
90
Расстояние между дисками регулируется особым приспособ-
‘ нием. Диски заключены в чугунную коробку, имеющую
^агрузочный карман и разгрузочную трубу. Из кармана через
3 рез в центре неподвижного диска солод вместе с неболь-
Впим количеством воды непрерывно поступает на дробящие по-
верхности и выходит в виде густого молока. Производитель-
ность дробилки около 1000 кг/ч солода; потребляемая мощ-
ность 14,7 кВт.
Для дезинфекции солода при гидротранспортировании в
транспортную воду добавляют хлорную известь или хлорамин
ХБ технический. Раствор хлорной извести готовят из расчета
400 мг активного хлора на 1дм1 * 3 воды. В воде с указанной
концентрацией активного хлора солод выдерживают в тече-
ние 25—30 мин.
При подаче ленточным конвейером или ковшовым элевато-
ром солод обрабатывают в течение 25—30 мин в сборнике с ме-
шалкой водным раствором хлорной извести, который затем
спускают в канализацию. При отсутствии хлорной извести ис-
пользуют формалин из расчета 2,8 дм3 30%-го формальдегида на
1 м3 воды.
Тонкоизмельченный солод дополнительно обрабатывают
формалином в сборнике с мешалкой. В этой емкости солод
смешивают с водой в соотношении 1 ; 2—2,5, после чего в
солодовое молоко (на 1 м3) добавляют 25—28 см3 37%-го раст-
вора формалина с таким расчетом, чтобы концентрация его
в сусле составляла 0,025 %. Раствор выдерживают в течение
25—30 мин, разбавляют чистой водой и перекачивают в рас-
ходный сборник. Общий расход воды составляет 4—5 дм3 на
1 кг солода.
На Вузловском спиртовом за-
воде механическую активацию
ферментов солодового молока
проводят на специальной уста-
новке (рис. 3.4).
Способ заключается в том,
что солодовое молоко подверга-
ют воздействию механически-
ми импульсами высокой часто-
ты (75 тыс. им/мин) с большим
перепадом давления, в результа-
те чего увеличиваются выделе-
ние и переход в активное состо-
яние ферментов и, как след-
ствие, амилолитическая актив-
ность солода возрастает.
Измельченный
солод
Рис. 3.4. Установка для механичес-
кой активации ферментов солодового
молока:
1 — сборник солодового молока; 2 — ло-
вушки; 3— ротационно-пульсационные ап
параты РПА-1
91
3.5. СУШКА СОЛОДА ДЛЯ ПИВОВАРЕНИЯ
Свежепроросший солод не может быть использован для при-
готовления пивного сусла, так как по химическому составу он
не удовлетворяет предъявляемым требованиям и в связи с боль-
шой влажностью является очень нестойким продуктом. Сухой
солод — стойкий продукт со специфическими цветом, ароматом
и химическим составом получают после сушки свежепроросше-
го солода на специальных сушилках при строгом соблюдении
температурного режима (при сушке светлого солода температу-
ру постепенно повышают с 25 до 75—80 °C, а при сушке темно-
го-до 100-105 °C).
У сухого солода удаляют ростки, которые после сушки стано-
вятся хрупкими, так как готовому пиву ростки придают горький и
неприятный вкус.
В процессе сушки влажность солода снижается с 45 до
3,5—4 % при получении светлого и до 2 % при получении
темного солода.
Процесс сушки делится на два периода: в первый — влаж-
ность снижается с 45 до 8 % быстро и довольно легко; второй —
уменьшение влажности ниже 8 % протекает значительно мед-
леннее (собственно процесс высушивания), что свидетельствует
о более прочной связи влаги с коллоидными веществами зерна.
Наивысшая температура при сушке солода называется темпера-
турой отсушки.
Кроме удаления влаги во время сушки изменяются объем, вкус,
цвет, запах и химический состав солода благодаря протекающим в
нем глубоким биохимическим, химическим и физико-химичес-
ким процессам
В зависимости от влажности и температурного режима про-
цессы изменения солода происходят в три этапа: физиологи-
ческий — при температуре до 45 °C с понижением влажности
солода до 30 %; ферментативный — при температуре от 45 до
70 °C с понижением влажности до 10 %; химический — при тем-
пературе от 70 до 105 °C.
В первый период сушки зародыш остается «живым»: продолжа-
ется рост корешков и стеблевого листочка, протекают фермента-
тивные процессы в эндосперме — накапливаются растворимые са-
хара, аминокислоты и растворимые белки.
Во второй период сушки процессы жизнедеятельности в зер-
не затухают, а ферментативные процессы и химические превра-
щения продолжаются. В это время необходимо строго следить
за температурным режимом сушки: быстрое повышение темпе-
ратуры при большой влажности может привести к частичной
клейстеризации крахмала, в результате чего получится стекло-
видный солод. С повышением температуры активность фермен-
тов постепенно уменьшается, а затем действие их прекращает-
92
Оптимальная температура действия большинства гидроли-
тических ферментов 45-60 °C.
Действие ферментов зависит главным образом от влажности.
Поэтому в темном солоде, в котором на этом этапе влажность
„тельное время остается на уровне 20—30%, ферменты очень
^ктивны, что обеспечивает наполнение редуцирующих сахаров и
а.1ННокислот, необходимых для образования красящих и аромати-
ческих веществ. В светлом солоде влажность быстро понижают до
Ю%, деятельность ферментов в таких условиях незначительна,
что обеспечивает получение солода низкой цветности.
На химической стадии при температуре выше 75 °C все фер-
ментативные процессы прекращаются, так как ферменты частич-
но инактивируются, а частично адсорбируются коллоидами зерна
и переходят в неактивное состояние. На этой стадии образуются
ароматические и красящие вещества. Основная реакция — мела-
ноид инообразован ие протекает за счет окислительно-восстанови-
тельных реакций между редуцирующими сахарами и амино-
кислотами. Полнота взаимодействия аминокислот с сахарами за-
висит от температуры и продолжительности нагревания. Согласно
Е. Ходжу меланоидинообразование включает семь основных реак-
ций, которые протекают последовательно или параллельно. По
развитию окраски эти реакции могут быть разделены на три пос-
ледовательно идущие стадии.
Продукты первой стадии бесцветны и не поглощают ультра-
фиолетового света. Эта стадия включает две реакции: карбонил-
аминную конденсацию и перегруппировку Амадори. Продукты
второй, промежуточной стадии бесцветные или желтые, сильно
поглощают ультрафиолетовый свет. В эту стадию входят следую-
щие три реакции: дегидратация сахаров и разложение сахаров и
аминосоединений.
Конечная, третья стадия, характеризующаяся образованием ок-
рашенных продуктов, включает две реакции: альдольную конден-
сацию и альдегидаминную полимеризацию.
По мере протекания меланоидинообразования в реакционной
среде можно практически одновременно обнаружить продукты
всех стадий с преобладанием тех или иных веществ.
На первой стадии конденсируются сахара с аминокислотами
с образованием сахароаминного комплекса, который затем пре-
терпевает перегруппировку Амадори, в результате чего образу-
ется аминодезоксикетоза. На второй стадии происходит дегид-
ратация аминодезоксикетоз с образованием различных соеди-
нений (фурфурола, оксиметилфурфурола, редуктонов, альдеги-
дов, ацетонов и др.) в зависимости от условий реакции. На
ретьей стадии происходят альдольная конденсация образовав-
ихся на второй стадии соединений, их альдегидоаминная по-
меризация и образование гетероциклических азотистых со-
чинений (меланоидинов).
93
На протекание реакции меланоидинообразования наибольшее
влияние оказывают следующие факторы: концентрация реагирую-
щих веществ и воды. Чем выше концентрация реагирующих ве-
ществ и меньше воды, тем интенсивнее образуются меланоидины.
Для образования меланоидинов с наиболее приятными органо-
лептическими свойствами оптимальной является температура
95—100 °C. При пониженных температурах скорость реакции за-
медляется. При повышенных температурах меланоидины образу-
ются интенсивнее, однако они обладают слабым ароматом и име-
ют плохую растворимость в воде. Реакция меланоидинообразова-
ния может протекать в широких пределах pH, однако в щелочной
среде она ускоряется.
Активность различных аминокислот в реакции меланоидино-
образования зависит от температуры, pH среды, количества воды
и других факторов. Наибольшей реакционной активностью обла-
дают глицин и аланин, которые образуют сильно окрашенные
продукты с запахом пива, однако валин и лейцин дают продукты с
более сильным ароматом. Фенилаланин и валин менее активны и
образуют продукты с темной окраской и нежным ароматом, напо-
минающим запах розы. Лейцин дает продукт со слабой окраской,
но с сильным хлебным ароматом.
Скорость меланоидинообразования зависит также от природы
сахаров, вступающих в реакцию. Сахара по активности (сниже-
нию ее) можно расположить в такой последовательности; араби-
ноза, глюкоза, галактоза, фруктоза. Особенно легко происходит
образование меланоидинов с пентозами, из которых наиболее ак-
тивна ксилоза.
Меланоидины — хорошие пенообразователи. Они обладают явно
выраженной кислой реакцией и восстановительными свойствами.
3.5.1. РАЗНОВИДНОСТИ СУШИЛОК ДЛЯ СОЛОДА
Для сушки солода применяют различные солодосушилки пе-
риодического и непрерывного действия. В качестве сушильного
агента применяют любой нагретый в калорифере чистый воздух
либо смесь холодного воздуха с топочными газами. Сушилки с
калорифером называют воздушными, а бескалориферные, работа-
ющие на смеси воздуха с топочными газами, — сушилками с не-
посредственным обогревом.
В воздушных сушилках топочные газы не соприкасаются с
высушиваемым солодом, поэтому сжигаемое топливо может
быть любого состава. В сушилках же с непосредственным обо-
гревом к топливу предъявляются высокие требования: топоч-
ные газы не должны иметь посторонних запахов и взвешенных
твердых частиц. Поэтому в топках сушилок с непосредствен-
ным обогревом сжигают природный газ, жидкое топливо, кокс
94
некоторые сорта высококачествен-
ного антрацита.
Наиболее распространены горизон-
тальные двух- и трехъярусные сушил-
ки. Двухъярусная сушилка (рис. 3.5)
пазмешается в прямоугольном или
квадратном высоком здании. На пер-
вом этаже находится топка 13, на вто-
оМ__ тепловая камера 12, в которой
располагается калорифер. В полу теп-
ловой камеры устроены круглые от-
верстия / (воздушные каналы), а в
стенках — каналы 8 для поступления
наружного холодного воздуха. На тре-
тьем этаже расположена камера 10, в
которой теплый воздух смешивается с
холодным, поступающим из воздуш-
ной камеры 2. Температуру воздуха
можно регулировать посредством это-
го смешивания. В полу камеры сме-
шивания установлены короткие же-
лезные трубы для прохода воздуха,
закрытые колпаками 11, которые пре-
дотвращают попадание солодовых рост-
ков в тепловую камеру.
Рис. 3.5. Схема горизонтальной
двухъярусной сушилки
Над камерой смешивания (на четвертом этаже) располагается
нижняя решетка 9, а над ней (на пятом этаже) — верхняя решетка
7. Сушилка заканчивается сводом, из наиболее высокой точки ко-
торого поднимается вытяжная труба для удаления влажного возду-
ха. Чтобы увеличить тягу в трубу, выводится дымоход от топки.
С этой же целью в вытяжную трубу 4 устанавливают вентилятор 5.
Под вытяжной трубой на противовесах подвешивают зонт 6, кото-
рый предохраняет верхнюю решетку от попадания атмосферных
осадков и служит для регулирования тяги.
Свежепроросший солод сначала загружают ровным слоем на
верхнюю решетку, где удаляется основная масса влаги, т. е. осу-
ществляется стадия подвяливания. Для окончательного высуши-
вания и нагревания до более высоких температур солод с верхней
решетки сбрасывают на нижнюю через люки, открываемые и за-
крываемые со стороны нижней решетки. Для равномерного высу-
шивания и нагревания солод на решетках периодически переме-
шивают механическими ворошителями 3. Горячий сухой воздух из
тепловой камеры поступает сначала в камеру смешивания, а затем
последовательно проходит через нижнюю и верхнюю решетки и
еРез вытяжную трубу устремляется в атмосферу.
•рехъярусная горизонтальная сушилка по конструкции анало-
чна двухъярусной и отличается от нее лишь наличием третьей
95
решетки. В последнее время стали применять горизонтальные од-
ноярусные сушилки с опрокидывающейся решеткой. Солод в та-
кой сушилке сушат без перемешивания, высота слоя достигает
1 м. Такие сушилки более экономичны.
В периодических сушилках светлый солод сушат в течение
18—24 ч при температуре 80—85 °C до влажности 3,3—3,5 %. Суш-
ка темного солода длится 46—48 ч при температуре 102—105 °C до
влажности 1,5—2 %.
Для сушки непрерывным способом применяют сушилки Лат-
вийской сельскохозяйственной академии (ЛСХА). Эти сушилки
широко используют на отечественных заводах для сушки светлого
солода. Они позволяют сократить продолжительность сушки до
10—12 ч при экономии теплозатрат на 20—30 %.
3.5.2. ОБРАБОТКА И ХРАНЕНИЕ СОЛОДА
Обработка. Ростки удаляют на росткоотбойной машине тот-
час же после сушки, пока они не потеряли хрупкость и легко
обламываются.
Солод шнеком подается внутрь ситчатого цилиндра росткоот-
бойной машины, где он подхватывается лопастями, приводится во
вращательное движение и ударяется о внутреннюю поверхность
цилиндра. Зерна сухого солода перемешиваются и трутся, а ростки
обламываются и проваливаются сквозь отверстия в цилиндре и
удаляются шнеком. Солод остается внутри цилиндра и винтооб-
разными лопастями продвигается к противоположному концу ма-
шины, при выходе из которой он обдувается воздухом, подавае-
мым вентилятором. Этот же вентилятор отсасывает пыль, образу-
ющуюся во время работы. Отходы в виде ростков при очистке со-
лода составляют от 2,5 до 4 %.
Хранение. Для пивоварения используют солод, выдержанный не
менее 3—4 нед. За это время в нем медленно протекают физико-хи-
мические процессы, которые окончательно делают его пригодным
для производства пива. Неотлежавшийся солод очень хрупкий,
вследствие этого мякинная оболочка при дроблении сильно измель-
чается, а эндосперм дает много крупки и мало муки, солод плохо
осахаривается при затирании, а затор плохо фильтруется. Такой со-
лод очень гигроскопичен (быстро поглощает влагу), поэтому хруп-
кость его исчезает. За время отлежки влажность солода повышается
до 5—6 %. При длительном хранении возможно большее поглоще-
ние влаги. На небольших заводах следует хранить солод в закромах
слоем 3—4 м. Наиболее целесообразно хранить солод в железобетон-
ных силосах, в которых все слои солода в различное время года нахо-
дятся в одинаковых условиях. Партии солода, закладываемые на хра-
нение, должны быть идентичны по натуре, цветности, экстрактивно-
сти, времени осахаривания и другим показателям.
96
3 5 3 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ
ГОТОВОГО ПИВОВАРЕННОГО СОЛОДА
Согласно техническим условиям на пивоваренный ячменный
од (ГОСТ 29294) предусматривается выпуск четырех типов со-
лода’ светлого, темного, карамельного и жженого. Карамельный и
жженый солоды получают из светлого солода путем термической
обработки в специальном обжарочном барабане и применяют для
темных сортов пива. По органолептическим показателям выпус-
каемый солод должен соответствовать требованиям, приведенным
в табл. 3.2 и 3.3.
Таблица 3.2
Органолептические показатели светлого и темного солодов
Показатель Требования
Внешний вид Однородная зерновая масса, не содержащая плесневелых зерен и вредителей хлебных запасов
Ивет От светло-желтого до желтого. Не допускаются зеленоватые и темные тона, обусловленные плесенью
Запах Солодовый, более концентрированный у темного солода. Не допускаются кислый запах, запах плесени и др.
Вкус Солодовый, сладковатый. Не допускаются посторонние при- вкусы
Таблица 3.3
Органолептические показатели карамельного и жженого солодов
Показатель Солод
карамельный жженый
Внешний вид Однородная зерновая масса, не содержащая плесневелых зерен
Цвет и вредителей хлебных запасов От светло-желтого до буроватого Темно-коричневый. Не до-
Запах (как само- с глянцевым отливом Сладковатый. Не допускаются пускается черный Кофейный. Не допускают-
го солода, так и горький и пригорелый ся пригорелый и горький
холодной и го- рячей вытяжек из него) Вид зерна на срезе Спекшаяся коричневая масса. Темно-коричневая масса.
Не допускается обуглившаяся масса Не допускается черная масса
По физико-химическим показателям солод должен соответ-
вовать требованиям, приведенным в табл. 3.4 и 3.5.
97
Таблица 3.4
Физико-химические показатели светлого и темного солодов
Показатель Светлый солод Темный солод
высшего качества I класса II класса
Солод Проход через сито диаметром ячеек 3,0 5.0 8,0 8.0
2,2 х 20 мм. %, не более Массовая доля, %, не более: сорной примеси Не допускается 0,3 0,5 0,3
влаги (влажность) 4,5 5,0 6,0 5,0
экстракта в сухом веществе солода 79,0 78,0 76 0 74.0
тонкого помола, %, не менее белковых веществ в сухом вещест- 11,5 11.5 12,0 —
ва солода Количество зерен, %: мучнистых, не менее 85,0 80,0 80,0 90,0
стекловидных, не более 3,0 5,0 10 0 5,0
темных, не более Не допускается 4,0 Разница массовых долей экстрактов Не более 1,5 1,6—2,5 10,0 Не бо- —
в сухом веществе солода тонкого и грубого помолов Отношение массовой доли раствори- 39-41 лее 4,0
мого белка к массовой доле белко- вых веществ в сухом веществе солода (число Кольбаха), % Продолжительность осахаривания, 15 20 25
мин, не более Лабораторное сусло Цвет, см3 0,1 моль/дм3 раствора йода 0,18 0,20 0,40 0,5-1,3
на 100 см3 воды, не более Кислотность, см3 раствора NaOH кон- 0.9-1 1 0 9-1 2 0,9-1 3
центрацией 1 моль/дм3 на 100 см3 сусла Прозрачность (визуально) Прозрач- Прозрач- Допускается не-
ное ное большая опалес- ценция
Таблица 3.5
Физико-химические показатели карамельного и жженого солодов
Показатель Карамельный солод Жженый СОЛОД
I класса II класса
Массовая доля, %, не более:
влаги (влажность) 6,0 6,0 6,0
экстракта в сухом веществе солода, %, не менее 75,0 70,0 70,0
сорной примеси 0,5 0,5 0,5
Количество карамельных зерен, %, не менее 93,0 25,0 —
Цвет (величина Литнера), Лн, не менее 20,0 20,0 100,0
98
3.6. ПОЛУЧЕНИЕ РЖАНОГО СОЛОДА
Ржаной солод используют для приготовления хлебного кваса и
апных сортов хлеба. Ржаной солод получают двух видов: фер-
ментированный и неферментированный (диастатический)
М Для квасоварения используют лучшие сорта ржи с преоблада-
ем зеленой окраски, так как рожь имеет более крупные зерна с
ббльшим содержанием крахмала и белков. Для приготовления со-
лода следует применять здоровое зерно со способностью прорас-
тания не менее 92 %, содержанием белка не менее 12, крахмала не
менее 55, слизневых веществ 3—3,5 и экстрактивностью около
70 % к массе сухих веществ. Перед солодоращением свежеубран-
ную рожь рекомендуется выдержать в течение 1—1,5 мес для за-
вершения физиологического созревания.
Принципиальная технологическая схема получения ржаного
солода похожа на схему приготовления ячменного солода для пи-
воварения. Различия составляют лишь технологические режимы
процесса.
Процесс получения ржаного ферментированного солода вклю-
чает следующие технологические стадии: очистку, сортирование,
замачивание и проращивание зерна, ферментацию (томление)
свежепроросшего солода и сушку ферментированного солода.
В производстве неферментированного ржаного солода для со-
хранения активности ферментов отсутствует стадия ферментации.
Ферментацию (томление) свежепроросшего солода проводят
только при производстве ферментированного солода с целью на-
копления красящих и ароматических веществ.
При томлении температура в слое зерна постепенно увеличи-
вается с 40—45 °C (в начале томления) до 60—63 °C (в конце том-
ления), таким образом создаются благоприятные условия для ак-
тивного действия амилолитических и протеолитических фермен-
тов солода, накопленных в процессе солодоращения, на крах-
мальные и белковые вещества. В солоде накапливаются
аминокислоты и сахара, при взаимодействии которых образуют-
ся ароматические и красящие вещества (меланоидины), обуслов-
ливающие характерные вкус, запах и цвет черного хлеба. Кроме
того, активизируются цитолитические и другие ферменты соло-
образом, процесс томления характеризуется интенсив-
ным ферментативным гидролизом углеводов, белков и других ве-
ществ ржаного солода. К концу томления содержание редуциру-
щих сахаров возрастает в 5—6 раз, аминного азота — в 4—5 раз,
в 2^2^ЛЯРНая масса гемицеллюлоз и гуми-веществ уменьшается
q ОдновРеменно возрастают кислотность и цветность солода.
суи,ако основное накопление красящих веществ происходит при
тИм*е’ Тй“ Как темпеРатУРа томления (60—66 °C) не является си-
льной для реакции меланоидинообразования.
99
Для повышения концентрации ароматических веществ томле-
ный солод рекомендуется подвергать термической обработке при
105 °C в течение 5 ч, чтобы влажность его была не ниже 3,5 %.
Технология ржаного ферментированного солода. При получении
ферментированного солода замачивание ржи проводят по одному
из общепринятых способов до влажности 46—50 % при температу-
ре 14—18 °C в течение 24—36 ч.
Замоченное зерно проращивают в пневматической или токо-
вой солодовне при периодическом ворошении и аэрации конди-
ционированным воздухом 3—4 раза в сутки. Ферментацию солода
проводят при увлажнении его до 50—60 % и повышении темпера-
туры до 60—63 °C в конце томления в течение 5—6 сут.
Ферментированный солод сушат в течение 36 ч с доведением
температуры до 90—100 °C, которую поддерживают в конце про-
цесса в течение 2 ч.
НПО НМВ и КГУПП проведены исследования по повышению
качества ржаного ферментированного солода и оптимизации про-
цесса его производства. В результате исследований разработана
технология получения ржаного ферментированного солода стати-
ческим способом с совмещением основных технологических про-
цессов в одном агрегате.
Очищенную на зерноочистительных машинах и отсортирован-
ную на ситах рожь направляют на мойку и дезинфекцию в моеч-
но-замочные аппараты, которые предварительно заполняют во-
дой, температура которой зимой должна составлять 16—20 °C, а
летом — 12—16 °C. Помещенное в аппарат зерно перемешивают
воздухом и оставляют в покое на 30—45 мин, затем снимают
сплав, вновь перемешивают и снова снимают сплав. Проводят
одну-две промывки в зависимости от степени загрязнения зерна,
затем его подвергают дезинфекции водным раствором КМпОд
(25—50 г на 1 т) или хлорной извести (300 г на 1 т) в течение 1 ч,
воду сливают, а зерно промывают свежей водой и гидротранспор-
том направляют в солодорастильный ящик.
На мойку, дезинфекцию и перекачку ржи расходуется около
4—6 м3 воды на 1 т зерна. В солодорастильном ящике зерно раз-
равнивают шнековым ворошителем так, чтобы высота слоя со-
ставляла 60—70 см, и оставляют в покое на 4—6 ч.
Рожь замачивают путем периодического орошения водой тем-
пературой 12—20 °C, разбрызгивая ее из форсунок, установленных
на ворошителе, через каждые 4—6 ч до достижения влажности
зерна 48—52 %. Обычно проводят 4—5 орошений при продолжи-
тельности замачивания 24—30 ч.
Через каждые 2 ч зерно в течение 20—30 мин продувают влаж-
ным кондиционированным воздухом температурой 12—15 °C и от-
носительной влажностью 90—98 %. При этом температуру зерна
поддерживают на уровне 13—16 °C.
При замачивании на 1 т зерна расходуется около 1 м3 воды, а на
100
сдувание — 800 м3/ч воздуха, который подается при избыточ-
на давлении в подситовое пространство.
н° прорашивание проходит в том же солодорастильном ящике,
о и замачивание в течение Зсут. При этом температура в слое
'* рна должна быть 14—18 °C При необходимости зерно периоди-
чески продувают влажным кондиционированным воздухом. Рав-
ЧоМерность проращивания ржи достигается периодическим воро-
шением солода через каждые 6—7 ч. Иногда в процессе солодора-
шения проводят дополнительные орошения в период ворошений
солода.
Свежепроросшии солод ворошат с орошением, чтобы повысить
влажность до 53—56 %. Для этого используют воду температурой
40—50 °C. Для самосогревания до 45—50 °C солод после вороше-
ния оставляют в покое. Эта температура достигается за 13—14 ч с
начала ферментации. После достижения необходимой температу-
ры в слое солода его постепенно подогревают до 60—65 °C, под-
держивая эту температуру в течение всего процесса ферментации.
Общая продолжительность томления составляет 2—3 сут. На
этой стадии должны быть созданы анаэробные условия при ми-
нимальных потерях теплоты. По окончании томления в том же
солодорастильном ящике солод сушат сушильным агентом, тем-
пература которого на протяжении всей сушки поддерживается на
уровне 80 °C.
Расход воздуха на сушку в начале сушки составляет около
Зтыс. м3/ч на 1 т зерна; в конце — 2 тыс. м3. Последние 10—12 ч
сушки, когда влажность солода снижается до 20—26 %, рекомен-
дуется применять рециркуляцию отработанного воздуха. Сушка
ферментированного солода продолжается в течение 40—48 ч.
Данная технология освоена на Бердичевском солодовенном за-
воде. Ее преимущества состоят в следующем: сокращается общая
продолжительность замочки и проращивания (4 сут вместо 5); со-
кращается общий цикл процесса с 12—13 до 9—10 сут; за счет
ликвидации транспортирования солода улучшаются условия
процесса; сокращаются потери продукта; уменьшаются капита-
ловложения на строительство новых солодовен и переоборудова-
ние старых.
Технология ржаного неферментированного солода. Ржаной не-
ферментированный солод в квасоварении применяется реже, чем
ржаной ферментированный солод. По этой технологии зерно за-
мачивают при температуре 13—16 °C до относительной влажности
45 %. Обычно такая влажность достигается через 32—36 ч. Прора-
щивание длится около 3,5 сут; в конце данной стадии длина рост-
ка не должна превышать 3/4 длины зерна. Свежепроросший солод
ез томления, чтобы сохранить накопившиеся в нем ферменты,
управляют на сушку, которую проводят в двухъярусной горизон-
альной сушилке по 12 ч на каждой решетке. Температура сушки
а верхней решетке достигает 55 °C, а влажность солода понижа-
101
ется до 25 %. Периодически солод ворошат. Через 12 ч после нача-
ла сушки солод перемешают на нижнюю решетку, где температура
достигает 65 °C. Солод сушат здесь также с периодическим воро-
шением. При этом влажность солода снижается до 8 %.
При таком режиме сушки солода сохраняются ферменты, нако-
пившиеся в нем во время солодоращения. Поэтому ржаной не-
ферментированный солод имеет большую ферментативную актив-
ность, что особенно важно для осахаривания на стадии затирания.
Таблица 3.6
Органолептические и физико-химические показатели сухого ржаного солода
Показатель Солод
ферментированный неферментированный
Органолептические показатели
Цвет От коричневого до темно-бурого с красноватым от- тенком Светло-желтый с сероватым оттен- ком
Запах Свойственный данному виду солода без запаха плесени и гнили
Вкус Кисло-сладкий, приближающийся к вкусу ржаного хлеба, без горького и пригорелого при вкуса Сладковатый
Крупнота помола Проход без остатка через сито № 085 Физико-химические показате т Содержание влаги, %, не более:
солода в целых зернах 8,0 8,0
солода тонко размолотого Содержание экстрактивных веществ солода при определении методом, % (на абс. СВ), не менее: 10,0 10,0
холодного экстрагирования (экстракт вытяжки) 48,0 —
горячего экстрагирования (экстракт осахаривания) — 80,0
горячего экстрагирования с вытяжкой из ячменного солода (экстракт осаха- ривания) 85,0 —
Продолжительность осахаривания, мин, не более — 25
102
Продолжение
Показатель
Солод
ферментированный , неферментированный
Кислотность при определении мето-
дом. см5 раствора NaOH концентрацией
[ моть/дм3 на 100 г абсолютно сухого
вешества солода:
горячего экстрагирования, не более
холодного экстрагирования, не менее
Цвет солода, см3 1 М раствора Ь на 100 г
абсолютно сухого солода при определе-
нии методом:
горячего экстрагирования
холодного экстрагирования
Массовая доля посторонних примесей:
металлопримеси, мг/кг. не более
песка и др.
Зараженность вредителями хлебных
запасов
- 17,0
35.0 -
— Не темнее 0.5
10-20 -
3,0 3,0
Нс допускается
Основные показатели сухого ржаного солода в соответствии с
требованиями ОСТ 18—218 представлены в табл. 3.6.
Глава 4
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА
ИЗ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Этанол (этиловый спирт) С2Н5ОН представляет собой прозрач-
ную бесцветную жидкость со жгучим и характерным запахом с от-
носительной плотностью 0,79067. Температура кипения этанола
при нормальном давлении 78,35 °C, температура вспышки 12 °C,
температура замерзания — 117 °C. Химически чистый этанол име-
ет нейтральную реакцию; ректификованный спирт содержит не-
большое количество карбоновых кислот, поэтому реакция его сла-
бокислая. Этанол очень гигроскопичен: он жадно поглощает воду
из воздуха, растительных и животных тканей, вследствие чего они
разрушаются.
Спирт ядовит для человека и животных, а также микроорга-
низмов. Пары спирта также вредны. Предельно допустимая кон-
центрация паров в воздухе составляет 1000 мг/см3. Спирт облада-
ет взрывоопасными свойствами. Границы взрывоопасной кон-
центрации паров спирта 2,8—13,7 % объема воздуха. Этанол вы-
рабатывают из пищевого сырья в виде спирта-сырца крепостью
не менее 88 об.% и спирта-ректификата крепостью 96,0—
96,5 об.% в виде спирта-ректификата I сорта, высшей очистки,
«Экстра» и «Люкс», «Базис», «Альфа».
Производство спирта из крахмалсодержащего сырья состоит из
следующих основных технологических стадий: подготовки сырья
к переработке; водно-тепловой обработки (разваривания) зерна и
картофеля; осахаривания разваренной массы, культивирования
производственных дрожжей; сбраживания осахаренного сусла и
выделения спирта из бражки и его очистки.
4.1. ПОДГОТОВКА КАРТОФЕЛЯ И ЗЕРНА
К ПЕРЕРАБОТКЕ
Подготовка картофеля и зерна к переработке состоит в достав-
ке сырья на завод, отделении примесей, измельчении и приготов-
лении замеса.
Картофель с буртового поля подвозят автотранспортом к запас-
ным закромам, откуда гидротранспортером подают в производ-
ство. Легкие, грубые и тяжелые примеси картофеля отделяют в со-
104
камнеловушках. Для мойки и удаления оставшихся при-
Л₽гр°й применяют картофелемойки.
МЧ оно идушее на разваривание, очищают на воздушно-сито-
„ыч и магнитных сепараторах^
БЬ При периодическом способе водно-тепловой обработки карто-
ри зерно разваривают в целом виде, при непрерывных схемах
^оье предварительно измельчают. Степень дробления влияет на
СЬ шературу и продолжительность разваривания. При измельче-
т- картофеля на сите с диаметром отверстий 3 мм не должно
б 1ть остатка, а при измельчении зерна остаток на этом сите не
должен превышать 0,1—0,3 %. Проход помола через сито с отвер-
стиями диаметром 1 мм должен составлять 60—90 %.
Приготовление замеса заключается в смешивании измельчен-
ного сырья с водой и подогреве его до определенной температуры.
К измельченному зерну добавляют 280—300 % воды, к картофель-
ной кашке — 15—20 % воды от массы сырья. Концентрация сухих
веществ в сусле должна составлять 16—18 %.
4.2. ВОДНО-ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ЗЕРНА
И КАРТОФЕЛЯ
Основная задача водно-тепловой обработки — подготовка сы-
рья к осахариванию крахмала амилолитическими ферментами со-
лода или ферментными препаратами микробного происхождения.
Осахаривание наиболее полно и быстро происходит тогда, когда
крахмал доступен для их действия (не защищен клеточными стен-
ками), оклейстеризован и растворен, что можно достичь примене-
нием тепловой обработки цельного сырья при повышенном дав-
лении, или, как принято называть этот процесс в спиртовом про-
изводстве, разваривания; сверхтонким механическим измельчени-
ем сырья на специальных машинах; механическим измельчением
сырья до определенных размеров частиц с последующим развари-
ванием под давлением (комбинированный способ).
Цельное крахмалсодержащее сырье в разварнике обрабатывают
насыщенным водяным паром под избыточным давлением до
0,5 МПа (температура 158,1 °C). В этих условиях растворяется
крахмал, размягчаются и частично растворяются клеточные стен-
ки сырья, и при последующем выдувании сырья в паросепаратор
(выдерживатель) происходит разрушение клеточной структуры
вследствие перепада давления, измельчающего действия решетки
в выдувной коробке разварника, а также других механических воз-
действий на пути быстрого передвижения разваренной массы из
одного аппарата в другой. В процессе разваривания одновременно
происходит стерилизация сырья, что важно для процессов осаха-
ривания и брожения.
При измельчении сырья до размера частиц, меньшего, чем
105
крахмальные зерна, разрушаются клеточная структура сырья и
сами крахмальные зерна, вследствие чего они растворяются в
воде температурой 60—80 °C и осахариваются амилолитически-
ми ферментами солода и культур микроорганизмов. Способ
сверхтонкого измельчения пока не применяется из-за большого
расхода электроэнергии и неизученное™ вопроса стерилизации
сырья.
Широкое распространение получил комбинированный способ
согласно которому сырье сначала измельчают до частиц среднего
размера (1 —1,5 мм), а затем разваривают. В этом случае темпера-
тура и продолжительность разваривания меньше, чем при тепло-
вой обработке цельного сырья. Выдувание разваренной массы из-
мельченного сырья е перепадом давления способствует дальней-
шему его диспергированию. Такой способ тепловой обработки в
сочетании с непрерывностью процессов считается наиболее про-
грессивным. При относительно небольших затратах электроэнер-
гии на измельчение сырья, теплоты на разваривание и благодаря
«мягкости» режима разваривания, обеспечивающего минималь-
ные потери сбраживаемых веществ, способ позволяет хорошо под-
готовить сырье к осахариванию.
При разваривании картофеля и зерна происходят значительные
структурно-механические изменения сырья и химические превра-
щения веществ, входящих в его состав.
4.2.1. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
СЫРЬЯ
Клубни картофеля имеют крупные клетки, заполненные кле-
точным соком и покрытые тонкой кожицей, поэтому целые клуб-
ни быстро прогреваются и развариваются. При переработке высо-
кокрахмалистых сортов и загнившего картофеля добавляют не-
большое количество воды.
Первую стадию тепловой обработки неизмельченного картофе-
ля (подваривание) проводят при атмосферном давлении. Наивыс-
шая температура подваривания не должна превышать 70 °C. При
более высокой температуре часть клубней может разрушиться, вы-
шедший из клеток клейстеризованный крахмал покроет слоем це-
лые клубни, вследствие чего разваривание их будет продолжитель-
ным и неполным.
Температура 40—60 °C также нежелательна, так как она стиму-
лирует действие амилолитических ферментов клубней и превра-
щение крахмала в сахар. Подваривание здорового картофеля длит-
ся около 30 мин, мороженого — 50 мин.
По современным схемам непрерывного разваривания карто-
фель перед тепловой обработкой измельчают в кашку на молотко-
вых дробилках или картофелетерках. При этом большая часть кле-
106
вскрывается, вместе с клеточным соком освобождается около
in'cg крахмала.
В отличие от целых клубней картофельную кашку подваривают
пьдо температуры 40 °C, так как из-за клейстеризаиии свобод-
лИ крахмальных гранул вязкость настолько возрастает, что кашка
^пачивает текучесть. При температуре выше 50 °C вязкость резко
овышается и достигает очень больших значений. При разжиже-
п достаточным количеством бактериальной сс-амилазы вязкость
картофельной кашки даже при нагревании до температуры 80 °C
увеличивается ненамного выше вязкости, полученной при 40 °C.
Следовательно, применяя а-амилазу на стадии подваривания,
можно полностью использовать вторичный пар (экономия расхо-
да теплоты) и лучше подготовить сырье к развариванию. Такой
режим применяют при механико-ферментативном способе подго-
товки сырья.
Зерновое сырье готовят к развариванию иначе, чем картофель,
так как его первоначальная влажность колеблется в пределах 12—
18% и прочность значительно выше, причем у отдельных слоев
зерна она различна, что обусловлено неоднородностью его строе-
ния. Наибольшей прочностью обладают оболочки зерна, наи-
меньшей — эндосперм.
При переработке зерна, как и картофеля, перед развариванием
под давлением проводят подваривание, перед которым целое зер-
но или крупку смешивают с водой в соотношении от 1:2,5 до
1: 3,5 с таким расчетом, чтобы после осахаривания концентрация
сусла была 16—18 %. В процессе подваривания вторичным паром
зерно набухает. При температуре до 55 °C крахмал набухает сла-
бее, чем клейковина; при температуре выше 60 °C, наоборот, на-
бухание крахмала резко возрастает, а клейковины уменьшается.
При температуре около 90 °C оболочки зерна разрываются в от-
дельных местах и крахмал частично клейстеризуется.
Крупные зерна набухают медленнее мелких. Дефектное зерно
набухает быстрее здорового. С повышением температуры на 10 °C
(в интервале температур 70—90 °C) скорость набухания возрастает
примерно в 2 раза.
Целое зерно ржи (пшеницы, ячменя или овса) в периодически
действующих предразварниках нагревают до 85—95 °C и выдержи-
вают при этой температуре 60—75 мин. Полное набухание дости-
гается в течение 2 ч. Подваренное целое зерно вместе с горячей
водой поступает самотеком в варочный аппарат.
Набухание значительно ускоряется при нарушении целости
зерна. Чем мельче крупка, тем быстрее происходят набухание,
К-чеистеризация крахмала и связанное с ней повышение вязкости
амесов, что следует учитывать в производственных условиях при
ыборе температуры подваривания.
В зависимости от степени измельчения зерна, свойств и кон-
нтрацци крахмала в замесе выбирают оптимальную продолжи-
107
тельность выдержки массы при максимальной температуре, опре-
деляемой вязкостью подваренного замеса, т. е. возможностью его
перекачивания. Установлено, что наиболее эффективно прово-
дить разваривание сырья, в котором полностью прошли процес-
сы набухания и клейстеризации. При этом снижаются темпера-
тура и продолжительность разваривания, вследствие чего значи-
тельно уменьшаются потери сбраживаемых веществ и сокраща-
ется расход пара.
Подваривание сырья до полного набухания и клейстеризации
возможно только при одновременном разжижении замеса бакте-
риальными сс-амилазами. Препараты бактериальных а-амилаз
особенно термофильных культур Вас. subtilis или Вас. diactaticus'
хорошо разжижая крахмал при температуре до 95 °C, гидролизуют
его до высокомолекулярных декстринов Разжижение бактериаль-
ными а-амилазами не приводит к значительному накоплению са-
харов, следовательно, при разваривании можно не опасаться боль-
ших потерь сбраживаемых веществ.
После подваривания сырье поступает в разварники периоди-
ческого или непрерывного действия, где его подвергают воздей-
ствию более высоких температур — 140—170 °C при избыточном
давлении 0,27—0,71 МПа.
В современных технологических схемах, где подваривается из-
мельченное сырье с разжижением а-амилазой достаточно продол-
жительное время, необходимость в процессе разваривания при
высокой температуре с повышенным давлением отпадает, так как
все процессы клейстеризаци, набухания и растворения идут па-
раллельно и заканчиваются при 85—95 °C. При варке под давлени-
ем в первый период разваривания заканчиваются поглощение
воды, набухание и клейстеризация. Одновременно растворяются
крахмал, некоторая часть пентозанов, гексозанов, белков и других
веществ сырья. По мере растворения отдельные клетки разрыва-
ются и крахмал поступает в окружающую среду. При разварива-
нии сырья клетки разрываются сначала в наружных слоях, внутри
же клубня или зерна они остаются целыми.
При непрерывном разваривании с предварительным измель-
чением сырья крахмальные зерна становятся значительно более
доступными для действия теплоты и влаги, поэтому все эти про-
цессы протекают с большей скоростью и при более низкой тем-
пературе.
При нагревании измельченного крахмалистого сырья с одно-
временной обработкой cc-амилазой при механико-ферментатив-
ной обработке процесс еще больше ускоряется. Кроме того, па-
раллельно идет интенсивный гидролиз крахмала до декстринов и
сахаров, что способствует еще лучшей подготовке сырья к даль-
нейшим осахариванию и сбраживанию.
108
4.2.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ
ПРЕВРАЩЕНИЯ КРАХМАЛА, САХАРОВ, БЕЛКОВ
И ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ
Превращения крахмала. Больше половины сухих веществ зерна
картофеля составляет крахмал, из которого в процессе произ-
11 детва получают спирт, поэтому физико-химические превраше-
Б°1Я крахмала представляют наибольший интерес. Крахмал в рас-
тительных клетках находится в виде микроскопических гранул
Многогранной или овальной формы. Размер крахмальных гранул
колеблется в широких пределах — от 1 до 120 мкм. Самые крупные
гранулы имеет картофельный крахмал, средний размер которых
по наибольшей оси составляет 40—50 мкм. Гранулы крахмала зла-
ков в среднем равны 10—15 мкм. По химическому составу гранулы
крахмала неоднородны и состоят из двух полиоз — амилозы и
амилопектина, распределенных равномерно.
В производстве спирта из крахмалистого сырья такие свойства
крахмала, как набухание, клейстеризация и растворение, имеют
первостепенное значение, от них зависит атакуемость его амило-
литическими ферментами.
При нагревании в воде крахмал набухает и превращается в
гель. При этом крахмальная гранула ведет себя как осмотическая
ячейка, в которой роль полупроницаемой перегородки (мембра-
ны) играет амилопектин. Осмотическое давление и связанная с
ним степень набухания возрастают с повышением температуры.
Крахмальная гранула поглощает воды в 25—30 раз больше своего
объема.
В определенном температурном интервале под действием ос-
мотических сил крахмальные гранулы сильно увеличиваются в
объеме, ослабляются и разрываются связи между отдельными
структурными элементами, нарушается целость гранул. При этом
резко возрастает вязкость раствора — происходит клейстеризация
крахмала.
Температура клейстеризации зависит в основном от природы
крахмала, размера гранул, наличия в воде солей и от других фак-
торов. Температура клейстеризации пшеничного крахмала 54—
62 °C, ржаного 50—55, ячменного 60—80, кукурузного 65—75, кар-
тофельного 59—64 °C.
Изменение вязкости крахмальных суспензий в воде определяет
и изменение вязкости замесов из различного сырья, так как крах-
мал наиболее сильно влияет на вязкость. При нагревании суспен-
зии крахмала в воде при температуре 35—45 °C ее вязкость не-
колько снижается вследствие уменьшения вязкости воды, при
Дальнейшем повышении температуры очень медленно увеличива-
Тся, при 75—85 °C резко возрастает, при 90 °C достигает макси-
ального значения и при более высоких температурах резко сни-
ется. Резкое повышение вязкости обусловлено интенсивным
109
набуханием и началом клейстеризации, главным образом круп-
ных гранул крахмала. При 90 °C клейстеризапия практически за-
канчивается, вязкость больше не увеличивается. Последующее
снижение ее связано с деструкцией трехмерной сетки клейстера
в результате повышения температуры и механического переме-
шивания.
При температуре 120—130 °C клейстер становится легкопод-
вижным. Наиболее полное растворение амилопектина происходит
у пшеничного крахмала при температуре 136—141 °C, ржаного при
121 — 127, кукурузного при 146—151, картофельного при 132 °C
Наряду с физико-химическими происходят и химические из-
менения крахмала, в основном гидролитические. Ферментативно-
му гидролизу крахмал подвергается при подваривании сырья бла-
годаря содержащимся в нем амилазам («самоосахаривание»), кис-
лотному гидролизу — при разваривании в слабокислой среде. При
температуре до 70 °C среди продуктов гидролиза преобладают са-
хара, так как при последующем разваривании под давлением они
теряются (разлагаются). Декстрины же более устойчивы, и накоп-
ление их в сырье не приводит к заметному увеличению потерь
сбраживаемых веществ.
В. А. Смирнов и В. П. Сотская показали, что основной реакци-
ей распада гексоз (фруктозы, глюкозы) в процессе разваривания
является оксиметилфурфурольное разложение. Механизм этой ре-
акции окончательно не выяснен, но известно, что оксиметилфур-
фурол образуется из гексоз в кислой среде в результате дегидрата-
ции. Оксиметилфурфурол — нестойкое соединение, в свою оче-
редь распадающееся до левулиновой и муравьиной кислот. В ана-
логичных условиях из пентоз образуется фурфурол — более
стойкое соединение, чем оксиметилфурфурол. Устойчивость от-
дельных моносахаридов зависит от pH среды и режима разварива-
ния. Для сохранения моносахаридов в процессе разваривания
наиболее благоприятна слабокислая реакция среды с pH 3,4—3,6.
При таком pH разлагается от 5 % (глюкозы) до 26 % (фруктозы) от
первоначального количества сахара. При значении pH сырья око-
ло 6,5 распадается до 80 % глюкозы и 90 % фруктозы. В условиях
мягкого режима разваривания (по непрерывным способам) теря-
ется 3 и 11 % глюкозы и 9—36 % фруктозы.
Вторая по интенсивности реакция разложения сахаров в про-
цессе разваривания — реакция меланоидинообразования. Среди
продуктов меланоидиновой реакции найдены алифатические аль-
дегиды, фурфурол и его производные, формальдегид, диацетил,
метилглиоксаль, ацетоин и др. Значение этой реакции в образова-
нии потерь сбраживаемых веществ при разваривании невелико по
сравнению с оксиметилфурфурольным разложением сахаров.
Скорость меланоидиновой реакции можно снизить тем же пу-
тем, что и скорость окси метил фурфурольного разложения саха-
ров, — смягчением режима разваривания и подкислением среды
ПО
L ~ 3,5, так как при таком значении pH скорость этой реак-
Д° рв з-_5 раз меньше, чем при pH ~ 6,5. Основной путь снижения
U1 терь сахара — смягчение режима разваривания в результате тон-
^го измельчения сырья, а также обработка сырья а-амилазой на
стадии подваривания.
Превращения целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых и белковых
„ществ. Стенки клеток и межклеточные вещества растительного
Выпья состоят из целлюлозы (клетчатки), гемицеллюлоз, пектино-
с р и белковых веществ. Целлюлоза при разваривании под давле-
нием 0,4—0,5 МПа практически не изменяется. Гемицеллюлозы
картофеля и зерна, состоящие преимущественно из пентозанов,
частично растворяются, а частично гидролизуются до декстринов
и менее высокомолекулярных соединений, вплоть до пентоз (ара-
бинозы, ксилозы).
Пектиновые вещества при разваривании гидролизуются с обра-
зованием метанола. Чем жестче режим, тем больше образуется ме-
танола, который при ректификации этанола трудно отделить, так
как температура его кипения близка температуре кипения этано-
ла Поэтому применение современных мягких режимов способ-
ствует улучшению качества спирта.
При температуре до 100 °C белки картофеля и зерновых зла-
ков коагулируются и частично денатурируются, вследствие чего
сначала наблюдается некоторое уменьшение количества раство-
римого азота. При температуре 140—158 °C оно увеличивается,
что объясняется пептизацией белков. Поданным Д. Н. Климовс-
кого и С. А. Коновалова, при разваривании целого зерна в раствор
переходит от 20 до 50 % азота, содержащегося в зерне.
4.2.3. СПОСОБЫ РАЗВАРИВАНИЯ ЗЕРНА
И КАРТОФЕЛЯ
Крахмалсодержашее сырье разваривают непрерывным и пери-
одическим способами. Наиболее распространены непрерывные
способы. Установки непрерывного разваривания можно разделить
на три группы: установки, работающие на паре с давлением до
0,5 МПа (установка ВНИИПрБ); установки, использующие пар
высокого давления (установка УкрНИИСП); установки, произво-
дящие водно-тепловую обработку при температуре не выше 100 °C
(установка механико-ферментативной обработки).
Необходимая подготовка крахмалсодержащего сырья к осаха-
риванию при минимальных потерях нерастворенного крахмала и
раживаемых углеводов достигается правильно выбранным соот-
ошением температуры и продолжительности разваривания и
Р ВДомерностью обработки массы. Если выразить зависимость
лог У ТемпеРатУР°й и продолжительностью разваривания в полу-
арифмической системе координат, то она выглядит в виде пря-
111
мой, для которой справедливо уравнение
t = а/тс,
где г—температура разваривания. “С; а и с —коэффициенты, зависящие от со
стояния, вида и степени измельчения сырья; t — продолжительность разваривя
ния, мин.
В уравнении зависимости продолжительности разваривания от
температуры следует учитывать также конструктивные особеннос-
ти аппарата, влияющие на организацию проведения процесса и
степень смягчения режима разваривания. Это влияние отражается
с помощью коэффициента К, названного коэффициентом смягче-
ния режима.
t — а/(Кхс).
Чем сильнее диспергируется и равномернее проходит через
аппарат масса, тем больше коэффициент К, мягче режим (ниже
температура или меньше продолжительность разваривания). Для
установки конструкции УкрНИИСП К= 1,088; конструкции
ВНИИПрБ 1,072.
В отечественной промышленности наиболее распространенной
является установка ВНИИПрБ.
Способ непрерывного разваривания зерна и картофеля на установ-
ке ВНИИПрБ (рис. 4.1). Зерно, очищенное на сепараторах, элева-
тором подается в приемный бункер 1, а затем поступает в молот-
ковые дробилки 14.
Продукт дробления должен иметь такие размеры, чтобы 50-
Рис. 4.1. Аппаратурно-технологическая схема непрерывного разваривания зерна
и картофеля на установке ВНИИПрБ
112
ot ero проходило через сито с отверстиями диаметром I мм.
Пстаток на сите с отверстиями диаметром 3 мм не должен превы-
ать О I % Дробленое зерно направляется в смеситель 13, пред-
ъявляющий собой цилиндрический сосуд с эллиптическим дни-
с м и плоской крышкой, имеющий вертикальную рамную ме-
палку Измельченное в молотковых дробилках зерно через пат-
v6ok поступает в приемник, который выполнен в виде
перфорированной камеры. Через отверстия внутренней трубы
этой камеры тонкими струями подается вода. Измельченная зер-
новая крупка активно смешивается с водой уже в приемнике
продукта. Замес выходит через переливную коробку, состоящую
из двух камер, разделенных перегородкой, обеспечивающей оп-
ределенный уровень в смесителе. Переливная коробка также
снабжена смотровым патрубком, через который можно отбирать
пробы. с
Дробленое зерно смешивается с водой температурой 40—50 С
в заданном соотношении от 1 : 2,5 до 1 : 3,5 в зависимости от его
крахмалистости. Количество поступающего дробленого зерна и
воды регулируется дозаторами, работающими синхронно Приго-
товленный замес с помощью насоса 12 перекачивается в контакт-
ную головку 4 вторичного пара, который подводится через патру-
бок в центре головки и движется из нижней ее части вверх.
Встречное движение теплоносителя и замеса также способствует
ускорению его нагрева.
Замес нагревается вторичным паром, выделившимся из паросе-
паратора 9, до 85—95 °C в зависимости от температуры в смесителе
и количества этого пара, которое определяется, в свою очередь,
принятым режимом разваривания.
Нагретый замес поступает в буферную емкость 3, откуда плун-
жерным насосом 11 перекачивается в контактную головку 6остро-
го пара, где нагревается до 138—149 °C, и подается в трубчатый
разварник 10. В случае разваривания кукурузы замес нагревают до
При переработке картофеля клубни после мойки ковшовым
элеватором поднимаются на весы, затем подаются в промежуточ-
ный бункер и оттуда дозатором на молотковые дробилки 2. Карто-
фельная кашка через промежуточный сборник поступает в плун-
жерный насос 5 и оттуда в греющую контактную головку 6 острого
пара. В ней кашка нагревается до 138—140 °C и направляется в ва-
рочный аппарат, который состоит из трубчатого разварника 10,
выдерживателей первой 7и второй 8ступени.
Выдерживатель 7 первой ступени предназначен для доварива-
ния сырья, нагретого до температуры разваривания в контактной
головке острого пара и в трубчатом аппарате.
Масса из выдерживателя 7 первой ступени перемещается по
переточным трубам за счет разницы уровней в колоннах при оди-
ковом давлении в паровых пространствах колонн, что достига-
113
ется установкой уравнительной линии. Из выдерживателя 8 вто-
рой ступени масса выдувается в паросепаратор. Продолжитель-
ность пребывания массы зерна в варочных колоннах обоих выдер-
живателей 45—55 мин (кукурузы 60 мин). Пар из сепаратора ис-
пользуется на подваривание замеса в контактной головке вторич-
ного пара. В паросепараторе поддерживается постоянное
избыточное давление около 0,05 МПа, что соответствует темпера-
туре 105 °C. Разваренная масса находится в нем 15—20 мин.
Качество разваривания сырья на установке конструкции
ВНИИПрБ, так же как и на любой другой установке, определяют
по цвету сваренной массы, отобранной из пробников, установлен-
ных на выдувной трубе варочного аппарата и трубе паросепарато-
ра. Цвет массы из зерна должен быть темно-желтым со светло-ко-
ричневым оттенком, из картофеля — светло-коричневым с зеле-
новатым оттенком.
Механико-ферментативный способ обработки сырья. По ре-
зультатам проведенных исследований сотрудниками ВНИИПрБ
(Б. А. Устинниковым и др.) разработаны технологический режим
и схема механико-ферментативной подготовки крахмалистого сы-
рья к осахариванию (рис 4.2).
По этой схеме все поступающее в переработку зерновое сырье
обязательно очищается от металлопримесей на магнитном сепа-
раторе, а от сорных — на зерновом сепараторе. Остаточное со-
держание примесей не должно превышать 1 %. Основные требо-
вания к измельчаемому зерну: проход через сито с диаметром от-
верстий 1 мм должен быть не мене? 75—80 %, к зерну кукурузы —
не менее 85—90%, остаток на сите с ячейками Змм должен
отсутствовать.
Измельченное зерно или картофель поступают в смеситель 1,
Рис. 4.2. Аппаратурно-технологическая схема механико-ферментативной подготовки
крахмалистого сырья
114
смешивается теплой водой температурой 60—65 °C и бактери-
где с ферментным препаратом — источником а-амилазы (ами-
^^бтилин ГХ и ГЗХ и др.) Амилосубтилин дозируется из расче-
Л°1 5—2 0 ед. АС/г условного крахмала и поступает в смеситель из
Исходного сборника а-амилазы 2.
Р Соотношение зерна и воды, поступающих в смеситель, состав-
т 1 • (3 0—3,2) и устанавливается в зависимости от крахмалис-
тости зерна с учетом того, что концентрация сусла в осахаривателе
олжна быть 16—18 %. Температура замеса в смесителе поддержи-
Дается на уровне 50—55 °C. При необходимости подогрева замеса
используют вторичный пар, который поступает из паросепаратора
9 Продолжительность пребывания замеса в смесителе 10—12 мин.
В смесителе должно обеспечиваться равномерное перемешивание
измельченного сырья, воды и раствора а-амилазы, а также подо-
грев массы до 55 °C.
При переработке картофеля клубни тщательно моют и измель-
чают. Амилосубтилин вводят из расчета 2,0—2,5 ед. АС/г условно-
го крахмала картофеля.
В смесителе происходит начальная стадия разжижения крах-
мала и растворения сухих веществ за счет действия бактериаль-
ной а-амилазы, обеспечивается нормальная текучесть массы.
Затем замес насосом 3 подается в контактную головку 4, где
подогревается паром до температуры 70—72 °C (температура выше
75 °C недопустима из-за возможной инактивации а-амилазы) и
направляется в аппарат 5 гидродинамической и ферментативной
обработки первой ступени ГДФО-1, где выдерживается не менее
2—2,5 ч.
После заполнения аппарата примерно на 1/3 включается цир-
куляционный контур с центробежным насосом 6 иля перемешива-
ния массы в аппарате. Коэффициент заполнения аппарата состав-
ляет 0,75—0,80. Температура массы при обработке зернового заме-
са должна поддерживаться в пределах 65—70 °C. На этой стадии
ферментативной обработки происходят клейстеризация крахмала,
разжижение замеса, декстринизация и частичный гидролиз угле-
водов под действием введенной а-амилазы, а также собственных
ферментов зерна, если они находятся в активном состоянии. Эти
процессы сопровождаются интенсивным растворением сухих ве-
ществ зерна.
При переработке кукурузы массу нагревают до 80—85 °C и вы-
держивают в течение 4,5—5,0 ч, для чего подключают второй ап-
парат ГДФО-1.
к ^Ри переработке картофеля температуру гидродинамической
ооработки увеличивают до 70—75 °C
пн? Я лучшего сохранения активности а-амилазы ее вводят в
ГДф™ч-: 1~1’5ед. АС/г в смеситель и 0,5 ед. АС/г в аппарат
Далее зерновой замес или картофельная кашка из аппарата
115
ГДФО-1 самотеком или с помощью дозаторов отводятся в аппарат
7 гидродинамической и ферментативной обработки второй ступе-
ни ГДФО-2. Этот аппарат, разделенный на три секции, может
быть горизонтальной или вертикальной конструкции. В первой
секции аппарата ГДФО-2 крахмалистая масса выдерживается при
перемешивании в течение 15—16 мин при температуре 65—72 °C,
после чего перетекает во вторую секцию, где нагревается острым
паром до 72—75 °C и выдерживается также 15—16 мин. В зоне этих
температур происходит более интенсивная клейстеризация крах-
мала сырья с одновременным разжижающим действием на крах-
мал бактериальной а-амилазы. В третьей секции температура мас-
сы путем подачи острого пара поднимается до 85—95 °C. В этих
условиях в течение 15—16 мин клейстеризуются наиболее трудно-
доступные для воздействия воды и тепла крахмальные гранулы,
причем разжижающее действие термофильной а-амилазы на
крахмал хотя и ослабевает вследствие инактивации фермента, но
еще продолжается.
При переработке кукурузы температура в ГДФО-2 поддержива-
ется во всех секциях на уровне 90—95 °C.
Таким образом, в аппарате второй ступени осуществляются как
дополнительный ферментативный гидролиз под действием сохра-
нившейся а-амилазы, так и термообработка массы, т. е. стерили-
зация ее паром под атмосферным давлением. При перемешивании
происходит диспергирование сырья, сопровождающееся увеличе-
нием содержания растворимых веществ до 90—95 % и более по от-
ношению к концентрации сухих веществ в сусле. Такая масса дос-
таточно подготовлена к осахариванию и с помощью насоса 8 пере-
качивается в паросепаратор 9, выполняющий роль накопителя.
Затем масса идет на осахаривание.
При переработке недоброкачественного дефектного сырья не-
обходима более жесткая тепловая обработка массы для ее стерили-
зации перед приготовлением сусла. Для этого масса насосом 8 по-
дается в контактную головку 10, где подогревается паром до тем-
пературы НО—115 °C, а для кукурузы до 125—130 °C. Далее масса
проходит через трубчатый стерилизатор 11 в течение 5—6 мин.
Вводимый пар должен полностью конденсироваться. Этот эф-
фект достигается установкой на выходе из трубчатого стерилиза-
тора редуцирующего клапана, отрегулированного на давление
0,06—0,10 МПа. Это позволяет довести коэффициент заполне-
ния трубчатого стерилизатора массой до 100 % Затем масса отво-
дится в паросепаратор 9. Качество ферментативно-тепловой об-
работки определяют по пробе, отбираемой после паросепарато-
ра. Обработанная масса должна быть от светло-коричневого до
коричневого цвета с белесым оттенком и иметь запах неперева-
ренной массы.
Для осахаривания стерилизованную массу смешивают с необ-
ходимой дозой глюкаваморина ГХ или другим препаратом.
116
ак предварительный гидролиз и растворение массы с по-
1 бактериальной а-амилазы практически на 90— 100 % за-
М°и1Ьаются до сталии осахаривания, то а-амилазу в дальнейшем
верша ВВодить в осахариватель. Однако для успешной пере-
можно ектного и трудносбраживаемого сырья в осахарива-
рабОТРпедует ввести до 30 % от общего расхода бактериальной
тель следуй' *-
п-амилазы.
Техноэкономическии эффект при переходе на работу по схеме
ханико-ферментативной обработки сырья по сравнению со схе-
ой разваривания и осахаривания с применением ферментных
препаратов состоит в следующем:
расход пара снижается не менее чем на 40 %;
расход электроэнергии на 1 т сырья увеличивается на 3,1 кВт • ч;
выход спирта из 1 т условного крахмала увеличивается не ме-
нее чем на 0,4 дал за счет снижения потерь сбраживаемых ве-
ществ при разваривании, которые составляют 3—4 % от введен-
ного крахмала.
Кроме того, из схемы исключаются варочные колонны, работа-
ющие под давлением, обеспечиваются безопасные условия труда.
4.3. ОСАХАРИВАНИЕ РАЗВАРЕННОЙ МАССЫ
Осахаривание заключается в обработке охлажденной разварен-
ной массы солодовым молоком или ферментными препаратами
для гидролиза полисахаридов, белков и других сложных веществ.
Основным и наиболее важным процессом при этом является фер-
ментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, поэто-
му процесс и называют осахариванием. В результате осахаривания
разваренной массы получают полупродукт — сусло спиртового
производства.
В производстве спирта воздействие ферментов на составные
вещества сырья осуществляется на нескольких технологических
стадиях: стадии подваривания сырья; специальной стадии осаха-
ривания крахмала, которая проводится при оптимальной темпера-
туре для действия амилолитических сахарогенных ферментов; ста-
дии брожения, где создаются условия, оптимальные для жизнеде-
ятельности дрожжей, но которые не вполне благоприятны для
действия амилолитических ферментов (более низкие температура
и pH среды).
76 $^СЛ°’ полУченное при осахаривании солодом, содержит 71 —
о /о мальтозы и 24—29 % глюкозы от суммы сбраживаемых саха-
1 лВ’Л осахаренное ферментными препаратами — соответственно
14-21 и 79-86 %.
пеРиод осахаривания разваренной массы под действием про-
пе ли™ческих ферментов происходит накопление аминокислот,
тонов и полипептидов. Содержание растворимого азота в раз-
117
варенной массе увеличивается в несколько раз. Наибольшее коли-
чество растворимого азота (до 75 % от общего азота сырья) образу-
ется при осахаривании массы, разваренной при температуре
150 °C, а наименьшее (до 33 %) — при температуре 100 °C.
Целлюлоза, гемицеллюлоза и другие некрахмалистые полиса-
хариды почти не гидролизуются ферментами солода и в большей
степени, хотя и незначительно, гидролизуются ферментами мик-
робного происхождения.
Процесс осахаривания осуществляется при 57—58 °C — опти-
мальной температуре действия амилолитических ферментов. Раз-
варенную массу охлаждают в осахаривателе со змеевым теплооб-
менником или под вакуумом.
Осахаривание разваренной массы, как правило, осуществляют
непрерывным способом и лишь на заводах малой мощности — пе-
риодическим.
Независимо от способа процесс осахаривания состоит из следу-
ющих операций:
охлаждения разваренной массы до определенной температуры,
которую после смешивания массы с солодовым молоком (микроб-
ной культурой) понижают до заданной для осахаривания:
смешивания разваренной массы с солодовым молоком (мик-
робной культурой);
осахаривания крахмала;
охлаждения сусла до начальной температуры брожения сусла;
перекачивания сусла в бродильное и дрожжевое отделения за-
Рис. 4.3. Схема непрерывного осахаривания с
одноступенчатым вакуум-охлаждением разва-
ренной массы
вода.
Один из распростра-
ненных способов осахари-
вания — непрерывное оса-
харивание с одноступенча-
тым вакуум-охлаждением
разваренной массы, пред-
ставленной на рис. 4.3.
Из паросепаратора 7
разваренная масса по тру-
бе 2 поступает в испари-
тельную камеру 3, в кото-
рой поддерживается раз-
режение 0,08 МПа. В ре-
зультате самоиспарения
температура воды почти
мгновенно понижается до
62 °C. Вакуум в камере со-
здается в результате кон-
денсации выделяющегося
пара водой в конденсаторе
4. Смесь воды, конденсата
118
и неконденсирующихся газов откачивается мокровоздушным на-
сосом 5 типа РМК.
Охлажденная масса по барометрической трубке 11 стекает в
осахариватель 8. Одновременно по трубе 7 в трубу 2 из осахарива-
теля засасывается 10—15 % сусла, вследствие чего снижается вяз-
кость массы, облегчается отделение пара и уменьшается унос с
ним крахмала. После добавления к разжиженной массе солодово-
го молока из расходных бачков 9с помощью дозатора /Отемпера-
тура ее снижается до 57—58 °C и сохраняется на этом уровне все
время. Продолжительность осахаривания не менее 10 мин.
Уровень массы в осахаривателе поддерживается автоматически
посредством поплавкового регулятора, связанного рычагом с зас-
лонкой на продуктовой трубе. Солодовое молоко дозируется в за-
висимости от скорости откачивания сусла насосом 12 в теплооб-
менник 13 Для задержания песка перед насосом установлена ло-
вушка 6.
Охлаждение разваренной массы под вакуумом предотвращает
тепловую инактивацию ферментов осахаривающих средств при
поступлении разваренной массы в осахариватель и обеспечивает
более полное осахаривание крахмала, что позволяет увеличить вы-
ход спирта. При этом способе охлаждения из сусла вместе с не-
конденсирующимися газами удаляются такие летучие примеси,
как метанол, фурфурол, летучие кислоты, что облегчает ректифи-
кацию спирта.
Полноту осахаривания проверяют по йодной пробе. Если ок-
раска сусла с йодом не изменяется, осахаривание прошло нор-
мально; красная окраска свидетельствует об избытке декстринов,
сине-фиолетовая — о присутствии неосахаренного крахмала. Та-
кое изменение окраски с йодом характерно только при получении
сусла осахариванием разваренной массы солодом; при осахарива-
нии ферментными препаратами микроскопических грибов окрас-
ка может оставаться сине-фиолетовой и исчезает при брожении.
Расход солода на осахаривание определяется с учетом его оса-
харивающей способности (ОСп). На 1 г крахмала сырья, посту-
пившего на разваривание и содержащегося в зерне, идущего на
приготовление солода, требуется 0,6—0,7 ед. ОСп. Необходимое
количество ОСп обеспечивается двумя или тремя солодами. При-
чем доля просяного или овсяного солодов составляет 25—30 % от
общего расхода.
Средний расход зерна, идущего на приготовление солода, не
должен превышать при переработке зерна 14,9%, картофеля
13,0 %, овса, сорго и риса 18,5 % массы сырья.
В настоящее время на спиртовых заводах применяют отече-
ственные жидкие и сухие ферментные препараты — амилосубти-
лин ГХ, ГЗХ, глюкаваморин ГХ, ГЗХ, глюкобататин ГХ, ГЗХ, глю-
кэндомикопсин ГХ, амилоризин ПХ, глюкаваморин ПХ.
Расход поверхностной культуры составляет 5 % от массы пере-
119
рабатываемого крахмала, в том числе глюкаваморина ПХ — 4%
(как источника глюкоамилазы) и амилоризина ПХ — 1 % (как ис-
точника а-амилазы и протеолитических ферментов). Расход глу-
бинной культуры микроорганизмов и концентрированных препа-
ратов на осахаривание рассчитывают по их активности в зависи-
мости от принятой продолжительности брожения. Так, при 72-ча-
совом брожении расход а-амилазы должен составлять 1,5—2,0 ед.
АС, глюкоамилазы — 6,0—6,2 ед. ГлА на 1 г перерабатываемого
крахмала сырья. При 48-часовом брожении расход а-амилазы ос-
тается неизменным, а глюкоамилазы — увеличивается до 15 ед.
ГлА на 1 г крахмала. При этом достигаются равные показатели
сбраживания. Препарат а-амилазы рекомендуется подавать в две
точки технологической схемы: 0,5 ед. АС на разжижение подвари-
ваемой массы и 1 ед. АС на 1 г крахмала при осахаривании вместе
с глюкозой.
Кроме отечественных препаратов на спиртовых заводах широ-
ко применяются зарубежные концентрированные ферментные
препараты. Например, датская фирма «Ново Нордиск» поставляет
препараты в сиропообразном виде плотностью 1,20—1,25 г/см3.
Препараты термамил 120 Л и БАН 240 Л являются источниками
термостойкой а-амилазы, действующей при температуре 85—95 °C
и разжижающей крахмал. Препараты АМГ 300 Л и Сан супер 240
Л содержат глюкамилазу и протеазу. Оптимальные условия их
действия 55—60 °C.
Содержание растворимых веществ в осахаренном сусле должно
находиться в пределах 16—18 %, в том числе 13—15 % сбраживае-
мых углеводов. Кислотность сусла 0,2—0,3°. Один градус кислот-
ности соответствует 1 см3 1 М раствора NaOH, израсходованного
на титрование 20 см3 сусла. При кислотности ниже 0,2° интенсив-
но развиваются инфицирующие микроорганизмы, а при кислот-
ности выше 0,4° инактивируются амилолитические ферменты, что
увеличивает количество неосахаренных декстринов в бражке.
4.4. КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ДРОЖЖЕЙ
Сахар, содержащийся в осахаренном сусле, сбраживают в спирт
дрожжами Saccharomyces cerevisiae расами XII, К-81 и др. Они хо-
рошо сбраживают мальтозу, сахарозу и фруктозу, но не сбражива-
ют конечные декстрины. Способами генетической инженерии по-
лучена высокоактивная раса У 408, обладающая амилолитической
активностью, что позволяет уменьшить расход осахаривающих
средств на 10—15% и снизить продолжительность брожения на
Основными факторами, влияющими на жизнедеятельность
дрожжей, являются температура, pH и состав питательной среды.
120
Оптимальная скорость размножения сахаромицетов наблюдается
при 30—32 °C, но дрожжи, выращенные при температуре ниже оп-
тимальной, имеют высокую бродильную активность Поэтому на-
чальная температура брожения сусла из крахмалсодержащего сы-
рья, когда происходит размножение дрожжей, поддерживается на
уровне 18—22 °C, а при энергичном брожении — на уровне 29—
30 °C. Более высокая температура способствует развитию молоч-
нокислых бактерий.
От величины pH зависят скорость поступления веществ в клет-
kv, активность ферментов и характер брожения. Оптимум pH сре-
ды для выращивания дрожжей 4,8—5,0. При pH ниже 4,2 дрожжи
продолжают развиваться, а молочнокислые бактерии почти не
развиваются. Чистые условия для выращивания засевных и произ-
водственных дрожжей, при которых посторонние микроорганиз-
мы почти не развиваются, создают, изменяя кислотность в преде-
лах pH 3,8—4,0. Для этого используют серную, соляную или мо-
лочную кислоту.
Производственными или зрелыми дрожжами в спиртовом про-
изводстве называют готовую культуру дрожжей, которую получа-
ют в результате сбраживания 1/3 питательного сусла от первона-
чального содержания сухих веществ. Существуют периодический,
полунепрерывный и непрерывный способы культивирования
дрожжей.
При периодическом способе культивирования дрожжей ис-
пользуют дрожжанки емкостью 8 % от объема бродильного аппа-
рата. Сусло отбирается из осахаривателя, дополнительно осахари-
вается для обогащения азотным питанием, пастеризуется, охлаж-
дается до 30 °C и подкисляется серной кислотой до pH 3,8—4,0.
Титруемая кислотность зернового сусла достигает 0,7—0,9°, карто-
фельного — 0,9—1,2° (из-за повышенной буферности).
В случае подкисления дрожжевого сусла молочной кислотой
после пастеризации (75 °C) его охлаждают до 54 °C и вносят подго-
товленную культуру молочнокислых бактерий (штамм 52 или сме-
шанную культуру 70) в количестве 2—5 % от объема сусла в дрож-
жевом аппарате, перемешивают (при 52 °C). В течение 8—10 ч
происходит молочнокислое брожение до нарастания общей кис-
лотности до 1,7—1,9° в зерновом сусле и 2,0—2,4° в зернокарто-
фельном. Затем в сборник отбирают маточную культуру молочно-
кислых бактерий, а остаток сусла пастеризуют при 76—78 °C в те-
чение 25—30 мин.
Приготовленное сернокислое или молочнокислое дрожжевое
сусло охлаждают до 30 °C и вносят засевные дрожжи до 8 % от
объема дрожжевого аппарата, содержимое перемешивают и ох-
лаждают до 22—23 °C. Размножение дрожжей длится 18—20 ч при
27—30 °C. Концентрация сусла при культивировании снижается
от 17—18 до 5—6 %, а концентрация спирта возрастает до 4,5—5 %.
Кислотность зрелых дрожжей не должна превышать начальную.
121
При малейшем повышении кислотности дрожжи бракуют Клетки
готовой культуры дрожжей должны быть упитанными, а купьтура
содержать до 5 % почкующихся и не более 1 % мертвых при пол-
ном отсутствии живых посторонних микроорганизмов.
При обнаружении 1—2 палочек посторонней микрофлоры го-
товую культуру обрабатывают в сборнике раствором серной кис-
лоты при указанной кислотности (pH 2,5—3,0), убивают до 50 %
клеток дрожжей и соответственно увеличивают объем засевных
дрожжей, повышают начальную температуру брожения на 3—4 °C
При нормальной работе завода чистую культуру дрожжей вы-
водят примерно 1 раз в год обычно одновременно с пуском завода
после ремонта, а иногда и реже.
Непрерывное культивирование осуществляется в системе
дрожжегенераторов. Осахаренное сусло и маточные дрожжи по-
ступают в первый аппарат, последовательно проходят дрожжеге-
нераторы и из последнего в виде готовой культуры дрожжей по-
ступает в головной танк бродильной батареи.
4.5. СБРАЖИВАНИЕ ОСАХАРЕННОГО СУСЛА
С момента введения производственных дрожжей в охлажден-
ное сусло начинается брожение. При сбраживании зернокарто-
фельного сусла одновременно происходит доосахаривание декст-
ринов. Бродящее сусло называют бражкой.
На отечественных заводах применяют в основном непрерывно-
проточный, проточно-рециркуляционный и циклический спосо-
бы брожения. Периодическое сбраживание проводят только на
малых заводах.
Продолжительность
брожения, v
Рис. 4.4. Интенсивность сбражи-
вания сахаров при непрерывном (7)
и периодическом (2) процессах
брожения (интенсивность броже-
ния определяли по среднечасовому
содержанию СВ)
При непрерывном спиртовом
брожении сусла в начальный пери-
од сбраживается основное количе-
ство сахаров, в то время как при
периодическом количество сбро-
женного сахара постепенно увели-
чивается, а затем уменьшается
(рис. 4.4).
Процесс брожения сусла можно
разделить на три периода взбражи-
вание, характеризующееся продол-
жением размножения дрожжей;
главное брожение, при котором
происходит сбраживание основного
количества сахара; дображивание,
связанное с доосахариванием декст-
ринов и крахмала амилолитически-
ми ферментами с последующим их
дображиванием дрожжами.
122
При периодическом брожении все стадии брожения протекают
в одном аппарате. Продолжительность брожения 72 ч.
Для непрерывно-проточного, проточно-рециркуляционного и
циклического способов брожения требуются дрожжанки, дрожже-
генераторы и батарея бродильных аппаратов, соединенных между
собой переточными трубами. Для данных способов брожения не-
обходимо периодически освобождать оборудование от бражки и
проводить профилактическую стерилизацию аппаратов и комму-
никаций всей системы. Продолжительность брожения сусла по
этим методам 60—62 ч.
На рис. 4.5 приведена схема непрерывно-проточного сбражива-
ния зернокартофельного сусла, которая предусматривает установку
следующего оборудования: двух дрожжанок 1, дрожжегенератора 2,
Двух головных бродильных аппаратов 3, 8—10 бродильных аппара-
тов для дображивания 4, спиртоловушки 7и двух насосов 5 и 6.
Технологические показатели зрелой бражки: содержание спир-
Iя 8—9,5 %, сбраживаемых углеводов 0,25—0,45, крахмала 0,003—
0,2 %. Нарастание кислотности в процессе брожения не должно
превышать 0,2°. Увеличение кислотности на 0,Г сверх допустимой
величины снижает выход спирта на 0,2 дал на 1 т крахмала.
4.6. ВЫДЕЛЕНИЕ СПИРТА ИЗ БРАЖКИ
И ЕГО ОЧИСТКА
Бражка — сложная многокомпонентная система, состоящая из
ли (82—90 мае. %), сухих веществ (4—10 мае. %) и этанола с со-
Утствующими летучими примесями (7—9 мае. %, или 8—
123
11 об. %). В бражке всегда присутствует некоторое количество ди-
оксида углерода: в 1 дм3, взятом непосредственно из бродильного
аппарата, содержится 1 —1,5 г. При перекачке бражки в ректифи-
кационное отделение теряется 35—45 % диоксида углерода Кис-
лотность бражки 0,5°, pH 4,9—5,2. Состав бражки в значительной
мере изменяется в зависимости от вида исходного сырья и приня-
тых технологических режимов ее приготовления.
Летучие примеси, сопутствующие спирту, характеризуются
большим разнообразием, в настоящее время их идентифицирова-
но более 70, но общее содержание невелико — обычно не превы-
шает 0,5 % от количества этанола.
Все летучие примеси можно в основном разделить на четыре
группы: спирты, альдегиды, кислоты и эфиры. Кроме того, выде-
ляют группу азотистых (аммиак, амины, аминокислоты), серосо-
держащих (сероводород, сернистый ангидрид, сульфокислоты,
меркаптаны) и других веществ.
Больше всего примесей (0,35—0,45 % от количества этанола)
приходится на долю спиртов — метилового, пропилового, изобу-
тилового, изоамилового. Последние три спирта составляют основу
сивушного масла (обычно 0,3—0,35 % от количества этанола в
бражке). Метанол (метиловый спирт) содержится в зернокарто-
фельной и свекловичной бражке — не более 0,2 % от количества
этанола. Из альдегидов в спирте больше всего уксусного.
Летучих кислот (уксусной, масляной, пропионовой, валериано-
вой и др.) немного — около 0,005—0,1 % от количества этанола.
В бражке содержится около 0,05 % эфиров от количества эта-
нола. Группа эфиров в основном представлена уксусно-этило-
вым, муравьино-этиловым, уксусно-метиловым, изомасляно-
этиловым.
Спирт из бражки выделяют с помощью ректификации на сыр-
цовых ректификационных установках. При этом вместе с ним от-
гоняется и значительная часть сопутствующих летучих примесей.
Получаемый при этом продукт называется спиртом-сырцом (ГОСТ
131-85).
Ректификованный спирт получают путем очистки спирта-сыр-
ца от примесей ректификацией. Различают четыре вида ректифи-
кованного спирта (ГОСТ Р 51652): «Люкс», «Экстра», «Базис»,
«Альфа», высшей очистки и I сорта.
Кроме спирта-сырца и ректификованного спирта спиртовая
промышленность вырабатывает небольшое количество абсолют-
ного спирта. Не следует смешивать понятия безводный (100%-й)
и абсолютный спирт, в котором допускается содержание воды
до 0,2 об. %. Безводный спирт промышленностью не вырабаты-
вается.
124
4 6.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
РЕКТИФИКАЦИИ
Ректификация — процесс разделения жидких летучих смесей на
поненты или группы компонентов (фракции) путем много-
детного двустороннего массо- и теплообмена между противоточ-
кРалвижушимися паровым и жидкостным потоками. Необходимое
условие процесса ректификации— различная летучесть (упру-
гость пара) отдельных компонентов.
При взаимодействии противоточно движущихся потоков в
процессе ректификации происходит диффузия легколетучего ком-
понента (ЛЛК) из жидкости в пар и труднолетучего компонента
(ТЛК) из пара в жидкость. Способ контактирования потоков мо-
жет быть ступенчатым (в тарельчатых колоннах) или непрерыв-
ным (в насадочных колоннах)
В результате многократно повторяющегося на последователь-
ных тарелках (ступенях) контактирования движущихся в противо-
токе по высоте колонны жидкости и пара составы взаимодейству-
ющих фаз существенно изменяются: паровой поток при движении
вверх обогащается ЛЛК, а жидкостный, стекая вниз, обедняется
им, т. е. обогащается ТЛК. При достаточно большом пути контак-
та противоположно движущихся потоков по колонне в итоге мож-
но получить пар, выходящий из верхней части колонны, представ-
ляющий собой более или менее чистый ЛЛК, конденсация кото-
рого дает дистиллят, а из нижней части колонны — сравнительно
чистый ТЛК, так называемый кубовый остаток.
Жидкостный поток в колонне (флегма) образуется в результате
частичной конденсации пара, выходящего из верхней части ко-
лонны, в специальных теплообменных аппаратах—дефлегмато-
рах или вводится в колонну в виде питания. Для создания парово-
го потока в нижнюю часть колонны вводят определенное количе-
ство теплоты непосредственным впуском греющего пара (случай
открытого обогрева колонны) или подачей его в специальный теп-
лообменник — испаритель, в котором теплота передается кипяще-
му кубовому остатку через поверхность теплопередачи (случай
закрытого обогрева).
4.6.2. ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ
ЭТАНОЛ—ВОДА
Летучесть отдельных компонентов смеси характеризуют коэф-
чициентом испарения К = у/х — отношением концентрации дан-
° вещества в паровой фазе у к концентрации его в жидкой фазе
„ Условии, что рассматриваемые фазы бинарной смеси нахо-
ся в равновесном состоянии.
етучая часть бражки состоит в основном из воды и этанола,
125
Рис. 4.6. Зависимость концентрации
спирта в паре у, температуры кипе-
ния t и давления пара Р от состава
жидкой бинарной смеси этанол —
вода х при давлении:
7 — атмосферном; 2— ниже атмосфер-
ного; 3— выше атмосферного
поэтому в процессе выделения
спирта бражку рассматривают как
бинарную смесь этанола и воды. В
верхней части рис. 4.6 линия ]
изображает зависимость равновес-
ного состава пара у от состава жид-
кости х при атмосферном давлении
и температуре кипения для смеси
этанол—вода. Линия представляет
собой геометрическое место точек
значений коэффициентов испаре-
ний этанола К3 = у/х из водно-
спиртовой смеси. При малых кон-
центрациях спирта в смеси значе-
ния Кэ максимальны (около 13),
при больших — минимальны (око-
ло 1).
Линия равновесного состава в
точке А пересекает диагональ, сле-
довательно, в этой точке состав па-
ровой и жидкой фаз одинаковый.
Эта точка получила название азео-
тропная точка, или точка нераз-
дельного кипения. Для нее у = х
или Кэ = Къ = 1, где Кв — коэффи-
циент испарения воды. При атмос-
ферном давлении нераздельноки-
пящая смесь системы этанол—вода
содержит 97,2 об. % (95,57 мае. %)
этанола.
В соответствии с законом
М. С. Вревского при повышении
давления растворы с низкой кон-
центрацией спирта (примерно до 30—40 мае. %) образуют пары с
большим содержанием спирта, а растворы с высокой концентра-
цией спирта — пары с меньшим содержанием спирта, что нагляд-
но показано в верхней части рис. 4.6 пунктирной линией. Из ри-
сунка также видно, что с изменением давления сдвигается и поло-
жение азеотропной точки. Так, при давлении 9,33 кПа (температу-
ра кипения 27 °C) нераздельнокипяшая точка смещает
концентрацию этанола вправо — в сторону увеличения вплоть до
х= 100%, т. е. при таком давлении пар всегда будет иметь боль-
шую концентрацию спирта, нежели исходная жидкость.
Анализируя положение кривой фазового равновесия, легко ус-
тановить, что при атмосферном давлении пар над жидкостью бу-
дет обогащаться этанолом только до азеотропной точки. Следова-
тельно, путем ректификации (многократного испарения и кон
126
пии) при атмосферном давлении можно достичь максималь-
иоТконнентрации этанола - 97,2 об. %
Н Рели же требуется получить этанол более высокой концентра-
нсобходимо уменьшить давление, тогда азеотропная точка
иИ*инется вправо. Этим примером иногда пользуются на практике
при получении абсолютного спирта.
4.6.3. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТА-СЫРЦА
Спирт-сыреп получают на одно- и двухколонных ректифика-
ционных установках. В процессе получения спирта-сырца из
бражки отгоняются этанол и примеси с большей летучестью, чем
этанол.
Одноколонная сырцовая установка (рис. 4.7, а) состоит из пол-
ной ректификационной колонны, дефлегматора и холодильника.
Бражка нагревается в дефлегматоре и поступает в среднюю часть
колонны. В нижней части колонны (отгонной, или бражной)
спирт извлекается из бражки паром, вводимым в кубовую часть
колонны. Бражка, освобожденная встречным потоком пара в ниж-
ней части колонны, именуется после этого бардой, непрерывно
выводится из колонны через гидрозатвор или бардорегулятор. В
отгонной части колонны обычно 18—22 тарелки.
В верхней части колонны (концентрационной, или спиртовой)
устанавливают 9—10 ситчатых или многоколпачковых тарелок, на
которых происходит концентрация спирта в поднимающемся по-
Рис. 4.7. Схемы сырцовых ректификационных установок:
б —двухколонная: 7 и 2 — бражная и спиртовая колонны; 3— дефлегма-
юдильник спирта. Обозначения: А —бражка; Б —барда; В —вода; Л — лютерная
вода; П — греющий пар; СС — спирт-сыреи
127
токе пара в результате встречного перемещения стекающей флег-
мы. Спиртовой пар концентрацией около 88 об. % из колонны по-
ступает в дефлегматор, где значительная его часть (около 2/3 >
конденсируется, отдавая теплоту бражке и воде, образуя флегму
Оставшаяся часть (около 1/3) спиртового пара поступает в холо-
дильник, где конденсируется, превращаясь в спирт-сырец, и ох-
лаждается.
В отечественной промышленности применяют только одноко-
лонные сырцовые установки По сравнению с двухколонными
(рис 4.7, б) они проще по устройству и в эксплуатации, в них
меньше расходуется пара и воды, их легко автоматизировать, од-
нако имеют большую рабочую высоту и дают барду с меньшим со-
держанием сухих веществ, так как она смешивается с лютерной
водой.
Давление в нижней части колонны обычно поддерживается в
пределах 8—12 кПа; давление в верхней части зависит от состоя-
ния и площади поверхности теплопередачи дефлегматора и может
изменяться в пределах 1—5 кПа.
Расход пара и воды на сырцовых установках колеблется в ши-
роких пределах и зависит от концентрации спирта в бражке и
спирте-сырце, состояния и конструкции установки, а также от ре-
жима эксплуатации. На 1 дал спирта-сырца расходуется 18—26 кг
пара и 0,1—0,15 м3 воды. Потери при получении спирта обычно не
превышают 0,3 % спирта, введенного с бражкой.
4.6.4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЧИСТКИ СПИРТА
ОТ ЛЕТУЧИХ ПРИМЕСЕЙ
Для оценки летучести примесей по сравнению с летучестью
этанола введено понятие «коэффициент ректификации примесей»
лр = лгп/к; = ₽х/(ау),
где К,. = р/а — коэффициент испарения примесей, здесь аир— содержание при-
месей в жидкости и паре; Кс = у/х — коэффициент испарения этанола, здесь х и
у — содержание этанола в жидкости и паре
Коэффициент ректификации показывает, на сколько увеличи-
вается или уменьшается содержание примеси в паре по отноше-
нию к этанолу по сравнению с жидкостью. Он позволяет в нагляд-
ной форме представить поведение примеси в процессе ректифи-
кации.
Коэффициенты испарения и ректификации примесей зависят
от концентрации этанола в водном растворе, из которого выделя-
ются примеси. Все известные примеси по летучести можно разде-
лить на четыре вида: головные, хвостовые, промежуточные и кон-
цевые.
128
К головным примесям относят те, которые обладают большей
К естью, т. е. большим коэффициентом испарения, чем эта-
ЛеТУЧпри всех концентрациях его в растворе. Для них всегда
1 К основным представителям головных примесей относят-
уксусный и масляный альдегиды, акролеин, муравьино-этило-
вый уксусно-метиловый, уксусно-этиловый и диэтиловый эфи-
1 Летучесть хвостовых примесеи всегда меньше летучести спирта
/г < ]) поэтому хвостовые примеси в смеси со спиртоводной
жидкостью могут рассматриваться как ТЛК. Они будут уходить в
остаток. Типичными хвостовыми примесями являются, например,
уксусная кислота и фурфурол.
3 Промежуточные примеси обладают двоякими свойствами: при
высоких концентрациях этанола они проявляют характер хвосто-
вых примесей (Кр< 1), при низких, напротив, — характер голов-
ных примесей (л£> 1). При определенной концентрации этанола
в водно-спиртовых растворах летучесть промежуточных примесей
равна летучести этанола (Ар = 1). В связи с этим промежуточные
примеси в полной ректификационной колонне, где концентрация
спирта изменяется от нуля до азеотропной точки, будут накапли-
ваться в ее средней части, где К„ = 1, так как ниже этой зоны про-
межуточные примеси ведут себя как головные и стремятся дви-
гаться вверх по колонне; выше этой зоны они ведут себя как хвос-
товые и оттесняются вниз более летучим
компонентом — этано-
Головные и концевые
примеси (К'>1)
90
*g 70 .
£ 60 ~
S 40 -
|.?0 -
% 20 •
I 10
j Л
Изомосляно-этиловый
эфир
» Изоволерионово-этиловый
эфир
_ Уксусно-изоамиловый
г эфио
^—Изовалерианово-изоамило-
вый эфир
* Пропиловый эфир
* Изобутонол
Изооминал
Хвостовые и концевые
примеси (К'<1)
примесеи
Рис. 4.8. Шкала зон максимальной концентрации примесей н примерные эпюры
концентраций нх в зависимости от концентрации этанола:
1 — головные; 2 — промежуточные; 3 — хвостовые; 4 — концевые
129
лом. Промежуточные примеси отбирают обычно из зоны макси-
мального их накопления и, как правило, в средней части полной
ректификационной колонны.
Основные представители промежуточных примесей — изобу-
тилкарбинол (изоамиловый), изобутанол (изобутиловый), 1-про-
панол (пропиловый) спирты, изовалерианово-изоамиловый, ук.
сусно-изоамиловый, изовалерианово-этиловый эфиры.
Для концевых примесей, как и для промежуточных, характерна
летучесть в локальных условиях, однако в противоположность им
концевые примеси имеют коэффициент ректификации Кр > 1 при
высоких концентрациях спирта и Кр < 1 при низких концентраци-
ях. В связи с этим концевая примесь не накапливается в середине
колонны, а в зависимости от концентрации этанола идет или
вверх по колонне (как головная примесь), или вниз (как хвосто-
вая). Характерная концевая примесь — метанол.
На рис. 4.8 приведена примерная шкала зон максимальной
концентрации отдельных примесей по высоте пол юй ректифика-
ционной колонны и показано направление движения отдельных
групп примесей в зависимости от концентрации этанола. Знание
коэффициентов испарения спирта и его примесей дает возмож-
ность обоснованно подойти к созданию ректификационных уста-
новок для выделения спирта из бражки и его очистки от примесей
путем ректификации.
4.6.5. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННЫХ
УСТАНОВОК
Ректификованный спирт может быть получен из спирта-сырца
или непосредственно из бражки. Из спирта-сырца ректификован-
ный спирт получают на периодически или непрерывнодействую-
щих ректификационных установках.
В спиртовой промышленности ректификованный спирт полу-
чают исключительно из бражки, что считается экономически бо-
лее целесообразным. Получение ректификованного спирта непос-
редственно из бражки осуществляется на нспрсрывнодействую-
щих брагорсктификационных установках (БРУ), на которых мож-
но выделить спирт из бражки и освободить его от сопутствующих
летучих примесей.
В зависимости от способа включения бражной колонны в схе-
му различают брагорсктификационные установки прямого, не-
прямого (косвенного) и полупрямого действия.
Принципиальная особенность установок прямого действия
заключается в питании спиртовой колонны спиртоводным паром,
выходящим непосредственно из бражной колонны. В установках
прямого действия (рис. 4.9, а) теплота греющего пара использует-
ся двукратно. Свежий греющий пар вводится только в нижнюю
130
Рис 4.9. Принципы построения схем брагоректификационных установок:
— поямого действия; б, в — непрямого (косвенного) действия. Колонны: 1 — бражная; 2 —
чпюоашюнная; спиртовая; 4— конденсатор, ГФ - головная фракция; PC — ректифико-
31 ванный спирт; СМ — сивушное масло; обозначения А, Б, Л, П — см. рис. 4.7
часть бражной 1 колонны, а эпюранионная 2 и спиртовая 3 колон-
ны обогреваются спиртоводным паром, выходящим из верхней
части бражной колонны. В бражную колонну подают бражку, ос-
вобожденную от головных примесей (эпюрированную), и флегму,
поступающую из спиртовой колонны.
Принципиальная особенность установок непрямого (косвен-
ного) действия (рис. 4.9, б) — предварительное извлечение из
бражки спирта и сопутствующих ему примесей, в результате чего
образуется спирт-сырец (бражный дистиллят), который в жидком
виде направляется в эпюрационную колонну, а затем в спиртовую
для очистки. Спиртоводный пар, выходящий из бражной 1 колон-
ны, поступает в конденсатор 4. В эпюрационную 2 колонну пода-
ют спиртоводный (бражный) дистиллят, поступающий из конден-
сатора 4.
Спиртоводный дистиллят в колонне 2 очищается от головных
примесей под действием свежего пара, вводимого в нижнюю часть
колонны. Поступающий в спиртовую 3 колонну жидкий эпюрат
освобождается от хвостовых и промежуточных примесей также в
результате ввода свежего греющего пара.
Следует отметить, что в установках косвенного действия ко-
лонны связаны между собой только жидкостными потоками, в то
время как в установках прямого действия — жидкостными и паро-
выми потоками.
Схема установки, изображенная на рис. 4.9, в, ближе к установ-
кам косвенного действия. Единственным отличием ее является
питание эпюрационной 2 колонны спиртоводным паром, выходя-
щим непосредственно из бражной колонны 1, а не бражным дис-
тиллятом.
м Грехколонная брагоректификационная установка косвенно-пря-
нов°ЧНОГ° действия- Особенность брагоректификационной уста-
ки косвенно-прямоточного действия состоит в эпюрации
131
бражки и обогреве эпюрационной колонны водно-спиртовыми
парами бражной колонны (рис. 4.10).
В верхней части бражной колонны расположено от 6 до 11 та-
релок, на которых осуществляется эпюрация бражки (освобожде-
ние от головных примесей), в нижней (отгонной) части — от 17 д0
23 тарелок. Установка работает следующим образом. Бражка, на-
гретая до 70—75 °C, пройдя сепаратор диоксида углерода, подается
на верхнюю тарелку эпюрирующей части бражной колонны, где
подвергается эпюрации за счет спиртоводного пара, поступающе-
го из отгонной части бражной колонны. Спиртоводный пар с го-
ловными примесями из верхней части брагоэпюрационной колон-
ны конденсируется в подогревателе бражки и конденсаторах.
Бражный дистиллят подается на питание эпюрационной колон-
ны, как и в установках косвенного действия.
Бражка, освобожденная при эпюрации от основной массы
примесей спирта, из эпюрирующей части бражной колонны пе-
реходит в отгонную ее часть. Греющий пар, пройдя отгонную
часть бражной колонны, делится на два примерно равных пото-
ка: один поступает на эпюрацию бражки, другой — на обогрев
эпюрационной колонны, предварительно пройдя через пеноло-
вушку. При этих условиях 60—80 % спирта, содержащегося в
бражке, отводится из верхней части бражной колонны и направ-
ляется на тарелку питания эпюрационной колонны, а остальная
часть в виде эпюрированного спиртоводного пара отводится в
кубовую часть эпюрационной колонны. В остальном работа кос-
Рис. 4.10. Схема брагоректификационной установки косвенно-прямоточного
действия:
7, 4, 9, 13 и 16— конденсаторы; 2— сепаратор диоксида углерода; 3— подогреватель бражки.
5, 7, 11 и 14 — соответственно брагоэпюрационная, эпюрационная, спиртовая и сивушная ко-
лонны; 6— пеноловушка; 8, 12, 15—дефлегматоры; 10— напорный сборник лютерной воды
Обозначения: А. Б, В. Л, П — см рис. 4.7; CM, PC, ГФ — см. рис. 4.9
132
о_прямоточной установки аналогична работе установки кос-
тяного действия.
Ве Ректификованный спирт отбирается с 3, 7, 8 или 10-и тарел-
считая сверху спиртовой колонны, охлаждается в холодиль-
кИ,,е проходит контрольный снаряд и поступает в спирто-при-
нин0’е отделение. Промежуточные примеси выводят из спирто-
еМй Колонны в виде паров сивушного масла с 5, 7, 9 или 11-й та-
Врлки и сивушного спирта (в жидкой фазе) с 17—20-й и 25-й
редок, считая снизу колонны. Головные и концевые примеси
(головная фракция) выделяются из эпюрационной колонны в
виде пара, конденсируются и охлаждаются в дефлегматоре и кон-
денсаторе.
Количество отбираемых продуктов зависит от качества перера-
батываемого сырья и сорта получаемого спирта-ректификата. Го-
ловной фракции отбирается 0,5—2,0 % и более, сивушного мас-
ла—0,2—0,4, сивушного спирта— 0,3—1,5 и спирта-ректифика-
та _ 92,5—95 % от общего содержания этанола в бражке.
Вакуумная брагоректификационная установка (БРУ ВАК). В
процессе перегонки бражки и ректификации спирта на спиртза-
воде расходуется от 70 % энсргоресурсов и воды. Поэтому акту-
альными являются задачи по совершенствованию технологии и
аппаратуры для максимальной экономии пара, электроэнергии и
воды. Одним из эффективных путей снижения энергозатрат яв-
ляется внедрение брагоректификационных установок, работаю-
щих под вакуумом. Вакуумные установки позволяют снизить
удельный расход пара и воды по сравнению с установками кос-
венного действия не менее чем на 35—45 %. Дополнительный
расход электроэнергии на создание вакуума невелик и составляет
0,1 кВт • ч/дал спирта.
БРУ ВАК разработана ВНИИПрБ совместно с УкрНИИСП.
БРУ ВАК косвенно-прямоточного действия состоит из четырех
колонн: брагоэпюрационной, эпюрационной, спиртовой и отгон-
ной (рис. 4.11). В установке под разрежением работают эпюраци-
онная колонна и концентрационная часть спиртовой колонны.
Остальные колонны работают под атмосферным давлением.
Острый пар используется для обогрева брагоэпюрационной / и
отгонной 16 колонн. Эпюрационная 6 и спиртовая 19 колонны
обогреваются рекуперированной теплотой спиртовых паров бра-
гоэпюрационной колонны, часть теплового потока поступает в
спиртовую колонну через выносной кипятильник от отгонной ко-
лонны.
Вакуумная БРУ работает следующим образом. Зрелая бражка,
Роидя нижнюю секцию дефлегматора спиртовой колонны 19 и
догРеватель 21, нагревается до 70—75 °C и направляется в сепа-
пИТОР бражки 2, где от нее отделяется диоксид углерода. Отсепа-
ной°7аННаЯ бРажка поступает на 25-ю тарелку брагоэпюрацион-
и 1 колонны, состоящей из шести эпюрируюших и девятнадца-
133
Рнс. 4.11. Схема вакуумной брагоректнфикапнониой установки:
1, 6, 16и 19— брагоэпюрационная, эпюрационная, отгонная и спиртовая колонны; 2—сепа-
ратор бражки; 3, 4 — пеноловушки; 5, 17 и 20— кипятильники; 7, 10— дефлегматоры; 8. 9, 11
и 12— конденсаторы; 13 — сепаратор жидкости; /4 —барометрический конденсатор; 15— ва-
куум-насос; 18— инжекционные устройства, 2/ —подогреватель бражки; 22—барометричес-
кие сборники; 23— сборник спиртовых отгонов; 24— центробежный насос; обозначения А.
Б, Л, П — см. рис. 4.7; CM, PC. ГФ — см. рис. 4.9
ти отгонных тарелок, разграниченных между собой цилиндричес-
кой обечайкой (вставкой) с патрубком для отвода эпюрированных
водно-спиртовых паров. Над зоной ввода бражки установлена
трехтарельчатая царга, выполняющая роль пеноловушки для пре-
дотвращения уноса частиц бражки с водно-спиртовыми парами из
колонны. Брагоэпюрационная колонна работает точно так же, как
и обычная установка косвенно-прямоточного действия.
Эпюрированные водно-спиртовые пары из цилиндрической
обечайки брагоэпюрационной 1 колонны через пеноловушку 4
поступают в межтрубное пространство кипятильника 5 к эпюра-
ционной колонне, отдавая теплоту эпюрату для обогрева эпюра-
ционной 6 колонны.
Дистиллят эпюрированных водно-спиртовых паров из кипя-
тильника 5 поступает в первый из двух барометрических сборни-
ков 22 дистиллята, в которых поддерживается постоянный уро-
вень жидкости. Далее дистиллят через регулирующую арматуру и
инжектор за счет разности давлений поступает самотеком на 10-ю
тарелку (считая снизу) эпюрапионной 6 колонны для дальнейшей
очистки от головных и частично промежуточных примесей. Наи-
более легкие несконденсировавшиеся пары дистиллята эпюриро-
134
водно-спиртовых паров так же, как и бражного дистилля-
ваННспользуются для обогрева подогревателя бражки 21.
та’Водно-спиртовые пары, образующие бражный дистиллят,
ходят пеноловушку 3 и поступают в кипятильник 20спирто-
пр?Аколонны. Конденсируются в нем, отдавая теплоту флегме
Б°Иптовой 19 колонны для ее обогрева. Бражный дистиллят затем
СПет во второй барометрический сборник 22, откуда поступает че-
Иез регулирующее и инжекционное устройства на 25-ю тарелку
рпЮпапионной 6 колонны Соотношение потоков водно-спирто-
э х паров отбираемых из брагоэпюрационной колонны 7, регу-
лируется шиберными задвижками, установленными перед пено-
ловушками 4 и 3. Объемная доля спирта в эпюрированных вод-
но-спиртовых парах должна быть в пределах 15—20 %. При этом
условии обеспечивается оптимальная работа брагоэпюрацион-
ной и эпюрационной колонн. Всего в эпюрационной колонне
сорок многоколпачковых тарелок. Она снабжена дефлегматором
7 конденсатором 8, из которого отбирается головная фракция, и
дополнительным конденсатором 9, соединенным с барометри-
ческим конденсатором 14.
Эпюрат из колонны 6 стекает в сборник 23, сюда же стекает и
флегма из спиртовой 19 колонны. Спиртоводная жидкость насо-
сом 24 подается на 16-ю тарелку (считая снизу) отгонной 16 ко-
лонны, которая содержит 29 тарелок. Температура в выварной ча-
сти бражной колонны 105—106 °C.
Компоненты сивушного масла вместе с паровой фазой выво-
дятся с 4—11-й тарелки. Под действием паров спирта, поступаю-
щих в кипятильник 77 из отгонной 16 колонны, испаряется флег-
ма спиртовой 19 колонны и вместе с паровым потоком, поступаю-
щим из кипятильника 20, обогревает спиртовую колонну.
Сконденсировавшиеся в кипятильнике 17 спиртовые пары воз-
вращаются в виде флегмы на верхнюю тарелку отгонной 6 колон-
ны. Часть паров из расширителя через соответствующую регули-
рующую арматуру поступает в виде питания в спиртовую 19 ко-
лонну. Она имеет 47 многоколпачковых тарелок, которые служат
Для укрепления спирта. Температура в нижней камере 72—73 °C.
Отбор ректификованного спирта производится с 8-й или 10-й та-
релки, считая сверху.
Спиртовая 19 колонна снабжена также дефлегматором 10, ос-
новным 11 конденсатором и дополнительным 72 конденсатором,
который сообщается с барометрическим 14 конденсатором. В ка-
честве барометрического конденсатора используется 8— 10-та-
рельчатая царга с камерой для ввода газовой оттяжки из эпюраци-
Ннои и спиртовой колонн
Нестандартный (непастеризованный) спирт из конденсатора 11
Стичн° возвращается обратно в спиртовую и эпюрационную ко-
1Шы на 36-ю тарелку.
Для создания вакуума в системе барометрический 74конденса-
135
тор через сепаратор 13 жидкости подключен к вакуум-насосу 15
водокольцевого типа марки ВВН. В верхней части эпюрационной
и спиртовой колонн поддерживается разрежение 50 кПа, а в ниж-
ней части этих колонн — 30 кПа.
Создание вакуума в системе снижает температуру кипения, что
приводит как к экономии теплоты, так и к повышению качества
спирта. За счет исключения новообразований и более полного
удаления примесей можно получить практически нейтральный
этиловый спирт.
Брагоректификационная установка обеспечивает стабильную
выработку спирта высокого качества при удельном расходе пара
34 кг/дал, воды 0,3 м3/дал и дополнительном расходе электроэнер-
гии 0,17 кВт • ч/дал спирта.
Установка надежно работает лишь при автоматическом управ-
лении процессом.
4.6.6. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СПИРТА-СЫРЦА
И СПИРТА-РЕКТИФИКАТА
В спиртовом производстве из крахмалсодержащего сырья и ме-
лассы вырабатывают спирт-сырец, спирт этиловый ректификат I
сорта, высшей очистки, «Базис», «Экстра», «Люкс» и «Альфа».
По органолептическим показателям спирт этиловый ректифи-
кованный в соответствии с ГОСТ Р 51652—2000 и спирт-сырец в
соответствии с ГОСТ 131—85 должны удовлетворять следующим
требованиям.
Внешний вид
Цвет
Вкус и запах
Прозрачная жидкость без посторонних частиц
Бесцветная жидкость
Характерные для конкретного наименования
этилового ректификованного спирта, вырабо-
танного из соответствующего сырья, без прив-
куса и запаха посторонних веществ
По физико-химическим показателя ректификованный спирт и
спирт-сырец должны отвечать требованиям, приведенным в
табл. 4.1.
Таблица 41
Физико-химические показатели ректификованного спирта и спирта-сырца
Показатель I сорт Высшей очистки «Базис» «Экстра» «Люкс» «Альфа» Спирт- сырец
Содержание эта- нола, %, не менее Проба на чистоту с серной кислотой 96,0 96,2 96,0 96,5 96,3 Выдерживает 96,3 88,0
136
Продолжение
Показатель I сорт Высшей очистки «Базис» «Экстра» «Люкс» «Альфа» Спирт- сырец
Проба на окисляе- мость, мин, при 20 °C, не менее 10 15 20 22 20 -
Массовая концен- трация (в пересчете на безводный спирт), мг/дм3, не более: альдегидов 10 4 5 2 2 2 300
сивушного масла 35 8 5 6 6 6 —
(1-пропанол, 2-пропанол, изобу- танол и изоамилол, 1 -бутанол) изоамилола и изо- 15 4 5 3 2 2 5000
бутанола (3:1) сухого остатка — — 15 — — — —
Содержание метано- 0,05 0,05 0,05 0,03 0,03 0,03 0,13
ла в пересчете на безводный спирт, об.%, не более Массовая концентра- ция в безводном спирте, мг/дм3, не более: эфиров 30 15 15 10 5 10 500
свободных кис- 20 15 15 12 8 12 —
лот (без СО2) азотистых лету- — — 10 — — — —
чих оснований (в
пересчете на азот)
Содержание фурфурола в спирте не допускается.
Спирт «Люкс» и «Экстра» вырабатывают только из зерна и
картофеля (содержание картофеля в смеси не должно превышать
35 % для спирта «Люкс» и 60 % для спирта «Экстра»). Спирт
«Альфа» вырабатывают из пшеницы, ржи или из смеси пшеницы
и ржи.
4.6.7. ВЫХОД СПИРТА
Выход спирта — это количество спирта в декалитрах (дал), по-
лучаемое из 1 т сбраживаемых углеводов сырья (крахмала, сахара)
в пересчете на крахмал. Теоретический выход спирта вычисляется
137
по уравнению спиртового брожения и составляет 71,98 дал из 1
условного крахмала. ‘ ‘ 1
Практический выход спирта меньше теоретического, так как
часть сбраживаемых углеводов и образующегося при брожении
спирта теряется. Практический выход спирта зависит от примени
емой технологии и оборудования и колеблется от 81,5 до 93 % От
теоретического 1
Гл а в a 5
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ МЕЛАССЫ
Производство этанола из мелассы включает следующие техно-
логические стадии: подготовку мелассы, приготовление чистых
культур дрожжей, приготовление производственных дрожжей,
сбраживание мелассного сусла, перегонку бражки и ректифика-
цию спирта.
5.1. ПОДГОТОВКА МЕЛАССЫ
При переработке на спирт подготовка мелассы включает гомо-
генизацию (усреднение состава), подкисление, асептирование,
добавление питательных веществ для дрожжей и разбавление во-
дой. Мелассу, сильно инфицированную микроорганизмами, под-
вергают тепловой стерилизации, а при выпуске спиртовых дрож-
жей как хлебопекарных еще и очищают от взвешенных примесей.
В зависимости от способа переработки мелассы (одно- или
двухпоточный) мелассное сусло готовят одной или двух концент-
раций сухих веществ: 22 или 12 и 32 % соответственно. Сусло кон-
центрацией 12 % называется дрожжевым и служит для выращива-
ния посевной культуры дрожжей, сусло концентрацией 32 % — ос-
новным. Однопоточный способ применяют на заводах, вырабаты-
вающих спирт и хлебопекарные дрожжи.
По однопоточному способу сбраживания мелассу перед взве-
шиванием гомогенизируют путем перекачки насосом из нижней
части гомогенизатора (цилиндрического резервуара) в различные
места по его высоте. Дефектную мелассу сначала стерилизуют па-
ром в контактной головке, затем охлаждают в пластинчатом теп-
лообменнике и направляют в тот же гомогенизатор, где смешива-
ют с нормальной мелассой. После взвешивания мелассу подкис-
ляют, асептируют. обогащают питательными веществами, разбав-
ляют водой до концентрации сухих веществ 35—40 % в
пециальном смесителе, очищают от взвешенных примесей на се-
параторе-кларификаторе и окончательно разбавляют до концент-
рации 22 %,
Мр двУхп°точному способу сбраживания гомогенизированную
взв аССУ’ пРедназначеннУю для приготовления дрожжевого сусла,
еШивают, как и по однопоточному способу, подкисляют, асеп-
139
тируют, обогащают питательными веществами и разбавляют во-
дой до концентрации сухих веществ 12%. При этом количество
кислоты и питательных солей, рассчитанное на всю мелассу, вно-
сят непосредственно в дрожжевое сусло. Мелассу, предназначен-
ную для приготовления основного сусла, после взвешивания толь-
ко асептируют, а затем разбавляют до концентрации 32 %.
Мелассное сусло необходимо сбраживать в условиях, исключа-
ющих развитие посторонних микроорганизмов, продукты обмена
которых отрицательно влияют на жизнедеятельность дрожжей.
Сбраживание мелассного сусла дрожжами протекает при pH око-
ло 5.
Эффективнее подкислять и асептировать неразбавленную ме-
лассу, так как в ней создаются более высокие кислотность среды
(1,6—2,4° при однопоточном и 3,5—4° при двухпоточном спосо-
бах) и концентрация антисептика. Для подкисления используют
серную или соляную кислоту. Антимикробные препараты, приме-
няемые для асептирования мелассы, должны обладать высоким
бактерицидным действием, но в то же время не должны отрица-
тельно влиять на жизнедеятельность дрожжей и качество спирта,
не быть токсичными для животных. Нормативный расход анти-
микробных препаратов (кг на 1000 дал спирта для каждого в от-
дельности): хлорной извести — 11,0; 40%-го формалина — 5,0;
сульфонола — 2,13. При получении хлебопекарных дрожжей вы-
делением их из мелассно-спиртовой бражки норма расхода хлор-
ной извести может быть увеличена до 20—25 кг. Хлорную известь
применяют в виде декантированного водного раствора.
Киевский технологический институт пищевой промышленнос-
ти рекомендует проводить стерилизацию инфицированной мелас-
сы при концентрации сухих веществ 50 % и температуре 120—
130 °C в течение 1 мин на установке, состоящей из паровой кон-
тактной головки (стерилизатора), выдерживателя, испарительной
камеры, конденсатора и вакуум-насоса.
В мелассе содержится 0,3—0,5 % взвешенных частиц, состоя-
щих примерно наполовину из органических веществ (коллоидов).
Из минеральных веществ присутствуют преимущественно из-
весть, соли кремниевой кислоты и оксиды железа. Взвешенные
частицы засоряют дрожжевые сепараторы и затрудняют промывку
дрожжей. Кроме того, они уменьшают выход дрожжей, придают
им темный цвет и понижают стойкость при хранении. Поэтому
очистку мелассы проводят на сепараторах-кларификаторах под
действием центробежных сил.
Для лучшего питания дрожжей при брожении к мелассе в спе-
циальном смесителе добавляют ортофосфорную кислоту, сульфат
аммония или мочевину, реже диаммонийфосфат. В качестве анти-
септика добавляют разбавленную серную или соляную кислоту, а
также другие вещества, обеспечивающие чистоту брожения.
Для повышения выхода дрожжей рекомендуется установить
140
единый (общий) расход ортофосфорной кислоты — 0,06 % от мас-
сы мелассы, или 21,5 кг на 1000 дал спирта, сульфата аммония
20 кг и мочевины 8 кг на 1000 дал спирта. Все эти вещества ис-
пользуют в виде декантированных растворов с пяти-шестпкрат-
ным количеством воды. Для разбавления мелассы до необхо шмой
концентрации разработаны непрерывнодействующие смесители.
5.2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ
ДРОЖЖЕЙ
Мелассное сусло сбраживают различными расами дрожжей,
чаше — одновременно двумя. Большинство гибридов дрожжей на-
капливает больше биомассы и на 10—12 % больше глицерина при
различном количестве других продуктов. Например, при исполь-
зовании гибрида 112 в зрелой бражке накапливается альдегидов,
высших спиртов и сложных эфиров примерно на 10—20% мень-
ше, чем при использовании расы В. Гибрид 93 образует альдеги-
дов в 4,3; эфиров в 1,36 раза больше по сравнению с той же расой
дрожжей, принятой за контрольную.
Гибриды накапливают меньше непредельных соединений (на
10—15%) и значительно меньше летучих азотистых соединений
(на 70—75 %). Эти примеси, характерные для мелассного спирта,
трудно выделить при ректификации, в результате чего значитель-
но ухудшается качество спирта. Особенностью всех гибридов яв-
ляется накопление в бражке органических кислот. Дрожжевые
гибриды следует применять с учетом их индивидуальных свойств:
способности сбраживать раффинозу, ферментативной (мальтаз-
ной) активности и др. Режимы размножения чистой культуры
дрожжей представлены в табл. 5.1.
При размножении чистой культуры дрожжей в пробирках при-
меняют неподкисленное сусло из измельченного сухого ячменно-
го солода. Для размножения чистой культуры на 1—4-й стадиях
перед стерилизацией используют мелассное сусло с добавлением
10%-го (по объему) солодового сусла; на 5—7-й стадиях — меласс-
ное сусло с добавлением фосфорного и азотного питания (орто-
фосфорной кислоты и карбамида).
Сусло готовят на воде, отвечающей требованиям, предъявляе-
мым к питьевой. После стерилизации в специальных аппаратах
при температуре 95—100 °C в течение 1 ч его охлаждают до 30 °C.
В лабораторных условиях дрожжи из пробирки размножают на
стерильном сусле, доводя объем до Здм3, соблюдая микробиоло-
гическую чистоту. Затем их пересевают в четыре трехлитровые бу-
тыли: из одной бутыли дрожжи направляют в аппараты чистой
культуры (АЧК-1) для дальнейшего размножения, а три хранят
при температуре от 2 до 4 °C для последующей замены дрожжей.
Когда в холодильной камере останется только одна бутыль, из
141
размножения чистой культуры дрожжей
АЧК.-3 5000 4000 17-18 0,8-0,9 15-16 28-30 Тоже
Дрожжегенсратор 30000-50000 24000-40000 20—22 0,4—0,5 10—17 28—30 »
142
нее снова дрожжи пересевают в четыре бутыли Таким образом
размножают дрожжи в течение месяца. Чистую культуру дрожжей
из пробирки разводят 1 раз в месяц.
5.3. СХЕМА СБРАЖИВАНИЯ МЕЛАССЫ
ОДНОПОТОЧНЫМ СПОСОБОМ
Однопоточный способ сбраживания сусла рекомендуется для
заводов, выпускающих спирт и хлебопекарные дрожжи. Стой-
кость дрожжей, полученных однопоточным способом, при хране-
нии выше, чем стойкость дрожжей, полученных двухпоточным
способом.
При однопоточном способе сбраживания готовят сусло одной
концентрации — 22 %. Мелассное сусло используют как для раз-
множения дрожжей, так и для получения этанола, в результате
чего упрощаются технология и управление процессом брожения.
Аппаратурно-технологическая схема сбраживания мелассы одно-
поточным способом приведена на рис. 5.1.
Меласса из железнодорожных цистерн 47сливается самотеком
в заглубленные приемные резервуары 46 и 45 соответственно для
дефектной и здоровой мелассы. Через ловушки механических
примесей 48 и 44 дефектную мелассу насосом 49 и здоровую ме-
лассу насосом 43 перекачивают в соответствующие мелассохрани-
лища 40 и 39. Остродефектную (сильно инфицированную) мелас-
су насосом подают в контактную головку 36, где ее мгновенно на-
гревают до температуры стерилизации. Стерилизованную мелассу
охлаждают водой в пластинчатом теплообменнике 35, после чего
ее направляют на усреднение в гомогенизатор 42, в который из
мелассохранилища 40 через ловушку механических примесей 38
насосом 37 подают здоровую мелассу. Смешивание мелассы в го-
могенизаторе достигается путем перекачки ее насосом 41 из ниж-
ней части емкости в различные по высоте участки гомогенизатора.
Усредненную мелассу подают на весы 8.
Минеральные кислоты из железнодорожных цистерн перека-
чивают насосом в сборники 4 и 3, из которых насосами 7 и 2 на-
правляют в мерники 10 и 72. Раствор мочевины готовят в баке-де-
кантаторе 5, смешивая ее с 5—6-кратным количеством воды, а за-
тем насосом 6перекачивают в мерник 77. Антисептик из сборника
7подают в мерник 9.
Взвешенная меласса в смесителе 13 смешивается с кислотами,
питательными веществами и антисептиком, поступающими из со-
ответствующих мерников. Из смесителя мелассу направляют в два
или три сборника 14 асептированной мелассы, общая вместимость
которых рассчитана на суточный запас. В этих сборниках меласса
дополнительно перемешивается циркуляционным насосом высо-
кой производительности Асептированная меласса через ловушку
143
Рис. 5.1. Аппаратурно-технологическая схема сбраживания мелассы однопоточпым способом
механических примесей 34 насосом 33 перекачивается в на-
ялЯный сборник 32, из которого она под постоянным напором
П°Ртупает в смеситель 31, где разбавляется холодной и горячей во-
П°1 поступающей из сборников 17 и 18, до концентрации около
ял o' Разбавленную мелассу освобождают от взвешенных приме-
е/°и частично от микрофлоры на кларификаторе 30. Под давле-
сием 0,35—0,40 МПа осветленный раствор из кларификатора под-
нимается в напорный сборник 75, а затем в смеситель 76 для окон-
чательного разбавления водой до концентрации 22 %. Осадок
(щпам), полученный при осветлении мелассы, выгружают в сбор-
ник 29,’промывают водой для извлечения сахара и после отстаива-
ния декантируют в сборник 28. Поскольку при промывке шлама
из него вымывают значительное количество микроорганизмов,
полученный раствор дополнительно асептируют и чистый возвра-
щают в производство, используя в дальнейшем для приготовления
мелассного сусла. Промытый шлам выбрасывают.
Из смесителя 76 мелассное сусло концентрацией сухих веществ
22 %, титруемой кислотностью 0,4—0,7° и температурой 22—24 °C
непрерывным потоком поступает в дрожжегенераторы 22. Чистая
культура дрожжей размножается на стерилизованном мелассном
сусле в аппаратах 19—21 чистой культуры Из большого аппарата
27 чистой культуры ее подают в дрожжегенераторы. В дрожжеге-
нераторах дрожжи выращивают при температуре 28—30 °C и по-
стоянных аэрации и притоке сусла. В производственных дрожжах
видимое содержание сухих веществ должно составлять 16—17 %,
содержание спирта — 3—3,5 об. %, количество дрожжевых кле-
ток—10—120 млн/см3 и кислотность —0,4—0,7°. Аппараты чис-
той культуры и дрожжегенераторы оснащены коммуникациями
для подачи пара, воды, воздуха и мелассного сусла.
Производственные дрожжи при помощи специальных воронок
непрерывно отводят через наклонный коллектор в головной аппа-
рат бродильной батареи 27, состоящей из 9—11 аппаратов. Бродя-
щее сусло по переточным трубам последовательно проходит все
бродильные аппараты, а зрелая бражка, пройдя сквозь механичес-
кие фильтры 26, насосом 25 подается на сепарацию в цех хлебопе-
карных дрожжей. Освобожденную от дрожжей бражку подают в
ректификационное отделение.
Газы брожения из дрожжегенераторов после освобождения от
спирта в спиртоловушках 23 и 24 выбрасываются в атмосферу (так
как содержание диоксида углерода в них небольшое). Освобож-
денный от спирта диоксид углерода, удаляемый из бродильных
ппаратов, поступает в цех по получению жидкого диоксида угле-
Р° '^,;^1О“спиртовой раствор из спиртоловушек присоединяют
В-К. Янчевский и А. Д. Коваленко предложили усовершен-
°Ванный однопоточнь1й способ сбраживания мелассы при
ухпродуктовом производстве спирта и хлебопекарных дрожжей.
145
Его сущность заключается в понижении концентрации дрожжево-
го мелассного сусла до 16—17 % СВ и рециркуляции 20 % зрелых
производственных дрожжей в головной дрожжегенератор с анаэ-
робным сбраживанием в бродильной батарее и подачей неразбав-
ленной мелассы (20—25 % от общего количества) на стадии глав-
ного брожения.
Особенность дрожжебродильной установки состоит в последо-
вательном соединении дрожжегенераторов с вводом в них 75—
80 % количества мелассы в виде сусла концентрацией 16—17%
СВ. Производственные дрожжи выращивают при дифференциро-
ванном аэрировании. Зрелые производственные дрожжи из после-
днего дрожжегенератора направляют в головной бродильный ап-
парат. Неразбавленную мелассу непрерывно подают через расхо-
домеры в два головных бродильных аппарата, в которых поддер-
живают концентрацию сухих веществ бражки на уровне 20 и 22 %.
Применяя такой способ сбраживания мелассы, можно умень-
шить содержание вторичных и побочных продуктов брожения в
зрелой бражке: глицерина на 20 %, альдегидов на 47, летучих кис-
лот на 37 %, а также снизить потери с несброженными сахарами
на 15 %. В результате этого выход спирта увеличивается на 0,15—
0,2%.
При градиентно-непрерывном способе дрожжегенерирования
в производстве спирта продуктивность процесса по биомассе
дрожжей увеличивается на 15—16 % благодаря дифференцирован-
ному режиму аэрирования производственных дрожжей и их ре-
циркуляции. В этих условиях в производственных дрожжах увели-
чивается содержание почкующихся и уменьшается количество
мертвых клеток дрожжей.
В зависимости от интенсивности аэрирования среды в дрож-
жегенераторах выход хлебопекарных дрожжей может быть увели-
чен до 5—6 кг/дал спирта. При дифференцированном аэрирова-
нии расход воздуха составляет, м3/(м3 ’ ч): в первом дрожжегене-
раторе — 25, во втором — 20, в третьем — 15, в четвертом и пя-
том — по 5.
В зрелой бражке содержание спирта колеблется от 9 до
9,5 об. %, несброженного сахара, определяемого колориметричес-
ким способом с резорцином, — не выше 0,2 %. Содержание дрож-
жей, если из бражки не выделяют хлебопекарные дрожжи, 18—
22 г/дм3, если выделяют, то 2,5—3,5 г/дм3.
Перегонку бражки и очистку этанола от примесей проводят на
таких же брагоректификационных аппаратах, что и для зернокар-
тофельной бражки.
Глава 6
ТЕХНОЛОГИЯ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ
ДРОЖЖЕЙ
Хлебопекарные дрожжи представляют собой биомассу дрожже-
вых клеток, содержащих богатый комплекс биологически актив-
ных веществ и обладающих ферментативной активностью, кото-
рая обеспечивает интенсивное сбраживание сахаров муки и раз-
рыхление теста. Зимазный комплекс ферментов дрожжей вызыва-
ет спиртовое брожение сахаров теста. Выделяющийся при этом
диоксид углерода разрыхляет и поднимает тесто, в результате при
выпечке обеспечивается необходимая пористость хлеба. Дрожжи
богаты витаминами (аневрин, рибофлавин, пантотеновая, нико-
тиновая и фолиевая кислоты, эргостерин и др.), поэтому являются
ценным продуктом для витаминизации булочных изделий.
6.1. ДРОЖЖИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ДРОЖЖЕВОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
На дрожжевых заводах выращивают дрожжи-сахаромицеты, по
культуральным и морфологическим признакам они относятся к
семейству Endomycetaceae, роду Saccharomyces и виду cerevisiae. В
дрожжевом производстве ценятся быстроразмножающиеся расы
дрожжей, обладающие хорошими подъемной силой и стойкостью
при хранении и способные активно сбраживать сахара — сахарозу,
глюкозу, мальтозу. Находят применение расы, устойчивые в про-
цессе высушивания. В производстве прессованных хлебопекарных
дрожжей предпочтительно используются расы дрожжей, характе-
ризующиеся дрожжевыми клетками крупного размера диаметром
от 6—8 до 7—9 мкм с высокой мальтазной активностью: 4; 11; 14;
21; 28; ЛФ12; Л1; 608; 616; 722 и др.
Химический состав дрожжей зависит от физиологического со-
стояния клетки, расы и состава питательной среды. Прессованные
дрожжи содержат 25—28 % сухого вещества и 72—75 % воды. Вода
с растворенными в ней минеральными и органическими веще-
ствами проникает в клетку, и все важные жизненные реакции
протекают в водном растворе: свободная вода участвует в процес-
сах обмена веществ, связанная вода удерживается белковыми мо-
лекулами при помощи водородных связей и, таким образом, явля-
ется частью структуры протоплазмы дрожжевой клетки.
147
Сухие вещества дрожжей представлены следующими компо-
нентами (%): белок — 37—50; общий азот — 6—8; безазотистые ве-
щества — 35—45; жир — 1,5—2,5; зола — 6—10.
Соотношение белков и углеводов зависит от расы и от направ-
ленного его изменения в процессе культивирования дрожжей.
Непременной составной частью протоплазмы дрожжевых кле-
ток являются ферменты, осуществляющие биохимические превра-
щения в клетке. Известно, что деятельность ферментов может
проявляться внутри клеток (эндоферменты) и вне клеток (экзо-
ферменты). Экзоферменты подготовляют питательные вещества
окружающей среды в растворимые и легко диффундирующие в
клетку соединения. Эндоферменты дрожжей ускоряют химичес-
кие реакции процессов дыхания и брожения, а также те реакции,
которые приводят к образованию самой протоплазмы клетки.
6.2. УСЛОВИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ, ВЛИЯЮЩИЕ
НА СИНТЕЗ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ
В основе жизнедеятельности любого организма лежат процес-
сы обмена веществ, для протекания которых требуется постоян-
ный и непрерывный приток энергии. Большинство организмов
для поддержания своей жизни используют энергию, освобождаю-
щуюся во время диссимиляции органических веществ, в первую
очередь сахара. В дрожжевой клетке диссимиляция сахара может
происходить либо аэробным (дыхание), либо анаэробным (броже-
ние) путем. Расщепление сахаров происходит по циклу Кребса.
Образующаяся при этом щавелевоуксусная кислота может реаги-
ровать с аммиаком, превращаясь в аспарагиновую кислоту, являю-
щуюся основой белковой структуры клетки Другой путь окисли-
тельного превращения углеводов — пентозофосфатный цикл.
Предполагается, что основное значение этого цикла — снабжение
живого организма пентозами, необходимыми для синтеза нуклеи-
новых кислот и накопления биомассы. Основная роль в синтезе
белка принадлежит нуклеиновым кислотам, которые образуют
протоплазму живой клетки. В их состав входят пуриновые или пи-
римидиновые основания, сахар — пентоза и фосфорная кислота.
Синтез белков происходит в рибосомах клетки за счет энергии,
выделяющейся при дыхании и брожении. В улавливании и ис-
пользовании этой энергии клеткой участвуют макроэргические
соединения, и в первую очередь аденозинтрифосфорная кислота.
Ферментативный синтез белка в живых системах начинается с
процесса активирования аминокислот. Для каждой аминокислоты
существует свой специальный фермент.
На жизнедеятельность дрожжевых клеток оказывают значи-
тельное влияние такие факторы внешней среды, как температура,
pH, аэрация, концентрация осмотически действующих веществ.
148
Температура. Дрожжи относятся к мезофильным микроорга-
змам, температурный оптимум 29—30 °C. В диапазоне темпера-
Н/п 20—36 °C удельная скорость роста возрастает прямо пропорци-
Т ально повышению температуры. При температуре выше 36 °C
°пельная скорость роста сахаромицетов резко падает и практичес-
ки прекращается при 40 °C, несахаромицеты при этом продолжа-
ет пасти. Наилучшая подъемная сила хлебопекарных дрожжей
при температуре 30 С.
Повышение температуры культивирования приводит к умень-
шению выхода дрожжей в результате снижения содержания влаги
и в связи с этим массы дрожжевых клеток, а также вследствие уве-
личения расхода питательных веществ на брожение Одновремен-
но резко ухудшается качество продукции вследствие интенсифи-
кации размножения посторонних дрожжей и бактериальной мик-
рофлоры. Инфицирующая микрофлора потребляет субстрат,
предназначенный для дрожжей, и, в свою очередь, снижает выход
сахаромицетов. При температуре 45—50 °C дрожжи погибают.
Низкие температуры дрожжи не убивают, но приостанавлива-
ют их жизнедеятельность, наступает состояние анабиоза с после-
дующим восстановлением нормальных функций при благоприят-
ных условиях. Дрожжи хорошо переносят минусовые температуры
и в замороженном состоянии могут храниться неограниченное
время. При оттаивании и повторном замораживании дрожжи по-
гибают.
Активная кислотность (pH) среды. Дрожжи сохраняют жизне-
способность в широких пределах колебания pH — от 2,5 до 6,5.
Оптимальная величина pH питательной среды для размножения
дрожжей 4,5—5,5 ед. От величины активной кислотности среды
зависят скорость поступления питательных веществ в клетку, ак-
тивность ферментов в синтезе белка, образование витаминов, а
следовательно, и скорость роста дрожжевых клеток. В первые
часы размножения дрожжей pH рекомендуется поддерживать на
уровне 4,5—4,6, а к концу процесса постепенно повышать до 5,0—
5,5, что обеспечивает высокий выход и хорошую подъемную силу
дрожжей. В период быстрого прироста биомассы и использования
аммонийного азота pH резко понижается. В случае подкисления
среды ниже pH 4,0 необходимо при помоши аммиачного раствора,
подаваемого в дрожжерастильный аппарат вместо сульфата аммо-
ния^ доводить pH до нормы.
Чтобы предотвратить подщелачивание среды, подачу мелассо-
Bbix и солевых растворов следует отрегулировать в соответствии со
скоростью роста и размножения дрожжей.
Концентрация питательных веществ среды. Скорость роста
Дрожжей обусловлена осмотическим давлением водорастворимых
сществ среды и концентрацией клеточного сока дрожжей. Осмо-
ческое давление внешней среды должно быть ниже, чем осмо-
пческое давление клеточного сока, что способствует усвоению
149
питательных веществ растущей дрожжевой клеткой. Чем больще
разница в величине осмотического давления в клетке и среде, тем
быстрее накапливается биомасса дрожжей. Концентрация сухих
веществ в клеточном соке дрожжей хлебопекарных рас колеблется
от 3 до 6% и характеризуется осмотическим давлением 0,8—
1,2 МПа в зависимости от условий выращивания. Осмотическое
давление повышается при культивировании дрожжей в более кон-
центрированных средах. Осмотическое давление в культуральной
среде увеличивается с повышением в ней концентрации сухих ве-
ществ.
Концентрация питательной среды в дрожжевом производстве
характеризуется кратностью разбавления, т. е. отношением едини-
цы массы мелассы к количеству воды, в которой она растворена.
Кратность разбавления мелассы влияет на выход и качество гото-
вой продукции. В зависимости от стадии выращивания дрожжей
готовят мелассное сусло различной кратности разбавления. Так,
на начальных стадиях стремятся получить дрожжи, физиологичес-
ки активные, способные к быстрому размножению и сбражива-
нию углеводов. Поэтому их культивируют в малоразбавленных
средах (1 : 5—1 : 7) при слабой аэрации. В этих условиях часть са-
хара неизбежно тратится на образование этанола. На конечных
стадиях стараются получить как можно больший выход дрожжей,
поэтому их выращивают в более разбавленных мелассных средах
(1 : 10—1 : 17) при интенсивной аэрации. Содержание сахара в
среде должно точно соответствовать скорости размножения дрож-
жей. С этой целью питательную среду вводят в дрожжерастильный
аппарат не единовременно, а по мере использования ее дрожжа-
ми. При соблюдении этого условия получают максимальный вы-
ход дрожжей.
Аэрация культуральной среды. Рост дрожжей сопровождается
непрерывным потреблением кислорода на дыхание и синтез кле-
точных веществ. Кислород, растворенный в питательной среде,
диффундирует в дрожжевую клетку при разности концентраций
его в среде и внутри клетки. Чем быстрее идет потребление кисло-
рода клетками, тем скорее растут дрожжи. Растворенный кисло-
род подавляет спиртовое брожение и активизирует процесс дыха-
ния, при котором дрожжи получают достаточно энергии для
биосинтеза. Поэтому в анаэробных условиях культивирования
дрожжей преобладает спиртовое брожение с минимальным по-
треблением сахара на биосинтез, а в аэробных условиях, наоборот,
почти весь сахар тратится на синтез биомассы дрожжей, а спирто-
вое брожение сводится к минимуму.
Торможение спиртового брожения кислородом называют эф-
фектом Пастера, который служит в дрожжевом производстве
средством эффективного использования сахара на синтез биомас-
сы путем интенсивной аэрации среды в процессе культивирова-
ния дрожжей. Для максимального выхода дрожжей необходимо
150
чие в мелассном сусле не менее 1,6 г растворенного кислоро-
H‘lJLa i г использованного инвертного сахара. Однако практически
Да ,,-1ается ввести в сусло более 2 г кислорода на 1 дм3 в час |при
несходе воздуха 100 м3/(м3 ч)], в связи с чем ограничивается воз-
зкность переработки более концентрированного сусла. На пол-
ноценной питательной среде дрожжи выращивают при полном их
обеспечении кислородом с аэрацией 100—175м3/ч воздуха на 1 м3
^Требования к составу питательной среды. При выращивании
хлебопекарных дрожжей готовят питательную среду, обеспечива-
ющую растущие дрожжи как компонентами, входящими в состав
дрожжевых клеток, так и веществами, которые способствуют их
быстрому росту и размножению.
Для питания микроорганизмов нужны углерод, азот, фосфор,
калий, магний, микроэлементы и ростовые вещества. Источни-
ками углерода для дрожжей служат легкоусвояемые углеводы,
моно- и дисахара, а также спирты, альдегиды и органические
кислоты.
Азотным питанием могут быть растворимые соединения азота
(органические и неорганические). Сложные высокомолекулярные
углеводы и протеины дрожжами не усваиваются, так как в них не
содержатся ферменты, гидролизующие эти вещества.
Дрожжи усваивают продукты распада белков, аминокислоты,
амиды и аммонийные соединения. Бетаин и нитраты не потреб-
ляют.
Большую роль в жизнедеятельности дрожжей играют макро-
элементы (К, Na, F, Mg, Са и др.) и микроэлементы (Fe, Си, Мп,
Zn, А1 и др.), поэтому их присутствие в питательной среде обяза-
тельно.
Дрожжам необходимы также ростовые вещества и витамины,
особенно биотин. Сахаромицеты не способны синтезировать био-
тин, и для нормального их развития они потребляют его из пита-
тельной среды.
Скорость накопления биомассы дрожжей. Интенсивность накоп-
ления биомассы характеризуется скоростью роста и размножения
Дрожжевых клеток. Скорость роста указывает на увеличение мас-
сы клеток, а скорость размножения — на частоту их почкования.
Для оценки скорости роста и размножения клеток используют от-
носительную (удельную) скорость роста, которая представляет со-
бой прирост биомассы за единицу времени.
Удельную скорость роста ц определяют логарифмическим от-
ношением количества биомассы mt, полученной за время t, к ко-
личеству дрожжей w0, засеянных в дрожжерастильном аппарате,
ц = 1п(т1/т0)/1.
Для оценки размножения клеток пользуются понятием «про-
151
должительность генерации», т. е. временем, в течение которог
обособившаяся молодая клетка вырастает до величины, свои
ственной данной расе, и начинает почковаться. Продолжитель"
ность генерации
q = 0,693/ц.
На практике удельная скорость роста дрожжей на мелассном
сусле колеблется от 0,05 до 0,37 ч-1. На конечных стадиях выра-
щивания хлебопекарных дрожжей ц = 0,14—0,16. Величина ц за-
висит от наличия в культуральной среде необходимых для жизне-
деятельности клеток компонентов и в требуемых количествах, ра-
совых особенностей, качества маточных дрожжей, обеспеченнос-
ти клеток кислородом, присутствия в среде активаторов и
ингибиторов. Удельная скорость служит основанием для опреде-
ления почасового расхода питательной среды, а также продуктив-
ности накопления биомассы. Продуктивность, или количество,
дрожжей, получаемых за 1 ч с единицы объема аппарата (кг/ч • м3)'
<2=ц*,
где х — концентрация дрожжей, кг/м3.
6.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА
ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
Технологический процесс производства хлебопекарных дрож-
жей состоит из следующих основных этапов- приготовления пита-
тельной среды, культивирования маточных и товарных дрожжей,
выделения, прессования, формования и упаковывания прессован-
ных дрожжей, сушки и упаковывания сушеных дрожжей.
6.3.1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ
Подготовка и осветление мелассы. Основным сырьем для произ-
водства дрожжей служит меласса. Состав мелассы непостоянен. В
хранилищах меласса располагается пластами и очень медленно
диффундирует в слои соседних пластов. Для эффективной перера-
ботки ее необходимо тщательно перемешивать до получения го-
могенной массы.
Гомогенизацию проводят непосредственно в хранилищах пу-
тем многократного перекачивания с подачей мелассы в разные
места резервуара в течение 2—3 нед либо перемешиванием мелас-
сы сжатым воздухом, постоянно подаваемым со скоростью 20—
30 м/ч.
Осветление мелассы строго обязательно. На неосветленном
152
еле независимо от степени его подкисления дрожжи получают-
ся с пониженным выходом, стойкостью и подъемной силой по
СЯавнению с показателями дрожжей, полученных на осветлен-
ном сусле. „
Все способы осветления складываются из химической обработ-
Мелассы (растворение, антисептирование, подкисление) и вы-
деления осадка декантацией, центрифугированием или фильтро-
ванием. Наиболее эффективным и распространенным способом
осветления является обработка мелассы на сепараторах-кларифи-
каторах. Мелассу, подлежащую осветлению, разбавляют водой в
специальных рассиропниках. Кратность разбавления для нор-
мальных меласс 1 : 1 — 1 : 2, а для сильно инфицированных и с по-
вышенным содержанием солей кальция 1 : 2,5—1 : 3. С увеличени-
ем кратности разбавления эффективность очистки повышается
вследствие снижения вязкости раствора.
Перед подачей на кларификаторы подготовленный раствор
подвергают антисептированию одним из следующих способов:
обработкой на холоде антисептиком с последующим подкисле-
нием серной кислотой до pH 4,5—5,0;
кипячением мелассы в рассиропниках и подачей ее на клари-
фикаторы в горячем виде;
стерилизацией раствора в пластинчатых теплообменниках с
выдерживанием при 85—115 °C в течение 30—60 с и охлаждением
до 15 °C, на кларификаторы подается охлажденный раствор.
При центрифугировании из мелассного раствора удаляют взве-
шенные частицы, коллоидные и красящие вещества, часть микро-
организмов.
Приготовление растворов солей и кукурузного экстракта. В зави-
симости от состава мелассы возникает необходимость в добавле-
нии в питательную среду соответствующего количества минераль-
ных солей, содержащих фосфор, азот, калий, магний, а также сти-
муляторы роста в виде кукурузного экстракта, дрожжевого автоли-
зата и др. Соли фосфора и азота добавляют исходя из того, что
прессованные дрожжи должны содержать 3,6—4,4 % Р2О5 и 6—7 %
N в пересчете на сухое вещество. В качестве источника азота при-
меняют сульфат аммония, карбамид, аммиачную воду, диаммо-
нийфосфат. Фосфорсодержащей добавкой служит также пищевая
ортофосфорная кислота. При переработке мелассы с содержанием
менее 3,5 % К2О добавляют хлорид или карбонат калия. При ис-
пользовании мягкой воды и мелассы с MgO менее 0,15 % приме-
няют сульфат магния.
Растворы питательных солей готовят для каждой соли отдельно
концентрацией 10—20 % путем растворения в воде. После отстаи-
вания прозрачные растворы подают в сборники, откуда они дози-
руются в дрожжерастильные аппараты в соответствии с установ-
ленным графиком их расхода.
Кукурузный экстракт используют как источник биотина. Это
153
уваренные под вакуумом замочные воды кукурузно-крахмального
производства — густая непрозрачная жидкость, содержащая не
менее 48 % сухих веществ и 150—200 мкг/100 г биотина. Кукуруз,
ный экстракт ввиду большой обсемененности микроорганизмами
стерилизуют. Предварительно экстракт смешивают с водой в соот-
ношении 1 : 2, нагревают до кипения, а затем полученный раствор
обрабатывают биомицином из расчета 5—10 г/м3. Расход кукуруз-
ного экстракта 6 % к массе мелассы.
В качестве стимулятора роста Украинским отделением
ВНИИХП рекомендован комплексамин. получаемый путем кис-
лотного гидролиза кератинового сырья мясной промышленности.
Расход препарата I сорта 2,8—3,6 %, а для И — 5,4—6,8 % от массы
мелассы. При использовании стимуляторов на 30—40 % снижается
расход азотсодержащих солей.
В качестве источника ростовых веществ и микроэлементов ре-
комендуется использовать гидролизаты молочной сыворотки.
Гидролиз сыворотки необходим для расщепления лактозы на
сбраживаемые сахаромицетами дрожжей моносахара. Гидролиз
проводится разведением упаренной, сгущенной сыворотки водой
в соотношении 1 : 10 и 1 :20, подкислением серной кислотой до
pH 3 и выдержкой при температуре 100 °C в течение 1 ч с последу-
ющим отстаиванием с целью осветления. Расход осветленного
гидролизата 0,9—13 м3 на 1 т мелассы.
Дрожжевые автолизаты получают плазмолизом с последующим
протеолизом белковой протоплазмы дрожжевой клетки. Для при-
готовления автолизатов используют брак прессованных и суше-
ных дрожжей, а также некондиционную продукцию. Расход авто-
лизата в пересчете на прессованные дрожжи составляет 5—6 % от
массы мелассы.
Для интенсификации процесса выращивания товарных дрож-
жей и повышения выхода ВНИИХП рекомендует использовать
комплексный препарат микроудобрений, содержащий семь мик-
роэлементов и выпускаемый промышленностью для сельского хо-
зяйства. Дозировка препарата 0,5 г на 1 м3 питательной среды.
6.3.2. ПОЛУЧЕНИЕ МАТОЧНЫХ ДРОЖЖЕЙ
Размножение маточных дрожжей начинают в пробирке с чис-
той культурой, полученной в лаборатории биохимии и технологии
дрожжей ВНИИХП или выведенной в заводской лаборатории и
высеянной в пробирке с питательной средой (агар на солодовом
сусле).
В технологии современного хлебопечения предпочитают расы
дрожжей с высокой мальтазной активностью. Дрожжи должны от-
личаться пониженной активностью протеолитических ферментов.
При этом имеют значение исходные свойства расы дрожжей, а
154
. — режимы выращивания, направленные на получение дрож-
хейс различными признаками с учетом их последующего исполь-
зования. w
Первые стадии размножения дрожжей проходят в лаборатории
„вода, затем чистая культура поступает в специальный цех для
получения маточных дрожжей и, наконец, в заводские аппараты
для их производства.
Постепенным переходом от одной стадии к другой достигают
такого накопления маточных дрожжей, какое необходимо для за-
сева дрожжерастильного аппарата товарного отделения.
Степень накопления дрожжевой массы по отдельным стадиям,
а также качество дрожжей (их генеративная активность) зависят от
условий культивирования: состава питательной среды, концентра-
ции сухих веществ, длительности культивирования, степени аэра-
ции и температуры. Важно, чтобы пересевы культур по стадиям,
от пассажа к пассажу, проходили в период жизнедеятельности
дрожжей, поэтому пересев следует вести на несколько часов рань-
ше, чем полностью отбродит сахар среды.
Лабораторные стадии и стадии отделения чистых культур при
выращивании маточных дрожжей существенно отличаются от
принятой технологической схемы.
Особенности выращивания маточных дрожжей по различным тех-
нологическим схемам. Различия в культурах и условиях выращива-
ния оказывают решающее влияние на физиологические свойства
и продуктивность маточных дрожжей.
Сравнение методов получения чистой культуры (ЧК) по схе-
мам ВНИИХП, Узловской и Эркен-Шахарской, проведенное в
ЛО ВНИИХП, показало влияние отдельных технологических при-
емов на конечный результат. Различия в схемах наблюдаются на-
чиная с лабораторных стадий (табл. 6.1).
Таблица 6.1
Сравнительные показатели лабораторных стадий выращивания чистой культуры
дрожжей по различным схемам
Схема вы- ращива- ния Ста- дия Среда Объем среды, см’ Засев, см’ Длитель- ность броже- ния, ч Выхол дрож- жей, % Удельная скорость роста, ч-1
ВНИИХП I Солодовое сусло с 10-15 Петчей 16-24 5,7 —
II добавлением обога- 50 5 0 16-24 6 5 0,125
III тителей 450 50 16-24 10,2 0,108
IV 7000 900 16-24 7 5 0,107
узловская I Меласса с добав- 50 Петлей 24 7,7 —
11 лением мальц- 250 5,0 24 15,7 0,190
III экстракта и солей 6000 200 30 10,7 0,072
Эркен-Ша I Солодовое сусло 100 Петлей 24 6 9 0,131
харская II 100 0,5 24 5,1 0,208
III 100 0,5 24 7,0 0,229
IV 250 0,5 48 8.1 0,126
V 3500 250 24 66 0,105
155
По Узловской схеме для II стадии и Эркен-Шахарской для и
III и IV стадий практикуется малый засев. Это приводит к резкому
повышению скорости роста, достигающей величины 0,229 в щ
стадии по Эркен-Шахарской и 0,190 во II стадии по Узловской
схемам.
Дальнейшие приемы предусматривают снижение скорости рос-
та. Для этого в Узловской схеме на III стадии увеличен засев, а в
Эркен-Шахарской удвоена длительность выращивания.
Только в Эркен-Шахарской схеме применяется V стадия и
проводится она с большим засевом.
Общим для трех схем является применение в цехе чистых куль-
тур и на производстве плотных сред и добавок ростовых веществ
(по схеме ВНИИХП — дестиобиотин, Узловской — мальц-экст-
ракт, Эркен-Шахарской — биотин).
Режимы выращивания маточных дрожжей в цехе ЧК и на про-
изводстве приведены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
Сравнительные показатели производственных стадий выращивания маточных дрожжей
в заводских условиях
Схема выра- щивания Стадия Кратность разбавления Аэрация, дм3/(дм3/мин) Засев, % от массы мелас- сы Накоп- ление дрож- жей, г/дм3 Выход дрож- жей, % Удельная скорость роста, ч-’
началь- ная конеч- ная
ВНИИХП МИН 4 4 — 1,2 20 8,8 0,176
БИН 6,5 6,5 0,7 1,6 17 10,5 0,161
ЧК-1 10 10 3-5 3,4 30 29,0 0,192
ЧК-П 84 13 5-7 10,8 35 41,0 0,158
I 5 5 0,1-0,2 4,2 26,7 11,2 0,072
II 5 5 0,1-0,2 3,8 23,3 10,3 0,082
III 5 5 0,1-0,2 2,2 25,9 11,8 0,102
Узловская 1-я гене- 5,5 5,5 0,1-0,2 2,8 22,5 11.8 0,120
рация 2-я » 8 8 0,4-1,0 5,1 21,0 22,2 0,168
З-я » 9 9 2,0-3,0 7,6 36,0 34,6 0,169
Эркен- Ша- БИН 5 5 0,1-0,2 0,46 28,5 15,6 0,272
харская ЧК-1 7 7 0,3-0,4 0,86 24,9 18,5 0,288
ЧК-П 22,5 9 16-19 5,7 73,1 63,8 0.187
ЧК-П1 54 7 9-13 20,6 145,9 86,6 0,130
Примечание. Для стадии ЧК-П по схеме ВНИИХП, а также для стадии
ЧК-П и ЧК-Ш по Эркен-Шахарской схеме предусмотрена подача мелассы прито-
ком. Остальные стадии неприточные
Кроме данных, указанных в табл. 6.2, Эркен-Шахарская схема
отличается высокими дозировками азота и фосфора из расчета
содержания в дрожжах (%) на стадиях БИН — 4,9 N и 3,4
ЧК-1 — 4,3 N и 3,13 Р2О5. В последующих стадиях дозировка этих
компонентов резко снижается.
156
В результате различия режимов выращивания полученные
туры обладают различными биохимическим составом, бро-
КУЛьной и дыхательной активностью, стойкостью, скоростью рос-
ДИи другими свойствами. В составе Эркен-Шахарской культуры в
W раз больше трегалозы и в 15 раз выше сумма углеводов, чем в
ожжах, полученных по схемам ВНИИХП и Узловской. Этим
обусловлена высокая стойкость чистых культур Эркен-Шахарских
дрожжей (табл. 6.3).
Таблица 6.3
Показатели качества дрожжей ЧК, выращенных по различным схемам
Схема выращивания Выход дрожжей ЧК, % Мальтаз- ная ак- тивность, мин Подъемная сила(по шарику), мин Стойкость при темпе- ратуре 35 вС, ч Энергетический обмен, см’/(г СВ/ч)
дыхатель- ная актив- ность <?о2 бродильная активность <?со2
ВНИИХП 41,5 116 37 64 147 132
Узловская 26,8 160 42 64 74 137
Эркен-Шахарская 85.98 95 35 120 150 78
По всем показателям лучшей из трех признана схема Эркен-
Шахарского дрожжевого завода.
Сепарирование маточных дрожжей. Сепараторы, предназначен-
ные для маточных дрожжей, устанавливают вблизи дрожжерас-
тильного аппарата. При этом должна быть предусмотрена возмож-
ность тщательной дезинфекции всех коммуникаций и емкостей.
По окончании брожения культуральную среду следует тотчас же
подать на сепараторы, в аварийных случаях ее необходимо охла-
дить до минимально возможной температуры.
Маточные дрожжи сепарируют по двухступенчатой схеме. Для
промывки желательно применять воду, охлажденную до 2 °C, для
того чтобы концентрат после второй сепарации был охлажден до
8 °C. Охлажденное молоко хранят в специально оборудованных
сборниках. Если дрожжи ЧК предназначены для прессования, то
их следует хранить в отдельном помещении холодильной камеры с
ограниченным доступом людей.
6.3.3. ПОЛУЧЕНИЕ ТОВАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
Товарные дрожжи выращивают в две или одну стадию. Две ста-
дии приняты на заводах, оснащенных отечественным, польским и
ведским оборудованием, одна —на Эркен-Шахарском и Тби-
исском заводах. В двухстадийной схеме первую стадию называют
*енерацией Б или стадией засевных дрожжей, вторую — генераци-
В или товарной стадией.
157
Генерация Б. Засевные дрожжи готовят по периодическим схе-
мам с длительностью цикла 9—12 ч, засевают дрожжами ЧК. При
передаче засевных дрожжей на товарную стадию без сепарирова-
ния дозревание нецелесообразно. Передача засева в активном со-
стоянии снижает длительность лаг-фазы в товарном аппарате. Ма-
точные дрожжи перед засевом антисептируют. Величину засева
принимают в зависимости от ожидаемой скорости роста. Питание
подают из расчета полного обеспечения ожидаемого прироста
биомассы всеми необходимыми компонентами. По окончании
брожения дрожжи генерации Б немедленно передают для засева в
товарный аппарат либо направляют в сепараторы и хранят в виде
молока при температуре 2—8 °C. Засевные дрожжи должны отве-
чать следующим требованиям: мальтазная активность 60—
100 мин, зимазная — 40—50 мин; содержание азота 2,0 %, Р2О5 —
1,0%; клетки должны быть крупными, равномерными. Дрожже-
вая и бактериальная инфекции недопустимы.
Генерация В. Как указано выше, режимы выращивания товар-
ных дрожжей обусловлены принятой технологической схемой.
При работе по непрерывным схемам ВНИИХП в период оттоков
мелассное сусло и растворы солей подают равномерно, соответ-
ственно ожидаемому почасовому накоплению дрожжей. Уровень
жидкости и содержание дрожжей должны оставаться постоянны-
ми. Падение накопления, как и увеличение объема отбираемой
среды, приводит к вымыванию основной массы дрожжей, дающей
почасовой прирост.
Для эффективного ведения процесса по удлиненным режимам
накопление дрожжей в основном аппарате должно быть не ниже
49—50 г/дм3. Дозревание дрожжей в отборочном аппарате длится
около 1ч, аэрация — 15—25 м3/ч на 1 м3 среды, температура —
26-28 °C.
По истечении срока дозревания культуральную среду следует
немедленно направить на сепарирование, где под действием цент-
робежной силы жидкость разделится на два потока различной от-
носительной плотности (бражка — 1,0—1,002, дрожжи—1,08—
1,12). Длительное пребывание дрожжей в бражке сопровождается
усилением протеолитической активности ферментов клетки, при
этом ухудшаются подъемная сила и стойкость дрожжей.
6.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ВЫРАЩИВАНИЯ
ДРОЖЖЕЙ
При культивировании дрожжей применяют бесприточный,
воздушно-приточный и воздушно-проточный способы, различаю-
щиеся режимом подачи питательных веществ, воды, воздуха и
продолжительностью процесса. Бесприточный способ предусмат-
ривает подачу мелассового сусла, растворов солей, стимуляторов
158
роста и воды при загрузке дрожжерастильного аппарата. Воздух
подают периодически или постоянно. При воздушно-приточном
способе дрожжи выращивают в аппарате с постепенным притоком
питательных веществ и постоянной аэрацией. Оба способа — пе-
риодические. Продолжительность выращивания 8—17 ч.
При воздушно-проточном способе дрожжи культивируют с по-
стоянной аэрацией, постепенным притоком питательных веществ
в дрожжерастильный аппарат с одновременным оттоком культу-
ральной среды в отборочный аппарат. Этот процесс — непрерыв-
ный.
В дрожжевой промышленности применяют несколько схем вы-
ращивания дрожжей. Различия между ними заключаются в перио-
дичности или непрерывности процессов, кратности разбавления
сырья, количестве стадий, скорости роста, уровне технологичес-
ких параметров (температура, pH, величина засевов) и др.
Непрерывная схема ВНИИХП (рис. 6.1). Схема разработана
Е. А. Плевако и предусматривает получение маточных и засевных
дрожжей периодическим способом, а товарных — в две фазы.
Первая фаза, называемая накопительной, преследует цель вырас-
тить в аппарате (генераторе) «рабочую массу» дрожжей с высокой
генеративной активностью, способной ежечасно давать прирост,
соответствующий производственному графику. Подача питатель-
ной среды соответствует ожидаемому приросту биомассы.
Вторая фаза предусматривает непрерывный рост культуры и
отток прироста в отборочный аппарат. В нем дрожжи дозревают в
течение 1 ч и направляются в сепараторы. Для нормального дозре-
вания необходимо установить два отборочных аппарата, работаю-
щие попеременно. Непрерывный цикл длится 10—14 ч, затем при-
ток питания прекращается, дрожжи в генераторе дозревают и на-
правляются в сепараторы. Основные показатели схемы: кратность
разбавления для трех вариантов —1:17, 1 : 12 и 1 : 10, удельная
скорость роста 0,16 ч-1, температура среды 30 °C, pH 4,5—5,5. Об-
щий выход дрожжей 85—87 % от массы мелассы.
Схема Эркен-Шахарского дрожжевого завода. Схема разработа-
на итальянской фирмой «Пресс-индустрия» в двух вариантах для
производства готовых прессованных и сушеных дрожжей
(рис. 6.2). Для обоих вариантов схемы готовят стерильные пита-
тельные среды. Мелассу разбавляют горячей водой (90 °C), выдер-
живают при этой температуре 30 мин и подают в кларификаторы.
Осветленное сусло нагревают в пластинчатом теплообменнике до
120 °C, выдерживают 30 с в специальной трубе, охлаждают до 80 °C
и направляют в приточный сборник, откуда без охлаждения пода-
ют в дрожжерастильные аппараты. Процесс осветления и стерили-
зации осуществляется в непрерывном потоке.
Маточные дрожжи чистой культуры готовят ровно столько,
чтобы обеспечить засев непосредственно в товарном аппарате,
Минуя генерацию Б. Их хранят в виде дрожжевого молока при
159
Рис. 6.1. Аппаратур™-технологическая схема получения хлебопекарных дрожжей ВНИИХП:
1 — железнодорожная цистерна; 2—резервуар для слива мелассы; 3—бак для мелассы на весах; 4—весы; 5—промежуточный сборник ме-
лассы; 6— мелассохранилище; 7—напорный бак для мелассы; 8— смеситель; 9— стерилизатор; 10— теплообменник-охладитель; 11 — клари-
фикатор: 12 — приточный аппарат питательной среды для дрожжей ЧК; 13 — приточный аппарат питательной среды для двух стадий товарных
дрожжей; 14— напорный сборник для воды; 75 — стерилизатор питательной среды в цехе ЧК; 76и 77— малый и большой инокуляторы ЧК; 18
и 19 — дрожжерастильные аппараты ЧК-1 иЧК-2 соответственно; 20— центробежный насос; 21 и 22 — дрожжерастильные аппараты 1-й ста-
дии товарных дрожжей Б и 2-й стадии товарных дрожжей В; 23— отборочный аппарат; 24 и 26— сепараторы 1 и II стадий для дрожжей ЧК;
25— промежуточный сборник; 27— сборник концентрата для дрожжей ЧК; 28— сепаратор для товарных дрожжей 1-й стадии Б; 29— сборник
концентрата товарных дрожжей 1-й стадии; 30— сепаратор 1-й ступени для товарных дрожжей генерации В; 31 и 33— промежуточные сбор-
ники дрожжевого молока I и II ступеней сепарации; 32 и 34— сепараторы II и III ступеней для дрожжей генерации В; 35— сборник дрожже-
вого молока дрожжей генерации В; 36— вакуум-фильтр; 37— приемный бункер прессованных дрожжей; 38— фильтр для воздуха; 39— возду-
ходувная машина; 40— шестеренные насосы; 41 и 42— сборники-мерники для растворов питательных солей; 43— сборпцк-мерппк серной
кислоты; 44— сборник пеногасителя; 45— сборник-мерник растворов ростовых веществ
Рис. 6.2. Аппаратурно-технологическая схема получения прессованных и сушеных дрожжей Эркеи-Шахарского дрожжевого
завода:
1 — весы для мелассы; 2 и 4— насосы; 3 — рассиропник для мелассы; 5 — теплообменники для мелассы; 6— кларификатор; 7— сборник освет-
ленной мелассы (приточный аппарат); 8— предварительный дрожжерастильный аппарат; 9, 10и 77 — дрожжерастильные аппараты соответ-
ственно I, II и III стадий маточных дрожжей; 72, 14 и 16— сепараторы соответственно I, II, III ступеней маточных и товарных дрожжей; 13 и
15— промежуточные сборники дрожжевого молока после I и II ступеней сепарации; 77— сборники молока после III ступени сепарации маточ-
ных и товарных дрожжей; 18— сборник маточного дрожжевого молока; 19— сборник для кислотной обработки маточных дрожжей перед засе-
вом; 20— мерник серной кислоты; 27 — дрожжерастильный аппарат товарных дрожжей; 22—сборник товарного дрожжевого молока; 22-
сборник для обработки товарных дрожжей, идущих на сушку, раствором поваренной соли; 24— вакуум-фильтры; 25— шпек; 26— сушилка для
дрожжей; 27— циклон; 28— подогреватель воздуха; 29— воздушные компрессоры; 30 — фильтры для воздуха
температуре 2 °C. Перед засевом в товарный аппарат маточные
дрожжи подвергают жесткой обработке при pH 1,8—2,0 в течение
30 мин. Товарные дрожжи получают по периодической схеме без
отборов среды.
Режимы выращивания товарных дрожжей по схеме Эркен-Ша-
харского дрожжевого завода приведены в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Примерные показатели выращивания товарных стадий дрожжей по схеме
Эркен-Шахарского дрожжевого завода
Показатель Лля получения дрожжей
готовых прессо- ванных сушеных
Кратность разбавления 8,6 7,8
Длительность выращивания, ч 14 17
Расход воздуха, м3/(ч/м3) 45-60 48-58
pH среды:
начальный 4,5 5,2
конечный 4,2 5,5
Температура выращивания, °C 26-30 28-33
Общий выход к массе мелассы, % 96,46 93,8
6.5. ВЫДЕЛЕНИЕ, ПРЕССОВАНИЕ, ФОРМОВАНИЕ
И УПАКОВЫВАНИЕ ПРЕССОВАННЫХ ДРОЖЖЕЙ
Выделение дрожжей сепарированием. Для получения дрожжей с
высокой бродильной активностью и стойкостью необходимо в
кратчайший срок выделить их из бражки и промыть. При длитель-
ном пребывании дрожжей в бражке снижается зимазно-мальтаз-
ная и повышается протеолитическая активность, происходит ав-
толиз дрожжей, увеличивается кислотность биомассы и снижается
ее подъемная сила. Для выделения дрожжей из бражки и промы-
вания водой дрожжевого концентрата используют дрожжевые се-
параторы.
На дрожжевых заводах применяют различные схемы выделения
и промывания дрожжей:
промывание дрожжей в одном промывном аппарате с непре-
рывной подачей воды и непрерывном отделении в сепараторах
промывной воды;
промывание дрожжей в двух промывных аппаратах путем пери-
одического разбавления дрожжевого концентрата то в одном, то в
другом аппарате.
Более эффективно двух- или трехступенчатое сепарирование с
отделением дрожжей от бражки в отдельных сепараторах. При
этом промывание дрожжей водой и отделение промывной воды
осуществляют в отдельных сепараторах, а затем ведут сгущение
дрожжевого концентрата также в отдельных сепараторах.
162
На небольших дрожжевых заводах процесс выделения дрожжей
143 бражки осуществляют в одном аппарате. При этом общая про-
должительность сепарирования составляет 3,5—4 ч: 1 ч на отделе-
ние дрожжей от бражки, 1,5—2 ч на промывание и 1 ч на передачу
дрожжей из промывного аппарата на прессы.
Эта схема сепарирования и выделения дрожжей состоит в том,
что после окончания выращивания дрожжи подают в сепараторы,
где их выделяют из бражки, а непромытый дрожжевой концентрат
направляют в промывной аппарат, разбавляют водой, размешива-
ют, после чего насосом подают в сепараторы. Отмытый и отсепа-
рированный дрожжевой концентрат вновь попадает в промывной
аппарат, где смешивается с частью непромытых дрожжей, одно-
временно с этим в аппарат непрерывно подается вода. Дрожжи се-
парируют и промывают до тех пор, пока они не будут тщательно
промыты.
Технологическая схема сепарирования и промывания в двух
аппаратах осуществляется быстрее Процесс сепарирования и про-
мывания в данном случае складывается из трех операций: отделе-
ние дрожжей от бражки, выделение их из первой и второй про-
мывной воды. Длительность процесса 3 ч.
Ступенчатое сепарирование и промывание дрожжей более эф-
фективны. По двухступенчатой схеме разделение дрожжей и
бражки, а также выделение дрожжей из промывной воды осуще-
ствляются одновременно в разных сепараторах. После отделения
дрожжей от бражки, осуществляемого на одной ступени сепарато-
ров, дрожжи поступают в сборник непромытого дрожжевого кон-
центрата, затем в сборник, где их при помощи эжектора разбавля-
ют водой, а далее подают на следующую ступень сепараторов для
выделения из промывной воды. Промытые дрожжи поступают в
сборники дрожжевого концентрата.
В последнее время широко используется трехступенчатая схема
сепарирования с двукратным промыванием дрожжей (рис. 6.3).
Трехступенчатое сепарирование отличается от двухступенчатого
тем, что дрожжи после первого промывания на второй ступени се-
параторов поступают на третью ступень, где они дополнительно
промываются и сгущаются в отдельных сепараторах до концентра-
ции 500—700 г/дм .
При работе по этой схеме резко снижается расход воды на про-
мывание и уменьшаются потери дрожжей, в связи с тем что вода
после третьей ступени сепарирования идет не в канализацию, а
возвращается на первое промывание дрожжей.
Для сгущения дрожжевого концентрата применяют третий се-
паратор, из которого дрожжевой концентрат после охлаждения в
теплообменнике попадает в сборник дрожжевого концентрата, ко-
торый снабжен устройством для охлаждения концентрата до 2—
4 °C и мешалкой.
С целью сохранения исходного качества дрожжей для их про-
163
Рис. 6.3 Трехступенчатая схема выделения дрожжей:
1 — сепараторы первой ступени 2 — дрожжевые сборники; 3 — насосы 4—сепараторы
второй ступени, 5 — сепараторы третьей ступени; 6 — теплообменник
мывания используют холодную воду, для того чтобы температура
дрожжевого концентрата понижалась с 30—32 °C (свойственная
бражке) до 22—20 °C в первом промывном аппарате, до 15—13 °C
во втором. В третьем аппарате, предназначенном для сгущенного
концентрата, дрожжевой концентрат пропускают через теплооб-
менник, где ледяная вода, подаваемая из холодильной установки,
охлаждает его до 5—8 °C, после чего он поступает в сборник для
хранения дрожжевого концентрата, в котором его температуру до-
водят до 2—4 °C, что способствует инактивации автолитических
процессов. При низкой температуре дрожжи длительное время со-
храняют ферментативную активность и при быстром последую-
щем формовании и прессовании не нагреваются выше 10 °C даже
летом.
Получение товарного дрожжевого молока. Дрожжевое молоко
является полуфабрикатом дрожжевого производства, однако оно
может использоваться близлежащими хлебозаводами взамен прес-
сованных дрожжей. Таким образом достигается экономия рабоче-
го времени в результате устранения процессов обезвоживания и
фасования дрожжей, разворачивания и растворения их на хлебоза-
водах (кроме того, экономятся этикетная бумага, тара и транспор-
тные расходы).
Требования к качеству товарного дрожжевого молока согласно
ТУ 18 РФ 395 приведены ниже.
Консистенция Небродящая водная суспензия
Цвет Сероватый с желтым оттенком
Вкус и запах Свойственные дрожжам, запах плесени и дру-
гие посторонние запахи и привкусы не допус
каются
Концентрация дрожжей (в пересчете на прессованные с содержа-
нием СВ 25 %), г/дм3, не менее........... 400—450
164
Подъемная сила, мин, не более................................75
Кислотность 100 г осадка на фильтре, полученного под вакуумом в во-
ронке Бюхнера и подсушенного до содержания СВ 25 % (в пересче-
те на уксусную кислоту), мг, не более.......................120
Кислотность после хранения в течение 72 ч при температуре от 0
до 10 °C (в пересчете на уксусную кислоту) мг, не более.....320
Прессование дрожжей. Прессованием принято называть выде-
ление дрожжей из суспензии под давлением (на фильтрах-прес-
сах) или под вакуумом (на вакуум-фильтрах).
Подача дрожжевого молока в фильтр-пресс осуществляется
при помощи вихревого насоса, обеспечивающего равномерное,
без толчков наполнение пресса. Дрожжевой концентрат движется
по каналу, расположенному в центре фильтра-пресса или в специ-
альных карманах, из которых он через соответствующие ответвле-
ния поступает в полые рамы.
Прессование длится от 30 мин до 2 ч и более. По окончании
прессования открывают фильтр-пресс вывинчиванием зажимного
винта, после чего раздвигают плиты и рамы Дрожжи, отложив-
шиеся на ткани в виде плотной лепешки, падают в чисто вымы-
тый металлический ящик, подставляемый под пресс, а остатки
дрожжей удаляют с ткани металлическими лопаточками. Ящики
размешают под фильтром-прессом на всю его длину, причем они
должны свободно передвигаться на роликах по гладкому полу
прессовочного цеха.
Производительность фильтров-прессов, применяемых на
дрожжевых заводах, от 200 до 1200 кг за одно наполнение.
На крупных предприятиях дрожжи выпрессовывают на бара-
банных вакуум-фильтрах. Процесс может осуществляться непре-
рывно Производительность вакуум-фильтров 1000—1200 кг/ч. Ба-
рабан вакуум-фильтра, обтянутый фильтрующей тканью, враща-
ется на горизонтальной оси и нижней частью погружается в сбор-
ник с дрожжевым концентратом. Фильтрат отсасывается
вакуум-насосом, а на фильтрующей ткани после отсоса остается
плотный слой дрожжей, который промывают водой и непрерыв-
но счищают с поверхности барабана специальным ножом из не-
ржавеющей стали. Необходимым условием для нормальной рабо-
ты вакуум-фильтра является поддержание постоянной глубины
вакуума в пределах 60—90 %. Дрожжи, обезвоженные на фильтре,
содержат 25—29 % сухих веществ.
Важным фактором при фильтровании является температура
дрожжевого концентрата и промывной воды, которая не должна
превышать 12 °C.
Обезвоженные дрожжи из вакуум-фильтра или из-под фильт-
ра-пресса поступают либо в сушильное отделение, либо в бункера
тестомесителя.
Бункер-тестомеситель предназначен для создания запаса дрож-
жей равномерной консистенции и непрерывной подачи их в фасо-
165
вечный автомат, тем самым обеспечивая высокую производитель-
ность автомата.
Из бункеров-тестомесителей дрожжи поступают в приемные
бункера автоматов для формования, резки и упаковывания.
Формование и упаковывание дрожжей. Прессованные дрожжи
поступают к потребителю в виде брусков массой 1000, 500, 100 и
50 г. Дрожжи фасуют из прессованной массы, подготовленной в
месильных аппаратах.
Для получения прессованной массы дрожжей требуемой кон-
систенции ее приходится иногда увлажнять, добавляя некоторое
количество воды (до 10 % к массе выпрессованных дрожжей), а
для придания эластичности при перемешивании в дрожжевую
массу добавляют 0,1 % растительного масла. На зарубежных пред-
приятиях на этой стадии к дрожжам добавляют различные веще-
ства, улучшающие консистенцию и цвет готовой продукции: на-
полнители и пластификаторы (лецитин, эфиры жирных кислот).
После перемешивания дрожжи фасуют в бруски определенной
массы и на упаковочном автомате заворачивают в парафиниро-
ванную бумагу. Упакованные брикеты укладывают в картонные
короба или ящики и направляют в холодильную камеру.
Дрожжи — быстро портящийся продукт, поэтому сразу же пос-
ле фасования и упаковывания их охлаждают до 2—3 °C и хранят в
холодильной камере при температуре 0—4 °C. Транспортирование
дрожжей на большие расстояния осуществляется в изотермичес-
ких вагонах или автомашинах-рефрижераторах при температуре
0-4 °C.
Требования к качеству прессованных дрожжей. Качество прессо-
ванных дрожжей согласно ГОСТ 171 должно удовлетворять следу-
ющим требованиям.
Цвет
Консистенция
Запах
Сероватый с желтоватым оттенком, на поверхности
бруска не должно быть темных пятен
Плотная, дрожжи должны легко ломаться и не мазаться
Свойственный прессованным дрожжам, запах плесени и
другие посторонние запахи не допускаются
Вкус Свойственный прессованным дрожжам
Влажность, %, не более.........................................75
Подъемная сила, мин, не более..................................75
Кислотность 100 г дрожжей в день выработки заводом (в пересчете
на уксусную кислоту), мг, не более............................120
Кислотность 100 г дрожжей после 12сут хранения или транспортиро-
вания при температуре 0—4 °C (в пересчете на уксусную кислоту),
мг, не более..................................................360
Стойкость дрожжей при температуре хранения 35 °C, ч, не менее..48
6.6. СУШКА ДРОЖЖЕЙ
Сушеные дрожжи выгодно отличаются от прессованных спо-
собностью длительно сохраняться, в том случае если они высуше-
ны до остаточной влажности 5—8 % и при этом в них сохранены
166
исходные ферментные свойства. В герметичной упаковке они мо-
гут сохранять активность в течение нескольких лет при хранении
при комнатной температуре. Сохранность сушеных дрожжей
обусловлена качеством прессованных дрожжей, режимом сушки и
герметической упаковкой.
Прессованные дрожжи, предназначенные для сушки, не долж-
ны содержать посторонней микрофлоры, обладать пониженной
активностью протеолитических ферментов. Для выращивания
дрожжей, идущих на сушку, используют термоустойчивые расы
дрожжей 4, 14, 262 и др. Применяют режимы, тормозящие фер-
ментативную активность дрожжей с инактивацией протеолити-
ческих ферментов и снижающие выход дрожжей на 6—9 %. Кон-
систенция прессованных дрожжей должна быть плотной, влаж-
ность — 70—75 %.
Прессованные дрожжи, предназначенные для сушки, следует
выращивать по особой технологии, обеспечивающей следующие
показатели их качества;
Подъемная сила, мин, не более 55—60
Стойкость при 35 °C, ч, не менее 72
Осмоустойчивость, мин, не более 10,5
Выживаемость клеток при высушивании, %, не менее 70
Влажность, %, не более 70
Содержание, %, не более:
азота 1,6
трегалозы 1,75
Влага в дрожжах содержится как внутри, так и вне клеток.
Внеклеточная влага составляет 15—28 %. По скорости обезвожи-
вания дрожжей процесс сушки можно разделить на три периода;
I — удаление внеклеточной влаги осуществляется с большой
скоростью до влажности материала 52—53 %. При быстрой влаго-
отдаче подъемная сила дрожжей не изменяется и отмирания кле-
ток не происходит, если температура биомассы не превышает
38 °C;
II — удаление свободной внутриклеточной влаги требует боль-
ших затрат времени, скорость сушки при этом непрерывно умень-
шается до влажности дрожжей 20—16 %;
III — частичное удаление связанной влаги требует еще больше-
го количества времени, скорость сушки изменяется незначитель-
но. И наконец, в случае достижения равновесной влажности вла-
гоотдача приостанавливается.
Для ускорения процесса удаления влаги дрожжи измельчают в
формовочных машинах либо в гидравлических прессах и подают
на сушку в виде гранул или вермишели диаметром около 1 мм.
Равномерному высушиванию прессованных дрожжей способ-
ствует их перемешивание. Поэтому общепризнанным является
использование сушильных устройств, обеспечивающих постоян-
ное соприкосновение высушиваемых дрожжей с сушильным аген-
167
том — воздухом. В нагретом воздухе лучше высушивается взвесь
дрожжей, чем неподвижные пласты прессованных дрожжей, из-
мельченные в вермишель, через которые проходит воздух.
При повышении температуры сушильного агента ускоряется
высушивание дрожжей, но одновременно может происходить пе-
регрев дрожжевой массы. Поэтому по мере обезвоживания дрож-
жей температуру сушильного агента рекомендуется снижать с SO-
TO °C в первом периоде до 55—50 °C во втором и до 45—40 °C в тре-
тьем, чтобы температура дрожжевой массы не нагревалась выше
38 °C.
На дрожжевых заводах используют сушилки разных конструк-
ций: на ленточных, шахтных обезвоживание дрожжей осуществ-
ляется в стационарном слое с периодическим перемешиванием
высушиваемого материала в момент его пересыпания с полки на
полку; на барабанных — гранулированные прессованные дрожжи
непрерывно пересыпаются на полках вращающегося барабана.
Сушка дрожжей значительно ускоряется в вибрационных, флюи-
дизационных сушилках, где дрожжи высушиваются нагретым воз-
духом во взвешенном слое
Сушилки могут работать при атмосферном давлении по одно-
ступенчатой либо по двухступенчатой схеме, при которой процесс
ведут сначала при атмосферном давлении, а затем при вакууме.
Качество дрожжей, полученных по второй схеме, выше.
Качество сушеных хлебопекарных дрожжей должно соответ-
ствовать ОСТ 18—193.
Высший сорт I сорт
Цвет Светло-желтый или серо-коричневый
Запах и вкус Свойственные сушеным дрожжам
Влажность, %, не более 8,0 10,0
Подъемная сила, мин, не более 70,0 90,0
Сохранность со дня выработки, мес, не менее 12 5
Сушеные хлебопекарные дрожжи выпускают в виде вермише-
ли, гранул, мелких зерен, кусочков, порошка или крупы. Порош-
кообразных частиц допускается не более 25 %.
Пиво — игристый, освежающий напиток, продукт законченно-
Глава 7
ТЕХНОЛОГИЯ ПИВА
го спиртового брожения, изготовленный из пивоваренного ячмен-
ного солода с применением хмеля.
Вследствие насыщенности диоксидом углерода и содержания
небольшого количества этанола пиво не только утоляет жажду, но
и повышает общий тонус организма. Являясь хорошим эмульгато-
ром пиши, оно способствует более правильному обмену веществ и
повышению усвояемости пиши. Обладая определенной питатель-
ной ценностью и приятным характерным вкусом, пиво как напи-
ток имеет весьма большое распространение.
Основу технологических процессов производства пива состав-
ляют биохимические превращения веществ в живом организме,
происходящие под влиянием ферментов, и физико-химические
процессы взаимодействия этих веществ под влиянием условий
внешней среды
7.1. АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
ПОЛУЧЕНИЯ ПИВА
Технологический процесс производства пива состоит из следу-
ющих стадий: очистки и дробления солода и несоложеных мате-
риалов, получения пивного сусла (приготовление и фильтрование
затора, кипячение сусла с хмелем, осветление и охлаждение сус-
ла), сбраживания пивного сусла дрожжами, дображивания и со-
зревания пива, осветления и розлива пива (рис. 7.1).
7.2. ПОЛУЧЕНИЕ СУСЛА
Цель процесса приготовления пивного сусла — получение вод-
ного раствора ценных сухих веществ зернового сырья и хмеля в
соотношении, определяемом сортом пива и жизнедеятельностью
Дрожжей, при минимальных потерях и затратах. Для варки сусла
используют варочные агрегаты, состоящие из заторных, суслова-
Рочных котлов и фильтрационных чанов.
169
7.2.1. ОЧИСТКА И ДРОБЛЕНИЕ СОЛОДА
И НЕСОЛОЖЕНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сухой солод после хранения при поступлении в варочный цех
очищают от металломагнитных примесей на магнитном сепарато-
ре, а от пыли и остатков ростков — на полировочной машине.
Ячмень, используемый в качестве несоложеного сырья, очища-
ют так же, как в солодовенном производстве. Наиболее эффектив-
но использовать ячмень 1-го и 2-го сортов.
Дробление солода является важной технологической операци-
ей, влияющей в дальнейшем на процесс приготовления сусла, в
том числе на продолжительность осахаривания и фильтрования, а
также на выход экстракта. Составные вещества солода, находящие-
ся в раздробленном состоянии, более тесно соприкасаются с во-
дой, что облегчает и ускоряет их растворение.
Зерно ячменя во время соложения растворяется неравномерно,
потому и структура эндосперма (мучнистого тела) зерна солода
неодинакова. В зародышевой части структура эндосперма рыхлая,
и он легко дробится, а кончики зерна солода, обычно не подверга-
ющиеся ферментативной обработке, трудно измельчаются.
Дробленый солод состоит из частиц различной величины, ко-
торые по размеру и внешнему виду делятся на шелуху, крупную,
мелкую крупку и муку. Эти фракции дробленого солода отличают-
ся друг от друга по химическому составу и при затирании ведут
себя различно. Степень дробления солода имеет большое значе-
ние для затирания и дальнейшего протекания технологического
процесса приготовления сусла, выщелачивания дробины и фильт-
рования затора.
При размоле зерна оболочка должна быть по возможности со-
хранена, так как она служит фильтрующим слоем при отделении
сусла от дробины. Она состоит в основном из целлюлозы, в кото-
Рис. 7.1. Схема производства пива:
/—приемный бункер; 2 и 8— нории; 3, 6 и /2 — автоматические весы; 4 и 9— шнеки; 5 — си-
лос; 7—ленточный транспортер; 10—бункера суточного запаса; // —магнитные течки; 13 —
полировочная машина; 14 — солододробилка; 15— вальцовый станок; /6—бункера; 17— за-
торные аппараты; 18— фильтрационный аппарат; 19, 21, 24, 26, 28, 32, 34, 36, 65 и 67— насо-
сы; 20— сборник промывных вод; 22 — сусловарочный аппарат; 23 — хмелеотделитель; 25 —
емкость для хмелевого экстракта; 27— гидроциклонный аппарат; 29 и Ji1—диатомитовые
фильтры; 30 и 37— пластинчатые теплообменники; 31 — бродильный танк; 33 — танки для
Дображивания; 35 — сепаратор; 39— карбонизатор; 40— сборник готового пива; 41 — цилинд-
роконический бродильный танк; 42— стерилизатор; 43—44 и 45— малые и большой бродиль-
ные цилиндры; 46 — промежуточный вакуум-сборник; 47— вакуум-сборники; 48— вакуум-на-
сосы; 49— сборники горячей воды; 50— световой экран; 51 — бутыломоечная машина; 52 и
55— бракеражные автоматы; 53 — разливочный автомат; 54— укупорочный автомат; 56— эти-
кетировочный автомат; 57—сборник грязного брака; 58— сборник исправимого брака; 59—
автомат для выемки бутылок; 60— пакеторасформируюшая машина; 61 и 64—автопогрузчи-
ки; 62— автомат укладки бутылок; 63 — пакетоформирующая машина; 66— емкость шля мою-
щего раствора; 68— подъемник; 69— автоцистерна; 70— мерник
171
рой содержатся разнообразные органические и неорганические
вешества, легко переходящие в раствор и ухудшающие вкусовые
качества пива. Чем тоньше помол, тем полнее извлекаются экст-
рактивные вешества. Однако при очень тонком помоле происхо-
дит значительное измельчение оболочки зерен, что затрудняет
фильтрование и извлечение экстрактивных веществ из дробины.
Для хорошо растворенного солода рекомендуется следующий со-
став помола (%): шелуха — 15—18, крупная крупка — 18—22, мел-
кая крупка — 30—35 и мука — 25—35. При переработке солода не-
достаточного разрыхления рекомендуется более тонкий помол
(%): шелуха — 19—20, крупная крупка — 10—11. мелкая крупка —
34—35, мука — 35. При фильтровании заторов через фильтр-пресс
содержание муки в помоле можно повысить до 45 %.
Весьма целесообразно дробить увлажненный солод, так как это
позволяет сохранить оболочку зерна, а эндосперм измельчить бо-
лее тонко. При этом следует коррелировать режимы замочки со-
лода в зависимости от его качества. Солод хорошего растворения
необходимо замачивать в течение 25—30 мин в воде температурой
20—35 °C, а солод плохого растворения — 10—15 мин в воде при
50—55 °C. Использование дробилок для увлажненного солода по-
зволяет устранить потери на распыл, характерные для дробления
сухого солода, увеличить выход экстракта на 2,5—3,0 % и сокра-
тить продолжительность фильтрования затора на 20—25 %. Солод
дробят на вальцовых солододробилках, а ячмень — на мельничных
вальцовых станках. К помолу ячменя предъявляются те же требо-
вания, что и к помолу солода. Кроме ячменя в качестве несоложе-
ных материалов используют рис, обезжиренную кукурузную муку
и тритикале, наиболее редко — пшеницу.
7.2.2. ЗАТИРАНИЕ
Основной задачей затирания является перевод сухих веществ
солода и несоложеных материалов в растворимое состояние под
действием ферментов солода и применяемых ферментных препа-
ратов. Процесс смешивания дробленых зернопродуктов с водой
называется затиранием, а полученная смесь — затором.
В солоде и несоложеных зерновых материалах содержание во-
дорастворимых веществ составляет 10—15 %. Большая часть цен-
ных сухих веществ, представленных в основном крахмалом и бел-
ком, находится в нерастворенном состоянии. Для перевода в ра-
створимое состояние их в процессе затирания подвергают фер-
ментативному гидролизу.
Процессы, происходящие при затирании. Солод как основное
сырье для сусла и пива является не только источником получения
экстрактивных веществ, но и источником ферментов, под дей-
ствием которых нерастворимые вещества самого солода и несоло-
172
женых материалов переходят в раствор. В солоде хорошего каче-
ства активность ферментов высокая, позволяющая провести необ-
ходимые биохимические изменения в заторе при использовании
до 15% несоложеного сырья. При большем расходе несоложеных
материалов применяют ферментные препараты, содержащие ами-
лолитические, протеолитические и цитолитические ферменты.
Основным процессом затирания является гидролиз крахмала,
расщепляющийся амилолитическими ферментами до сбраживае-
мых сахаров (глюкозы, мальтозы) и декстринов различной моле-
кулярной массы, обеспечивающих полноту вкуса пива. На ско-
рость ферментативных реакций оказывают влияние температура,
pH и концентрация затора. С повышением температуры затора до
оптимального предела ферментативный гидролиз крахмала уско-
ряется. Дальнейшее повышение температуры вызывает инактива-
цию ферментов и замедляет процесс. Влияние температуры на со-
отношение продуктов гидролиза крахмала объясняется различным
температурным оптимумом и разной термоустойчивостью отдель-
ных амилаз. В зависимости от качества солода и сорта приготовля-
емого пива требуемый гидролиз крахмала обеспечивается выдерж-
кой затора при следующих температурных паузах: мальтозной при
61—63 °C (оптимальной для действия р-амилазы солода и глюко-
амилазы ферментных препаратов), благоприятной для накопле-
ния сбраживаемых сахаров; осахаривания при 70—72 °C (опти-
мальной для действия а-амилазы), обеспечивающей расщепление
крахмала до декстринов (при этом р-амилаза и глюкоамилаза
инактивируются); общего осахаривания при 75—77 °C, являющей-
ся предельной температурой, при которой сохраняется активность
а-амилазы (при этой температуре затор выдерживается до полного
осахаривания крахмала, определяемого по йодной пробе).
На активность ферментов значительно влияет также pH затора.
Оптимум pH для действия амилаз и других ферментов солода ле-
жит в пределах 5,5—5,7. Величина pH затора зависит от перераба-
тываемого зернового сырья и применяемой воды. Для пивоваре-
ния оптимальной является вода общей жесткостью 0,7—
1,1 мгэкв/дм3. Для создания оптимального значения pH в затор
добавляют молочную кислоту или гипс. Более эффективно под-
вергать воду специальной подготовке.
На действие ферментов и экстрагирование растворимых ве-
ществ зернового сырья влияет гидромодуль затирания. С увеличе-
нием концентрации затора скорость ферментативных реакций за-
медляется, что заметно при увеличении концентрации свыше
16%. Поэтому обычно при затирании используют соотношение
Дробленых зернопродуктов к воде 1 :4, чтобы концентрация пер-
вого сусла не превышала 16 %.
Углеводный состав сусла принято характеризовать отношением
сахара (основную часть которого составляет мальтоза) к несахару
(Разница между содержанием экстрактивных веществ сусла и са-
173
харом). В зависимости от сорта пива это отношение различно. На-
пример, для сусла с экстрактивностью 11 % отношение сахара к
несахару для большинства сортов светлого пива составляет
I : (0,33—0,43); для темных сортов пива с экстрактивностью сусла
14 % - 1 : (0,43-0,53).
Очень важным для пивоварения является гидролитическое рас-
щепление белков под действием протеолитических ферментов.
Превращение белковых веществ и их состав при затирании имеют
большое значение для качества пива. Они влияют на пенообразо-
вание, стойкость и вкусовые качества пива. А такие продукты рас-
пада белков, как пептиды и аминокислоты, необходимы для пита-
ния и размножения дрожжей.
Основной процесс расщепления белков протекает при солодо-
ращении, а при затирании процесс распада их под влиянием про-
теолитических ферментов проходит не так глубоко. Главными
продуктами расщепления белков являются растворимые в воде
белки, пептоны и полипептиды; аминокислот образуется сравни-
тельно мало.
При затирании в сусло практически переходит около трети
всех азотных веществ солода, причем около половины этого коли-
чества было переведено в растворимое состояние во время солодо-
ращения. Белки, которые не подверглись превращениям при со-
лодоращении и затирании, переходят в дробину. Наибольшую ак-
тивность при затирании проявляют протеиназы, гидролизуя белки
зерна до сложных полипептидов. Дальнейший гидролиз полипеп-
тидов до пептидов и аминокислот осуществляют полипептидазы,
которые значительно инактивируются при сушке солода. Накоп-
ление тех или иных продуктов гидролиза белков зависит от темпе-
ратуры затора. Для накопления аминокислот и низкомолекуляр-
ных пептидов наиболее благоприятной является температура 45—
52 °C (белковая пауза).
При температуре 61—63 °C (мальтозная пауза) происходит гид-
ролиз белков с образованием полипептидов и высокомолекуляр-
ных пептидов, способствующих пенообразованию и созданию
полноты вкуса пива. Азотные вещества сусла принято разделять
на стойкорастворимые и нестойкорастворимые (коагулируемые).
Стойкорастворимые азотные вещества во время кипячения не вы-
деляются из сусла. К ним относятся аминокислоты, пептиды и
часть растворимых белков. Настоящие белки при кипячении из
растворов коагулируют, их называют нестойкорастворимыми ве-
ществами.
Для нормального брожения сусла и получения стойкого с хо-
рошим ценообразованием пива необходимо, чтобы в 100 см3 сус-
ла с экстрактивностью 11 — 12% содержалось 75—100 мг общего
азота, из них 25—30 мг аминного азота. По Лундину, соотноше-
ние фракций А : В : С должно составлять в сусле 3:2: 4,5; в пиве
1 : 1,5: 6,5.
174
При затирании происходит также гидролиз гемицеллюлоз и
гуми-вегцеств зернопродуктов пол действием цитолитических
ферментов солода с образованием глюкозы, ксилозы, арабинозы и
низкомолекулярных полисахаридов. В результате цитолитических
процессов снижается вязкость сусла, что улучшает фильтрование
затора и увеличивает содержание углеводов в сусле.
Под действием фермента фитазы в солоде происходит расщеп-
ление фосфорорганических соединений с накоплением в сусле
неорганических фосфатов и инозита, которые необходимы для
питания дрожжей и стимулирования их роста и размножения.
Оптимальные условия действия цитолитических и фосфороли-
тических ферментов совпадают с белковой паузой (45—52 °C).
Способы и режимы затирания. Затор готовят двумя способами:
настойным (инфузионным) и отварочным (декокционным). При
настойном способе сухой дробленый солод смешивают с водой
требуемой температуры, в дальнейшем затор медленно со скорос-
тью 1 °С/мин подогревают с выдержкой белковой и мальтозной
пауз, пауз осахаривания и общего осахаривания. Длительность
пауз определяется качеством солода и сортом приготовляемого
пива и колеблется в пределах 20—30 мин. Настойный способ при-
меняется при использовании только хорошо растворенного соло-
да с высокой ферментативной активностью, позволяет сократить
продолжительность затирания и снизить энергозатраты.
Отварочные способы характеризуются тем, что часть затора
(называемая отваркой) подвергается кипячению с целью клейсте-
ризации крахмала, что облегчает воздействие на него ферментов и
увеличивает выход экстракта. По количеству отварок различают
одно-, двух- и трехотварочный способы. Наиболее распространен-
ными в промышленности являются одно- и двухотварочный спо-
собы.
При использовании несоложеного сырья применяют способы
совместного затирания с солодом или предварительной раздель-
ной подготовки его с последующим соединением с солодовым за-
тором, а также применяют очищенные отечественные и зарубеж-
ные комплексные ферментные препараты двух типов с различным
соотношением бактериальных и грибных ферментов, содержащие
термостойкую ct-амилазу, р-глюканазу, глюкоамилазу и протеазу.
Дозировка их зависит от количества несоложеного сырья, каче-
ства солода и активности ферментных препаратов. Использование
препаратов обеспечивает ускорение технологических процессов,
повышает выход экстракта, качество и стойкость готового пива.
Технологические режимы затирания отварочных способов раз-
нообразны и зависят от состава и качества используемого зерново-
го сырья.
Одноотварочный способ. Для затирания необходи-
мо четырехкратное количество воды к массе затираемых зерно-
продуктов. Температура воды должна быть такой, чтобы после
175
спуска дробленого солода в заторный котел температура затора
была 50—52 °C.
В заторный аппарат предварительно набирают около 1/2 всего
количества воды, необходимого для затирания, включают мешал-
ку и через предзаторник спускают дробленый солод с водой. Пос-
ле тщательного перемешивания выдерживают белковую паузу в
течение 20—30 мин, после чего в заторный котел декантируют
жидкую часть затора, а густую (отварку) подогревают до 61—63 °C
и выдерживают в течение 15—20 мин. Далее температура медлен-
но повышается до 70—72 °C. В это время отварка осахаривается в
течение 20—30 мин. Затем ее нагревают до кипения и кипятят 20—
30 мин. Несоложеное сырье сначала затирают с 15—20 % солода и
частью ферментного препарата. Эта часть затора является отвар-
ной. Ее выдерживают 15—20 мин при 50—55 °C, затем подогрева-
ют до 70—72 °C и осахаривают 20—30 мин, после чего доводят до
кипения и кипятят 20—30 мин. Перед началом кипячения отварки
готовится основной затор из оставшегося солода и ферментных
препаратов. Готовую отварку соединяют с солодовым затором и
далее процесс затирания ведут так же, как описано выше.
После этого отварку медленно возвращают в жидкую часть за-
тора, так чтобы температура объединенного затора была 61 —63 °C,
и проводят мальтозную паузу 15—20 мин. Далее затор нагревают
до 70—72 °C и выдерживают до полного осахаривания по йодной
пробе (15—30 мин). Затем после повышения температуры до 75—
77 °C затор передают на фильтрование.
Этот способ наиболее рациональный. В некипяченой части за-
тора сохраняются ферменты, которые действуют на всю густую,
подвергавшуюся кипячению, часть затора.
По сравнению с другими этот метод имеет ряд преимуществ:
возможность использования благоприятных условий для расщеп-
ления белков и крахмала, предварительную клейстеризацию всего
крахмала сырья и наиболее эффективное применение ферментов,
в результате чего увеличивается выход экстракта.
Этим методом можно перерабатывать солод разнообразного ка-
чества, даже недостаточно растворенный.
Двухотварочный способ. Этот способ позволяет
перерабатывать солод различного качества, так как легко коррели-
ровать технологический режим. В заторном аппарате готовят за-
тор, выдерживают белковую паузу 15—30 мин при 40—45 °C. Далее
в отварочный котел подают 1/3—1/2 затора (густая часть) —пер-
вую отварку. Ее медленно подогревают до 61—63 °C, выдерживают
20—30 мин, затем осахаривают 15—30 мин при 70—72 °C, после
чего доводят до кипения и кипятят в течение 20—30 мин.
Первую отварку медленно возвращают в основной затор, чтобы
повысить температуру до 61—63 °C, и выдерживают мальтозную
паузу 15—20 мин. Затем отбирают вторую отварку в количестве 1/3
густой заторной массы, которую нагревают до 70—72 °C, выдержи-
176
вают 15—20 мин, нагревают до кипения и кипятят 7—10 мин. Го-
товую отварку медленно перекачивают к основному затору. При
этом температура затора поднимается до 70—72 °C и проводится
осахаривание, контролируемое по йодной пробе (20—30 мин).
В случае необходимости (при использовании солодов пони-
женного качества) сроки выдержки при температуре осахаривания
могут быть увеличены до полного осахаривания затора, но про-
должительность выдержки не должна превышать 1 ч.
После полного осахаривания затор подогревают до 75—77 °C и
передают на фильтрование.
При всех способах затирания для интенсификации тепло-, мас-
сообменных и ферментативных процессов во время подогрева за-
торной массы в аппаратах работают мешалки с большой частотой
вращения, при выдержке при различных температурных паузах —
с небольшой частотой вращения.
Подкисление затора. Способствует переходу экстрактивных ве-
ществ зернового сырья в сусло и улучшает вкусовые свойства
пива. Это мероприятие можно проводить при всех существующих
способах затирания особенно на заводах, работающих на жесткой
воде.
Затирание преследует цель —снизить pH затора до оптималь-
ной величины, равной 5,3—5,5, при которой ферментативные
процессы проходят более активно, чем при более высоком pH.
Концентрация водородных ионов влияет на процессы затира-
ния и коагуляцию белков при кипячении. Она способствует освет-
лению сусла и пива, увеличивает выход экстракта.
Подкисление затора имеет большое значение при получении
светлых сортов пива, так как сусло после подкисления становится
светлее.
Наиболее распространенный и простой способ — подкисление
затора молочной кислотой из расчета 0,06—0,09 % к затираемому
сырью в пересчете на 100%-ную кислоту.
Отмеренное количество молочной кислоты разбавляют двумя-
тремя частями воды. Разбавленную кислоту медленно вливают в
заторный котел при работающей мешалке. Периодически опреде-
ляют pH затора и в зависимости от результатов изменяют дозиров-
ку кислоты. Добавление молочной кислоты повышает активность
ферментов, увеличивает выход экстракта, уменьшает извлечение
горьких и ароматических веществ оболочки, улучшает коагуляцию
белков при кипячении, повышает качество пива.
Подкислить затор можно также добавлением сульфата каль-
ция — гипса (гипсование затора). Сульфат кальция взаимодей-
ствует с карбонатами и щелочными фосфатами и pH затора сдви-
гается в кислую сторону. Расход гипса определяют, исходя из со-
держания гидрокарбонатов в воде, из расчета на 1 г СаО 3,07 г
CaSO4-2H2O. Рассчитанное таким образом количество гипса
засыпают в заторный котел в начале затирания. Гипсование за-
177
тора повышает выход экстракта и улучшает качество сусла и
пива.
Особенности переработки карамельного солода. При получении
темных сортов пива при затирании применяют карамельный со-
лод С целью максимального использования красящих веществ
этого солода и создания оптимальных условий для действия фер-
ментов светлого солода Украинским государственным универси-
тетом пищевых технологий предложена усовершенствованная тех-
нология затирания, отличительной чертой которой является от-
дельная водно-тепловая обработка карамельного солода при тем-
пературе 80—90 °C, гидромодуле 7—10 в течение 30 мин и
постоянном перемешивании (рис. 7.2).
Продолжительность такой обработки можно сократить в 2 раза
путем интенсификации процесса перемешивания пульсирующи-
ми воздействиями упругих колебаний.
Для обработки можно применять как заводские помолы (раз-
меры частиц 900—1100 мкм), так и тонкие помолы (300—600 мкм)
карамельного солода. Доля тонкоизмельченного карамельного со-
лода в обшей засыпи зернопродуктов при использовании фильт-
рационного аппарата не должна превышать 20—25 %
Обработанный в таких условиях затор охлаждают водой темпе-
ратурой до 47—50 °C и для предотвращения инактивации осахари-
вающих ферментов в него вводят гипс в таком количестве, чтобы
создать избыток ионов — 5—10 мг-экв/дм3, а для улучшения азот-
ного состава сусла — осадочные дрожжи (3—5 % от засыпи зерно-
продуктов).
Затирание общего затора осуществляют настой ным или отва-
Рис. 7.2. Схема усовершенствованной технологии затирания для темных
сортов пива
178
рочным способом до полного осахаривания. Готовый затор затем
передают на фильтрование.
Усовершенствованный способ приготовления сусла темных
сортов пива по сравнению с существующими позволяет увеличить
выход красящих веществ на 10—15%, улучшить азотный состав
сусла, заменить в среднем 20 % карамельного солода светлым со-
лодом, обогатить вкус и аромат пива. Использование настойного
способа затирания дает возможность интенсифицировать процесс
минимум в 1,3 раза
7.2.3. ФИЛЬТРОВАНИЕ ЗАТОРА
Фильтрованием называется процесс разделения неоднородных
систем с твердой дисперсной фазой с помощью пористой перего-
родки, пропускающей жидкость и удерживающей взвешенные в
ней частицы. В пивоварении затор при фильтровании разделяют
на сусло и твердую фазу (дробину). Фильтрование проводят в
фильтрационном чане или в фильтре-прессе через твердую фазу
затора Для формирования фильтрующего слоя в фильтрационном
чане служит ситчатое дно, а в фильтре-прессе — хлопчатобумаж-
ная ткань. Процесс фильтрования затора подразделяют на две ста-
дии: фильтрование первого сусла, т. е. сусла, получаемого при
фильтровании затора, и промывание дробины водой с целью из-
влечения экстрактивных веществ. Скорость фильтрования зави-
сит от структуры и толщины осадка, качества и степени дробления
солода и несоложеных материалов, давления при фильтровании и
вязкости сусла.
Размеры пор фильтрующего материала, в частности дробины, в
начале фильтрования обычно больше размера взвешенных частиц,
находящихся в заторе. Эти частицы проходят через фильтрующий
материал, и первые порции фильтрата получаются мутными. В
дальнейшем на фильтрующем материале образуется слой взве-
шенных частиц, через которые фильтруется затор, и фильтрат по-
лучается прозрачным.
Фильтрационный чан представляет собой цилиндрический со-
суд с плоским дном. На расстоянии 8—12 мм от основного дна
расположено второе ситчатое дно, которое служит основанием
Для дробины. От нижнего дна фильтрационного чана отходит ряд
труб, по которым отводится сусло. На концах этих труб находятся
краны для регулирования скорости фильтрования. Концы труб из
Днища фильтрационного чана выводятся к сборному корыту. Кра-
ны вместе с корытом называются фильтрационной батареей. Для
полного извлечения экстрактивных веществ из дробины внутри
пана находятся разрыхлительный механизм и сегнерово колесо.
Фильтрационный чан снабжен регулятором давления, который
позволяет регулировать скорость фильтрования и указывает вели-
179
чину разности уровней жидкости в фильтрационном чане и ре-
зервуаре регулятора. Во избежание охлаждения затора при филь-
тровании боковые стенки фильтрационного чана покрыты изо-
ляцией.
Подготовку чана к фильтрованию производят следующим об-
разом. В чистый чан укладывают сита и подситовое пространство
заполняют водой температурой 75—78 °C для вытеснения воздуха
и создания сплошного слоя жидкости под ситчатым дном. Ситча-
тое дно покрывают водой на 10—15 мм. Далее включают разрых-
лительный механизм и затор при непрерывном перемешивании
перекачивают в фильтрационный чан со скоростью 2—4 м/с. Что-
бы равномерно распределить затор по поверхности ситчатого дна,
в чане предусмотрен специальный распределитель.
Во время перекачки затора, чтобы расположить дробину равно-
мерно по всей поверхности сит фильтрационного чана, разрыхли-
тельный механизм находится в движении, затем его поднимают,
делают несколько оборотов для выравнивания поверхности дро-
бины и выдвигают по вертикали из слоя дробины полностью. За-
тор оставляют в покое на 25—30 мин для осаждения дробины. При
хорошем оседании дробины поверхность сусла выглядит как мра-
морная. Это свидетельствует о хорошем распределении отдельных
слоев затора. После того как дробина осела, сливают мутное сусло.
Для этого ио одному или попарно открывают и закрывают краны
фильтрационной батареи, чтобы вызвать вихревое движение жид-
кости под ситами и удалить попавшие в подситовое пространство
мелкие частицы затора. Воду и мутное сусло сливают в сборник и
насосом перекачивают обратно в фильтрационный чан. Так по-
вторяют до тех пор, пока из кранов не потечет прозрачное сусло,
которое направляют в сусловарочный котел. При фильтровании
сусла и промывке дробины поддерживают температуру 75—78 °C,
для того чтобы сохранить ct-амилазу, которая расщепляет остатки
неосахаренного крахмала, вымываемого из дробины.
Скорость фильтрования сусла в фильтрационном чане зависит
от качества затора, живого сечения сит и высоты слоя дробины,
который не должен превышать 30—35 см. Чем лучше растворен
солод и лучше сохранена оболочка при дроблении, тем рыхлее ле-
жит слой дробины и быстрее проходит фильтрование. Следует
следить, чтобы затор не охлаждался ниже 75 °C.
Фильтрование первого сусла продолжается 1 —1,5 ч; иногда для
ускорения процесса при хорошо проведенном осахаривании пер-
вое сусло декантируют в сусловарочный котел, при этом содержа-
ние твердой фазы в сусле не должно превышать 250 мг/дм3.
После фильтрования первого сусла в дробине остается еще
30 % сусла; для его извлечения дробину промывают водой, приме-
няя при этом ороситель и разрыхлитель. Ножи разрыхлителя раз-
резают дробину, а вода, поступающая из оросителя, равномерно
растекается по дробине и вымывает оставшийся в ней экстракт. В
180
случае замедления фильтрования дробину поднимают, для чего
закрывают фильтрационные краны, а снизу через отводные труб-
ки в фильтрационный чан подают воду температурой 75 °C. Воду
подают при работе разрыхлителя до появления ее над поверхнос-
тью дробины. При фильтровании необходимо следить за тем, что-
бы вода покрывала дробину и температура ее была не ниже 75 °C и
не выше 80 °C.
Дробину промывают непрерывно или периодически. В первом
случае воду подают равномерно в течение всего процесса фильт-
рования. Во втором случае воду сливают в чан следующим обра-
зом. После фильтрования первого сусла в чан набирают воду тем-
пературой 75 °C, хорошо размешивают дробину и начинают филь-
трование. Когда все сусло пройдет, в чан вновь набирают воду,
дробину перемешивают и продолжают фильтрование. Второе сус-
ло (первая промывная вода) отфильтровывают с дробины досуха и
опять дробину заливают водой. Дробину промывают 2—3 раза.
При фильтровании необходимо поддерживать постоянный уро-
вень воды. Дробину прекращают промывать при содержании су-
хих веществ в промывной воде 0,5—0,6 %, но если промывные
воды можно использовать на затирание следующего затора, дро-
бину прекращают промывать раньше, при содержании сухих ве-
ществ в промывных водах около 3 %. В этом случае промывные
воды собирают в отдельную емкость с подогревом (чаще в затор-
ный котел), где во избежание закисления поддерживают темпера-
туру около 80 °C.
Дробину до минимального содержания экстракта практически
не промывают, так как это вызывает большой расход топлива на
выпаривание воды при кипячении сусла. После спуска последней
промывной воды дробину из фильтрационного чана выгружают в
специальный бункер, а сита и чан тщательно моют и готовят для
фильтрования следующего затора.
Один раз в месяц сита механически чистят или обрабатывают
10%-м раствором каустической соды и тщательно моют. Продол-
жительность сбора промывных вод 1,5—2 ч.
Для интенсификации процесса разделения затора на жидкую и
твердую фазы перспективно использование центробежных спосо-
бов с применением центрифуг и сепараторов.
7.2.4. КИПЯЧЕНИЕ СУСЛА С ХМЕЛЕМ
Отфильтрованное сусло и промывные воды собирают в сусло-
варочный котел, где и кипятят с хмелем. С момента, когда посту-
пающее из фильтрационного чана сусло покроет дно сусловароч-
ного котла, и до конца поступления промывных вод температуру
Жидкости поддерживают на уровне 75—78 °C. После спуска всех
промывных вод проверяют полноту осахаривания и начинают ки-
181
пятить сусло с хмелем. Только при использовании очень хорошо
растворенных солодов кипячение сусла можно начинать, не дожи-
даясь окончания сбора промывных вод.
При переработке недостаточно разрыхленного солода, приго-
товленного из ячменя с пониженной прорастаемостью, возможно
неполное осахаривание сусла. Для обеспечения полноты осахари-
вания в первое сусло (в сусловарочный котел) добавляют 0,5 % со-
лодовой вытяжки или ферментные препараты.
Отстоявшуюся солодовую вытяжку отбирают в начале затира-
ния от следующего затора, находящегося в заторном чане. При
кипячении с хмелем сусло упаривается до нужного содержания
сухих веществ. Одновременно происходят стерилизация сусла,
инактивирование ферментов, коагуляция (свертывание) некото-
рой части растворенных белков, выщелачивание и растворение
горьких и ароматических веществ хмеля.
Содержание сухих веществ в сусле вместе с промывными вода-
ми обычно ниже требуемой величины для данного сорта пива, по-
этому при кипячении в результате испарения влаги повышается
содержание сухих веществ сусла.
Для проведения дальнейших стадий технологического про-
цесса приготовления пива требуется биологическая чистота сус-
ла, от которой зависит стойкость конечного продукта — пива.
Для этой цели достаточна длительность кипячения 20—25 мин,
однако на практике сусло кипятят около 1,5—2 ч. Только дли-
тельное кипячение сусла позволит закрепить нужное соотноше-
ние отдельных фракций белковых веществ, свертывание некото-
рых неустойчивых белковых веществ в виде крупных хлопьев,
которые в дальнейшем выпадут в осадок и приведут к осветле-
нию сусла.
На образование хлопьев при свертывании белков и осветлении
сусла кроме кипячения значительно влияют дубильные вещества
хмеля.
Большое количество высокомолекулярных продуктов распада
белков в сусле может привести к образованию мути в готовом пиве
и повлиять на биологическую стойкость.
После кипячения сусло должно хорошо осветляться, т. е. свер-
нувшиеся крупными хлопьями белки должны быстро осаждаться
на дне пробного стаканчика, а сусло должно быть прозрачным.
Хмель задают в сусло в два или три приема, причем последнюю
порцию — незадолго до конца кипячения.
При внесении хмеля в два приема всю порцию делят на две ча-
сти: первую задают в сусловарочный котел после того, как в него
поступило первое сусло, вторую — за 30—40 мин до конца кипяче-
ния.
При трехкратной задаче 50 % хмеля добавляют после набора
первого сусла, 30 % — за час и последние 20 % — за 20 мин до кон-
ца кипячения.
182
Количество задаваемого хмеля зависит от сорта пива, качества
и способа внесения хмеля. Количество хмеля тем больше, чем
выше концентрация сусла, чем больше должна быть стойкость
пива и чем короче продолжительность кипячения с хмелем.
Светлые сорта пива охмеляются сильнее, чем темные, и хмеле-
вая горечь их больше. При охмелении пива, приготовленного на
мягкой воде, требуется больший расход хмеля, чем при использо-
вании жесткой воды.
Из перешедших в сусло горьких веществ хмеля большое значение
имеет «-горькая кислота, так как она обусловливает горечь пива
На растворение горьких веществ влияет также и концентрация
водородных ионов: при щелочной реакции растворимость горьких
веществ выше, чем при кислой. В пиве в основном остаются толь-
ко продукты превращения «-горькой кислоты, обусловливающие
горечь пива.
Эфирное масло при длительном кипячении улетучивается.
Наиболее полно используется эфирное масло хмеля последней
порции, задаваемой в конце кипячения. Оставшееся количество
хмелевого масла или продукты его превращения участвуют в со-
здании аромата пива.
Как показывает опыт московских пивоваренных заводов, сусло
для сортового пива следует кипятить в течение 30 мин до внесения
хмеля в сусловарочный котел.
В сусле имеются дубильные вещества солода и хмеля, кото-
рые, не являясь консервирующими вещества, косвенным обра-
зом повышают коллоидно-белковую стойкость пива вследствие
своей способности осаждать некоторые белки. Дубильные веще-
ства хмеля отличаются от дубильных веществ солода большей ра-
створимостью в воде и способностью осаждать протеины, совер-
шенно не коагулирующие и не осаждаемые дубильными веще-
ствами солода.
Для улучшения вкусовых свойств пива рекомендуется сначала
кипятить сусло без хмеля, тогда на белки будут действовать ду-
бильные вещества солода. При добавлении хмеля к суслу, частич-
но освобожденному от белков, оно приобретает сильный хмелевой
аромат, но без грубой горечи. Если же в сусло добавлять хмель в
начале кипячения, то дубильные вещества солода, как более сла-
бые, не взаимодействуют с белками и остаются в растворе, прида-
вая суслу грубоватый вкус. Существующий способ использования
хмеля очень несовершенен и неэкономичен, так как горькие ве-
щества хмеля используются на 29—30 %.
Большое распространение получил способ вторичного ис-
пользования последней порции хмеля, который подвергается в
сусловарочном котле кратковременному кипячению. В после-
дней порции хмеля остается достаточное количество горьких ве-
ществ, поэтому его можно использовать вторично для охмеления
сусла.
183
В сусловарочный котел загружают последнюю порцию хмеля в
сетчатой коробке; после кипячения сусла хмель из коробки зада-
ется в сусло следующего затора.
Наиболее эффективен способ применения хмеля в виде экст-
ракта. При использовании экстракта повышается стойкость пива
и упрощается технологический процесс охмеления сусла.
7.2.5. ОХЛАЖДЕНИЕ И ОСВЕТЛЕНИЕ СУСЛА
Цель этой стадии — понизить температуру до благоприятной
для процессов брожения, удалить взвешенные частицы из сусла и
насытить его кислородом воздуха.
В зависимости от методов брожения (низовое или верховое)
сусло охлаждают до 6—7 или 14—16 °C. Охлаждение сусла прово-
дят для того, чтобы снизить опасность инфицирования. Охлажде-
ние проводят в две стадии: сначала сусло охлаждают сравнительно
медленно до 60—70 °C, а затем быстро до начальной температуры
брожения.
При охлаждении сусла содержащиеся в нем взвешенные час-
тицы под действием силы тяжести выпадают в осадок. Различа-
ют грубые и тонкие взвеси. Грубые взвеси образуются во время
кипячения сусла с хмелем; образующийся при этом осадок на-
зывают горячим или грубым осадком. Основное количество этого
осадка задерживается в хмелеотделителе. Прошедшее через
слой хмелевой дробины горячее сусло прозрачно. Но при охлаж-
дении из него продолжает выделяться горячий осадок. Состав это-
го осадка следующий (%): белковые вещества — 50—60, хмелевые
смолы—16—20, органические вещества — 20—30, минеральные
вещества — 2—3.
На второй стадии выделяются вещества, растворимые в горя-
чем и нерастворимые в холодном сусле. Осадок, образующийся на
второй стадии, называется «холодным» или тонким осадком. Осаж-
дение взвешенных частиц — осветление сусла — положительно
влияет на протекание последующего процесса брожения и улуч-
шает качество пива. В горячем сусле кислород растворяется не-
значительно; с понижением температуры сусла растворимость
кислорода (как и других газов) увеличивается. Окислительные
процессы за счет поступающего кислорода энергичнее протека-
ют при более высокой температуре: сусло темнеет, резко пони-
жаются хмелевые аромат и горечь. Эти процессы ухудшают каче-
ство сусла. Однако кислород содействует коагуляции белков и
образованию хорошего осадка в сусле, благодаря чему оно лучше
осветляется.
Чтобы сократить нежелательные окислительные процессы до
минимума, общая продолжительность осветления и охлаждения
сусла не должна превышать 100 мин. Для осветления сусла при-
184
меняют отстойные чаны, гидроциклонные аппараты, сепараторы.
Охлаждение проводят в теплообменниках, причем более эффек-
тивными и распространенными являются пластинчатые холодиль-
ники, устраняющие возможность инфицирования сусла.
7.3. СБРАЖИВАНИЕ ПИВНОГО СУСЛА
Брожение — сложный биохимический процесс, во время кото-
рого под действием ферментов пивных дрожжей сбраживается ос-
новное количество углеводов сусла. Существуют верховое и низо-
вое брожение. Они отличаются применяемыми расами дрожжей и
температурным режимом.
Низовое брожение протекает обычно при 6—10 °C, верховое —
при 14—25 °C. Оба типа брожения протекают в две стадии: первую
принято называть главным брожением, вторую — дображиванием.
Главное брожение характеризуется более или менее интенсивным
сбраживанием большей части сахаров сусла; дображивание — мед-
ленным сбраживанием оставшихся сахаров, осветлением, созрева-
нием пива и насыщением его диоксидом углерода.
Главное брожение характеризуется биологическими, биохими-
ческими и физико-химическими процессами.
К биологическим процессам относится размножение дрожжей.
В пивном сусле содержатся все питательные вещества, необходи-
мые для нормального размножения и развития дрожжей. Наибо-
лее интенсивное размножение дрожжей происходит на начальной
стадии главного брожения. В условиях ведения главного брожения
одновременно осуществляется как размножение дрожжей, так и
брожение. Но при нормальном брожении размножение дрожжей
заканчивается задолго до конца брожения. Биомасса дрожжей уве-
личивается в 3—4 раза.
Основным биохимическим процессом при главном брожении
является превращение сбраживаемых сахаров в этанол и диоксид
углерода. Большая часть экстракта сусла состоит из углеводов, в
состав которых входят (%): фруктоза — 1—3, глюкоза — 8—10, са-
хароза — 2—6, мальтоза — 38—50, мальтотриоза — 11 — 19, мальто-
тетраоза — 2—6, декстрины — 14—22. Из них сбраживаются глю-
коза, фруктоза, сахароза, мальтоза и мальтотриоза, т. е. наиболь-
шая часть экстракта (75 %) состоит из сбраживаемых сахаров. Не-
сбраживаемая часть экстракта представлена главным образом
декстринами, белками и минеральными веществами.
Сбраживание отдельных сахаров происходит в определенной
последовательности и обусловлено скоростью их проникновения
в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются фруктоза и глю-
коза. Сахароза инвертируется из сусла еще в начале брожения.
Она гидролизуется p-фруктофуранозидазой, локализованной в
185
цитоплазме дрожжевой клетки с образованием глюкозы и фрукто-
зы, которые легко используются клеткой.
Когда в сусле почти не останется фруктозы и глюкозы, дрож-
жи начинают потреблять мальтозу, которая под действием фер-
мента а-глюкозидазы превращается в легкосбраживаемую глю-
козу. Мальтоза почти полностью сбраживается при главном
брожении.
Мальтотриозу дрожжи лишь частично сбраживают при глав-
ном брожении и медленно потребляют ее при дображивании. В
сусле, богатом мальтозой, мальтотриоза может остаться несбро-
женной.
Этанол и диоксид углерода — основные конечные продукты
спиртового брожения. Из вторичных продуктов спиртового бро-
жения в сбраживаемом сусле находятся глицерин, уксусный аль-
дегид, пировиноградная, уксусная, янтарная, лимонная и молоч-
ная кислоты, ацетоин (ацетилметилкарбонал), 2,3-бутиленгли-
коль и диацетил. В основном преобладают такие кислоты, как ук-
сусная и янтарная, а также 2,3-бутиленгликоль и уксусный
альдегид и в незначительных количествах — ацетоин и лимонная
кислота.
Процессом, сопутствующим спиртовому брожению, является
образование из аминокислот высших спиртов, которые оказывают
влияние на аромат и вкус пива. Высшие спирты являются своеоб-
разными побочными продуктами брожения.
Под действием эстераз дрожжей происходит образование слож-
ных эфиров, главным образом из альдегидов. Высшие спирты, а
также все кислоты, находящиеся в сбраживаемом сусле, также
участвуют в процессах эфирообразования.
При сбраживании пивного сусла дрожжами образуется некото-
рое количество так называемых С4-соединений: ацетоина, диаце-
тила и 2,3-бутиленгликоля. Диацетил — нежелательный компо-
нент пива, так как придает ему характерные медовые запах и при-
вкус. Он образуется дрожжами в начале главного брожения, когда
интенсивно размножаются. В стадии дображивания и созревания
молодого пива количество диацетила значительно уменьшается,
так как с изменением условий он восстанавливается в ацетоин. Но
ацетоин, в свою очередь, может быть причиной так называемого
подвального (затхлого) привкуса пива. Содержание ацетоина в
пиве 1 мг/дм3 считают нормальным, однако с повышением его со-
держания от 2,3 до 5,3 мг/дм3 появляется затхлый привкус пива.
Все технологические приемы, сопровождающиеся переходом
анаэробного процесса в аэробный, способствуют образованию ди-
ацетила.
Полагают, что образование ацетоина, диацетила и 2,3-бутилен-
гликоля происходит по следующей схеме:
186
IV
Оксидаза
сн3—снон —снон —сн3
Редуктаза
СНз-со— СООН 1
I
I СНз -СО -снон —СН2 —СООН II
Оксидаза
III СНз -СО—СНОН —СНз
Редуктаза
х СН3—СО—СО—СН3 V
Пировиноградная кислота (I) ацетилируется в ацетомолочную
кислоту (II), а из нее путем декарбоксилирования образуется аце-
тоин (III), который окисляется в диацетил (V) или восстанавлива-
ется в 2,3-бутиленгликоль (IV). Таким образом, ацетоин, диацетил
и 2,3-бутиленгликоль являются продуктами трех ступеней окисле-
ния.
Дрожжи в стадии активного размножения обладают способнос-
тью восстанавливать диацетил в 2,3-бутиленгликоль, который не
придает пиву неприятного привкуса. В результате редукции дрож-
жами в пиве образуются небольшие концентрации диацетила
(0,2 мг/дм3). Наличие сбраживаемого сахара повышает способ-
ность дрожжей восстанавливать диацетил.
В результате сбраживания сахаров пивное сусло превращается в
молодое пиво. Все находящиеся в нем вещества обусловливают
его аромат и вкус. Так, высший спирт тирозол (образуется из ти-
розина) обладает интенсивным горьким вкусом и является одним
из главных компонентов, определяющих букет пива. Все высшие
спирты (пропиловый, изобутиловый, изоамиловый, амиловый,
тирозол, триптофол) обладают характерным запахом и дают слож-
ные эфиры, которые приобретают приятные, смягченные запахи,
влияющие на образование аромата и вкуса пива. С изменением
концентрации некоторых веществ запахи изменяются и, входя в
композицию в необходимом количестве, существенно улучшают
общий аромат.
Сбраживание сусла сопровождается изменением pH. Началь-
ное сусло при введении в него дрожжей имеет pH 5,3—5,6 и даже
6,0, а молодое пиво —pH 4,2—4,6. Понижение pH происходит
вследствие образования углекислоты и органических кислот, глав-
187
ным образом янтарной и молочной. Наибольшее понижение pH
происходит на третий день брожения.
Значительно быстрее, чем pH, при брожении изменяется гН2
(окислительно-восстановительный потенциал). В процессе бро-
жения в сусле уменьшается количество продуктов окисления и на-
капливается количество продуктов восстановления, что и приво-
дит к понижению гН2. В охлажденном сусле гН2 > 20. Как только
начинается интенсивное брожение, гН2 понижается до 10—11.
Большую роль в изменении гН2 играют дрожжи. Они тормозят
окислительные процессы, быстро поглощая растворенный в сусле
кислород, затрачивая его на обменные реакции. Кроме того, выде-
ляющийся диоксид углерода вытесняет кислород из сусла, что
также замедляет окисление. В период интенсивного брожения
весь растворенный кислород потребляется дрожжами и гН2 сни-
жается до минимума, достигая 10.
Чем ниже величина гН2 в процессе брожения, тем выше каче-
ство получаемого пива. При высоком значении гН2 сусло и моло-
дое пиво становятся темнее, ухудшается вкус готового пива, может
появиться муть.
Из других физико-химических процессов важное значение для
брожения имеют коагуляция белковых веществ и ценообразова-
ние. Образование спирта, эфиров и понижение pH сбраживаемого
сусла способствуют коагуляции белковых веществ. Белковые ве-
щества частично денатурируют, частично теряют свой заряд и
флокулируют. Происходит выделение некоторых фракций белков
в виде крупных агрегатов с одновременной агглютинацией и осаж-
дением дрожжей. Выделяются в основном белковые вещества, изо-
электрическая точка которых близка к pH молодого пива. При этом
осаждается и часть тонких взвесей (белково-дубильные соедине-
ния), которые поступили в бродильный аппарат с суслом.
Пенообразование обусловлено выделением пузырьков диоксида
углерода. Образующийся в ходе брожения диоксид углерода снача-
ла растворяется в сбраживаемом сусле, а по мере насыщения сусла
выделяется в виде газовых пузырьков На поверхности газовых пу-
зырьков появляется адсорбционный слой поверхностно-активных
веществ (белки, пектин, хмелевые смолы). При слипании отдель-
ных пузырьков появляется пена, постепенно покрывающая поверх-
ность сусла. В процессе брожения сусла внешний вид пены изменя-
ется: в определенный период она напоминает завитки. Основу для
образования завитков создают коагулируемые белки и выделяемые
хмелевые смолы, а их формирования — диоксид углерода.
7.3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПИВОВАРЕННЫХ ДРОЖЖЕЙ
Большинство применяемых в пивоварении дрожжей относятся
к роду Saccharomyces, виду Carlsbergensis. Пивное сусло сбражива-
ют дрожжами низового и верхового брожения. Верховые дрожжи
188
во время брожения собираются на поверхности сусла в виде шап-
ки Для них характерно взвешенное в сусле состояние. Поэтому их
называют пылевидными.
Дрожжи низового брожения после брожения оседают на дно
аппарата плотным слоем. В сусле они собираются в виде хлопьев
поэтому их называют хлопьевидными. Эта способность дрожжей
имеет важное практическое значение — быстро осветляется пиво и
появляется возможность собирать дрожжи из бродильных танков
и многократно их использовать.
По степени сбраживания дрожжи делятся на высоко- и низко-
сбраживающие.
Процесс брожения зависит от ряда факторов: способа сбражи-
вания, состава сусла, температуры брожения, величины бродиль-
ного аппарата, но наибольшее значение имеет штамм дрожжей, от
которого зависят вкус и аромат готового пива. Наиболее пригод-
ными считаются быстросбраживающие дрожжи, дающие хорошее
осветление и мягкий чистый вкус пива.
В производстве пива наибольшее распространение получили
штаммы низовых дрожжей: 776, 11, 41, 44, 8а(М) Н, 37 и др.
Штамм 776 —дрожжи среднесбраживающие. Хорошо осветля-
ют сусло, образуют плотный осадок. К качеству сырья неприхот-
ливы. Форма клеток яйцевидная. Они наиболее приемлемы на пи-
воваренных заводах.
Штаммы 11, Н—дрожжи сильно- и быстросбраживающие. К
качеству сырья нетребовательны. Форма клеток овальная. Флоку-
ляционная способность хорошая. Вкус пива полный.
Штаммы 41, 44 — дрожжи среднесбраживающие. Форма клеток
овальная. Способность к агглютинации хорошая. Вкус пива чис-
тый, мягкий.
Штамм 8а(М) —дрожжи сильносбраживающие. Форма клеток
овальная. Флокуляционная способность хорошая. Вкус пива чис-
тый, мягкий.
Для отдельных сортов темного пива применяются специальные
расы дрожжей верхового брожения.
Дрожжи чистой культуры разводят обычно в лаборатории заво-
да. Для этой цели применяют различную аппаратуру, которая дол-
жна обеспечить стерильность сусла и стерильную передачу бродя-
щих дрожжей из стадии в стадию.
7.3.2. РАЗВЕДЕНИЕ ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ ДРОЖЖЕЙ
Под разведением чистой культуры дрожжей понимают увели-
чение массы дрожжей из пробирки, получаемой из музейной кол-
лекции,' до массы дрожжей, задаваемых в бродильный аппарат.
Процесс разведения состоит из двух этапов, которые проводят в
микробиологической лаборатории и отделении чистой культуры.
189
В лаборатории процесс культивирования дрожжей протекает в
пять стадий, каждый раз с возрастанием объема стерильного охме-
ленного сусла. Процесс начинается в пробирке, затем в колбе вме-
стимостью 250 см3, далее в бутыле на 3—5 дм3 и заканчивается в
бутыле вместимостью 20—30 дм3.
Первые две стадии размножения дрожжей ведут при 18—20 °C,
остальные — при 8—10 °C. Дальнейшее разведение дрожжей осу-
ществляют в производственных условиях в аппарате конструкции
Грейнера, состоящем из стерилизатора сусла, бродильных цилин-
дров, сосудов для посевных дрожжей и резервуара для предвари-
тельного брожения.
Чистую культуру разводят следующим образом. В стерилизатор
набирают горячее охмеленное сусло, кипятят и охлаждают до 8—
12 °C. Охлажденное сусло направляют в бродильный цилиндр,
куда переносят разводку чистой культуры дрожжей после пятого
пересева. Сбраживание сусла продолжают в течение 3 сут. При
этом дрожжи размножаются и их биомасса увеличивается. После
брожения из цилиндра отбирают часть разводки дрожжей (10 дм3)
в сосуд для посевных дрожжей, где она хранится до следующего
пересева. Основную часть разводки дрожжей из цилиндра перека-
чивают в резервуар предварительного брожения, куда подают за-
водское охмеленное сусло температурой 9 °C. В резервуаре предва-
рительного брожения дрожжи размножаются в течение 3 сут.
На следующих циклах бродильные цилиндры, освобожденные
от дрожжей, заполняют стерильным суслом из стерилизатора и за-
севают дрожжами, хранящимися в сосудах (10 дм3). Процесс раз-
множения дрожжей в аппарате конструкции Грейнера повторяют
многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микро-
флоры.
Сброженная биомасса из резервуара предварительного броже-
ния поступает в бродильный аппарат вместимостью 1000 дм3, куда
доливают 300 дал заводского охмеленного сусла, а через 12 ч —
еще 400 дал. Через 36 ч забродившее сусло можно вносить в каче-
стве дрожжей в аппарат главного брожения. Осевшие при броже-
нии дрожжи снимают, промывают холодной водой и используют в
производстве.
Каждый оборот дрожжей называется генерацией. Повторно ис-
пользуемые генерации дрожжей должны удовлетворять следую-
щим требованиям: количество мертвых дрожжевых клеток должно
быть не выше 5 %; наличие посторонних бактериальных клеток —
не выше 0,5; упитанность дрожжевых клеток по гликогену — не
ниже 70 %; наличие диких клеток дрожжей не допускается.
Семенные дрожжи после брожения направляются в дрожже-
вое отделение, где их обрабатывают на вибросите для отделения
крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол, а затем
тщательно промывают холодной водой температурой 1—2 °C.
Благодаря промывке дрожжи освобождаются от оставшегося эк-
190
стракта, прекращают брожение и хорошо оседают в ванночках. В
результате освобождения от слизистых веществ, обволакивающих
поверхность клеток, повышается проницаемость клеточных обо-
лочек.
Ежедневный уход за дрожжами заключается в смене воды и
поддержании в сборнике температуры 1—2 °C. Под слоем холод-
ной воды дрожжи могут сохраняться в хорошем состоянии в тече-
ние 3—4 сут.
Для очистки дрожжей от вредных бактерий применяют раствор
серной кислоты. Дрожжи тщательно размешивают в емкости из
нержавеющей стали с 1%-ным раствором серной кислоты в соот-
ношении 1 : 1 и оставляют на 40 мин в покое. Затем все размеши-
вают и добавляют раствор соды для нейтрализации серной кисло-
ты, в результате чего образуются крупные хлопья дрожжей. Дрож-
жи отстаиваются, жидкость сливают, очищенные дрожжи промы-
вают несколько раз холодной водой.
Так как серная кислота действует угнетающе на дрожжи, норму
семенных дрожжей после такой очистки увеличивают на 20—35 %.
Кроме серной кислоты можно применять слабые растворы кислот
молочной, фосфорной, винно-каменной и пр.
7.3.3. ВЕДЕНИЕ ГЛАВНОГО БРОЖЕНИЯ
Под ведением брожения понимают регулирование условий бро-
жения: температуры, степени сбраживания, способа введения се-
менных дрожжей. Главными факторами, влияющими на броже-
ние, являются применяемые расы дрожжей и температура броже-
ния. При сбраживании происходит изменение химического соста-
ва, физических свойств и внешнего вида сусла.
Главное брожение протекает в несколько стадий. Они отлича-
ются друг от друга и характеризуются изменением внешнего вида
поверхности бродящего сусла, изменением температуры, пониже-
нием экстрактивности сусла и степенью осветления пива.
Первая стадия брожения, характеризующаяся образованием на
поверхности сусла нежно-белой пены, называется заделом. Через
15—20 ч после задачи дрожжей появляются первые признаки бро-
жения. Становится заметным выделение углекислоты и появление
нежно-белых пузырьков пены. Сначала пузырьки пены появляют-
ся по краям сусла. У стенок бродильного чана образуется валик
белой пены. Затем постепенно вся поверхность сусла затягивается
равномерным слоем белой пены, т. е. образуется забел. К концу
первой стадии брожения в пене начинают появляться незначи-
тельные выделения хмелевых смол и белковых веществ.
Начальная стадия брожения продолжается 1 —1,5 сут и характе-
ризуется главным образом размножением дрожжей; убыль экст-
ракта составляет 0,2—0,5 % за сутки.
191
Вторая стадия брожения называется периодом низких завитков.
Выделение пузырьков углекислоты становится более интенсив-
ным, образуется густая, компактная масса пены, которая начинает
подниматься. Пена приобретает форму завитков красивой формы.
Вследствие усиленного выделения хмелевых смол завитки окра-
шиваются в желто-коричневый цвет. Внешний вид завитков зави-
сит от температурного режима брожения, химического состава и
концентрации сусла, расы дрожжей и количества хмеля. При про-
чих равных условиях с увеличением количества задаваемого в сус-
ло хмеля образуются более красивые и компактные завитки. Пе-
риод низких завитков продолжается 2—3 сут. В это время броже-
ние протекает равномерно, за сутки экстрактивность сусла пони-
жается на 0,5—1,0 %.
Третья стадия, характеризующаяся наибольшей интенсивнос-
тью брожения, называется периодом высоких завитков. На 4-е или
5-е сутки брожения в зависимости от температурного режима тем-
пература сусла достигает допустимого максимума и ценообразова-
ние усиливается. Уменьшение экстракта сусла в течение суток до-
стигает 1 — 1,5%. В этот момент происходит весьма энергичное
выделение пузырьков диоксида углерода. Пена становится рых-
лой, сильно поднимается вверх, и завитки достигают наибольшей
величины. Выделение хмелевых смол становится заметнее, кончи-
ки завитков приобретают коричневую окраску, и, наконец, вся
поверхность пены принимает характерный коричневый цвет. Пе-
риод высоких завитков продолжается 3—4 сут.
Четвертая стадия главного брожения, называемая периодом опа-
дания завитков, характеризуется постепенным опаданием пены,
хлопьеобразованием дрожжей и осветлением пива. Выделение пу-
зырьков диоксида углерода уменьшается. Завитки постепенно ис-
чезают, и в конце брожения поверхность сусла покрывается тон-
ким слоем пены, который называется покрышкой или декой.
Опадание завитков продолжается около 2 сут. На этой стадии бро-
жения экстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5—
0,2 % в сутки. Главное брожение считается законченным при по-
нижении экстрактивности сбраживаемого сусла на 0,1—0,2 % в те-
чение суток. Полученный к концу этой стадии брожения продукт
называют молодым пивом.
Бродильные танки бывают закрытые, открытые, прямоуголь-
ной и цилиндрической формы, из нержавеющей стали, алюминия
и железобетона. Наибольшее распространение получили закры-
тые танки цилиндрической формы. В таких бродильных танках
вся дека при перекачивании пива в лагерные танки остается на
верхней сферической части и стенках. Все вновь строящиеся пи-
воваренные заводы оборудуют такими бродильными танками.
Для удобства эксплуатации бродильные танки монтируют на
специальных подставках на высоте 50—60 см от уровня пола. Бро-
дильные танки немного наклоняют в сторону спускных отвер-
192
стий, для того чтобы пиво полностью стекало с дрожжей, а также
для лучшего спуска дрожжей и смывных вод.
Для соблюдения температурного режима брожения в бродиль-
ных танках устанавливают стационарные, а иногда переносные
змеевики, по которым текут холодная вода или рассол. При рас-
сольном охлаждении нужно тщательно следить за состоянием тру-
бопровода, так как рассол быстро разъедает металл и часть рассола
может попасть в пиво.
Во время главного брожения выделяется большое количество
СО2. На многих пивоваренных заводах, где брожение ведут в зак-
рытых танках, СО2, выделяющийся при брожении, собирают и ис-
пользуют для промышленных целей.
Холодное сусло из холодильных аппаратов поступает в танки
предварительного брожения или непосредственно в бродильные
танки. Главное брожение сусла начинают с момента внесения
дрожжей.
В танки предварительного или главного брожения после запол-
нения их суслом на 1/10 емкости вносят подготовленные семен-
ные дрожжи, для того чтобы подавить деятельность посторонней
микрофлоры, попавшей в охлажденное сусло.
Предварительное брожение применяют для получения сусла
однородного состава и улучшения процесса брожения за счет час-
тичного выпадения в осадок белков и других веществ. По истече-
нии 20—24 ч забродившее сусло перекачивают в бродильные тан-
ки, не трогая образовавшийся на дне чана осадок. Норма маточ-
ных дрожжей составляет 0,4—0,7 дм3 густых дрожжей на 10 дал
сусла.
Задаваемые дрожжи предварительно проверяют в лаборатории.
Они должны быть свежими, хорошо промытыми, с приятным запа-
хом, светлыми и обладать нормальной бродильной способностью.
На многих заводах дрожжи с холодным суслом перемешивают в
монжю путем продувания стерильным воздухом, или диоксидом
углерода, или механическим перемешиванием. Различают два ре-
жима брожения: холодное (дрожжи вносят при 5—6 °C, макси-
мальная температура 8—9 °C и конечная 4,5—5,5 °C) и теплое
(дрожжи вносят при 9 °C, максимальная температура 12—13 °C и
конечная 6—7 °C).
При брожении кроме СО2 выделяется теплота, поэтому для
поддержания режима брожения температуру следует регулировать
так, чтобы она не поднималась выше установленной. Необходимо
своевременно установить момент начала охлаждения. Охлаждение
сусла раньше установленного срока вызывает ослабление деятель-
ности дрожжей.
Запоздалое охлаждение также нежелательно, так как при этом
будет сброжено больше экстракта, поэтому для дображивания и
нормального насыщения пива диоксида углерода останется недо-
статочно.
193
Необходимо помнить, что резкое изменение температуры па-
губно влияет на брожение, так как при этом приостанавливается
деятельность дрожжей. Для получения пива хорошего качества
молодое пиво должно быть выброжено так, чтобы для процесса
дображивания в нем осталось около 1 — 1,5 % сбраживаемых угле-
водов. На практике конец главного брожения определяют по ви-
димому содержанию сухих веществ в молодом пиве.
Основным показателем, характеризующим окончание главного
брожения, является степень сбраживания. Степенью сбраживания
v называется количество сброженного экстракта сусла, выражен-
ное в процентах, к содержанию сухих веществ исходного сусла:
v [100 (Е—ё)]/Е,
где £—содержание сухих веществ в исходном сусле по сахариметру, %; е —содер-
жание сухих веществ в молодом пиве по сахариметру, %.
Различают кажущееся (видимое) и действительное содержание
экстракта. Видимый экстракт определяют в продукте при наличии
в нем спирта и углекислоты, а действительный — после удаления
последних.
Величина видимого экстракта всегда меньше величины дей-
ствительного. В соответствии с этим видимая степень сбражива-
ния больше действительной. Для качества готового пива большое
значение имеет достижение конечной степени сбраживания (выс-
шей видимой степени сбраживания), которая наступает при пол-
ном сбраживании всех сбраживаемых сахаров.
Степень сбраживания готового пива должна приближаться к
конечной степени сбраживания, так как при содержании сахаров
в нем легко развиваются дрожжи и бактерии. Кроме того, высокое
содержание несброженного сахара обусловливает слабость пива,
что для большинства сортов пива нежелательно.
Степень сбраживания молодого пива в зависимости от режима
работы, качества перерабатываемого сырья и состава сусла приве-
дена в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Кажущаяся степень сбраживания некоторых групп пива
Группа пива Концентрация начального сусла, % Показания сахариметра в конце брожения, Кажущаяся степень сбраживания, %
Светлое 11 % 11 4,5-4.3 59-61
12% 12 4,2-3,9 65-67,5
13% 13 5,0-4,8 61,5-63,5
20% 20 6,9-6,8 65-66
Темное 13% 13 5,4-5,2 58-60
14,5% 14,5 5,6-5,5 60-61,5
20% 20 8,7-8,5 56,0-57,0
194
Главное брожение считается законченным, если произошло ос-
ветление молодого пива, а за сутки сброжено 0,1— 0,2 % экстракта
сусла.
Более точно окончание главного брожения устанавливают по
достижении необходимого видимого экстракта, определяемого в
молодом пиве по сахариметру. Длительность главного брожения
зависит от экстрактивности сусла и температуры брожения. При
холодном способе продолжительность брожения сусла с экстрак-
тивностью 11 — 13 % составляет 7—8 сут, 14—20 % — 9—12 сут.
7.4. ДОБРАЖИВАНИЕ И ВЫДЕРЖКА ПИВА
После главного брожения молодое пиво перекачивают в танки
лагерного цеха для дображивания и выдержки.
Дображивание и выдержка пива имеют решающее значение
для вкуса, пенистости и стойкости пива. В этот период протекают
те же процессы, что и при главном брожении, но более медленно.
Уменьшение скорости биохимических процессов обусловлено в
основном более низкой температурой и меньшим количеством
дрожжевых клеток в единице объема сбраживаемого продукта, так
как основная масса дрожжей удаляется из него после окончания
главного брожения. По мере дображивания окислительно-восста-
новительный потенциал пива понижается: через 2—3 нед добра-
живания гН2 пива с 22 снижается до 10—11. В этот период проис-
ходят внутримолекулярное окисление многих неустойчивых ве-
ществ и образование тонкой окислительной мути, трудно удаляе-
мой методом фильтрования. Поэтому стремятся удалить эту муть
естественным путем, т. е. осветлением. Осветление является вто-
рой фазой дображивания и выдержки пива и заключается в том,
что оседающие дрожжи сорбируют белковую муть и другие взвеси,
увлекая их на дно лагерного танка.
Цель дображивания — карбонизация пива, т. е. насыщение
пива СО2 — важнейшей составной частью пива, которая придает
пиву приятный и освежающий вкус, способствует ценообразова-
нию, предохраняет пиво от соприкосновения с кислородом возду-
ха, служит консервантом, подавляя развитие посторонних и вред-
ных микроорганизмов.
Молодое пиво после главного брожения содержит около 0,2 %
растворенной углекислоты, а готовое пиво — не менее 0,35—0,40 %.
В шпунтованном пиве большая часть углекислоты находится в
пересыщенном состоянии Пересыщение раствора газа в пиве дос-
тигается при длительной выдержке пива в спокойном состоянии.
Связывание и накопление углекислоты в пиве возможно благода-
ря тому, что дображивание происходит в закрытых емкостях под
избыточном давлением.
В среднем при нормальных условиях дображивания пересыще-
ние пива углекислотой достигает 30—40 %.
195
Различие между пересыщением воды и пива диоксидом углеро-
да объясняется тем, что углекислота, образующаяся в результате
брожения, находится в особом физическом состоянии — в виде
коллоидного раствора мелких пузырьков, стабилизированных ад-
сорбционными пленками, образующимися на их поверхности. В
процессе брожения в качестве побочных компонентов образуются
поверхностно-активные коллоидно-растворимые вещества. Эти
вещества создают защитные (стабилизирующие) пленки на повер-
хности мельчайших пузырьков или зародышей возникающей газо-
вой фазы. Пленки — адсорбционные оболочки, обволакивающие
зародыши пузырьков при их возникновении, препятствуют коа-
лесценции, т. е. слиянию пузырьков в более крупные, следова-
тельно, замедляют процесс их подъема. Кроме того, они могут за-
медлять диффузию газа из окружающей пересыщенной жидкости
в пузырек. Все это приводит к сохранению пересыщения даже
после снятия давления.
Согласно другому предположению замедление пересыщения
обусловлено образованием в процессе брожения весьма нестойких
химических соединений типа эфиров угольной кислоты, которые
после снятия давления постепенно распадаются с выделением
свободного диоксида углерода.
Часть углекислоты вступает в химическое взаимодействие с
аминокислотами и этанолом. При этом образуются углекислые
эфиры. Резкое отличие букета готового пива от букета молодого
пива отчасти объясняется присутствием углекислых эфиров.
Реакция образования диэтилового эфира угольной кислоты
представлена следующими уравнениями:
С2Н5ОН + НОН + СО2 <=> С2Н5ОСООН + Н2О;
С2Н5ОН + С2Н5ОСООН <=> (С2Н5О)2СО + Н2О.
Эфирные соединения углекислоты непрочны. При изменении
условий выдержки пива в лагерном отделении или при физичес-
ком воздействии указанная равновесная система нарушается в
сторону распада образовавшегося сложного эфира. Таким обра-
зом, углекислота находится в пиве в растворенном и связанном
состояниях. Между отдельными формами углекислоты существует
следующее подвижное равновесие:
RCO2 <=» R +СО2 (растворенная) СО2 (газ),
где RCO2 — связанная углекислота.
Медленное выделение углекислоты при розливе пива объясня-
ется также физико-химическими свойствами экстракта — адсорб-
цией. Пиво представляет собой смесь истинных водных растворов
196
(алкоголя, сахара, кислот, солей) с коллоидными растворами (дек-
стрины, белковые вещества, пектины, хмелевые смолы и крася-
щие вещества). Коллоиды имеют большую адсорбционную по-
верхность. Положительно заряженные коллоиды пива адсорби-
руют на своей поверхности кислоты, в том числе углекислоту.
Таким образом, соли коллоидов обусловливают метастабильное
состояние диоксида углерода, чем и объясняется медленное вы-
деление его из пива. При встряхивании пива метастабильное со-
стояние нарушается, начинается быстрое и бурное выделение уг-
лекислоты.
Весьма важным процессом при дображивании и выдержке яв-
ляется осветление пива. Молодое пиво поступает в лагерный танк
со взвешенными дрожжевыми клетками и другими суспензиями.
Пиво охлаждается в лагерном танке до более низкой температуры
(0—1 °C), чем в бродильном отделении (5—8 °C). С понижением
температуры пива происходит выделение тех веществ, которые
при температурных условиях главного брожения являлись еще ра-
створимыми. Наступает помутнение, которое обусловливается
главным образом белково-дубильными соединениями. Скорость
и степень осветления зависят от характера и величины взвешен-
ных частиц. Тончайшие взвешенные частицы оседают очень мед-
ленно. Для их осаждения при 2—4 °C требуется продолжительное
время.
Чем тяжелее и крупнее взвешенные частички, тем быстрее на-
ступает осветление. Дрожжевые клетки оседают быстрее, чем бел-
ковые вещества.
Осветление пива естественным путем не достигается в доста-
точной степени. После определенной выдержки его подвергают
фильтрованию. При производстве стойкого пива его предвари-
тельно обрабатывают танином, активированным углем и различ-
ными силикатами.
Важным процессом при дображивании и выдержке является
формирование аромата и вкуса пива. При выдержке вкус пива
улучшается, выраженный дрожжевой привкус и привкус хмелевой
горечи исчезают. Уменьшение горького вкуса при выдержке пива
объясняется коагуляцией и старением хмелевых смол. Это одна из
причин перехода грубого, горького вкуса в благородный. Дрожже-
вой привкус исчезает в результате оседания дрожжей. Предполага-
ют, что вследствие окислительных процессов исчезают вещества,
которые обусловливают неприятный букет молодого пива.
При созревании происходят окислительно-восстановительные
превращения таких соединений, как альдегиды, кислоты, спирты,
полифенолы, ацетоин, диацетил и красящие вещества, а также хи-
мическое взаимодействие многочисленных компонентов пива. В
результате в пиве увеличивается содержание эфиров на 25—35 %,
высших спиртов на 15—25 %, уменьшается содержание альдегидов
на 30—40 %, диацетила на 40—50 %.
197
На вкус и аромат пива влияют также продукты распада белков
дрожжевых клеток при их автолизе под действием протеолитичес-
ких ферментов. Автолиз сопровождается выделением таких про-
дуктов распада, как пентозы и аминокислоты, различные витами-
ны, некоторые компоненты нуклеиновой кислоты. Вкус пива при
выдержке становится легче и нежнее.
Итак, в период дображивания и выдержки протекают биохими-
ческие, химические и физико-химические процессы. Решающее
значение для этих процессов имеет время, в течение которого
пиво выдерживается. При высокой концентрации начального сус-
ла и более низкой степени сбраживания молодого пива требуется
более длительный период выдержки.
Научно разработанных критериев для определения сроков вы-
держки пива нет. Практикой установлено, что мало выдержанное
молодое пиво не удовлетворяет потребителя по своим вкусовым
свойствам; перезрелое пиво обладает более худшим вкусом, недо-
статочной стойкостью и пенистостью. Оптимальным считается та-
кой срок выдержки, при котором пиво достаточно насыщено свя-
занной углекислотой, имеет хорошее осветление и необходимую
степень сбраживания.
Ход дображивания и выдержки контролируют по убыли экст-
ракта, увеличению содержания углекислоты и алкоголя, степени
осветления и, наконец, по аромату, вкусу и пенистости. Показате-
лем окончания дображивания является конечная степень сбражи-
вания. Для получения более стойкого пива достигают почти ко-
нечной степени сбраживания, разница составляет только 1—2 %.
При полном сбраживании сахаров стойкость возрастает, но та-
кое пиво по вкусовым свойствам уступает пиву с меньшей степе-
нью сбраживания. Степень сбраживания темных сортов пива при
розливе меньше конечной степени сбраживания на 5—7 %, что со-
четается с характерным вкусом этого сорта пива. При дображива-
нии светлых сортов достигают более высокую степень сбражива-
ния.
Каждый сорт пива достигает наилучшего качества после исте-
чения определенного времени. Так, например, пиво, приготов-
ленное из сусла 10—11%-й концентрации, требует выдержки не
менее 3 нед, пиво из более концентрированного сусла выдержива-
ют до 2 мес и более.
Дображивание пива проводят при температуре 1—2 °C в закры-
тых аппаратах без контакта с воздухом, под давлением диоксида
углерода 0,04—0,06 МПа. Для проведения выдержки пива под оп-
ределенным постоянным давлением применяют специальные ре-
гуляторы давления, называемые шпунтаппаратами.
Сначала процесс дображивания протекает при открытом шпун-
товом отверстии, и только по истечении некоторого времени (че-
рез 1—2 сут) танки герметически закрывают. Этот процесс назы-
вается шпунтованием. Сразу после перекачки молодое пиво шпун-
198
товать нельзя, так как в танках над пивом имеется 2—4 % воздуш-
ного пространства. При повышенном давлении воздух может ра-
створиться в пиве и будет препятствовать процессу созревания. За
несколько дней до шпунтования весь воздух над поверхностью
пива успеет вытесниться углекислотой.
Наряду с периодическим способом брожения и дображивания
пива в нашей стране и за рубежом применяют непрерывные и ус-
коренные методы. Для получения пива эффективно используют
цилиндроконические бродильные аппараты большой вместимос-
ти (ЦКБА). В этом аппарате совмещены процессы главного бро-
жения, дображивания и созревания пива. Разработанные техноло-
гические режимы и конструкции аппаратов позволяют сократить
общую продолжительность брожения и дображивания пива для
сусла с экстрактивностью 11 % до 12—14сут, для 12 %—до 18—
20, для 13 % — до 22—25 сут.
7.5. ОСВЕТЛЕНИЕ И РОЗЛИВ ПИВА
Созревшее, выдержанное лагерное пиво является сложной по-
лидисперсной системой с содержанием твердой фазы 0,15—
0,01 мае. % на сухое вещество. Цель осветления —удаление из
пива твердых частиц для придания ему высокой прозрачности,
биологической и белково-коллоидной стойкости без ухудшения
вкуса, аромата и снижения пеностойкости.
Частицы твердой фазы пива можно разделить на три группы:
дрожжи и микроорганизмы размером 1 —Юмкм; белки, полифе-
нолы и углеводы размером 0,1 —Юмкм; соли различных метал-
лов, посторонние частицы (адсорбенты, частицы покрытия тан-
ков). Основную массу твердой фазы составляют дрожжи (около
90%).
По структуре и форме вещества твердой фазы различают хлопь-
евидные (белок), желеобразные (крахмал и гуми-вещества) и кри-
сталлические (соли различных металлов). Белковые и полифе-
нольные комплексы нестабильны, что может привести к образова-
нию мути в готовом пиве. Эти реакции частично обратимы, выпа-
дение мути происходит при охлаждении пива. Для удаления как
можно большего количества частиц, способных к образованию
мути, осветление необходимо вести при низких температурах
(около 0 °C). Пиво осветляют сепарированием, фильтрованием
или тем и другим вместе.
Сепарирование пива. Это высокопроизводительный способ с
минимальными потерями и затратами. Однако сепараторы обла-
дают невысокой эффективностью осветления: плохо выделяются
частицы высокой степени дисперсности. Поэтому сепарирован-
ное пиво не имеет блеска. При сепарировании хорошо выделяют-
ся дрожжи, поэтому его применяют для предварительного освет-
199
ления пива при высоком содержании плохо флокулирующих
дрожжевых клеток (более 1,5 млн в 1 см3).
Осветление пива этим способом основано на использовании
центробежной силы. Сепаратор для осветления пива отличается
от сепаратора для осветления сусла конструкцией барабана: для
осветления сусла применяют камерный барабан, а для пива — та-
рельчатый.
При осветлении пива на сепараторах повышается его темпера-
тура, поэтому перед сепарированием пиво рекомендуется охлаж-
дать до 0,5 °C.
Один раз в неделю сепараторы разбирают и подвергают полной
очистке и мойке на специальных моечных машинах с применени-
ем дезинфицирующих веществ — содового раствора и раствора
четвертичных аммонийных оснований.
При осветлении пива на сепараторе потери пива весьма незна-
чительны, так как объем пространства в сепараторе очень мал по
сравнению с объемом пива, пропускаемым через него за одну или
две смены.
В настоящее время находят применение импульсные сепарато-
ры с автоматическим удалением осадка без остановки сепаратора.
Скорость вращения барабанов современных сепараторов для
пива не менее 4000—5000 мин'1.
Преимущества сепарирования: снижение производственных
потерь пива, более легкий переход от пива одного сорта к пиву
другого сорта.
Фильтрование пива. Наиболее эффективным является фильтро-
вание через намывной слой фильтрующего материала, а также че-
рез фильтр-картон. В намывных фильтрах в качестве фильтрую-
щего материала чаще всего используют диатомитовые порошки.
Диатомитовые порошки механически задерживают частицы
мути (смолы, белковые вещества и др.). Их готовят из сырого диа-
томита, который представляет собой остатки кремнистых панци-
рей одноклеточных микроскопических водорослей — диатомий.
Чем чище диатомит и чем больше в нем неразрушенных пан-
цирей, тем лучше его фильтрационная способность. Наиболее
ценная и основная составная часть диатомита — гидратированный
кремнезем. Порошок диатомита для фильтрования пива должен
иметь примерно следующий химической состав (%): влаги —
0,15—5,0; SiO2 —90—99; А12О3 —0,36; Fe2O3 — 0,03; глины—0,34;
песка — 2,0 (не более); S — 0,01.
Диатомит не должен изменять вкус, цвет, pH пива. Установка
для диатомитового фильтрования состоит из наполнителя; дозато-
ра для смешивания пива с порошком; фильтра, в котором создает-
ся фильтрующий слой; пивного насоса и насоса для принудитель-
ного суспендирования порошка в ток (струю) пива. Отфильтро-
ванное пиво перекачивают в сборники, работающие под избыточ-
ным давлением 0,05 МПа.
200
Для фильтрования используют фильтры различной конструк-
ции, но с одинаковым принципом работы. Сначала на фильтрую-
щие элементы намывают опорный слой из грубого дисперсного
диатомита толщиной 0,5—1,5 мм, а затем фильтрующий слой из
тонкого диатомита толщиной 2—2,5 мм.
Затем на фильтр подают пиво. В течение всего процесса фильт-
рования в поток подаваемого на фильтр пива насосом-дозатором
вносится определенное количество диатомитовой суспензии. Рас-
ход диатомита составляет 80—200 г/дм3 в зависимости от каче-
ственного и количественного состава твердой фазы пива. По дос-
тижении максимального давления, обусловленного для данного
типа фильтра (для большинства фильтров оно составляет
0,6 МПа), прекращают фильтрование, удаляют осадок, моют и пе-
риодически дезинфицируют фильтр. Диатомитовые фильтры
обеспечивают хорошее фильтрование и высокую производитель-
ность при содержании дрожжевых клеток 0,15—0,3 млн в 1 см3 не-
фильтрованного пива. При большем содержании дрожжей произ-
водительность фильтра снижается, поэтому рекомендуется ис-
пользовать сепараторы для предварительного осветления пива.
Для осветляющего и стерильного фильтрования применяют
картон. Размер пор картона для осветляющего фильтрования 10—
15 мкм, для стерильного — 3—5 мкм. Картон изготовляют из дре-
весной и хлопковой целлюлозы с добавлением асбеста. Во избежа-
ние попадания волокон асбеста в фильтр одна сторона картона
имеет пористое полимерное покрытие.
Карбонизация пива. Иногда пиво, профильтрованное любым из
описанных выше способов, перед розливом недостаточно насы-
щено углекислотой. В этом случае его подвергают карбониза-
ции — искусственному дополнительному насыщению диоксидом
углерода. Перед карбонизацией пиво охлаждают до 1 °C.
Карбонизацию пива осуществляют следующим образом. Пиво,
охлажденное до 1 °C, поступает по продуктопроводу в нижнюю
часть колонки карбонизатора, где смешивается с СО2, поступаю-
щим из распылителя. Затем пиво проходит через решетчатые дис-
ки в колонку карбонизатора, заполненную фарфоровыми шарика-
ми, где дополнительно насыщается газом. Пиво, насыщенное
СО2> из карбонизатора поступает в сборник фильтрованного пива,
где его выдерживают в течение 4—12 ч при температуре не выше 2
°C и давлении не ниже 0,05 МПа.
Розлив пива. Это сложный технологический процесс, включаю-
щий разнообразные операции: подготовку тары, розлив пива, уку-
порку, оформление, бракераж и хранение готовой продукции.
Пиво разливают в новые и оборотные бутылки вместимостью
0,5 и 0,33 дм3, изготовленные из прозрачного стекла оранжевого
или зеленого цвета, способствующего сохранению качества пива;
в новые полимерные бутылки вместимостью 0,5—2 дм3; в бочки,
Кеги, автотермоцистерны. Бутылки должны быть стандартными, с
201
гладкой поверхностью, со стенками равномерной толщины, тер-
мостойкими. Они должны выдерживать внутреннее давление не
менее 0,08 МПа. Пиво разливают в бутылки на автоматических
линиях производительностью 3, 6. 12, 24 и 36 тыс. бут/ч. Во избе-
жание потерь СО2 используют изобарический принцип розлива.
7.6. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПИВА
Качество пива оценивают по органолептическим и физико-хи-
мическим показателям.
Пиво вырабатывают трех типов: светлое с экстрактивностью
начального сусла от 8 до 23 % и цветом 0,4—1,5 ц. ед. (цветовая
единица — это единица цвета пива, соответствующая цвету ра-
створа, состоящего из 100 см3 воды и 1 см3 раствора йода концент-
рацией 0,1 моль/дм3); полутемное с экстрактивностью начального
сусла от 11 до 23 % и цветом 1,6—3,5 ц. ед.; темное с экстрактив-
ностью начального сусла от 11 до 23 % и цветом 3,6 ц. ед. и более.
По способу обработки пиво подразделяют на непастеризован-
ное и пастеризованное.
По органолептическим показателям пиво должно соответство-
вать требованиям ГОСТ Р 51174—98, указанным в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Органолептические показатели пива
Показатель Тип пива светлое | полутемное | темное
Прозрачность Аромат и вкус Прозрачная жидкость без осадка и посторонних включений Чистый вкус и аромат сброженного солодового напитка с хмеле- выми горечью и ароматом без посторонних запахов и привкусов Соответствующие Солодовый вкус с Полный солодовый типу пива привкусом карамель- вкус с выраженным ного солода, соответ- привкусом карамель- ствующий типу пива ного или жженого со- лода, соответствующий типу пива В пиве с экстрактивностью начального сусла 15 % и выше должен присутствовать винный привкус
В зависимости от экстрактивности объемная доля спирта в
светлом пиве не менее 2,8—9,4 %, в полутемном и темном — 3,9—
9,4 %. Во всех типах пива массовая доля диоксида углерода должна
быть не менее 0,33 %, высота пены — не менее 30 мм, пеностой-
кость — не менее 2 мин; стойкость непастеризованного пива — не
менее 8 сут, пастеризованного и обеспложенного — не менее
30 сут. Энергетическая ценность 30—85 ккал в 100 г пива в зависи-
мости от экстрактивности начального сусла. Кислотность пива за-
202
висит от экстрактивности сусла и колеблется от 1 до 5 к. ед. (кис-
лотная единица — это единица кислотности пива, эквивалентная
1 см3 раствора гидроксида натрия концентрацией 1 моль/дм3 на
100 см3 пива).
Таблица 7.3
Балловая оценка качества пива
Показатель Отлично Хорошо Удовлетвори- тельно Неудовлетво рительно
Прозрачность 3 2 1 0
Цвет 3 2 1 0
Вкус 5 4 3 2
Хмелевая горечь 5 4 3 2
Аромат 4 3 2 1
Пенообразование 5 4 3 2
Для пива в бутылках
Высота пены, мм, не менее 40 30 25 Менее 30
Стойкость, мин, не менее 4 3 2 Менее 2
Для пива в бочках (автоцистернах)
Высота пены, мм, не менее 35 25 15 Менее 15
Стойкость, мин, не менее 3,5 2,5 1,5 Менее 1,5
Органолептическую оценку пива осуществляют по 25-балловой
системе. При этом пиво, получившее суммарный балл 22—25,
имеет оценку «отлично»; 19—21 — «хорошо»; 13—18 — «удовлетво-
рительно» и 12 и менее баллов — «неудовлетворительно» (табл.
Глава 8
ТЕХНОЛОГИЯ ВИНОГРАДНЫХ ВИН
Виноградное вино — напиток, подучаемый спиртовым броже-
нием виноградного сока. Вино отличается многообразием вкусо-
вых и ароматических свойств. Благодаря содержанию аминокис-
лот, полифенолов, витаминов, минеральных солей и других по-
лезных веществ вина относят к ценным гигиеническим напиткам,
обладающим бактерицидными свойствами. При умеренном по-
треблении вино положительно воздействует на организм человека.
8.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИН
Одной из наиболее характерных особенностей винодельческой
продукции является богатство ее ассортимента. Оригинальные ка-
чества вкуса и букета многочисленных вин обусловлены не только
спецификой сортов винограда и технологией, но и местными при-
родными условиями, отличающимися большим многообразием.
Для технологической ориентации во всем многообразии вин и
регламентации их органолептической оценки необходима единая
система в распределении различных вин по группам в соответ-
ствии с их составом, типичными свойствами и особенностями тех-
нологии. Такой системой является классификация вин.
В России официально принята промышленная классифика-
ция виноградных вин, в основу которой положены разработки и
предложения, сделанные М. А. Ховренко, Н. Н. Простосердовым
и М. А. Герасимовым.
Все виноградные вина делятся на сортовые и купажные. Сорто-
вые вина получают из одного сорта винограда, однако при их про-
изводстве разрешается использовать не более 15 % винограда дру-
гих сортов того же ботанического вида. Купажные вина получают
из смеси сортов.
Виноградные вина, как сортовые, так и купажные, подразделя-
ются на тихие, концентрация диоксида углерода в которых не пре-
вышает концентрации, равновесной атмосферному давлению, и
пересыщенные диоксидом углерода, из которых СО2 выделяется в
виде пузырьков.
Тихие вина делятся на столовые, крепленые и ароматизиро-
ванные.
204
Столовые вина получают без добавления спирта. Содержание
спирта естественного брожения в них от 9 до 14 об.%.
По содержанию сахара столовые вина подразделяются на сухие
(не более 0,3 %), с остаточным сахаром (до 1 %), полусухие (1 —
2,5 %) и полусладкие (3—8 %).
Крепленые вина готовят с использованием спирта-ректифика-
та. По содержанию спирта крепленые вина бывают крепкие (17—
20об.%, в том числе содержащие спирт естественного брожения
не менее 3 об.%) и десертные (12—17 об.%, в том числе содержа-
щие спирт естественного брожения не менее 1,2 об.%).
По содержанию сахара крепкие крепленые вина подразделяют-
ся на сухие (1—3 %) и полусладкие (4—14 %), а десертные вина —
на полусладкие (5—12%), сладкие (14—20%) и ликеры (21 —
35%).
Ароматизированные вина готовят по специальной рецептуре с
использованием спирта-ректификата, сахарозы и ароматических
настоев отдельных частей различных растений. Ароматизирован-
ные вина содержат 16—18 об.% спирта и 6—16 % сахара.
Для тихих вин предусмотрены также три основные качествен-
ные категории: ординарные, марочные и коллекционные.
Ординарными называют вина, выпускаемые без выдержки.
Марочные — это высококачественные вина, прошедшие пол-
ный цикл созревания, выдержанные в бочках или бутылках. Ма-
рочные вина вырабатывают из определенных сортов винограда в
отдельных винодельческих районах или микрорайонах по специ-
альной технологии. Срок выдержки марочных столовых вин не
менее 1,5 лет, а крепких и десертных —не менее 2 лет.
Коллекционные — марочные вина особо высокого качества,
которые после окончания срока выдержки в бочках или круп-
ных емкостях дополнительно выдерживают не менее 2 лет в бу-
тылках.
Все остальные немарочные вина называют ординарными. Ор-
динарные вина, реализуемые в возрасте не старше 1 года, называ-
ют молодыми, старше 1 года — выдержанными ординарными ви-
нами.
Вина, пересыщенные диоксидом углерода, делятся на игрис-
тые, естественно насыщенные СО2 путем вторичного брожения в
герметических сосудах под давлением, и шипучие, искусственно
насыщенные СО2.
В готовых игристых винах давление диоксида углерода должно
быть не менее 150 кПа при температуре 10 °C, содержание спирта
от 10,5 до 13,5 об.%, сахара в зависимости от марки до 12 %.
К винам этой группы относят: Советское шампанское, получа-
емое по специальной технологии путем вторичного брожения ви-
номатериалов в бутылках, герметических резервуарах или системе
Резервуаров; Советское шампанское выдержанное, получаемое
205
путем вторичного брожения тиражной смеси в бутылках и выдер-
жанное в них не менее 3 лет; игристые вина, получаемые путем
вторичного брожения купажей в герметических сосудах и отлича-
ющиеся от шампанского по органолептическим показателям —
цвету, аромату и вкусу.
Игристые вина бывают общепринятых марок (красное, розо-
вое, мускатное) и специальных марок, утвержденных для отдель-
ных винзаводов и вырабатываемых по специальным технологи-
ческим инструкциям; натуральные полусладкие игристые вина,
получаемые сбраживанием виноградного сока в герметически зак-
рытых сосудах по технологии, утвержденной для каждой марки
вина, содержащие 9—11 об.% спирта и 3—5 % сахара.
Вина газированные, или шипучие, искусственно насыщенные
пищевым диоксидом углерода, содержат 9—12 об.% спирта и 3—
8 % сахара. В готовых газированных винах давление СО2 должно
быть не менее 100 кПа при температуре 10 °C.
8.2. ДЕГУСТАЦИОННАЯ ОЦЕНКА ВИНА
При дегустации оцениваются следующие основные показатели:
прозрачность, цвет, букет, вкус и типичность вина. При дегуста-
ции шампанских и других игристых вин вместо типичности оце-
нивается так называемый мусс. Под муссом понимают совокуп-
ность типичных для этих вин качеств: пенистость, игристость, на-
сыщенность СО2, давление в бутылке. Дегустационную оценку
виноградных вин проводят по 10-балловой системе, которая
включает пять показателей со следующими максимальными бал-
лами: прозрачность и цвет—по 0,5; букет —3; вкус —5; типич-
ность (мусс) вина — I.
Общий дегустационный балл опробуемого образна вина опре-
деляется суммой баллов по показателям. Наивысшую оценку —
10 баллов могут получить вина, безупречные во всех отношениях,
отвечающие «идеалу» дегустатора в отношении данной категории
вина. Вина выдержанные высокого качества получают оценку 9
баллов. Вина выдержанные хорошего качества или молодые высо-
кого качества — 8 баллов. Оценка 7 баллов отражает удовлетвори-
тельные качества выдержанных вин или задатки развития хоро-
ших качеств у молодых вин. Вина молодые удовлетворительного
качества получают оценку не выше 6 баллов. Более низкая оценка
(менее 6 баллов) указывает на наличие пороков и недостатков или
на заболевание вина.
Оптимальная температура вин (°C) в момент дегустации для иг-
ристых 10—12, белых столовых 12—14, красных столовых 14—16,
десертных 15—16, крепких 13—15.
206
8.3. СТАДИИ ВИНОДЕЛИЯ
Технология виноградных вин состоит из трех основных стадий:
получения виноградного сусла, брожения виноградного сусла или
мезги, обработки и выдержки вина.
Получение виноградного сусла. Сусло получают прессованием
целых гроздей или раздавленных виноградных ягод после отделе-
ния от них гребней. Виноград должен быть доставлен на винзавод
не позднее чем через 4 ч после его сбора, так как вытекающий из
поврежденных ягод сок легко сбраживается и закисает.
Ягоды раздавливают для облегчения выделения сока и повыше-
ния его выхода. После дробления ягод проницаемость их тканей
резко увеличивается и диффузионные процессы ускоряются. Сте-
пень измельчения ягод при дроблении выбирается в зависимости
от требований, предъявляемых к составу вина той или иной ти-
пичности. В производстве столовых вин, а также шампанских, хе-
ресных и некоторых других малоэкстрактивных виноматериалов
дробление виноградных ягод проводят в наименее интенсивном
механическом режиме, чтобы избежать сильного нарушения кле-
точной структуры ягод и исключить чрезмерный переход в сусло
из кожицы экстрактивных веществ, особенно фенольной приро-
ды, которые ухудшают типичность и качество таких вин. При по-
лучении виноматериалов для высокоэкстрактивных вин (напри-
мер, Токая. Кагора, Портвейна, Мадеры) ягоды дробят в наиболее
интенсивном механическом режиме, иногда даже с растиранием
кожицы, что способствует обогащению вина экстрактивными ве-
ществами.
Во всех случаях при раздавливании ягод исключают деформа-
цию и дробление семян, так как переход в сусло излишнего коли-
чества содержащихся в них веществ (конденсированных полифе-
нолов) ухудшает вкусовые качества вина. Отделение гребней от
ягод, как правило, обязательно, так как из зеленых гребней в сус-
ло могут перейти вешества, сообщающие вину неприятный травя-
нистый (гребневой) привкус, а также дубильные вещества (поли-
фенолы), придающие вину излишнюю грубость и терпкость. Осо-
бенно неблагоприятно на качество вина влияют гребни винограда,
пораженного грибными болезнями или гнилью. Гребни не отделя-
ют только при получении некоторых высокоэкстрактивных вин
специального типа, в основном в южных винодельческих районах,
где гребни хорошо вызревают и в клеточных тканях содержится
мало сока. В результате дробления получают мезгу.
Мезга — основной полупродукт, который поступает на даль-
нейшую переработку для выделения из него сусла и получения
вина. Виноградная мезга представляет собой грубую суспензию,
состоящую из двух резко разграниченных фаз: жидкой — сусла и
твердой — кожицы и семян. Семена технически зрелого винограда
Достаточно твердые, а кожица упругая, благодаря чему обеспечи-
вается хорошее дренирование всей массы мезги и создаются бла-
207
гоприятные условия для выделения из нее сока.
Полученная при дроблении винограда мезга подвергается раз-
личным видам обработки, в результате чего происходят экстраги-
рование растворимых веществ и обогащение ими жидкой фазы, а
также окисление содержащихся в ней веществ, главным образом
фенольной природы. Для этого применяют различные технологи-
ческие приемы: настаивание на мезге, спиртование мезги, обра-
ботку теплом, ферментацию мезги с внесением ферментных пре-
паратов и др. Эти приемы дают возможность изменять состав и
технологические свойства мезги и содержащегося в ней сусла в
нужном направлении для формирования типичности и качества
будущих вин, а также облегчают выделение из мезги сусла и повы-
шают его выход.
Виноградная мезга содержит до 80 % сока. Этот сок выделяют
из мезги сначала стеканием под действием силы тяжести, а затем
прессованием. В результате стекания из мезги выделяется в сред-
нем 55—60 % сусла от общего его выхода. Это сусло, называемое
суслом-самотеком, по химическому составу и технологическим
свойствам представляет собой самую ценную фракцию, из кото-
рой получают наиболее высококачественные вина. Для отделения
оставшегося сусла мезгу подвергают прессованию. Прессовое сус-
ло отличается от сусла-самотека. Оно содержит меньше сахара,
больше фенольных и азотистых веществ. Прессовое сусло 1-го
давления используют полностью или частично для получения ма-
рочных вин. Прессовое сусло 2-го давления и частично 1 -го давле-
ния идет на ординарные и крепленые вина. Прессовое сусло 3-го
давления, имеющее наиболее низкое качество, применяется в
производстве крепких ординарных вин. Виноградные выжимки
поступают на специальную переработку для получения спирта и
винно-кислотного сырья. Получаемое сусло для отделения из него
взвешенных частиц направляют на осветление. От полноты освет-
ления сусла в значительной мере зависит качество будущего вина.
В зависимости от назначения получаемого виноматериала и конк-
ретных технологических условий применяют различные способы
осветления сусла: отстаиванием, центрифугированием, электро-
флотацией и др. Одно из основных технологических условий нор-
мального осветления сусла — исключение забраживания Для его
предупреждения применяют сульфитацию, охлаждение сусла или
комбинацию этих двух приемов. Желательны низкие дозировки
SO2 (50—75 мг/дм3) и охлаждение до 10—12 °C.
Брожение виноградного сусла. Спиртовое брожение — основной
технологический процесс виноделия. Вещества, образующиеся в
результате спиртового брожения, сообщают продукту характерные
особенности, свойственные вкусу и букету вина. В производстве
крепленых вин сахар сбраживают частично, в производстве сухих
вин — полностью. В России установлены обязательные мини-
мальные нормы спирта, получаемые в результате естественного
208
брожения: для крепких вин не менее 3 об.%, для десертных — не
менее 1,2 об.%.
Брожение проводят на чистых культурах винных дрожжей. На
заводах дрожжевые разводки готовят путем постепенного наращи-
вания биомассы активных клеток чистой культуры в количестве,
достаточном для сбраживания всего сусла или мезги, поступивших
на брожение. В приготовленной разводке концентрация дрожже-
вых клеток должна быть 100—150 млн/см'3, количество почкующих-
ся клеток — 30—50 %, мертвых — 5 %. Расход дрожжей разводки для
сбраживания сусла 1—3 %, для мезги 3—5 %. Оптимальная техноло-
гическая температура брожения сусла в производстве белых столо-
вых марочных вин и шампанских виноматериалов 14—18 °C.
Для большинства вырабатываемых вин температура брожения
сусла не должна превышать 20—22 °C. От температуры брожения
сусла зависят состав получаемого вина и продолжительность бро-
жения. Например, время, необходимое для сбраживания сахара
при получении сухих вин, при температуре брожения 20—22 °C
составляет 5—6 сут, при 17—18 °C — 9—10, при 10 °C — 20 сут и бо-
лее. Применяются три основных способа брожения виноградного
сусла, стационарный, доливной и непрерывный.
Стационарный способ брожения состоит в том, что определен-
ный объем сусла сбраживается с начала и до конца в одном бро-
дильном резервуаре.
Доливной способ брожения проводят в крупных резервуарах,
но не в постоянном объеме исходного сусла, а при периодических
доливках новых его порций.
Для непрерывного брожения применяют бродильные установ-
ки, состоящие из нескольких последовательно соединенных ре-
зервуаров. В условиях регламентированного потока бродящего
сусла улучшаются условия жизнедеятельности дрожжей, что ин-
тенсифицирует процесс сбраживания сахара.
Брожение сусла на мезге. Применяют при производстве красных
вин, а также белых крепленых вин с большой экстрактивностью
При брожении сусла на мезге преследуется цель не только сбра-
живания сахара, но и экстрагирования фенольных, азотистых и
других веществ из кожицы и семян. Для интенсификации процес-
сов экстрагирования брожение сусла на мезге проводят в откры-
тых или закрытых резервуарах, в специальных аппаратах периоди-
ческого и непрерывного действия при температуре 28—30 °C.
Выдержка виноматериалов. Это ответственный технологичес-
кий процесс, в результате которого формируются вкус и букет, ха-
рактерные для вина данной типичности, вино осветляется и ста-
новится стабильным к помутнениям. При выдержке в вине проис-
ходят различные физические и биохимические процессы, харак-
тер и интенсивность которых изменяются на отдельных стадиях
выдержки. Изменить ход этих процессов можно путем технологи-
ческих обработок.
209
Основными физическими процессами, протекающими при вы-
держке виноматериалов, являются осаждение взвешенных частиц,
образующихся при переходе некоторых веществ в нерастворимое
состояние, и испарение летучих компонентов вина. Наибольшее
испарение происходит из деревянных емкостей, наименьшее — из
металлических. В результате испарения уменьшается объем вы-
держиваемого вина, повышается концентрация экстрактивных ве-
ществ и снижается содержание летучих компонентов.
Из биохимических процессов наибольшее значение имеют
окислительно-восстановительные реакции, в результате которых
развиваются букет и вкус вина. В зависимости от типичности по-
лучаемого вина, которая определяется в основном степенью окис-
ленное™ его компонентов, выдержку виноматериалов ведут при
различных условиях кислородного режима и температуры. Так,
при выдержке столовых вин, для которых наличие окисленных то-
нов во вкусе и букете недопустимо, доступ кислорода воздуха ис-
ключают или максимально ограничивают. При выдержке винома-
териалов для крепких вин, наоборот, создают благоприятные ус-
ловия для протекания окислительных процессов. Выдержку этих
виноматериалов проводят в аэробных условиях при более высокой
температуре (60—65 °C) с дозированием определенных количеств
кислорода.
В процессе выдержки виноматериалы подвергают следующим
технологическим обработкам: доливке, переливке, стабилизации,
эгализации и купажированию.
Цель доливки вина — исключить образование свободного про-
странства над вином, заполненного воздухом, который может вы-
зывать излишнее окисление и развитие аэробных микроорганиз-
мов, приводящих к порче вина. Для доливки используют тот же
виноматериал, что и доливаемый, или более обработанный, чтобы
не нарушить уже установившегося в них физико-химического рав-
новесия.
Переливку проводят для отделения осветленного вина от вы-
павших осадков и обеспечения оптимального кислородного режи-
ма для его созревания. Молодые вина переливают чаще, чем вы-
держанные. На начальной стадии обработки виноматериала, когда
необходимо интенсифицировать окислительные процессы, прово-
дят открытые переливки. На втором году выдержки и в дальней-
шем проводят закрытые переливки, при которых либо ограничи-
вают, либо исключают контакт вина с воздухом.
Одно из основных требований, предъявляемых к готовым ви-
нам, — обеспечение стабильной прозрачности в течение длитель-
ного времени Для придания винам стабильности при выдержке
их подвергают фильтрованию, оклейке, воздействию тепла и хо-
лода. Такая обработка ставит своей целью ускорить выделение из
молодых вин избытка нестойких коллоидных веществ, фенольных
и азотистых соединений, полисахаридов, металлов и других ком-
210
понентов, способных в дальнейшем выделиться в осадок, а также
предупредить возможные помутнения в готовых винах из-за поро-
ков и болезней.
В качестве фильтрующих материалов применяют бельтинг,
капрон, асбест, целлюлозу, диатомит и специальные марки филь-
тра-картона. Для удаления из вина катионов железа и других тя-
желых металлов проводят обработку гексациано-(П)-ферратом ка-
лия. Для осветления и стабилизации вин широко используется ок-
лейка белковыми материалами.
Оклейка состоит в том, что в виноматериал вводят в строго оп-
ределенной пропорции раствор оклеивающего вещества. Для ок-
лейки применяют желатин, рыбный клей, яичный белок, альбу-
мин, казеин и др. В вине, обработанном оклеивающими вещества-
ми, образуются и выпадают обильные хлопьевидные осадки с
сильно развитой поверхностью, которые сорбируют и увлекают с
собой взвеси вина и клетки микроорганизмов. Через 2—4 нед пос-
ле оклейки вино становится прозрачным и его снимают с осадка.
Вкус вина вследствие уменьшения содержания дубильных веществ
становится мягче.
Эгализацией называется смешивание молодых вин одного сор-
та для достижения однородности вин, которое проводят в процес-
се первой переливки.
Купажирование предусматривает смешивание различных вино-
материалов и других компонентов в соотношениях, предусмот-
ренных рецептурой для каждого типа вина. Его применяют для
исправления недостатков тех или иных вин и получения опреде-
ленного типа вина, отвечающего установленным стандартам.
При получении коллекционных вин лучшие марочные вина
после розлива в бутылки дополнительно выдерживают не менее
2 лет в бутылках. При этом в вине формируются и получают свое
полное развитие букет и вкус, характерные для старых вин. Бу-
тылки с винами, подлежащими длительной выдержке, укупорива-
ют корковыми пробками высокого качества. Для того чтобы на
наружном срезе пробки не развивались плесень и личинки проб-
ковой моли, ее покрывают слоем специальной смолки.
Выдержку вин в бутылках ведут в сухих, хорошо проветривае-
мых помещениях с постоянной температурой. Белые столовые
вина выдерживают при температуре 8—12 °C, красные столовые и
Десертные — при 14—16, крепкие — при 16—18 °C и выше. Бутыл-
ки укладывают на стеллажи в горизонтальном положении, следя
затем, чтобы внутренняя поверхность пробки смачивалась вином.
В процессе выдержки из вина выпадают осадки вследствие поли-
меризации антоцианов и других соединений фенольной природы,
-эти осадки уплотняются и пристают к поверхности стекла буты-
лок. Поэтому коллекционные вина после бутылочной выдержки
перед реализацией подвергают декантации.
211
8.4. ТИПЫ ВИНЗАВОДОВ
В зависимости от производственного назначения различают
три типа винзаводов.
Винзавод первичной переработки характеризуется тем, что пе-
реработка винограда на этом заводе заканчивается получением
молодого вина. За 2—3 мес до начала сезона виноделия следующе-
го года все вина с завода удаляют Вина, полученные непосред-
ственно на заводах первичного виноделия, называются виномате-
риалами.
На винзаводе вторичного виноделия молодые вина, получен-
ные с винзаводов первичной переработки, проходят дальнейшую
выдержку и обработку. Конечным продуктом такого завода явля-
ется вино, готовое к реализации. Выдержанное установленный
срок и осветленное вино разливают на разливочных машинах.
Вино для оптовой реализации разливают в бочки, а для розничной
продажи — в бутылки.
Третий тип завода включает оба типа. Заводы этого типа распо-
лагают оборудованием как для первичной переработки винограда,
так и для его обработки и выдержки.
8.5. ТЕХНОЛОГИЯ СТОЛОВЫХ ВИН
Столовые вина получают в результате полного или частичного
сбраживания содержащегося в сусле сахара без добавления спирта.
Большинство этих вин имеют крепость 9—13 об. % и кислотность
5—8 г/дм3. При полном выбраживании сахара готовят сухие вина,
при частичной — столовые полусухие и полусладкие.
Белые сухие вина. Белые сухие вина, как правило, характеризу-
ются светло-желто-соломенным цветом, нежным вкусом, тонким
ароматом без терпкости и грубости.
Сбор винограда для белых столовых вин проводят при опти-
мальной сахаристости сока ягод 18—20 % и титруемой кислотнос-
ти 7—9 г/дм3. При таких показателях сырья вино получается пол-
ным, с гармоничным вкусом, хорошо выраженным ароматом, дос-
таточно устойчивым к заболеваниям.
Переработку винограда ведут в наиболее мягком механическом
режиме, полностью исключающем перетирание кожицы, а также
раздавливание и измельчение гребней, из которых могут извле-
каться конденсированные формы полифенолов и другие нежела-
тельные вещества, придающие вину грубость и неприятные при-
вкусы. Соприкосновение твердых частиц винограда с отжатым
соком и сока с воздухом должно быть по возможности мини-
мальным, чтобы избежать окисления сока и обогащения его из-
бытком экстрактивных веществ. Сусло перед брожением должно
быть хорошо осветлено, так как окислительные ферменты, аб-
212
сорбированные на частицах взвесей, обладают особенно высокой
активностью. Однако при недостаточном содержании экстракта
(14—15 г/дм3 и меньше) полезно проводить настаивание сусла на
мезге и тепловую обработку части мезги для получения гармонич-
ного вина.
При брожении сусла регулируют температуру и поддерживают
ее на определенном уровне (14—18 °C), чтобы избежать потерь
ароматических веществ и предотвратить накопление избытка азо-
тистых соединений, которые снижают устойчивость вин к помут-
нениям и заболеваниям. По этой же причине молодые сбродив-
шие виноматериалы для белых столовых вин своевременно и быс-
тро отделяют от дрожжевого осадка, чтобы продукты автолиза
дрожжевых клеток не перешли в вино.
Одно из основных требований, предъявляемых к производству
белых столовых вин, — предохранение их от окисления кислоро-
дом воздуха и обеспечение низкого уровня окислительно-восста-
новительного потенциала на всех стадиях технологического про-
цесса.
С этой целью в технологии вина ограничивают контакт сусла и
вина с воздухом. В результате значительно снижаются абсорбция
и хемосорбция кислорода воздуха и, как следствие, уменьшаются
скорость и глубина окислительных процессов, протекающих в
сусле и вине.
Широко применяют также диоксид серы, который действует
как регулятор окислительно-восстановительных процессов и по-
нижает ОВ-потенциал в случае некоторого избытка кислорода,
поступающего в вино. Применение SO2 с одновременным тща-
тельным предохранением вина от контакта с воздухом обеспечи-
вает получение вин малоокисленного типа.
Для уменьшения степени окисленности белых столовых вин
можно применять способ медленного брожения сусла на протяже-
нии 20—30 сут при температуре 18 °C и повышенном до 500 кПа
давлении с последующей обработкой виноматериалов в бескисло-
родных условиях. Рекомендовано также брожение при низкой
температуре (14—17 °C) с легкой аэрацией в начале процесса и с
ранним отделением молодого вина от дрожжей.
Снижать тон окисленности и предупреждать его появление
можно с помощью ферментных препаратов, получаемых из оса-
дочных дрожжей.
Массовое производство белых столовых вин в России основано
на технологических схемах, в которых используются поточные ли-
нии переработки винограда и обеспечивается широкое примене-
ние средств механизации и автоматизации отдельных процессов
(рис 8.1).
После точного учета количества поступившего винограда и ин-
спекции его качества по сортовому и химическому составу вино-
град из контейнера 1 выгружают в приемный бункер с дозирую-
213
Рис. 8.1. Аппаратурно-технологическая схема производства белых столовых
виноматериалов
щим шнеком-питателем 2, который подает его в дробилку-гребне-
отделитель валкового типа 3, работающую в режиме, исключаю-
щем сильное измельчение кожицы и гребней. Отделенные гребни,
выходящие из дробилки, подают транспортером на весы и после
взвешивания в специальный приемный бункер. Затем гребни
прессуют на шнековом прессе для извлечения гребневого сусла.
Мезгу подают мезгонасосом 4 на стекатель 6 для выделения из
нее сусла-самотека. В процессе транспортирования мезгу сульфи-
тируют с помощью сульфодозатора 5. Сусло-самотек отбирают на
стекателях, обеспечивающих быстрое отделение сусла и достаточ-
но высокое его качество для белых столовых вин. Сусло-самотек
направляют в сборники 8, а стекшую мезгу прессуют на специаль-
ных прессах 7. Прессовые фракции сусла поступают в соответству-
ющие сборники 8.
Для получения белых столовых вин используют только сусло-
самотек, отбираемое в количестве не более бОдал из 1 т винограда.
Сусло, полученное на шнековых прессах, идет на приготовление
ординарных крепленых виноматериалов.
Сусло из сборников 8 подают насосами 9 на сульфитацию, а
затем обрабатывают в потоке бентонитом (для этого служат доза-
торы 10) или другими сорбентами. Если сусло-самотек отстаивают
214
при низкой температуре с предварительным охлаждением, то его
сульфитируют пониженными дозами SO2, а бентонитовую суспен-
зию не вводят. При охлаждении сусла до 10—12 °C время отстаи-
вания снижается с 20—24 до 10—12 ч. При добавлении флокулян-
тов оно может быть уменьшено до 4—6 ч.
В процессе отстаивания предварительно охлажденного сусла
контролируют температуру и содержание в нем взвесей. В момент
снятия с осадка в осветленном сусле взвесей должно быть не более
40 г/дм3, в прессовом сусле — 50 г/дм3. Осветленное сусло из от-
стойных резервуаров или из осветлителя непрерывного действия
/7 подают в головные резервуары бродильных аппаратов 14. В за-
висимости от типа аппарата брожение проводят в статических ус-
ловиях или в потоке на дрожжах чистой культуры. В процессе не-
прерывного брожения сусла контролируют его подачу в головные
резервуары бродильных аппаратов и обеспечивают его постоян-
ный расход.
Содержание остаточного сахара на выходе из последнего резер-
вуара 12 бродильного аппарата для сухих столовых виноматериа-
лов составляет 1—3 %. Такой виноматериал направляют в емкости
13 для дображивания и осветления. При необходимости в них
предварительно вводят спирт с помощью дозатора 15.
После полного прекращения брожения молодое вино снимают
с дрожжей (первая переливка), сульфитируют из расчета 25—
30 мг/дм3 и направляют в емкости 13 для выдержки или хранения.
Вторую переливку проводят обычно через 1 — 1,5 мес после снятия
с дрожжей также с введением 25—30 г/дм3 SO2. В процессе хране-
ния емкости систематически доливают не реже 1 раза в неделю,
чтобы в них не было газовых камер и поверхность вина не сопри-
касалась с воздухом.
Виноматериалы, предназначенные для ординарных сухих сто-
ловых вин, для придания им розливостойкости подвергают даль-
нейшим обработкам. Технологическую схему обработки винома-
териалов выбирают в зависимости от их особенностей и физико-
химического состояния. В зависимости от характера помутнений
и способа обработки осветление проводят в течение 8—20 сут. Об-
работанные вина оставляют в покое на 10 сут в условиях, исклю-
чающих доступ воздуха, фильтруют на фильтрах, обеспечивающих
полную прозрачность вина с блеском, и разливают в бутылки для
реализации.
Для предупреждения окисления содержание свободной серни-
стой кислоты в белых столовых винах перед подачей на розлив до-
водят до 20 мг/дм3. С этой же целью из вина перед розливом уда-
ляют растворенный кислород путем смешивания вина в потоке с
инертными газами (смесью азота и диоксида углерода) на специ-
альной установке, вмонтированной в линию подачи вина на роз-
лив. Газы поступают в вино в диспергированном состоянии в виде
мелких пузырьков через специальную насадку-распылитель. Кис-
215
лород, растворенный в вине, диффундирует в газовые пузырьки и
вместе с ними удаляется из вина.
Для повышения стойкости столовых вин к микробиологичес-
кому помутнению применяют горячий розлив и бутылочную пас-
теризацию. Розливу в условиях повышенной температуры подле-
жат только хорошо обработанные розливостойкие вина. При горя-
чем розливе вино нагревают в теплообменнике до температуры
50 ± 5 °C и разливают на специальных машинах в бутылки, пред-
варительно подогретые до температуры не ниже 40 °C. Для пасте-
ризации вина в бутылках используют бутылочные пастеризаторы.
Температуру вина в бутылках в камерах максимального нагрева
поддерживают на уровне 50 + 5 °C.
Красные сухие вина. Существенно отличаются от белых по цве-
ту, химическому составу, вкусовому сложению и букету. Красное
сухое вино представляет собой особый тип вина со специфичны-
ми для него органолептическими показателями и диетическими
свойствами. Характерные качества красных вин обусловлены тем,
что в их сложении участвуют не только вещества виноградного
сока, но и вещества в основном фенольной природы, которые со-
держатся в кожице и семенах. Фенольные вещества придают крас-
ному вину характерные для него цвет и вкусовую полноту. Эти ве-
щества являются вместе с тем важными компонентами окисли-
тельно-восстановительной системы вина, вследствие чего красные
вина способны потреблять значительно большее количество кис-
лорода без отрицательного влияния на их качество.
Цвет красных вин — рубиновый, более или менее темный в за-
висимости от сорта винограда, типичности вин и местных усло-
вий. С возрастом цвет красных столовых вин изменяется, в проти-
воположность белым столовым винам становится менее интен-
сивным и меняет свои оттенки. По интенсивности и особеннос-
тям цвета можно ориентировочно определить возраст красных
вин или отличить выдержанные и старые вина от молодых. Цвет
молодых красных вин более интенсивный, чем выдержанных и
старых. У молодых вин он имеет сине-фиолетовый и сине-голубой
оттенки. В процессе выдержки эти оттенки исчезают и заменяют-
ся последовательно вишневыми, гранатовыми и рубиновыми то-
нами. У старых вин, прошедших многолетнюю выдержку, в окрас-
ке появляются кирпичные и коричневые тона.
Для производства красных вин основное значение имеет под-
бор сортов винограда с большим технологическим запасом крася-
щих веществ. Для лучших сортов установлена норма технологи-
ческого запаса антоцианов 450—600 мг на 1 кг винограда. Интен-
сивность цвета красных вин зависит также от pH: с понижением
pH она увеличивается, поэтому добавление винной или лимонной
кислот к низкокислотным винам повышает устойчивость их ок-
раски.
Энотанин, взаимодействуя с антоцианами, образует полимер-
216
ные соединения, существенно изменяющие цвет вина, обуслов-
ленный антоциановым комплексом. С увеличением концентра-
ции танина цвет становится интенсивнее и переходит от малино-
вого и светло-рубинового в темно-рубиновый.
В процессе брожения на мезге часть антоцианов, извлекаемых
из кожицы, сорбируется на ее частицах и клетках дрожжей, окис-
ляется в присутствии о-дифенолоксидазы, взаимодействует с бел-
ками, конденсируется и вступает в другие реакции, в результате
чего выпадает в осадок и уносится из среды с оседающими части-
цами.
По вкусу красные вина сильно отличаются от белых. Особен-
ности вкусового сложения красных вин обусловлены высокой их
экстрактивностью, и в первую очередь большим содержанием фе-
нольных веществ, извлекаемых из кожицы и семян винограда. Со-
держание экстрактивных веществ в красных винах намного пре-
вышает содержание их в белых винах. В процессе переработки ви-
нограда и брожения на мезге в вино переходит 50—75 % феноль-
ных веществ от всего технологического запаса их в винограде с
учетом танина семян. Значительную часть фенольных соединений
винограда составляют дубильные вещества (энотанин и др.), кото-
рые придают вкусу вина полноту и терпкость. Однако во вкусе
высококачественных вин полностью отсутствует неприятная вя-
жущая горечь. Красные вина обладают более высокой, чем белые,
биологической активностью. В них в большом количестве содер-
жатся витамины, лецитины, ферменты, минеральные и другие ве-
щества, полезные для организма.
Виноматериалы для красных столовых вин получают следую-
щими способами: брожением на мезге; экстрагированием мезги в
потоке; нагреванием мезги или гроздей винограда и сбраживани-
ем окрашенного сусла; обработкой мезги ферментными препара-
тами; брожением мезги в условиях повышенного давления СО2;
брожением целых гроздей винограда.
Виноград перерабатывают на поточных линиях с раздавливани-
ем ягод и отделением гребней на дробилках-гребнеотделителях
ударно-центробежного типа. Если перерабатывают виноград с не-
достаточным содержанием дубильных веществ, в мезгу разрешает-
ся добавлять хорошо вызревшие гребни. Мезгу сульфитируют из
расчета 75—100 мг SO2 на 1 дм3 и добавляют ферментные препа-
раты в количестве 0,005—0,015 % к массе сусла. После этого мез-
гу обрабатывают в мезгоподогревателе при температуре 40—60 °C
Для активации действия ферментов. Дальнейшая обработка мез-
ги зависит от принятого способа получения красных вин: броже-
нием на мезге, экстрагированием или термической обработкой
мезги.
Экстрагирование мезги проводят по способу Г. Г. Валуйко с со-
трудниками в специальных экстракторах, которые могут работать
по двум разным режимам в зависимости от технологических усло-
217
Рис. 8.2. Аппаратурно-технологическая схема производства красных столовых
виноматериалов экстрагированием мезги иа линии ВПКС-10А:
1 — бункер-питатель; 2—дробилка-гребнеотделитель; 3 — мезгонасос; 4 — сульфодозатор; 5—
экстрактор 6 —пресс; 7—насосы для сусла; 8— напорный резервуар; 9—сборный резерву-
ар; 10— накопительный резервуар; 11 — отстойный резервуар; 12— сборник-мерник
вий. Первый режим предусматривает заполнение экстрактора мез-
гой, отбор из экстрактора сусла-самотека в количестве 50 дал с 1 т
винограда, сбраживание отобранного сусла в отдельных бродиль-
ных установках и затем экстрагирование свежей мезги сброжен-
ным суслом, которое многократно подают насосом через разбрыз-
гиватель в верхнюю часть экстрактора — на шапку. Второй режим
работы экстрактора состоит в следующем: мезгу после загрузки
оставляют в покое до забраживания и начала формирования шап-
ки, а затем проводят экстрагирование путем перекачивания бро-
дящего сусла насосами из нижней части экстрактора в верхнюю.
Второй режим применяют в тех случаях, когда суточное поступле-
ние винограда на переработку меньше производительности двух
экстракторов.
Когда экстрактор загружают свежей мезгой, проэкстрагирован-
ные частицы вытесняются на поверхность и образующаяся шапка
специальным транспортером подается в прессы.
Продолжительность процесса экстрагирования мезги зависит
от ее предварительной обработки. Если мезгу подогревали до 40—
50 °C, то для экстрагирования требуется 2—4 ч, без термической
обработки — 8—10 ч. Аппаратурно-технологическая схема произ-
водства красных столовых виноматериалов с экстрагированием
мезги на линии ВПКС-10А показана на рис. 8.2.
218
Полученное после экстрагирования сусло-самотек направляют
для дображивания в крупные резервуары, а затем используют в
производстве красных столовых виноматериалов. Сбраживание
сусла проводят 1,5—2,0%-й разводкой селекционных чистых куль-
тур винных дрожжей при температуре 16—30 °C. Вина, выброжен-
ные при 27—30 °C, обладают фруктовым вкусом и более приятным
ароматом.
Выдержку и обработку красных столовых виноматериалов про-
водят для улучшения их качества, обеспечения зрелого состояния,
готового к розливу, сохранения достаточно интенсивного цвета.
Антоцианы, обусловливающие характерный цвет красных ви-
номатериалов, нестойки. В процессе выдержки они частично пе-
реходят в нерастворимое состояние, образуя плотные осадки. Уже
в первые 3 мес выдержки из красных виноматериалов удаляется до
50 % антоцианов. При выдержке происходит окислительная кон-
денсация фенольных соединений, в результате чего образуются
коричнево-красные продукты и вино приобретает коричневатый
«луковичный» оттенок. В дальнейшем, претерпевая полимериза-
цию, конденсированные антоцианы переходят в нерастворимое
состояние. При гидролизе гликозидов антоцианов образуются не-
стойкие антоиианиды, которые выпадают в осадок. Альдегиды
также вступают в реакцию с антоцианами с образованием нера-
створимых соединений, выпадающих в осадок.
Сохранение цвета красных вин зависит также от применяемых
технологических обработок. При обработке бентонитом из вино-
материалов может удаляться до 40 % антоцианов, желатином —
преимущественно продукты конденсации фенольных соедине-
ний, имеющих коричневый цвет. Деметаллизация виноматериа-
лов гексациано-(П)-ферратом калия снижает яркий красный отте-
нок, в то время как при обработке трилоном Б окраска не
изменяется. Обработка виноматериалов холодом вызывает осаж-
дение нестойких фракций антоцианов, находящихся в коллоид-
ном состоянии. При пастеризации интенсивность цвета красных
столовых вин усиливается. То же происходит и при горячем роз-
ливе вин вследствие перехода бесцветных лейкоантоцианов в ок-
рашенные антоцианы.
При выдержке красных вин фенольные соединения участвуют
не только в образовании цвета и формировании вкуса, но и в раз-
витии букета. При этом происходит окисление фенольных ве-
ществ с образованием хинонных форм катехинов и других поли-
фенолов, имеющих высокий окислительно-восстановительный
потенциал. Эти формы полифенолов способны катализировать
процесс окислительного дезаминирования аминокислот, в резуль-
тате чего образуются альдегиды, обладающие приятным запахом,
характерным для красных вин.
Обработку марочных столовых красных вин проводят по утвер-
жденным для них технологическим схемам. При сроке выдержки
219
не менее 2 лет на первом году делают купаж, или эгализацию, и
одну открытую переливку, при необходимости обрабатывают
ЖКС и фильтруют; на втором году проводят одну открытую и
одну закрытую переливки. При сроке выдержки не менее 3 лет
на первом году делают эгализацию и две или три открытые пере-
ливки; на втором году —купаж, оклейку, одну открытую пере-
ливку, при необходимости обрабатывают ЖКС и фильтруют; на
третьем году — одну закрытую переливку и систематические до-
ливки.
Для стабилизации цвета красных вин в отдельных случаях раз-
решается добавлять растительные камеди, которые предохраняют
коллоидную фракцию красящих веществ антоцианов от коагуля-
ции, а также танин, препятствующий выпадению антоцианов.
8.6. ТЕХНОЛОГИЯ КРЕПКИХ ВИН
К специальным крепким винам относятся вина типа портвей-
на, мадеры, хереса и др. При их формировании важную роль игра-
ют окислительно-восстановительные процессы, а также карбо-
нильные реакции.
Вина типа портвейна. Вино этого типа было впервые приготов-
лено в г. Порто, в северной части Португалии, откуда и пошло
его название. В России вина типа портвейна изготовляют из раз-
личных сортов винограда практически во всех винодельческих
районах по оригинальной технологии, разработанной в Массанд-
ре и Магараче. В ее основе лежат следующие технологические
приемы:
экстрагирование ароматических и экстрактивных веществ из
твердых частей винограда путем настаивания сусла на мезге 18—
36 ч (для белых портвейнов), либо сбраживанием сусла на мезге до
содержания остаточного сахара на 3—4 % больше, чем это предус-
мотрено стандартами вина, либо тепловой обработкой мезги при
55—70 °C в течение 1 ч (для белых и красных портвейнов);
тепловое воздействие на вино с ограниченным доступом возду-
ха на солнечных площадках либо путем искусственного нагрева;
выдержка в бочках либо металлических резервуарах в течение
3 лет с соответствующей обработкой (оклейка, переливки и др.).
Для приготовления портвейнов виноград собирают при саха-
ристости не ниже 18 %. После дробления и гребнеотделения мез-
гу сульфитируют из расчета 100—150 мг/дм3, настаивают, либо
подбраживают на чистой культуре дрожжей, либо нагревают и
прессуют. Сусло-самотек и сусло прессовых фракций смешива-
ют, спиртуют до 4 об. % и задают чистую культуру дрожжей. При
остаточном сахаре 10—12 % содержание спирта в бродящем сусле
доводят повторным добавлением спирта до 17,5—18,5 об. %. После
осветления и до конца года проводят одну-две переливки со сня-
220
। нем с дрожжевого осадка. Такое же число переливок делают на
втором году и одну на третьем. При выдержке в резервуарах де-
лают на одну переливку больше. На первом году вино обрабаты-
вают теплом путем нагревания в теплообменных аппаратах либо
выдерживают на солнечных площадках в течение первых 2 лет.
Такая технология используется при получении марочных порт-
вейнов.
Приготовление ординарных вин типа портвейна ведут по ус-
коренной технологии с использованием тепловой обработки.
При недостаточном содержании фенольных и азотистых соеди-
нений в виноматериалы рекомендуется вводить до тепловой об-
работки винно-спиртовые гребневые или выжимочные экстрак-
ты и дрожжевые осадки либо их винно-спиртовые экстракты. В
винах типа портвейна содержание спирта 17,5—19 об. %, сахаров
6-13%.
Вина типа мадеры. Технология вин типа мадеры включает при-
готовление виноматериалов, их мадеризацию и выдержку мадери-
зованного вина. Тип вина получил свое название от о-ва Мадейры
в Португалии. Основной операцией в технологии этого вина явля-
ется термическая обработка — мадеризация, проводимая в услови-
ях, обеспечивающих доступ к вину кислорода воздуха. Для этого
бочки с вином выдерживают на солнечных площадках или в спе-
циальных обогреваемых камерах.
Для приготовления виноматериалов для мадеры используют
европейские, а также местные сорта винограда, способные да-
вать виноматериалы с повышенным содержанием экстрактивных
веществ, в частности фенольных соединений. Наиболее часто
применяют смесь сортов. Так, мадеру Массандра готовят из рав-
ных частей сортов винограда Серсиаль и Вердельо. В небольших
количествах добавляют также сорта Мальвазия и Альбильо
крымский.
Виноматериалы для мадеры готовят сбраживанием сусла на
мезге, отделенной от гребней, и последующим его спиртованием.
Мадерные виноматериалы могут быть получены также термови-
нификацией — нагреванием мезги до 45—70 °C и выдержкой при
этой температуре в течение 1—Зч, прессованием, сбраживанием
полученного сусла и его спиртованием. Эти виноматериалы, как
правило, лучше мадеризуются.
Для приготовления мадеры используют сухие виноматериалы,
виноматериалы с остаточным сахаром и сладкие виноматериалы.
Сухие виноматериалы готовят полным сбраживанием сусла на
мезге на чистой культуре дрожжей. Такое сбраживание обеспе-
чивает наиболее полный переход в вино экстрактивных, в част-
ности фенольных, веществ. Они могут быть получены спиртова-
нием сусла-самотека и сусла первого давления либо смеси всех
Фракций.
Виноматериалы с остаточным сахаром получают спиртованием
221
не полностью сброженного на мезге сусла всех фракций. Их спир-
туозность составляет 18—20 об. %, сахаристость — 3—5 %.
Сладкие виноматериалы готовят спиртованием сусла после его
осветления до 20 об. % либо после его частичного сбраживания.
Их используют в купаже с основными виноматериалами, сбро-
женными насухо.
Виноматериалы мадеризуют, как правило, раздельно. Затем
проводят купаж, который может повторно подвергаться тепловой
обработке и последующей выдержке либо только выдерживаться.
В практике виноделия принято два способа мадеризации. нагрева-
нием вина в дубовых бочках или крупных стальных резервуарах,
внутри которых уложены дубовые клепки.
Мадеризацию вин в бочках проводят на солнечных площадках
при температуре 28—35 °C в течение одного или двух, иногда трех
(мадера Массандра) летних сезонов или в остекленных оранжере-
ях при температуре 40—45 °C в течение 6—7 мес либо в искусст-
венно обогреваемых помещениях — мадерной камере (45—70 °C).
Продолжительность выдержки вина в мадерной камере определя-
ется температурой. Так, ординарные мадеры готовят обычно вы-
держкой вина в мадерной камере при 65—70 °C в течение 1 мес,
качественных — при 45—50 °C около 6 мес.
Вина типа хереса. Происхождение вина и его название связаны
с испанским городом Херес-де-ла-Фронтера, расположенным в
округе Кадикс южной провинции Андалусия. Технология перера-
ботки винограда на хересные вина ничем не отличается от класси-
ческой технологии белых столовых вин. Содержание спирта в го-
товых виноматериалах 12—13 об. %.
Особенность технологии получения хересных вин — гипсова-
ние мезги сусла либо виноматериала. Расход гипса составляет
1,3—2 кг на 1 т винограда. Гипсование проводят для повышения
содержания в вине эфиров винной кислоты, с которыми связаны
специфические хересные тона вина, а также прозрачность и стой-
кость напитка.
Брожение сусла проводят на чистых культурах хересных плен-
кообразующих дрожжей. Специфичность букета и вкуса хереса
связана с деятельностью хересной дрожжевой пленки при выдер-
жке вина в неполных бочках.
При выдержке вина хересные расы дрожжей в аэробных усло-
виях образуют на поверхности вина пленку, благодаря которой
происходят значительные изменения химического состава, вино
приобретает особые букет и вкус. Важную роль в этих изменениях
играют окислительно-восстановительные, а также автолитические
процессы. Хересные дрожжи легче окисляют этанол, чем глюкозу,
что дает им возможность хорошо развиваться на поверхности
сброженных субстратов, в частности на вине. Этанол окисляется
до уксусного альдегида (5—10 %), большая часть (до 80 %) которо-
го используется дрожжами полностью.
222
В процессе хересования происходят качественные и количе-
ственные изменения органических кислот. Хересные дрожжи
энергично потребляют органические кислоты, особенно летучие.
Так, содержание уксусной кислоты при выдержке вина под плен-
кой снижается на 70—90 %, нелетучих кислот — на 10—30 %.
Хересные дрожжи интенсивно поглощают азотистые вещества,
они способны также ассимилировать азот из воздуха. Хорошим
источником азота для них являются аминокислоты. При их доста-
точном количестве в вине повышается активность обмена веществ
дрожжей, в частности использование этанола, глицерина и уксус-
ной кислоты. Наиболее энергично дрожжи потребляют тирозин
(до 77 %) и аланин (до 30 %).
Поскольку аминокислоты являются источником высших спир-
тов, альдегидов и других соединений, их превращения в процессе
выдержки вина под пленкой имеют важное значение в формиро-
вании аромата и вкуса хереса. Потребляемые дрожжами амино-
кислоты вновь частично возвращаются в среду после автолиза
дрожжей. Введение в вино дополнительных источников азота спо-
собствует более быстрому росту пленки, накоплению в вине аль-
дегидов, ацеталей, летучих эфиров, повышению активности фер-
ментов (пероксидазы, эстеразы, p-фруктофуранозидазы), интен-
сификации процесса хересования.
Содержание глицерина, фенольных соединений, витаминов в
процессе хересования уменьшается. Фенольные соединения аб-
сорбируются белками плазмы дрожжей, поэтому дрожжи в винах,
богатых танинами, отмирают. В результате пленка темнеет и осе-
дает на дно. По этой причине в красных винах пленка хересных
дрожжей может появиться лишь на короткое время либо совсем
не образуется. В процессе хересования идет образование высших,
а также ароматических спиртов, эфиров и лактонов.
Для качественной оценки процесса хересования определяют
содержание уксусного альдегида, а также отношение альдегид/
ацеталь. Само содержание уксусного альдегида не может служить
в полной мере показателем качества хереса. Вместе с тем оно как
суммарный показатель дает возможность охарактеризовать ход
процесса хересования. Поэтому в существующих технологических
инструкциях установлен предел его содержания как быстроопре-
деляемый критерий, характеризующий с достаточной для произ-
водственных целей точностью момент прекращения хересования
и отбора вин
Отношение альдегид/ацеталь представляет собой соотношение
свободного уксусного альдегида и связанных его форм (диэтил-
ацеталь), а также соединений уксусного альдегида с сахарами, фе-
нольными веществами, соединениями, имеющими карбонильную
группу. В выдержанных хересах это отношение приближается к
единице. Его надо понимать как суммарный показатель, который
с определенной условностью характеризует глубину протекания
223
биохимических процессов, следствием которых является накопле-
ние продуктов, ответственных за хересный тон вина. Отношение
альдегид/ацеталь = 1 характеризует оптимальный ход этих про-
цессов, наиболее удачное сочетание образующихся при этом про-
дуктов.
Херес готовят купажированием виноматериалов, полученных в
результате пленочного, беспленочного, глубинного и глубинно-
пленочного способов хересования.
Для изготовления хересных виноматериалов используют белые
нейтральные сорта винограда или их смеси.
Содержание сахара в винограде должно быть не ниже 18%.
При pH сусла 3,5 и выше проводят гипсование винограда, мезги
или сусла. После брожения молодые виноматериалы разделяют
(классифицируют) по характеру, цвету и органолептическим по-
казателям. Более легкие и светлоокрашенные направляют на про-
изводство столового хереса, более полные и спиртуозные — сухого
крепкого. Виноматериалы с наиболее интенсивной окраской и
полнотой используют для приготовления крепкого и десертного
хересов. После классификации проводят первую переливку, эга-
лизацию и доспиртовывание виноматериалов спиртом-ректифи-
катом или 50%-м спиртом и выдержанным сухим вином до 16—
16,5 об. % для пленочного метода и до 15,5—16 об. % для глубин-
ного.
Пленочный способ предусматривает выдержку вина
под пленкой дрожжей в бочках или крупных резервуарах периоди-
ческим методом, а также непрерывным в потоке.
Получение хереса в резервуарах вместимостью 700—800 дал, не
уступающего по своему качеству бочковому, было впервые осуще-
ствлено М. А. Герасимовым и Н. Ф. Саенко. В дальнейшем был
разработан и внедрен в производство способ ускоренного созрева-
ния хереса в потоке в системе эмалированных резервуаров.
Способ хересования вина в непрерывном потоке и установка
для его осуществления были предложены Г. Г. Агабальянцем. Эта
установка состоит из системы резервуаров конической формы, че-
рез которые из напорного резервуара непрерывно поступает вино.
Предварительно, до перевода установки на непрерывный поток, в
каждом резервуаре на поверхности вина выращивают пленку хе-
ресных дрожжей.
Глубинный способ, или способ погружен-
ных культур, состоит в культивировании хересных дрожжей
во всем объеме вина при перемешивании. Такое культивирование
вызывает интенсификацию окислительных реакций, процессов
биосинтеза. Процесс хересования этим способом проводят в спе-
циальных аппаратах-ферментаторах, заполненных на 7/8. Развод-
ку хересных дрожжей вносят при перемешивании. Аппараты
снабжены устройствами для аэрирования вина.
Установки для непрерывного хересования вина глубинным
224
способом представляют собой систему резервуаров, в которых
проводят аэробное культивирование хересных дрожжей.
Процесс хересования ведут до накопления в вине 400 мг/дм3
альдегидов. При глубинном способе хересования ускоряется про-
цесс образования альдегидов в вине, однако качество получаемых
вин хуже, чем полученных пленочным способом.
Беспленочный способ заключается в том, что сбро-
женное молодое вино после доведения его крепости до 14,5—
14,6 об. % выдерживают на дрожжевых осадках в резервуарах, за-
полненных на 20 %, в течение 4—5 мес. В результате в вине накап-
ливается до 350—400 мг/дм3 альдегидов и до 100—120 мг/дм3 аце-
талей.
Глубинно-пленочный (комплексный) способ
разработан НПО «Яловены» и Московским филиалом ВНИИВиВ
«Магарач». Подспиртованный виноматериал вместе с дрожжевой
разводкой подвергают глубинной ферментации в резервуарах, за-
полненных на 80 %, при перемешивании и задаче кислорода. По
накоплении 230—250 мг/дм3 альдегидов он направляется в уста-
новку для хересования пленочным способом. Общая продолжи-
тельность цикла хересования глубинно-пленочным способом со-
ставляет примерно 1 мес. При этом в результате выдержки под
пленкой хересного виноматериала, полученного глубинным спо-
собом, качество его заметно улучшается.
Купажирование хереса. В состав готового хереса входят херес-
ные виноматериалы, полученные одним из описанных способов, а
также сухие выдержанные и обработанные белые виноматериалы
высокого качества (при изготовлении сухих столовых хересов),
мистель, спиртованный виноматериал и колер.
Мистель готовят купажированием обработанного сухого белого
виноматериала, используемого для хересования, спирта-ректифи-
ката, вакуум-сусла и колера. Его спиртуозность составляет
50 ± 5 об. %, сахаристость — 30 ± 5 %. При приготовлении мароч-
ных вин мистель выдерживают 6 мес, ординарных вин — 2 мес.
Спиртованный виноматериал готовят спиртованием обрабо-
танного белого сухого виноматериала до 50 ± 5 об. %, колер — пу-
тем нагревания вакуум-сусла в котлах с паром либо электричес-
ким обогревом. Разбавленный затем хересным виноматериалом в
соотношении 1 : 1 колер используют в купажах и для приготовле-
ния мистеля. Купажирование хереса проводят в купажном чане.
Затем купаж обрабатывают как марочное или ординарное вино.
8.7. ТЕХНОЛОГИЯ АРОМАТИЗИРОВАННЫХ ВИН
Ароматизированные вина относятся к аперитивам — напиткам,
возбуждающим аппетит. Такие напитки готовят во многих странах
на базе вина или спирта. Ароматизирующим началом в аперитивах
225
служат настои из плодов, цветов, листьев, стеблей, корневищ та-
ких растений, как полынь, чабрец, сельдерей, мирт, кардамон,
гвоздика, имбирь, ревень, мускатный орех, кориандр, померанец
и др
Среди аперитивов, изготовляемых на базе вин, наибольшую из-
вестность получили вермуты, имеющие горький вкус полыни. Их
промышленное производство впервые было осуществлено в конце
XVIII в. в Италии в г. Пьемонте (г. Турине). Этому способствовали
высокое качество пьемонтских вин (мускатов) и близость альпий-
ских лугов, растения которых нашли широкое применение для
получения ароматизированных напитков.
При изготовлении ароматизированных вин используют вино-
материалы, спирт этиловый ректификованный, сахар, лимонную
кислоту, колер и экстракты или настои из растительного сырья.
Смеси ингредиентов, а также концентраты получаемых из них
настоев широко используются в практике виноделия всех стран. В
состав таких смесей входят наборы определенных групп растений,
являющихся доминирующей основой, которая придает вину тот
или иной характер. Например, для вермутов такой основой слу-
жит полынный тон в аромате и вкусе.
Другая часть ингредиентов призвана создавать фон, выгодно
усиливающий специфические особенности напитка. Обычно для
итальянского и французского вермутов наиболее часто использу-
ют римскую полынь, цветы бузины, кориандр (плоды), шалфей,
корку горького апельсина, растигор, майоран, василек, кардобе-
недикт, хинную кору, корни дягиля, аира, девясила, калгана,
ириса, горчавки, корицу, гвоздику, кардамон, мускатный орех и
шафран.
В качестве добавочных ингредиентов могут быть использованы
чабрец, ямайский перец, ваниль, анис, розмарин, римская ромаш-
ка, хмель, китайский ревень, цветы бузины, кора корня дикого
граната, алоэ-сокотра и др.
В нашей стране промышленное производство ароматизирован-
ных вин было начато в 1946 г. Исследования ученых позволили
рекомендовать наряду с импортными также составы отечествен-
ных смесей как культурных, так и дикорастущих растений. При их
подборе было уделено особое внимание поиску заменителей доро-
гостоящего импортного сырья отечественным.
Из культивируемых растений используют душицу обыкновен-
ную, мелиссу лекарственную, котовник лимонный, тмин обыкно-
венный, софлор и др. Из дикорастущих растении широко приме-
няют полынь, аир, золотой корень, золототысячник, элеутеро-
кокк, лимонник китайский, ромашку, мяту, зверобой и др. Эти
растительные смеси, используемые в отечественном виноделии,
насчитывают обычно 20—40 компонентов. Растительное сырье
применяется в виде настоев либо их концентрированных экст-
рактов.
226
Настои растительного сырья готовят путем измельчения от-
дельных ингредиентов либо их смеси и настаивания в винно-
спиртовом растворе крепостью 50—70 об %, или вине крепостью
10—18 об. % в соотношении 1:10 при обычной температуре в те-
чение 10—15 сут. Полученный настой сливают, а ингредиенты
вновь заливают винно-спиртовым раствором либо вином и наста-
ивают в течение 7—10 сут. Затем оба настоя смешивают и исполь-
зуют при получении вермутов.
Экстрагирование ароматических веществ из растительного сы-
рья можно проводить также при температуре 60 °C в течение 24 ч.
однако качество таких экстрактов ниже.
Настаивание растений, требующих примерно одинаковых ус-
ловий экстрагирования, проводят в их смеси, а ингредиентов
(хинной и померанцевой коры, какао-бобов, ванилина) с различ-
ными режимами экстрагирования — раздельно.
Наряду с настоями в практике зарубежного виноделия находят
широкое применение концентрированные экстракты смесей рас-
тительного сырья. Отечественная промышленность получает та-
кие экстракты из Италии (фирма «Риккадонна»), Они использу-
ются при изготовлении вермута «Экстра»
Ароматизированные вина готовят купажированием обработан-
ных виноматериалов, настоев ингредиентов растительного сырья,
сахарного сиропа, спирта и колера. В составе купажа на долю вина
приходится 80 %. Приготовленный купаж оклеивают бентонитом
или желатином, обрабатывают холодом, фильтруют и направляют
на отдых. Общая продолжительность обработки до розлива со-
ставляет от 2 мес до 1 года.
За рубежом купаж ароматизированного вина пастеризуют, вы-
держивают в течение 3—4 мес (иногда 6 мес), фильтруют, а затем
отправляют на розлив.
Имеющиеся экспериментальные данные показывают целесо-
образность обработки ароматизированных вин теплом до 10 сут и
более при температуре 45—50 °C или 3—5 сут при 65—70 °C. Такая
обработка благодаря антиоксидантным свойствам ингредиентов
позволяет избежать появления тонов окисленности в винах. Она
несколько снижает интенсивность аромата, но улучшает вкус
вина, придает ему большую зрелость. Эффективно проводить ку-
пажирование обработанных и необработанных теплом ароматизи-
рованных вин примерно в соотношении 1:1.
8.8. ТЕХНОЛОГИЯ ШАМПАНСКИХ ВИН
Шампанское — игристое вино, характеризующееся специфи-
ческим букетом, вкусом и другими органолептическими показате-
лями. Его получают путем вторичного брожения специальных, так
называемых шампанских, виноматериалов из определенных сор-
227
тов винограда по особой технологии Впервые шампанское было
получено в середине XVII в. во Франции в провинции Шампань.
Производство шампанского во Франции с момента зарождения и
до наших дней осуществляется бутылочным способом. Согласно
французскому законодательству о вине шампанским может назы-
ваться только такое игристое вино, которое приготовлено в преде-
лах границ провинции Шампань из определенных сортов вино-
града методом вторичного брожения в бутылках с последующей
выдержкой не менее трех лет. Аналогичную продукцию, вырабо-
танную по такой же технологии вне границ Шампани, называют
не шампанским, а игристым.
Отечественные ученые и специалисты, взяв за основу свойства
и вкусовые достоинства французского шампанского, не только
полностью освоили его технологию, но и принципиально ее изме-
нили. В зависимости от вида сосуда, в котором осуществляется
вторичное брожение, различают Советское шампанское бутылоч-
ное и резервуарное.
В букете шампанского удачно сочетаются ароматические веще-
ства винограда с вторичными ароматическими веществами, обра-
зующимися в результате ряда биохимических процессов, протека-
ющих при шампанизации вина в условиях низкого уровня окис-
лительно-восстановительного (ОВ) потенциала. Вкусовое досто-
инство шампанского отличается свежестью, легкостью, тонким
гармоничным вкусом без тонов окисленности. Сахаристость шам-
панского зависит от марки этого вина. Для шампанского харак-
терны хорошо выраженные игристые и пенистые свойства.
Шампанское — вино неокисленного типа. Его отличительные
свойства и оригинальные качества вкуса и букета формируются в
бескислородных условиях при низком уровне ОВ-потенциала. На-
копление в шампанском даже небольшого количества окисленных
продуктов всегда снижает его качество.
Для получения шампанских виноматериалов используют толь-
ко разрешенные сорта винограда, культивируемые в определен-
ных климатических условиях. Во всех винодельческих районах
можно применять следующие сорта: Пино черный, Пино белый,
Пино серый Шардоне, Траминер, Совиньон, Каберне-Совиньон,
Сильванер, Рислинг рейнский, Шампанчик и Кокур.
К винограду, предназначенному для получения шампанских
виноматериалов, предъявляют повышенные требования. Виноград
должен быть свежим, без механических повреждений гроздей и
ягод. Наличие даже незначительного количества ягод, поражен-
ных серой гнилью, может вызвать заметный плесенный привкус в
шампанских виноматериалах и способствовать их сильному окис-
лению. Повреждение гроздей и листьев грибными заболеваниями
(милдью и оидиумом) придает виноматериалам неприятные тона
и обусловливает повышенную липкость дрожжевых осадков, что
затрудняет отделение их от вина.
228
Сок виноградных ягод для получения шампанских виномате-
риалов должен иметь следующие показатели: содержание сахара
17—20 г на 100 см3, фенольных веществ 100—200 мг/дм3, титруе-
мая кислотность 8—11 г/дм3, pH 2,8—3.0.
Важным критерием качества винограда для получения шам-
панских виноматериалов является глюкоацидометрический пока-
затель — отношение количества сахаров к обшей кислотности в
соке ягод. Этот показатель не должен превышать 20; в большин-
стве случаев в момент сбора винограда он равен 18—19. При боль-
шем его значении в виноматериалах увеличивается количество
фенольных и азотистых веществ, что отрицательно сказывается на
качестве шампанского.
Вкусовая гармония шампанского существенно зависит от соот-
ношения в соке ягод отдельных кислот. По данным А. К. Родопу-
ло, отношение винной кислоты к яблочной должно составлять от
2 до 2,6. Величина pH не только имеет значение для сложения
вкуса шампанского, но и существенно влияет на интенсивность
протекания в вине окислительных реакций. При более высокой
кислотности окисление фенольных соединений, аскорбиновой
кислоты, аминокислот и оксикислот проходит слабее, чем в вино-
материалах с низкой кислотностью. Высокая концентрация водо-
родных ионов в сусле (pH 2,8—3,2) понижает активность о-дифе-
нолоксидазы, пероксидазы, аскорбатоксидазы и других окисли-
тельных ферментов, вследствие чего виноматериалы получаются
менее окисленными и более светлыми.
Виноград собирают в сухую погоду в чистую сборочную тару.
Грозди, покрытые росой, оставляют на кусте, так как роса может
существенно понизить в сусле концентрацию сахаров и кислот.
Собирать виноград после сильных дождей также недопустимо, так
как влага, всасываемая корневой системой, сильно разжижает сок
ягод.
В случае неравномерного созревания винограда сбор ведут вы-
борочно. При наличии поврежденных и пораженных болезнями
гроздей и отдельных ягод виноград сортируют. Сортировка в дан-
ном случае имеет большое значение, так как при наличии даже
небольшого процента дефектных ягод: сухих, поврежденных гра-
дом, имеющих следы солнечного ожога, поврежденных вредите-
лями и особенно пораженных плесенями (серой гнилью) и гриб-
ными болезнями (милдью, оидиумом и др.), резко ухудшается ка-
чество сусла и получаемого из него виноматериала.
Период времени между сбором и переработкой винограда не
Должен превышать 4 ч. Если при транспортировании винограда на
переработку нельзя гарантировать полную целостность гроздей,
продолжительность доставки должна быть не более 1,5 ч, так как в
поврежденных ягодах дрожжи в теплое время размножаются быст-
ро, давая приблизительно за 2 ч новую генерацию клеток.
229
Переработку винограда на шампанские виноматериалы прово-
дят двумя способами: прессованием целых гроздей на корзиноч-
ных или пневматических прессах; дроблением на валковых дро-
билках-гребнеотделителях с последующим отделением сусла-са-
мотека на стекателях и прессованием стекшей мезги.
Способ прессования целых гроздей применяют в настоящее
время редко вследствие его малой производительности и относи-
тельно большой трудоемкости. Он используется в основном для
переработки красных высококачественных шампанских сортов
винограда (Пино черный, Пино фран, Каберне-Совиньон и др.)
на белые шампанские виноматериалы. Красящие вешества у этих
сортов винограда содержатся только в кожице, поэтому быстрое
отжатие сока из целых гроздей обеспечивает выделение слабоок-
рашенного сусла, из которого получают шампанские виноматери-
алы высокого качества.
При переработке целых гроздей их прессуют при большем
давлении. Отжатие сока ведут с таким расчетом, чтобы все прес-
совые фракции были получены за 1,5—2 ч. При быстром прессо-
вании сусло получается слабоокрашенным, неокисленным, без
привкуса гребней. Это сусло имеет наиболее благоприятный хи-
мический состав для получения полноценных шампанских вино-
материалов.
После отделения сусла проводят еще три последовательных
прессования, но в более интенсивном режиме и при более высо-
ком давлении. После каждого цикла прессуемую массу тщательно
рыхлят (перелопачивают). В результате получают прессовое сусло,
которое для шампанских виноматериалов непригодно. Оно ис-
пользуется в производстве столовых вин и крепленых виномате-
риалов.
Второй способ, основанный на дроблении ягод с отделением
гребней, выделении сусла-самотека и последующем прессова-
нии стекшей мезги, является в настоящее время основным в
производстве шампанских виноматериалов. Этот способ обес-
печивает более высокую производительность технологического
оборудования, полную механизацию и поточность переработки
винограда.
Раздавливание ягод и отделение гребней проводят на валковых
дробилках-гребнеотделителях. Сусло-самотек быстро отделяют на
стекателях, обеспечивающих отбор с 1 т винограда до 50 дал сусла
высокого качества с минимальным содержанием фенольных ве-
ществ. Стекатели должны работать в режиме, исключающем на-
сыщение сусла кислородом воздуха.
Сусло, полученное на прессах непрерывного действия, для
шампанских виноматериалов непригодно. На выделение сусла для
шампанских виноматериалов при прессовании целых гроздей дол-
жно затрачиваться не более 90 мин, а при переработке винограда
на дробилках-гребнеотделителях — 50 мин.
230
Осветление сусла проводят отстаиванием после, охлаждения до
температуры 10—14 °C с сульфитацией до 60 мг/дм3 SO2. Для уско-
рения осветления и торможения окислительных процессов в сусло
перед отстаиванием задают бентонит или другой дисперсный ми-
неральный сорбент в количестве 2—3 г/лал.
Сбраживают сусло периодическим или непрерывным способом
на чистой культуре специальных рас дрожжей при температуре не
выше 18 °C.
В молодых шампанских виноматериалах должен пройти про-
цесс яблочно-молочного брожения. При этом смягчается вкус и
повышается стабильность шампанского к биологическим помут-
нениям.
Молодые шампанские виноматериалы после первой переливки
и достаточного их осветления подвергают эгализации и объединя-
ют в крупные партии по сортам.
Шампанские виноматериалы должны иметь следующие пока-
затели; содержание спирта 10—12 об. %, остаточного сахара не бо-
лее 0,2 г/100 м3, титруемую кислотность 6—10 г/дм3.
Для ускорения созревания и повышения стабильности шам-
панских виноматериалов в отдельных случаях их подвергают теп-
ловой обработке. Лучших результатов можно добиться при обра-
ботке теплом вместе с дрожжами при температуре 30—40 °C в те-
чение 2 сут или при 50—60 °C не менее 1 сут.
Затем виноматериалы подвергают ассамблированию, купажи-
рованию и сопутствующим обработкам. Это ответственные техно-
логические операции, которые закладывают основу для формиро-
вания органолептических качеств и типичных свойств шампанс-
ких вин. Достигаемый технологический эффект зависит от пра-
вильного выбора оптимального состава и количественных
соотношений виноматериалов, при которых обеспечивается наи-
лучшее качество шампанского по вкусу, букету и физико-хими-
ческим свойствам.
Ассамблирование необходимо для создания крупных однород-
ных партий в пределах одного сорта, года урожая и хозяйства. Как
правило, ассамблирование проводят по отдельным сортам вино-
града. В результате получают ассамбляжи — большие партии одно-
родных виноматериалов, которые по мере необходимости обраба-
тывают гексациано-(11)-ферратом калия (ЖКС) и оклеивают рыб-
ным клеем или дисперсными минералами, фильтруют и обраба-
тывают холодом.
Купажирование состоит в гармоничном объединении ассамб-
ляжных партий виноматериалов с целью повышения тонкости
вкуса и букета вина, обеспечения его физико-химических свойств,
благоприятных для формирования игристых и пенистых качеств
Шампанского. В результате получают купажи, которые имеют по-
стоянные качественные особенности, свойственные типу выпус-
каемого шампанского.
231
В случае необходимости при купажировании смешивают ас-
самбляжи из урожая разных лет, что позволяет устранить недо-
статки вкуса или букета, а также обеспечить однородность выпус-
каемого шампанского.
Шампанизация вина — это процесс физического, химического
и физико-химического связывания диоксида углерода, образую-
щегося при вторичном брожении столового вина. Растворяясь в
вине, СО2 образует угольную и пироугольную кислоты, которые
со спиртами и другими компонентами вина образуют сложные со-
единения типа эфиров. В них СО2 находится в связанном состоя-
нии:
С2Н5ОН + Н2О + СО2 = С2Н5ОСООН + Н2О,
С2Н5ОН + С2Н5ОСООН = (С2Н5О)2СО + Н2О.
Согласно теории шампанизации, предложенной проф. Г. Г. Ага-
бальянцем, в игристых винах образуется три формы диоксида уг-
лерода: газообразная, растворенная и связанная, которые находят-
ся в подвижном равновесии: СО2 (газ) <=>СО2 (раствор)-*RCO2.
Чем больше давление в сосуде, тем больше накапливается в
вине растворенной и связанной форм угольной кислоты и тем
выше качество шампанского. С резким падением давления при
вскрытии бутылки равновесие смещается вправо и связанный ди-
оксид углерода переходит в раствор, а затем в газообразном состо-
янии освобождается из раствора. Благодаря наличию в вине ра-
створенной и связанной угольной кислоты диоксид углерода осво-
бождается медленно, что обеспечивает продолжительное интен-
сивное выделение пузырьков СО2 и создает своеобразную игру
напитка.
8.8.1. ТЕХНОЛОГИЯ ШАМПАНСКОГО БУТЫЛОЧНЫМ
СПОСОБОМ
Этот способ отличается трудоемкостью, требует больших затрат
ручного труда, имеет продолжительность производственного цик-
ла до 3 лет и приводит к повышенным потерям вина. Несмотря на
эти недостатки, способ бутылочной шампанизации вина сохраня-
ется до сих пор, так как он гарантирует наиболее высокое качество
продукта. В настоящее время этим способом производят Советс-
кое шампанское выдержанное, которое является эталоном шам-
панских вин, выпускаемых в России.
Технологическая схема приготовления шампанского бутылоч-
ным способом может быть представлена в следующем виде:
232
Приготовление тиражной
смеси
I
Тираж (фасование в бутылки), укупорка
и укладка бутылок на брожение
Вторичное брожение (шампанизация)
I
Выдержка кюве в течение 3 лет
с перекладками
Сведение осадка на пробку (ремюаж)
i
Сбрасывание осадка (дегоржаж),
дозирование ликера и
укупорка бутылок с мюзлеванием
I
Контрольная выдержка шампанского
Бракераж, мойка, отделка
и экспедиция готовой продукции
Приготовление тиражной смеси — ответственный технологи-
ческий процесс. От состава тиражной смеси и условий ее обработ-
ки существенно зависят ход последующих процессов и качество
готового шампанского. В состав тиражной смеси входят обрабо-
танный стойкий купаж шампанских виноматериалов, тиражный
ликер, разводка дрожжей чистой культуры, растворы танина и
рыбного клея или суспензия бентонита или других дисперсных
минералов. Тиражную смесь обрабатывают диоксидом серы, в
случае необходимости в нее вводят лимонную кислоту в количе-
стве до 1 г/дм3.
Тиражный ликер получают, растворяя в обработанном купаже
крупнокристаллический рафинированный сахар-песок при тща-
тельном перемешивании с таким расчетом, чтобы концентрация
сахара в ликере (в пересчете на инвертный) была в пределах 50—
'0 %. После растворения сахара ликер фильтруют и выдерживают
не менее 10 сут.
Тиражный ликер добавляют в таком количестве, чтобы содер-
жание сахара в тиражной смеси было достаточным для проведения
торичного брожения, после завершения которого в бутылках
233
должно быть достигнуто равновесное давление диоксида углерода
порядка 500 кПа при температуре 10 °C. Количество сахара, кото-
рое необходимо сбродить для получения такого давления, зависит
от поглотительной способности данного виноматериала к СО2,
т. е. от содержания в нем спирта и экстракта, а также от темпера-
туры. Величина поглотительной способности шампанских вино-
материалов к СО2 колеблется в небольших пределах, поэтому со-
держание сахара в тиражной смеси не варьируют, а во всех случаях
доводят до 22 г/дм3. Такая концентрация сахара обеспечивает не-
обходимое содержание диоксида углерода в шампанском и нор-
мальное формирование его игристых и пенистых свойств.
Разводку дрожжей готовят на чистой культуре шампанских рас,
обеспечивающих сбраживание сахара в условиях высокой концен-
трации в среде спирта и диоксида углерода при температуре 10—
15 °C. После окончания брожения дрожжи должны давать зернис-
тый осадок, не прилипающий к стеклу и легко сдвигающийся по
его поверхности. Дрожжевую разводку готовят методом постепен-
ного накопления биомассы дрожжей и повышения их физиологи-
ческой активности путем последовательных пересевов на пита-
тельные среды (обработанные купажи виноматериалов и тираж-
ный ликер) при температуре не выше 15—18 °C при строгом со-
блюдении требований технологической инструкции и тщательном
микробиологическом контроле. Разводку дрожжей чистой культу-
ры вносят в таком количестве, чтобы в 1 см3 тиражной смеси со-
держалось около 1 млн дрожжевых клеток в стадии бурного бро-
жения.
Растворы танина, рыбного клея и суспензии минеральных ос-
ветлителей готовят заранее так же, как в производстве тихих вин.
Дозировку их устанавливают пробной оклейкой. В среднем на
1 дал тиражной смеси вводят не более 0,1 г танина и 0,125 г рыбно-
го клея.
Дисперсные минералы (бентонит и др.), которые улучшают
структуру осадков, образующихся при шампанизации, задают в
тиражную смесь в виде 10%-й водной суспензии, приготовляемой
по специальной инструкции.
Тиражную смесь готовят в резервуарах, снабженных мешалка-
ми. Вместимость тиражных резервуаров зависит от производи-
тельности завода и объема единовременно проводимого тиража.
Сначала в резервуар загружают кондиционный купаж, прошед-
ший полный цикл обработки, и 10%-й спиртовой раствор танина.
Тиражный ликер, рыбный клей, суспензию бентонита, разводку
дрожжей чистой культуры и другие компоненты вносят перед на-
чалом розлива тиражной смеси в бутылки.
При приготовлении тиражной смеси для равномерного рас-
пределения всех компонентов ее тщательно перемешивают в ин-
тенсивном режиме и перед розливом подвергают химическому и
микробиологическому анализу. Розлив тиражной смеси в бутыл-
234
ки разрешается только при условии однородности ее состава и
соответствии его установленным кондициям. Температура ти-
пажной смеси, поступающей на розлив, должна быть в пределах
12—18 °C.
Розлив тиражной смеси в бутылки (тираж) осуществляют по
уровню. Шампанские бутылки герметически укупоривают специ-
альными пробками, прикрепляемыми к венчику горлышка. В
производстве шампанского бутылочным способом применяют
только новые высококачественные бутылки повышенной прочно-
сти, чтобы избежать их боя и потерь вина при вторичном броже-
нии, последующих выдержке и обработках.
Бутылки с тиражной смесью укладывают в штабеля для вторич-
ного брожения в помещениях с устойчивой температурой в преде-
лах 10—12 °C. При укладке следят за тем, чтобы газовые пузырьки
не задерживались у пробки, а пробка внутри бутылки полностью
смачивалась вином во избежание ее подсыхания и нарушения гер-
метичности укупорки. Местоположение газовой камеры в каждой
бутылке отмечают меткой (маркой), наносимой известью или
краской.
Наиболее совершенным способом является укладка бутылок
после тиража в контейнеры или пакеты, закрепляемые гофриро-
ванными пластинами, вмещающие 500—1000 бутылок. Контейне-
ры и пакеты с бутылками располагают горизонтальными рядами в
несколько ярусов один над другим. Применение этого способа по-
зволяет более рационально использовать производственные пло-
щади и повысить уровень механизации.
В бутылках проходит вторичное брожение тиражной смеси.
Продолжительность этого процесса зависит от химического соста-
ва вина, применяемой расы дрожжей и температуры. Наилучшая
температура для вторичного брожения 10—12 °C при отсутствии
интенсивных воздушных потоков и сквозняков. При этом в шам-
панском происходит большое накопление связанного диоксида
углерода, улучшаются его букет и вкус и уменьшаются потери
вина вследствие вытекания через пробку (так называемый кулез) и
разрыва бутылок.
В тиражной смеси, разлитой в бутылки, проходят биохимичес-
кие и физико-химические процессы, обеспечивающие шампани-
зацию вина. В начальный период развивающиеся дрожжевые
клетки ассимилируют содержащийся в вине кислород и ОВ-по-
тенциал вина понижается. Дрожжи потребляют значительную
массу азотистых веществ вина.
Вино обогащается продуктами брожения, насыщается, а затем
пересыщается диоксидом углерода. По достижении определенно-
го Уровня пересыщения часть СО2 реагирует с компонентами вина
и переходит в связанное состояние. На 14—15-е сутки вторичного
Рожения интенсивность потребления аминокислот дрожжевыми
четками уменьшается и сами дрожжи начинают выделять в вино
235
аминокислоты. К моменту окончания брожения концентрация в
вине многих аминокислот становится больше, чем в исходном ку-
паже. В период вторичного брожения образуются вещества, фор-
мирующие букет шампанского: фенилэтиловый спирт, высококи-
пящие эфиры и др.
Вторичное брожение обычно заканчивается на 30—40-е сутки.
К этому времени избыточное давление СО2 в бутылках становится
равным 400—500 кПа при температуре 10 °C, содержание спирта в
вине повышается в среднем на 1,2 об. %, а остаточное содержание
сахара не превышает 0,3 г/100 см3.
При вторичном брожении в бутылках образуется осадок, состо-
ящий из дрожжевых клеток, танатов, винного камня и других ве-
ществ, После окончания брожения осадок откладывается на ниж-
ней поверхности стенок бутылок и вино становится прозрачным.
Вино, в котором прошел процесс вторичного брожения, называют
кюве.
Контроль процесса вторичного брожения в каждой партии
(штабеле) проводят систематически не реже 1 раза в 10 сут. Давле-
ние в газовых камерах бутылок измеряют специальным прибо-
ром — афрометром, который состоит из зонда с прокалывающим
приспособлением, вводимым в бутылку сквозь пробку, и мано-
метра. Одновременно определяют физиологическое состояние
дрожжей. После окончания брожения контролируют содержание
в вине остаточного сахара, спирта и титруемую кислотность.
После окончания вторичного брожения проводят послетираж-
ную выдержку. Бутылки с вином (кюве) продолжают выдерживать
в штабелях при температуре 10—15 °C. Длительность выдержки от
момента тиража до удаления осадков из бутылок (дегоржажа) 3
года. В этот период в вине под действием ферментов дрожжей
протекают сложные биохимические реакции.
После завершения вторичного брожения и до конца первого
года штабельной выдержки в вине интенсивно идут окислитель-
но-восстановительные процессы, происходят анаэробный распад
(автолиз) дрожжевых клеток, превращение азотистых вешеств,
синтезируются сложные эфиры. В последующие 2 года в вине
медленно протекают биохимические процессы с преобладанием
гидролитических реакций.
В результате процессов, проходящих при послетиражной вы-
держке кюве, синтезируются высшие спирты, альдегиды, сложные
эфиры и другие вещества, участвующие в образовании характер-
ных вкуса и букета выдержанного шампанского. Вино обогащает-
ся поверхностно-активными веществами, в нем увеличивается со-
держание связанного СО2 за счет взаимодействия его с продукта-
ми автолиза дрожжей, улучшаются игристые, пенистые и другие
типичные свойства шампанского.
При послетиражной выдержке осадки постепенно приобретают
зернистую структуру, теряют способность прилипать к стеклу,
236
легко передвигаются по его поверхности и могут быть полностью
сведены на пробку, а затем удалены вместе с ней из бутылки.
В процессе штабельной выдержки бутылки с вином подвергают
перекладкам со взбалтыванием. В первый год делают две пере-
кладки, в последующие — по одной. Первую перекладку проводят
после окончания вторичного брожения, последнюю (четвертую)
совмещают с загрузкой бутылок в пюпитры для сведения осадков
на пробку.
При перекладках содержимое бутылок энергично взбалтывают,
чтобы хорошо перемешать осадок и отмыть его частицы от внут-
ренних стенок бутылок. Взбалтывание способствует улучшению
контакта дрожжевых клеток с вином, в результате чего создаются
благоприятные условия для дображивания сахара и созревания
шампанского.
При взбалтывании может происходить разрыв (бой) отдельных
бутылок. Поэтому рабочих, проводящих перекладки, обязательно
снабжают специальными масками и рукавицами, защищающими
лицо и руки. В настоящее время взбалтывание бутылок при пере-
кладках проводят на специальных машинах.
После взбалтывания бутылки укладывают в новый штабель,
располагаемый рядом, или перевозят для укладки в другое поме-
щение с более низкой температурой. Бутылки, переложенные в
новый штабель, должны находиться в том же положении, в каком
они были до перекладки. Необходимо, чтобы газовая камера (га-
зовый пузырь) и место скопления осадка находились там же, где
они были раньше. Если это требование нарушено, то некоторая
часть несмытого осадка может оказаться в газовой камере, прочно
пристать к стенке бутылки и дать в дальнейшем трудно устрани-
мые пороки шампанского. Поэтому перед перекладками на каж-
дой бутылке возобновляют метку (марку) на месте расположения
газовой камеры и при всех последующих перекладках строго со-
храняют положение этой метки.
В процессе перекладок удаляют лопнувшие бутылки и бутылки
с частично вытекшим вином, с нарушенной укупоркой. Обнару-
женные при перекладках бутылки с утечкой вина (кулезом) сорти-
руют на две группы: малый кулез (утечка до 100 см3) и большой
кулез (утечка 100 см3 и более). Малый кулез, выявленный при
первой перекладке, и большой кулез — при любой перекладке
подлежат немедленному сливу с использованием полученных
виноматериалов на производстве в зависимости от их качества
Малый кулез, обнаруженный при второй и всех остальных пере-
кладках, исключают из последующей штабельной выдержки и
немедленно направляют на завершающую обработку (ремюаж и
Дегоржаж). Выявленные дефекты укупорки (перекос или непра-
вильное закрепление скобы, искривление головок пробки и т. п.)
исправляют и бутылки укладывают в штабеля для дальнейшей
выдержки.
237
Если после последней перекладки на внутренней поверхности
бутылок обнаружены прилипшие осадки, которые не смываются
вином при их поворачивании, такие бутылки обрабатывают холо-
дом: охлаждают до появления кристаллов льда, не допуская обра-
зования сплошного ледяного блока. Затем содержимое бутылок
взбалтывают на специальных устройствах до полного стирания
приставших к стеклу осадков.
После окончания выдержки в штабелях содержимое бутылок
тщательно взбалтывают и бутылки направляют на последующую
обработку.
Переведение осадка на пробку — ремюаж осуществляют для
удаления из шампанского осадков, образовавшихся при вторич-
ном брожении и послетиражной выдержке в штабелях. Осадки по-
степенно переводят в горлышко бутылки на внутреннюю поверх-
ность пробки. Этот сложный процесс выполняют высококвалифи-
цированные мастера (ремюоры) вручную на станках-пюпитрах
или с помощью специальных машин.
Ремюаж проводят в самых тихих прохладных (с температурой
не выше 15 °C) помещениях, лишенных сквозняков, колебаний
температур и удаленных от работающих машин и механизмов,
чтобы исключить сотрясения и вибрацию.
Сбрасывание осадка из горлышка бутылки — дегоржаж прово-
дят следующим образом. Бутылки в дегоржажное помещение по-
дают в положении горлышком вниз с помощью транспортеров,
исключающих воздействия, которые могут вызвать взмучивание
осадков, фиксированных на внутренней поверхности пробок.
Основная цель дегоржажа — полное удаление (сбрасывание)
вместе с пробкой сведенных на нее осадков. Наряду с этим прове-
ряют содержимое каждой бутылки на запах, а иногда и вкус. Для
облегчения удаления осадков из бутылок и уменьшения потерь
вина осадок и содержащееся в нем вино предварительно замора-
живают при температуре минус 15—минус 18 °C до образования
льдинок.
Процесс дегоржажа ведут высококвалифицированные мастера-
дегоржеры. Дегоржаж проводят на специальном станке — герите.
Бутылки перед вскрытием внимательно просматривают в прохо-
дящем свете. Если вино плохо осветлилось, осадок не полностью
сведен на пробку, на внутренней поверхности бутылки имеются
маски, сетки, барры и другие пороки, то такие бутылки дегоржажу
не подлежат — их возвращают на повторную обработку.
Дегоржер сначала снимает скобу, пользуясь специальным
крючком, затем расшатывает пробку дегоржажными клещами и,
придерживая ее пальцем при наклонном положении бутылки, по-
степенно вытаскивает и сбрасывает пробку вместе с осадком.
Пена, выходящая после сброса пробки, омывает внутреннюю по-
верхность горлышка, очищая ее. Одновременно дегоржер опреде-
ляет аромат шампанского и при необходимости вкус, просматри-
238
вает бутылки на свет и, убедившись, что вино прозрачно и лишено
недостатков и пороков, передает бутылку на дозирование экспе-
диционным ликером.
Существуют механизированные линии дегоржажа, на которых
выполняются следующие операции: замораживание осадка в гор-
лышке бутылки, находящейся в перевернутом положении; пере-
ворачивание бутылок горлышками вверх и выравнивание их ря-
дов; наклон бутылок и удаление кронен-пробки; удаление (выброс
давлением СО2) из горлышка бутылок замороженного осадка вме-
сте с пластмассовым колпачком. Предложен также способ удале-
ния кронен-пробки и незамороженного осадка с помощью ультра-
звука в режиме, близком к ручному дегоржажу.
После дегоржажа в шампанское вносят экспедиционный ли-
кер, получая ту или иную марку вина, имеющую определенную
сахаристость. Хороший экспедиционный ликер не только придает
шампанскому необходимую сладость, соответствующую данной
марке, но и участвует в формировании букета, придает вкусу шам-
панского мягкость и гармоничность.
Экспедиционный ликер, предназначенный для выдержанного
шампанского, получаемого бутылочным способом, готовят из вы-
сококачественных виноматериалов, выдержанных в течение 2,5—3
лет в металлических эмалированных цистернах или дубовых бутах
в условиях, исключающих его окисление. Содержание сахара в эк-
спедиционном ликере 70—80 г/100 см3, спирта 11 — 11,5 об. %, тит-
руемая кислотность ликера 6—8 г/дм3.
Для приготовления экспедиционного ликера используют круп-
нокристаллический тростниковый или свекловичный сахар. Пос-
ледний не должен содержать алкалоид бетаин, который может
придавать аромату и вкусу вина неприятные оттенки. Сахар не до-
пускается отбеливать ультрамарином, в состав которого входит
сера, способная образовывать в шампанском сероводород.
Сахар растворяют в выдержанном, обработанном шампанском
виноматериале в реакторах, снабженных мешалками, добавляют
коньячный спирт и лимонную кислоту с таким расчетом, чтобы
довести ликер по крепости и кислотности до требуемых парамет-
ров.
Качество экспедиционного ликера в значительной степени
зависит от коньячного спирта, который улучшает букет шам-
панского. В экспедиционный ликер вводят высококачествен-
ные коньячные спирты, выдержанные не менее 5 лет, имеющие
хорошо развитый букет и не содержащие избытка дубильных
веществ.
После тщательного перемешивания компонентов и обеспече-
ния однородности его состава во всем объеме реактора экспеди-
ционный ликер фильтруют и выдерживают в бескислородных ус-
виях не менее 100 сут. В случае необходимости ликер фильтру-
после выдержки, непосредственно перед использованием его
239
в производстве. Перед фильтрованием в ликер дополнительно
вносят аскорбиновую кислоту в количестве 40—50 мг/дм3 и ди-
оксид серы — 25—30 мг/дм3, предохраняющие ликер от окисле-
ния.
Экспедиционный ликер вводят в бутылки при помощи ликеро-
дозировочной машины в точно отмеренном количестве с учетом
марки выпускаемого шампанского. Ликеродозировочная машина
с помощью золотникового распределителя производит отбор вина
из бутылки, дозирует в бутылку ликер по объему и доливает вино
до заданного уровня. Распределитель соединен с углекислотным
баллоном, благодаря которому давление в бутылке поддерживает-
ся на определенном уровне. Контроль за работой ликеродозиро-
вочной машины и точностью дозирования осуществляет лабора-
тория завода. После дозирования уровень шампанского в бутылке
должен быть в пределах (8 ± 1) см от верхнего края венчика гор-
лышка бутылки.
Затем бутылки укупоривают новыми экспедиционными проб-
ками, корковыми или полиэтиленовыми. Пробки закрепляют спе-
циальными проволочными уздечками — мюзле.
Для равномерного распределения введенного ликера бутылки
слегка взбалтывают и подвергают предварительному бракеражу.
Если шампанское прозрачно и не имеет посторонних включений,
бутылки направляют на контрольную выдержку.
Контрольную выдержку проводят не менее 10 сут при темпера-
туре 17—25 °C. Для этого бутылки укладывают в специальном по-
мещении по партиям. В процессе выдержки проводят органолеп-
тический, химический и микробиологический анализы. Затем бу-
тылки моют и подвергают бракеражу на инспекционных автома-
тах или контрольных фонарях. Бутылки с мутным шампанским,
имеющим включения, неправильно укупоренные, с мокрой от
просачивания вина пробкой бракуют.
Бутылки, лишенные дефектов, направляют на внешнее оформ-
ление: горлышко покрывают фольгой, наклеивают этикетку и ко-
льеретку. Оформленные бутылки сушат, обертывают в бумагу,
упаковывают и направляют в экспедицию.
8.8.2. ТЕХНОЛОГИЯ ШАМПАНСКОГО РЕЗЕРВУАРНЫМ
СПОСОБОМ
Резервуарный способ шампанизации вина возник в конце
XIX в. во Франции, где он применялся для производства низко-
сортных игристых вин. В России резервуарный способ внедрен в
промышленность с 1936 г. С этих пор он получил научное обосно-
вание, претерпел коренные изменения и стал основным в произ-
водстве игристых вин.
Применение резервуарного способа производства шампанско-
240
го при широком использовании современных средств механиза-
ции и автоматизации производственного процесса позволило рез-
ко сократить производственный цикл (до 1 мес), значительно по-
высить производительность труда и снизить себестоимость про-
дукта.
Существует две разновидности резервуарного способа произ-
водства шампанского: непрерывный и периодический.
Непрерывный способ. Способ производства шампанского в не-
прерывном потоке разработан Г. Г. Агабальянцем. А. А. Мержани-
аном и С. А. Брусиловским и внедрен в винодельческую промыш-
ленность в 1954 г. В настоящее время он является основным в про-
изводстве Советского шампанского, наиболее совершенным и
технически прогрессивным. Этим способом за 3 нед получают
шампанское высокого качества, близкое к выдержанному шам-
панскому, вырабатываемому бутылочным способом за 3 года.
Быстрое формирование высокого качества и типичности шам-
панского при непрерывном способе происходит благодаря при-
менению комплекса технологических приемов, которые значи-
тельно интенсифицируют биохимические процессы на протяже-
нии всего производственного цикла. К таким приемам относятся
следующие:
предварительная биологическая деаэрация (обескислорожива-
ние) и термическая обработка исходных купажей, обеспечиваю-
щие полное удаление из вина кислорода и снижение ОВ-потенци-
ала, а также обогащение вина ферментами, поверхностно-актив-
ными веществами и другими полезными продуктами автолиза
дрожжей, образующихся в бескислородной среде;
раздельное проведение вторичного брожения и размножения
дрожжей в условиях, наиболее благоприятных для каждого про-
цесса, в результате чего появляется возможность проведения вто-
ричного брожения в строго бескислородных условиях; уменьша-
ются затраты времени на накопление дрожжей, обладающих вы-
сокой физиологической активностью; повышается производи-
тельность процесса шампанизации в целом;
поддержание постоянного (по скорости) непрерывного потока
вина при вторичном брожении, благодаря чему дрожжевые клетки
распределяются в вине более равномерно, их контакт со средой
улучшается, бродильная способность каждой дрожжевой клетки
используется более полно и возникает возможность проведения
шампанизации при низкой концентрации активной дрожжевой
проведение вторичного брожения на всем его протяжении при
остоянном повышенном давлении, что приводит к накоплению
ольшого количества связанного диоксида углерода и формирова-
ию лучших игристых и пенистых свойств шампанского;
выдержка в потоке охлажденного шампанизированного вина в
Р зервуарах с насадкой, на которой в большом количестве задер-
241
живаются дрожжевые клетки, что создает благоприятные условия
для усиления ферментативных процессов и обогащения шампанс-
кого продуктами автолиза дрожжей;
быстрое охлаждение вина после вторичного брожения и выдер-
жка его в потоке при низкой температуре, обеспечивающие доста-
точно полное выпадение винного камня и других холодонестой-
ких веществ, в результате чего повышается устойчивость шампан-
ского к помутнению физико-химической природы;
внесение в вино экспедиционного ликера, выдержанного в бес-
кислородных условиях, что способствует повышению качества
шампанского и дает возможность получать любую его марку на
одной и той же установке.
В производстве шампанского непрерывным способом проводят
следующие основные технологические операции: обработку вино-
материалов, приготовление и подготовку бродильной смеси к
шампанизации, культивирование дрожжей, вторичное брожение
(шампанизацию) вина в потоке, обработку шампанизированного
вина, осветление и розлив шампанского в бутылки.
В состав бродильной смеси, предназначенной для получения
шампанского в непрерывном потоке, входят обработанные шам-
панские виноматериалы, резервуарный ликер и разводка дрожжей
чистой культуры.
Шампанские виноматериалы, поступившие на завод, обраба-
тывают в потоке по сортам, сульфитируют и пастеризуют. Затем в
отдельные резервуары точно дозируют необходимое для деметал-
лизации вина количество гексациано-(П)-феррата калия, установ-
ленное на основании лабораторного анализа. Обработку ведут в
резервуарах, сгруппированных в отдельные батареи, каждая из ко-
торых предназначена для приема виноматериала одного сорта. Все
резервуары батареи соединяют между собой параллельно и обору-
дуют мешалками. После тщательного перемешивания сортовые
виноматериалы в заданных количествах направляют через рота-
метры в общий объединенный поток для приготовления купажа и
последующей его обработки. Количество отдельных виноматериа-
лов в составе купажа устанавливают на основании органолепти-
ческой оценки, проводимой дегустационной комиссией предпри-
ятия, с учетом их химического состава и физико-химических
свойств.
В объединенный поток смеси виноматериалов непрерывно до-
зируют растворы танина и рыбного клея. При необходимости до-
бавляют суспензии бентонита или другого дисперсного минерала,
допущенного к применению в винодельческой промышленности.
Дозировки осветляющих веществ устанавливают пробными обра-
ботками, проводимыми в лабораторных условиях.
Купаж пропускают в потоке через последовательно соединен-
ные резервуары для хорошего перемешивания, затем сепарируют,
фильтруют и подвергают контрольной выдержке в потоке в тече-
242
ние 0,5—1 сут. Если после контрольной выдержки в вине появится
осадок берлинской лазури, вино вторично фильтруют. Прозрач-
ное вино направляют на биологическое обескислороживание и
обогащение продуктами автолиза дрожжей.
Биологическое обескислороживание имеет большое значение
дчя повышения качества и типичности шампанского: оно обеспе-
чивает удаление из вина кислорода, снижение ОВ-потенниала,
обогащение вина веществами, обладающими восстанавливающи-
ми свойствами, а также поверхностно-активными, улучшающими
букет, вкус и типичность шампанского.
Лучшим способом обескислороживания является обработка
вина"в потоке в установке (рис. 8.3), состоящей из последователь-
но соединенных вертикальных резервуаров (ферментаторов), за-
полненных насадкой, на поверхности которой фиксируются
дрожжевые клетки. До поступления на обескислороживание в ку-
паж вводят разводку дрожжей чистой культуры в количестве 2—
3 млн/см3 дрожжевых клеток. Дрожжи, поступающие в аппарат
вместе с купажом, равномерно распределяются на поверхности
насадки. Процесс проводят при температуре 10—12 °C. Если вино
имеет более высокую температуру, его охлаждают.
Дрожжи активно потребляют растворенный кислород и кисло-
род пероксидов. Поэтому при прохождении вина через зону на-
садки содержание в нем растворенного кислорода понижается с
4—5 мг/дм3 до 0 в течение 2—3 ч, вино обогащается биологически
активными веществами, снижается его ОВ-потенциал, уменьша-
ется содержание в нем альдегидов и диацетила. Наряду с этим по-
вышаются восстановительная способность вина и активность фер-
ментов, увеличивается содержание общего и аминного азота в ре-
зультате автолиза дрожжевых клеток, которые являются источни-
Р,1С- 8.3. Аппаратурно-технологическая схема ускоренного биологического обескис-
лороживания вина:
вол^Р7'1НТа™РЬ1; ^“Теплообменники; 3—резервуары; 5 —фильтр; 6 — винопровод раз-
сепаратор; <Уи 9—трубопроводы для подачи концентрированной дрожжевой куль-
туральной жидкости и дрожжевой разводки
243
ком ряда биологически активных веществ, способствующих ин-
тенсификации биохимических процессов в вине.
После обескислороживания купаж разделяют на два параллель-
ных потока. Один из них проходит через батарею резервуаров, где
купаж выдерживают, второй направляют в емкости для накопле-
ния резерва купажа, необходимого для исключения перебоев с по-
ступлением виноматериалов в течение 1 года. Затем купаж в слу-
чае необходимости дополнительно обескислороживают и направ-
ляют на обработку теплом. Сначала его подогревают в теплооб-
меннике до 40 °C, используя в качестве теплоносителя нагретое
вино, а затем нагревают до температуры 55—60 °C и выдерживают
с целью пастеризации в течение 12—24 ч. Пастеризованную смесь
охлаждают в теплообменнике потоком холодного вина, поступаю-
щего на пастеризацию, и окончательно охлаждают холодной во-
дой до температуры 10—15 °C. Перед охлаждением в поток купажа
дозировочным насосом вводят резервуарный ликер в количестве,
необходимом для доведения концентрации сахара в купаже до
22 г/дм3.
Резервуарный ликер готовят так же, как тиражный, и перед ис-
пользованием в производстве выдерживают не менее 30 сут. В го-
товый резервуарный ликер после фильтрования рекомендуется
вносить дрожжевую разводку из расчета содержания в нем клеток
дрожжей не менее 15 млн/см3.
В производстве шампанского непрерывным способом размно-
жение дрожжей и накопление их биомассы проводят отдельно от
процесса вторичного брожения, что дает возможность создавать и
поддерживать наиболее благоприятные технологические условия
для эффективного прохождения каждого из этих процессов.
В производстве шампанского непрерывным способом приме-
няются специальные способы культивирования дрожжей, которые
обеспечивают улучшение их функциональной деятельности и
приспособление к жестким условиям среды обитания На круп-
ных заводах шампанских вин дрожжи культивируют в поточной,
непрерывно обновляемой среде в условиях одинакового ее исход-
ного состава и одинаковой температуры. Применяют два способа
культивирования дрожжей: гомогенно-непрерывный и градиент-
но-непрерывный.
При гомогенно-непрерывном способе культивирование дрож-
жей проводят в установке, состоящей из дрожжевого аппарата и
активатора (рис. 8.4). В дрожжевом аппарате происходит размно-
жение дрожжей и накопление их биомассы, а в активаторе дрож-
жи адаптируются к условиям вторичного брожения при повышен-
ном давлении диоксида углерода.
В дрожжевой аппарат подают раздельно бродильную смесь или
пастеризованный купаж и резервуарный ликер. Содержание саха-
ра в среде поддерживают в пределах (0,5—0,7 г)/100 см3. Для улуч-
шения азотистого питания растущих дрожжевых клеток вводят ра-
244
РИС 8.4. Аппаратурно-техно-
логическая схема двухстадий-
ного культивирования дрож-
гомогенно-непрерывным
способом (по Н.Г.Сариш-
вили):
/ — дрожжевые аппараты; 2— ак-
тиватор, 3-дозирующие агрега-
ты; 4 — электроприводы
створ аммиака в количестве 10—15 мг/дм3. Одновременно среду
аэрируют путем подачи через барботер предварительно обеспло-
женного воздуха в количестве до 0,5дм3/мин на 1 дм3 культураль-
ной жидкости. Затем дрожжевая разводка проходит в потоке в те-
чение 5 ч через активатор, в котором дрожжи в анаэробных усло-
виях перестраивают свой обмен веществ с дыхания на брожение
при температуре 8—10 °C и давлении 400 кПа.
При непрерывных способах культивирования дрожжей для
обеспечения в дрожжевых аппаратах интенсивного массообмена,
необходимого для подвода к дрожжевым клеткам достаточного
количества компонентов питательной среды и отвода от клеток
продуктов их метаболизма, культуральную среду непрерывно пе-
ремешивают в интенсивном режиме.
Готовая дрожжевая разводка при любом способе получения
должна иметь достаточно большую концентрацию клеток (90—
100 млн/см3), находящихся в физиологически активном состоя-
нии, адаптированных к высокой спиртуозности среды (11 —
12 об. %), повышенной активной кислотности (pH 2.8—3,2), диок-
сиду серы, высокой концентрации СО2 и низким температурам
(10—12 °C). Наряду с этим дрожжевая разводка должна иметь низ-
кий ОВ-потенциал и содержать небольшое количество продуктов
анаэробного обмена дрожжей.
Шампанизацию (вторичное брожение) вина при непрерывном
способе в отличие от резервуарного периодического и бутылочно-
го проводят не в статических условиях, а в условиях потока вина,
осуществляемого как в процессе брожения, так и при последую-
щих обработках. По расходу (скорости) и режиму движения поток
вина регламентируют в соответствии с технологическими требова-
иями и поддерживают на постоянно заданном уровне.
в ноток бродильной смеси, поступающей на вторичное броже-
е, дозирующим насосом вводят дрожжевую разводку и повыша-
рОнцентрацию дрожжевых клеток в смеси до 3—5 млн/см3.
То асх°Д потока бродильной смеси устанавливают с таким расче-
мен’е41!^1’1 за весь период вторичного брожения сбраживалось не
е 1 о г сахара в 1 дм3 вина. Вторичное брожение проводят в те-
245
чение 17—18 сут при температуре 10—15 °C, избыточном давлении
около 500 кПа и коэффициенте потока К = 0,00245. Последний ха-
рактеризует интенсивность (производительность) процесса непре-
рывной шампанизации:
к= г0/И,
где Ио —объем бродильной смеси и дрожжевой разводки, поступающий на вто-
ричное брожение в течение I ч, дал; Й, — общая полезная вместимость бродиль-
ных аппаратов и биогенераторов (за вычетом объема, занимаемого насадкой), дал.
Такие условия обеспечивают достаточно глубокое прохождение
биохимических и физико-химических процессов, формирующих
типичные качества шампанского.
В процессе непрерывной шампанизации с помощью средств
автоматики контролируют и регулируют ход вторичного броже-
ния. Содержание сахара в бродящей смеси и физиологическое со-
стояние дрожжей определяют не реже 1 раза в 30 сут, а на выходе
из бродильного аппарата и в биогенераторе — еженедельно. Рас-
ходы бродильной смеси и дрожжевой разводки, а также давление
контролируют ежечасно.
Вторичное брожение в потоке ведут практически до полного
сбраживания сахара, т е. в режиме, при котором из бродильного
аппарата выходит вино марки «брют». При сбраживании на брют
улучшаются условия для автолиза дрожжей и накопления в вине
полезных продуктов.
Для шампанизации вина в потоке используют установки раз-
личного типа: батарейные, одноемкостные многокамерные, с на-
садкой.
Установка батарейного типа (рис. 8.5) состоит из 6—8 бродиль-
Рис. 8.5. Схема установки батарейного типа для шампанизации вина в непрерывном
потоке:
У —ротаметр на входе бродильной смеси в аппарат; 2— бродильные резервуары без насадки,
3 бродильные резервуары с насадкой, 4 — теплообменники для охлаждения вина; 5 — рота-
метр на выходе вина из аппарата
246
ных резервуаров, рассчитанных на работу при внутреннем давле-
нии 500 кПа.
В линии непрерывной шампанизации резервуары соединены
винопроводами и вспомогательными коммуникациями. Недоста-
ток установок батарейного типа состоит в том, что они не обеспе-
чивают оптимальный режим потока для наиболее эффективного
протекания процесса шампанизации.
Вино, прошедшее вторичное брожение, подвергают дальней-
шей обработке, при которой протекают биохимические процессы,
способствующие накоплению веществ, улучшающих вкус, букет и
типичность шампанского.
После вторичного брожения вино пропускают в потоке через
биогенераторы, в которых оно обогащается биологически актив-
ными веществами дрожжевых клеток. Биогенератор представляет
собой вертикальный цилиндрический резервуар с насадкой, на
поверхности которой находится большое количество дрожжевых
клеток. В биогенераторе вино контактирует с дрожжами не менее
36 ч.
После прохождения через биогенераторы вино объединяют в
общий поток и направляют в теплообменник-охладитель, в кото-
ром оно охлаждается до температуры минус 3 — минус 4 °C. Ох-
лаждение проводят быстро, в течение нескольких минут, чтобы
исключить выпадение винного камня в готовом шампанском.
Охлажденное шампанское направляют в термосы-резервуары
для выдержки в условиях низкой температуры. Термосы-резерву-
ары имеют насадку и термоизоляцию, обеспечивающую поддер-
жание температуры вина на постоянном уровне. В процессе вы-
держки вино обрабатывают холодом, в результате чего оно стано-
вится более стабильным, освобождается от значительного количе-
ства дрожжей и веществ, выпадающих в осадок при воздействии
холода. Охлажденное шампанское выдерживают в потоке не ме-
нее 24 ч.
После выдержки в термосах-резервуарах в вино вводят экспе-
диционный ликер в количестве, необходимом для обеспечения
требуемого содержания сахара в выпускаемой марке шампанско-
го. Экспедиционный ликер готовят так же, как при бутылочном
способе производства шампанского. Точное дозирование экспе-
диционного ликера и равномерное распределение его в массе
шампанского достигают с помощью специальных устройств.
После внесения экспедиционного ликера шампанское фильт-
руют или осветляют другими способами до полной товарной про-
зрачности. Фильтрование проводят на специальных фильтрах в
У ловиях повышенного давления и низкой температуры. В про-
в ссе Фильтрования температура шампанского должна быть не
Ф.е 3 °C, а давление — не ниже 350 кПа.
кот СВеТЛенное шампанское поступает в приемные резервуары, в
°Рых его выдерживают не менее 6 ч при постоянной низкой
247
температуре, а затем подают на розлив в бутылки Чтобы исклю-
чить выделение из шампанского диоксида углерода, в приемных
резервуарах поддерживают постоянное давление путем подачи
СО2 из баллонов.
Бутылки перед розливом желательно охлаждать до температуры
минус 1— минус 2 °C во избежание вспенивания вина и потерь
диоксида углерода. Непосредственно перед заполнением из буты-
лок удаляют воздух путем вакуумирования или другим способом
Розлив проводят по уровню в мягком динамическом режиме, при-
ближающемся к ламинарному. При таком режиме розлива исклю-
чается дешампанизация вина, в шампанское попадает минималь-
ное количество воздуха, уменьшаются потери вина и диоксида уг-
лерода. В процессе розлива температура вина в бачке разливочной
машины должна быть не выше 1 °C, а давление — не ниже
200 кПа.
После розлива шампанского и укупорки бутылок они по
партиям поступают на контрольную выдержку, которую проводят
при температуре 17—25 °C не менее 5 сут. В процессе выдержки
каждую партию шампанского подвергают химико-микробиологи-
ческому анализу и органолептической оценке.
После выдержки проводят бракераж на качество укупорки, от-
сутствие помутнений и посторонних включений.
Контрольная выдержка — трудоемкая операция, требующая
больших площадей. Она может быть заменена термической обра-
боткой бутылок с шампанским в специальных камерах. При шам-
панизации вина в условиях сверхвысокой концентрации дрожжей,
когда гарантируется достаточно высокая стабильность шампанс-
кого, контрольную выдержку не проводят.
В настоящее время многие заводы шампанских вин применяют
способ шампанизации вина в условиях сверхвысокой концентра-
ции дрожжей, разработанный Н. Г. Саришвили с сотрудниками
(рис. 8.6). По этому способу технологический процесс протекает
следующим образом. Обработанный купаж, содержащий резерву-
арный ликер, охлаждают в теплообменнике до температуры 6—
7 °C, фильтруют и подают насосом-дозатором на шампанизацию в
аппараты с насадкой. В первый аппарат бродильная смесь посту-
пает сверху, выводится снизу, а во второй — наоборот. Такая схема
потока создает наиболее благоприятные условия для распределе-
ния дрожжевых клеток на поверхности насадки и в массе вина.
В первом аппарате проходит преимущественно процесс вто-
ричного брожения, во втором — вино обогащается биологически-
ми и поверхностно-активными веществами дрожжевых клеток.
Вторичное брожение проводят при температуре 10—12 °C, обеспе-
чивая содержание сахара в вине на выходе из первого бродильного
резервуара не более 0,6 г/100 см3 и из второго — 0,3 г/100 см3.
Шампанизируемое вино из второго аппарата поступает на вы-
держку в батарею резервуаров. Затем его охлаждают в теплообмен-
248
Рис. 8.6. Аппаратурно-технологическая схема получения шампанского в условиях
сверхвысокой концентрации дрожжей:
х — хладоноситель; т — теплоноситель; / — насос; 2 — ферментатор; 3 и 23—резервуары для
обработки холодом; 4, 12 и 20— теплообменники-охладители; 5 и 19— резервуары для обра-
ботки вина теплом; 6 и 18— теплообменники-подогреватели; 7и 73—фильтры; 8— воздухо-
дувка; 9— воздушный фильтр; 10— аппарат для приготовления дрожжевой разводки; 11 — ак-
тиватор; 14— насос-дозатор; 15— ротаметр; 16— аппараты для вторичного брожения и биоге-
нерации; 17— резервуары для выдержки шампанизированного вина; 21 и 22— резервуары для
ликеров (соответственно резервуарного и экспедиционного); 24— приемный резервуар для го-
тового шампанского
нике до температуры минус 3— минус 4 °C и выдерживают при
этой температуре в течение 24 ч в аппаратах, заполненных насад-
кой. После выдержки в вино добавляют экспедиционный ликер
для доведения содержания сахара в шампанском до требуемых па-
раметров. Полученное шампанское направляют в приемные тер-
мосы-резервуары и затем на розлив в бутылки. Для улучшения ка-
чества и повышения стабильности готового шампанского оно мо-
жет быть обработано теплом при температуре 45—50 °C в течение
1,5—2 ч.
При шампанизации вина непрерывным способом в условиях
сверхвысокой концентрации иммобилизованных клеток дрожжей,
поданным Н. Г. Саришвили и Е. Н. Сторчевого, интенсифициру-
ются биохимические превращения и восстановительные реакции
благодаря контакту вина с большим количеством дрожжей, нахо-
дящихся в различном физиологическом состоянии. Насадка в ап-
паратах непрерывной шампанизации обеспечивает равномерность
потока и способствует дифференцированному распределению
Рожжевых клеток в соответствии с их физиологической активно-
ппЬ1к’ В РезУДьтате условия проведения процесса шампанизации
соб ЛИЖаютСЯ к Условиям основных периодов бутылочного спо-
а производства шампанского при значительном сокращении
л продолжительности.
249
Для повышения качества шампанского, получаемого непре-
рывным способом, вино, прошедшее шампанизацию на марку
«брют», дополнительно выдерживают в системе резервуаров в по-
токе или в аппаратах периодического действия при температуре
не выше 25 °C при условиях, исключающих проникновение возду-
ха и потери вином диоксида углерода. В процессе выдержки про-
должаются биохимические процессы, которые обеспечивают со-
зревание и дальнейшее развитие букета и вкуса шампанского.
После обработки холодом и введения экспедиционного ликера
выдержанное шампанское разливают в бутылки. По такой техно-
логии при выдержке в течение 6 мес готовят «Золотое» шампанс-
кое.
Периодический способ. Этот способ производства шампанского
предусматривает проведение вторичного брожения в статических
условиях в крупных герметизированных металлических резервуа-
рах — акратофорах с последующим охлаждением шампанизиро-
ванного вина до температуры минус 4—минус 5 °C, фильтровани-
ем в условиях повышенного давления и розливом осветленного
шампанского в бутылки под давлением на специальных машинах.
Периодический способ шампанизации вина в акратофорах в на-
стоящее время утратил свое значение и в производстве шампанс-
кого применяется редко. Он используется главным образом в про-
изводстве игристых вин других типов.
Существует несколько технологических схем резервуарной пе-
риодической шампанизации. По технологии, разработанной
А. М. Фроловым-Багреевым, в акратофорную бродильную смесь
вместе с резервуарным ликером вводят все количество сахара, не-
обходимое как для вторичного брожения, так и для достижения в
готовом шампанском содержания сахара, соответствующего вы-
пускаемой марке (г/дм3): брют — 22, сухое — 52, полусухое — 72,
полусладкое — 102, сладкое—122. Допустимые отклонения от
указанного количества сахара в акратофорной смеси составляют
не более ±2 г/дм3.
Для выравнивания параметров в бродильную смесь разрешает-
ся вносить лимонную кислоту, чтобы повысить титруемую кис-
лотность смеси не более чем на 1 г/дм3, а также диоксид серы до
20 мг/дм3. Для приготовления акратофорной смеси используют
розливостойкие шампанские виноматериалы (купажи), прошед-
шие полный цикл технологической обработки. Кроме резервуар-
ного ликера в смесь вводят разводку чистых культур дрожжей с
доведением концентрации дрожжевых клеток до 2—3 млн/см3.
Вторичное брожение в акратофорах проводят при температуре
не выше 15 °C. Ход брожения регулируют изменением темпера-
туры с таким расчетом, чтобы суточный прирост давления после
достижения 80 кПа не превышал 30 кПа. Вторичное брожение
должно протекать не менее 20 сут при общей продолжительности
250
процесса шампанизации в акратофоре 25 сут. В результате шам-
панизации сбраживается не менее 18 г/дм3 сахара и достигается
конечное рабочее давление в акратофоре 400 кПа при температуре
Ю’С.
По окончании вторичного брожения и установления парамет-
ров, соответствующих выпускаемой марке, шампанское в акрато-
форе охлаждают до температуры минус 3—минус 5 °C (в зависимо-
сти от марки) в течение не более 18 ч, а затем выдерживают при
температуре охлаждения не менее 48 ч. Состав шампанского, об-
работанного холодом, проверяют на соответствие государствен-
ным стандартам, после чего вино фильтруют и направляют на роз-
лив. Фильтрование проводят при температуре не выше минус 2 —
минус 3 °C и давлении не менее 350 кПа, чтобы избежать дешам-
панизапии и сохранить типичность шампанского, сложившуюся
при вторичном брожении.
Периодическим способом получают шампанское более низкого
качества, чем непрерывным и бутылочным. В нем не в полной
мере развиты вкус и букет, характерные для выдержанного шам-
панского, оно имеет более или менее выраженные тона окислен-
ности, ему присуши худшие игристые и пенистые свойства. Это
объясняется тем, что резервуарная смесь, поступающая в акрато-
форы, содержит кислород, а вино в процессе периодической шам-
панизации не обогащается в достаточной мере ферментами и про-
дуктами автолиза дрожжей.
Для частичного улучшения качества шампанского, получае-
мого периодическим резервуарным способом, рекомендуется
обескислороживать купажи и обрабатывать их теплом при темпе-
ратуре 55—60 °C в течение 12—24 ч. В этом случае резервуарный
ликер вводят в процессе тепловой обработки, затем смесь охлаж-
дают до температуры 15—17 °C, вносят дрожжевую разводку и
после тщательного перемешивания направляют на вторичное
брожение.
При получении шампанского любой марки в акратофорную
смесь вносят сахар в количестве 22 г/дм3 и сбраживают весь сахар,
а затем дозируют экспедиционный ликер до содержания сахара,
соответствующего каждой марке выпускаемого шампанского. Для
лучшего сохранения типичности и уменьшения потерь на розливе
проводят предварительное фильтрование шампанского с последу-
ющим переводом изакратофора в другой охлажденный приемный
Резервуар, в котором осветленное шампанское выдерживают не
менее 6 ч при указанных выше условиях. После выдержки шам-
панское разливают в бутылки без фильтрования при соблюдении
ех Же условий, что и при розливе шампанского, получаемого не-
Рерывным способом.
'“Оиласно ГОСТ 13918 Советское шампанское должно иметь
едующие органолептические и физико-химические показатели.
251
Прозрачность
Цвет
Вкус
Букет
Игристые свойства
Прозрачное, без осадка и посторонних включений
Светло-соломенный с оттенком от зеленоватого ло
золотистого
Гармоничный, характерный для шампанского соот-
ветствующего наименования, без посторонних при-
вкусов и тонов окисления
Развитый, тонкий, соответствующий шампанскому
Обильное вспенивание в бокале, длительное выделе-
ние пузырьков углекислоты
Содержание спирта, об. %
Содержание сахара в Советском шампанском (в пересчете
на инвертный), г/100 см3:
брют
сухое
полусухое
полусладкое
сладкое
Содержание летучих кислот (в пересчете на уксусную кислоту),
г/дм3, не более
Содержание, мг/дм3, не более:
общей сернистой кислоты
в том числе свободной
железа
Титруемая кислотность (в пересчете на винную кислоту), г/дм3
Давление углекислоты в бутылке при температуре 10 °C, МПа,
не менее
10,5-12,5
До 0,3
3,0-3,5
5,0-5,5
8,0-8,5
10,0-10,5
1,2
200
20
12
6,0-8,5
0,15
Гарантийный срок хранения Советского шампанского 4 мес со
дня выпуска с предприятия при хранении бутылок при температу-
ре 8—16 °C.
Глава 9
ТЕХНОЛОГИЯ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ ВИН
Плодово-ягодное вино — это напиток, получаемый путем
спиртового брожения сока или мезги свежих плодов и ягод или
сока, полученного из предварительно подброженной мезги, с до-
бавлением спирта (за исключением вин, содержащих избыток ди-
оксида углерода, столовых и некрепленых) и сахара.
В целом технология плодово-ягодных вин имеет много общего
с технологией виноградных вин, так как в их основе лежат одни и
те же принципы, требующие последовательного проведения опре-
деленных технологических операций. Различие же заключается в
химическом составе и технологических свойствах сырья, исполь-
зуемого для приготовления плодово-ягодных и виноградных вин.
Все последующие особенности технологии обусловлены необхо-
димостью дифференцированного подхода к продуктам перера-
ботки плодов и ягод, содержащих в силу видовых особенностей
различное количество сахаров, кислот, фенольных соединений,
пектинов и других важных в технологическом отношении ком-
понентов.
Виноград — исключительная по технологическим свойствам
ягода, так как содержит сахара и кислоты именно в таком количе-
стве и соотношении, которые позволяют получать напиток с оп-
тимальными вкусовыми качествами. В то же время плоды и ягоды,
используемые в виноделии, в большинстве случаев уступают ви-
нограду. Если содержание сахара в винограде достигает 24 % и
выше, то для земляники этот показатель обычно не превышает
9 %, для малины — 11 %, а для яблок обычно находится в пределах
6—12 %. Это вынуждает использовать при брожении (в случае
приготовления некоторых типов плодово-ягодных вин) свекло-
вичный сахар для получения требуемого наброда спирта.
Кислотность плодов и ягод колеблется в очень широких пределах.
Если для груши средняя кислотность составляет лишь 2—5 г/дм3, то
Для вишни она может достигать 25 г/дм3, а для черной смороди-
ны — 40 г/дм3. Поэтому далеко не из каждого вида плодов или
ягод можно получить вино, содержащее оптимальное количество
кислот, без использования технологических приемов, регулирую-
щих кислотность. Если, например, в яблочные или айвовые вина
Для достижения гармоничной кислотности в ряде случаев требует-
253
ся внесение лимонной кислоты, то для получения гармоничных
вин из высококислотных ягод — смородины, вишни, клюквы —
приходится добавлять воду.
Смешиванием соков высококислотных плодов и ягод с низко-
кислотными соками плодов удается получить гармоничные вина
без добавления воды; что благоприятно сказывается на их каче-
стве. Кроме того, разнообразие плодов и ягод, используемых в
плодово-ягодном виноделии, позволяет выпускать широкий ас-
сортимент вин с совершенно различными вкусовыми достоин-
ствами, удовлетворяющими любой вкус потребителя.
Для приготовления плодово-ягодных вин кроме соков исполь-
зуют сахар, спирт, лимонную кислоту, воду, а для некоторых ти-
пов вин — мед, настои различных трав и растений, дубовый экст-
ракт и другие компоненты, что позволяет получать оригинальные
вина широкого ассортимента.
9.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ ВИН
Плодово-ягодные вина, как и виноградные, разделяются на
вина тихие и вина, содержащие избыток диоксида углерода.
Тихие вина включают вина столовые, некрепленые, крепле-
ные, медовые, ароматизированные и специальные.
Столовые вина содержат 10—13 об. % спирта. В зависимости от
содержания сахара они делятся на сухие (не более 0,3 % сахара),
полусухие (1—3 %) и полусладкие (5—8 %).
К некрепленым винам относятся сладкие вина, содержащие
13—16 об. % спирта естественного наброда и 10—16 % сахара.
Крепленые вина делятся на крепкие (16—18 об. % спирта и 5—
8 % сахара), сладкие (14—16 об. % спирта и 10—18 % сахара) и ли-
керы (13—16 об. % спирта и 20—30 % сахара).
Медовые вина включают крепкие (16—18 об. % спирта и 8—
40 % сахара), сладкие (14—16 об. % спирта и 16—20% сахара) и
ликеры (14 об. % спирта и 30 % сахара).
Ароматизированные вина могут быть крепкими (16—18 об. %
спирта и 5—10% сахара), сладкими (14—16 об. % спирта и 13—
16 % сахара) и ликерными (14—16 об. % спирта и 20—25 % сахара).
Специальные плодово-ягодные вина крепкие (16—19 об. %
спирта и 0,2—8% сахара) и некрепленые (14—17 об. % спирта и
0,2—8 % сахара) готовят по технологии мадеры или хереса.
Вина, содержащие избыток диоксида углерода, делятся на ши-
пучие, искусственно насыщенные СО2, и игристые, изготовляе-
мые вторичным брожением виноматериалов в герметично закры-
тых резервуарах.
Шипучие вина содержат 10—13 об. % спирта и 3—5 % сахара,
сидры шипучие (готовят из яблок) — не менее 5 об. % спирта и
0,3—5 % сахара.
254
Игристые вина содержат 11 — 12 об. % спирта и 1—5% сахара;
сидры игристые — не менее 7 об. % спирта и 0,3—5 % сахара. Кис-
лотность всех типов плодово-ягодных вин находится в пределах
5—8 г/дм3.
В зависимости от использованного основного сырья все плодо-
во-ягодные вина делят на сортовые и купажные. Сортовые вина
готовят из одного сорта или смеси сортов одного вида плодов или
ягод. При этом в купажах сортовых вин допускается использова-
ние до 20 % других видов плодов и ягод, не нарушающих общий
характер вина. Для приготовления купажных вин используют
смесь различных видов плодов и ягод.
По цвету все плодово-ягодные вина делят на белые, розовые и
красные.
Тихие вина по качеству делят на марочные, изготовленные из
определенных сортов плодов и ягод и выдержанные в течение ус-
тановленных сроков (от 2 мес до 1 года), и ординарные, поступаю-
щие на реализацию без выдержки.
9.2. СЫРЬЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В ПЛОДОВО-ЯГОДНОМ
ВИНОДЕЛИИ
Для производства плодово-ягодных вин используют семечко-
вые и косточковые плоды, а также ягоды.
Химический состав плодов и ягод, используемых в плодово-
ягодном виноделии, варьирует в значительных пределах (табл.
9.1).
Таблица 9.1
Химический состав плодов и ягод
Показатель Содержание в плодах и ягодах, %
1 1
— семечковых | косточковых | ягодах
Вода Углеводы: 72,9—82,4 81.7-84.9 78,7—90,5
глюкоза 0,9-5,6 0,1-7,6 1,1—4,6
фруктоза 6,0—11,8 0,9-7,0 1,6—6,45
сахароза 0,4-5,3 0,10-10,4 0-3,14
пектиновые вещества 0,1-1,6 0,28—0,9 0,1-1.8
(Са-пектат) Органические кислоты (в пере- 0,1-3,1 0,3-3,0 0,6-3,6
Дсте на яблочную) ^ночьные соединения 0,02-0,61 0,04-0,75 0,12-0,50
ЗотаИСТЫе вешества 0,2-1,5 0,4-1,3 б,5-1,9
0,30-0,33 0,49-0,61 0,1-1,0
Основную массу углеводов в плодах и ягодах составляют сахара
‘глюкоза, фруктоза и сахароза). В плодах всегда содержатся глю-
Коза и фруктоза, в то время как сахароза может отсутствовать. Так,
255
в красной смородине, чернике, облепихе, морошке и кизиле она
не обнаружена. В семечковых плодах преобладает фруктоза, а в
косточковых содержание сахарозы может быть больше, чем глю-
козы и фруктозы.
В плодах и ягодах содержится большое количество пектиновых
веществ, которые создают определенные трудности при перера-
ботке отдельных видов плодово-ягодного сырья (яблок, слив и
др.). С ними может быть связано также повышенное содержание
метилового спирта в крепких напитках. Содержание и состав пек-
тиновых веществ в плодах и ягодах варьируют в зависимости от
сорта плода, географической зоны его произрастания, метеороло-
гических условий среды и агротехнических условий возделывания.
Органические кислоты представлены в плодах и ягодах в ос-
новном яблочной, лимонной, изолимонной и хинной. Яблочная
кислота содержится во всех плодах, за исключением цитрусовых и
клюквы. Поэтому общую кислотность плодов выражают в пере-
счете на яблочную кислоту.
Фенольные соединения (антоцианы, флавонолы) определяют
окраску плодов и ягод, влияют на вкус. С ними связано также
ферментативное взаимодействие (покоричневение) яблок, груш и
других плодов в присутствии а-дифенолоксидазы, окисляющей
катехины. Терпкость ряда плодов (рябины, черной смородины), а
также горечь (некоторых сортов яблок) связаны с продуктами
конденсации флавоноидов (катехинов, лейкоантоцианидинов).
Содержание азотистых веществ в плодах и ягодах составляет
0,2—1,9%. Значительная часть их приходится на долю белковых
веществ, что затрудняет брожение в связи с недостатком в соке ус-
вояемых форм азотистых соединений. Состав свободных амино-
кислот плодов и ягод и их амидов качественно близок. Различия
состоят в их количественном содержании. Так, в яблоках, напри-
мер, преобладают аспарагин, аспарагиновая и глутаминовая кис-
лоты, в грушах — аланин и пролин, в ягодах — аланин и глутамин.
Наиболее богаты азотистыми веществами смородина (1,2—
1,7 %), земляника (1,4—1,7 %), малина (0,9—1,9 %), ежевика (0,6—
1,4%), рябина (0,96—1,5%), вишня (0,9—1,3%); меньше азотис-
тых соединений содержат яблоки (0,2—0,7 %), груши (0,3—0,7 %),
айва (0,5—0,8 %), сливы (0,5—9 %), брусника (0,6—9 %).
Плоды и ягоды содержат активные окислительные ферменты.
Во всех плодах высокой активностью обладает пероксидаза. Явля-
ясь одним из наиболее термоустойчивых ферментов, она служит
показателем эффективности тепловой обработки при консервиро-
вании плодов и овощей.
Гидролитические ферменты представлены в плодах и ягодах
амилазами, протеолитическими и пектолитическими ферментами-
Активность пектинэстеразы в яблоках и грушах незначительна и
зависит от сорта. Она повышается в стадии перезревания. Полига-
лактуроназа найдена в сливах, грушах и яблоках.
256
Некоторые плоды и ягоды богаты витаминами, в частности ви-
тамином С. Так, в шиповнике его в среднем содержится 100—
4500 мг%, в черной смородине и облепихе —до 200, рябине —70,
землянике садовой — 60 мг%; бедны им вишня, черешня, клюква,
брусника — 15 мг%, яблоки—13, черника, слива садовая—10,
груши — 5 мг%.
Эфирные масла изучены слабо. Работы ученых за последние
несколько лет позволили определить более подробно состав эфир-
ных масел отдельных плодов, например яблок, вишни. Так, в яб-
лочном соке содержится 118—142 мг/дм3 эфирных масел. В соста-
ве эфирного масла яблок идентифицировано 26—30 различных со-
единений, в том числе 10—11 спиртов, 6—9 эфиров, 5 жирных
кислот, 2—3 терпеноида, 2 альдегида.
Примерно такой же состав имеет и эфирное масло вишневого
сока. Правда, в его состав входит несколько больше терпеновых
соединений.
Минеральные вещества содержатся в плодах и ягодах в количе-
стве 0,24—1,16 %. В состав золы входят К, Na, Са, Mg, Fe, Мп, Р, S
и другие элементы. Преобладающими являются К, Са и Р. В не-
больших количествах обнаружены в плодах и ягодах Zn, Си, Со, I,
С1. Как правило, содержание минеральных веществ в соке доста-
точно для нормальной жизнедеятельности дрожжей при броже-
нии.
Химический состав сырья, используемого в плодово-ягодном
виноделии, значительно отличается от состава винограда. В пло-
дах и ягодах общее содержание сахаров низкое, а кислот — более
высокое, чем в винограде. Поэтому сырье для плодово-ягодного
виноделия характеризуется низкой величиной глюкоацидометри-
ческого показателя. Так, например, для яблок лесных он составля-
ет 5,8—8,8; Апорта зимнего — 20; Антоновки — 9—13,3; абрико-
сов—7,2. Кроме того, в плодах и ягодах содержание усвояемых
форм азотистых веществ незначительно, а пектиновых соедине-
ний — велико. Эти особенности плодово-ягодного сырья привели
к необходимости включения в технологические схемы их перера-
ботки отдельных приемов, не нашедших применения в виноград-
ном виноделии, например разбавление соков водой.
9.3. ПЕРЕРАБОТКА ПЛОДОВ И ЯГОД
Для приготовления плодово-ягодных вин используют плодово-
ягодные соки свежие, сброженно-спиртованные, спиртованные,
плодово-ягодные экстракты, а также этанол, сахарозу (сахар-пе-
ок или рафинад), мед натуральный, воду питьевую, водно-спир-
Ки^1е наст°и плодов и различных частей растений, лимонную
Сброженно-спиртованные соки готовят сбраживанием свежих
257
соков не менее чем до 5 об. %, а в случае высококислотных — до
8 об. % спирта с последующим доведением их крепости не менее
чем до 16 об. %.
Спиртованные соки получают спиртованием свежих соков до
16 об. % Их разрешается использовать в купаже в количестве не
более 25 % от общего объема соков, предназначенных для изготов-
ления вина.
Плодово-ягодные экстракты готовят экстрагированием прессо-
ванных выжимок сульфитированной водой (150—200 мг/дм^ SO2).
Их разрешается добавлять в сусло до брожения вин с таким расче-
том, чтобы при выработке купажных крепленых и ароматизиро-
ванных вин из свежих и сброженно-спиртованных соков с экст-
рактами было внесено кислот в первом случае не более 25 %, во
втором — 10 % суммарного их количества, содержащегося в соках
и экстрактах, входящих в состав купажа.
Плоды и ягоды собирают в стадии технической зрелости. Не-
созревшие плоды дают меньший выход сока с меньшим содержа-
нием экстрактивных, а также ароматических веществ. В перезрев-
ших плодах содержится большое количество растворимых пекти-
новых веществ, что повышает вязкость сока, затрудняет его отде-
ление и последующее осветление. Во время сбора плоды
сортируют и удаляют непригодные для переработки.
Плоды и ягоды на предприятиях должны храниться в специ-
альных охлаждаемых складских помещениях или на крытых сырь-
евых площадках.
Поступившие на переработку плоды и ягоды тщательно моют,
в результате чего удаляются механические загрязнения, а также
микроорганизмы. Мойку следует проводить как можно быстрее, с
тем чтобы не допустить потерь экстрактивных и ароматических
веществ. Вымытые плоды после инспекции следует тотчас же пе-
реработать. Их нельзя оставлять до следующего дня. В зависимос-
ти от вида сырья, его механических свойств применяются различ-
ные режимы мойки. Так, нестойкие к хранению ягоды: земляни-
ку, малину и др., обычно сразу поступающие на переработку, — в
случае необходимости (при сильном загрязнении) моют при мяг-
ких режимах, используя душевые мойки — транспортерную ленту,
на которую подается вода из разбрызгивающего устройства. Се-
мечковые и косточковые плоды моют при более жестких режимах
на моечных машинах различного типа: барабанных, вентилятор-
ных и др.
Измельчение в результате механического воздействия на плоды
и ягоды приводит к разрушению протоплазменной оболочки кле-
ток и облегчению извлечения сока. Степень измельчения сырья
оказывает значительное влияние на выход сока. Он гораздо боль-
ше при равномерном измельчении плодов и ягод до рыхлой мас-
сы, состоящей из частиц определенных размеров. Такое дробле-
ние обеспечивает дренаж при последующем прессовании и луч-
258
шее отделение сока. Величина частиц определяется состоянием
плодовой ткани. Так, для семечковых плодов с плотной тканью
оптимальными размерами частиц являются 2—5 мм. В плодовой
мезге их должно быть не менее 70 %. Косточковые плоды и ягоды,
а также лежалые и перезрелые плоды с мягкой мякотью измельча-
ют на более крупные кусочки размером 6—10 мм. Интенсивное
дробление (до пюреобразного состояния) не рекомендуется. Оно
приводит к меньшему выходу сока, поскольку образующаяся в уп-
лотненной массе корка затрудняет вытекание сока из внутренней
части мезги.
После дробления в мезгу для предохранения ее от окисления, а
также для подавления вредной микрофлоры вводят до 100 мг/кг
SO2.
Предварительная обработка мезги преследует те же цели, что и
предварительная обработка целых плодов. Ее проводят следующи-
ми способами: настаивание мезги с подбраживанием осуществля-
ют в резервуарах, лучше закрытых, снабженных гидравлическим
затвором либо бродильным шунтом. В этом случае ограничивают
контакт мезги с воздухом и возможность развития уксуснокислых
бактерий. После загрузки в резервуар задают разводку чистой
культуры дрожжей в количестве не менее 3 % к объему, мезгу пе-
ремешивают и оставляют на 24—48 ч. Образующийся при подбра-
живании этанол способствует отмиранию растительной ткани,
увеличению проницаемости оболочек клеток и повышению выхо-
да сока.
При тепловой обработке вследствие разрушения клеток плодо-
вой ткани увеличиваются проницаемость протоплазменной обо-
лочки клетки и выход сока. Тепловая обработка снижает вязкость
сока, содержание в нем слизистых веществ, способствует большей
диффузии в сок ароматических соединений и красящих веществ
из кожицы и мякоти, повышает органолептические свойства сока.
Режимы нагревания мезги зависят от вида перерабатываемых пло-
дов и ягод. Так, в случае темноокрашенного сырья длительность
нагревания мезги при температуре 60—70 °C составляет 10 мин;
слив, алычи, ткемали — 15—20 мин при температуре 80—85 °C.
Нагрев мезги можно проводить периодическим способом в резер-
вуарах, снабженных змеевиками или рубашками, либо в выносных
теплообменных аппаратах (типа «труба в трубе») и мезгоподогре-
вателях.
Обработка пектолитическими ферментными препаратами ис-
пользуется в плодово-ягодном виноделии более эффективно, чем
в виноградном, в связи с более высоким содержанием в плодах и
ягодах пектиновых веществ. Увеличение выхода сока составляет
при этом 5—15 %, а скорость его фильтрования возрастает в 2—
Раэа. Для обработки используют ферментные препараты пекта-
морин П10х и Г10х (дозы до 0,03 % от массы мезги) и пектофо-
ндин П10х и ПОх. Обычно для повышения эффективности об-
259
работку ферментными препаратами совмещают с нагреванием.
Предварительно мезгу сульфитируют для предохранения ее от
окисления из расчета 100 мг SO2 на 1 кг мезги. Мезгу семечковых
плодов нагревают до температуры 40—45 °C в течение 10 мин и
выдерживают при этой температуре в течение 3—4 ч, мезгу ягод
обрабатывают по такому же режиму. В производственных услови-
ях такую обработку проводят периодическим или непрерывным
способом.
Сок из плодово-ягодного сырья извлекают после дробления так
же, как и в случае переработки винограда, — прессованием.
В плодово-ягодном виноделии применяют практически все
виды прессов, используемых при переработке винограда.
Извлеченные из раздробленного сырья сусло-самотек и сок
после прессования объединяют. Они составляют сок I фракции.
Поскольку в выжимках после прессования содержится еще значи-
тельное количество экстрактивных и ароматических веществ, ре-
комендуется их извлекать сульфитированной водой (150—200 мг/дм3
SO2). Воду берут в количестве 30 % от массы выжимок. После 6—
12-часового экстрагирования выжимки вновь прессуют. Получен-
ный водный экстракт для повышения содержания в нем сухих ве-
ществ может быть использован вторично для обработки новых
партий выжимок. Экстрактивные вещества выжимок таких ягод,
как вишня, черная смородина, черника и др., извлекают горячей
водой (70—80 °C). Объединенные водные экстракты выжимок со-
ставляют сок II фракции. Он может быть использован при получе-
нии плодово-ягодных вин как отдельно, так и в виде смеси с со-
ком I фракции.
Приготовленные соки обеих фракций сульфитируют до 50—
100 мг/дм3 SO2, осветляют отстаиванием, сепарированием (цент-
рифугированием) либо фильтрованием. Осветленный сок затем
направляют на приготовление вина, сброженно-спиртованных со-
ков либо на консервирование и хранение.
Консервирование соков проводят путем их спиртования до
16 об. % либо насыщением диоксидом углерода с последующим
хранением в металлических резервуарах под давлением 70—80 кПа
при температуре не выше 15 °C.
Сбраживание соков при изготовлении вин и сброженно-спир-
тованных соков проводят, как и в случае виноградного сусла, пе-
риодическим либо непрерывным способом на чистых культурах
винных дрожжей (расы Вишневая 33, Яблочная 7, Малиновая 10)
при температуре брожения 20—25 °C. Если сбраживание проводят
при более низкой температуре, применяют холодостойкие расы
дрожжей (Сидровая 101, Минская 120 и др.). Свежий сок перед
брожением для корректировки состава по кислотности и сахарис-
тости купажируют с другими соками либо чистой водой, удовлет-
воряющей санитарным требованиям, и подсахаривают. При изго-
товлении столовых сухих вин сахар вносят в два приема: сначала
260
2/3 расчетного количества в сок, а остальное — во время броже-
ния.
Сброженно-спиртованные соки готовят путем сбраживания ос-
ветленных соков до содержания остаточного сахара 0,5—0,3 % и
последующего спиртования до 16 об. % спирта. При этом содер-
жание спирта естественного брожения в них должно быть не ме-
нее 5 об. % при кислотности соков до 15 г/дм3 и не менее 8 об. %
при кислотности свыше 15 г/дм3. При необходимости для обеспе-
чения такого количества спирта разрешается добавлять в сок са-
хар.
Разбавление соков водой при изготовлении сброженно-спирто-
ванных соков не допускается.
В связи с небольшим содержанием азотистых веществ в отдель-
ных видах плодов и ягод в соки в качестве дополнительного азоти-
стого питания для дрожжей вносят NH4C1 или (NH4)2HPO4 в ко-
личестве 0,1—0,5 г/дм3.
Сбраживание соков проводят в резервуарах периодическим
способом, а также в установках различных типов, работающих в
непрерывном потоке.
9.4. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ ВИН
В основе технологии плодово-ягодных вин лежат те же техно-
логические приемы (получение виноматериалов, их купажирова-
ние, стабилизация, обеспечение параметров и др.), что и при по-
лучении виноградных вин.
Сухие вина. Белые сухие вина готовят в основном из осенне-
зимних сортов яблок, крыжовника, белой смородины, клюквы, а
также из яблок в сочетании с черной смородиной или черникой.
Красные сухие вина готовят главным образом на основе черной
смородины и черники.
Для приготовления сухого яблочного виноматериала использу-
ют „сок-самотек с добавлением прессовых фракций; диффузион-
ный сок использовать не допускается. В целях повышения каче-
ства и типичности вина кислотность поступающего на брожение
сока корректируют купажированием высококислотных соков с
низкокислотными, сахаристость — добавлением сахара с таким
расчетом, чтобы накопление спирта соответствовало кондицион-
ном крепости вина. Сахар можно вносить весь сразу или в два
риема: сначала 2/3 расчетного количества, а остальное количе-
/й? ~i В° вРемя брожения при относительной плотности сусла
’ ~ 1,005. В первом случае идет несколько большее накопление
бь?ЦеРИна- что улучшает вкус вина, во втором брожение проходит
ЖамТРее‘ С°к сбраживают на чистой культуре дрожжей до содер-
ия остаточного сахара не более 0,3 %. В сок рекомендуется
261
вносить азотистое питание [до 0,3 г/дм3 (NH4)2HPO4 или NH4C1|
либо 25%-й водный раствор аммиака (0,4 мл/дм3). После оконча-
ния брожения виноматериал снимают с осадка, фильтруют и хра-
нят в условиях, исключающих доступ кислорода воздуха.
Сухой черносмородиновый виноматериал готовят одним из
следующих способов: обрабатывают мезгу пектолитическими фер-
ментными препаратами или проводят термическую обработку це-
лых ягод. По первому способу ферментированную мезгу прессуют.
В выжимку добавляют до 30 % воды от массы мезги, сульфитиро-
ванной из расчета 100 мг SO2 на 1 кг мезги, и после 12 ч настаива-
ния вторично прессуют. Основной сок смешивают с диффузион-
ным, разбавляют водой, чтобы обеспечить в готовом вине требуе-
мую кислотность, подсахаривают и сбраживают в тех же условиях,
что и яблочный виноматериал.
По второму способу ягоды обрабатывают острым паром в тече-
ние 20—30 с или 10 мин при 70—80 °C, затем мезгу помещают в
бродильный резервуар, разбавляют водой для понижения кислот-
ности до 12—13 г/дм3, подсахаривают до содержания сахара 8,5—
9,0 % и сбраживают на чистой культуре дрожжей до содержания
остаточного сахара не более 0,3 %. Далее мезгу прессуют для отде-
ления сока. К полученной выжимке добавляют 30 % воды темпе-
ратурой 75—80 °C, настаивают в течение 6—8 ч, периодически пе-
ремешивая, и вторично прессуют. Основной и диффузионный
соки смешивают и, если нужно, разбавляют водой для получения
в готовом вине требуемой кислотности, а также подсахаривают
для наброда требуемого количества спирта, после чего сбражива-
ют. Дальнейшая технология приготовления черносмородинового
виноматериала аналогична технологии яблочного.
Технологический режим производства столовых вин
Процесс Продолжительность, сут
Брожение сока 30—45
Осветление 3—7
Снятие с осадка 1
Обработка виноматериалов 5—18
Отдых 10
Фильтрование и розлив 1
Итого 50—82
Полусухие и полусладкие вина. Полусухие и полусладкие столо-
вые вина готовят из сухих столовых виноматериалов. Обработан-
ные виноматериалы подсахаривают до требуемых кондиций,
фильтруют без выдержки и разливают в бутылки. Сухие виномате-
риалы обрабатывают только при их поставке на другие предприя-
тия. Если сухие виноматериалы используют для выработки полу-
сухих и полусладких вин на предприятии-изготовителе, то обраба-
тывают купажи вин.
Для повышения стабильности в полусухие и полусладкие вина
262
рекомендуется вносить сорбиновую кислоту (150—200 мг/дм3) или
диоксид серы (40 мг/дм3). При отсутствии сорбиновой кислоты
вина сульфитируют с таким расчетом, чтобы в готовом продукте
содержание общей сернистой кислоты не превышало 300 мг/дм3,
свободной — 30 мг/дм3. Разливают вина горячим способом.
Технологический режим производства полусухих и полусладких
столовых вин
Процесс Продолжительность, сут
Из свежих соков
Брожение сусла 30—45
Осветление 3—7
Снятие с осадка 1
Подсахаривание до кондиции 1
Обработка купажа 5—18
Отдых 10
Фильтрование и розлив 1
Итого 51—83
Из сухих виноматериалов
Приготовление сухих виноматериалов 39—71
Купаж и подсахаривание до кондиций 1
Отдых 10
Фильтрование и розлив 1
Итого 51—83
Некрепленые вина. Эта группа вин специфична для плодово-
ягодного виноделия. В нее входят вина с достаточно высокой са-
харистостью и спиртуозностью, полученные без добавления спир-
та-ректификата. Современная технология в отличие от традици-
онной предусматривает одногодичный цикл, в котором длитель-
ность сбраживания сока составляет около 4 мес, так как высокая
концентрация сахара и спирта, а также постепенно понижающая-
ся к зиме температура оказывают ингибирующее действие на про-
цесс брожения. Эта технология позволяет получать плодово-ягод-
ные вина, отличающиеся мягкостью, бархатистостью, слаженным
букетом и вкусом, с высоким содержанием глицерина.
Для получения натуральных вин сок плодов и ягод подсахари-
вают до 270 г/дм3 и сбраживают. Для подсахаривания соков ис-
пользуют сахар-песок, который вносят в два приема: сначала саха-
ра добавляют из расчета получения сахаристости 19—20 %, а по
окончании бурного брожения, когда образуется 11—11,5 об. %
спирта и остается 1,0—1,5 % несброженного сахара, вносят остав-
шееся его количество. Сбраживают сок на дрожжах чистой культу-
ры (2—4 % от объема сока), добавляя в качестве азотистого пита-
Низ'0,3 г/дм3 (NH4)2HPO4 или NH4C1.
брожение проводят при температуре 20—25 °C. Главное броже-
ие продолжается 30—35 сут до получения 11 —12 об. % спирта,
^сбраживание оставшегося сахара — 30—70-сут. По окончании
Рожения виноматериал осветляют отстаиванием или обрабатыва-
263
ют его бентонитом. Через 10—15 сут проводят вторую переливку
виноматериала (при необходимости с фильтрованием) и после от-
дыха направляют на купажирование.
Получение вина требуемых типа и кондиций достигается сме-
шиванием различных виноматериалов, введением необходимого
количества сахара и последующей обработкой купажа. Сортовые
вина готовят из виноматериалов одного наименования. Добавлять
виноматериалы других плодов или ягод разрешается в пределах не
более 20 % от общего объема.
Купажные вина готовят из двух или нескольких видов винома-
териалов. Готовый купаж направляют на выдержку, продолжи-
тельность которой составляет 7 мес. После выдержки вина фильт-
руют и разливают.
Технологический режим производства некрепленых вин
Процесс
Брожение сока
Осветление, отстаивание или обработка
бентонитом
Переливка
Отстаивание
Переливка
Фильтрование
Отдых
Купаж
Выдержка
Фильтрование и розлив
Итого
Продолжительность, сут
120
10
1
10
1
1
9
1
210
2
365
И. А. Мехузла и 3. Б. Макштялене усовершенствовали традици-
онную технологию получения некрепленых вин. Ими доказано,
что повышение дозы азотистого питания до 0,5—0,6 г/дм3, аэра-
ция бродящего сока в течение первых 5—6 сут, а также внесение
до 5 об. % спирта перед брожением позволяют уменьшить про-
должительность брожения со 120 до 20—25 сут, снизить содержа-
ние летучих кислот и улучшить органолептические свойства вина.
Крепленые вина. Основную массу плодово-ягодных вин состав-
ляют крепленые вина. Это обусловлено прежде всего простотой
технологии и возможностью использовать для их производства го-
товые полуфабрикаты — сброженно-спиртованные соки, что по-
зволяет готовить вина данной группы не только на местах перера-
ботки плодов, но и на заводах смешанного типа в промышленных
центрах.
При выработке вин из свежих соков их подготовку к брожению
и сбраживание ведут так же, как и при выработке сброженно-
спиртованных соков. Сброженный сок сульфитируют с таким рас-
четом, чтобы общее содержание сернистой кислоты было не более
200 мг/дм3, осветляют и доводят до кондиций готового вина. Ви-
номатериалы, предназначенные для немедленной реализации, об-
264
рабатывают сразу же после приготовления или одновременно с
купажированием. Виноматериалы, не подлежащие немедленному
розливу, хранят для лучшего осветления в течение 2—3 мес, а за-
тем обрабатывают.
Технологический режим производства крепленых вин из свежих соков
с набродом спирта не менее 5 об. %
Процесс
Брожение
Осветление
Снятие с осадка
Купаж с доведением до кондиций
Обработка купажа
Отдых
Фильтрование и розлив
Итого
Продолжительность, сут
8
3-7
1
1
5-18
10
1
29-46
Ароматизированные вина. Ассортимент ароматизированных вин
довольно широк и продолжает расширяться. Количество лекар-
ственных растений на производство 1 дм3 ароматизированного
вина не должно превышать 1/5—1/3 суточной дозы, оказывающей
лечебный эффект.
Для ароматизации плодово-ягодных вин используют те же ком-
поненты, что и для виноградных. Смеси ингредиентов составляют
из основных компонентов, которые все вместе определяют основ-
ной характер ароматизированных вин, и из дополнительных ком-
понентов, улучшающих состав смесей. Содержание основных
компонентов в классических смесях обычно следующее (%): по-
лыни 5—30, в том числе горькой 2—5; тысячелистника 5—18; чаб-
реца 6—10; кориандра 2—20; мяты 2—10; донника 4—10. Содержа-
ние дополнительных компонентов может составлять (%): корицы
2—10; мускатного ореха 2—5; кардамона 2—4; гвоздики 2—3; сли-
вы или абрикосов 10—14; зверобоя 4—9; зубровки 4—10; цитрусо-
вых корок 3—10; корня аира 2—8; корня дягиля 2—3; ванилина до
0,5. Линейный размер частиц основной массы смеси в пределах
1—50 мм, допускается содержание частиц с размерами менее 1 мм
До 20 %, более 50 мм — до 10 %.
Хранить измельченные фасованные смеси ингредиентов на за-
водах-изготовителях допускается не более 5 сут, после чего их от-
гружают потребителям.
Во избежание снижения качества настои из полученных ингре-
диентов должны быть приготовлены не позднее чем через 30 сут
после их прибытия к получателю.
Для приготовления настоев готовые ингредиенты заливают
водно-спиртовой смесью крепостью 50 об. % из расчета 1 дал на
•кг сырья. Через 10сут настой сливают, ингредиенты заливают
новой порцией водно-спиртовой смеси крепостью 16—18 об. % из
Расчета 0,6 дал на 1 кг исходного сырья и настаивают в течение
265
5 сут. Сливы первого и второго настаивания смешивают и добав-
ляют в купаж из расчета 10—20 дал на 1000 дал вина. Весьма пер-
спективной представляется разработка технологии получения го-
товых экстрактов из культивируемых пряно-ароматических рас-
тений.
Технологический процесс производства ароматизированных вин
точно такой же, как и у обычных крепленых вин, но с дополнитель-
ной технологической операцией — внесением настоев ингредиен-
тов при купажировании. В отдельных случаях проводят предвари-
тельное обесцвечивание виноматериалов активным углем.
Медовые напитки. Получают брожением медового сусла с до-
бавлением хмеля и пряностей. Напитки содержат от 9 до 18 об. %
спирта. Основным компонентом медового сусла является пчели-
ный мед. От его качества зависит качество готового напитка. Со-
гласно древнему польскому обычаю в зависимости от того, прихо-
дится ли на одну часть пчелиного меда одна, две или три части
воды, медовый напиток называют соответственно двойным, трой-
ным или четверным. Для приготовления напитков используют
цветочный, липовый, гречишный, акациевый и вересковый мед.
При замене не менее 30 % добавляемой воды плодовым или ви-
ноградным соком получают соответственно плодовый и виноград-
ный медовые напитки.
Химический состав отечественных сортов меда представлен
следующими веществами (%): вода —15—22; инвертный сахар —
65,6—79,2; сахароза — 0—5,5; декстрины — 1—13; органические
кислоты (в пересчете на муравьиную кислоту) — 0,03—0,20;
зола — 0,03—1,0. Декстрины меда в отличие от обычных декстри-
нов могут сбраживаться дрожжами. В созревшем меде содержатся
разнообразные витамины и ферменты. Основной способ распоз-
навания натурального меда — положительная реакция на амилазу.
В меде, который нагревали до 60 °C, амилаза отсутствует. Аромат
меда создается содержащимися в нем эфирными маслами, терпе-
нами, альдегидами и др.
В зависимости от способа приготовления медового сусла на-
питки бывают насыщенными и ненасыщенными. Процесс насы-
щения (варки) пчелиного меда осуществляется в открытых кисло-
тостойких котлах с паровой рубашкой или на открытом огне. Для
варки применяют в основном темные сорта меда (вересковый,
гречишный), обладающие менее тонким, но более насыщенным
ароматом, или мед, плохо отделяющийся от воска. Предвари-
тельно мед перемешивают с водой, заполняют котел на 75 % вме-
стимости и нагревают до появления на поверхности пены, кото-
рую своевременно убирают. Обычно варка продолжается не ме-
нее 1 ч.
При получении хмелевых медовых напитков хмель в количе-
стве 1—1,5 г/дм3 добавляют в сусло перед варкой. При получении
плодовых медовых напитков плодово-ягодные соки добавляют
266
после варки, при этом варят более густое сусло Пчелиный мед в
количестве 20 % допускается заменять сахаром из расчета 0,7 кг
сахара вместо 1 кг меда. Сахар, как и плодово-ягодные соки, до-
бавляют после варки сусла Варка сусла вызывает потерю аромата
при одновременном улучшении вкуса.
Ненасыщенные медовые напитки готовят на сусле, получен-
ном холодным растворением меда в воде, с добавлением других
компонентов Для приготовления ненасыщенных напитков обыч-
но используют липовый или акациевый мед, отличающийся гар-
моничными вкусовыми свойствами, тонким ароматом, светлой
окраской и менее пригодный для варки.
Для сбраживания сусла используют чистую культуру дрожжей.
Дрожжевую разводку готовят на кипяченом медовом сусле с до-
бавлением (NH4)2HPO4 или дрожжевого автолизата из хлебопе-
карных дрожжей в количестве до 50см3/дал. Готовая дрожжевая
разводка задается в количестве 5—10 % общего объема сусла, по-
ступающего на брожение. В качестве разводки можно использо-
вать сусло из ферментаторов, где уже происходит бурное броже-
ние.
Начальная стадия брожения обычно продолжается 2—4 сут.
При использовании ненасыщенного сусла или при низкой темпе-
ратуре брожения продолжительность сбраживания увеличивается
до 5—6 сут. В этом случае количество вносимой дрожжевой раз-
водки необходимо увеличить до 10 %. Плохо бродит сусло, приго-
товленное на меде, содержащем большое количество муравьиной
кислоты.
В зависимости от технологии, температуры (оптимальная тем-
пература брожения 22—25 °C) и сорта меда цикл брожения про-
должается 30—70 сут, при этом двойной напиток сбраживается
наиболее долго. Быстрее всего сбраживается сусло из липового
меда, затем цветочного, верескового, акациевого и, наконец, гре-
чишного. Замена части меда сахаром также несколько снижает
скорость брожения.
После окончания брожения напиток снимают с осадка и на-
правляют на выдержку. Нельзя оставлять в бродильных чанах чет-
верной медовый напиток более 5 нед, тройной — более 8 и двой-
ной — более 10 нед. При приготовлении напитков с низким содер-
жанием спирта и сахара перед выдержкой обычно проводят пасте-
ризацию для предотвращения сбраживания оставшегося меда.
Напитки выдерживают не менее 6 мес в дубовых бочках, запол-
ненных под шпунт. Для ускорения созревания и самоосветления
их периодически снимают с осадка и проветривают. Температура
хранения должна быть 5—18 °C. После выдержки напитки из варе-
ного сусла имеют, как правило, несколько меньшие крепость и
кстрактивность, но более выраженный аромат. Наилучшими ор-
анолептическими показателями обладают напитки из вересково-
0 и гречишного меда.
267
В настоящее время процесс получения напитков ускоряют, за-
меняя варку сусла пропусканием его через теплообменник, добав-
лением меда дробным способом (часть меда вносят для подсахари-
вания после брожения) и термообработкой при 55 “С в течение
нескольких недель (обычно 40 сут).
Выдержанный напиток купажируют и подвергают обработке.
Купажирование осуществляют как смешиванием партий, полу-
ченных из разных сортов меда, так и добавлением спирта и других
компонентов. Спирт-ректификат добавляют при приготовлении
напитков с содержанием спирта более 13 об. %. При необходимо-
сти добавляют пчелиный мед, лимонную кислоту, пряности и на-
стои. Купажирование совмещают с обработкой оклеивающими ве-
ществами, например бентонитом. После купажирования напиток
вновь выдерживают в течение нескольких недель. Общая продол-
жительность процесса получения напитка с момента закладки на
выдержку (включая купажирование и отдых) до розлива должна
составлять не менее 1 года. После выдержки готовый продукт
фильтруют, при необходимости пастеризуют и разливают.
Сидр. Готовят спиртовым брожением свежих соков яблок куль-
турных сортов с добавлением сахара (или без него) с последую-
щим насыщением диоксидом углерода искусственным (шипучий,
сатурированный сидр) и естественным (игристый сидр) путем,
проводя вторичное брожение в герметичных резервуарах или сис-
теме резервуаров.
Шипучий и игристый сидры вырабатывают следующих наиме-
нований: сухой, полусухой и сладкий. Шипучий сидр содержит
спирта не менее 5 об. %, игристый — не менее 7 об. %. Содержа-
ние сахара в сухом сидре не более 0,3 %, в полусухом 2,5, в слад-
ком 5,0 %. Титруемая кислотность 5—8 г/дм3. Давление СО2 в ши-
пучем сидре должно быть не менее 200 кПа при температуре 20 °C.
Цвет сидра от светло-соломенного до светло-желтого с зеленова-
тым оттенком.
Шипучий сидр. Обработку яблок осуществляют в соот-
ветствии с действующей Технологической инструкцией по произ-
водству плодово-ягодных вин. Диффузионный сок, полученный
водной экстракцией мезги, в производстве сидра не используется.
Свежий яблочный сок осветляют отстаиванием в течение 1 сут
с предварительной сульфитацией до содержания сернистой кис-
лоты в соке 70—150 мг/дм3. Отстаивание желательно проводить
при температуре 1—6 °C. После отстаивания яблочный сок под-
вергают декантации или грубому фильтрованию. При недостаточ-
ной сахаристости перед брожением в сок вносят свекловичный са-
хар из расчета получения сусла с содержанием сахара 10%. Для
повышения кислотности к яблочному соку разрешается добавлять
до 20 % сока дикорастущих яблок. Понижение кислотности осу-
ществляют путем купажирования высококислотных яблочных со-
ков с низкокислотными.
268
Подготовленное сусло направляют на брожение, которое про-
водят закрытым способом в бродильных резервуарах с добавлени-
ем 3—5 % дрожжей чистой культуры следующих рас: Яблочная 7,
Вишневая 33, Москва 30 при температуре брожения 18—25 °C или
Минская 120 и Сидровая 101 при более низкой температуре. Наи-
лучшие результаты получают при сбраживании сусла в аппаратах с
насадкой.
Технологический режим производства шипучего сидра
Процесс
Брожение
Снятие с дрожжевого осадка
Обработка виноматериала
Снятие с осадка
Фильтрование
Купаж сидровых материалов
Обработка купажа (при необходимости)
Снятие с осадка фильтрованием
Подсахаривание ликером
Охлаждение и сатурация
Розлив
Итого
Продолжительность, сут
10
1
5-18
1
1
1
5-18
1
1
1
1
28-54
Сброженный материал для сидра снимают с дрожжевого осад-
ка, сульфитируют, повышая содержание общей сернистой кисло-
ты до 120 мг/дм3, а затем оклеивают. Оклеенный материал снима-
ют с осадка, фильтруют, вторично сульфитируют, повышая общее
содержание сернистой кислоты до 200 мг/дм3. Готовый материал
для сидра хранят в полностью заполненной и герметично закры-
той таре (предпочтительно в эмалированных емкостях) при темпе-
ратуре не выше 10 °C.
Обработанные материалы перед насыщением диоксидом угле-
рода купажируют. Купаж, предназначенный для приготовления
шипучего полусухого или сладкого сидра, подсахаривают до тре-
буемых кондиций экспедиционным ликером сахаристостью 70—
75%. При использовании низкокислотных материалов в купаж
добавляют не более 2 г/дм3 лимонной кислоты. Приготовленный
купаж фильтруют. Пастеризацию купажа рекомендуется прово-
дить при температуре 80—85 °C в течение 2 мин. Затем купаж
сульфитируют до содержания общей сернистой кислоты не более
200 мг/дм3, в том числе свободной не более 20 мг/дм3, охлаждают
ло температуры 0 — минус 2 °C, насыщают диоксидом углерода в
сатураторе при давлении 300—400 кПа и разливают в бутылки.
Игристый сидр. Вырабатывают непрерывным и перио-
дическим способами. Схема получения виноматериалов для при-
отовления игристого сидра не отличается от схемы производства
“номатериала для шипучего сидра с той лишь разницей, что яб-
ЛоЧнь1й с°к перед первичным брожением не подсахаривают. Он
лжен содержать не менее 8,5 % сахара.
269
При производстве сидра непрерывным способом обработанные
сидровые виноматериалы перед вторичным брожением купажиру-
ют и фильтруют. Предварительно готовят тиражный ликер. Саха-
ристость ликера должна быть в пределах 70—75 %. Сахар раство-
ряют в сидровом виноматериале без подогрева в резервуарах с
механической мешалкой. Сахар значительно снижает кислот-
ность ликера, поэтому для его приготовления используют высоко-
кислотные сидровые виноматериалы. Определенное количество
осветленного сидрового виноматериала перекачивают в резервуар,
где в него вводят тиражный ликер из расчета содержания сахара в
смеси 3 % и азотистое питание в виде (NH4)2HPO4 и NH4C1 в ко-
личестве 0,3—0,4 г/дм3. Приготовленную тиражную смесь фильт-
руют и пастеризуют в потоке при температуре 80—85 °C в течение
2 мин.
Предварительно готовят разводку чистой культуры дрожжей.
Применяемая для вторичного брожения чистая культура должна
удовлетворять следующим требованиям быть достаточно устойчи-
вой, легко образовывать в сброженном и подсахаренном материа-
ле требуемое содержание спирта, быть холодостойкой, способной
осуществлять брожение без недобродов при температуре 10—
12 °C, способствовать созданию букета игристого сидра, вносить
вкусовую гармонию. При приготовлении дрожжевой разводки
обычно применяют те же чистые культуры дрожжей, что и в про-
изводстве Советского шампанского. Дрожжевую разводку исполь-
зуют в начале загрузки подготовительного аппарата, а в последую-
щем— только при необходимости, возникающей в случае затуха-
ния брожения.
Пастеризованная тиражная смесь поступает в подготовитель-
ный аппарат, куда вводят также разводку чистой культуры винных
дрожжей в количестве 6—8 % от объема смеси. Подготовительный
аппарат предназначен для размножения дрожжей, биологической
деаэрации тиражной смеси и ее подбраживания при атмосферном
давлении и температуре 18—20 °C.
В каждую линию вторичного брожения сидровых виноматериа-
лов входит один подготовительный аппарат, вместимость которо-
го в 2,5 раза больше, чем вместимость одного бродильного акрато-
фора. В начале загрузки батареи в подготовительный аппарат
вносят тиражную смесь в объеме одного бродильного акратофо-
ра. Через 1—2 сут добавляют такое же количество смеси. При ус-
тановившемся потоке тиражную смесь подают в подготовитель-
ный аппарат непрерывно без дополнительного внесения дрож-
жей.
В период пуска, как только содержание сахара в подброжен-
ной бродильной смеси снизится на 0,7—1 %, а количество дрож-
жевых клеток в 1см3 смеси достигнет 30—40 млн, заполняют
последний акратофор до полного рабочего объема. Затем акрато-
270
фор герметично закрывают. Давление в акратофоре за счет ди-
оксида углерода, образующегося при брожении, постепенно под-
нимается до 400 кПа и поддерживается на этом уровне. Анало-
гично заполняются второй и все остальные акратофоры. Каждый
очередной акратофор загружают с таким расчетом, чтобы к нача-
лу пуска батареи игристый сидр в последнем акратофоре по па-
раметрам отвечал требованиям, предъявляемым к готовому игри-
стому сидру.
После того как давление в первом акратофоре достигнет
400 кПа, с помощью диоксида углерода, подаваемого из баллонов,
поднимают давление в приемном и ликерном резервуарах. При
изготовлении сухого сидра ликерный резервуар отсутствует. Затем
последовательно соединяют все бродильные акратофоры и созда-
ют поток за счет разницы давлений в первом акратофоре и прием-
ном резервуаре. Требуемая разница в давлении создается и под-
держивается также искусственно — из баллонов.
В связи с периодичностью поступления бродильной смеси из
подготовительного аппарата на вторичное брожение первый акра-
тофор батареи работает попеременно с дублером. Последний за-
полняется бродильной смесью, поступающей из подготовительно-
го аппарата сразу же после включения первого резервуара в поток,
что является началом его разгрузки. После освобождения первого
акратофора в поток вступает акратофор-дублер, а первый акрато-
фор становится дублером и загружается очередной порцией смеси
из подготовительного аппарата.
К оставшейся половине бродильной смеси в подготовитель-
ном аппарате непрерывно подается пастеризованная бродильная
смесь с азотистым питанием, но без дрожжевой разводки. При
этом скорость поступления тиражной смеси в подготовительный
аппарат должна соответствовать скорости потока в бродильной
батарее.
Вторичное брожение сидровых виноматериалов и насыщение
игристого сидра диоксидом углерода в процессе брожения осуще-
ствляются под давлением в бродильной батарее, состоящей обыч-
но из шести бродильных резервуаров — акратофоров. При устано-
вившемся потоке бродильная смесь из подготовительного аппара-
та поступает в первый акратофор снизу вверх, а затем последова-
тельно в том же направлении в другие акратофоры. В последнем
акратофоре бродильной батареи сидровый материал проходит че-
рез слой насадки, на поверхности которой задерживается основ-
ная часть дрожжевой биомассы.
Скорость потока в батарее устанавливается в зависимости от
сУммарной вместимости акратофоров и обеспечения продолжи-
^ел.ь™сти цикла брожения 5—6 сут. Температура поддерживается
т 16 °C в первом акратофоре до 10—12 °C в последнем.
Выходящий из бродильной батареи поток игристого сидра,
271
выброженного до параметров сухого, проходит через песочный
фильтр и охлаждается в теплообменнике до температуры 0 — ми-
нус 2 °C. При получении полусухого и сладкого сидра поток ох-
лажденного сухого игристого сидра после теплообменника сме-
шивается с помощью дозирующего насоса с соответствующим ко-
личеством экспедиционного ликера и поступает в следующий теп-
лообменник, где охлаждается до температуры минус 2 — минус
3°С.
Экспедиционный ликер готовят аналогично тиражному. Для
повышения стойкости и сохранения качества разлитого в бутылки
сидра экспедиционный ликер сульфитируют из расчета содержа-
ния в нем 70—100 мг/дм3 общей сернистой кислоты или в готовый
сидр вместе с экспедиционным ликером вносят сернистую и аскор-
биновую кислоты из расчета до 50 мг/дм3 аскорбиновой и 30 мг/дм3
сернистой кислоты. Экспедиционный ликер фильтруют и хранят
в эмалированных резервуарах.
Охлажденный сидр фильтруют при температуре охлаждения и
направляют в термос-резервуар, где он выдерживается при темпе-
ратуре минус 3 °C не менее 10 ч. Готовый игристый сидр вновь
фильтруют при температуре охлаждения и разливают в бутылки.
Игристый сидр может быть получен и периодическим спосо-
бом. В этом случае купаж, обработку и подготовку бродильной
смеси осуществляют, как и при непрерывном способе.
Подготовительный аппарат целесообразно использовать при
изготовлении игристого сидра в нескольких акратофорах. При ис-
пользовании в производстве одного или двух акратофоров они од-
новременно могут выполнять и функции подготовительного аппа-
рата. Поток в данном процессе отсутствует, каждый акратофор ра-
ботает автономно. Начальная температура бродильной смеси в ак-
ратофоре поддерживается на уровне 16—18 °C. При достижении
давления около 150 кПа температуру бродильной смеси начинают
постепенно снижать так, чтобы к концу брожения она достигла
10—12 °C. Продолжительность вторичного брожения в акратофоре
составляет 7 сут.
При приготовлении игристого сухого сидра по окончании вто-
ричного брожения его подвергают грубому фильтрованию через
песочный фильтр, охлаждают до минус 3 °C с помощью теплооб-
менника, фильтруют при температуре охлаждения, выдерживают
в термосе-резервуаре не менее 10 ч, а затем разливают в бутылки.
В случае приготовления полусухого или сладкого игристого сидра
по окончании вторичного брожения его подвергают грубому
фильтрованию, охлаждают до 0 — минус 2 °C и подают в промежу-
точный резервуар, в котором он смешивается с расчетным количе-
ством экспедиционного ликера. Затем сидр вторично охлаждают
до минус 3 °C, фильтруют, выдерживают в течение 10 ч в термосе-
резервуаре и разливают.
272
Технологический режим производства игристого сидра
Процесс Продолжительность, сут
Купаж сидровых материалов 1
Обработка купажа (при необходимости) 5-18
Введение тиражного ликера, фильтрование и пастеризация тиражной смеси 1
Подбраживание в подготовительном аппарате Вторичное брожение с насыщением дио- ксидом углерода: 1
при непрерывном способе 5
при периодическом способе 7
Грубое фильтрование, охлаждение до темпе- ратуры 0 — минус 2 °C, подсахаривание экспедиционным ликером 1
Охлаждение до температуры минус 2 — минус 3 °C, фильтрование и выдержка в тер- мосе-резервуаре 1
Розлив 1
Итого 16-31
Шипучие вина. В связи с тем что одной из сложностей, стоящих
на пути расширения производства сидра, является обеспечение
стабильности низкоспиртуозных виноматериалов, большее рас-
пространение в настоящее время получают шипучие вина, имею-
щие более высокую спиртуозность.
Плодово-ягодные шипучие вина готовят путем полного сбра-
живания соков свежих плодов и ягод культурных сортов с добав-
лением сахара и искусственного их насыщения диоксидом углеро-
да. В зависимости от исходного сырья плодово-ягодные шипучие
вина бывают белыми, розовыми и красными. Белые вина имеют
цвет от светло-соломенного до темно-золотистого, розовые — от
светло-розового до светло-красного, красные — от красного до
темно-красного. Для производства белых шипучих вин использу-
ют яблоки и крыжовник. Розовые и красные шипучие вина полу-
чают с использованием клюквы, красной смородины, вишни, чер-
ноплодной рябины. В шипучих винах, как правило, содержание
спирта колеблется в пределах 10—11,5 об. %, сахара — 3—5 %, тит-
руемая кислотность 5—8 г/дм3.
Технологический режим производства шипучих вин
Процесс Продолжительность, сут
Брожение 30—35
Осветление 2—6
Снятие с дрожжевого осадка 1
Обработка 5—18
Фильтрование 1
Купаж виноматериалов и подсахаривание 1
До требуемых параметров
Отдых 9
Снятие с осадка с фильтрованием (при 1
необходимости пастеризация)
Охлаждение и сатурация 1
Розлив ]
Итого 52—74
273
Сбор и переработку плодов и ягод осуществляют в соответ-
ствии с действующей Технологической инструкцией по производ-
ству плодово-ягодных вин. Для приготовления яблочного и чер-
ноплодно-рябинового виноматериалов используют сок только
1 фракции; для получения вишневого, крыжовенного, клюквенно-
го виноматериалов — сок I и II фракций. Свежий сок осветляют
отстаиванием в течение 1 сут с предварительной сульфитацией до
содержания общей сернистой кислоты 70—100 мг/дм3. После от-
стаивания сок подвергают декантации или грубому фильтрова-
нию. Перед брожением в сок вводят сахар из расчета обеспечения
в виноматериале необходимого количества спирта.
Для повышения кислотности к яблочному соку допускается до-
бавлять до 20 % сока дикорастущих яблок. Понижение кислотнос-
ти яблочных соков осуществляется путем купажирования высоко-
кислотных соков с низкокислотными. При необходимости перед
брожением проводят пастеризацию сусла при температуре SO-
85 °C в течение 2 мин. Приготовленное сусло направляют на бро-
жение с добавлением 3 % разводки чистой культуры дрожжей. Для
обеспечения быстроты сбраживания в сусло вводят азотистое пи-
тание в виде (NH4)2HPO4 или NH4C1 в количестве 0,3—0,4 г/дм3
либо водный раствор аммиака. В процессе брожения температура
сусла должна быть в пределах 18—20 °C.
Виноматериал наилучшего качества получают при сбражива-
нии сока в аппаратах с насадкой. В сброженном виноматериале
содержание сахара не должно превышать 0,3 %.
Сброженный виноматериал снимают с дрожжевого осадка,
сульфитируют из расчета повышения содержания общей сернис-
той кислоты до 120 мг/дм3 и оклеивают. После снятия с осадка
виноматериал фильтруют, сульфитируют из расчета содержания
общей сернистой кислоты не более 200 мг/дм3 и направляют на
хранение. Виноматериалы хранят в герметично закрытой таре,
предпочтительно в эмалированных резервуарах. Перед сатуриро-
ванием обработанные виноматериалы купажируют, затем купаж
подсахаривают до требуемых параметров экспедиционным лике-
ром, который готовят так же, как в случае приготовления сидра.
Купаж охлаждают до температуры 0 — минус 2 °C, насыщают ди-
оксидом углерода в сатураторах при давлении 300—400 кПа и раз-
ливают в бутылки.
Можно рекомендовать следующие примерные рецептуры кула-
жей соков (%): яблочный — 100, крыжовенный — 80 и яблоч-
ный — 20 (для белых шипучих); яблочный — 70 и вишневый — 30;
клюквенный — 80 и яблочный — 20; красносмородиновый — 80 и
яблочный — 20 (для розовых шипучих); яблочный — 60—75 и чер-
ноплодно-рябиновый — 25—40 (для красных шипучих вин).
Глава 10
ТЕХНОЛОГИЯ КРЕПКИХ АЛКОГОЛЬНЫХ
НАПИТКОВ
10.1. ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОК
Водка представляет собой крепкий алкогольный напиток, при-
готовленный смешиванием ректификованного спирта и умягчен-
ной воды с последующей обработкой активным углем водно-
спиртового раствора крепостью 40—45 % с добавлением различ-
ных ингредиентов и последующим фильтрованием. В настоящее
время отечественные заводы выпускают большой ассортимент во-
док, для изготовления которых применяют спирт-ректификат раз-
личной степени очистки и всевозможные добавки (сахар, мед, ли-
монная кислота, перманганат калия и др.).
Технологическая схема производства водок включает следую-
щие стадии: подготовку воды; приготовление ингредиентов; рас-
чет и приготовление сортировки; фильтрование сортировки; обра-
ботку сортировки активным углем; фильтрование водки; контроль
крепости водки и его корректировку; розлив и внешнее оформле-
ние бутылок с водкой.
10.1.1. ПОДГОТОВКА ВОДЫ
Вода —главная составная часть водки. От состава ее примесей
зависят прозрачность, вкус и стойкость алкогольных напитков
при хранении. Вода должна отвечать требованиям ГОСТа на пить-
евую воду и иметь общую жесткость не выше 1 мг-экв/дм3. Важное
значение имеет вкус воды. Единого мнения об оптимальном соле-
вом составе воды нет, но, несомненно, гидрокарбонаты натрия и
калия и в небольшом количестве гидрокарбонаты кальция и хло-
риды натрия и калия играют положительную роль. Для умягче-
ния воды в ликероводочном производстве чаще всего используют
натрий-катионитовый способ. Поступающая на обработку вода
иметь щелочность не выше 6 см3 0,1 моль/дм3 НО на
см3 воды.
Более щелочную воду подвергают совместному Н—Na-катио-
нированию. Для улучшения солевого состава воды целесообразно
пользовать мембранную технологию, позволяющую снижать
полСТКОСТЬ В Ю—12 раз, удалять ионы железа, сульфатов почти
80-2аоС£ью’ 0Рганические соединения на 50—70 % и коллоиды на
воле %' Жесткость умягченной воды, направляемой на произ-
тво водок, должна быть не более 0,2 мг-экв/дм3.
275
10.1.2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИНГРЕДИЕНТОВ
В соответствии с рецептурой выпускаемых водок в сортировку
вносят небольшое количество ингредиентов: сахар, мед, лимон-
ную кислоту, питьевую соду (гидрокарбонат натрия), перманганат
калия, сухое молоко, уксусную кислоту и др. Так, на 1000 дал сор-
тировки водки «Столичная» добавляют 20 кг рафинированного
сахара-песка, в сортировку водки «Экстра» — 25 кг рафинирован-
ного сахара-песка и от 8 до 10 г КМпО4.
Сахар вносят в сортировку в виде сахарного сиропа массовой
концентрацией 65,8 % или инвертного сиропа.
Мед предварительно разбавляют водкой в соотношении 1 : 10
(1 кг меда на 1 дал водки), профильтровывают через асбестоцел-
люлозные пластины с намывным кизельгуровым (диатомитовым)
слоем (3 кг кизельгура на 1 м2 поверхности фильтрующих плас-
тин) для удаления коллоидных веществ, образующихся при ра-
створении меда. Сахарный сироп и раствор меда вносят в сорти-
ровку после обработки ее активным углем. Перманганат калия в
виде водного раствора добавляют в сортировку перед введением
сахарного сиропа.
При приготовлении некоторых видов водок в рецептуру сорти-
ровок вносят гидрокарбонат (питьевую соду) и ацетат натрия.
Необходимое количество гидрокарбоната натрия на 1000 дал
сортировки определяют по формуле
Х=0,84(Щв- Щс),
где 0,84 —количество химически чистого гидрокарбоната натрия, необходимое
для повышения щелочности 1000 дал сортировки на величину, эквивалентную
1см3 М раствора НС1 на 100 см3, кг; Щв — начальная щелочность сортировки,
см3 М раствора НС1 на 100 см3; — требуемая по рецептуре щелочность водки,
см3 М раствора НС1 на 100 см3.
Гидрокарбонат натрия предварительно размешивают в бачке из
нержавеющей стали с небольшим количеством сортировки до по-
лучения однородной суспензии. Затем смесь сливают в сортиро-
вочный чан, перемешивают с основной массой водно-спиртового
раствора в течение примерно 10 мин, после чего дают отстояться
15 мин и снова перемешивают, добавляя раствор ацетата натрия,
предварительно приготовленный в небольшом эмалированном
или луженом бачке. В бачок наливают 0,4 дм3 80%-й уксусной
кислоты на 1000 дал сортировки, разводят умягченной водой до
2 дм3 и в полученный раствор при постоянном перемешивании
вносят небольшими порциями гидрокарбонат натрия до нейт-
ральной реакции.
В сортировку водки «Посольская» вводят сухое обезжиренное
молоко в количестве 6,2 кг на каждые 1000 дал.
276
Сухое молоко предварительно заливают 20 дал воды, размеши-
вают и через 2—3 ч вводят в водно-спиртовую смесь. После добав-
ления молока сортировку перемешивают и оставляют в покое на
2—Зч. Под действием спирта происходит коагуляция молочного
белка, которая завершается выпадением хлопьевидного осадка.
Хлопья сорбируют на своей поверхности содержащиеся в водно-
спиртовой смеси органические и красящие вещества, увлекая их в
осадок. Благодаря этому водка приобретает кристальный блеск и
высокие вкусовые качества.
При приготовлении особой водки «Сказка» на 100 дал добавля-
ют 20 кг сахара-песка в виде сиропа и 3,9 дм3 ароматного спирта,
полученного из цветов липы, хвои ели и сосны.
Строение водно-спиртовых растворов. По современным пред-
ставлениям молекула воды имеет строение, показанное на рис
10.1, а. Из десяти электронов молекулы воды два расположены
вблизи атома кислорода, четыре участвуют в образовании двух о-
связей с протонами, четыре несвязывающих электрона располага-
ются попарно на гибридных орбитах. Расстояние между ядром
кислорода (центр молекулы) и протоном равно 0,099 нм, радиус
молекулы — электронной сферы иона кислорода — 0,138 нм. Угол
между двумя протонами и центром составляет 105° (рис. 10.1, б) и
близок к тетраэдрическому, поэтому расположение в простран-
стве двух положительных зарядов атомов водорода и двух отрица-
тельных зарядов атома кислорода геометрически соответствует
тетраэдру (рис. 10.1, в).
Вода относится к ассоциированным жидкостям. Ассоциация
обусловлена наличием водородных связей, которые образуются
между атомом водорода, ковалентно связанным с атомом электро-
статически отрицательного кислорода одной молекулы воды и
атомом кислорода другой молекулы Эта связь возможна в резуль-
тате того, что атом водорода, отдавая свой единственный электрон
кислороду, остается в виде протона, оказывающего электростати-
ческое притяжение на электронную оболочку другого атома кис-
лорода.
Рис. 10 1 Строение молекулы воды
277
Образование ассоциатов воды можно изобразить следующей
схемой:
/Н Н
,С< о .of л
' Н" н н
Энергия водородных связей оценивается примерно в 30 кДж/моль,
т. е. она значительно слабее ковалентных связей (например, энер-
гия связи О—Н равна 460 кДж/моль). Поэтому ассоциаты могут
распадаться и вновь образовываться в других комбинациях. Более
устойчивы удвоенные молекулы воды, в которых имеется две во-
О - Н Н
дородные связи: z \ \„/ .
н н ••• о
Рентгеноструктурное исследование показало, что молекулы
воды в кристалле льда расположены тетраэдрически. Каждый
атом кислорода (атомы водорода не учитываются) окружен че-
тырьмя другими атомами кислорода, т. е. его координационное
число равно 4.
С помощью спектров комбинационного рассеивания показано,
что при температуре 0 °C вода сохраняет тетраэдрическую структу-
ру. С повышением температуры вследствие теплового движения
молекул происходят частичное разрушение квазикристаллизаци-
онной решетки воды и заполнение полости структуры свободны-
ми молекулами воды. Вблизи температуры плавления разрушается
около 15% общего количества водородных связей, при 40 °C —
примерно половина. Таким образом, в жидкой воде устанавлива-
ется динамическое равновесие между ассоциированными и неас-
социированными молекулами воды.
Этанол также относится к ассоциированным жидкостям. В от-
личие от воды он образует ассоциаты в виде цепей:
н н н
Z Xoz
H2C^H2C H2C
СНз СНз СНз
Допускается возможность образования плоских колец. При
температуре 20 °C ассоциаты содержат в среднем 4,5—5 молекул
спирта.
Водно-спиртовые растворы представляют собой смешанные
ассоциаты. Строение этих растворов в настоящее время недоста-
точно изучено. Применение к ним упрощенных статических мо-
делей невозможно, поэтому для описания строения и свойств
пользуются лишь качественными характеристиками.
278
Предполагают, что большая часть молекулы воды сохраняет
тетраэдрическую структуру. Молекулы спирта, имеющие больший
размер, при встраивании в структуру воды нарушают ее, тогда как
встраивание молекул воды в структуру спирта к существенным из-
менениям последней не приводит. При растворении небольших
количеств спирта структура воды все же сохраняется, претерпевая
лишь незначительную деформацию.
С дальнейшим повышением концентрации спирта структура
воды нарушается. В области средних концентраций спирта уста-
навливается динамическое равновесие ассоциатов из одинаковых
молекул, агрегатов из разнородных молекул и одиночных молекул
спирта и воды, т. е. происходит стабилизация структуры системы.
Очевидно, что в этой области растворы имеют наибольшую мик-
ронеоднородность. При больших концентрациях спирта в раство-
ре преобладает структура чистого спирта с включенными в нее
молекулами воды.
Сложность строения водно-спиртовых растворов подтвержда-
ется также и термодинамическими свойствами: изменением сво-
бодной энергии образования раствора, появлением экстремумов
на кривых парциальных объемов и парциальных энтальпий и энт-
ропий спирта в зависимости от его концентрации.
При содержании этанола в смеси около 25 мол. %, т. е. когда на
одну молекулу спирта приходится три молекулы воды, наблюда-
ются наибольшее адиабатическое сжатие, максимальная вязкость,
т. е. в этом случае в структуре растворов происходят существенные
изменения.
Величина адиабатического сжатия (контакция) в зависимости
от концентрации спирта в растворе была изучена Д. И. Менделее-
вым и рассчитана Г. И. Фертманом.
По мере повышения концентрации спирта сжатие смеси увели-
чивается, достигает максимальной величины при 24,4—26,0 мол. %
(53—56 об. %, 45,3—48,2 мае. %), а затем уменьшается.
Смешивание спирта с водой сопровождается также выделением
теплоты, максимальное количество которой, по исследованиям
Д. И. Менделеева, приходится на концентрацию спирта 14 мол. %
(36,25 об. %, 30 мае. %).
По Д. И. Менделееву, в водно-спиртовых растворах образуются
гидраты определенного состава: С2Н5ОН • 12Н2О, С2Н5ОН • ЗН2О,
ЗС2Н5ОНН2О.
Я. В. Зельцер установил, что величина суммарного теплового
эффекта смешивания спирта и воды обусловлена образованием
соответствуюших гидратов, смешиванием гидратов между собой
или с избытком одного из компонентов (спирта или воды).
Расчет водно-спиртовых смесей. Для приготовления сортировки
заданных объема и крепости необходимо рассчитывать количества
спирта и воды.
Обозначив объем смеси в декалитрах буквой Ис, а ее крепость хс
279
в объемных процентах, объем спирта Va в декалитрах, а крепость
спирта ха в объемных процентах, запишем уравнение баланса
спирта:
Исхс/100 = Иаха/100, откуда Va = Исхс/ха.
При составлении сортировок на заводе используются остатки
других сортировок и чистый брак, поэтому бывает необходимо
определить объем спирта, добавляемого к этим растворам, чтобы
получить заданные объем и крепость сортировки. При этом, так
же как и выше, составляется баланс спирта:
Гл/100 + Kpq/100 + И2х2/100 + ... + V^n/\00 = Ксхс/100,
где К|, й2, V„ — объемы соответственно добавляемого спирта-ректификата, ос-
татков сортировок, чистого брака и конечной сортировки, дал; ха, хь х2, х„ — со-
держание спирта соответственно в добавляемом спирте-ректификате остатках
сортировок, чистом браке и конечной сортировке, об. %.
Отсюда объем спирта (дал) равен
К = [ - ( И*1 + И2Х2 + ... + У„х„)]/ха.
Количество воды, необходимое для приготовления сортировки,
не может быть определено непосредственно из известных объемов
сортировки и спирта, так как необходимо еще учитывать сжатие
смеси.
Для облегчения расчетов служит таблица определения количе-
ства воды для приготовления водно-спиртовых растворов, состав-
ленная Г. И. Фертманом с учетом сжатия объема при смешивании
спирта с водой при 20 °C.
10.1.3. СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДНО-СПИРТОВЫХ
СМЕСЕЙ
Водно-спиртовые смеси готовят периодическим и непрерыв-
ным способами.
Периодический способ. Спирт и воду смешивают в чане-смеси-
теле. Схема приготовления водно-спиртовых растворов приведена
на рис. 10.2 На площадке, расположенной над смесителем, уста-
навливают конические и цилиндрические мерники для спирта и
умягченной воды, сборники возвратных продуктов, мерники для
приготовления растворов питьевой соды и ацетата натрия и дру-
гих компонентов, несколько ниже — центробежный насос для пе-
рекачки сортировки в напорные чаны.
Для приготовления сортировки в чан-смеситель вводят рассчи-
танные количества сначала спирта, затем умягченной воды. После
280
тщательного перемешива-
ния отбирают пробу, в кото-
рой определяют крепость
Если крепость сортиров-
ки не отвечает заданной, то
ее корректируют (исправля-
ют), после чего смесь вто-
рично перемешивают.
Указанная последова-
тельность подачи в чан-сме-
ситель сначала спирта, а за-
тем воды ускоряет процесс
перемешивания, так как
спирт, плотность которого
меньше плотности воды,
поднимаясь вверх, способ-
ствует лучшему перемеши-
ванию смеси. Спирт и воду
можно вводить в чан одно-
временно; при этом спирт
смешивается с водой уже
при заполнении чана, но це-
лесообразнее введение спир-
Рис. 10.2. Схема приготовления водно-спир-
товых растворов периодическим способом:
/ — мерник для умягчения воды; 2—мерник для
раствора соды; 3 — сборник возвратных продук-
тов; 4 и 5— мерники для спирта; 6— чан-смеси-
тель; 7—насос
та заканчивать несколько раньше, чем воды. Приготовление сор-
тировки описанным способом длится 1,5 ч.
Непрерывный способ. На многих заводах для приготовления
водно-спиртовых смесей применяют непрерывнодействующие
смесители. Основным требованием, предъявляемым к их работе,
является высокая точность дозировки смешиваемых объемов с це-
лью получения стабильной (по крепости) водно-спиртовой смеси.
На Московском и Санкт-Петербургском ликероводочных заво-
дах освоена непрерывнодействующая установка приготовления
сортировки с автоматическим регулированием процесса по задан-
ной крепости водки.
Принципиальная схема непрерывнодействующей установки
приведена на рис. 10.3. Спирт и умягченная вода из резервуаров
поступают в напорные бачки, снабженные поплавковыми регуля-
торами уровня. Расход спирта и воды контролируется ротаметра-
ми. Спирт и вода в соотношении 1:(1,38—1,44) через регуляторы
напора и расходомеры поступают в двухступенчатый кольцевой
смеситель поточного типа. Такое соотношение потоков позволяет
получить крепость сортировки выше номинальной на 0,5—1,5 об. %.
При выходе из смесителя сортировка дополнительно перемешива-
ется центробежным насосом, работа которого контролируется ма-
новакуумметрами, а производительность — вентилями, регулиру-
ющими расход основных компонентов
Повышенная крепость сортировки на первом этапе ее приго-
281
Спирт Умягченная вада
Рис. 10.3. Принципиальная схема непрерывнодействуюшей установки
для приготовления водно-спиртовых растворов:
1 и 2—резервуары соответственно для спирта и воды; 3 и 4— напорные бачки
соответственно для спирта и воды, 5 и 6— расходомеры соответственно для
спирта и умягченной воды, 7- расходомер добавочной дозы умягченной воды,
8— двухступенчатый кольцевой смеситель поточного типа; 9— пневматический
исполнительный механизм; 10— центробежный насос; 11 автоматический
прибор для контроля крепости водно спиртовой смеси; 12— расходомер водно-
спиртовой смеси; 13 — датчик плотности
товления объясняется тем, что на последующем этапе в продукто-
вый трубопровод для снижения крепости сортировки до номи-
нальной вводят дополнительное количество воды, контролируе-
мое автоматическим прибором.
Растворы вспомогательного сырья дозируют через специаль-
ные мерники. Установка компактна и располагается на одном
этаже. Применение непрерывнодействующей установки с авто-
матическим регулированием заданной крепости водки позволяет
интенсифицировать процесс, обеспечить стабильность крепости
сортировки, снизить потери спирта и высвободить производ-
ственные площади. Приготовленная сортировка далее направля-
ется на предварительное фильтрование и очистку активным уг-
лем.
Инжекционный способ приготовления водно-спиртовых смесей в
потоке. Более широкое распространение получил инжекционный
способ приготовления водок по опыту Полтавского ликероводоч-
ного завода (рис. 10.4). Этот способ проще в техническом испол-
нении и обслуживании.
За основу работы установки взят принцип инжекции. При этом
282
Рис. 10.4. Схема инжекиионний уста-
новки Полтавского ликероводочного
завода:
/ — насос подачи умягченной воды; 2— ма-
нометры; 3— инжектор, 4 — турбулизатор;
5—обратный клапан; 6— напорные чаны;
7—сборник умягченной воды; 8— мерник
спирта; 9 — смотровой фонарь; 10— бачок
постоянного уровня; 11 регулирующий
вентиль для подачи спирта
постоянство коэффициента
инжекции достигается приме-
нением центробежного насоса
марки ЦНС-38/66 с частотой
вращения 3000 мин-1. С целью
интенсификации процесса
приготовления сортировок и
повышения надежности рабо-
ты установки смеситель, вы-
полненный в виде инжекто-
ра, дополнен турбулизатором,
внутри которого концентрично
труба. Один конец трубы имеет
установлена перфорированная
коническую заглушку-рассека-
тель, а другой соединен с трубопроводом, отводящим сортировку
в напорные чаны. За счет перфорированной поверхности турбули-
затора происходит расчленение потока водно-спиртовой смеси на
струи, что способствует гидродинамическому перемешиванию и
завершению процесса растворения спирта в воде.
10.1.4. ФИЛЬТРОВАНИЕ ВОДНО-СПИРТОВЫХ
СМЕСЕЙ И ВОДОК
В водно-спиртовых растворах всегда содержится небольшое ко-
личество тонкодисперсных взвешенных частиц. Это взвеси, вно-
симые с умягченной водой, минеральные соли остаточной жест-
кости, выделяющиеся при смешивании воды со спиртом. В про-
цессе обработки смеси активным углем вследствие гидродина-
мического воздействия потока уголь постепенно разрушается,
образуя мельчайшие частички коллоидных размеров, переходя-
щие в раствор. Учитывая, что взвешенные примеси, содержащие-
ся в исходной сортировке, забивают поры угля и снижают его ак-
тивность, а обработанная углем водно-спиртовая смесь (водка)
Должна быть совершенно прозрачна, фильтрование проводят
дважды: до и после обработки смеси углем.
Фильтрование — это процесс осветления жидкостей при про-
хождении их через пористую перегородку, задерживающую твер-
дую и пропускающую жидкую фазы.
283
Фильтрование сортировок и водок осуществляется на песоч-
ных фильтрах периодического и непрерывного действия. В каче-
стве фильтрующего материала используют кварцевый песок раз-
личной степени зернения, располагаемый в фильтре слоями, и в
редких случаях (для фильтрования водок) — высокопористые ке-
рамические плитки.
Поступающий на завод кварцевый песок сортируют по величи-
не зерен, тщательно промывают водой и обрабатывают 2—3%-м
раствором соляной кислоты.
Размер фильтрующих каналов, образуемых зернами песка,
меньше размера основной массы взвешенных частиц, поэтому
последние, накапливаясь на поверхности слоя песка, образуют
тонкопористую пленку осадка. В начале фильтрования, пока
пленгЬ еще не образовалась, через фильтр проходят мелкие час-
тички осадка и первые порции фильтрата получаются мутными.
Затем на фильтрующем материале образуется слой взвешенных
частиц, проходя через который водно-спиртовой раствор осветля-
ется до полной прозрачности.
Регенерация песочной загрузки без выгрузки песка из фильт-
ров производится обратным током водно-спиртовой смеси в фор-
фильтре и водки в фильтре для окончательного фильтрования в
течение 10—12 мин.
На некоторых заводах для фильтрования используют фильтры,
основой которых являются керамические пористые плитки диа-
метром 175 мм и толщиной 20 мм. Плитки изготовляют из смеси
шамота (75 %) и бентонита (25 %) с обжигом при температуре
1300 °C. Размер пор 40мкм. Известно несколько конструкций
фильтров, различающихся устройством корпуса.
Керамические фильтры устанавливают в горизонтальном поло-
жении непосредственно на продуктовых трубопроводах. Поток
сортировки направляют сверху вниз. Производительность фильт-
ра около 30 дал/ч.
Фильтры приходится часто (не реже 1 раза в неделю) перезаря-
жать, поэтому их устанавливают по два, располагая параллельно.
Покрытие плитки сверху слоем марли несколько удлиняет межре-
генерационный период. Регенерируют плитки, промывая водой в
течение 15—20 мин, затем помещают в установленный на водо-
проводной магистрали корпус фильтра загрязненной поверхнос-
тью вниз так, чтобы вода шла в направлении, обратном тому, по
которому ранее фильтровалась водка. При этом избыточное дав-
ление воды должно быть не менее 0,1 МПа. Спустя 20 мин плитки
вынимают и опускают в 5%-й раствор соляной кислоты на 10—
15 мин. После этого плитки вновь помещают в корпус на водопро-
водной магистрали, пропуская воду в течение 10 мин, сушат в те-
чение 2 ч в сушильном шкафу при температуре 105—110 °C и про-
каливают в муфельной печи в течение 30 мин при температуре
500—600 °C (при этом уголь выгорает). Затем плитки охлаждают
284
вместе с печью до комнатной температуры. Каждая плитка выдер-
живает до 10—15 регенераций, после чего в ней появляются тре-
щины и она становится непригодной для дальнейшего использо-
вания
Керамические фильтры хуже осветляют водку, чем песочные,
так как поры плиток имеют неодинаковый размер и часть тонко-
дисперсных взвешенных частичек проходит сквозь них.
Профильтрованная водка поступает в доводные чаны (чаны го-
товой продукции), где ее перемешивают и проверяют на крепость.
Если крепость не соответствует установленному стандарту, то ее
доводят до требуемой добавлением спирта или воды, после чего
содержимое чана вновь перемешивают. Из доводных чанов водку
направляют на розлив.
10.1.5. ОБРАБОТКА СОРТИРОВОК
Сортировка, приготовленная смешиванием спирта и воды, яв-
ляется промежуточным продуктом производства. Только после
обработки активным углем она приобретает вкус и аромат, харак-
терные для водки.
Физико-химические основы обработки углем. Обработка водно-
спиртовых смесей углем — сложный физико-химический процесс.
Очистка смесей активным углем основана на способности погло-
щать (сорбировать) содержащиеся в спирте примеси, ухудшающие
органолептические свойства водок, и ускорять окислительно-вос-
становительные реакции.
При сорбционных процессах водно-спиртовые смеси частично
освобождаются от содержащихся в них примесей, а в результате
окислительно-восстановительных реакций происходят качествен-
ные и количественные изменения в составе примесей.
Активным углем называют мелкопористый уголь с высокораз-
витой внутренней поверхностью, достигающей 500—1000 см2/г,
обусловливающей его большую адсорбционную способность.
В отличие от ионитов уголь поглощает (адсорбирует) вещества
из окружающей среды. Согласно ГОСТ 6217 активный уголь дол-
жен иметь следующие показатели: суммарная пористость по
воде — не менее 1,6 см3/г, содержание золы — не более 7 %, на-
сыпная плотность — 0,24 г/м3, влажность — не более 10 %. Актив-
ность угля по адсорбции уксусной кислоты (по Ошмяну) не менее
50 ед.; активность по щелочности водного настоя (по Шульману)
не менее 2—3 см3.
Качество угля имеет большое значение, так как в основном от
него зависят органолептические показатели готовой водки. Од-
нако, несмотря на давность применения угля в водочном произ-
водстве, пока нет точно сформулированных требований к его ка-
честву, которые бы надежно характеризовали очистительные
285
свойства, проявляемые углем при обработке водно-спиртовых
смесей.
Согласно теории академика М. М. Дубинина адсорбционные
свойства активных углей тесно связаны с их пористой структурой.
Различают следующие разновидности пор активных углей: макро-
поры, переходные и микропоры.
Основная роль в адсорбции принадлежит наиболее мелким по-
рам угля — микропорам, так как у них более развитая внутренняя
поверхность, чем у макропор или переходных, и потому они отли-
чаются особым механизмом происходящих в них адсорбционных
или капиллярных процессов.
Так, для микропор характерно объемное заполнение адсорбци-
онного пространства, а для переходных и макропор — последова-
тельное образование адсорбционных слоев. Это свидетельствует о
том, что уголь с большим содержанием микропор обладает боль-
шей адсорбционной (поглотительной) способностью Однако, вы-
бирая мелкопористый уголь как более активный, следует учиты-
вать, что его поры могут оказаться более мелкими, чем молекулы
примесей водно-спиртовых растворов, которые он должен сорби-
ровать, и это может значительно затруднить процесс.
Промышленность выпускает много марок углей, различных по
структуре, и, следовательно, с разными свойствами. Подбор угля с
определенными, оптимальными для ликероводочной промыш-
ленности параметрами имеет актуальное значение как для улуч-
шения качества водок, так и для повышения производительности
очистных цехов. Марку угля следует подбирать с учетом его струк-
турных свойств.
Активный уголь проявляет избирательное (селективное) дей-
ствие к различным примесям: альдегидам, эфирам, сивушным
маслам и кислотам. Это явление объясняется тем, что процесс ад-
сорбции зависит не только от структуры угля, но и от химической
природы адсорбируемого вещества. В водочном производстве сле-
дует обращать внимание на чистоту угля, его механическую проч-
ность, адсорбционную и каталитическую способность. Активный
уголь способен поглощать различные вещества, находящиеся в ок-
ружающей его атмосфере, поэтому при его перевозке и хранении
он должен быть упакован в стальные или фанерные бочки, выло-
женные изнутри плотной бумагой. Допускается упаковка и в бу-
мажные многослойные мешки.
Способы обработки сортировки активным углем. На отечествен-
ных ликероводочных заводах в течение длительного времени при-
меняли различные упрощенные периодические способы обработ-
ки, которые заключались в смешивании угля с водно-спиртовым
раствором в напорном чане или прокачивании раствора через пат-
роны с активным углем, вставляемые в напорные чаны. Основные
недостатки этих методов прерывность процесса, низкая произво-
дительность, незначительный эффект использования угля и тру-
286
Рис. 10.5. Установка для обработки водно-спиртовой смеси
активным углем динамическим способом:
1 — форфильтры-песочники, 2— угольные колонки; 3— керамические
фильтры; 4 — холодильник; 5 — сборник отгона
доемкость операций, связанных с извлечением и регенерацией
угля.
В настоящее время обработку сортировки углем осуществляют
непрерывно двумя способами: динамическим и во взвешенном
слое угля.
Динамический способ применяется по предложению В. Ф. Ко-
марова, И. Ф. Майского и В. Г. Свириды. Этот способ заключает-
ся в том, что смесь пропускают через одну, две или три последова-
тельно соединенные между собой угольные колонки.
Активный уголь различной степени зернения загружают в мед-
ные, луженые изнутри колонки высотой 4,2 м и диаметром 0,7 м и
через них снизу вверх пропускают водно-спиртовой раствор.
Установка для обработки сортировки активным углем состоит
из двух форфильтров-песочников, одной, двух или трех угольных
колонок, соединенных между собой последовательно, и двух кера-
мических фильтров для окончательного фильтрования водки пос-
ле угольных колонок (рис. 10.5).
Очистка водно-спиртовых смесей происходит следующим об-
разом- из напорного чана смесь самотеком поступает на предвари-
тельное фильтрование в форфильтры-песочники (или предвари-
287
тельные фильтры) для предотвращения загрязнения угля посто-
ронними частицами, вносимыми с водой и механически увлекае-
мыми водно-спиртовой смесью из напорного чана. Пройдя фор-
фильтры, смесь поднимается в угольные колонки, а затем для
окончательного фильтрования в керамические или песочные
фильтры, пройдя сквозь которые поступает в сборники готовой
продукции. Последнее фильтрование (после очистки углем) необ-
ходимо для задержания мелкодисперсных частичек угля, образую-
щихся в колонке при движении через плотный вертикальный слой
угля значительной высоты.
Скорость подачи водно-спиртовой смеси на фильтрационные
установки для обработки сортировок зависит от вида водки и ка-
чества угля. Предельно допустимая скорость подачи сортировки
на одну угольную колонку со свежим углем для высококачествен-
ной водки составляет 30 дал/ч, для ординарной водки — 60 дал/ч.
Активность угля в процессе фильтрования снижается, поэтому
приходится уменьшать и скорость фильтрования, которая для вы-
сококачественной водки составляет минимально 5 дал/ч, а для ор-
динарной — 10 дал/ч.
Продолжительность работы угольной колонки без регенерации
может колебаться в широких пределах и составляет от 15 до
100 тыс. дал. Обычно регенерацию проводят 3—4 раза в год. Рас-
ход угля на 1000 дал сортировки 1,6 кг.
В процессе обработки водно-спиртовых растворов активный
уголь постепенно утрачивает свои очистительные свойства. Вос-
становление активной способности угля называется регенерацией.
Регенерацию проводят непосредственно в колонке, воздей-
ствуя на уголь насыщенным водяным паром температурой ПО—
115 °C при давлении 0,07 МПа. Регенерация угля паром повышает
его активность незначительно, поэтому максимальная скорость
фильтрования через регенерированный уголь для высококачествен-
ной водки составляет 20 дал/ч, а для ординарной — 40 дал/ч.
Обработка сортировки модифицированным крахмалом. Для очис-
тки сортировки от примесей спирта кроме активного угля можно
использовать модифицированный крахмал, который готовят на
заводе непосредственно перед внесением его в сортировочный
чан. Этот метод обработки сортировки применяется на предприя-
тиях небольшой производительности.
Для приготовления модифицированного крахмала в модифика-
тор вносят 3 кг сухого крахмала, заливают его водой из расчета
получения 2,5—5 %-го раствора и добавляют 320 см3 ледяной ук-
сусной кислоты (количество крахмала и кислоты рассчитывают на
1000 дал сортировки). Смесь воды с крахмалом и уксусной кисло-
той при постоянном перемешивании термостатируют в течение
1 ч при 68—70 °C до получения клейковидной массы однородной
консистенции. Затем крахмальную массу охлаждают до 20 °C и пе-
реводят в сортировочный чан. Модифицированный крахмал дол-
288
жен отвечать следующим требованиям: концентрация 2,5—5,0 %;
pH 6,5—6,7. Внешний вид: клейковидная масса равномерной кон-
систенции.
После введения в сортировочный чан необходимого количе-
ства спирта и умягченной воды при перемешивании добавляют
модифицированный крахмал из расчета 60—120 дм3 соответствен-
но 2,5—5%-го модифицированного крахмала на 1000 дал сорти-
ровки. или 0,03 % в пересчете на сухой крахмал.
Полученную смесь воды, спирта и модифицированного крах-
мала перемешивают в течение 30 мин, а затем перекачивают в на-
порный чан.
В напорном чане сортировку выдерживают в течение 2 ч. После
выдержки ее направляют на фильтр типа «Прогресс», предвари-
тельно можно использовать фильтр грубой очистки типа мешоч-
ного.
Выдержку сортировки, обработанной модифицированным
крахмалом, можно проводить непосредственно в сортировочном
чане также в течение 2 ч, откуда готовую сортировку направляют
на фильтрование путем снятия ее с крахмального осадка.
Отработанный крахмал смывают с фильтров обратным потоком
воды, собирают в емкость для отработанного крахмала и исполь-
зуют для приготовления клея, необходимого для наклейки этике-
ток. Водку после фильтрования насосом перекачивают в доводной
чан, в который согласно рецептуре добавляют все необходимые
ингредиенты и производят доводку крепости. Из доводного чана
водку подают на розлив.
10.2. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИКЕРОНАЛИВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Ликероналивочные изделия делятся на 14 групп в зависимости
от содержания в них спирта и сахара. Физико-химические показа-
тели ликероналивочных изделий приведены в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Физико-химические показатели ликероналивочных изделий
Группа изделий Крепость, % Массовая концентрация, г/100 см’
общего экстракта сахара КИСЛОТ (в пересчете на лимонную)
Ликеры крепкие 35-45 25-50 25-50 0-0,5
Ликеры десертные 25-30 30-50 30-50 0-0,7
Кремы 20-23 50-60 49-60 0-0,75
Наливки 18-20 26-47 25—40 0,2-1,0
Пунши Настойки: 15-20 30-43 30-40 6-1,3
сладкие 16-25 9-32 8-30 0-0,9
полусладкие 30-40 10-12 9—10 0-0,8
289
Продолзкение
Группа изделий Крепость, % Массовая концентрация, г/100 см’
общего экстракта сахара КИСЛОТ (в пересчете на лимонную)
полусладкие слабоградусные 20-28 5-12 4-10 0-0.8
горькие 30-60 0-8 0-7 0-0,5
горькие слабоградусные 25-28 — — —
Напитки десертные 12-16 15-32 14-30 0,2—1.0
Аперитивы 15-35 5-20 4-18 0,2-0.7
Бальзамы 40-45 7-30 — —
Коктейли 20-40 0-25 0-24 0-0,5
Эмульсионные ликеры 18-25 15-45 15-35 0-0,2
Разнообразие ассортимента напитков достигается применени-
ем спиртованных соков, морсов, настоев и ароматных спиртов,
приготовляемых более чем из 100 видов растительного сырья, ко-
торое разделяют на 5 групп: травы и листья, корни и корневища,
цветы, древесная кора и плоды.
Для ликероналивочного производства важное значение имеют
растворимые вещества сырья. К ним относятся сахара, органичес-
кие кислоты, многоатомные спирты, дубильные, азотистые и пек-
тиновые вещества, глюкозиды, алкалоиды и эфирные масла.
10.2.1. АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ
ЛИКЕРОНАЛИВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Основными технологическими стадиями при приготовлении
ликероналивочных изделий являются следующие: приготовление
спиртованных соков, морсов, настоев, ароматных спиртов; приго-
товление сахарного сиропа и колера; подготовка ингредиентов,
предусмотренных рецептурой; приготовление купажа и его кор-
ректировка; фильтрование купажа; выдержка ликеров; фасование
и оформление изделий.
Технологическая схема приготовления ликероналивочных из-
делий представлена на рис. 10.6.
Приготовление спиртованных соков. Спиртованный сок — полу-
фабрикат, приготовленный из плодово-ягодного сока при консер-
вировании его спиртом-ректификатом. Аппаратурно-технологи-
ческая схема получения плодово-ягодных спиртованных соков
представлена на рис. 10.7.
Сырье, прибывшее на завод, взвешивают на весах 1, сортируют
на конвейере 2. Мойку сырья осуществляют холодной водой в ба-
рабанных или душевых моечных машинах 3. Затем с помощью
скребкового транспортера 4 сырье подают в дробилку 5 (вальцо-
вую или дисковую). Мезгу собирают в сборнике 6. При измельче-
нии сырья выделяется сок-самотек, который сразу же направляет-
ся в сборник 16. На заводах для увеличения выхода сока мезгу об-
290
Рис. 10.6. Технологическая схема приготовления ликероналивочных изделий:
1. 2 и 5— мерники соответственно для спиртованных соков, морсов и настоев; 3, 4, 6, 7и 8—
мерники соответственно для ароматных спиртов, умягченной воды, сахарного сиропа, колера
и спирта; 9. Юк 7/ — сборники соответственно для горьких настоек, ликеров и бесцветных из-
делий 12, 13 и 14— купажные чаны соответственно для горьких, сладких и бесцветных изде-
лий, 75—фильтр пресс- 16— контрольный фильтр, /7—автомат для розлива, 18— конвейер;
79—воронки для брака; 20, 24 и 26— насосы соответственно для колера, сиропа и ликеров;
21 — колероварка; 22 — сироповарочный котел; 23 — фильтр-ловушка; 25 — бочки с ликерами
на выдержке; 27и 28-— сборники соответственно для исправимого и неисправимого брака
Рве. 10.7. Аппаратурно-технологическая схема получения плодово-ягодных спирто-
ваниых соков
рабатывают цито-пектолитическим ферментным препаратом, на-
пример пектофоетидином П10х. Расход препарата составляет
0,01—0,05 % от массы сырья. В результате ферментативного воз-
действия увеличивается проницаемость клеток и понижается вяз-
кость сока, что способствует повышению его выхода.
После обработки мезга поступает на прессование в пакетные и
шнековые прессы 7. В результате прессования выделяется сок, ко-
торый собирается в сборнике 16. Выжимки с помощью шнека 8
направляют на утилизацию.
После сбора сока в сборнике 16 с целью его консервирования
вводят спирт до концентрации 25 об. % из цистерны 17 и мерни-
ка 9. Исключение составляет земляничный сок, который спирту-
ют до 20 об. %, так как при большей крепости ухудшаются его вкус
и аромат. После смешивания сока со спиртом с помощью насоса
12 спиртованный сок перекачивают в отстойные чаны 10. При
спиртовании сока в осадок выпадают взвешенные частицы и вы-
сокомолекулярные вещества. Продолжительность отстаивания
сока 10—30 сут. После отстаивания спиртованный сок декантиру-
ют с осадка и направляют в сборники 75 для хранения, а осадок
направляют в выпарной аппарат для извлечения спирта. Затем сок
фильтруют на фильтре 14 и через сборник 7 / и мерник 13 переда-
ют на купажирование. При получении спиртованных соков извле-
кается 60—75 % экстрактивных веществ сырья.
Приготовление спиртованных морсов. Спиртованные морсы по-
лучают настаиванием дробленого свежего или сушеного плодово-
ягодного сырья в водно-спиртовом растворе крепостью SO-
SO об. %.
Стенки живых клеток сырья обладают свойством полупроница-
емости, т. е. они пропускают внутрь клетки только те вещества,
которые необходимы для ее жизнедеятельности, и выделяют нару-
жу конечные продукты обмена веществ. В результате этого пока
клетка жива, извлечение из нее экстрактивных веществ почти не-
возможно.
Когда клетка умирает, оболочка теряет свойство полупроница-
емости, и через нее внутрь клетки свободно может проходить из
окружающей среды растворитель, а наружу могут выходить экст-
рактивные вещества, содержащиеся в клеточном соке. Этанол гиг-
роскопичен (легко поглощает влагу) и при соприкосновении с ра-
стительной клеткой обезвоживает ее. Кроме того, спирт свертыва-
ет белковые и пектиновые вещества, после чего становится воз-
можным проникновение водно-спиртового раствора внутрь
клетки. Затем вследствие высокой концентрации экстрактивных
веществ в клетке начинается их переход в растворитель (в водно-
спиртовой раствор), находящийся вне клетки. Процесс приготов-
ления морсов способом настаивания основан на явлениях диффу-
зии и осмоса. Для достижения наиболее полного и быстрого из-
влечения экстрактивных веществ должны быть созданы оптималь-
292
ные условия, благоприятные для диффузионного процесса. К ним
относятся: степень измельчения сырья, его физиологическое со-
стояние, способ укладки сырья в настойном чане, концентрация
спирта в растворителе, частота перемешивания сырья с раствором,
температура и время настаивания.
Согласно закону диффузии (закону Фика) количество вешества
5 продиффундировавшего через слой растворителя, прямо пропор-
ционально разности концентраций на границах этого слоя С—с,
времени т, поверхности слоя F и обратно пропорционально тол-
щине слоя х, т. е. длине пути диффузии:
5 = [ЦС-с)т/]/х,
где к — коэффициент диффузии.
Количество продиффундировавшего вещества прямо пропор-
ционально поверхности диффузии. Поэтому сырье необходимо
предварительно измельчить, так как это увеличивает его поверх-
ность. Однако сильное измельчение сырья нежелательно, по-
скольку морс может получиться мутным, а сырье сильно слежива-
ется, затрудняя при этом диффузию. Для устранения слеживания
и более равномерного распределения экстрактивных веществ в ра-
створителе периодически проводят перемешивание. Оптимальная
температура настаивания 16—25 °C.
Аппаратурно-технологическая схема приготовления спирто-
ванных морсов приведена на рис. 10.8.
Водно-спиртовай раствор
Рис. 10.8. Аппаратурно-технологическая схема получения спиртованных морсов:
/—весы; 2—сортировочный транспортер; 3 — дробилка; 4, 7и 9 — тележки с емкостью; 5—
частойный чан; 6 — емкость для мезги; 8— пресс; 10— выпарные аппараты; 11 и 13— насосы
для морса; 12— резервуар для морса; 14— сборник отходов
293
Дробленое сырье загружают в настойный чан, заливают водно-
спиртовым раствором крепостью 45 об. % при переработке свеже-
го и 50 об. % при переработке сушеного сырья и настаивают 14 сут
при периодическом перемешивании и 6—10 сут при ежедневном
перемешивании. После этого сливают морс первого слива в от-
стойный сборник. Это же сырье вторично заливают спиртовым
раствором крепостью 30 об % для свежего и 45 об. % для суше-
ного сырья. Второе настаивание ведут, как и первое, получая
морс второго слива. По окончании настаивания готовый спирто-
ванный морс первого и второго сливов перекачивают в емкости
для хранения.
Отработанное плодово-ягодное сырье из настойных чанов по-
дают насосом в корзину пресса. Отжатый морс направляют в ем-
кости, для хранения, где его перемешивают с морсом первого и
второго сливов. Периодически морс из этих емкостей перекачива-
ют в купажное отделение. Выжимки из-под пресса направляют в
выпарной аппарат для извлечения оставшегося в них спирта, ко-
торый используют для приготовления денатурата.
С морсами первого и второго сливов извлекается 90 % экстрак-
тивных веществ сырья. Содержание спирта в морсах из свежего
сырья 25—26 об. % (в клюквенном 32—33 об. %, в рябиновом 34—
35 об. %), из сушеного — 35—47 об. %.
Приготовление спиртованных настоев. Настои — это полуфабри-
каты, приготовленные настаиванием ароматического сырья в вод-
но-спиртовых растворах крепостью 40—90 об. %.
Для приготовления настоев сушеное растительное сырье взве-
шивают и сортируют, отбраковывая дефектные экземпляры и уда-
ляя посторонние органические и минеральные примеси. После
этого сырье измельчают: коренья, орехи, семена —на дисковых
дробилках, сушеные травы — на траворезках.
Степень измельчения сырья для различных частей растения
различна: корни измельчают на кусочки длиной 0,5—2 см, кору—
0,5—2 см, траву — 2—10 см, корки цитрусовых — 1—2 см, орехи —
на кусочки размером 0,5—1 см3, семена дробят до расплющива-
ния.
Спиртованные настои получают двумя способами: двукратным
настаиванием с одноразовым ежедневным перемешиванием и на-
стаиванием в специальной экстракционной установке (рис. 10.9)
при шестикратном перемешивании в течение смены.
При двукратном настаивании с одноразовым ежедневным пе-
ремешиванием дробленое сырье загружают в небольшие емкости
или бочки, заливают водно-спиртовым раствором и настаивают в
зависимости от вида сырья при ежедневном перемешивании в те-
чение 5—14 сут. По истечении этого времени удаляют настой пер-
вого слива. Сырье заливают свежей порцией водно-спиртового ра-
створа и вторично настаивают в течение 5—10 сут при ежедневном
перемешивании. Затем сливают настой второго слива и смешива-
294
Рис. 10.9. Аппаратурно-технологическая схема получения спиртованных настоев:
1 — весы; 2— сортировочный чан; 3 — емкость для ингредиентов; 4 — дробилка 5—траворез-
ка; б — экстрактор; 7—дефлегматор; 8 — холодильник; 9—контрольный фонарь, 10— ем-
кость для приготовления водно-спиртовых растворов; // — сборник для настоев; 12— насос
ют его с первым в одной емкости. Отработанное сырье выгружают
и направляют на выпарку для извлечения оставшегося в нем спир-
та. При приготовлении настоев в экстракционной установке про-
должительность настаивания сокращается в 2—3 раза.
С настоями извлекается 75—95 % эфирных масел и экстрактив-
ных веществ от содержания их в исходном сырье.
Приготовление ароматных спиртов. Ароматный спирт представ-
ляет собой бесцветный прозрачный дистиллят, полученный пере-
гонкой эфиромасличного и другого ароматического сырья с вод-
но-спиртовым раствором (рис. 10.10).
Ароматическое сырье, поступающее на завод, взвешивается на
весах 7, сортируется на столе 2 и измельчается в дробилке 3. Травы
дробят на траворезке 4. Эфиромасличное сырье загружают в куб
перегонного аппарата 5, заливают водно-спиртовым раствором
крепостью 60 об. % для свежего сырья и крепостью 50 об. % для
сушеного сырья и подвергают перегонке.
Температура в начале перегонки и во время нее 80—90 °C, в
конце перегонки 100 °C. Водно-спиртовые пары ароматного спир-
та проходят дефлегматор 6 и холодильник 7. Во время перегонки
отбирают три фракции дистиллята (%): головную 0,1—2; среднюю
(ароматный спирт) 50—70 и концевую 30—50. Переход к отбору
каждой фракции проводят по органолептической оценке. Выход
ароматного спирта составляет 45—60 %. Крепость спирта 75—
80 об. %. Полученный ароматный спирт собирают в сборнике <£и с
помощью насоса 10 перекачивают в мерники. Остальные фракции
собирают в сборник-мерник 9.
295
Рис. 10.10. Алпаратурио-техиологическая схема получения ароматных
спиртов
С целью интенсификации процессов получения настоев и аро-
матных спиртов используют вакуумные установки (разрежение
0,08—0,09 МПа). В результате активного кипения сырья в водно-
спиртовом растворе ускоряется процесс экстрагирования сырья,
что приводит к сокращению продолжительности цикла и увеличе-
нию выхода ценных веществ.
Приготовление сахарного сиропа и колера. Сиропы готовят горя-
чим и холодным способами концентрацией 65,8 и 73,2 мае. %.
Приготовление сахарного сиропа холодным способом предусмат-
ривает растворение сахара в воде при 20—25 °C. Для получения
сиропа с массовой долей 65,8 % горячим способом в сироповароч-
ный котел вносят умягченную воду из расчета 0,5 дм3 на 1 кг саха-
ра, а для получения сиропа с массовой долей 73,2 % — 0,35 дм3
при непрерывно работающей мешалке. Воду подогревают до 50—
60 °C. Вносят расчетное количество сахара. После растворения са-
хара сироп дважды доводят до кипения, снимая шумовкой образо-
вавшуюся пену. Пену и промывные воды собирают в специальном
сборнике и после фильтрования используют для очередной варки.
Продолжительность кипячения не должна превышать 30 мин во
избежание пожелтения или побурения сиропа. Готовый сахарный
сироп фильтруют, с помощью насоса направляют на охлаждение и
далее в специальный расходный сборник.
Если необходимо приготовить сахарный сироп концентрацией
73,2 %, для предотвращения выпадения кристаллов сахара при ох-
лаждении в процессе варки в сироп вносят лимонную кислоту в
виде 10%-го раствора из расчета 1 — 1,5 кг на 1 т сахара. Время ин-
версии 2 ч, а степень инверсии 50 %.
Колер готовят в варочном котле, с электрическим обогревом. В
котел загружают взвешенное количество сахара и нагревают до
160—180 °C. При этой температуре происходит интенсивная кара-
мелизация. Ее проводят при непрерывном перемешивании. Как
296
только колер будет готов, нагревание прекращают и колер разбав-
ляют водой температурой 60 °C до плотности 1,35 (примерно
70 мае. %). Когда колер охладится до 60—65 °C, перемешивание
прекращают и с помощью насоса его перекачивают в напорный
сборник.
10.2.2. КУПАЖИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КУ ПАЖЕЙ
Процесс приготовления ликероводочных изделий путем сме-
шивания отдельных составных частей называется купажировани-
ем, а полученная смесь — купажом.
Приготовление купажа — основная операция технологического
процесса, от тщательности выполнения которой во многом зави-
сит качество изделий.
Перед купажированием плодово-ягодные соки и морсы осто-
рожно сливают с осадка, образовавшегося в процессе хранения на
дне чана, и пропускают через фильтры-прессы. При необходимос-
ти плодово-ягодные соки и морсы перед фильтрованием осветля-
ют бентонитом. Лимонную кислоту перед введением в купаж ра-
створяют в воде. Эфирные масла и ванилин вносят в виде спирто-
ванных растворов; красители индигокармин и тартразин предва-
рительно растворяют в воде или пробе, отобранной из купажа
изделия. Колер перед внесением в купаж разбавляют водой (на
I кг колера 1 дм3 воды).
Сахарный сироп перед введением в купаж должен быть охлаж-
ден до 20 °C во избежание испарения спирта и ароматических ве-
ществ.
Ликероводочные изделия готовят по действующим рецептурам.
Готовые изделия должны соответствовать ГОСТу по физико-хи-
мическим (содержанию спирта, сахара, экстракта, кислотности и
цветности) и органолептическим (цвету, вкусу и аромату) показа-
телям.
В рецептуре на каждое изделие приводится расход полуфабри-
катов на 1000 дал, причем для изделий, приготовленных на плодо-
во-ягодном сырье, указывается также количество общего экстрак-
та (кг), а для изделий из эфиромасличного сырья — количество
эфирного масла (дм3).
В рецептурах также указывают расход сырья (кг) для приготов-
ления 1000 дал изделия. Расход сырья и полуфабрикатов приво-
дится из расчета на сырье среднего качества. Обычно состав сырья
и полуфабрикатов, имеющихся на заводе, несколько отличается от
принятого в рецептуре. Поэтому прежде чем приступать к приго-
товлению купажа, производят расчет их необходимого количества,
исходя из фактического содержания в них экстрактивных ве-
ществ, сахара, кислот, эфирных масел и спирта.
297
При расчете руководствуются нормами расхода, указанными в
рецептурах, и фактическим качеством сырья и полуфабрикатов.
При расчете купажей необходимо учитывать следующее:
содержание экстракта, указанное в физико-химических пока-
зателях изделия, суммируется из содержания экстрактивных ве-
ществ, вносимых в купаж со спиртованными соками, морсами, са-
харом и лимонной кислотой;
содержание сахара, указанное в физико-химических показате-
лях, складывается из содержания сахара, вводимого со спиртован-
ными соками и морсами, и содержания сахара в сахарном сиропе;
содержание кислоты суммируется из содержания кислоты в
спиртованных соках и морсах, лимонной кислоты, пошедшей на
доведение кислотности изделия до указанной в рецептуре, и ли-
монной кислоты, пошедшей на инверсию сахара при применении
сахарного сиропа концентрацией 73,2 %.
Составление и корректировка купажей. На основании проведен-
ных расчетов составляют купаж и проводят купажирование. Ку-
пажные чаны представляют собой резервуары цилиндрической
формы, выполненные из коррозионно-стойкой стали, из обычной
стали с покрытием эмалью, из дерева (дубовые) или кислотоупор-
ной керамики.
При составлении купажа следует учитывать свойство сахара об-
разовывать осадок в концентрированных спиртовых растворах.
Поэтому при составлении купажа смешивание составных частей
производят в определенной последовательности.
Сначала вводят спиртованные соки, морсы, настои, ароматные
спирты, затем спирт-ректификат и большую часть воды, предназ-
наченной для приготовления изделия. После тщательного переме-
шивания к смеси добавляют сахарный сироп, лимонную кислоту,
красители и оставшуюся часть воды для доведения до заданного
объема.
В зависимости от результатов анализа купаж корректируют и
при соответствии его показателей установленным параметрам
дают разрешение на его фильтрование. Готовый купаж после
фильтрования повторно анализируют и при соответствии качества
изделия требованиям ГОСТа, ТУ и рецептуре дают разрешение на
его розлив
Для фильтрования купажей применяют периодически действу-
ющие асбестовые фильтры различных конструкций и фильтры-
прессы с асбестоцеллюлозными прокладками, работающими под
давлением.
На скорость фильтрования влияют вязкость, плотность и тем-
пература изделия. При фильтровании различных групп ликерово-
дочных изделий рекомендуется соблюдать следующие режимы
фильтрования (дал/ч на 1 м2 поверхности фильтрации): для горь-
ких изделий 45—65, сладких 35—45, ликеров 30—35.
298
10.2.3. ВЫДЕРЖКА ЛИКЕРОВ И РОЗЛИВ ПРОДУКЦИИ
Большинство ликероводочных изделий после фильтрования
сразу разливают в бутылки и лишь некоторые ликеры, такие, на-
пример, как Бенедиктин, подвергают длительной выдержке (ста-
рению) в дубовых бочках или бутах. При этом аромат ликеров ста-
новится более тонким и округленным, вкус — мягким, более при-
ятным.
Процессы, протекающие при этом, изучены недостаточно.
Предполагают, что старение ликеров связано с окислительно-вос-
становительным процессом и что древесина дубовых бочек, в ко-
торых хранят ликеры, является катализатором химических про-
цессов, протекающих при выдержке.
При старении ликеры обогащаются компонентами древесины.
За счет окислительно-восстановительных процессов в большин-
стве ликеров увеличивается количество сложных эфиров и ацета-
лей.
Установлено, что улучшение вкуса и аромата изделий зависит
от их состава и происходит в разные сроки. Поэтому для каждого
вида ликера приняты различные сроки выдержки (от I мес до
2 лет). Ликеры следует выдерживать в сухих помещениях со сла-
бым рассеянным дневным светом при температуре 8—20 °C и от-
носительной влажности воздуха 75—85 %.
Выдержанные ликеры фильтруют и передают на розлив.
Водки и ликероналивочные изделия разливают в стеклянные
бутылки, стеклянные, хрустальные и фарфоровые графины. Роз-
лив и оформление изделий осуществляются на специальных ли-
ниях, в состав которых входят бутылкомоечная, фасовочно-укупо-
рочная машины, инспекционные устройства, этикетировочные
машины, машины для товарного оформления бутылок, наклейки
акцизных марок и нанесения штрихкодов. Машины соединены
между собой пластинчатыми транспортерами. Ликероводочные
изделия разливают в бутылки по объему.
10.2.4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЛИКЕРОВОДОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Качество изделий определяется физико-химическими и орга-
нолептическими показателями. В водках анализируют крепость,
щелочность, содержание примесей спирта, в ликероводочных из-
делиях — крепость, содержание общего экстракта, сахара, органи-
ческих кислот, эфирного масла, кумарина.
Органолептическая оценка водок и ликероводочных изделий
осуществляется по Ю-балловой системе (табл. 10.2).
С целью гарантированного надлежащего качества напитков ус-
тановлены следующие предельные сроки их хранения: водок —
0—12 мес; водок для экспорта — до 5 лет; ликеров крепких и кре-
299
мов — 8 мес; ликеров десертных, пуншей — 6 мес; настоек горь-
ких — 3—8 мес; десертных напитков — 2 мес; бальзамов — 6—
8 мес; аперитивов, коктейлей — 3—6 мес; наливок, настоек слад-
ких — 3—6 мес.
Таблица 10.2
Органолептическая оценка качества водок и ликероводочных изделий
Оценка Обший балл Условия, при которых изделие получает данную опенку
ДЛЯ водок для ликероводоч- ных изделий
Отлично 9,2—10.0 (для водок, постав- ляемых на экс- порт, не менее 9,5) 9.2-10,0 По всем показателям имеет оценку «отлично»
Хорошо 8,0-9,1 7,8-9,1 Имеет оценки «хорошо» и «отлично»
Удовлетворительно 6,5-7,9 6,5-7,7 Имеет оценки «удовлет- ворительно», «хорошо» и «отлично»
Неудовлетвори- тельно Ниже 6,5 Ниже 6,5 Если имеет хотя бы по одно- му из этих показателей, то оценивается «неудовлетвори- тельно»
10.3. ТЕХНОЛОГИЯ КОНЬЯКА
Коньяк представляет собой крепкий алкогольный напиток ян-
тарно-золотистого цвета, который готовят из выдержанного конь-
ячного спирта — продукта дистилляции виноградных вин.
Впервые коньяк был изготовлен во Франции в г. Коньяк (де-
партамент Шаранта), откуда и получил свое название. В отличие
от этанола, используемого для приготовления водок, коньячный
спирт содержит значительно больше летучих примесей — альдеги-
дов, эфиров, летучих кислот и высших спиртов. Эти примеси, а
также вещества, извлеченные из дубовой древесины бочек при вы-
держке в них спирта, играют определяющую роль в формирова-
нии вкуса и аромата коньяка.
Крепкие напитки из спирта, полученного дистилляцией вино-
градных вин, изготовляют во Франции, в России, Болгарии, Юго-
славии, Испании, Италии, США и других странах. Согласно су-
ществующему законодательству о контролируемых наименовани-
ях по происхождению они не могут выпускаться под названием
«коньяк» и называются в различных странах по-разному: «армань-
як», «бренди», «виньяк». В России название «коньяк» сохранено
для крепких виноградных напитков, выпускаемых на внутреннем
рынке. Это название утратило практически свое географическое
понятие и воспринимается как тип напитка.
300
В России коньячные спирты вырабатывают в Дагестане, Став-
ропольском крае из сортов винограда Алый терский, Нарма,
Сильванер, Ркацители и в Краснодарском крае из сорта Плавсей.
Наиболее тонкие коньяки получают из белых и розовых сортов
винограда, имеющих цветочный или нейтральный аромат.
Технология коньяка включает приготовление коньячных вино-
материалов, получение коньячных спиртов, их выдержку и приго-
товление коньяков.
Получение коньячных виноматериалов. Коньячные виноматери-
алы готовят из белых, розовых, красных сортов районированного
винограда по технологии, принятой для белых столовых вин. Луч-
шие коньячные виноматериалы получают из винограда, произрас-
тающего на известковых, меловых, глинисто-известковых и каме-
нистых почвах. В переработку допускается только здоровый ви-
ноград. Сусло при осветлении не сульфитируют. Его сбраживание
проводят при температуре 16—25 °C.
Практический опыт, а также результаты научных исследований
позволили установить определенные требования к коньячным ви-
номатериалам. Так, содержание спирта в них должно быть не ме-
нее 8 об. %, титруемая кислотность должна составлять не менее
4,5 г/дм3, содержание летучих кислот — не более 1,3 г/дм3, общей
сернистой кислоты — не более 15 мг/дм3, цвет — от светло-соло-
менного до розового, без посторонних запаха и вкуса. Коньячные
виноматериалы могут быть не вполне осветленными. Дрожжи, ос-
тавшиеся в вине (допускается до 2 %), содержат ароматические ве-
щества (энантовый эфир и эфирные масла), которые при перегон-
ке вина переходят в дистиллят и улучшают аромат коньячных
спиртов. В производстве коньячных виноматериалов применение
сернистой кислоты не допускается. При перегонке вин, содержа-
щих сернистую кислоту, образуются тиоэфиры, обладающие рез-
ким неприятным и неустойчивым запахом. Полностью избавиться
от SO2 невозможно, он образуется под действием дрожжей в про-
цессе сбраживания сусла. Поэтому в коньячном производстве не-
обходим подбор рас дрожжей, образующих минимальное количе-
ство диоксида серы.
Технология получения коньячных виноматериалов такая же,
как и при производстве белых столовых вин. Сусло быстро отделя-
ют от мезги, чтобы предогтвратить извлечение пектиновых ве-
ществ из ягод винограда, содержащих метаксильные группы, из
которых образуется метанол (метиловый спирт). В коньячных
виноматериалах содержание метилового спирта не должно пре-
вышать 0,1 об. %.
Получение коньячных спиртов. В основе получения коньячных
спиртов лежит перегонка. Технология коньячных спиртов отлича-
ется от технологии ректификованного этилового спирта тем, что
при получении коньячного спирта не стремятся как можно полнее
очистить коньячный спирт от сопутствующих летучих примесей.
301
Технологические схемы перегонки должны быть подчинены ос-
новной цели — сохранению и накоплению в коньячном спирте
высокоценных составляющих частей, участвующих в формирова-
нии коньяка.
В состав коньячных виноматериалов и получаемого из них
спирта-сырца входит целый ряд летучих веществ, в том числе та-
ких, которые, взаимодействуя друг с другом, способны образовы-
вать новые вещества.
По поведению при перегонке летучие вещества можно разде-
лить на две группы. К первой группе относятся летучие продукты,
которые в результате перегонки переходят из коньячных винома-
териалов в спирт-сырец, а затем в коньячный, не претерпевая хи-
мических изменений. Количество их либо остается прежним, либо
изменяется в ту или иную сторону под воздействием физических
факторов. Концентрация таких веществ возрастает вследствие ук-
репления жидкости в результате перегонки.
Во вторую группу входят вещества, претерпевающие химичес-
кие изменения в процессе перегонки. В результате химического
взаимодействия содержание одних веществ изменяется, а другие
образуются вновь.
При перегонке происходит значительный прирост альдегидов
(на 74 %) и эфиров (на 17,4 %). Увеличение количества альдегидов
при первой перегонке, вероятнее всего, связано с окислением не-
которой части этанола в уксусный альдегид.
Для образования новых веществ в кубе имеются все необходи-
мые условия: высокая температура, наличие в коньячном винома-
териале растворимого кислорода и промежуточных окислителей.
При перегонке происходит новообразование средних эфиров. Для
этого также имеются все условия; высокая температура, содержа-
ние большого количества летучих кислот и спирта. Средние эфи-
ры образуются из одноосновных кислот, главным образом из ук-
сусной.
В результате дегидратации пентоз образуется фурфурол, коли-
чество которого зависит от длительности кипячения виноматериа-
ла. Общая дегидратация пентоз при дистилляции виноматериала в
аппаратах различной конструкции не превышает 1 %.
Кроме новообразования веществ при перегонке протекает об-
ратный процесс — разложение веществ. Так, высокая температу-
ра, наличие промежуточных окислителей и кислорода способству-
ют окислению спирта в уксусный альдегид и уксусную кислоту. На-
ряду с этерификацией происходит разложение имеющихся эфиров
и ацеталей. По-видимому, в процессе перегонки происходят ново-
образование и разложение целого ряда других веществ.
Одним из наиболее важных факторов, оказывающих влияние
на течение процессов новообразования и разложения веществ при
перегонке, являются состав исходного сырья и режим работы пе-
регонного аппарата, в частности продолжительность сгонки.
302
Новообразование и разложение летучих веществ происходят
также и в процессе фракционированной перегонки спирта-сырца,
но менее интенсивно.
Новообразование летучих компонентов при перегонке тесно
связано с составом перегоняемой жидкости. Материал перегон-
ного аппарата, в свою очередь, оказывает существенное влияние
на процесс новообразования некоторых летучих компонентов
коньячного спирта, так как ионы многих металлов являются ка-
тализаторами ряда химических реакций, в том числе окисли-
тельных.
В поставленных Е. Л. Менджояном опытах наибольшее образо-
вание летучих компонентов происходило в колбах из меди и желе-
за, наименьшее — в стеклянных. Среднее положение заняли сосу-
ды, покрытые оловом и серебром. Длительность кипячения вино-
материала при перегонке является одним из основных факторов в
процессе образования летучих компонентов. С увеличением про-
должительности нагревания виноматериала увеличивается коли-
чество веществ, образующихся в кубе.
Для перегонки виноматериалов применяют аппараты периоди-
ческого и непрерывного действия.
В кубовых аппаратах так называемого шарантского типа прово-
дят двукратную перегонку: при первой перегонке виноматериалов
получают спирт-сырсц, а при второй, перегоняя спирт-сырец, —
коньячный спирт.
При перегонке коньячного виноматериала, имеющего кре-
пость 8—12 об. %, получают спирт-сырец крепостью 23—32 об. %
в количестве 25—33 % от объема вина. При вторичной перегонке
спирта-сырца выделяют головную фракцию (1—3 %), среднюю,
т. е. коньячный спирт (30—35 %), и хвостовую (17—23 %) от объе-
ма спирта-сырца. Коньячный спирт имеет крепость 62—70 об. %.
Головную фракцию отправляют на ректификацию, хвостовую —
подвергают вторичной перегонке с разделением на три фракции.
При этом из средней фракции получают коньячный спирт II сорта
в количестве 20—25 % от объема разгоняемой жидкости, который
направляю! на выдержку для ординарных коньяков, а головной и
концевой погоны — на ректификацию.
Иногда в конце отбора концевой фракции выделяют душистые
воды, которые применяют при купажировании ординарных конь-
яков.
Для получения коньячного спирта на установках периодичес-
кого действия наиболее часто применяется установка двойной пе-
регонки шарантского типа УПКС. Обычно их используюз при из-
готовлении марочных коньяков.
Кубовый перегонный аппарат с паровым подогревом УПКС
(рис. 10.11) состоит из перегонного куба 1 с шаровым дефлегмато-
ром 2, подогревателя 3, конденсатора-холодильника 4, спиртового
Фонаря 5 и двух сборников 6, а также оснащена предохранитель-
303
Рис. 10.11. Кубовый перегонный аппарат
с паровым подогревом УПКС
ным и воздушным клапа-
нами и конденсационным
затвором. Установка изго-
товляется из меди.
На дне куба закреплен
плоскоспиральный змее-
вик. Наличие дефлегмато-
ра позволяет осуществлять
дополнительное укрепле-
ние спиртовых паров, под-
нимающихся из куба, за
счет их частичной конден-
сации и возврата в куб.
Подогреватель служит
для предварительного на-
грева виноматериала или
спирта-сырца до 60—80 °C.
Его вместимость равна
вместимости перегонного
куба Нагрев вина в подо-
гревателе проводят спир-
товыми парами, подавае-
мыми в змеевик подогревателя. Сконденсированные в нем пары
направляются в конденсатор-холодильник 4, который служит для
конденсации и охлаждения основной массы паров, образующихся
при перегонке.
В спиртовой фонарь 5 дистиллят поступает температурой 17 °C.
Крепость дистиллята устанавливается визуально по показаниям
стеклянного ареометра. Перегонка виноматериалов продолжается
6—8 ч, спирта-сырца — 10—12 ч.
Перегонка виноматериалов обеспечивает переход в дистиллят
наряду с этанолом основной массы летучих примесей из вина —
альдегидов, средних эфиров, высших спиртов и летучих кислот.
Последующей фракционной перегонкой коньячного спирта-сыр-
ца удаляют избыточное количество некоторых летучих примесей с
головной и хвостовой фракций. В связи с различным содержанием
этих примесей в спирте-сырце количество отбираемой головной
фракции может колебаться от 1 до 3 %. Крепость головной фрак-
ции 72—83 об. %.
К отбору средней фракции (коньячного спирта) приступают по
окончании сгонки головной и продолжают до показаний спирто-
мера 45—50 об. %. Выход коньячного спирта в пересчете на без-
водный составит 80—85 %, что при крепости дистиллята 62—
70 об. % будет соответствовать 24—31 дал. В соответствии с коле-
баниями концентраций летучих примесей в виноматериале и
304
спирте-сырце, а также различий в количествах отбираемых фрак-
ций при перегонке спирта-сырца будет меняться количественный
состав летучих примесей коньячного спирта (г/дм3): альдегиды —
0,02—0,4; средние эфиры— 0,35—1,8; высшие спирты — 0,5—1,8;
летучие кислоты — 0,2—0,3.
Отбор хвостовой фракции при перегонке ведут до нулевого по-
казания спиртомера в фонаре. Крепость хвостовой фракции 20—
28 об. %. Отбором хвостовой фракции обеспечивается стандартная
крепость коньячного спирта, поскольку получение фракций кре-
постью ниже 45 об. % привело бы к его разбавлению. Такой отбор
позволяет также регулировать поступление в коньячный спирт
примесей хвостового характера, излишнее количество которых
(например, летучих кислот) может ухудшить его качество. С дру-
гой стороны, конец сгонки средней, а также отбор хвостовой
фракции сопряжены с переходом в дистиллят высококипящих ле-
тучих веществ, улучшающих качественные показатели коньячного
спирта. Такими веществами являются фенилуксусный альдегид,
6-фенилэтиловый спирт, компоненты энантового эфира и др. По-
этому хвостовую фракцию рекомендуется добавлять к перегоняе-
мому виноматериалу или спирту-сырцу. После пятикратного воз-
врата в производство на шестой раз ее отбирают и направляют на
ректификацию.
Ценные свойства некоторых примесей хвостового характера
могут быть использованы и на другие цели. Так, в практике извес-
тен прием, когда в конце перегонки спирта-сырца отбирают фрак-
цию дистиллята в интервале крепости 50—20 об. % (ее крепость в
среднем 25—30 об. %). Эта фракция носит название «душистые
воды».
Душистые воды обладают приятным ароматом и после выдерж-
ки в дубовых бочках используются в купажах ординарных конья-
ков.
Для увеличения выхода коньячного спирта на практике ис-
пользуют также перегонку смеси головной и хвостовой фракций.
Получаемые от такой перегонки головную и хвостовую фракции
направляют на ректификацию. К смеси головной и хвостовой
фракций перед фракционной перегонкой разрешается добавлять
3—4 % дрожжей и 8—10 % коньячных виноматериалов. Коньяч-
ные спирты, получаемые по указанной схеме, используют для
производства ординарных коньяков.
Добавка головной и особенно хвостовой фракций к перегоняе-
мому виноматериалу или спирту-сырцу позволяет увеличить вы-
ход коньячного спирта в пересчете на безводный до 90,5—92,5 %.
Улучшаются также удельные эксплуатационные показатели, свя-
занные с расходом пара и воды на 1 дал в пересчете на безводный
коньячный спирт.
305
Полученная после перегонки виноматериала жидкость (барда)
утилизируется с целью извлечения из нее виннокислых соедине-
ний. Отработавшая после перегонки спирта-сырца жидкость ути-
лизации не подлежит. Количество спирта в барде и отработавшей
жидкости не должно превышать 0,1 об. %.
Во многих странах для получения коньячного спирта исполь-
зуют непрерывную перегонку виноматериалов. Принцип работы
непрерывнодействующего перегонного аппарата заключается в
том, что из подвергаемого перегонке материала непрерывно вы-
деляют или один готовый продукт, содержащий все летучие ком-
поненты, находившиеся в перегоняемом материале, или не-
сколько продуктов (фракций), различных по составу. Однако ко-
ньячные спирты, получаемые в аппаратах непрерывного дей-
ствия, как правило, отличаются пониженным содержанием
наиболее ценных примесей. Это связано с тем, что аппараты не-
прерывного действия имеют ректификационную колонну, в ко-
торой происходят очищение и укрепление спирта. Кроме того,
при непрерывной перегонке виноматериал не подвергается дли-
тельному нагреву и поэтому в нем не происходит новообразова-
ние примесей, хотя, как показали К. А. Калунянц и Г. И. Ферт-
ман, в процессе непрерывной перегонки бражки и ректифика-
ции спирта в аппаратах непрерывного действия происходит из-
вестное новообразование эфиров. Перегонка в кубовых
аппаратах периодического действия сопровождается многочасо-
вым кипячением виноматериала, при котором происходит ново-
образование летучих примесей — фурфурола, эфиров и других
веществ, переходящих в дистиллят и играющих важную роль при
старении коньячного спирта. При перегонке в кубовых аппара-
тах получаемый спирт ректификации не подвергается, а его ук-
репление происходит за счет процесса дефлегмации.
Таким образом, для получения коньячного спирта необходимо-
го качества непрерывную перегонку следует проводить в условиях,
близких к условиям перегонки в кубовом аппарате.
В частности, перед подачей на перегонку виноматериал следует
подвергнуть длительной тепловой обработке, чтобы в нем могли
происходить процессы новообразования ряда летучих примесей,
как и при длительной перегонке виноматериала в кубовом аппара-
те двойной сгонки.
В коньячном производстве используют два типа дистилляцион-
ных установок непрерывного действия: установки, вырабатываю-
щие коньячный спирт из виноматериалов, минуя стадию образо-
вания промежуточных спиртопродуктов (спирта-сырца, эпюрата и
др.), и установки, в которых предусмотрены получение и последу-
ющая дистилляция промежуточных спиртопродуктов. Дистилля-
ционные коньячные установки с получением и последующей дис-
тилляцией промежуточных крепких спиртопродуктов более слож-
306
Нь1 по конструкции и выполняются, как правило, в двух- или
трехколенном варианте. Они более перспективны для воспроизве-
дения в непрерывном потоке классического (шарантского) спосо-
ба перегонки виноматериалов на коньячный спирт, так как позво-
ляют достичь максимального выделения в дистиллят летучих ве-
ществ независимо от крепости виноматериала, находящегося на
тарелке питания, и обеспечить фракционирование неочищенного
дистиллята от примесей головного характера.
В установке МТИПП непрерывного действия (рис. 10.12) ви-
номатериал подвергается дистилляции в колонне с последующей
эпюранией водно-спиртовых паров в эпюрационной колонне и
окончательной дистилляцией эпюрата в специальной колонне.
Виноматериал перед поступлением в отгонную колонну проходит
через кубовый аппарат, перегрева! ель, смотровой фонарь и охла-
дитель перегретого вина.
В охладителе встречаются два потока виноматериала: перегре-
тый из перегревателя и холодный из напорного бака. Отдав часть
теплоты холодному, перегретый виноматериал при температуре
80—85 °C поступает в выварную часть дистилляционной колон-
ны. В этой части колонны из виноматериала удаляется основная
(до 90 %) часть этанола и летучих примесей в виде водно-спирто-
вых паров. Эти пары поступают в эпюрационную колонну, кото-
рая обогревается водно-спиртовыми парами из истощающей час-
ти дефлегматора 9 и парами из истощающей части отгонной ко-
лонны. Происходит образование спиртовых паров, которые в
количестве 1—3 % (в пересчете на безводный спирт) отбираются
из холодильника. Эта фракция (головная) имеет крепость 75—
80 об. %.
Эпюрат, обогащенный высококипящими примесями, направ-
ляется из выварной части эпюрационной колонны в колонну дис-
тилляции эпюрата, где производится отбор основного (через деф-
легматор, конденсатор, холодильник) и промежуточных (через
конденсаторы-холодильники) продуктов различной спиртуозное -
ти. Смешивание спиртопродуктов, отобранных из различных то-
чек колонны дистилляции эпюрата, способствует обогащению ко-
ньячного спирта летучими примесями, имеющими различные ко-
эффициенты испарения, не ограниченные крепостью эпюрата.
Хвостовая фракция при средней крепости 20 об. % отбирается с
нижних тарелок колонны.
Выдержка коньячных спиртов. Проводят в дубовых бочках (ма-
рочные коньяки) и металлических эмалированных резервуарах с
Размещенными внутри дубовыми клепками (ординарные конья-
ки), в наземных и полуподвальных помещениях при температуре
•о—20 °C и влажности 75—85 %. Эти помещения должны удовлет-
ворять необходимым санитарным нормам, не иметь посторонних
запахов. В процессе выдержки в результате протекания сложных
307
Рис. 10.12. Схема установки непрерывного действия с раздельным отбором фракций
коньячного спирта различной спиртуозиости:
1 — кубовый аппарат; 2— смотровой фонарь; 3 — пробный холодильник; 4 — отгонная колон-
на; 5—ротаметр; 6— охладитель перегретого вина; 7— эпюранионная колонна; 8— напорный
бак для вина; 9 — дефлегматор; 10— конденсатор; 11 — холодильник, /2и 76—конденсаторы-
холодильники соответственно головной и хвостовой фракций; 13— смеситель; 14. 15 и 20—
спиртовые фонари соответственно средней, хвостовой и головной фракций; 77— бардорегуля-
тор; 18— колонна дистилляции эпюрата; 19— вакуум-прерыватель
физических и химических процессов, в которых наряду с состав-
ными веществами спирта активно участвует древесина дуба, про-
исходит созревание коньячного спирта.
Из физических процессов, происходящих при выдержке конь-
ячных спиртов, наибольшее значение имеют процессы экстрак-
ции, поглощения и испарения.
Контакт спирта с древесиной дуба в процессе выдержки приво-
дит к экстрагированию из нее фенольных соединений (лигнина,
308
танинов, флавоноидов, фенолкарбоновых кислот), углеводов
(ксилана, арабана, глюкана, метилпентозанов), азотистых веществ
(белковых соединений, аминокислот), липидов и минеральных
веществ (калия, натрия). Экстрагирование происходит из слоя
клепок толщиной до 1 мм. Смачивание клепок спиртом проходит
на большую глубину — 8—12 мм, в более глубокие слои он диф-
фундирует в парообразном состоянии. Интенсивность экстраги-
рования веществ из клепок коньячным спиртом усиливается при
понижении его pH, а также повышении температуры выдержки.
Перешедшие из клепок соединения участвуют в различных хими-
ческих превращениях, в результате которых формируются цвет,
вкус и аромат коньяка.
При выдержке в дубовых бочках часть коньячного спирта
вследствие поглощения его древесиной дуба, а также в результате
испарения теряется. Величина поглощения определяется пористо-
стью древесины, температурой, крепостью спирта, удельной пло-
щадью поверхности бочек.
Спирт испаряется через поры клепок, щели в стыках, шпунто-
вые отверстия. Интенсивность испарения определяется скоростью
поглощения спирта древесиной дуба, температурой и влажностью
воздуха, качеством бочек. Чем выше скорость поглощения спирта
клепками бочек и температура выдержки, тем интенсивнее прохо-
дит испарение.
Влияние влажности на ход испарения проявляется различно.
Оно сказывается на количественных и качественных характерис-
тиках процесса. При относительной влажности воздуха 70 % эта-
нол и вода, содержащиеся в коньячном спирте, испаряются с оди-
наковыми скоростями. В этом случае происходит лишь уменьше-
ние объема спирта без снижения его крепости. Если относитель-
ная влажность воздуха ниже 70 %, то скорость испарения воды
выше скорости испарения спирта и крепость коньячного спирта
будет повышаться. При относительной влажности воздуха выше
70 % вследствие более интенсивного испарения спирта будет сни-
жаться его крепость.
Испарение происходит с большей скоростью при большем воз-
духообмене в помещении. При увеличении воздухообмена потери
увеличиваются, поэтому выдержку коньячных спиртов следует
проводить при температуре 15—20 °C и относительной влажности
воздуха 75—85 %. Воздухообмен должен составлять не более
5 объемов в сутки.
Из химических процессов, происходящих при выдержке конь-
ячных спиртов, наибольшее значение имеют окислительно-вос-
становительные и карбониламинные реакции, этерификация,
гидролиз и конденсация, в результате которых крепость коньяч-
ного спирта также снижается.
Окислительно-восстановительные процессы протекают в порах
309
дубовых клепок, а также в коньячном спирте при наличии в нем
растворенного кислорода, пероксидов и тяжелых металлов. Кис-
лород диффундирует в коньячный спирт через шпунтовые отвер-
стия бочек и стыки. Растворившийся кислород частично связыва-
ется в пероксиды.
При выдержке коньячных спиртов происходят окисление
спиртов и образование альдегидов. Источником альдегидов могут
быть также аминокислоты, подвергающиеся окислительному де-
заминированию и последующему декарбоксилированию. В конь-
ячном спирте обнаружены в свободном состоянии формальдегид,
ацетальдегид, фурфурол, метилфурфурол, ванилин, фенилаце-
тальдегид и сиреневый альдегид.
Активную роль в окислительно-восстановительных процессах
играют фенольные соединения. Продукты их окисления влияют
на вкус вина, участвуют в образовании окраски. При их окисле-
нии в щелочной среде образуются стойкие темно-коричневые со-
единения. Это их свойство легло в основу изготовления замените-
ля колера.
Образование эфиров в процессе выдержки коньячного спирта
зависит от исходной концентрации в нем кислоты и спирта, а так-
же содержания эфиров. Так, накопление уксусной кислоты при-
водит к росту количества этилацетата. По мере накопления эфи-
ров процесс этерификации затухает и может наступить деэтсри-
фикация, если в среде образовалось много эфиров и осталось мало
кислот. Этим объясняется противоречивость мнений о направлен-
ности процесса этерификации при выдержке коньячных спиртов.
В спирте могут происходить как накопление эфиров, так и их де-
этерификация.
Экспериментальные данные показали, что выдержка коньяч-
ных спиртов мало сказывается на общем количественном содер-
жании эфиров. Изменения происходят в основном в их качествен-
ном составе. Важную роль в формировании органолептических
свойств отводят энантовому эфиру, с которым связывают специ-
фический «мыльный» тон французских коньяков. Его содержание
в коньяках Франции составляет 50—60 мг/дм3, в отечественных —
в 2—3 раза меньше.
В реакции меланоидинообразования при выдержке коньячных
спиртов участвуют аминокислоты, белковые вещества, перешед-
шие из древесины дуба, карбонильные соединения и полифенолы.
Результатом реакции меланоидинообразования являются потем-
нение коньячного спирта и накопление в нем альдегидов, мела-
ноидинов, а также продуктов, обладающих восстановительны-
ми свойствами. Их количество возрастает по мере выдержки
спирта.
В результате гидролиза полисахаридов, экстрагированных из
дубовых клепок, в коньячном спирте при выдержке накапливают-
ся моносахариды — ксилоза, арабиноза и глюкоза, умягчающие
310
вкус коньячного спирта, а продукты их дегидратации — альдегиды
фуранового ряда — создают специфические оттенки во вкусе и
аромате. Важная роль в создании органолептических свойств ко-
ньяка принадлежит продуктам гидролиза лигнина — ароматичес-
ким спиртам конифериловому и синаповому. В результате их пос-
ледующего окисления при выдержке коньячного спирта образу-
ются ароматические альдегиды. Гидролитический распад белко-
вых веществ, переходящих в коньячный спирт из дубовых клепок,
приводит к образованию аминокислот. При последующем их гид-
ролитическом дезаминировании образуются соответствующие ок-
сикислоты и аммиак.
Наряду с гидролитическими процессами при выдержке коньяч-
ных спиртов протекают процессы конденсации фенольных и дру-
гих соединений, с участием которых формируются типичные
свойства коньяков.
Дегидратация сахаров и других соединений приводит к образо-
ванию фурфурола, метилфурфурола и оксиметилфурфурола. В ко-
ньячных спиртах образуются летучие и нелетучие ацетали. После-
дних больше в старых спиртах.
Образование летучих фенолов происходит из фенолкарбоновых
кислот путем их декарбоксилирования. Фенолкарбоновые кисло-
ты экстрагируются спиртом из древесины дуба, где они находятся
в свободном состоянии либо образуются из лигнина при его окис-
лительном распаде.
В выдержанных коньяках обнаружены лактоны, количество ко-
торых в процессе выдержки также увеличивается. Установлено,
что источником образования лактонов являются неполярные ли-
пиды древесины дуба, а также вещества, переходящие в коньяч-
ный спирт из виноматериалов при их дистилляции. Такими веще-
ствами являются компоненты сивушных масел, подвергающихся в
коньячном спирте неферментативному окислению.
В процессе получения и последующей выдержки коньячного
спирта в результате сложных физических и химических процессов
образуются вещества различных классов соединений, каждый из
которых играет определенную роль в формировании органолепти-
ческих свойств (преимущественно аромата) коньяков. Так, алифа-
тические соединения (сивушные масла), являющиеся продуктами
брожения — спирты, кислоты, эфиры, карбонильные соедине-
ния, — вместе с этиловым спиртом составляют фон аромата конь-
ячных спиртов. Исключением является энантовый эфир, придаю-
щий спиртам характерные оттенки в аромате и вкусе («мыльные»
тона).
Спирты закладывают на выдержку после их эгализации, хими-
ческого анализа и дегустационной оценки. Ежегодно проводят их
инвентаризацию, определяют качество и состав (содержание
спирта, экстракта, а также кислотность).
Для выдержки коньячных спиртов в бочках используют бочки
311
1-й категории вместимостью 30—70 дал. Их устанавливают на де-
ревянных либо железобетонных брусьях в 3 яруса или размешают
на стеллажах в 6—8 ярусов Последний способ экономически бо-
лее целесообразный, поскольку исключает деформацию клепок и
снижает плотность их прилегания в бочках, находящихся в ниж-
них ярусах, в связи с чем уменьшаются потери. При стеллажном
способе установки коэффициент использования производствен-
ных площадей выше.
Перед использованием новые бочки дважды замачивают холод-
ной водой, которую меняют через 2—3 сут. Затем их обрабатывают
острым паром в течение 20—30 мин и ополаскивают горячей и хо-
лодной водой. Эту операцию проводят для удаления из клепок ча-
сти фенольных соединений, избыток которых может быть причи-
ной появления в коньячном спирте грубого вкуса и горечи. При
повторном использовании коньячных бочек такую обработку не
проводят.
Коньячные спирты выдерживают в недолитых на 2 % бочках.
Такой способ исключает потери при колебаниях температуры и
обеспечивает необходимый при созревании контакт спирта с кис-
лородом воздуха. В процессе выдержки коньячных спиртов вни-
мательно следят за состоянием бочек и проводят текущий ремонт
(устраняют течь, повреждения обручей и др.). При инвентариза-
ции бочки доливают спиртом того же года выдержки. Если ис-
пользуют ступенчатые доливки, то долив в количестве не более
10 % может быть проведен более молодым спиртом. При этом для
спиртов, выдержанных менее 10 лет, различие в возрасте не долж-
но превышать 1—2 года, для более старых — 3—5 лет.
Спирты сортируют через 2,5—3 года при пятилетней выдержке
и через 5 лет при десятилетней. Отобранные более качественные
спирты эгализируют и направляют на выдержку для получения
марочных коньяков, менее качественные объединяют в крупные
партии и используют для приготовления ординарных коньяков.
При выдержке коньячных спиртов наблюдаются потери. Для
южных районов они составляют 3,9—5,6 % годовых, в остальных
районах — 3,3—4,4 % в расчете на безводный спирт (при вмести-
мости бочек до 70 дал). На третьем году выдержки потери снижа-
ются на 5 %, в последующие годы — на 10 % от общей нормы по-
терь.
Выдержка коньячных спиртов в стальных эмалированных ре-
зервуарах применяется для получения ординарных коньяков (три
звездочки). Для выдержки коньячных спиртов используют дубо-
вые клепки из расчета 800—1000 г на 1 дал спирта размерами (мм):
длиной 400—1150, шириной 60—150 и толщиной 18—36. Клепки
предварительно подвергают воздушной сушке в штабелях под на-
весом не менее 3 лет.
Перед загрузкой в резервуары клепки обрабатывают водой и
паром так же, как новые бочки. Технологическими правилами
312
разрешено использовать лубовые клепки (50 %), обработанные
щелочным способом (вымачивание в 0,3%-м растворе NaOH в те-
чение 2—6 сут при 10—25 °C, промывка после слива щелочи 3—
4 раза в течение 8—12 ч холодной водой, сушка в течение 6 сут при
обычных условиях или 1 сут в сушилке при 45 °C) или термичес-
ким способом (выдержка клепок при доступе воздуха 5—7 сут при
105—120 °C до появления легкой коричневой окраски, промывка
холодной и горячей водой).
Спирты выдерживают в неполных резервуарах с недоливом не
более 5 %. Спирт насыщают кислородом при перемешивании до
создания давления в резервуаре 20 кПа.
Экспериментальные исследования последних лет, проведенные
в Армении, показали, что эффективность резервуарной выдержки
коньячных спиртов можно повысить проведением в пульсирую-
щем потоке четырехразового отбора в год выдержанного трех-
летнего спирта и восполнения взятый объем более молодым
спиртом. Предложенная аппаратурно-технологическая схема
(рис. 10.13) включает три секции резервуаров с дубовыми клеп-
ками.
При установившемся режиме работы в каждой секции находит-
ся спирт со сроком выдержки соответственно 1, 2 и 3 года. В схеме
предусмотрены также резервуары, в которые задается молодой
спирт для доливки. Все резервуары соединены между собой трубо-
проводами. Количество резервуаров в каждой секции определяет-
ся кратностью отъема спирта. Так, если, отъем составляет 1/3, то
число резервуаров будет 3, при отборе 1/4 — 4 резервуара.
В схеме предусмотрена активация дубовых клепок в третьей
Рис. 10.13. Аппаратурно-технологическая схема выдержки
коньячного спирта в пульсирующем потоке:
1—3 — резервуары; 4 — спиртоловушка; 5— газоотводные трубы; 6 и
8— соответственно нагнетательная и всасывающая линии; 7—насос
313
секции путем кратковременного их контакта с воздухом. Процесс
проводится поочередно в пустых резервуарах с таким расчетом,
чтобы клепки каждого резервуара подвергались активации каждые
9 мес. Продолжительность активации составляет 5 сут, после чего
резервуар заполняют трехлетним коньячным спиртом. При этом в
дубовых клепках создается и поддерживается активный слой с вы-
соким содержанием свободных радикалов, что ускоряет прохож-
дение окислительно-восстановительных реакций. Активация и
перемещение спиртов от молодого к более выдержанному одно-
временно повышают степень насыщенности их кислородом возду-
ха и ускоряют их созревание. Предложенный способ дает возмож-
ность автоматизировать технологический процесс, получать спир-
ты однородного состава и высокого качества.
Способы ускоренного созревания коньячных спиртов. Основаны
на воздействии на коньячный спирт либо древесину дуба различ-
ными физическими, физико-химическими и химическими спосо-
бами или внесении экстрактов древесины дуба в коньячный
спирт.
К физическим способам обработки коньячных спиртов отно-
сятся нагревание, ИФ- и УФ-облучение, обработка ультразвуком.
На практике получила применение только тепловая обработка. Ее
проводят в резервуарах в присутствии древесины дуба для обога-
щения коньячного спирта экстрактивными веществами. Длитель-
ность выдержки при температуре 35—45 °C составляет 45—50 сут.
Обработанный таким образом коньячный спирт выдерживают за-
тем в старых коньячных бочках.
До залива коньячного спирта древесину дуба тщательно обра-
батывают. Цель обработки — активация поверхности клепок, раз-
рушение высокомолекулярных соединений древесины и обеспе-
чение перехода продуктов деградации в коньячный спирт. Для
этого древесину подвергают термической обработке под давлени-
ем кислорода либо аммиака, у-излучением, кислотной и щелоч-
ной обработкам и др. Путь этот, несомненно, перспективен.
Использование экстрактов древесины дуба (жидких и сухих)
нашло применение в некоторых зарубежных странах. Экстракты
получают путем извлечения растворимых веществ древесины во-
дой и спиртом и последующей концентрации их под вакуумом.
Они состоят из танинов, лигнинов, флавоноидов и ароматических
альдегидов.
Приготовление коньяков. В России выпускаются ординарные,
марочные и коллекционные коньяки. Ординарные коньяки (три,
четыре и пять звездочек) готовят из коньячных спиртов, выдер-
жанных соответственно не менее 3, 4 и 5 лет. Их крепость состав-
ляет соответственно 40, 41, 42 об. %, сахаристость — 1,5 %. В на-
стоящее время разрабатывается технология единой марки орди-
нарного коньяка из спиртов, выдержанных от 3 до 5 лет, при сред-
нем их возрасте 3,5—4 года.
314
Марочные коньяки готовят из выдержанных коньячных спир-
тов, средний возраст которых не менее 6 лет. В зависимости от
возраста использованного спирта различают три группы марочных
коньяков: КВ (коньяк выдержанный). КВВК (коньяк выдержан-
ный высшего качества). КС (коньяк старый). Для их приготовле-
ния используют спирты, выдержанные соответственно 6—7, 8—
10 и свыше 10 лет. Содержание спирта в марочных коньяках со-
ставляет 40—45 об. %. Лишь в отдельных коньяках оно может быть
несколько выше. Сахаристость марочных коньяков колеблется в
пределах 0,7—1,5 %.
Коллекционные коньяки готовят из марочных коньяков выс-
шего качества после выдержки свыше 5 лет в дубовых бочках или
бутах. Технологическими правилами допускается использование
более молодых спиртов при производстве марочных коньяков: для
группы КВ — спиртов не моложе 5 лет, КВВК — не моложе 6 лет,
КС — не моложе 7 лет.
Для приготовления коньяков используют выдержанный конь-
ячный спирт, умягченную воду и сахарный сироп. В случае необ-
ходимости допускается добавлять колер, спиртованные и душис-
тые воды и купажные коньяки.
Умягченную воду применяют для снижения крепости коньяч-
ного спирта. Ее готовят из питьевой воды путем дистилляции или
обработки ионообменными смолами для удаления солей тяжелых
металлов до жесткости не более 0,2 мг-экв/дм3. Разрешено исполь-
зование естественной воды, жесткость которой не превышает
1 мг-экв/дм3. Очистка воды от металлов проводится для предуп-
реждения помутнения коньяков.
Спиртованные воды готовят разбавлением коньячного спирта
умягченной водой до 20—25 об. %. Затем их выдерживают в бочках
или резервуарах с древесиной дуба при температуре 35—40 °C в те-
чение 60—70 сут. Возраст исходного коньячного спирта должен
быть равен среднему возрасту спиртов, используемых для приго-
товления данной марки коньяка. Спиртованные воды, как и умяг-
ченную воду, применяют для снижения крепости коньячного
спирта. Ассимиляция их со спиртом проходит быстрее, чем умяг-
ченной воды.
Душистые воды получают простой, или фракционной, пере-
гонкой, отбирая погоны крепостью от 50 до 20 об. %. Такую вы-
держку проводят в новых обработанных бочках или в резервуарах
с дубовыми клепками до 70 сут при температуре 35—40 °C. Их ис-
пользуют для усиления в коньяке аромата и умягчения вкуса.
Сахарный сироп применяется для доведения коньяка по саха-
ристости до заданных параметров. Готовят его путем растворения
сахара в умягченной воде при нагревании в специальных стальных
эмалированных резервуарах — реакторах. В кипящую воду при по-
стоянном перемешивании вносят сахар из расчета 1 кг на 0,5 дм3
воды. Нагрев прекращают после полного растворения сахара. В
315
полученный сироп добавляют коньячный спирт (четырехлетний
для ординарных и семилетний для марочных), а также лимонную
кислоту из расчета 330 г на 100 дм3 и хранят не менее 1 года до ис-
пользования.
Колер служит для придания коньякам более интенсивной ок-
раски. Готовят его в медных котлах электрическим обогревом из
рафинированного сахара-песка с добавлением 1—2 % воды при
постоянном перемешивании. Нагрев проводят до температуры
180—190 °C. При потемнении образовавшейся пены до темно-
вишневого цвета нагрев массы прекращают и после охлаждения
до 60—70 °C в нее добавляют горячую воду при непрерывном пе-
ремешивании из расчета I кг сахара на 0,05 дм3 воды. Полученный
колер должен быть темно-вишневого цвета, плотностью 1,30—
1,34 г/см3, содержать 30—40 % остаточного сахара и не давать по-
мутнений в спирте крепостью 40—50 об. %. Колер рекомендуется
подспиртовывать пятилетним коньячным спиртом до 25—30 об. %
и хранить до использования не менее I года.
Для улучшения технологических свойств при варке колера сле-
дует добавлять автолизат дрожжей, пищевую соду и хлорид аммо-
ния.
Купажные коньяки представляют собой старые, часто коллек-
ционные коньяки, которые используют при получении отдельных
марок коньяков для улучшения их качества.
Купаж, обработка и розлив коньяков. Коньяк готовят купажиро-
ванием исходных материалов на основании пробных купажей.
Полученный купаж в случае необходимости (при наличии непри-
ятной грубости) оклеивают (желатином, рыбным клеем, яичным
белком) или обрабатывают бентонитом, фильтруют, оставляют в
покое, снова фильтруют и направляют на розлив. Нестабильные
коньяки обрабатывают холодом при температуре минус 8 — ми-
нус 12 °C в течение 5—10 сут. Длительность отдыха ординарных
коньяков составляет нс менее 3 мес, марочных коньяков группы
КВ — не менее 6 мес, групп КВВК и КС — не менее 1 года. Розлив
коньяка проводят при температуре 15—20 °C в бутылки и сувенир-
ные емкости.
Цвет коньяков должен быть от светло-золотистого до янтарно-
коричневого, вкус и букет — соответствовать своему типу, без по-
сторонних привкусов и запахов. Они должны быть прозрачными,
с блеском, не иметь осадка.
Кроме коньяков из коньячного спирта изготовляют коньячные
напитки. Напитки, приготовленные из невыдержанного коньяч-
ного спирта, в отличие от коньяков называют коньячными напит-
ками. К ним относятся «Янтарь» (Украина), «Фокушер» (Молда-
вия), «Арагац» (Армения), «Самгори» (Грузия). По органолеп-
тическим свойствам (цвету) они соответствуют ординарным ко-
ньякам.
Для изготовления коньячных напитков молодой коньячный
316
спирт или готовый купаж настаивают или пропускают в потоке
через дубовую древесину, предварительно обработанную особым
способом. Доза древесины в зависимости от степени ее измельче-
ния и способа подготовки колеблется от 10 до 30 г на I дм3 купаж-
ной смеси. Купажную смесь готовят из молодого коньячного
спирта, дистиллированной или умягченной воды и сахарного си-
ропа. Приготовление напитка сводится к экстракции компонен-
тов древесины купажной смесью. Экстракцию проводят в эмали-
рованных резервуарах, снабженных мешалками, в течение 15—
20 дней при 20—25 °C. Дальнейшая обработка напитка состоит в
осветлении фильтрованием.
10.4. ТЕХНОЛОГИЯ РОМА
Характеристика рома как напитка. Ром — крепкий алкогольный
напиток с приятным ароматом, приготовленный из ромового
спирта, который получают из сока сахарного тростника или трост-
никовой мелассы. Он содержит такие специфические компонен-
ты, как сложные эфиры уксусной, масляной, валериановой, кап-
роновой, гептиловой и других кислот, а также ромовое масло.
Сложные эфиры кислот и ромовое масло придают рому характер-
ные приятные аромат и вкус. Ром редко употребляют в чистом
виде. Его используют для приготовления грогов, ликеров, коктей-
лей и пуншей, а также в производстве мороженого и кондитерских
изделий.
Различают натуральный ром, ромовые смеси и искусственный
ром. К натуральным ромам относятся напитки, полученные раз-
бавлением ромового спирта водой до определенной крепости.
Натуральный ром делится на тяжелый, средний и легкий. Тя-
желый ром содержит значительно больше побочных продуктов
спиртового и маслянокислого брожения, чем легкий, поэтому он
имеет более интенсивные аромат и вкус. В России производят тя-
желый ром.
К ромовым смесям относятся напитки, приготовленные на
обычном этиловом спирте с добавлением натурального ромового
спирта для придания напитку специфических аромата и вкуса.
Искусственный ром представляет собой напиток, к которому
Для придания внешних признаков натурального рома добавляют
различные сложные эфиры и другие вещества.
Основным сырьем для производства рома является меласса
тростника, содержащая 45—60 % сбраживаемого сахара. Ром, по-
лученный из нее, обладает теми характерными вкусом и ароматом,
которые ценятся в нем, и созревает быстрее, чем ром, выработан-
ный из сока тростника.
Технологические стадии производства рома. Основными ста-
диями производства рома являются приготовление и сбражива-
317
ние сусла, перегонка ромовой бражки, выдержка и созревание
рома.
Сусло для рома должно иметь следующий состав: сухих ве-
ществ 15—18 мае. %, сахара 12—14 г/100 см3. pH 5,5—5,8, титруе-
мую кислотность 0,4—0,5°.
При использовании мелассы с недостаточным содержанием
азота и фосфора в сусло вносят растворы питательных солей диам-
монийфосфата и сульфата аммония. Для подавления микроорга-
низмов мелассу подвергают пастеризации.
Для приготовления сусла из сока сахарного тростника после-
дний сначала измельчают на дробилках, после чего стебли прессу-
ют на вальцовых прессах для извлечения сока. Выход сока состав-
ляет 65—70 %. Свежеотжатый сок фильтруют, а затем подвергают
химической и тепловой обработке. Очищенный сок содержит 9—
11 % сухих веществ, в том числе 5—8 % сахара. Для предотвраще-
ния порчи сока его сгущают в вакуум-выпарных установках до
концентрации сухих веществ 65 %. При приготовлении сусла кон-
центрат сока разбавляют горячей водой и бардой до концентрации
15—18 % СВ. Барду в количестве до 15 % добавляют для усиления
аромата и вкуса рома. Затем сусло пастеризуют и охлаждают до
24-25 °C.
В качестве возбудителей спиртового брожения применяют чис-
тые культуры дрожжей {Sac. cerevisiae и некоторые штаммы
Shizosaccharomyces). Для получения рома тяжелого типа использу-
ют дрожжи верхового брожения из рода Shizosaccharomyces, кото-
рые наряду со спиртом продуцируют в заметных количествах
органические кислоты, сложные эфиры, альдегиды и высшие
спирты. Для приготовления слабоароматизированого рома типа
«Кубинского» используют быстросбраживающие дрожжи низо-
вого брожения.
Для производства рома пригодны такие расы дрожжей, кото-
рые продуцируют минимальное количество сивушных масел. Чис-
тую культуру дрожжей разводят до необходимых производствен-
ных объемов так же, как и при производстве этанола. Дрожжевое
сусло готовят концентрацией сухих веществ 10 % и подкисляют
серной кислотой до кислотности Г. Размножение дрожжей в
дрожжегенераторе ведут при температуре 30—32 °C до видимого
отброда 5—7 %.
При выработке рома для усиления букета напитка кроме дрож-
жей применяют маслянокислые бактерии Granulobacter. Продуци-
руемая бактериями масляная кислота идет на образование масля-
но-этилового эфира, который является одним из основных ком-
понентов, обусловливающих специфический аромат рома тяжело-
го типа. Бактерии продуцируют в основном масляную кислоту
(90 %), но они также обогащают бражку уксусной, пропионовой и
незначительным количеством других карбоновых жирных кислот,
318
что приводит к образованию разнообразных эфиров с приятным
фруктовым запахом.
Закваску готовят на сусле концентрацией сухих веществ 7 % и
кислотностью 0,25° при температуре 35—37 °C. Кислотность гото-
вой закваски Г.
Брожение сусла осуществляют в закрытых бродильных аппара-
тах, снабженных змеевиками для охлаждения, при температуре
25—27 °C и задаче засевных дрожжей 5—10 % от объема сусла. Как
только содержание сахаров в сусле снизится до 5,5—6,0 г/100 см3,
в сусло добавляют маслянокислую закваску в объеме 2—3 %.
Благодаря симбиотическому развитию дрожжей и бактерий в
бражке уменьшается содержание сивушных масел и увеличивается
количество эфиров.
Зрелая ромовая бражка, полученная из сусла с содержанием са-
хара 12—14 %, имеет крепость 6—7 %. Перегонку ромовой бражки
осуществляют периодическими и непрерывными способами. В
первом случае применяют двойную перегонку на кубовом аппара-
те, снабженном укрепляющей колонной, дефлегматором и холо-
дильником. Перед перегонкой зрелую бражку сепарируют для от-
деления дрожжей, так как в противном случае ромовый спирт
приобретает привкус и запах коньячного спирта.
При фракционной перегонке отбирают последовательно голов-
ную, основную (ромовый спирт) и концевую фракции. Головные
и концевые фракции накапливают в количестве, достаточном для
загрузки куба, разбавляют водой до крепости 20 об. % и вторично
перегоняют. Полученную при этом среднюю фракцию присоеди-
няют к ромовому спирту (головная и концевая фракции представ-
ляют собой отходы производства).
Ромовый спирт имеет крепость около 60 об. %. Выход ромового
спирта составляет 85—90 % от количества спирта в бражке. В ро-
мовом спирте крепостью 53,8 об. % содержится (мг/100см3 без-
водного спирта): кислоты 23,5; сложных эфиров 45,0; альдегидов
2,0; сивушных масел 250,0; фурфурола 0,1.
Периодическую перегонку применяют на заводах небольшой
мощности. Этот способ обеспечивает высокое качество ромового
спирта, но связан с большим расходом теплоты.
Непрерывный способ перегонки применяют на заводах с су-
точной мощностью не менее 1000 дал ромового спирта.
Для улучшения аромата и вкуса, а также приобретения харак-
терных коричневых тонов ромовый спирт подвергают выдержке и
созреванию в дубовых бочках. Для этого его разбавляют теплой
дистиллированной водой до крепости 50 об. %, заливают в новые
дубовые бочки вместимостью 150—200 дм3 и отправляют на склад
на длительную выдержку.
Многочисленные химические и физико-химические реакции,
протекающие при созревании рома, аналогичны реакциям, кото-
рые происходят при выдержке и созревании коньячного спирта.
319
Бочки с ромом хранят на складах при температуре 20—30 °C и от-
носительной влажности воздуха 75—80 %. Созревание рома длится
в течение 4—5 лет. Выдержанный ром выливают из бочек в купаж-
ный резервуар, разбавляют дистиллированной аэрированной во-
дой до крепости 45 об. %, подкрашивают колером, фильтруют и
разливают в бутылки.
10.5. ТЕХНОЛОГИЯ ВИСКИ
Характеристика виски как напитка. Виски — ароматный алко-
гольный напиток крепостью 40—45 об. %, получаемый перегон-
кой сброженного сусла из зернового сырья с последующей дли-
тельной выдержкой спирта-сырца в дубовых бочках, обугленных
внутри
Аромат и вкус виски обусловлены некоторыми веществами, об-
разующимися в процессе производства спирта-сырца и его выдер-
жки. В состав виски кроме этанола и воды входят кислоты, эфи-
ры, альдегиды, высшие спирты, фурфурол и экстрактивные веще-
ства. Основным сырьем для приготовления виски служат рожь и
кукуруза, а также ячмень, применяемый в виде солода. В соответ-
ствии с этим различают следующие основные сорта виски- ржа-
ное, кукурузное и смешанное.
Для смешанного виски сусло готовят из различных зерновых
культур. Так, в США типичное сусло для смешанного виски гото-
вят из кукурузы (65—70%), ржи (15—23%) и ячменного солода
(12—15 %). Шотландские и ирландские сорта виски готовят из яч-
меня и других зерновых культур. Виски, выпускавшиеся в нашей
стране, готовили из кукурузы и ржи.
Технологические стадии производства. Основными стадиями
производства виски являются приготовление и сбраживание сус-
ла, перегонка зрелой бражки и выдержка (старение).
Приготовление сусла включает подготовку и тепловую обра-
ботку замеса, осахаривание и охлаждение разваренной массы.
Дробленое зерно разваривается при температуре 140—150 °C в
течение 30—35 мин. Осахаривание разваренной массы осуществ-
ляют светлым ячменным сухим солодом. Расход солода около 12 %
от массы сырья, идущего на разваривание. Режим осахаривания
аналогичен осахариванию в спиртовом производстве. Температура
осахаривания 60—62 °C. Процесс осахаривания контролируется по
йодной пробе. Концентрация полученного сусла 16—17 мае. %.
Для обогащения сусла органическими кислотами и другими ве-
ществами, усиливающими аромат спирта-сырца, сусло разбавля-
ют охлажденной бардой до содержания сухих веществ 11 —
13 мае. % и сбраживают дрожжами расы XII или М. Разведение
дрожжей до необходимых производственных объемов проводят
так же, как в спиртовом производстве. Дрожжевое сусло жела-
320
тельно подкислять молочной кислотой, образуемой молочнокис-
лыми бактериями.
Брожение сусла ведут при 30 °C в герметично закрытых бро-
дильных аппаратах, снабженных змеевиками, по которым пропус-
кают холодную воду. Длительность брожения 72 ч. Крепость зре-
лой бражки 7,5—8,0 об. %.
Зрелую бражку перегоняют на непрерывнодействуюшем пере-
гонном аппарате. При этом отбирают спирт-сырец крепостью 65—
70 об. %.
Спирт-сырец, разбавленный дистиллированной водой до кре-
пости 50 об. %, разливают для старения в дубовые бочки вмести-
мостью 200 дм , обугленные внутри. Заполненные спиртом бочки
устанавливают в специальных складах с температурой воздуха 18—
23 °C и относительной влажностью 75—80 % и выдерживают не
менее 4 лет.
При выдержке в бочках виски обогащается экстрактивными ве-
ществами, извлекаемыми из дубовой клепки. Вследствие окисли-
тельных процессов наблюдается сильное увеличение кислот и аль-
дегидов. Во время старения усиленно протекают процессы этери-
фикации с образованием ряда сложных эфиров. Количество эфи-
ров при старении возрастает примерно в 6 раз. С изменением
химического состава улучшаются аромат и вкус виски.
Перед розливом выдержанное виски купажируют. Для этого
виски разных сроков выдержки смешивают с водным раствором
спирта-ректификата высшей очистки и доводят дистиллирован-
ной водой до крепости 45 об. %. Для улучшения качества виски в
купаж допускается добавлять сахар и вина, соки и экстракты.
Виски разливают в бутылки вместимостью 0,25; 0,5 и 0,75 дм3.
Отечественные ликероводочные заводы выпускают алкоголь-
ный напиток крепостью 40 об. % под названием «Виски-73», при-
готовленный из спирта-ректификата высшей очистки и умягчен-
ной воды со специальными добавками — ароматизаторами. Спе-
цифический вкус виски придает ароматизатор голландского про-
изводства, а светло-коричневый цвет и несколько вяжущий
вкус — древесный экстракт. Все эти вещества вносят в купаж при
механическом перемешивании. После суточной выдержки купажа
виски фильтруют и разливают в бутылки.
Глава 11
ТЕХНОЛОГИЯ ХЛЕБНОГО КВАСА
Квас — исконно русский напиток, который прекрасно утоляет
жажду, бодрит и освежает. Он обладает приятным ароматом ржа-
ного хлеба и кисловато-сладким вкусом. Являясь продуктом неза-
конченного спиртового и молочнокислого брожения, квас содер-
жит разнообразные органические вещества — витамины Вь В2,
РР, D, молочную кислоту и диоксид углерода. Комплекс этих со-
единений с углеводами, аминокислотами и микроэлементами оп-
ределяет биологическую ценность напитка: стимулирует обмен ве-
ществ, способствует пищеварению, восстанавливает силы и повы-
шает работоспособность, препятствует размножению болезнетвор-
ных микробов. В народной медицине квас издавна используется
для лечения простуд и лихорадок, гнойных инфекций и ожогов.
Сырьем для производства хлебного кваса являются сухой ржа-
ной и ячменный солоды, квасные хлебцы, ржаная мука, сухой
квас и концентрат квасного сусла. Ржаной солод и ржаная мука
являются основным сырьем, обусловливающим аромат и цвет
напитка.
11.1. ПОЛУЧЕНИЕ КВАСНЫХ ХЛЕБЦЕВ И СУХОГО
ХЛЕБНОГО КВАСА
Квасные хлебцы выпекают из смеси ржаного и ячменного со-
лодов, ржаной муки и воды и используют в производстве хлебного
кваса при получении сусла настойным способом. На приготовле-
ние I т квасных хлебцев расходуется ржаного солода 477 кг (65 %),
ячменного солода 77 кг (10 %) и муки ржаной 185 кг (25 %). Солод
используют в размолотом виде. Предварительно в деже готовят за-
варку, смешивая ржаную муку, взятую по рецептуре, с кипящей
водой в соотношении 1:1,5. Полученную заварку выдерживают
для клейстеризации в течение 1 ч. За это время температура завар-
ки снижается до 70 °C.
Одновременно в другой деже затирают дробленый ячменный
солод с водой температурой 70 “С в соотношении 1 ; 3 и смесь вы-
держивают также 1 ч. Затем солодовую смесь переносят в дежу с
заваркой, перемешивают и помещают в расстоечную камеру на 2 ч
322
при температуре 63—65 °C. На этом заканчивается первая стадия
осахаривания крахмала ржаной муки и ячменного солода. После
этого в дежу добавляют дробленый ржаной солод, перемешивают
и содержимое дежи повторно помещают в расстоечную камеру на
1 ч при тех же температурах. На этом заканчивается вторая стадия
осахаривания
Готовое тесто, пройдя через делительную машину, поступает в
формы, посыпанные мукой. Формы устанавливают на вагонетки и
направляют в печь. Температура камеры печи при загрузке теста
160—180 °C, температура выпечки 140 °C. За время выпечки тем-
пература камеры печи снижается до 90 °C. Выгруженные из печи
хлебцы выбивают на столах из форм, укладывают на вагонетки и
направляют в камеру охлаждения. Процесс выпечки хлебцев де-
лится на три фазы: сначала при температуре свыше 75 °C происхо-
дит разрушение ферментов и свертывание белков; при повыше-
нии ее до 110 °C образуются декстрины и меланоидины; при тем-
пературе, близкой к 150 °C, начинается карамелизация декстри-
нов. Время выпечки примерно следующее: при температуре до
160 °C — около 3 ч, при температуре до 90 °C — около 10 ч.
Готовые квасные хлебцы должны иметь темно-коричневый
цвет, переходящий в черный, кисло-сладкий вкус с сильным аро-
матом корки ржаного хлеба. Физико-химические показатели гото-
вых хлебцев: влажность не более 40 %; содержание растворимых в
воде веществ (экстракт вытяжки) не менее 52 % на СВ; кислот-
ность не более 60 см3 раствора NaOH концентрацией 1 моль/дм3
на 100 г экстракта, цветность 50—60 см31 М раствора йода на 100 г
экстракта.
Квасные хлебцы хранят на стеллажах в охлажденных, хорошо
вентилируемых помещениях не более 3 сут.
Так как квасные хлебцы не могут храниться длительное вре-
мя, их высушивают и дробят. Полученный полуфабрикат называ-
ется сухим квасом. Сухой квас несколько уступает по качеству
хлебцам, так как при сушке теряется их хлебный аромат. Для
приготовления сухого кваса оставшиеся квасные хлебцы дробят
на ломтики и помешают в сушильную печь на вагонетках, обору-
дованных решетками. Начальная температура сушки 50 °C, затем
ее постепенно через каждый час повышают на 10 °C, доводя до
90 °C.
Продолжительность сушки 10—12 ч до влажности 8 %. После
выгрузки из печи ломтики охлаждают, а затем дробят. Кусочки
дробленого сухого кваса должны быть равны размеру средней го-
рошины, содержание муки допускается не более 20 %. Сухой квас
отличается от квасных хлебцев только по содержанию влаги и цве-
ту: содержание влаги в сухом квасе при приемке на завод не более
Ю %; цвет не менее 10 см3 0,1 М раствора йода на 100 г экстракта
вытяжки. Один килограмм свежевыпеченного квасного хлебца
равноценен 0,7 кг сухого кваса. Сухой квас упаковывают в бумаж-
323
ные мешки. Сухой хлебный квас хранят в сухих, прохладных, хо-
рошо вентилируемых помещениях. Гарантийный срок годности
1 год.
Для интенсификации технологии получения квасных хлебцев
время осахаривания заварки следует увеличить с 2 до 3 ч и выпе-
кать хлебцы при температуре 165—195 °C в течение 3—3,5 ч. Одна-
ко при этом необходимо следить за тем, чтобы края хлебцев не
были обуглены.
11.2. ПОЛУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАТА КВАСНОГО СУСЛА
Концентрат квасного сусла (ККС), вырабатываемый на специ-
ализированных заводах, позволяет увеличить выпуск, улучшить
качество и обеспечить постоянство органолептических и физико-
химических свойств кваса.
ККС представляет собой приготовленное из ржаных зернопро-
дуктов и упаренное в вакуум-аппарате сусло, которое после аро-
матизации и стерилизации подвергают тепловой обработке. ККС
получают в основном двумя способами: из сухих солодов и несо-
ложеного сырья, из свежепроросшего ржаного солода и ржаной
муки.
Получение ККС из сухих солодов и несоложеных материалов.
Технологической инструкцией не установлены жесткие рецепту-
ры для производства ККС, а дается лишь рекомендательное соот-
ношение по экстрактивным веществам (%):
Солод ржаной ферментированный 32—42
Солод пивоваренный ячменный или солод ржаной нефермен- 12—15
тированный
Несоложеное сырье:
мука кукурузная или кукуруза дробленая, либо мука ржаная, 43—56
либо рожь дробленая
ячмень или тритикале дробленые 20—25
Исходя из этого, рецептурная закладка зернопродуктов рассчи-
тывается в соответствии с характеристиками перерабатываемого
сырья и потерь сухих веществ в процессе производства ККС. По-
тери сухих веществ на действующих предприятиях составляют
15—25 %. Общее количество соложеного ржаного сырья должно
составлять не менее 32 % от общих экстрактивных веществ. Для
снижения потерь ценных веществ и ускорения процессов затира-
ния и фильтрования затора применяют ферментные препараты,
содержащие амилолитические, протеолитические и цитолитичес-
кие ферменты.
Технология получения концентрата квасного сусла состоит из
следующих стадий: приготовления и упаривания сусла, тепловой
обработки концентрата. Аппаратурно-технологическая схема по-
лучения концентрата квасного сусла из смеси солодов приведена
на рис. 11.1.
324
Рис, 11.1. Лппаратурно-технологическая схема получения концентрата квасного сусла из смеси сухих солодов;
1 — мешки соответственно с ржаным, ячменным солодами и мукой; 2— весы; 3 — нория; -/ — дробилка; 5, <?и 9— разводные аппараты соот-
ветственно для ржаного и ячменного солодов и для кукурузной или ржаной муки; 6— мешалки; 7— насосы; 10 — сборник мерник; II — раз-
варник; 12 — заторный аппарат 13— фильтр-пресс //—напорный сборник; 75—выпарной аппарат; 16— вакуум-аппарат /7—конвертор;
/л— сборник готового концентрата квасного сусла; 19— сборник квасной гущи после промывки; 20— сборник для промывки квасной гущи
Доставленные на завод мешки с ржаным и ячменным солода-
ми, кукурузой, ржаной и ячменной мукой или тритикале склади-
руют в штабеля в специальном помещении. Согласно рецептуре
сырье взвешивают на весах и норией подают в разводные чаны.
Если солод и несоложеное сырье поступают в недробленом виде,
их сначала измельчают на дробилке. Примерный состав помола
зернопродуктов представлен в табл. 11.1.
Состав помола зернопродуктов, %
Таблица 11.1
Состав помола Ферментиро- ванный ржаной солод Неферментирован- ный ржаной и ячменный солоды Несоложеное сырье
Крупка:
крупная (сход с сита 2,2 мм) 3-7 2-7 40-50
средняя (сход с сита 1,0 мм) 25-30 25-30 10-20
мелкая (сход с сита 0,56 мм) 30-35 20-26 25-30
Мука (проход через сито 0,56 мм) 30-40 40-50 10-15
Для подготовки несоложеного сырья к воздействию ферментов
солода и ферментных препаратов его подвергают развариванию. В
одном из разводных чанов смешивают дробленое сырье с водой в
соотношении 1 : 4 при температуре 20—25 °C, добавляя для разжи-
жения затора 10 % диастатического солода (ржаного неферменти-
рованного или ячменного) от общего расхода. Вместо солода до-
пускается применять ферментный препарат амилосубтилин Г10Х
в количестве 0,01 % от массы несоложеных материалов.
Полученную суспензию несоложеного сырья перекачивают в
сборник-мерник, где ее нагревают до 70 °C и выдерживают в тече-
ние 20—30 мин для разжижения. В других разводных чанах от-
дельно готовят разводку ржаного ферментированного и ячменно-
го солодов при гидромодуле 1 : 4.
Разжиженную несоложеную часть затора с целью клейстериза-
ции кипятят в течение 30 мин или разваривают под давлением
0,4 МПа. Разваренную массу выдувают в заторный чан, в который
предварительно переводят разводку ржаного ферментированного
солода, охлаждают до 45—48 °C, затем перекачивают разводку из
ячменного солода и добавляют ферментные препараты, например
МЭК, в количестве 0,025—0,05 % от массы перерабатываемого сы-
рья. Далее объединенный затор выдерживают при температурных
паузах, оптимальных для гидролиза белков и крахмала (мин): при
43-45 °C - 60—70; при 52-53 °C - 30-40; при 62-63 °C - 60-
90; при 70—72 °C —40—70 (до полного осахаривания по йодной
пробе); при 76—78 °C —5—10. Осахаренный затор перекачивают
на разделение и осветление в фильтр-чан или фильтр-пресс. Затор
можно также разделять центробежным способом на центрифугах
и сепараторах.
326
С целью коагуляции белковых веществ, стабилизации химичес-
кого состава и стерилизации сусла его рекомендуется кипятить в
течение 1 — 1,5 ч с последующим отделением с коагулировавших
белковых веществ в сепараторе или гидроциклоне. Осветленное
сусло массовой долей сухих веществ 12—14% концентрируют в
выпарных и вакуум-выпарных аппаратах до содержания сухих ве-
ществ 68—70 %. Для обогащения упаренного концентрата арома-
тическими веществами, а также для обеспечения микробиологи-
ческой чистоты и высокой стойкости при хранении проводят тер-
мообработку в конверторах при температуре 105—112 °C в течение
30—40 мин. При выборе режима термообработки ККС необходи-
мо учитывать, что цвет концентрата не должен превышать 15 см3
1 М раствора йода на 100 г продукта, так как при более высокой
цветости снижается интенсивность сбраживания квасного сус-
ла. Установлено, что при обработке количество свободных ами-
нокислот уменьшается прямо пропорционально продолжитель-
ности этой технологической стадии, что объясняется расходова-
нием их на образование меланоидинов. По окончании обработ-
ки для прекращения реакции меланоидинообразования
температуру концентрата за 20—30 мин необходимо снизить до
60-70 °C.
Получение ККС из свежеприготовленного ржаного солода и ржа-
ной муки. Основой этой технологии является максимальное ис-
пользование ферментов свежепроросшего солода для энзимати-
ческого расщепления биополимеров с целью более полной их эк-
стракции из зернового сырья. Особенностью этого способа явля-
ется то, что он исключает стадию ферментации и сушки
свежепроросшего солода.
В процессе ферментации и сушки солода происходят гидролиз
высокомолекулярных углеводов, белков и некрахмальных полиса-
харидов и накопление низкомолекулярных продуктов, превраще-
ние которых в процессе меланоидинообразования определяет
вкус, цвет и аромат готового продукта.
Полагая, что результаты ферментации и сушки солода (гидро-
лиз биополимеров при затирании и меланоидинообразование при
термообработке ККС) могут быть достигнуты более эффективно
непосредственно при производстве квасного сусла, Д. А. Короле-
вым, Л. С. Салмановой и др. разработана технология получения
ККС из свежепроросшего ржаного солода и ржаной муки с при-
менением циторозимина или ксилаваморина П10Х.
Основные преимущества указанного способа:
исключение стадий ферментации, подсушивания и сушки со-
лода позволяет сохранить все комплексы ферментов;
процесс меланоидинообразования, формирующий полноту
вкуса, аромат и цвет концентрата квасного сусла, происходит на
конечной стадии его производства при термообработке в опреде-
ленных условиях;
327
с энергетической точки зрения нет необходимости подогревать
массу зерна и использовать значительные объемы воздуха.
Поступающая со склада рожь норией полается в зерноочисти-
тельную машину для очистки от сорных примесей и сортирова-
ния. Затем зерно взвешивают и направляют в замочный чан. За-
мочку проводят воздушно-водяным или воздушно-оросительным
способом до влажности 42—44 %.
Ращение ведут в ящичных или барабанных солодорастильных
установках в течение 3 сут при температуре в слое зерна 12—15 °C.
В процессе ращения солод периодически ворошат и при необхо-
димости увлажняют. Затем его подогревают паром, подаваемым из
регистров, установленных в подситовом пространстве, до 40 °C и
выдерживают при этой температуре 5—6 ч. На следующем этапе
солод измельчают и передают на затирание.
При дроблении свежепроросшего солода в дробилку подают
воду в соотношении 1 : 3 — 1 : 4 по массе. Полученное солодовое
молочко из дробилки поступает в сборник.
Для приготовления затора в чан заливают воду температурой
45 °C. При непрерывной работе мешалки в него задают ржаную
муку, которую предварительно разваривают в предзаторном котле.
После тщательного размешивания муки в заторный чан при
температуре 40—42 °C и непрерывно работающей мешалке подают
солодовое молочко и цитолитический ферментный препарат. Сы-
рье задается в следующем соотношении' 50 % ржаной муки, 50 —
свежепроросшего ржаного солода с пересчетом на сухие вешества
муки, 0,2 — ферментного препарата циторозимина ПХ или 0,03—
0,05 % ксилаваморина П10Х от массы сухого вещества солода и
муки.
Воду в затор вводят из расчета получения сусла концентрацией
14—16%. При 40—42 °C затор выдерживают 1 —1,5 ч. Затем темпе-
ратуру затора повышают до 50—52 °C и выдерживают в течение 1 —
1,5 ч. Для осахаривания крахмала температуру повышают до 62—
63 °C и выдерживают 30 мин, затем повышают температуру до 73—
75 °C и выдерживают 20—30 мин, далее проверяют полноту осаха-
ривания.
Для коагуляции белков по окончании осахаривания затор 2 ч
кипятят, а затем перекачивают насосом в фильтр-пресс для отде-
ления квасной гущи.
Осветленное сусло поступает в сборник сусла, а дробина — в
другой сборник, в котором она промывается водой. Первые про-
мывные воды насосом перекачиваются в сборник, а последующие,
содержащие 2,5—3,0 мае. % сухих веществ, используются для при-
готовления очередных заторов.
Отфильтрованное сусло поступает в вакуум-аппарат, где оно
упаривается. Далее концентрированное сусло выдерживается при
105—112 °C и давлении 0,75 МПа с целью накопления ароматичес-
ких и красящих веществ.
328
Качественные показатели ККС. Концентрат квасного сусла
представляет собой вязкую густую жидкость темно-коричневого
цвета, кисло-сладкого вкуса с незначительной горечью и арома-
том ржаного хлеба. Массовая доля сухих веществ (70,0 ± 2,0) %,
титруемая кислотность 16—40 см3 раствора NaOH концентра-
цией I моль/дм3 на 100 г концентрата. Гарантийный срок хра-
нения ККС 12 мес со дня выработки. Качество ККС оценивают
по 11-балловой шкале. Максимальная оценка вкуса 6 баллов, аро-
мата — 5 баллов. ККС отличного качества имеет суммарную оцен-
ку 10—11 баллов, хорошего — 8—9, удовлетворительного — 6—7 и
неудовлетворительного — ниже 6 баллов.
11.3. ПОЛУЧЕНИЕ ХЛЕБНОГО КВАСА
Технология сброженных хлебных квасов включает следующие
стадии: приготовление квасного сусла; приготовление сахарного
сиропа и колера; приготовление заквасок дрожжей и молочнокис-
лых бактерий; сбраживание квасного сусла; купажирование сбро-
женного сусла с сахарным сиропом и другими составляющими;
розлив готового напитка.
На заводах безалкогольных напитков квасное сусло готовят из
квасных ржаных хлебцев или сухого кваса настойным способом
либо наиболее простым и прогрессивным способом — растворе-
нием концентрата квасного сусла в воде. До недавнего времени на
отдельных крупных заводах применяли рациональный способ
приготовления квасного сусла, который предусматривал перед за-
тиранием проводить разваривание смеси ржаного солода и муки с
водой под давлением. При этом в запарнике происходила клейсте-
ризация крахмала ржаной муки и образовывались ароматические
и красящие вещества, которые переходили в сусло. Способ не по-
лучил широкого распространения из-за сложности технологии и
несовершенной конструкции запарников.
Приготовление квасного сусла настойным способом. Заключается
в извлечении горячей водой экстрактивных веществ квасных хлеб-
цев или сухого кваса и отделении нерастворившейся части хлеб-
ного сырья (квасной гущи).
Сухой квас задают в настойные чаны непосредственно, а квас-
ные хлебцы предварительно измельчают на дробилках.
Настойный чан заполняют водой температурой 80—90 °C из
расчета получения первого сусла в количестве, равном 1 /3 объема
изготовляемого кваса. При перемешивании постепенно задают все
количество измельченных квасных хлебцев или сухого кваса, рас-
считанное по рецептуре на объем изготовляемого кваса. После
30 мин перемешивания квасное сусло настаивают в течение 1,5—
2 ч. Отстоявшееся первое квасное сусло, не затрагивая квасной
[Ущи, перекачивают через холодильник, где оно охлаждается до
25—-30 °C, в бродильный или бродильно-купажный аппарат.
329
Гущу, оставшуюся в настойном чане, вторично заливают водой
температурой 60—70 °C. Количество воды должно быть равно
объему снятого первого сусла. В течение 20 мин перемешивают, а
затем оставляют затор на 1,5 ч для настаивания. Второе сусло де-
кантируют и после охлаждения до 25—30 °C соединяют с первым
суслом. При третьей заливке гущи горячую воду берут из расчета
получения последнего сусла в количестве, необходимом для дове-
дения объема общего сусла до заданного. После 20 мин перемеши-
вания третье сусло отстаивают в течение 1 ч. После охлаждения до
25—30 °C третье сусло присоединяют к ранее полученным перво-
му и второму суслу Содержание сухих веществ в первом сусле
должно быть 1,8—2,9 мае. %, во втором — 1,2—1,3 и в третьем —
0,5—0,7 мае. %. Выход общего сусла должен быть равен объему
приготовляемого кваса.
При изготовлении сусла из ржаного и ячменного солодов и
ржаной муки последнюю предварительно заваривают кипящей
водой в соотношении 1 : 10 для клейстеризации крахмала муки.
Заварку тщательно перемешивают, охлаждают до температуры
55 °C и добавляют ржаной и ячменный солоды и воду температу-
рой 70—73 °C. Затор осахаривают и в дальнейшем процесс ведут
так же, как при получении сусла по настойному способу. Содер-
жание сухих веществ общего сусла должно быть не ниже
1,3 мае. %.
Приготовление квасного сусла из ККС. Концентрат квасного
сусла перед разбавлением подвергают тепловой обработке с целью
пастеризации, для чего его подогревают до 75—80 °C и выдержива-
ют 30—35 мин. ККС допускается пастеризовать в указанном режи-
ме, предварительно разведя его водой в соотношении 1:2 — 1:3.
Затем концентрат разбавляют водой до нужной концентрации, а
температуру сусла доводят до 25—30 °C. На брожение рекоменду-
ется задавать 70 % общего количества ККС. Оставшиеся 30 % кон-
центрата используют при купажировании кваса, что улучшает его
вкус и аромат. Массовая доля сухих веществ в разводке концент-
рата должна составлять 1,2 % (при закладке 70%-го ККС от обще-
го количества) или 2,2 % (при закладке 100%-го ККС).
Приготовление сахарного сиропа и колера см. в п. 10.2.1.
Приготовление заквасок. Для приготовления заквасок использу-
ют дрожжи рас М, 131, К, С-2 хлебопекарные и винные и молоч-
нокислые бактерии рас 11 и 13, которые задают в сусло в виде
предварительно подготовленной на заводе комбинированной зак-
васки.
Совместное применение названных культур микроорганизмов
для сбраживания сусла обеспечивает получение кваса приятного
вкуса. Квасные дрожжи по морфологическим и физиологическим
свойствам относятся к виду Saccharomyces minor. Они хорошо
сбраживают глюкозу, сахарозу, несколько слабее — мальтозу и со-
всем не сбраживают декстрины, арабинозу и лактозу. Молочно-
330
кислые бактерии относятся к группе так называемых гетерофер-
ментативных видов: при сбраживании глюкозы наряду с накопле-
нием около 50 % молочной кислоты они образуют 25 % СО2 и
25 % уксусной кислоты и этанола. Сбраживание квасного сусла,
обусловленное симбиозом дрожжей и молочнокислых бактерий,
обеспечивает улучшение вкуса и аромата кваса, в частности за
счет накопления в сбраживаемой среде до 0,04 % диэтилового
эфира.
В готовой разводке чистой культуры дрожжей и молочнокислых
бактерий, используемых для приготовления комбинированной зак-
васки, должно содержаться дрожжей не менее 40 млн кл/см3, кис-
лотность разводки молочнокислых бактерий — 6,8—7,0 см3 ра-
створа NaOH концентрацией 1 моль/дм3 на 100 см3 среды.
Чистые культуры микроорганизмов представляют собой жиз-
неспособные, производственно-активные клетки дрожжей, вы-
росшие на скошенном сусле-агаре в стеклянных биологических
пробирках, а чистые культуры молочнокислых бактерий — в соло-
довом сусле с мелом и пивной дробиной в запаянных стеклянных
ампулах. Пробирки укупорены плотной ватной пробкой, закры-
той снаружи колпачком из водонепроницаемой бумаги.
Сохранение чистых культур дрожжей и молочнокислых бакте-
рий в лаборатории необходимо для того, чтобы микроорганизмы
хлебного кваса не теряли своих свойств. С этой целью лаборато-
рия периодически производит пересевы их на свежие стерильные
среды.
Дрожжи сохраняют в виде колоний на скошенном сусле-агаре
при температуре 6—7 °C, а пересевают 1—2 раза в месяц. Чистую
культуру молочнокислых бактерий поддерживают на сусле, в ко-
торое предварительно добавляют сахар до содержания сухих ве-
ществ 10 г на 100 г сусла. После стерилизации среды, посева и вы-
держки в термостате при температуре 20 °C в течение 2 сут в каж-
дую культуру добавляют небольшое количество стерильного мела
и сохраняют при комнатной температуре, ежедневно встряхивая
для лучшей нейтрализации среды. Пересев культур проводят каж-
дые 10 сут.
Приготовление разводки дрожжей и молочнокислых бактерий
представляет собой серию пересевов с последовательным увеличе-
нием объемов квасного сусла и посевного материала (разводки).
Разводку микроорганизмов готовят постадийно: сначала в ла-
боратории, затем в отделении чистых культур цеха (участка) по
производству кваса и заканчивают на производстве.
Технологическая схема разведения чистых культур дрожжей и
молочнокислых бактерий приведена на рис. 11.2.
В указанной схеме на стадии приготовления разводок микроор-
ганизмов в отделении чистых культур приведено два способа раз-
ведения культур: способ А —раздельное выращивание чистых
культур дрожжей и молочнокислых бактерий (наиболее предпоч-
331
Штамм
Штамм чистой
Разведение
суслом 1:10
Разведение
суслом 1:7
Рис. 11.2. Технологическая схема разведения чистых культур дрожжей и молочно-
кислых бактерий
тительный способ) и способ Б — смешанное выращивание культур
этих микроорганизмов. Лабораторные стадии разведения (I—III)
одинаковы для обоих способов.
Работу по разведению чистых культур в лаборатории проводят
на стерильном сусле с массовой долей сухих веществ 8 %. Стери-
332
лизанию сусла проводят в автоклаве при 0,05—0,01 МПа в течение
15—20 мин.
Объемы разводки чистых культур на схеме даны в расчете на
производительность завода 10 тыс. дал кваса в сутки. При большей
или меньшей производительности следует соответственно увели-
чить или уменьшить объемы разводки микроорганизмов, начиная
со II лабораторной стадии.
Для работы в отделении чистых культур используют кипяченое
сусло, которое кипятят в закрытой емкости в течение 10—15 мин.
При разведении культур дрожжей и молочнокислых бактерий
используют сусло температурой не выше 30 °C. Для получения
смешанной закваски используют производственное сусло.
Готовую разводку передают в производственный чан для приго-
товления смешанной закваски, причем 10% разводки (т. е. 60 дм3)
оставляют и вновь заливают суслом до 600 дм3. Свежую разводку
можно использовать через 48 ч. Такой отъемно-доливной процесс
можно вести не более 7 циклов (1 цикл — 48 ч), после чего развод-
ку следует заменить свежими культурами дрожжей и молочнокис-
лых бактерий.
В чане для смешанной закваски переданную разводку (540 дм3)
разбавляют производственным суслом 7 раз до объема 4 м3. .Сусло
используют с добавками сахарного сиропа (25 % от нормы на квас).
После 6 ч сбраживания закваска готова к передаче в чан для броже-
ния. Объем приготовленной закваски должен составлять 4 % от об-
щего объема сусла, сбраживаемого в бродильных чанах.
Кроме обычного приготовления заквасок при производстве
хлебного кваса используют сухие квасные дрожжи и молочнокис-
лые бактерии, а также прессованные дрожжи.
Разведение сухих квасных дрожжей. Дрожжевую разводку гото-
вят на стерильном квасном сусле с добавлением сахара до содер-
жания сухих веществ 8 %. В тщательно вымытую 2—3%-м раство-
ром карбоната натрия бутыль вносят 10 г сухих дрожжей и залива-
ют 5 дм3 подготовленного сусла. Бутыль, закрывают стерильной
ватной пробкой и содержимое хорошо перемешивают, после чего
оставляют при температуре 25—30 °C на 15—18 ч до начала ин-
тенсивного забраживания. В забродившее сусло доливают еще
15 дм3 сусла и оставляют на 8—12 ч при той же температуре. За-
тем отбирают 15 дм3 забродившего сусла в емкость на 100 дм3 для
дальнейшего размножения. В бутыль с оставшейся разводкой
дрожжей доливают 15 дм3 свежего сусла и вновь оставляют на
10—14 ч до начала интенсивного забраживания. Цикл повторяют
5—6 раз. Все операции по разведению дрожжей в бутылях следует
проводить в условиях, исключающих возможность заражения. В
случае обнаружения заражения дрожжей отъемы прекращают и
разведение начинают снова с сухих дрожжей. На всех стадиях
разведения дрожжей долив суслом проводят на стадии активного
брожения.
333
В емкость с закваской дрожжей вносят 85 дм3 квасного сусла,
добавляют сахар до содержания сухих веществ 6 % и оставляют на
18—20 ч при температуре 25—30 °C до интенсивного брожения,
после чего передают в бродильный аппарат в количестве 0.8 % от
объема сусла.
Разведение сушеных молочнокислых бактерий. Сушеные квасные
молочнокислые бактерии представляют собой технически чистую
культуру молочнокислых бактерий рас II и 13, высушенных на сте-
рильной пивной дробине. Разведение проводят следующим обра-
зом. В чистую бутыль вместимостью 20 дм3 вносят по 100 г молоч-
нокислых сушеных бактерий рас 11 и 13, заливают 5 дм3 стерильно-
го квасного сусла, закрывают стерильной ватной пробкой, разме-
шивают и оставляют при температуре 25—30 °C на 24 ч.
После забраживания доливают 15 дм3 квасного сусла и выдер-
живают еще 24 ч. Затем полученную закваску передают в произ-
водственный чан с суслом из расчета 5—6 дм3 на 1000 дал; одно-
временно задают и культуру дрожжей, приготовленную вышеопи-
санным способом. Бутыль после каждого отъема закваски долива-
ют до первоначального объема свежим суслом. Через 5—6 доливов
разводку обновляют. При обнаружении в бутыли спиртового бро-
жения разводку молочнокислых бактерий немедленно заменяют
новой.
Разведение прессованных дрожжей. Необходимое количество
дрожжей (150 г на 100 дал сусла) помещают в емкость, смешивают
с питьевой водой в соотношении 2 : 1 при температуре 20—30 °C и
в полученную дрожжевую суспензию добавляют при перемешива-
нии 40%-ю пищевую молочную кислоту из расчета 40 см3 на 1 кг
прессованных дрожжей. После введения молочной кислоты pH
дрожжевой разводки должен быть 2,7—2,9 Дрожжевую разводку
выдерживают в течение 3 ч, при этом посторонние микроорганиз-
мы погибают. Затем в суспензию для подмолаживания дрожжей
добавляют пятикратный объем пастеризованного или прокипя-
ченного и охлажденного до 20—30 °C 8%-го квасного сусла с са-
харным сиропом и выдерживают для забраживания в течение 2—
3 ч, а затем задают в бродильные емкости
Сбраживание квасного сусла. Квасное сусло сбраживают в бро-
дильных чанах, бродильно-купажных и цилиндроконических бро-
дильных аппаратах. В бродильный чан (рис. 11.3) заливают охлаж-
денное сусло, закваску и сахарный сироп (25 % от предусмотрен-
ного рецептурой количества сахара).
Все компоненты перемешивают и сусло оставляют бродить на
14—16 ч при температуре 25—30 °C. Окончание брожения опреде-
ляют по снижению содержания сухих веществ в сусле на 1 % и до-
стижению кислотности 2—2,2 см3 раствора гидроксида натрия
концентрацией 1 моль/см3 на 100 см3. Для получения стандарт-
ной стойкости квас по окончании брожения необходимо тща-
тельно отделить от дрожжей, для чего его охлаждают в бродиль-
334
Рис. 11.3. Аппаратурно-технологическая схема получения квасного
сусла в бродильных чанах:
1 — весы; 2— дробилка для квасных хлебцев 3—ленточный конвейер; 4— весы
5—настойный чан; 6—сборник квасной гущи и дрожжевого осадка; 7—насо-
сы; 8— теплообменники; 9 10—бродильный и купажный чаны соответственно;
77—автотсрмоцистерна; 72—стерилизатор; 13—15 — аппараты для разведения
дрожжей, комбинированной закваски и молочнокислых бактерий соответствен-
но; 16 — сборник-дозатор сахарного сиропа; 17— сироповарочный котел.
Обозначения: В— вода; П— пар; Р— рассол; Сх — сахар; С—сахарный сироп;
КС— квасное сусло; Д— дрожжи; МВ— молочнокислые бактерии; ОСВ— очи-
щенный сжатый воздух
ном чане до 5—7 °C. Дрожжи вместе с частью молочнокислых
бактерий и взвешенных частиц плотным слоем оседают на дне
чана, а квас осторожно, не задевая осадка, перекачивают в ку-
пажный чан.
Бродильно-купажные аппараты предназначены для брожения
и купажирования кваса. Технологическая схема производства ква-
са в таких аппаратах представлена на рис. 11.4. Аппараты герме-
тично закрываются, брожение идет в анаэробных условиях. Весь
образующийся диоксид углерода находится между крышкой аппа-
рата и поверхностью бродящего сусла, создавая избыточное давле-
ние в аппарате 0,02—0,05 МПа.
Режимы брожения те же, что при использовании бродильных
чанов. Сброженный квас охлаждают до 6—8 °C путем подачи в ох-
лаждающую рубашку аппарата рассола или ледяной воды. При
этом основная масса дрожжей, часть молочнокислых бактерий и
взвешенные частицы сусла оседают в камере дрожжеотделителя,
который перекрывают ложным дном или задвижкой Лудло. После
этого в этом же аппарате производят купажирование кваса.
Бродильно-купажные аппараты выпускают вместимостью 100
и 500 дал. Они предназначены для цехов небольшой производи-
тельности.
335
Рис. 11.4. Аппаратурно-технологическая схема получения
хлебного кваса в бродильио-купажиых аппаратах:
7 —весы; 2—дробилка; 3 — конвейер; 4— бункер; 5— настойный чан;
6— сборник квасной гущи дрожжевого осадка; 7—насосы; теплооб-
менники; 9 — бродильно-купажный аппарат; 10— воздушный компрес-
сор; 77 —автотермоцистерна; 12—стерилизатор; 13—15— аппараты для
разведения дрожжей, комбинированной закваски и молочно-кислых бак-
терий соответственно; 16— сборник-дозатор сахарного сиропа; 77—си-
роповарочный котел. Обозначения те же, что на рис. 11.3
Более эффективным способом получения кваса является бро-
жение в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА), в
которых можно совместить приготовление сусла из концентрата
квасного сусла, сбраживание и охлаждение сусла, отделение осев-
ших дрожжей от сброженного кваса и купажирование его.
Использование этих аппаратов не требует дополнительных
площадей, их монтируют вне производственных зданий. ЦКБА
могут применяться при любой производительности завода, их
вместимость составляет от 50 до 200 м3. Являясь своеобразным
термосом с регулируемой температурой в пределах 2—5 °C,
ЦКБА обеспечивает длительное хранение квасного сусла и купа-
жированного кваса без ухудшения их качества. Технологическая
схема получения хлебного кваса в ЦКБА представлена на
рис. 11.5.
Брожение квасного сусла в ЦКБА проводят при температуре
28—30 °C и давлении не выше 0,065 МПа. Во избежание оседания
дрожжей сусло периодически перемешивают центробежным насо-
сом через каждые 2 ч в течение 30 мин.
Из четырех ЦКБА три используются для брожения сусла и
один —для купажирования.
336
Купажный ЦКБА дооборудован в конической части камерой
для дрожжеотдедителя с задвижкой Лудло. Квасное сусло из аппа-
рата для пастеризации / непосредственно центробежным насосом
2 или через теплообменник 5 подается в бродильные аппараты 4, в
которые также поступает расчетное количество сахарного сиропа
и комбинированной закваски. Однородность сусла достигается за
счет циркуляции его в течение 4—5 ч По окончании брожения
сусло охлаждается и через теплообменник 3 перекачивается в ку-
пажный аппарат 5, к рубашке которого предварительно подключа-
ется рассольное охлаждение. В купажном аппарате сбор и удале-
ние дрожжевого осадка, купажирование и розлив готового кваса
происходят так же, как и в бродильно-купажных аппаратах.
Продолжительность (ч) технологических операций в ЦКБА
Бродильный ЦКБА
Заполнение суслом 2
Перекачка сиропа и закваски 1
Брожение сусла 12—16
Расхолодка сусла 6—8
В том числе:
в теплообменнике 4—6
техническая и санитарная подготовка 1
резерв времени 1
Купажный ЦКБА
Заполнение суслом и охлаждение 4
Отделение дрожжей и доохлаждение 1
Купажирование 1
Перекачка на розлив 2
Купажирование и розлив кваса. Осветленный квас после удале-
ния дрожжевого осадка купажируют В него добавляют остальное
количество сахарного сиропа (75 %) для доведения сухих веществ
ная закваска; остальные — см. рис.
113
337
до стандартной величины, предусмотренной рецептурой. При ис-
пользовании концентрата квасного сусла 70 % его расходуется на
брожение, а 30 % — на купажирование. Затем вносят другие ком-
поненты, предусмотренные рецептурой для каждого вида кваса.
Далее квас размешивают путем барботирования диоксида углеро-
да, реже механической мешалкой. После проверки соответствия
качественных показателей (содержание сухих вешеств, кислоты,
спирта) требованиям стандарта квас охлаждают до температуры не
выше 12 °C и разливают в автотермоцистерны, позволяющие со-
хранять температуру охлажденного кваса в течение 15 ч. Во избе-
жание потерь диоксида углерода автотермоцистерны необходимо
герметизировать, а розлив и реализацию кваса осуществлять под
давлением.
При розливе кваса брожения в бутылки обязательно проводят
осветление кваса на сепараторах или диатомитовых фильтрах для
более полного удаления микроорганизмов и взвешенных частиц и
пастеризацию для подавления жизнедеятельности оставшихся
дрожжей и бактерий.
Оценка качества кваса. Качество кваса оценивают по физико-
химическим и органолептическим показателям. В квасе определя-
ют содержание сухих веществ, спирта и кислотность. В зависимо-
сти от технологии различают квас неосветленный, осветленный и
фильтрованный. Дегустацию кваса проводят при температуре 10—
12 °C, при которой наиболее отчетливо выражены его вкусовые
качества. При дегустации осветленных и фильтрованных квасов
оценивают гармоничность, чистоту и полноту вкуса, остроту и ос-
вежающие свойства, аромат, цвет и прозрачность по 25-балловой
шкале. Квас отличного качества имеет 22—25 баллов, хороший —
19—21, удовлетворительный — 13—18, плохого качества — 12 бал-
лов и менее.
Глава 12
ТЕХНОЛОГИЯ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ
12.1. КЛАССИФИКАЦИЯ НАПИТКОВ
Безалкогольные напитки по внешнему виду подразделяются на
прозрачные и замутненные.
В зависимости от используемого сырья, технологии и назначе-
ния напитки классифицируются по группам: сокосодержащие на-
питки; напитки на зерновом сырье; напитки на пряноаромазичес-
ком растительном сырье; напитки на ароматизаторах (эссенциях и
ароматных спиртах); напитки брожения; напитки специального
назначения и искусственно минерализованные воды.
По степени насыщения диоксидом углерода (мае %) напитки
подразделяют на типы сильногазированные — более 0,4; средне-
газированные — от 0,3 до 0,4; слабогазированные — от 0,2 до 0,3 и
негазированные, а по способу обработки — на непастеризован-
ные, пастеризованные, напитки с добавлением консервантов и без
них, напитки холодного и горячего розлива.
В зависимости от вида и способа обработки стойкость напит-
ков должна быть (сут, не менее): газированных, непастеризован-
ных и без консервантов — 10, пастеризованных — 30, с консерван-
тами — 20, негазированных — 5, напитков брожения в бочках и ав-
тоцистернах — 2, в бутылках — 5, вод искусственно минерализо-
ванных — 60.
12.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ
ОСНОВНОГО СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ
БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ
Вода. Используемая для производства безалкогольных напит-
ков вода должна быть чистой, прозрачной, бесцветной, приятной
на вкус и без запаха.
Мутную с отдельными механическими взвесями или прозрач-
ную воду, но не отвечающую санитарным требованиям, необходи-
мо очищать и обезвреживать следующими способами:
отстаиванием и коагуляцией в специальных емкостях для ос-
ветления и удаления из воды взвешенных частиц;
фильтрованием через угольные, угольно-песочные, песочные
фильтры, силуминовые фильтры-прессы или керамические филь-
339
тры, бактерицидные установки для достижения прозрачности
воды с блеском и обеспложивания ее;
умягчением известковым или катионитовым и мембранным
способами;
хлорированием с последующим дехлорированием и фильтрова-
нием через фильтры.
Органолептические и физико-химические показатели воды на
заводах, оснащенных установками для фильтрования, умягчения и
обеззараживания воды, представлены в табл. 12.1.
Требования, предъявляемые к воде
Таблица 12.1
Показатели Норма для напитков
отечественных фирмы «Пепсико»
Органолептические Запах при 20 °C и при подогревании воды 0 0
до 60 °C, балл, не более Привкус при 20 °C, балл, не более 0 0
Цветность по платиново-кобальтовой шка- 10 Бесцветная
ле, град, не более Мутность по стандартной шкале, мг/дм3. 1,0 Отсутствует
не более Физико-химические Сухой остаток, мг/дм3, не более Общая жесткость, мгэкв/дм3, не более Общая щелочность, мгэкв/дм3, не более 850 500
2,0 0,2-0,7
1.5 1,7
Содержание активного хлора, мг/дм3, не более: после хлорирования 6,0 6,0
после дехлорирования Отсутствует Отсутствует
Содержание железа, мг/дм3, не более 0,1 0
Бактериологические Общее количество бактерий в 1 см3 нераз- 75 25
бавленной воды, не более Бактерии кишечной группы в 100 см3 об- 0 0
разца
Пищевой диоксид углерода. В зависимости от температуры и
давления диоксид углерода СО2 может находиться в трех состоя-
ниях: газообразном, жидком и твердом. В нормальных условиях
СО? — газ, плотность которого при температуре 20 °C и давлении
0,1 МПа составляет 1,839 кг/м3.
Физико-химические и органолептические показатели пищево-
го жидкого и газообразного диоксида углерода должны соответ-
ствовать требованиям ГОСТ 8050. Это бесцветный инертный газ
или жидкость без запаха. Объемная доля СО2 не менее 98,8 %.
Диоксид углерода растворяется в воде, причем с понижением
340
температуры и повышением давления растворимость его увеличи-
вается. При температуре 56,6 °C и давлении и 0,52 МПа СО2 одно-
временно может находиться в газообразном, жидком и твердом
состояниях (тройная точка). При 0 °C и атмосферном давлении
1 кг диоксида углерода занимает объем 506 дм3. При повышении
температуры на 1 °C объем СО2 увеличивается на 0,0037 дм3. Кри-
тической температурой для газообразного диоксида углерода яв-
ляется 31,05 °C, критическим давлением — 7,438 МПа, критичес-
ким объемом — 2.15 дм3/кг. Температура кипения диоксида угле-
рода при давлении 0,1 МПа составляет 78,5 °C.
Диоксид углерода получают из дымовых газов, образующихся
при сжигании кокса, угля и природного газа, из различных карбо-
натов, из источников природных минеральных вод, при спирто-
вом брожении в производстве этанола и пива. Оксид углерода, се-
роводород, соляная, сернистая, азотистая кислоты, аммиак, орга-
нические соединения, ароматические углеводороды в нем не со-
держатся. Массовая доля минеральных масел и механических
примесей составляет не более 0,1 мг/см3.
Жидкий диоксид углерода транспортируют и хранят на заводе в
стальных баллонах или специализированных изотермических со-
судах. Массовая доля воды в баллоне должна быть не более 0,1 %.
Сахар и сахарозаменители. Для придания безалкогольным на-
питкам сладости, смягчения резкости вкуса, ассимиляции аромата
используют сахар-песок, сахар-рафинад, жидкий сахар и сахароза-
менители. Жидкий сахар получают путем растворения сахара-пес-
ка в воде с последующими фильтрованием и обесцвечиванием ад-
сорбентами. Используют жидкий сахар высшего и I сортов с мас-
совой долей сухих веществ не менее 64 %, цветностью не более 1,0
и 1,6 усл. ед. Жидкий сахар хранят в закрытых емкостях при тем-
пературе не выше 18 °C. Срок хранения не более 4 сут. В произ-
водстве напитков и для диетического питания применяют низко-
калорийные искусственные и натуральные подсластители.
Установлено, что заболевания сердечно-сосудистой системы,
органов пищеварения, нарушение обмена веществ непосредствен-
но связаны с потреблением сахарозы. Поэтому создание безалко-
гольных напитков пониженной калорийности с использованием
натуральных и безвредных пищевых продуктов особенно актуаль-
но для решения проблемы рационального питания.
Глюкозо-фруктозные сиропы (ГФС) по своему составу и физио-
логической ценности превосходят сахарозу.
При одинаковой сладости напитки с ГФС имеют меньшую на
30—50 % энергетическую ценность, быстрее усваиваются организ-
мом. Во многих странах различные безалкогольные напитки выра-
батывают только с глюкозо-фруктозными сиропами.
ГФС получают из кукурузного крахмала путем расщепления
его а-амилазой, осахаривания глюкоамилазным ферментным пре-
паратом, фильтрованием, очисткой и увариванием глюкозных си-
341
ропов с последующей ферментативной изомеризацией части глю-
козы во фруктозу, очисткой и увариванием глюкозо-фруктозного
сиропа.
ГФС представляет собой жидкий продукт светло-желтого цвета
с массовой долей сухих веществ 70—71 %. Массовая доля фрукто-
зы составляет не менее 42 % от сухих веществ сиропа. Глюкозо-
фруктозные сиропы хранят в закрытых емкостях, обеспечиваю-
щих температуру хранения 27—32 °C. Гарантийный срок хранения
ГФС 6 мес со дня выработки.
В последние годы все шире используется технология получе-
ния ГФС с высоким содержанием фруктозы из инсулинсодержа-
щего сырья (топинамбура, тописолнечника, цикория) путем фер-
ментативного и кислотного гидролиза.
Натуральные подсластители получают из растительного сырья.
Например, стевиозид получают водной экстракцией из листьев
южно-американского растения Stevia Tebandiana Berfoni. Препа-
рат состоит из смеси сладких веществ глюкозидной природы. Сте-
виозид примерно в 300 раз слэше сахарозы. При употреблении
стевиозида ощущение сладости более длительное, чем у сахарозы.
Стевиозид может быть получен также из травы Stevia, произраста-
ющей в центральных районах России. Производство и потребле-
ние натуральных подсластителей ограничены тем, что не во всех
регионах России культивируют растения, содержащие подслащи-
вающие вещества.
Более широкое распространение получили синтетические саха-
розаменители, получаемые путем химического синтеза. Некото-
рые из этих веществ токсичны или проявляют токсичность после
принятия определенной дозы. К таким веществам относится саха-
рин. По химическому строению он является имидом ортосульфо-
бензойной кислоты. Сахарин в 500 раз слаще сахарозы. Ощущение
сладости сахарина возрастает со временем, достигает максимума и
остается на этом уровне долгое время. Кроме того, сахарин имеет
горькое металлическое и вяжущее послевкусие, усиливающееся с
увеличением его концентрации. При относительно низкой сто-
имости сахарин имеет существенный недостаток — применение
отрицательно сказывается на здоровье людей, поэтому его запре-
тили в нашей стране еще в 50-х годах.
Сахарозаменитель аспартам — дипептидный подсластитель. Он
представляет собой метиловый эфир N-1-а-аспартил-а-фенила-
ланина (CI4HI8N2O5). В организме человека аспартам метаболизи-
руется полностью. Сладость его подобна сладости сахарозы, са-
харный эквивалент составляет 160—200 ед. Аспартам обладает
свойством усиливать вкус и аромат напитков, не вызывает кариеса
зубов, но оставляет длительное горькое послевкусие. Основной
проблемой использования аспартама в пищевых напитках являет-
ся его относительно невысокая стабильность, которая зависит от
pH, температуры и продолжительности хранения. При pH 4,2 и
342
температуре 25 °C период полураспада аспартама составляет
260 сут. С повышением температуры и уменьшением pH скорость
распада возрастает, при этом сладость продукта снижается. На-
питки, в которых распад аспартама достиг 40—45 %, уже являются
непригодными к употреблению. Аспартам пожаро- и взрывоопа-
сен, что учитывается при его хранении и переработке. Гарантий-
ный срок хранения аспартама 12 мес со дня изготовления. Аспар-
там применяется для пищевых целей в 63 странах мира, в том чис-
ле и в России. Суточное потребление его составляет 40 мг/кг мас-
сы тела.
При изготовлении напитков для диабетиков используют пище-
вой сорбит — шестиатомный спирт и ксилит — пятиатомный
спирт, которые по сладости и калорийности близки к сахарозе.
В настоящее время известно более ста искусственных подслас-
тителей, которые наряду с преимуществами имеют недостатки, ог-
раничивающие их применение. В связи с этим до сих пор продол-
жаются исследования по получению подсластителей, близких по
свойствам к идеальному подсластителю, к которому предъявляют-
ся следующие требования: качество сладости не должно отличать-
ся от качества сладости сахарозы; отсутствие цвета и запаха; физио-
логическая безвредность; чистый приятный вкус, проявляющийся
без задержки и ощущающийся достаточно долго; хорошая раство-
римость в воде; химическая и температурная стабильность; неток-
сичность, полное выведение из организма человека.
Наряду с синтезом новых подсластителей ведутся разработки
композиций подслащивающих веществ. Так, в Германии запатен-
тован способ получения смесей из сахарозаменителей (ксилита,
сорбита и маннита) и синтетических подсластителей (аспартама и
цикламата). Эти смеси менее калорийны, чем сахароза, и пригод-
ны для диабетиков.
Плодово-ягодные полуфабрикаты. К плодово-ягодным полуфаб-
рикатам относятся: соки плодово-ягодные и виноградные нату-
ральные, спиртованные, сброженно-спиртовые, концентрирован-
ные; морсы плодово-ягодные сброженные, плодово-ягодные экст-
ракты.
Каждый вид полуфабрикатов должен отвечать требованиям
технических условий и стандартов.
Сырье для мутных напитков. Представляет собой смесь нату-
рального или концентрированного сока плодов апельсина, грейп-
фрута, мандарина, лимона, измельченной цедры и сердцевины
этих плодов, консерванта (бензоата натрия) и других ингредиен-
тов. Содержание сухих веществ в основах колеблется от 5 до 14 %.
Основы хранят в пластмассовой таре при температуре 3—5 °C в те-
чение 12 мес.
Вкусовые и ароматические вещества. В качестве вкусовых и аро-
матических веществ для производства безалкогольных напитков
используют настои ароматических веществ, эссенции, экстракты,
343
эфирные масла, растворы душистых веществ, ванилин и другие
вещества.
В зависимости от способа получения ароматические вещества
делятся на настои, экстракты, эссенции, получаемые из расти-
тельного сырья, синтетические вещества и комбинированные, по-
лучаемые из смеси натуральных и синтетических ароматических
веществ. Наряду с централизованно изготовляемыми вкусовыми и
ароматическими веществами ряд этих веществ получают непос-
редственно на заводах безалкогольных напитков по действующим
технологическим инструкциям.
Концентраты, концентрированные основы и композиции для на-
питков. Получают на специализированных заводах. Как правило,
концентраты, композиции и основы для напитков разделяются на
ароматсодержащий и экстрактсодержащий ингредиенты. Экст-
рактсодержащие разливают в специализированные железнодо-
рожные и автоцистерны, бочки с пленочными мешками — вкла-
дышами, металлические фляги и стеклянные бутыли, а ароматсо-
держашие — в стеклянные банки, бутыли, металлические бочки и
фляги.
Органолептические и физико-химические показатели концент-
ратов, основ и композиций должны соответствовать действующим
стандартам. Их хранят в темных помещениях при температуре от О
до 20 °C в течение 6—12 мес.
Пищевые кислоты. Для приготовления безалкогольных напит-
ков используют различные пищевые кислоты: лимонную, винно-
каменную, молочную, D-, L-винную, ортофосфорную, аскорби-
новую и уксусную. Аскорбиновую кислоту используют для вита-
минизации напитков.
Красители. Применяемые для подкрашивания безалкогольных
напитков красители делятся на натуральные и синтетические. К
натуральным пищевым красителям относят колер, энокраситель,
сафлоровый желтый и красители, получаемые из ягод бузины, вы-
жимок черники, кизила, вишни и других плодов, ягод, а также из
корнеплодов (например, свеклы). Из синтетических красителей
используют тартразин Ф, индигокармин.
12.3. АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗИРОВАННЫХ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ
НАПИТКОВ
Технология газированных безалкогольных напитков включает
следующие основные стадии: приготовление сахарного сиропа и
колера; получение купажного сиропа; насыщение воды или на-
питков диоксидом углерода и розлив напитков в бутылки.
Аппаратурно-технологическая схема получения безалкоголь-
ных напитков представлена на рис. 12.1.
344
17
Рис. 12.1. Аппаратурно-технологическая схема получения безалкогольных напитков:
1— машина, 2— воздуховод; 3—циклон; 4 — бункер; 5—дозаторы; 6— сироповарочная стан-
ция; 7—дозатор-подогреватель; 8— фильтр; 9— насосы; 10— теплообменники; Л —напор-
ный сборник для воды; 12, 13 и 14— сборники растворов соответственно серной кислоты,
хлорной извести и лимонной кислоты; 15 — сборники-инвертаторы; 16 и 17— сборники-мер-
ники; 18— сборники купажного сиропа; 19— фильтр; 20— купажные чаны; 21— освети-
тельный фильтр; 22— Н+-катионовый фильтр; 23— контактный резервуар; 24— угольная ко-
лонка; 25 — керамический фильтр; 26, 27—насосы-дозаторы; 28— синхронно-смесительная
установка; 29—бутылкомоечная машина; 30 — пластинчатый транспортер; 3/ —световой эк-
ран; 32—разливочный автомат; 33—укупорочный автомат; 34 — бракеражный автомат; 35—
этикетировочный автомат; 36— сборники для хранения соков, морсов, настоев; 37— цистер-
на с соками, морсами, настоями; 38— колероварочный котел; 39— цистерна с жидким диок-
сидом углерода; 40— станция газификации; 41 — коллектор для понижения давления; 42— па-
кеторасформировывающий автомат; 43 — ленточный транспортер; 44 — автомат выемки
бутылок из ящиков; 45— подъемник для бутылок; 46— автомат укладки бутылок в ящики;
47— пакетоформирующий автомат
Приготовление сахарного сиропа и колера. На заводах безалко-
гольных напитков сахарный сироп в основном готовят горячим
способом концентрацией 60—65 %, как и для ликероналивочных
изделий. На заводах, выпускающих напитки по технологии фир-
мы «Пепсико», используется также холодный способ приготовле-
ния сахарного сиропа, по которому сахар растворяют в воде с пос-
ледующим фильтрованием сиропа через бактериозадерживаю-
Щие фильтры. При необходимости сироп подвергают осветлению
на угольных колонках.
Для получения некоторых напитков готовят инвертированный
сахарный сироп. Рекомендуется три способа приготовления бело-
го инвертированного сахарного сиропа: варка сахара-песка на
воде с добавлением брака напитков, без добавления последних,
инвертирование жидкого сахара. При варке сахарного сиропа в
присутствии лимонной, молочной или кислот, содержащихся в
345
плодово-ягодных соках, происходит инверсия сахарозы с образо-
ванием инвертного сахара.
Наряду с инвертным сахаром образуется продукт более глубо-
кого распада сахаров — оксиметилфурфурол (ОМФ), содержание
которого регламентируется органами здравоохранения (0,1 г ОМФ
в 1 дм3 напитка). По разработанному ВНИИПБ и ВП способу ин-
версии сахарного сиропа 50%-м раствором лимонной кислоты из
расчета 750 г кислоты на 100 кг сахара при температуре 70 °C в те-
чение 2 ч достигается степень инверсии сахарозы не более 55 % с
минимальным количеством оксиметилфурфурола.
Колер готовят общепринятым в бродильной промышленности
методом (см. п. 10.2.1).
Приготовление купажных сиропов. Представляет собой проме-
жуточный продукт, получаемый при смешивании всех компонен-
тов напитка, за исключением газированной воды. Купажирова-
нию предшествует подготовка компонентов, входящих в купаж.
Плодовые соки и морсы фильтруют через тканевые или пластин-
чатые фильтры. Плодово-ягодные экстракты разбавляют водой в
соотношении 1: 5 и после двух-трехчасового отстаивания фильт-
руют. Ароматные настои и эссенции, содержащие осадок или мут-
ные, должны быть отфильтрованы. При использовании цитрусо-
вых настоев с повышенным содержанием терпенов их разбавляют
водой в соотношении 1:5, отстаивают не менее 12 ч, после чего
раствор фильтруют. Красители, применяемые для подкраски на-
питков, предварительно растворяют в воде в соотношении 1:5 —
1 : 10. Кислоты добавляют в виде водных растворов. При получе-
нии напитков из концентратов последние перед внесением в ку-
пажные чаны предварительно разбавляют горячей водой темпера-
турой 40—60 °C до массовой доли сухих веществ 30—35 %.
Кислотность напитков складывается не только из кислоты, зада-
ваемой в купаж, но и из кислоты, вносимой со всеми плодово-
ягодными полуфабрикатами, с вином и инвертированным сиро-
пом. При этом следует вводить поправку на количество кислоты,
которая идет на нейтрализацию щелочности воды напитка. Для
получения стандартной кислотности напитка количество кисло-
ты, задаваемой в купажный сироп на 100 дал напитка, рассчитыва-
ют по формуле
Х=(М-А) + С,
где X— количество кислоты, которое следует внести в купажный сироп, г; М—
количество кислоты, необходимое для получения соответствующего показателя
кислотности в готовом напитке, г; Л — количество кислоты, вносимое с полуфаб-
рикатами, г; С—количество кислоты для нейтрализации щелочности воды, г.
При расчете количества кислоты для нейтрализации щелочнос-
ти воды следует учесть, что количество воды, вводимое в напиток,
будет равно
Г=И-(И2+ Из),
где И— объем воды, вводимой в напиток, дм3; — общий объем напитка, дм !
346
р, _ объем вносимых плодово-ягодных полуфабрикатов, дм3; Р) —объем, зани-
маемый сахаром, дм3; Ут, = т 0,62, здесь т— масса сахара, кг; 0,62 —объем рас-
плавленного 1 кг товарного сахара, дм3.
Купажные сиропы готовят тремя способами: холодным, полу-
горячим и горячим При этом двумя последними способами полу-
чают купажные сиропы с инверсией сахарозы.
Для получения купажного сиропа холодным способом все по-
луфабрикаты задают в купажный аппарат при перемешивании в
следующей последовательности: сахарный сироп (инвертирован-
ный или неинвертированный), плодово-ягодный сок или экст-
ракт, виноградные вина, раствор кислоты, раствор красителя,
цитрусовые и ароматические настои, композиции.
Для облегчения фильтрования и доведения дозы купажного си-
ропа до целых чисел при купажировании допускается добавлять
воду в количестве, предусмотренном инструкцией применяемого
фильтра и дозировочного аппарата на данном заводе.
Заданные в купажный аппарат полуфабрикаты тщательно пере-
мешивают и фильтруют до полной прозрачности. Можно не
фильтровать купажный сироп, если перед загрузкой в купажный
аппарат каждый компонент был профильтрован отдельно. Затем
купажный сироп охлаждают до 8—10 °C. В готовом купаже опре-
деляют содержание сухих веществ, кислотность и органолептичес-
кие показатели.
Купажные сиропы для безалкогольных напитков на цитрусо-
вых и ароматических настоях, концентратах, композициях и нату-
ральных эссенциях готовят только холодным способом.
Полугорячий способ применяется, если в состав купажного си-
ропа входят соки и вина и если по условиям производства необхо-
димо сократить объем купажного сиропа и уменьшить дозу расхо-
да купажного сиропа на бутылку.
При приготовлении инвертированных купажных сиропов этим
способом в сироповарочный котел вносят 50 % требуемых по ре-
цептуре плодово-ягодных соков или вина, подогревают их до 50—
60 °C и добавляют по частям при постоянном перемешивании все
количество сахара.
После полного растворения сахара сироп доводят до кипения и
кипятят в течение 30 мин, удаляя образующуюся пену. Затем си-
роп фильтруют в горячем состоянии и охлаждают до температуры
20 °C. При купажировании в сироп добавляют остальные 50 %
плодово-ягодного сока или вина, а также предварительно про-
фильтрованные раствор кислоты, раствор красителя, цитрусовые
настои и растворы натуральных или синтетических эссенций, со-
храняя ту же последовательность, что и при холодном способе.
Полученный купажный сироп тщательно перемешивают В го-
товом сиропе определяют содержание сухих веществ, инвертно-
го сахара (выборочно), кислотность и органолептические пока-
затели.
347
Для получения купажного сиропа горячим способом все коли-
чество плодово-ягодного сока или вина, предусмотренное рецеп-
турой, вносят в сироповарочный котел и нагревают до 50—60 °C,
после чего в котел засыпают по частям при постоянном переме-
шивании все количество сахара, требуемого по рецептуре.
При приготовлении купажных сиропов для газированных кок-
тейлей и крюшонов вино или виноматериалы вносят в сиропова-
рочный котел, кипятят для удаления алкоголя (до объемной доли
алкоголя не более 2,5%), а затем вносят необходимое количество
сахара. После полного растворения сахара сироп доводят до кипе-
ния и кипятят в течение 30 мин, удаляя образующуюся пену.
Сироп фильтруют в горячем состоянии и после охлаждения до
температуры 20 °C в него добавляют предусмотренные рецептурой
остальные части купажного сиропа: предварительно профильтро-
ванные раствор кислоты, цитрусовые настои и растворы натураль-
ных или синтетических эссенций.
Полученный купажный сироп тщательно перемешивают. В
готовом сиропе определяют содержание сухих веществ, инверт-
ного сахара (выборочно), кислотность и органолептические по-
казатели .
При приготовлении сиропов на плодово-ягодных соках инвер-
сия сахарозы происходит за счет кислот, содержащихся в соках и
винах.
Готовый купаж, приготовленный любым из перечисленных
способов, перекачивают в мерные напорные баки или мерные
сборники, из которых купаж передается на розлив.
Температура готового купажа при дозировании его в бутылки
должна быть не выше 10 °C.
Дозу купажного сиропа на бутылку (см3) определяют по фор-
муле
Д= У^В/А,
где Ге —объем напитка в бутылке, см3; В и Л — содержание сухих веществ соот-
ветственно в 1 дм3 готового напитка и 1 дм3 купажного сиропа, г.
В целях меньшего износа дозировочного аппарата и более точ-
ной его работы рекомендуется применять единую дозу купажного
сиропа на бутылку для всех напитков, кратную 5 или 10, для чего в
купажный сироп добавляют воду в соответствующем количестве.
Количество воды (дм3), необходимое для добавления в купаж-
ный сироп, определяют по формуле
ук(д,-д)
л —----------,
д
где К — объем купажного сиропа, дм3; Д — желаемая доза купажного сиропа на
бутылку, см3; Д— вычисленная доза купажного сиропа на бутылку, см3.
348
Содержание сухих веществ в готовом купажном сиропе для
обеспечения стандартного содержания сухих веществ в готовом
напитке при желаемой дозе купажа в бутылку можно определить
по формуле
Насыщение воды или напитков диоксидом углерода. Процесс на-
сыщения воды и безалкогольных напитков диоксидом углерода
называется сатурацией или карбонизацией. Растворение газа в жид-
кости — абсорбционный процесс. Растворимость СО2 в воде в за-
висимости от температуры и давления изменяется в широких пре-
делах. Зависимость растворимости газов от давления выражают
приближенно законы Генри и Дальтона, согласно которым при
постоянной температуре растворимость данного газа пропорцио-
нальна его парциальному давлению над раствором. Между темпе-
ратурой и степенью насыщения воды и напитка СО2 существует
обратная зависимость. Чем ниже температура растворителя, тем
больше растворяется в нем диоксида углерода, и наоборот. Такая
зависимость обусловливает необходимость проведения процесса
сатурации воды при низкой температуре (1—2 °C).
Объем растворенного газа как функцию давления и температу-
ры можно определить по формуле Рольфа — Стинхофа
V = Kp- 10-°-0157',
где К— фактор измерения, равный 0,22; р — избыточное давление газа, Па; Т—
абсолютная температура воды или напитка, К.
На растворимость СО2 значительно влияют такие факторы, как
характер и концентрация растворенных в воде и напитках мине-
ральных солей, коллоидных веществ и газов. Присутствие воздуха
в воде и напитках отрицательно сказывается на степени их насы-
щения диоксидом углерода. Каждый растворенный в жидкости газ
снижает растворимость в ней другого газа, так как растворимость
каждого из них определяется его парциальным давлением и обыч-
но равна растворимости этого газа в чистом состоянии при давле-
нии, равном его парциальному давлению в смеси. Поэтому для
более полного насыщения диоксидом углерода воду перед сатура-
цией деаэрируют, удаляя из нее воздух в специальном аппарате —
деаэраторе или вакуум-сатурационной установке, составной час-
тью которой является деаэратор.
Легче всего газируется чистая умягченная вода. Минеральные
соли, содержащиеся в воде или дополнительно внесенные в нее,
играют отрицательную роль при газировании, так как, будучи
электролитами, проявляют химическую активность в отношении
диоксида углерода.
349
Растворимость газа в напитке (дм3/дм3), содержащем электро-
литы, рассчитывают по формуле Сеченова
S=Soe-KC,
где — растворимость газа в дистилтированной воде, лм3/лм3: К— диэлектричес-
кая постоянная электролита; С—концентрация электролита.
Содержание в напитках растворимых веществ отрицательно
сказывается на растворимости СО2. Однако присутствие положи-
тельно заряженных коллоидных веществ, например белков, хотя и
замедляет процесс насыщения напитков СО2, но обеспечивает
лучшее удерживание этого газа в растворе. Молекула Н2СО3 явля-
ется диполем, один полюс ее несет отрицательный заряд, поэтому
она адсорбируется на положительно заряженной частице белка.
Абсорбция диоксида углерода проходит через медленно проте-
кающую стадию гидратации СО2 + Н2О Н2СО3, которая и оп-
ределяет скорость поглощения СО2. Будучи весьма нестойкой,
угольная кислота диссоциирует в воде и легко вступает в химичес-
кие реакции с солями воды, образуя разнообразные углекислые
соли.
Углекислота, связанная в НСО3, химически неактивна и не
вступает в реакции с другими соединениями, свободная же угле-
кислота, не связанная в НСО3 или в СС)2 химически активна и
легко вступает во взаимодействие с другими соединениями.
Именно эта часть углекислоты обусловливает свойства газирован-
ных прохладительных напитков.
Абсорбция диоксида углерода — массообменный процесс, под-
чиняющийся закону Фика, согласно которому количество СО2,
продиффундировавшего в жидкость, прямо пропорционально ве-
личине поверхности соприкосновения газообразной и жидкой
фаз, разности концентраций диоксида углерода в обеих фазах, ве-
личине парциального давления газа над жидкостью, продолжи-
тельности контакта и обратно пропорционально температуре жид-
кости.
Вводить диоксид углерода в напитки можно двумя способами:
насыщением охлажденной и деаэрированной воды с последую-
щим введением ее в бутылки, залитые определенной дозой купаж-
ного сиропа, и насыщением смеси деаэрированной воды и купаж-
ного сиропа с последующим розливом уже насыщенного напитка.
Насыщение воды осуществляется в сатураторах периодическо-
го и непрерывного действия, а напитков — только в аппаратах не-
прерывного действия (сатураторах и синхронно-смесительных ус-
тановках).
Для обеспечения интенсивного массообмена процесс сатура-
ции проводят при температуре воды 2—4 °C и рабочем давлении в
350
сатураторе 0,3—0,4МПа. Удаление растворенного в воде воздуха
осуществляется в деаэраторе. В сатураторе вода распыляется при
помощи форсунок или насадок. Содержание диоксида углерода в
воде на выходе из сатураторов не менее 0,6 мае. %.
В настоящее время наиболее перспективен синхронно-смеси-
тельный способ насыщения диоксидом углерода. В установках,
работающих по этому способу, обеспечивается почти полное уда-
ление воздуха из воды перед ее насыщением, а также мельчайшее
распыление воды в карбонизаторах, что способствует гомогениза-
ции смеси купажного сиропа, воды и диоксида углерода и высо-
кой степени насыщения напитка диоксидом углерода. Все это
приводит к экономии сырья, повышению качества напитков и по-
стоянству физико-химических показателей напитка в каждой бу-
тылке. Кроме того, применение синхронно-смесительного спосо-
ба насыщения напитков позволяет отказаться от использования
ряда машин — дозатора сиропа, автомата для перемешивания и
сатуратора, что значительно сокращает количество обслуживаю-
щего персонала и упрощает технологический процесс и розлив
напитков.
Принципиальная технологическая схема работы синхронно-
смесительной установки типа РЗ-ВНС-1 представлена на рис. 12.2.
Насыщение напитка диоксидом углерода на установке осуществ-
ляется следующим образом. Вода из бачка 2 циркулирует с помо-
щью насоса 3 через струйный эжектор 7, в результате чего эжектор
1 отбирает воздух из колонки 4 деаэратора, что приводит к обра-
зованию в ней вакуума. Для контроля за процессом деаэрации
колонка 4 снабжена вакуумметром 5. Отфильтрованная, исправ-
ленная и охлажденная вода подается в нижнюю часть колонки
деаэрации по трубопроводу, проходит по нему в верхнюю часть
и, стекая по коническим тарелкам 6, теряет содержащийся в ней
воздух.
Рис. 12.2. Принципиальная технологическая схема синхронно-смесительной
установки типа РЗ-ВНС-1
351
Деаэрированная вода сосредоточивается в нижней части ко-
лонки деаэратора, ее количество можно определять по указателю 7
уровня. Деаэрированную воду насосом перекачивают в струйную
насадку 9 для насыщения ее диоксидом углерода, который подает-
ся из колонки 10насыщения На колонке /^размешены указатель
7уровня, предохранительный клапан 11, манометр 12, штуцер для
вывода газированной воды и промывных вод и ввода диоксида уг-
лерода, который поступает в колонку через редуктор 13. Насы-
щенную диоксидом углерода воду насосом-дозатором 14 перека-
чивают в смесительный бачок 15, куда одновременно из бачка 16
задается определенная доза купажного сиропа. Из смесительного
бачка 15 готовый, насыщенный диоксидом углерода напиток по-
ступает в накопительную колонку 17, также снабженную указате-
лем 7уровня, предохранительным клапаном И, манометром 12 и
штуцером для вывода готового напитка и промывных вод. В
струйной насадке вода насыщается под давлением 0,6—0,8 МПа.
На выходе из установки напиток содержит 0,7 мае. % диоксида уг-
лерода. Температура воды, поступающей на деаэрацию, должна
быть не выше 6 °C, а купажного сиропа — не выше 8 °C.
В синхронно-смесительной установке Б2-ВРР-16 насыщению
диоксидом углерода подвергается смесь деаэрированной воды и
купажного сиропа.
На отечественных заводах безалкогольных напитков эксплуа-
тируются автоматические вакуум-сатураторы, а также различные
типы синхронно-смесительных установок зарубежных стран, в ко-
торых процессы насыщения воды безалкогольных напитков ни-
чем не отличаются от рассмотренных выше.
Розлив газированных безалкогольных напитков. Процесс розлива
газированных напитков включает ряд технологических операций:
прием тары и ее бракераж; мойку тары; дозирование купажного
сиропа в бутылки; заполнение бутылок газированной водой или
готовым напитком; герметизацию бутылок с напитком; переме-
шивание содержимого бутылок; бракераж напитка и этикетирова-
ние бутылок.
Во избежание потерь диоксида углерода, растворенного в гази-
рованных безалкогольных напитках, наполнение бутылок ведут
под избыточным давлением, без перепадов, изобарически (после
выравнивания давления в бутылке и газовой зоне резервуара раз-
ливочной машины). При заполнении бутылки напиток вытесняет
из нее газовоздушную смесь в газовое пространство резервуара
разливочной машины.
Для улучшения качества напитков противодавление в бутыл-
ке рекомендуется создавать не воздухом, а диоксидом углерода.
В целях снижения потерь диоксида углерода при розливе не
должно быть резкого перепада между давлением в сатураторе
или синхронно-смесительной установке и рабочим давлением
машины.
352
Оценка качества безалкогольных напитков. Качество напитков
оценивают по физико-химическим и органолептическим показа-
телям. К физико-химическим показателям относятся содержание
сухих веществ, диоксида углерода и кислотность. Органолептичес-
кие показатели оценивают при дегустации по 25-балловой шкале:
прозрачность, цвет (для непрозрачных напитков — внешний
вид) — 7 баллов, вкус и аромат — 12 и насыщенность СО2 — 6 бал-
лов. Напитки отличного качества имеют общий балл 22—25, хоро-
шего—19—21, удовлетворительного — 13—18 и неудовлетвори-
тельного — 12 и менее.
12.4. ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ
НАПИТКОВ ПРИ ХРАНЕНИИ
Одним из главных показателей качества безалкогольных напит-
ков является стойкость, которая характеризуется биологической и
коллоидной стабильностью.
Под биологической стойкостью понимают продолжительность
выдержки напитка (сут) в бутылке от момента розлива до появле-
ния осадка вследствие изменения его органолептических и физи-
ко-химических свойств, обусловленного жизнедеятельностью
микроорганизмов.
Под коллоидной стойкостью напитка понимают продолжитель-
ность выдержки его в бутылке до момента выпадения осадка, не
вызванного жизнедеятельностью микроорганизмов.
Коллоидные помутнения возникают в результате химических
реакций между отдельными составными веществами напитка или
при контакте их с металлом оборудования, а также при наруше-
нии равновесия коллоидной системы, изменении активной кис-
лотности, под влиянием теплоты, механического воздействия и
других факторов.
Вследствие различия причин, вызывающих коллоидные по-
мутнения, предотвращение их проводится по-разному. При этом
особое внимание уделяется строгому соблюдению технологичес-
ких режимов и качеству используемого сырья. В большинстве
случаев помутнение напитков обусловлено биологическими при-
чинами В напитках, пораженных микроорганизмами, появляет-
ся осадок, они становятся мутными, в бутылках вследствие выде-
ления газообразных продуктов повышается давление; образую-
щиеся в результате жизнедеятельности микроорганизмов аце-
тальдегид и сложные эфиры придают напиткам посторонние
вкус и запах.
Невысокое содержание азотистых веществ, низкое значение
pH, наличие диоксида углерода препятствуют развитию многих
видов микроорганизмов. Однако определенные их виды способны
Развиваться в этих условиях и вызывать порчу напитков. К ним
353
относятся дрожжи, в редких случаях — молочнокислые и уксусно-
кислые бактерии и микроскопические грибы.
Повышение биологической стойкости напитков может быть
достигнуто за счет применения различных консервантов, разре-
шенных Министерством здравоохранения России. К числу таких
консервантов относятся: юглон, бензоат натрия, плюмбогин, сор-
биновая кислота и др. Повышение стойкости напитков осуществ-
ляется обработкой купажных сиропов одним из указанных кон-
сервантов.
При использовании бензоата натрия водный раствор его, при-
готовленный непосредственно перед употреблением, вносят в не-
фильтрованный купажный сироп, тщательно перемешивают в те-
чение 15—20 мин, выдерживают 2 ч, а затем фильтруют. Расход
бензойной кислоты 177 мг на 1 дм3 напитка.
Расход юглона или плюмбогина при получении 100 дал напит-
ков на плодово-ягодной основе составляет 0,7 г, а напитков, при-
готовленных на настоях и эссенциях, — 0,62 г.
Рабочий раствор этих консерватов готовят путем растворения
их в 125—140 см3 96%-го этанола. Купажный сироп обрабатывают
спиртовым раствором юглона или плюмбогина аналогично бензо-
ату натрия.
Таким образом, использование консервантов способствует
повышению биологической стойкости напитков. Однако следует
учитывать, что вносимая доза консерванта оказывает бактери-
цидное действие только на определенное количество микроорга-
низмов. Поэтому наиболее эффективно использование консер-
вантов на предприятиях с высоким санитарным уровнем произ-
водства.
12.5. ПОЛУЧЕНИЕ НЕГАЗИРОВАННЫХ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ
НАПИТКОВ
Ассортимент безалкогольных негазированных напитков вклю-
чает напитки, приготовленные на цитрусовых настоях («Лимон-
ный», «Апельсиновый», «Мандариновый»), горячий вишневый
напиток и коктейли («Здоровье», «Молодежный», «Изабелла»,
«Невский», «Адмиралтейский», «Москворечье», «Рябина крас-
ная», «Свитязянка», «Журавинка» и др.).
Негазированные напитки, приготовленные на цитрусовых на-
стоях, представляют собой смесь воды, сахара, лимонной кисло-
ты, колера и цитрусовых настоев (лимонного, мандаринового или
апельсинового). Горячий вишневый напиток представляет собой
нагретую смесь сахара, деалкоголизованных (освобожденных от
спирта) виноматериалов, вишневого сока, лимонной кислоты и
колера. Напиток предназначен для продажи населению в горя-
чем состоянии в холодное время года. Коктейли представляют
собой водные растворы виноградного вакуумного сусла, виноград-
354
ного или яблочного экстракта, виноградного концентрированно-
го сока, деалкоголизованных виноградных или плодово-ягодных
виноматериалов, плодово-ягодных спиртованных соков, плодо-
во-ягодных сброженно-спиртованных соков с сахаром, лимон-
ной кислоты и ароматических экстрактов для производства Вер-
мута.
Организация производства негазированных безалкогольных
напитков, горячих напитков и негазированных коктейлей осуще-
ствляется в соответствии с технологической схемой, приведенной
на рис. 12.3.
Купажный сироп для негазированных напитков на цитрусовых
настоях готовят холодным способом. Для этого сахарный песок из
мешков, доставляемых на поддонах 7, взвешивают на весах 2 и за-
сыпают в приемный бункер нории 3, которая доставляет его в
промежуточный бункер 4. По мере необходимости сахар при пере-
мешивании вносят в сироповарочный котел 5, куда предваритель-
но задают исправленную воду из сборника-мерника 14.
После растворения сахара раствор доводят до кипения и кипя-
тят не менее 30 мин для уничтожения слизеобразующих бактерий.
Затем сироп через сетчатую ловушку 6 и теплообменник 8 насосом
7перекачивают в сборник 9 для инверсии сахарозы.
Инверсию проводят при 70 °C в течение 2 ч. Затем инвертиро-
ванный сироп насосом 7 перекачивают в купажный аппарат 19,
куда из сборников-мерников 11—13 при перемешивании вносят
все компоненты напитков, включая консервант (при необходимо-
сти). Смесь тщательно перемешивают в течение 15—25 мин и ос-
тавляют в покое на 2 ч для уничтожения микрофлоры. Затем в ку-
пажный аппарат вносят расчетное количество воды температурой
Рис. 12.3. Аппаратурно-технологическая схема получения безалкогольных
негазированных напитков, горячих напитков и негазированных коктейлей
Зэ5
не выше 20 °C, раствор тщательно перемешивают в течение 15—
20 мин, определяют в нем физико-химические и органолептичес-
кие показатели и насосом 18 перекачивают на фильтр-пресс 17
для фильтрования. Осветленный напиток поступает в сборник-
мерник 15, откуда он направляется на розлив в бутылки или круп-
ную тару. При розливе в бутылки напитка, приготовленного без
консерванта, напиток может быть подвергнут пастеризации в тон-
нельном пастеризаторе по режиму, принятому для пастеризации
напитков на хлебном сырье, или разлит в горячем состоянии с
предварительной пастеризацией в потоке на пастеризационной
установке.
Купажный сироп для горячего вишневого напитка готовят пу-
тем купажирования всех компонентов, указанных в рецептуре.
Перед купажированием вино и вишневый спиртованный сок,
входящие в состав горячего вишневого напитка, должны быть
подвергнуты деалкоголизации. После тщательного перемешива-
ния составляющих напитка проверяют органолептические и фи-
зико-химические показатели купажного сиропа, сироп доводят
холодной или горячей (80—85 °C) водой до заданного объема, по-
лученную смесь тщательно перемешивают в течение 15—25 мин.
После проверки качества напиток фильтруют и передают в сбор-
ник 15, а затем в пастеризационную установку 16 или сборник,
оснащенный рубашкой для подогрева до 70 °C (при использова-
нии холодной воды).
Купажные сиропы для коктейлей готовят в варочном котле 5
горячим способом, предварительно отогнав спирт из спиртосодер-
жащего сырья (виноматериалы, спиртованный сок), поступающе-
го из сборников 9 и 10. В деалкоголизованный виноматериал,
вино или спиртованный сок с содержанием спирта не выше
2,5 об. % вносят при перемешивании в 2—3 приема расчетное ко-
личество сахара из бункера 4, смесь кипятят не менее 30 мин для
уничтожения слизеобразующих бактерий. После этого сироп про-
пускают через сетчатую ловушку 6 и насосом 7 перекачивают в
теплообменник <£для охлаждения до температуры, не превышаю-
щей 20 °C. Охлажденный сироп поступает в купажный аппарат 19,
куда при перемешивании вносят все компоненты напитка, вклю-
чая консервант (при необходимости). Смесь тщательно переме-
шивают в течение 15—25 мин и выдерживают 2 ч для подавления
роста микроорганизмов. Затем купажный сироп фильтруют на
фильтре-прессе, добавляют расчетное количество холодной воды
температурой не выше 20 °C, тщательно перемешивают в течение
15—25 мин и после проверки органолептических и физико-хими-
ческих показателей направляют на розлив в бутылки или крупную
тару.
Перед розливом в бутылки коктейль может быть подвергнут
пастеризации в потоке на пастеризационной установке по режи-
му, предусмотренному для пастеризации вина, и разлит в бутылки
356
в горячем или холодном состоянии при изготовлении напитка с
консервантом. Коктейли разливают также в бутылки в холодном
состоянии с последующей пастеризацией напитка в бутылках в
тоннельных пастеризаторах по режиму, предусмотренному для па-
стеризации вин.
Негазированные напитки на цитрусовой основе и коктейли
разливают в бутылки, автотермоцистерны, автоцистерны и стацио-
нарные резервуары, которыми оборудованы торговые точки.
Горячий вишневый напиток и коктейли в горячем состоянии
разливают и транспортируют только в крупной таре. После розли-
ва автотермо- и автоцистерны закрывают крышками с резиновы-
ми прокладками и пломбируют.
12.6. ТЕХНОЛОГИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ СМЕСЕЙ
ДЛЯ ШИПУЧИХ И НЕШИПУЧИХ НАПИТКОВ
Порошкообразные смеси для нешипучих напитков представля-
ют собой смесь сахара-песка, экстрактов, эссенции, пищевых кис-
лот и красителей, продуктов пчеловодства и цитрусовых настоев.
Смеси выпускают в виде таблеток или порошка. Перед употребле-
нием таблетку или порошок растворяют при перемешивании в
стакане холодной воды.
Порошкообразная смесь для шипучего напитка представляет
собой сыпучий порошок, состоящий из сахара-песка, виннока-
менной кислоты, гидрокарбоната натрия и эссенций.
При производстве шипучих однопорошковых напитков сахар-
песок для отделения механических примесей просеивают через
сито с размером ячеек не более 3 мм. Затем сахар, пройдя через
магнитоулавливатель, поступает на мельницу. Размельченный са-
хар направляется на рассев, состоящий из двух вибросит и лотка.
Ширина отверстия в свету 1-го сита составляет 0,5 мм, 2-го сита —
0,14 мм.
Сахар с 1-го сита поступает обратно на размол, сахар с лотка в
виде пудры направляется на склад или в сироповарочный цех для
получения сиропа для напитков бутылочного розлива
Сахар со 2-го сита с размером частиц 0,14—0,5 мм используют
для приготовления сухих напитков. Сухие шипучие напитки полу-
чают двумя способами:
взвешивают необходимое количество сахара с размером частиц
0,14—0,5 мм и загружают в микс-машину, куда вносят в соответ-
ствии с рецептурой виннокаменную кислоту и гидрокарбонат на-
трия Все тщательно перемешивают. Полученную смесь направля-
ют на фасование в пакеты,
сахар с размером частиц 0,14—0,5 мм, виннокаменную кислоту,
гидрокарбонат натрия загружают соответственно в три равных
бункера, откуда каждый компонент через дозирующее устройство
357
поступает в пакет в следующих количествах (г): сахар — 12, винно-
каменная кислота — 2,1, гидрокарбонат натрия — 1,8. Общая мас-
са одного пакета составляет 15,9—16,4 г.
Если виннокаменная кислота и гидрокарбонат натрия поступа-
ют в крупных кристаллах, то предварительно они должны быть
измельчены на фарфоровой шаровой мельнице. При поступлении
гидрокарбоната натрия с повышенной влажностью последний пе-
ред измельчением должен быть высушен на воздухе при комнат-
ной температуре.
Для получения порошкообразных смесей для нешипучих на-
питков подработку сахара-песка проводят так же, как и при изго-
товлении порошкообразных смесей для шипучих напитков.
Сахар с размером частиц 0,14—0,5 мм, плодово-ягодный экст-
ракт и виннокаменную кислоту в количествах, предусмотренных
рецептурой, загружают в смеситель. После тщательного переме-
шивания всю массу из смесителя наклонным ленточным транс-
портером подают в сушилку, где продукт сушат при температуре
не выше 80 °C до влажности 0,27—0,35 %. Подсушенная масса со-
бирается в бункере, а затем поступает на микромельницу.
Измельченная масса через приемник направляется или на ав-
томатические весы для фасования в банки массой нетто 100, 150
и 300 г, или на таблеточный пресс. Банки с порошкообразной
смесью быстро закрывают металлическими крышками и закаты-
вают.
Готовые таблетки завертывают по две штуки вместе массой
нетто 20 г, после чего их упаковывают в гофрированные короба.
Органолептические и физико-химические показатели порошко-
образных смесей должны отвечать требованиям действующих
стандартов.
В соответствии с ГОСТом порошкообразные смеси для неши-
пучих напитков должны в течение 2 мин полностью растворяться
в холодной воде. Наличие нерастворимого осадка в них не допус-
кается.
Порошкообразные смеси для напитков следует хранить в сухом
вентилируемом помещении при температуре не ниже 0 и не выше
12 °C. Срок хранения их в таблетках до 1 года, расфасованных в
пакетики из многослойных пленочных комбинированных матери-
алов, стеклянную и полиэтиленовую тару —6 мес; шипучих на-
питков, расфасованных в бумажные пакетики, — 1 мес.
Глава 13
ПОЛУЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД
Минеральные воды — часть единой водной оболочки Земли.
Они представляют собой водные растворы, в которых содержится
небольшое количество органических веществ. Это отличает при-
родные минеральные воды от искусственных и указывает на ак-
тивную роль различных микроорганизмов в формировании их хи-
мического состава. Среди органических веществ минеральных вод
выделяют гуминовые вешества, битумы, фенолы, кислоты, а также
углеродсодержащие летучие и нелетучие соединения нейтраль-
ной, кислой и основной природы.
13.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД
ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ
Минеральные воды в зависимости от вида и количества содер-
жащихся в них минеральных солей, некоторых веществ и газов
оказывают на организм человека определенное физиологическое
воздействие, что позволяет использовать их в качестве лечебного
средства. Важной характеристикой минеральных вод является их
минерализация, которая определяется содержанием в воде оп-
ределенных соединений (в г/дм3). Между минерализацией воды и
ее химическим составом прослеживается следующая связь: в водах
невысокой минерализации преобладают ионы Са2+, а в водах вы-
сокой минерализации — Cl-, Na+ и Са2+; ионы Mg2+ и
НСО”, SO^~ чаще встречаются в водах, занимающих промежу-
точное по минерализации положение между низко- и высокоми-
нерализованными. Зависимость между составом и минерализаци-
ей вод может быть выражена следующими рядами:
Увеличение минерализации ч
Ca2+>Mg2*>Na*
Уменьшение минерализации
Увеличение минерализации
HCO,>SOj >С1
359
В зависимости от воздействия на организм человека природные
воды делятся на столовые, лечебно-столовые и лечебные воды. К
столовым относят воды, минерализация которых не превышает
1 мг/дм3 и в составе которых не содержатся микрокомпоненты,
оказывающие на организм человека лечебное действие. Воды с
общей минерализацией 1 —10 г/дм3, а также воды с минерализа-
цией менее 1 г/дм3, содержащие биологически активные ком-
поненты в количестве не ниже принятых в стране биологичес-
ких норм для питьевых минеральных вод, относят к лечебно-
столовым.
Воды с общей минерализацией 10—15 г/дм3 относят к лечебным.
Выраженным лечебным действием обладают также воды с мине-
рализацией менее 10 г/дм3 при наличии в их составе повышенных
количеств биологически активных микрокомпонентов, таких, как
мышьяк, бром, йод и др.
Минеральные воды по анионному и катионному составу делят-
ся на пять групп. К первой группе относятся неуглекислые воды,
не содержащие легкоокисляемых компонентов; ко второй — угле-
кислые; к третьей — железистые, содержащие ионы Fe2+; к чет-
вертой — гидросульфидные и гидросульфидно-сероводородные; к
пятой — минеральные воды, содержащие сульфатвосстанавливаю-
щие бактерии.
В минеральных водах присутствуют как основные, так и сопут-
ствующие газы различного происхождения. Растворимость газов в
воде зависит от химической природы растворяющихся газов, тем-
пературы, минерализации воды, а также от давления, под которым
газ находится над водой. Из основных газов природных вод СН4 и
N2 относятся к плохорастворимым в воде. Они не вступают с во-
дой в химическое взаимодействие и находятся в ней в молекуляр-
но-дисперсном состоянии. Плохо растворяются в воде также Н2,
Аг, Не, О2. Хорошо растворяются в воде СО2 и H2S. Эти газы при
растворении образуют угольную и сероводородную кислоты. С
повышением температуры растворимость газов уменьшается. Ана-
логично действует повышение минерализации воды. При посто-
янной температуре растворимость газов согласно закону Генри
изменяется прямо пропорционально давлению. В недрах Земли в
связи с высоким давлением растворимость газов повышается. При
подъеме вод на поверхность растворимость газов понижается.
Если упругость газа в воде становится выше, чем в атмосфере, газ
бурно выделяется из воды. Такой газ называется спонтанным, т. е.
самопроизвольно диффундирующим из воды, а воды, содержащие
спонтанные газы, — газирующими. В зависимости от состава газов
различают углекислотные, сероводородные, азотные, азотно-ме-
тановые и метановые воды.
Температура выходящих на земную поверхность минеральных
вод изменяется в широких пределах: от минусовой — в зоне веч-
ной мерзлоты до очень высоких (более 100 °C) — в районах вулка-
360
нической деятельности. Температура вод обусловливается тепло-
вым режимом недр и глубинной циркуляцией вод. Исследователя-
ми предложены различные классификации минеральных вод по
температуре. Минеральные воды в соответствии с их температу-
рой на практике чаще относят к следующим четырем группам: хо-
лодные температурой до 20 °C, теплые (слаботермальные, субтер-
мальные) температурой от 20 до 35 °C, горячие (термальные) тем-
пературой от 35 до 42 °C и очень горячие (высокотермальные, ги-
пертермальные) температурой выше 42 °C.
13.2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД
Минеральные воды по происхождению делят на следующие
группы: инфильтрационные (атмосферные) — образовавшиеся в
результате просачивания атмосферных и поверхностных вод
сквозь горные породы; седиментационные (осадочные) — появля-
ющиеся в результате захоронения и преобразования морской
воды; магматические (ювенильные) — возникающие за счет кон-
денсации эндогенных паров и газов; смешанные — образовавшие-
ся путем смешивания вод различного происхождения.
Воды инфильтрационного происхождения формируются пре-
имущественно на небольших глубинах. Минерализация их обыч-
но находится в пределах 5—15 г/дм3. В их анионном составе пре-
валируют ионы НСО3 и SO^“, а ионы С1_ либо вообще отсут-
ствуют, либо играют подчиненную роль. Эти воды характеризуют-
ся различным катионным составом и постоянством газового
состава (СО2 либо N2). Среди углекислых вод наиболее распрост-
раненными являются гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-суль-
фатные разнообразного катионного состава. Среди азотных вод
выделяются слабоминерализованные кремнистые термальные,
сульфатно- и хлоридно-сульфатные воды со сложным катионным
составом.
Воды седиментационные, генетически связанные с морскими
водами или засоленными осадочными породами, имеют минера-
лизацию 10—35 г/дм3, а крепких и ультракрепких рассолов —
150—650 г/дм3. В анионом составе вод превалируют ионы С1_, яв-
ляющиеся стабильным компонентом морской воды. При полном
отсутствии ионов SO^“ в водах морского происхождения часто
содержится много брома, йода и бора. Будучи по катионному со-
ставу натриевыми или кальциевыми, воды эти часто обогащены
соединениями Li, Sr, Pb и органическими веществами. Основной
газовый состав их представлен N2 и СН4 биохимического проис-
хождения, реже СО2. Среди седиментационных вод широко рас-
пространены гидрокарбонатно-хлоридные натриевые и хлорид-
ные натриевые, как правило, метановые, а также хлоридные каль-
Циево-натриевые, преимущественно азотные воды.
361
Магматические подземные воды характеризуются сложным со-
ставом растворимых вешеств и газов. Широкое участие магмати-
ческих извержений в формировании магматических подземных
вод, обоснованное в начале XX в. венским геологом Э. Зюссом, в
настоящее время оспаривается большинством исследователей. До-
пускается лишь частичное участие конденсирующихся магмати-
ческих паров и газов в питании некоторых типов термальных вод
зон активного вулканического извержения. В питании подземных
вод допускается также участие связанных форм воды.
В природных условиях даже в зонах замедленного водообмена
происходит, хотя и очень медленно, вытеснение древних седимен-
тационных вод молодыми инфильтрационными водами. В резуль-
тате формируются смешанные воды морского и атмосферного ге-
незиса. Они весьма широко распространены в природе. Многие
карбонатно-сульфатно-хлоридные, хлоридно-гидрокарбонатные и
хлоридные воды имеют смешанное происхождение.
13.3. КАПТИРОВАНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД
Каптирование. Минеральные воды, используемые для промыш-
ленного розлива, подлежат обязательному каптированию. Кап-
таж представляет собой гидротехническое водозаборное соору-
жение, посредством которого осуществляется захват воды на глу-
бине; выведение ее на поверхность земли с необходимым дебитом
и напором при сохранении химического состава и физических
свойств; контроль за режимом истечения минеральной воды. Со-
временным типом каптажа минеральных вод является буровая
скважина, обеспечивающая забор воды с различных глубин в ус-
ловиях надежной изоляции от других подземных вод. Менее рас-
пространенными конструктивными типами каптажа являются
шахтные колодцы и горизонтальные или наклонные горные выра-
ботки, служащие водосбором (штольней).
Шахтные колодцы обычно используют для выведения на по-
верхность земли минеральных вод, формирующихся на неболь-
шой глубине.
Каптирование вод штольнями оправдывает себя при необходи-
мости неглубокого захвата большого количества рассредоточен-
ных потоков воды небольшой мощности. Каптажи большинства
типов состоят из подземной и поверхностной частей (рис.13.1).
Водозабор представляет собой открытый или оборудованный
фильтром ствол горной выработки, обнажающий водоносные го-
ризонты или водоносные зоны. В водозаборе выделяют следую-
щие основные части: водоприемник, через который в скважину
поступает вода, эксплутационную (рабочую) часть и устьевую
часть скважины с оголовком.
362
Различают два основных спо-
соба подъема воды: самоизлив и
принудительный отбор. Самоиз-
лив минеральных вод возможен
при статическом напоре воды,
превышающем отметку уровня
земли, и при пересыщении воды
растворенными газами — СО2 и
др. В последнем случае подъем
воды по стволу скважины стано-
вится возможным из-за «прили-
пания» капель воды к выделяю-
щимся из воды пузырькам газа.
Принудительный отбор осуще-
ствляют, в частности, с помо-
щью погружных артезианских
насосов.
Устройство водоприемника
обусловлено характером водо-
носного горизонта. При поступ-
лении воды из рыхлых пород для
предохранения ее от попадания
механических примесей водо-
приемник оборудуют фильтром,
который представляет собой
перфорированную обсадную тру-
Рис. 13.1. Схема буровой каптажной
скважины:
/—фильтр скважины; 2— нас, с погруж-
ным электродвигателем; 3 и 5—колонны
обсадных труб; 4—насосные (водоподъем-
ные) трубы; 6 — кондуктор; 7 — павильон
(надкаптажное помещение); 8— трубопро-
вод к потребителю; 9— устьевая часть сква-
жины с оголовком; 10— межтрубное про-
странство; // — отстойник; о—о —стати-
ческий уровень воды
бу, иногда дополнительно защищенную сеткой или проволокой.
Фильтры должны обладать коррозиестойкостью, механической
прочностью и необходимой пропускной способностью, определя-
емой размером частиц грунта.
В водоносных горизонтах, представленных трещинными,
скальными или полускальными породами, фильтры не устанавли-
вают. В этом случае минеральная вода освобождается от взвесей в
отстойниках.
Освобожденная от механических взвесей вода самотеком или с
помощью насоса подается в рабочую часть водозабора. В ней раз-
мещаются колонна эксплуатационных (водоподъемных) труб и
другое необходимое для подъема воды оборудование. Водоподъ-
емная колонна состоит из труб одного диаметра, изготовленных
из коррозиестойких материалов (различных марок нержавеющих
сталей, асбоцемента, полиэтилена низкой плотности и др.). Трубы
соединены муфтами. Над эксплуатационной частью находится
внешняя колонна обсадных труб — кондуктор, выполняющий
Роль направляющей при бурении и прокладке внутренних колонн
обсадных труб.
Затрубное и межтрубное пространства обсадных труб тщатель-
но зацементированы.
363
Устьевая часть водозабора, расположенная выше уровня земли,
в большинстве конструкций скважин имеет оголовок. Устьевая
часть размещена в надкаптажном павильоне или в специальных
камерах. В павильоне смонтировано различное механическое и
электрическое оборудование (пульт управления насосами или
сами насосы, контрольно-измерительные приборы дебита воды,
газа, температуры воды и т д.)
Конструкция оголовка скважины обеспечивает нормальную
эксплуатацию буровой скважины при различных режимах подачи
воды, удобство проведения ремонтных работ, чистки и дезинфек-
ции скважины.
Транспортирование. В зависимости от расстояния воду перека-
чивают по трубопроводам или перевозят в железнодорожных цис-
тернах. Трубопроводы используют для транспортирования вод на
расстояние менее 50 км. Минеральные воды представляют собой
газожидкостную смесь, поэтому для предотвращения дегазации ее
транспортирование проводят под небольшим избыточным давле-
нием (до 0,05 МПа). Для доставки углекислых вод избыточное
давление создают за счет ввода свободной угольной кислоты, ко-
торая препятствует выпадению из воды солей Са, Mg и других
элементов.
При доставке минеральных вод на расстояние 50—200 км ис-
пользуют автомобильные цистерны, изготовленные из различных
марок нержавеющих сталей, эмалированной стали или алюминия.
Цистерны заполняют минеральной водой в условиях, сводящих
дегазацию вод до минимума. Для воды, содержащей соединения
двухвалентного железа, камеры автоцистерны предварительно за-
полняют диоксидом углерода.
Минеральные воды перевозят в железнодорожных цистернах в
тех случаях, когда источники вод находятся на значительном рас-
стоянии от основных потребителей продукта. Для этого использу-
ют специализированные железнодорожные вагоны, обеспечиваю-
щие транспортирование пищевых жидкостей в различное время
года в изотермических условиях. Для стабилизации химического
состава вод перевозку следует проводить при концентрации сво-
бодного СО2, превышающей в 1,5—2 раза равновесные концент-
рации, найденные опытным путем.
Технологическая схема транспортирования минеральных вод в
железнодорожных цистернах предусматривает проведение следу-
ющих операций: подача воды из скважин в резервуары для хране-
ния; охлаждение; обеззараживание и газирование воды; санитар-
ная обработка цистерны; наполнение цистерны водой; транспор-
тирование цистерны с водой от скважин до станции слива, слив
воды из цистерны и хранение ее в заводских резервуарах.
Технологическую обработку минеральных вод, предназначен-
ных для транспортирования, осуществляют на специальных стан-
циях наполнения и слива.
364
Станцию наполнения строят либо при действующем заводе
розлива минеральных вод, либо рядом с надкаптажным сооруже-
нием. связывая ее с заводом железнодорожными путями. Станция
состоит из двух отделений: моечного отделения железнодорожных
цистерн и отделения первичной обработки воды. В моечном отде-
лении проводят следующие операции: отбор и хранение питьевой
воды; приготовление концентрированного раствора щелочи, ще-
лочного раствора; хлорирование; подачу воды и дезинфицирую-
щих растворов и отвод промывных вод.
Первичная обработка минеральной воды, предназначенной для
транспортирования, включает: фильтрование, охлаждение, обез-
зараживание воды сульфатом серебра или УФ-лучами, частичное
насыщение (газирование) воды СО2 до содержания в ней свобод-
ной углекислоты 0,05—0,1 мае. %. Обработку воды проводят при
тех же технологических режимах, какие приняты на заводах роз-
лива минеральных вод в бутылки. Исключение составляет стадия
газирования. Ее проводят на сатураторе при избыточном давле-
нии, не превышающем 0,1—0,15 МПа. Технологическая схема
станции наполнения, расположенной при скважине, показана на
рис.13.2.
Основные требования при всех способах доставки минераль-
ных вод сводятся к сохранению физико-химических свойств и ка-
чества воды. При транспортировании термальных вод их предва-
рительно охлаждают до 20 °C, во избежание дегазации и инфици-
рования создают герметические условия.
Хранение. Для обеспечения бесперебойной работы завода со-
здают необходимый запас минеральной воды. Хранят воды в усло-
виях, обеспечивающих стабильность их химического состава и ис-
ключающих вторичное бактериальное загрязнение.
Рис. 13.2. Технологическая схема станции наполнения железнодорожной цистерны
минеральной водой:
1 — скважина; 2 — прикаптажное помещение; 3 — сборник минеральной воды; 4 и 14— насосы
Для перекачки минеральной воды и щелочи; 5, 13 и 16— сборники-мерники соответственно
минеральной воды, раствора щелочи и концентрированного раствора щелочи; 6— противо-
точный теплообменник; 7—фильтр; 8— промежуточный сборник воды; 9— сатуратор; 10—
установка для обеззараживания; // — барботер: /2—железнодорожная цистерна; /5—емкость
Для приготовления раствора щелочи; /7—сборник концентрированного раствора щелочи;
18— автомобильная цистерна для концентрированного раствора щелочи; 19— баллон с газо-
образным хлором: 20— редуктор; 21 — коллектор
365
Учитывая регулирующую роль СО2 в стабилизации химическо-
го состава природных вод, все типы железистых и углекислых вод
хранят в герметичных резервуарах под избыточным давлением
СО2, не превышающем 0,05 МПа. При этом газовая фаза в резер-
вуаре должна составлять не более 1 % его вместимости. Неугле-
кислые воды разрешается хранить в негерметичных, но обязатель-
но закрытых резервуарах во избежание вторичного бактериально-
го загрязнения вод Срок хранения в резервуарах воды, не подвер-
гавшейся первичной обработке, не должен превышать 2 сут,
подвергшейся первичной обработке — не более 5 сут.
13.4. ОБРАБОТКА МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД
13.4.1. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
Минеральную воду перед розливом подвергают следующей об-
работке: фильтрованию, обеззараживанию, охлаждению и насы-
щению диоксидом углерода.
Фильтрование. Взвешенные вещества, содержащиеся в мине-
ральных водах, вызывают помутнение и снижают эффективность
их бактерицидной обработки. Поэтому все воды перед розливом
очищают от взвешенных частиц. Удаление взвешенных веществ из
углекислых минеральных вод методом отстаивания является со-
вершенно непригодным, так как при контакте с воздухом углекис-
лые воды подвергаются дегазации и окислению. Поэтому для пол-
ного удаления взвешенных веществ минеральную воду фильтруют
в напорных фильтрах.
Фильтры из микропористой керамики широко используют для
фильтрования минеральных вод различного ионно-солевого со-
става с минерализацией до 7—8 г/дм3. Фильтр-картон марки Т
чаще применяют для фильтрования минеральных вод различного
ионно-солевого состава с общей минерализацией, превышающей
8 г/дм3. Допускается использование фильтров другой конструк-
ции.
Для фильтрования минеральных вод неглубокого залегания
предпочтительнее использовать керамические свечные фильтры,
которые позволяют удалить из воды все взвешенные вещества, а
также частично обесплодить (обеззаразить) воду. Это обусловлено
тем, что размер пор фильтрующего материала не превышает
I мкм, тогда как большинство патогенных и условно-патогенных
микроорганизмов имеют размер I—2 мкм.
Для обеспечения качественного фильтрования воду на фильт-
ры подают при равномерном давлении, исключающем гидравли-
ческие удары, при которых в фильтрат могут попасть мелкодис-
персные частицы.
Фильтрование минеральных вод осуществляют при давлении.
366
обеспечивающем преодоление сопротивления не только фильтру-
ющего материала, но и в трубопроводе, подающем воду в цех роз-
лива, тем самым исключается дополнительная перекачка воды на-
сосами.
Обеззараживание. Бактериальному загрязнению подвержены
все минеральные воды, однако в большей степени — воды неглу-
бокого залегания. Они, как и воды глубокого формирования, мо-
гут подвергаться загрязнению при перекачке, транспортировании,
хранении, применяемых методах обработки, а также при розливе
вод в бутылки. Основная цель обеззараживания вод состоит в
уничтожении патогенных микроорганизмов.
Степень бактериальной чистоты минеральных вод определяет-
ся величиной коли-титра — минимальным количеством воды (в см3),
в котором содержится 1 кишечная палочка. Коли-титр разлитых в
бутылки вод должен быть не менее 300. Все воды, поступающие из
каптажа с коли-титром более 500, как правило, не подлежат обез-
зараживанию.
При фильтровании минеральных вод через керамические свеч-
ные фильтры происходит только их частичное обеспложивание.
Для более эффективного обеззараживания воды подвергают спе-
циальной обработке.
Безреагентный способ. Основан на бактерицидном
действии ультрафиолетовых лучей, которые пропускают через ми-
неральную воду. Установлено, что ультрафиолетовая часть спект-
ра на участке от 225 до 300 нм обладает специфическим биологи-
ческим действием, которое достигает своего максимума при длине
волны 260 нм. Этот участок спектра называют бактерицидным.
Механизм действия УФ-облучения полностью не изучен. Однако
известно, что при УФ-облучении происходят глубокие изменения
в наследственном аппарате клетки. Эффективность обеззаражива-
ющего облучения определяется рядом факторов: биологическими
особенностями микроорганизмов, степенью обсемененности
воды, интенсивностью облучения и поглотительной способностью
минеральной воды.
Биологические особенности микроорганизмов, характеризуе-
мые различной сопротивляемостью их одинаковому количеству
бактерицидной энергии, оцениваются коэффициентами их сопро-
тивляемости. Многочисленные исследования показали, что наи-
большей сопротивляемостью по отношению к УФ-облучению об-
ладает кишечная палочка. Поэтому при расчете эффективности
УФ-установок применяют коэффициент сопротивляемости ки-
шечной палочки — индикаторного организма на возможную заг-
рязненность воды. Коэффициент сопротивляемости кишечной
палочки К= 2500 мкВт • с/см2.
На эффективность обеззараживания оказывает большое влия-
ние количество микроорганизмов, содержащихся в обрабатывае-
367
мой воде. Чем их больше, тем меньше бактерицидное действие
УФ-облучения. В зависимости от обсемененности воды регулиру-
ют интенсивность УФ-облучения. Критерием эффективности
УФ-облучения является степень обеззараживания воды, характе-
ризуемая отношением
Gi/a,
где Qt — коли-титр после облучения воды, QI <3; Qo — коли-титр до облучения.
Важными условиями эффективности обеззараживания вод яв-
ляются их прозрачность и бесцветность.
Наличие коллоидных и мелкодисперсных взвешенных частиц
снижает эффективность бактерицидной обработки, так как эти
частицы зашишают микроорганизмы от воздействия ультрафиоле-
товых лучей.
На поглотительную способность УФ-лучей в минеральной воде
определенное влияние оказывает ее солевой состав. Особенно ин-
тенсивно поглошают УФ-лучи соединения железа. Установлено,
что обработка вод, содержащих соединения железа в количестве
более 0,3 мг/дм3, является неэффективной. Безреагентная обра-
ботка не влечет за собой изменений органолептических показате-
лей минеральных вод.
Реагентные способы. К реагентным способам обез-
зараживания питьевых минеральных вод относятся в основном се-
ребрение и хлорирование. Серебро по эффективности воздей-
ствия превосходит хлор и хлорсодержащие обеззараживающие ве-
щества, а в ряде случаев проявляет более высокий бактерицидный
эффект, чем антибиотики.
Кишечная палочка по сравнению с возбудителями тифозно-па-
ратифозной группы является наиболее устойчивой по отношению
к действию серебра. Полное обеззараживание наступает через раз-
личные сроки в зависимости от степени бактериального загрязне-
ния минеральных вод, вводимой дозы серебра и времени контакта
его с водой. Для практического использования рекомендована
доза серебра 0,2 мг/дм3.
Установлено, что серебро оказывает бактерицидное действие
в отношении не только патогенной, но и сапрофитной микро-
флоры, часто являющейся причиной появления в минеральных
водах посторонних запахов. Поэтому введение серебра благо-
приятно действует на органолептические показатели минераль-
ных вод.
Исходя из предельной растворимости сульфата серебра в воде и
наименьшего разбавления минеральных вод, для их обработки ис-
пользуют рабочий раствор, который готовят растворением 7,22 г
сульфата серебра в 1 дм3 дистиллированной воды. На 1 м3 воды
расходуют 40 см3 рабочего раствора. При обработке воды указан^
ным раствором полная гибель патогенной и условно-патогенной
368
микрофлоры наступает, как правило, через 2—4 ч, реже —через
сутки.
Улучшение бактериологических показателей минеральных вод,
обработанных серебром, позволяет сократить сроки карантина го-
товой продукции и значительно увеличить пропускную способ-
ность складских помещений.
Для обеззараживания вод, не содержащих легкоокисляемых
компонентов, может быть использован гипохлорит натрия. Его
бактерицидное действие обеспечивается смесью гипохлорит-иона
и хлорноватистой кислоты.
Развитие кишечной палочки и специфических (сульфатвосста-
навливаюших) бактерий полностью подавляется при остаточной
концентрации активного хлора 0,3 мг/дм3. Вводимая доза хлора,
обеспечивающая требуемую остаточную концентрацию его в воде,
зависит от поглощаемости водой хлора. Ее устанавливают опыт-
ным путем.
Сильно загрязненные воды подвергают двукратному обеззара-
живанию. Вторичное обеззараживание проводят обработкой вод
УФ-лучами перед розливом их в бутылки.
Гипохлорит натрия получают на электролизной установке типа
ЭН, подвергая электролизу раствор поваренной соли. На электро-
лизной установке получают исходный раствор, содержащий 6—
8 г/дм3 активного хлора. Для достижения обеззараживающего эф-
фекта раствор гипохлорита натрия вводят в поток или накопи-
тельный резервуар минеральной воды с помощью дозаторов раз-
личных конструкций. Дозирующее устройство должно обеспечить
содержание остаточного активного хлора в воде в количестве
(0,3 ± 0,05) мг/дм3.
Охлаждение. Учитывая, что с понижением температуры раство-
римость СО2 в воде повышается, все минеральные воды перед на-
сыщением диоксидом углерода подвергают охлаждению до темпе-
ратуры 4—10 °C. Прибегать к более глубокому охлаждению вод не-
целесообразно, так как это приводит к уменьшению растворимос-
ти солей минеральных вод и возможности выпадения некоторых
из них в осадок.
Насыщение минеральных вод диоксидом углерода. Независимо
от газового состава все минеральные воды перед розливом в бу-
тылки насыщают СО2, который препятствует нарушению карбо-
натного равновесия и тем самым способствует сохранению в воде
углекислых солей; угнетающе действует на жизнедеятельность
микроорганизмов; придает воде определенную гамму вкусовых
свойств; увеличивает сроки хранения воды. В процессе подготов-
ки воды к розливу в бутылки часть природного СО2 теряется, по-
этому все разливаемые углекислые воды дополнительно насыща-
ют диоксидом углерода, а неуглекислые воды дополнительно кар-
бонизируют. Основная часть диоксида углерода находится в воде в
молекулярно растворенной форме, т. е. в виде СО2, и только около
369
0,1 % —в форме угольной кислоты Н2СО3, придающей ей слабо-
кислые свойства. Растворимость СО2 в минеральной воде зависит
от температуры, давления, под которым газ находится над жидко-
стью, и минерализации.
Насыщение воды ведут в сатураторах различных конструкций
при низкой температуре вод под избыточным давлением СО2 в ус-
ловиях, обеспечивающих увеличение суммарной поверхности
воды, подвергаемой насыщению. Массовая доля диоксида углеро-
да в лечебных водах, разлитых в бутылки, должна быть в пределах
0,15—0,2 %, в лечебно-столовых — не менее 0,3, а в железистых —
не менее 0,4 %.
С учетом потерь диоксида углерода процесс насыщения вод
проводят при следующих температурных режимах: температура
воды 4—7 °C, избыточное давление в сатураторе 0,2 МПа; темпе-
ратура воды 8—10 °C, давление 0,25 МПа. Для сохранения в воде
природного растворенного диоксида углерода вакуумирование уг-
лекислых минеральных вод (деаэрацию) не проводят, так как эта
операция вызывает дегазирование воды, которое может привести
к нарушению карбонатного равновесия и выпадению в осадок ча-
сти солей.
Розлив минеральных вод. При розливе минеральных вод в бу-
тылки стремятся как можно более полно сохранить растворенный
СО2. Поэтому для розлива используют изобарический метод, при
котором избыточное давление, создаваемое СО2 в напорном баке
разливочной машины, соответствует противодавлению в пустой
бутылке, создаваемому диоксидом углерода или воздухом. При
розливе железистых вод противодавление рекомендуется созда-
вать диоксидом углерода.
Наполнение бутылок минеральной водой осуществляется по
уровню. Бутылки с минеральной водой герметически укупорива-
ют. Герметичность укупорки обеспечивает сохраняемость продук-
ции для железистых вод в течение 4 мес и для всех остальных вод
1 год. Готовую продукцию на заводе хранят в специальных темных
помещениях при температуре 5—20 °C.
Оценка качества минеральных вод. Природная минеральная
вода и вода, разлитая в бутылки, должны иметь идентичный хи-
мический состав (за исключением гидросульфидных и гидро-
сульфидно-сероводородных вод), отвечающий кондициям, рег-
ламентируемым действующей в отрасли нормативно-техничес-
кой документацией. Органолептические показатели минераль-
ных вод оценивают по 25-балловой шкале: прозрачность — 8,
вкус — 9, насыщенность СО2 — 8. Вода с отличительными вкусо-
выми качествами имеет суммарную оценку 23—25 баллов, хоро-
шая — 22—20, удовлетворительная — 19—16, неудовлетворитель-
ная — ниже 16.
370
13.4.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ОБРАБОТКИ И РОЗЛИВА
МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА
Минеральные воды являются сложной, многокомпонентной
двухфазной системой, поэтому технологические схемы обработки
и розлива последних предусматривают кроме общепринятых при-
емов обработки специальные технологические приемы, обеспечи-
вающие стабилизацию полезных компонентов вод и выведение из
их состава веществ, ухудшающих органолептические свойства. С
учетом особенностей химического и газового составов питьевых
вод разработано и внедрено в производство пять принципиальных
технологических схем обработки и розлива.
Обработка и розлив неуглекислых вод, не содержащих легкоокис-
ляемых компонентов. Природные неуглекислые минеральные
воды, минерализация которых колеблется от 2 до 15 мг/дм3, пред-
ставляют собой ненасыщенные системы, не содержащие в составе
жидкой фазы легкоокисляемых компонентов. Это преимуще-
ственно хлоридные и сульфатные воды сложного катионного со-
става. Ввиду стабильности химического состава розлив этих мине-
ральных вод ведут в условиях, исключающих их инфицирование, с
использованием только общепринятых технологических приемов
обработки. Учитывая высокую агрессивность особенно хлоридных
натриевых вод, трубопроводы и все оборудование следует изготов-
лять из коррозиестойких материалов.
Обработка и розлив углекислых вод. Учитывая роль СО2 в пре-
дотвращении солеобразования, технологический процесс обра-
ботки и розлива этой группы вод следует вести в условиях, сводя-
щих дегазацию к минимуму. Герметизируют как транспортные
средства, так и все оборудование, используемое для резервирова-
ния, охлаждения и обеззараживания воды. Транспортирование
вод в автомобильных и железнодорожных цистернах осуществля-
ют под избыточным давлением до 0,02 МПа, а в трубопроводах —
под избыточным давлением не менее 0,005 МПа. Хранят углекис-
лые воды в герметизированных накопительных емкостях под из-
быточным давлением до 0,05 МПа. Охлаждают воды только в зак-
рытых теплообменниках. Донасыщение вод проводят в
сатураторах с отключенными деаэраторами.
Обработка и розлив железистых вод. Все воды, содержащие со-
единения двухвалентного железа в количестве более 5 мг/дм3. раз-
ливают по схеме для железистых минеральных вод, предусматри-
вающей дополнительные технологические приемы, направленные
на предотвращение окисления железа и дегазации воды. Железо
обладает биологическим действием и должно быть сохранено в
минеральных водах С этой целью в минеральную воду вводят ра-
створ стабилизирующей кислоты — аскорбиновой или лимонной.
Такая обработка обеспечивает выпуск готовой продукции без
осадка. Железистые воды особенно подвержены бактериальному
371
загрязнению, поэтому необходимо тщательно предохранять их от
вторичного инфицирования. Массовая доля диоксида углерода в
готовой продукции должна быть не менее 0,4 %.
Обработку и розлив минеральных вод. содержащих соединения
железа, проводят по общепринятой технологической схеме в усло-
виях избыточного давления диоксида углерода. Дополнительно
при розливе этих вод проводят стабилизацию их химического со-
става. Транспортирование железистых вод осуществляют под из-
быточным давлением диоксида углерода, не превышающем
0,02 МПа. Стабилизирующие добавки вводят в минеральную воду
с помощью дозаторов различных конструкций. Величины этих до-
бавок для каждой конкретной минеральной воды устанавливают
экспериментально.
Для вод с содержанием двухвалентного железа от 10 до 60 мг/дм3
оптимальное содержание аскорбиновой кислоты составляет 30—
80 мг/дм3, а лимонной кислоты — 40—100 мг/дм3. Содержание
стабилизирующей кислоты в рабочем растворе может изменяться
от 1 до 50 см3. Раствор стабилизатора можно готовить на питьевой
или минеральной воде. При использовании питьевой воды объем
стабилизирующего раствора в каждую бутылку не должен превы-
шать 50 см. Раствор стабилизирующей добавки на минеральной
воде готовят в герметичной емкости в атмосфере СО2.
Обработка и розлив гидросульфидных и гидросульфидно-серово-
дородных вод. По этой схеме разливают минеральные воды с со-
держанием сероводорода до 20 мг/дм3 и гидросульфид-ионов до
30 мг/дм3. Содержащиеся в этих водах восстановленные формы
серы склонны к окислению с образованием коллоидной серы,
придающей воде устойчивую опалесценцию. Поскольку ни серо-
водород, ни гидросульфид-ионы не являются полезными веще-
ствами, а наоборот, ухудшают органолептические свойства вод, в
схему обработки этой группы вод вводят дополнительный техно-
логический процесс, направленный на выведение сернистых ком-
понентов из состава минеральных вод. Десульфитирование прово-
дят в барботажном дегазаторе, устанавливаемом в отдельном по-
мещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Рас-
ход диоксида углерода на 1 м3 обрабатываемой воды составляет
10—15 м3. Продолжительность барботирования зависит от исход-
ной концентрации в воде сернистых соединений. При содержа-
нии их в пределах 10—20 мг/дм3 продолжительность обработки
воды в дегазаторе составляет 30—50 мин. При барботировании вод
диоксидом углерода гидросульфид-ионы превращаются в серово-
дород: HS_ + Н+ -> H2S, который выносится из воды током диок-
сида углерода. На барботажной установке воду очищают от серни-
стых соединений до остаточного их содержания в пределах 2—
3 мг/дм3. Окончательную очистку воды проводят в деаэрационной
камере сатуратора. После десульфитирования воду направляют в
372
емкость для хранения. Дальнейшую обработку и розлив воды ве-
дут по общепринятой схеме.
Обработка и розлив минеральных вод, содержащих сульфатвос-
станавливаюшие бактерии. Эти минеральные воды подвергают до-
полнительной обработке, обеспечивающей подавление жизнедея-
тельности сульфатвосстанавливаюших микроорганизмов, разви-
тие которых отрицательно сказывается на органолептических
свойствах воды. С этой целью воды дополнительно подвергают
микрофильтрации или хлорируют, используя в качестве источ-
ника активного хлора раствор гипохлорида натрия, получаемый
на электролизной установке типа ЭН, подвергая электролизу ра-
створ поваренной соли. На установке получают исходный ра-
створ, содержащий 6—8 г/дм3 активного хлора. Для достижения
обеззараживающего эффекта раствор гипохлорида натрия вводят
в поток или в накопительный резервуар минеральной воды с по-
мощью дозатора, который должен обеспечить содержание оста-
точного активного хлора в воде в количестве (0,30 ± 0,05) мг/дм3
через 30 мин после хлорирования. В зависимости от газового со-
става этих вод дальнейшую обработку и розлив ведут по схемам,
предназначенным для углекислых или неуглекислых минераль-
ных вод.
13.5. ПОЛУЧЕНИЕ ИСКУССТВЕННО
МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД
Искусственно минерализованные воды представляют собой
слабые растворы химически чистых нейтральных и щелочных со-
лей натрия, кальция и магния в воде, насыщенной диоксидом уг-
лерода.
В нашей стране издавна выпускались искусственные минераль-
ные воды «Сельтерская столовая» и «Содовая столовая».
Органолептические показатели этих вод: цвет — бесцветный
прозрачный, без опалесценции и осадка; запах — без посторонне-
го; вкус — солоноватый, характерный для комплекса минеральных
солей, содержащихся в данной воде. Физико-химические показа-
тели искусственных минеральных вод приведены в табл. 13.1.
Таблица 13.1
Основной состав искусственных минеральных вод
Показатель «Сельтерская столовая» «Содовая столовая»
Содержание, %:
гидрокарбоната натрия 0.42—0,44 0.42-0.44
хлорида натрия 0,15-0,16 0,15-0,16
хлорида кальция 0,15-0,16
хлорида магния (6-водного) 0,0022-0,0023
СО, 0,4 0,4
373
В соответствии с рецептурой на 100 дал «Сельтерской столо-
вой» расходуется (кг): гидрокарбоната натрия 4,5; хлорида на-
трия 1,7; хлорида кальция 1,7; хлорида магния 6-водного 0,024;
«Содовой столовой» — гидрокарбоната натрия 1,7; «Вотеке
№ 3» боржомного типа — гидрокарбоната натрия 5, хлорида на-
трия 0,7.
«Сельтерская» вода была распространенным напитком во мно-
гих странах. Название свое она получила от имени небольшого
горного местечка Нидерсельтера в Германии. Местные жители с
давних пор пользовались природной минеральной водой для лече-
ния сердечно-сосудистых и желудочных заболеваний. Однако ее
не хватало для широкого использования, поэтому, изучив ее со-
став, начали изготовлять искусственную «Сельтерскую» воду.
Природная вода из источника имеет следующий состав (г/дал):
карбонат натрия—13,2; хлорид натрия—16,0; хлорид калия —
0,47; хлорид магния —2,7; сульфат натрия — 0,52; сульфат ка-
лия — 2,95; фосфат натрия — 0,012.
Для приготовления искусственной «Сельтерской» воды в раз-
личных странах на 1 дал используют от 15 до 26 г карбоната натрия
или 25—45 г бикарбоната натрия, 10—18 г хлорида кальция, не-
большое количество хлорида магния (0,10—0,15 г) и сульфата на-
трия (0,2—0,7 г).
Основными компонентами искусственных вод являются карбо-
нат или бикарбонат натрия. Чаще применяют карбонат натрия,
характеризующийся более высокой растворимостью, чем бикарбо-
нат. При использовании Na2CO3 в формировании химического
состава приготовляемой воды активное участие принимает диок-
сид углерода, под воздействием которого карбонат превращается в
бикарбонат:
Na2CO3+CO,+H2O<=>2NaHCO3.
При использовании жесткой воды протекают побочные реак-
ции, приводящие к дополнительному расходу соды и образованию
осадка:
Na2CO3 + CaSO4 -> СаСО3Г + Na2SO4;
Na2CO3 + CaCl2 -> CaCO3X + 2NaCL
При воздействии CO2 карбонат кальция частично превращает-
ся в растворимый бикарбонат, придающий воде приятный осве-
жающий вкус:
СаСО3 +СО2 + Н2О Са(НСО3)2.
Технология искусственных минерализованных вод состоит из
следующих операций: приготовления индивидуальных растворов
солей, купажирования (смешивания) их в определенной последо-
374
вательности в присутствии диоксида углерода и розлива напитка в
бутылки.
Концентрация индивидуальных растворов солей: Na2CO3,
NaHCO3 - 12 %; NaCl - 20; СаС12, Na2SO4, MgCb - 9 %. Для бы-
строго растворения солей используют подогретую до 60—80 °C
питьевую воду. После полного растворения соли растворы охлаж-
дают до 20 °C и фильтруют до полной прозрачности.
Объем раствора каждой соли, подлежащий смешиванию, вы-
числяют по формуле
fbZ) ’
где р| — плотность готового напитка, г/см3; И—объем напитка, подлежащий
изготовлению, дал; о—содержание соли по рецептуре в готовом напитке, %;
Р2 — плотность индивидуального раствора соли, устанавливаемая по таблицам,
приведенным в технологических инструкциях, г/см3; Ь — содержание соли в ра-
створе, %.
Расчетное количество растворов солей задают в купажный чан
при перемешивании. Во избежание образования осадка растворы
смешивают в определенной последовательности. К раствору хло-
рида натрия добавляют раствор карбоната или бикарбоната на-
трия. Последним вносят смешанный раствор хлоридов кальция и
магния, который готовят путем смешивания их растворов в объем-
ных соотношениях 1 : 0,01. Полученный купаж всех солей, предус-
мотренных рецептурой, охлаждают до 20 °C и интенсивно барбо-
тируют диоксидом углерода. Купаж выдерживают в течение 18—
22 ч при температуре 20—25 °C, добавляют воду из расчета получе-
ния дозы купажа, равной 20 % вместимости бутылки,
перемешивают с диоксидом углерода, фильтруют и направляют на
розлив.
Искусственно минерализованные воды готовят в синхронно-
смесительных установках, непрерывнодействующих сатураторах
или сатураторах периодического действия. При изготовлении на-
питка на синхронно-смесительной установке солевой раствор
смешивают в требуемых соотношениях с питьевой водой в аппа-
рате синхронного действия и полученный готовый напиток после
охлаждения насыщают диоксидом углерода в сатураторе. При из-
готовлении напитка в непрерывнодействующем сатураторе соле-
вой раствор разбавляют питьевой водой и полученный напиток
интенсивно барботируют в течение 1—2 ч диоксидом углерода. За-
тем напиток насосом подают через теплообменник в непрерывно-
действующий сатуратор.
При изготовлении напитка в сатураторе периодического дей-
ствия последний заполняют на 1/2 объема охлажденной до 4—6 °C
питьевой водой, затем в него задают необходимые растворы солей,
после чего дополняют сатуратор охлажденной водой до 3/4 объе-
375
ма, подают в него диоксид углерода и содержимое перемешивают
в течение 30 мин, периодически выпуская из сатуратора воздух.
Сатурацию ведут в течение 40—50 мин до достижения в сатураторе
постоянного давления 0,3—0,4 МПа.
Искусственные минеральные воды разливают на автоматичес-
ких линиях для газированных безалкогольных напитков. Для
улучшения качества искусственных вод предусматривается выдер-
жка до 3 мес. Допускается также реализация напитка и без выдер-
жки. Выдержка воды осуществляется в бутылках, уложенных го-
ризонтально в сухих, хорошо вентилируемых помещениях при
температуре не ниже 2 и не выше 12 °C.
Стойкость искусственных вод при хранении при 5—20 °C со-
ставляет не менее 60 сут со дня выпуска в торговую сеть, содержа-
ние консервирующих веществ и солей тяжелых металлов и мышь-
яка не допускается.
Актуальной остается проблема обеспечения потребности насе-
ления в углекислых питьевых минеральных водах и в первую оче-
редь типа «Боржоми», «Ессентуки».
Дефицит природных вод можно восполнить путем приготовле-
ния их искусственным путем. К настоящему времени накоплен
достаточно большой опыт приготовления искусственных вод, ис-
пользуемых в лечебных целях в виде ванн, а также для внутрен-
него применения. При получении искусственных вод исходят из
принятого в гидрогеологии постулата возможности моделирова-
ния ионно-солевого состава вод с помощью «гипотетических»
солей. Поскольку состав вод «Боржоми» и «Ессентуки» модели-
рует набор солей (NaHCO3, СаС>2, MgC^H NaCl), то приготовле-
ние этих вод сводится к растворению указанных солей в питье-
вой воде в соотношениях, характерных для каждой из упомяну-
тых вод.
Описанный способ приготовления искусственных минераль-
ных вод, однако, не лишен ряда недостатков. Во-первых, не ис-
ключена вероятность выпадения в осадок части вносимого каль-
ция вследствие взаимодействия его с содержащимися в исходной
природной воде гидрокарбонат-ионами; во-вторых, в приготов-
ленном искусственном аналоге не воспроизводится микрокомпо-
нентный состав природной минеральной воды, который, как из-
вестно, играет определенную роль в лечебном процессе.
Известен способ приготовления вод путем растворения солей,
получаемых из природной минеральной воды.
Предложены два способа получения натуральных солей: вымо-
раживанием и обезвоживанием природной воды методом распы-
лительной сушки. Оба способа энергоемкие и дорогие. Разрабо-
танный метод получения натуральных солей из минеральной воды
«Боржоми» позволяет в основном воспроизвести состав воды пос-
ле восстановления порошка.
В практике коммунального водоснабжения в промышленных
376
масштабах нашей страны и за рубежом широко применяется кор-
ректировка состава природных вод с целью последующего исполь-
зования в питьевых целях. Солевую коррекцию вод осуществляют
реагентным, фильтрационным, а иногда и комбинированным
способами.
Реагентный метод предусматривает введение в дистиллят соле-
вых добавок. В целях снижения себестоимости питьевой воды
вместо солевых композиций применяют пригодную в санитарном
отношении местную минерализованную воду.
Фильтрационный метод обеспечивает обогащение опреснен-
ной воды гидрокарбонатом кальция. Дистиллят насыщают диок-
сидом углерода и фильтруют через зернистый слой кальций-кар-
бонатной загрузки (мраморная крошка, дробленый известняк,
зернистый ракушечник и т. д.).
Метод корректировки состава природных минеральных вод
был положен в основу технологии приготовления углекислых ми-
неральных вод типа «Боржоми» и «Ессентуки», разработанной в
НПО нмв.
Во многих регионах страны имеются природные хлоридные
натриевые воды различной минерализации с высоким дебитом.
Подобные воды, особенно с минерализацией выше 4 г/дм3, как
правило, пользуются ограниченным потребительским спросом.
Вместе с тем они могут быть использованы в качестве основы при
получении углекислых гидрокарбонатных натриевых и хлоридно-
гидрокарбонатных натриевых вод путем корректировки их соста-
ва, заключающейся в разбавлении вод артезианской водой и пос-
ледующем внесении гидрокарбоната натрия. Предлагаемый метод
дает возможность получить воду нового типа, сэкономить на до-
рогостоящих реактивах, упростить и удешевить технологический
процесс.
Воды, приготовленные смешиванием расчетных количеств
природных хлоридных натриевых вод с питьевыми водами с пос-
ледующим обогащением их гидрокарбонатом натрия и насыще-
нием диоксидом углерода, называют щелочными лечебно-столо-
выми.
Для получения щелочных лечебно-столовых вод в качестве со-
левых композиций были исследованы воды различных регионов.
Для этой цели были выбраны следующие типы вод: «Тамбовская»,
«Белгородская», «Белогорье», «Мичуринская», «Омская», «Тюмен-
ская», «Ханты-Мансийская», «Нижне-Сергинская», «Талицкая»,
«Мирнинская», «Тальская» и «Анивская». Минерализация этих
вод колеблется от 1,0 до 20,0 г/дм3.
Проработаны варианты использования перечисленных вод в
качестве солевых композиций для приготовления щелочной ле-
чебно-столовой воды типа «Боржоми».
В каждом конкретном случае в зависимости от характерис-
тик минеральной и питьевой воды рассчитываются степень
377
разбавления и количество вносимого гидрокарбоната натрия. На-
пример, на основе минеральной воды «Белогорье» созданы два
вида щелочной лечебно-столовой типа «Боржоми» и «Ессенту-
ки»; содержание гидрокарбонатов в этих водах должно быть око-
ло 3000 мг/дм3. Эти воды названы соответственно «Северская» и
«Везельская».
Минеральная хлоридная вода «Белогорье» содержит (мг/дм3):
НСОт-293; SO^-4; СП-2470; Са2+—104; Mg2+-46;
(Na++ К+) — 1510; общая минерализация 4,5 г/дм3. Для разведе-
ния использовали артезианскую воду с минерализацией 0,753 г/дм3.
Воду в различных разведениях обогащали гидрокарбонатом на-
трия до содержания его в воде от 3000 до 4000 мг/дм3. При дегуста-
ции в образцах с содержанием гидрокарбоната натрия более
3000 мг/дм3 отмечался привкус соды. Основной ионный состав
этих вод представлен в табл. 13.2.
Таблица 13.2
Основной ионный состав щелочных лечебно-столовых вод (мг/дм3)
Вода Разве- дение Минера- лизацпя, г/дм’ Анионы Катионы
НСО3 so2 а- Са=* - Mg** Na*+K*
«Северская» 1 :1 6,4 3187 66 980 137 19 1687
«Везельская» 1 :2 6,6 3165 54 1365 133 28 1905
Щелочные лечебно-столовые воды «Северская» и «Везельская»
готовят в смесителе, куда при перемешивании заливают требуе-
мый объем артезианской воды, вносят расчетное количество гид-
рокарбоната натрия и требуемый в соответствии с рецептурой
объем хлоридной натриевой воды. Приготовленную щелочную ле-
чебно-столовую воду выдерживают не менее 2 ч. Дальнейшую об-
работку и розлив приготовленной воды осуществляют в соответ-
ствии с требованиями технологической схемы, предназначенной
для неуглекислых вод, не содержащих легкоокисляемых компо-
нентов.
Разработанная технология позволит на основе местных хлорид-
ных натриевых вод обеспечить выпуск в различных регионах стра-
ны минеральных вод, аналогичных по составу водам типа «Боржо-
ми» и «Ессентуки».
Глава 14
ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ
КИСЛОТ
Пищевыми органическими кислотами называют кислоты, по-
лученные из растительного сырья или как результат культивиро-
вания микроорганизмов. К основным кислотам, наиболее приме-
няемым в пищевой промышленности, относятся уксусная, лимон-
ная, молочная и винная.
14.1. ПОЛУЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА
14.1.1. ВИДЫ И СВОЙСТВА БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА
Биохимический уксус — продукт жизнедеятельности уксусно-
кислых бактерий (УКБ). В зависимости от среды, на которой
культивируются УКБ, различают спиртовой, яблочный и винный
уксусы. Добавляя к готовому уксусу настои ароматсодержащего
сырья, получают ароматизированный уксус столовый, уксус для
маринадов, «Пряный» и «Юбилейный».
Спиртовой уксус готовят на основе смеси воды и этанола с до-
бавлением в среду солей фосфора, азота, калия и биологических
стимуляторов (вытяжки солодовых ростков, дрожжевой вытяжки
и т. д.); натуральный яблочный уксус —на основе сброженного
яблочного сока. Органолептические показатели и питательная
ценность яблочного уксуса намного выше, чем спиртового, одна-
ко производство его требует дополнительных затрат.
Самый древний вид уксуса — винный, он обладает наилучши-
ми вкусовыми качествами. Его выпускают на основе сухих вино-
градных вин.
Ароматизированный уксус производят, используя в качестве
ароматсодержащего сырья гвоздику, корицу, лавровый лист, пе-
рец и лимонное масло. Различное соотношение настоев этого сы-
рья дает разные сорта уксуса.
Кроме перечисленных видов еще в значительном количестве
выпускается столовый уксус, получаемый путем разбавления ук-
сусной эссенции водой. Этот уксус имеет самые низкие органо-
лептические показатели и содержит в незначительных количе-
ствах вредные для человека вещества.
379
В Воронежской государственной технологической академии
разработан способ получения новою вида уксуса — концентриро-
ванного — ректификацией биохимического уксуса. Концентриро-
ванный биохимический уксус, содержащий в несколько раз боль-
ше уксусной кислоты, более транспортабелен, сохраняет аромати-
ческие вещества и вкусовые качества исходного продукта.
В соответствии с нормативными документами биохимический
уксус всех видов выпускается с массовой долей уксусной кислоты
6; 9 и 12%. По органолептическим и физико-химическим свой-
ствам он должен отвечать требованиям, перечисленным в таблице.
Наличие солей тяжелых металлов не допускается.
Свойства товарного биохимического уксуса
Показатель Спиртовой уксус (no РСТ 254-84) Яблочный уксус (по ТУ 10-04-03-02—86) Ароматизированный уксус (по ТУ 18-145-76)
Внешний вид Прозрачная жид- кость без осадка Жидкость без осад- ка и посторонних включений Прозрачная бес- цветная жидкость
Цвет Бесцветный От соломенного Допускается слабо- до янтарного желтое окрашива- ние
Вкус и аромат Кислый без по- стороннего Кислый со вкусом яблока Чисто кислый с привкусом и аро- матом пряностей
Содержание орга- 6,0 ±0,2 6,0 ± 0,2 9,0 ± 0,5
нических кислот в 9,0+ 0,2 9,0 ±0,2 —
пересчете на уксус- ную, %, не менее 12,0 ±0,2 — —
Объемная доля оста- 0,15-0,3 0,1-0,3 0,15-0,3
точного спирта, %
Большое значение при зимних транспортировках уксуса имеет
температура его замерзания, равная для 6; 9 и 12%-го уксуса соот-
ветственно —2, —3, —4 °C.
Теплофизические характеристики товарного уксуса близки к
воде и для технических расчетов могут быть приняты: плотность
1010 кг/м3; вязкость 1,01 • 10“3 Н • с/м2; теплоемкость 4,1 кДж/
(кг • К).
Биохимический уксус влияет на обмен веществ в организме че-
ловека, способствуя быстрому усвоению белков и углеводов. На-
личие в уксусе, особенно яблочном, биологически активных ве-
ществ (витаминов, незаменимых аминокислот) придает ему неко-
торые лечебные свойства. В состав яблочного уксуса кроме уксус-
ной кислоты входит более 18 летучих компонентов.
380
14.1.2. УКСУСНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ И УСЛОВИЯ
ИХ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
Уксуснокислые бактерии (УКБ) объединены Бейеринком в
род Acetobacter, четко ограниченный от других родов семейства
Pseudoтопасеае. УКБ —бактерии рода Acetobacter— облигатные
аэробы, способные активно окислять различные углеводы,
спирты и органические кислоты. Многие виды этого рода в от-
личие от других членов семейства Pseudomonaceae существуют в
кислой среде даже при pH 2,5—3,0 и не развиваются на пептон-
ном агаре.
Бактерии, внесенные в аппараты первых уксусных заводов,
приспособились к специфическим условиям этого непрерывного
производства и приобрели своеобразные физиологические осо-
бенности. Таким образом, среди рода Acetobacter возникла особая
группа бактерий, развивающаяся на синтетической питательной
среде с единственным органическим веществом — спиртом или
уксусной кислотой. По этому признаку УКБ были выделены в са-
мостоятельный вид Acet, aceti.
В начале 60-х годов М. С. Лойцянская с сотрудниками провела
большую работу по идентификации УКБ и изучению их морфо-
логических свойств. Было установлено, что форма и размеры
бактерий исследованных штаммов — Bact. schutzenbahii и Acet,
aceti, как выделенных ими, так и полученных из различных лабо-
раторий, сильно различаются в зависимости от состава питатель-
ной среды. В солодовом сусле со спиртом УКБ крупнее, чем в ми-
неральной синтетической среде со спиртом, где форма бактерий
приближается к шаровидной (длина 1,2—1,6, ширина 0,8—
1,0 мкм).
Исследования подвижности и характера жгутиков УКБ показа-
ли, что клетки Bact. schutzenbahii и Acet, aceti имеют один поляр-
ный жгутик. Длина жгутика от И,7 до 12,1 мкм.
Бактерии скорого способа Bact. schutzenbahii и Acet, aceti отли-
чаются от других УКБ тем, что могут использовать в конструктив-
ном обмене спирт или уксусную кислоту как источник углерода и
аммонийные соли как источник азота. Лучшими соединениями
азота для них служат фосфат и сульфат аммония.
Наиболее активно УКБ размножаются в среде, содержащей
0,05—0,1 % этанола при «воздушном» питании. Пары этанола вме-
сте с воздухом попадают в пробирки или колбы с культурой, ра-
створяются в культуральной среде и дают возможность УКБ ис-
пользовать спирт.
Культуры Acet, aceti не дают роста в минеральной питательной
среде с фруктозой, мальтозой, раффинозой и лактозой; слабо рас-
тут в среде с глюкозой и сахарозой. В конструктивных процессах
бактерий принимает участие углерод диоксида углерода, что уста-
новлено в опытах с мечеными атомами. Наиболее активно диок-
381
сид углерода фиксируется в синтетической среде со спиртом в пе-
риод активного размножения бактерий.
Спирт окисляется бактериями в две фазы: сначала в уксусную
кислоту, а затем уксусная кислота расщепляется до диоксида угле-
рода и воды. Все УКБ в той или иной степени проходят первую
фазу, но далеко не все способны на вторую (переокисление). Спо-
собность к переокислению используется в систематике УКБ как
один из существенных критериев для разделения на виды рода
Acetobacter. Бактерии вида Acet, aceti потребляют образованную
ими уксусную кислоту.
Отличительная черта Acet, aceti — способность продуктивно
окислять спирт в кислоту при очень низких значениях pH. Так,
1 млн бактерий при pH 2,5 образует максимально 0,31 кг уксусной
кислоты в 0,1 м3 среды, а при pH 4,2 — 0,088 кг. Эти данные свиде-
тельствуют о различном поведении бактерий в разных фазах раз-
множения культуры. Оптимальная температура их развития 32—
34 °C.
Превращение веществ, происходящее в организме, во многом
зависит от внешней среды, без которой существование его невоз-
можно. Условия обитания воздействуют на обмен веществ бакте-
рий, глубоко изменяя их химический состав, что теснейшим обра-
зом связано с соответствующими сдвигами в ферментных систе-
мах бактерий.
При создании питательных сред для бактерий следует исходить
из особенностей их жизнедеятельности, химического состава био-
массы, физиологической значимости отдельных частей среды и
целевого продукта культивирования.
Хорвас приводит данные по составу биомассы УКБ: воды
73,3—88,3 %; СВ 26,7—11,7 %. В составе сухих веществ (%): золы
2,0—30,0, углерода 45,0—55,0; общего азота 2,0—14,0; липидов
1,6—41,0; углеводов 12,0—28,0.
В промышленной технологии уксуса используют в основном
два способа: поверхностный и глубинный, а также непрерывный
комбинированный.
14.1.3. ПОВЕРХНОСТНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА
Уксус получают в аппаратах вместимостью 3—15 м3, в которых
уксуснокислые бактерии закреплены на поверхности носителя
(древесная стружка, березовые прутья, кукурузная кочерыжка).
Периодически на эту поверхность разбрызгивается питательная
среда. Аэрация обеспечивается за счет естественной тяги вслед-
ствие разности температур внутри и снаружи аппарата. Концент-
рация субстрата (спирта) в питательной среде устанавливается не-
большая, чтобы при прохождении среды несколько раз через но-
ситель окисление спирта закончилось. Оптимальная температура
382
окисления в аппаратах регулируется подачей холодной воды в
змеевики. Аппараты иногда соединяют в батареи.
Поверхностный способ имеет недостатки, связанные с невоз-
можностью равномерного распределения питательной среды по
всей поверхности наполнителя и равномерного снабжения возду-
хом клеток уксуснокислых бактерий. Кроме того, в одних частях
наполнителя создаются зоны, где нарушается температурный ре-
жим, уксуснокислые бактерии не получают кислород и погибают,
а в других концентрация спирта падает до нуля, что вызывает не-
желательный процесс переокисления и снижение производитель-
ности. Для восстановления жизнедеятельности бактерий и нала-
живания работы аппарата требуется много времени. К недостат-
кам также относятся трудности перевода аппарата на производ-
ство уксуса из другого сырья, при этом некоторое время
вырабатывается смешанный уксус.
Однако поверхностный периодический способ культивирова-
ния уксуснокислых бактерий имеет ряд преимуществ, что обус-
ловливает его достаточное распространение. Простота процесса и
конструкции аппарата, несложное обслуживание, небольшой рас-
ход электроэнергии — все это обеспечивает надежность способа.
Перерывы в аэрации, которые губительны для уксуснокислых
бактерий, не оказывают быстрого отрицательного влияния, так
как в аппаратах с наполнителем имеются запасы воздуха, а систе-
ма естественного всасывания обеспечивает поступление воздуха в
аппарат и при перерывах в подаче электроэнергии.
Уксуснокислые бактерии, закрепленные на носителе, исполь-
зуются многократно, тем самым достигается экономия питатель-
ных веществ, уменьшается нерациональный расход субстрата на
образование биомассы бактерий. Не требуется специального обо-
рудования для подготовки посевного материала.
Получаемый при поверхностном способе уксус отличается вы-
соким качеством и не требует сложной обработки.
Усовершенствованная конструкция генератора снабжена авто-
матическим регулированием температуры циркулирующей жид-
кости. Для улучшения аэрации воздух подается с помощью венти-
лятора и выходит через отводную газовую трубку. Генератор рабо-
тает циклично, после снижения концентрации спирта до 0,3 %
большая часть содержимого генератора сливается, и в следующем
цикле он заполняется свежей средой за 2—3 приема. В начале
каждого цикла скорость ферментации уменьшается, что связано с
гибелью бактерий в верхней части наполнителя вследствие резко-
го изменения концентрации спирта и кислоты. После смешива-
ния питательной среды с уксусом, удерживаемым наполнителем,
устанавливаются стартовые концентрации уксусной кислоты (7 %)
и спирта (3 %), благоприятные для получения уксуса кислотнос-
тью 9 %. При этом обеспечиваются следующие технико-экономи-
ческие показатели: продолжительность цикла 4—10 сут (в зависи-
383
мости от соотношения объемов наполнителя и сборной части ап-
парата); выход уксусной кислоты 85—90 %; использование кисло-
рода в период максимальной ферментации 50 %; производитель-
ность (для буковой стружки) 5 дм3 9%-й уксусной кислоты с 1 м3
стружки в сутки.
14.1.4. ГЛУБИННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА
Коренное изменение технологии уксуса связано с разработкой
глубинного способа культивирования бактерий, в котором особое
значение придается условиям непрерывной аэрации культураль-
ной среды.
При глубинном способе обеспечиваются стабильные условия
для жизнедеятельности бактерий, интенсивная аэрация и переме-
шивание улучшают снабжение клеток кислородом и способствуют
повышению продуктивности микроорганизмов. По сравнению с
поверхностным глубинный способ является более прогрессивным,
управляемым процессом, требует меньших производственных
площадей и может быть автоматизирован. К недостаткам глубин-
ного способа следует отнести его полную зависимость от постоян-
ного снабжения воздухом; даже двухминутный перерыв в снабже-
нии окислителей глубинного типа воздухом вызывает серьезный
срыв технологического процесса и образование значительного ко-
личества брака.
14.1.5. КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА
Получение биохимического уксуса непрерывным комбиниро-
ванным способом осуществляется в двух окислителях 4 и 7
(рис. 14.1), соединенных в батарею переточными коммуникация-
ми. Объем стружки в каждом окислителе 10 м3.
Технологическая схема включает в себя мерник для спирта 12,
емкости для сусла 10, 11 и 13 по 3 м3 каждая, откуда сусло самоте-
ком поступает в окислители 4 и 7. Расход сусла регулируется рас-
ходомерами 8, 9. Окислители снабжены барботерами для подачи
воздуха. Воздух от воздуходувок 1 через ресивер 2 подается в бар-
ботеры окислителей через счетчик 3. Подача сусла на циркуляцию
и откачка его из сборника-окислителя 4 осуществляются насосами
6. Охлаждение сусла, подаваемого в сегнеровы колеса, осуществ-
ляется в теплообменниках 5 типа «труба в трубе».
Для улавливания паров спирта и уксусной кислоты из окисли-
телей установлена ловушка 18.
Переток из окислителя 7 в окислитель 4 также осуществляется
самотеком. В переточную коммуникацию подается также свежее
384
Рис. 14.1. Схема непрерывного комбинированного получения биохимического
уксуса
сусло из одного из сборников сусла через шелевой расходомер 8.
«Сырой» уксус откачивается из второго окислителя в сборник 14.
При купажировании в чан 16 из сборника 15 добавляют необ-
ходимые по рецептуре ингредиенты и насосом 17 готовый уксус
подают на розлив.
Получение биохимического уксуса осуществляется следующим
образом. При определенном составе среды в окислителях начина-
ют непрерывную подачу сусла, причем в первый окислитель 7—
2/3 притока, а во второй окислитель 4— 1/3, при этом необходи-
мо, чтобы во втором окислителе параметры «сырого» уксуса соот-
ветствовали стандарту. Увеличение притока нужно осуществлять
медленно, четко контролируя параметры технологического про-
цесса. Температурный режим в окислителях необходимо строго
соблюдать в пределах 31—33 °C, а во втором окислителе 4 жела-
тельно поддерживать температуру на 2 °C меньше, чем в первом 7.
При заданном притоке в аппаратах батареи устанавливается
стационарный режим работы, характеризующийся постоянными
показателями величины кислотности и содержания спирта. При
повышении кислотности следует увеличить приток свежего сусла
в аппараты, а при уменьшении — снизить подачу сусла.
При достижении во втором окислителе кислотности 9 % необ-
ходимо следить за концентрацией остаточного спирта. Если она
выше 0,3 %, необходимо уменьшить приток сусла во второй окис-
литель или уменьшить концентрацию спирта в сусле.
385
14.2. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ
Лимонная кислота НООС—СН(ОН)—СН—(СООН)—СН2—
СООН—трехосновная оксикислота, кристаллизующаяся из вод-
ных растворов с одной молекулой воды в виде бесцветных про-
зрачных ромбических призм. Моногидратная лимонная кислота
имеет молекулярную массу 210, относительную плотность 1,54 и
температуру плавления 70—75 °C. Кристаллизационная вода теря-
ется при хранении и особенно сильно при нагревании до 40—
50 °C, а при температуре 100 °C теряется полностью.
При температуре кристаллизации 36,6 °C и выше выделяется
безводная лимонная кислота с молекулярной массой 192 и темпе-
ратурой плавления 153 °C. При нагревании до 175 °C лимонная
кислота разлагается.
Товарная лимонная кислота выпускается в кристаллическом
виде и по качественным показателям должна отвечать требовани-
ям ГОСТ 908-87.
Пищевую лимонную кислоту вырабатывают из свекловичной
мелассы путем сбраживания ее специальными штаммами микро-
скопического гриба Asp. niger с высокой кислотообразующей спо-
собностью.
При выращивании мицелиев грибов вида Asp. niger для ускоре-
ния прорастания конидий и развития грибницы температуру под-
держивают на уровне 35—37 °C, а во время кислотообразования
снижают до 31—32 °C. Эти микроорганизмы — облигатные аэробы
и не могут существовать без кислорода, поэтому при фермента-
ции следует проводить непрерывную обильную аэрацию. На ме-
лассной среде конидии Asp. niger лучше прорастают при pH 6,8—
7,2, на стадии кислотообразования pH необходимо снизить до
3,0-3,5.
Лимонную кислоту получают двумя способами: поверхностной
и глубинной ферментацией. Более эффективным и перспектив-
ным является глубинный способ.
В отечественной промышленности, производящей лимон-
ную кислоту, новые заводы строят только для работы по глу-
бинному способу ферментации, а существующие заводы с по-
верхностным способом ферментации постепенно переходят на
глубинный.
Технология получения лимонной кислоты глубинным спосо-
бом состоит из следующих основных стадий (рис. 14.2): подготов-
ки мелассы к сбраживанию; выращивания посевного материала
(из спор гриба-кислотообразователя); сбраживания мелассных ра-
створов в лимонную кислоту с последующим отделением мице-
лия; выделения лимонной кислоты из сброженных растворов и ее
кристаллизации.
Первый и третий процессы проводят в бродильном, второй — в
386
Рис. 14.2. Технологическая схема получения лимонной кислоты глубинным способом
в бродильном цехе:
1 — емкость для мелассы; 2— приемная емкость; 3 — насосы; 4— весы со сборником; 5 — ва-
рочный котел, 6— сборник для серной кислоты или соды; 7—промежуточная емкость; 8—
стерилизационная колонка; 9— выдерживатель; 10— холодильник; /7 —подливной сборник;
/2—посевной ферментатор; 13 — инокулятор; 14— противобактериальный фильтр; 75—ос-
новной ферментатор; 16—промежуточный сборник; /7и 18— вакуум-сборники соответствен-
но для мицелия и фильтрованного сброженного раствора; 19— приемник мицелия; 20— бара-
банный вакуум-фильтр
споровом, четвертый — в химическом цехе. В настоящее время
снабжение посевным материалом централизованное, поэтому
споровые цехи имеются лишь на отдельных заводах.
14.2.1. ПОДГОТОВКА МЕЛАССЫ К СБРАЖИВАНИЮ
Рассчитанное количество мелассы взвешивают в сборнике, ус-
тановленном на весах, и загружают в варочный котел, содержа-
щий нагретую до кипения воду в количестве, необходимом для
разбавления мелассы (I : I). Загрузку мелассы в варочный котел
осуществляют при работающей мешалке и барботировании паром.
Затем из мерников подают серную кислоту или раствор кальцини-
рованной соды для доведения pH до 6,8—7,2.
Раствор кипятят в течение 15—30 мин (в зависимости от степе-
ни и характера обсемененности мелассы микроорганизмами), до-
бавляют заданное количество гексацианоферрата калия, кипятят
около 10 мин и вносят заданное количество трилона Б. Снова ки-
пятят 5—10 мин, проверяют на содержание свободного гексациа-
387
ноферрата и проводят корректировку pH среды. Далее вводят ра-
створы хлорида аммония и сульфата магния, доводят водой до
объема среды, соответствующего нужной концентрации, нагрева-
ют до кипения и насосом перекачивают в стерилизационную уста-
новку непрерывного действия.
Стерилизацию проводят при температуре 122—124 °C. Стери-
лизуемая среда поступает в выдерживатель на 10—15 мин, а затем
через холодильник — в ферментаторы. Мелассные среды готовят
двух концентраций (по сахару): 3—4 % — для получения посевного
мицелия и первой стадии ферментации и 20—25 %—для подли-
вов в процессе ферментации.
14.2.2. ВЫРАЩИВАНИЕ ПОСЕВНОГО МАТЕРИАЛА
Как правило, мелассные растворы в основных ферментаторах
засевают молодым мицелием, выращенным из спор в посевных
ферментаторах. Лишь в исключительных случаях посев проводят
непосредственно спорами.
В посевной ферментатор к подготовленному мелассному ра-
створу температурой 35—36 °C через инокулятор вводят споры в
виде суспензии, которую готовят за 5—6 ч до посева: 3 г сухих спор
замачивают в 2—3 дм3 мелассного раствора или питательной сре-
ды и выдерживают при 32 °C в термостате.
После засева в ферментатор сразу подают стерильный воздух и
включают в работу двухъярусную лопастную мешалку, работаю-
щую с частотой вращения 180 мин _|.
Раствор в течение всего процесса приготовления посевного ми-
целия аэрируют и перемешивают при давлении 0,01—0,02 МПа.
Температуру 34—35 °C поддерживают путем аэрации и охлажде-
ния холодной водой через рубашку ферментатора.
В первые 6 ч, когда споры набухают и начинают прорастать,
достаточно очень небольшого количества воздуха — 9—10 м3/ч.
По мере прорастания спор и формирования мицелия подачу
воздуха все время увеличивают, и к 24—30-му часу она достигает
90—100м3/ч. Такой режим аэрации поддерживают до конца про-
цесса выращивания. С накоплением мицелия раствор начинает
пениться, поэтому в него добавляют стерильный пеногаситель.
Процесс формирования мицелия и чистоту контролируют пу-
тем микроскопирования проб через каждые 12, 24, 30 и 36 ч. При-
сутствие посторонней микрофлоры недопустимо. В виде исключе-
ния культура спустя 12 ч после посева может содержать единич-
ные вегетативные клетки споровых бактерий. Готовая к посеву
28—36-часовая мицелиальная культура должна быть светлой, мо-
лочно-бежевого цвета, насыщенной пузырьками воздуха. Мице-
лий всплывает, оставляя внизу прозрачный раствор. Мицелий
должен быть хлопьевидным, диффузным, с незначительным коли-
чеством мелких шаровидных комочков. Гифы — светлые, тонкие,
388
вытянутые, активно ветвящиеся, со светлой прозрачной прото-
плазмой, расположенной в пристенном слое; центральную часть
клетки занимает вакуоль. Общая титруемая кислотность культу-
ральной жидкости 1,0—2,0 %.
Мицелий можно использовать для засева среды в основных
ферментаторах лишь после положительного заключения микро-
биолога.
При хорошем состоянии мицелия допускается выращивание
его по отъемно-доливному варианту. Согласно этому варианту для
засева большого ферментатора из малого ферментатора отбирают
1/3—1/4 объема культуры, а к оставшемуся объему без перезаряд-
ки ферментатора доливают 1/3—1/4 свежего мелассного раствора.
Всю культуру, подросшую за 24 ч, используют для засева очеред-
ного большого ферментатора.
В случае браковки подросшего мицелия допускается использо-
вание 24-часовой культуры из одного большого ферментатора в
другой. Для этого по тщательно промытой коммуникации из фер-
ментатора, заранее заряженного на сутки, при помощи сжатого
воздуха перекачивают 3—4 дм3 бродящего раствора в заряжаемый
ферментатор. Затем в первый ферментатор добавляют такое же
количество 3—4%-го (по сахару) раствора мелассы.
Зарядка основных ферментаторов заключается в приготовле-
нии питательной среды, которую затем засевают культурой, взя-
той из посевных ферментаторов. В ферментатор последовательно
вводят стерильную охлажденную воду, стерильные растворы пита-
тельных солей и мелассный раствор из варочного агрегата, после
чего объем раствора доводят при перемешивании стерильной во-
дой до заданного. При этом концентрация сахара в среде должна
быть 3—4 %, температура — 32—33 °C. Перед подачей подросшего
мицелия коммуникацию от посевного ферментатора к основному
пропаривают в течение 30 мин.
Затем из малого ферментатора при работающей мешалке с по-
мощью сжатого воздуха культуру посевного мицелия переводят в
основной ферментатор. Содержимое ферментатора тщательно
перемешивают в течение 30 мин и отбирают пробы для определе-
ния pH среды, концентрации сахара и микробиологической чис-
тоты.
После окончания зарядки ферментатора все продуктовые ком-
муникации промывают стерильной горячей водой и пропаривают
в течение 1 ч.
14.2.3. СБРАЖИВАНИЕ МЕЛАССНЫХ РАСТВОРОВ
С ПОСЛЕДУЮЩИМ ОТДЕЛЕНИЕМ МИЦЕЛИЯ
Для нормального роста гриба и достижения высокой активнос-
ти кислотообразования строго поддерживают на оптимальном
уровне режимы аэрации, перемешивания, температурный и ре-
жим питания гриба.
389
Аэрация осуществляется непрерывно на протяжении всего пе-
риода брожения. В первые часы после засева в ферментатор пода-
ют около 100 м3 стерильного воздуха в час, затем его количество
постепенно увеличивают и к концу первых суток доводят до 800—
1000 м3/ч. Такой режим аэрации сохраняют до конца брожения.
По мере необходимости в ферментатор вносят порциями стериль-
ный пеногаситель.
Отработанный воздух проходит через ловушки и выбрасывает-
ся в атмосферу. Один раз в сутки ловушки открывают, тщательно
промывают водой и протирают 1%-м раствором хлорной извести,
активированной хлоридом аммония в соотношении 1 : 1, или 1%-м
раствором хлорамина.
В течение всего процесса сбраживаемый раствор непрерывно
перемешивают мешалками турбинного типа, расположенными на
валу ферментатора в три яруса и вращающимися с частотой 110—
120 мин'1.
В процессе роста гриба и кислотообразования температура
сбраживаемого раствора должна быть 31—32 °C. Во время энер-
гичного образования лимонной кислоты температура может по-
выситься до 38—40 °C и выше. Для поддержания оптимальной
температуры через змеевики или рубашку ферментатора пропус-
кают холодную воду. В необходимых случаях одновременно с этим
снижают (если возможно) температуру поступающего в фермента-
тор воздуха с 30 до 24 °C.
Даже при кратковременном воздействии высокой температуры
мицелий обильно разрастается и имеет низкую активность. В ре-
зультате образования избыточной биомассы и повышения интен-
сивности дыхания мицелия возрастает расход сахара. При низкой
температуре задерживаются рост и развитие мицелия.
Как при повышении, так и при понижении температуры нару-
шается характер обмена веществ у гриба и образуется большое ко-
личество побочных кислот.
Через 1 сут после засева мицелий разрастается, культуральная
жидкость насыщается мельчайшими пузырьками воздуха и начи-
нается интенсивное продуцирование лимонной кислоты. Запас
сахара в исходном 3—4%-м растворе резко уменьшается, поэтому
в ферментатор вводят его в виде 25—28%-го (по сахару) раствора
мелассы.
Подливной мелассный раствор подают в ферментатор отдель-
ными порциями. При одновременной подаче всего количества
подливного раствора резко повысилось бы значение pH сбражива-
емого раствора, что привело бы к накоплению щавелевой кисло-
ты. Дробное введение подливного раствора почти не отражается
на величине pH.
В течение всего цикла брожения проводят три подлива (по 4 м3
каждый) через 24, 42 и 61 ч с момента засева, причем каждый под-
лив порциями по 0,5 м3 с интервалом 1,5 ч.
390
Допускается питание кислотообразующего мицелия и по
отъемно-доливному варианту, предложенному ЛНИИПП. Он
заключается в том, что при активно протекающем брожении
процесс не прекращают, а продолжают подливать мелассу обыч-
ным способом с предварительными отъемами части сброженного
раствора.
По окончании третьего подлива и брожения в течение 3,5—
4 сут от начала посева отнимают 5—6 м3 сброженного раствора в
сборник химического цеха, после чего в ферментатор вводят такое
же количество подливного раствора концентрацией 25—28 % (по
сахару). При сохранении высокой кислотообразующей способнос-
ти гриба можно делать несколько подливов в сочетании с отъема-
ми сброженного раствора.
С каждыми 6 м3 подлива вводят 1,5 т сахара (5 % к исходному
раствору) или 3,0 т 50%-й мелассы. Первый подлив заканчивают
через 100,5—112,5 ч.
В случае вялого кислотообразования или инфекции ведение
брожения по отъемно-доливному варианту не допускается.
Во время роста мицелия и кислотообразования каждую смену
из ферментатора отбирают пробу раствора с погруженной культу-
рой гриба (стерильно через пробник, который постоянно находит-
ся под паром) и направляют в лабораторию на микробиологичес-
кий и химический контроль.
К 20—24 ч после посева мицелий сильно разрастается, культу-
ральная жидкость насыщается воздухом, раствор светлеет, мице-
лий всплывает, титруемая кислотность составляет 1—2 %. По этим
признакам определяют время начала подлива. В связи с увеличе-
нием объема сбраживаемого раствора при подливе мелассы титру-
емая кислотность возрастает незначительно; после подлива (под-
кормки) интенсивность кислотообразования резко возрастает,
титруемая кислотность за сутки увеличивается на 1,5—2 %. Неред-
ко на 3—4-е сутки после засева подросшим мицелием концентра-
ция кислоты в растворе составляет 5—6 %.
Контроль за динамикой нарастания титруемой кислотности,
расходом сахара позволяет вовремя определить конец процесса и
получить наибольшие съем лимонной кислоты с 1 м3 ферментато-
ра в сутки и выход ее по затраченному сахару.
В зависимости от активности погружной культуры процесс
кислотообразования длится 5—7, нередко до 10 сут.
Конец производственного цикла определяют по приросту тит-
руемой кислотности в последние сутки процесса и содержанию
сахара в сбраживаемом растворе. Если на 5—7-е сутки титруемая
кислотность в двух пробах, взятых из ферментатора с интервалом
4—8 ч, не возрастает, брожение заканчивают.
Из ферментатора через пробник отбирают пробу для микробио-
логического и химического контроля. Останавливают мешалку,
замеряют объем раствора в ферментаторе, нагревают его острым
391
паром (через барботер) до 60—65 °C и переводят в промежуточный
сборник для сброженных растворов в мицельном отделении. Фер-
ментатор готовят к очередному циклу.
Сброженные растворы, перекачанные в калиброванные сбор-
ники химического цеха, перемешивают сжатым воздухом и заме-
ряют. Отбирают пробы для определения содержания лимонной
кислоты и суммарной кислотности.
14.2.4. ВЫДЕЛЕНИЕ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СБРОЖЕННЫХ
РАСТВОРОВ И ЕЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Выделение лимонной кислоты из сброженных растворов осно-
вано на ее свойстве образовывать малорастворимую в воде соль —
трехкальциевый цитрат.
Нейтрализация кислот. Для получения цитрата кальция сбро-
женные растворы перекачивают центробежным насосом из при-
емных сборников в нейтрализаторы, изготовленные из нержавею-
щей стали, снабженные вытяжной вентиляцией, мешалками и
барботерами для нагрева паром. Нейтрализаторы заполняют сбро-
женным раствором не более чем на половину общего объема. Во
время перекачивания сброженного раствора для полноты осажде-
ния цитрата кальция в нейтрализаторы добавляют раствор хлори-
да кальция плотностью 1,2—1,3 в количестве 2,5—3 % безводного
СаС12 к общему количеству кислоты.
Раствор нагревают до кипения и нейтрализуют известковым
молоком относительной плотностью 1,19—1,20. При этом образу-
ются кальциевые соли лимонной, глюконовой и щавелевой кис-
лот по следующим реакциям (соответственно):
2С6Н8О7 + ЗСа(ОН)2 = Са3(С6Н5О7)2 + 6Н2О;
2С6Н12О7 + Са(ОН)2 = Са(С6Н 1 (О7)2 + 2Н2О;
С2Н2О4 + Са(ОН)2 = СаС2О4 + 2Н2О.
Кальциевые соли лимонной и щавелевой кислот выпадают в
осадок. Кальциевая соль глюконовой кислоты, несброженный са-
хар, основная часть минеральных и органических веществ мелас-
сы остаются в растворе.
Известковое молоко подают из мерника прерывистой струей
при непрерывно работающей мешалке в количестве 80—90 % от
расчетного, поддерживая температуру не ниже 90 °C. После добав-
ления указанного количества известкового молока раствор тща-
тельно кипятят не менее 15 мин, а затем отбирают пробу для кон-
троля полноты осаждения лимонной кислоты. В случае неполного
осаждения известковое молоко добавляют небольшими порциями
и раствор вновь кипятят. Полноту осаждения определяют при по-
мощи рН-метра.
392
Нейтрализация сброженных растворов кислотностью 5—6% и
выше считается законченной при pH 7,3—7,5; растворов кислот-
ностью ниже 5 % — при pH 6,8—7,0.
Величина pH раствора после добавления 80—90 % известкового
молока не должна превышать 7, так как во время отстаивания ре-
акция нейтрализации продолжается и к концу его может привести
к смешению pH. Нейтрализованные растворы, поступающие на
фильтрование, должны иметь pH < 7,5.
При нейтрализации маточных растворов конечная величина
pH должна составлять 6,8—7,0.
При недостатке извести образуются одно- и двухкальциевые
цитраты, растворимость которых в воде значительно выше, что
может привести к увеличению потерь лимонной кислоты. При pH
нейтрализованных растворов выше 7,5 возможны пептизация кол-
лоидов и образование сахаратов кальция, что ухудшает фильтрова-
ние и промывание цитрата кальция.
Для отделения образовавшегося осадка горячую реакционную
массу самотеком передают в вакуум-фильтры из нержавеющей
стали.
После отделения маточного раствора осадок на фильтре тща-
тельно промывают горячей водой (температура около 95 °C). Об
окончании промывания судят по отсутствию в промывной воде
сахара. Для подсушивания через осадок в течение некоторого вре-
мени пропускают воздух.
Разложение цитрата кальция. Перевод лимонной кислоты в сво-
бодное состояние и отделение ее от оксалата кальция достигаются
обработкой осадка серной кислотой с последующим фильтрова-
нием.
Разложение цитрата кальция осуществляют в аппарате-реакто-
ре, снабженном вытяжной системой, мешалкой и паровым бар-
ботером и имеющем внутреннее кислотоустойчивое покрытие. В
реактор набирают воду (0,25—0,5 м3 на 1 т лимонной кислоты,
содержащейся в цитрате), а затем при работающей мешалке заг-
ружают цитрат кальция с таким расчетом, чтобы после его разло-
жения концентрация лимонной кислоты в растворе была не ме-
нее 25 %. В качестве осветлителя в реактор вводят активный
уголь (2 % от массы лимонной кислоты). Содержимое реактора
нагревают до 60 °C. Затем в него при перемешивании вносят из
мерника техническую серную кислоту плотностью 1,80—1,84 из
расчета 0,425 дм3 на 1 кг лимонной кислоты в цитрате. По окон-
чании подачи серной кислоты реакционную смесь кипятят в те-
чение 10—15 мин.
Разложение цитрата кальция серной кислотой протекает по
уравнению
Са3(С6Н5О7)2 + 3H2SO4 = 2С6Н8О7 + 3CaSO4.
Для разложения оксалата кальция в присутствии лимонной
393
кислоты необходим большой избыток серной кислоты. Поэтому
при строгой дозировке серной кислоты оксалат кальция вместе с
образующимся гипсом остается в осадке, а освободившаяся при
разложении цитрата кальция лимонная кислота переходит в ра-
створ.
После полного разложения цитрата кальция (контролируют по
отсутствию в среде цитрата кальция и серной кислоты) в реактор
вводят гранулированный сульфат бария (0,10—0,15 кг на 100 кг
лимонной кислоты) для осаждения тяжелых металлов и мышьяка
и раствор гексацианоферрата калия для осаждения железа. Полно-
ту осаждения катионов металлов контролируют по качественным
реакциям.
Для отделения раствора лимонной кислоты от осадка, содержа-
щего гипс, оксалат кальция, уголь, сернистые соединения тяже-
лых металлов и берлинскую лазурь, горячую реактивную смесь на-
правляют из реактора самотеком в вакуум-фильтр из нержавею-
щей стали. Отфильтрованный раствор через вакуум-сборник пере-
дают на станцию упаривания, а осадок на фильтре промывают
горячей водой (90 °C). Промывание осадка прекращают при со-
держании лимонной кислоты в промывной воде 0,1 %.
Средняя концентрация раствора лимонной кислоты (вместе с
промывными водами) должна быть не меньше 6 %.
Упаривание раствора лимонной кислоты. Осуществляют в ваку-
ум-аппаратах и проводят в две стадии с промежуточным освобож-
дением раствора от осадка гипса.
В первом вакуум-аппарате раствор упаривают до плотности
1,24—1,26 (под остаточным давлением 0,021 МПа), осадок гипса
отделяют на рамном фильтре-прессе (из нержавеющей стали). Во
втором вакуум-аппарате прозрачный раствор упаривают (при та-
ком же давлении) до плотности 1,35—1,36, что соответствует кон-
центрации лимонной кислоты 80 % (около 1070 г моногидрата в
1 дм*).
Кристаллизация лимонной кислоты. Сгущенный раствор ли-
монной кислоты поступает в кристаллизатор — вертикальный
цилиндрический котел со сферическим днищем, изготовленный
из нержавеющей стали, снабженный водяной рубашкой для ох-
лаждения и мешалкой. Заполнив кристаллизатор раствором ли-
монной кислоты, в рубашку подают холодную воду и включают
мешалку.
При температуре раствора 35—37 °C в него вносят «затравку» в
виде кристаллов лимонной кислоты и кристаллизацию проводят
при дальнейшем медленном охлаждении до температуры 8—10 °C
(при непрерывном перемешивании). При температуре кристалли-
зации 8—10 °C раствор выдерживают не менее 30 мин. Затем смесь
кристаллов с маточным раствором загружают в корзиночную цен-
трифугу для отделения кристаллов. После полного отделения ма-
точного раствора кристаллы промывают небольшим количеством
394
холодной воды, распыляемой через форсунки. Затем кристаллы
влажностью 2—3 % выгружают из центрифуги и направляют в су-
шилку.
Для сушки кристаллов лимонной кислоты используют ленточ-
ные или барабанные пневматические сушилки. Сушку проводят
при температуре воздуха не выше 35 °C. При более высокой тем-
пературе происходит разрушение кристаллов вследствие потери
ими кристаллизационной воды.
Высушенные кристаллы для освобождения их от случайных
примесей просеивают на ситах и фасуют в тару.
14.3. ПОЛУЧЕНИЕ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ
Технологические процессы получения молочной кислоты в ос-
новных чертах аналогичны описанным выше, но конечный про-
дукт выпускается в виде водных растворов различной концентра-
ции (рис. 14.3). Это объясняется тем, что кристаллы молочной
кислоты имеют низкую температуру плавления и очень гигроско-
пичны.
Питательную среду (сусло) готовят в бродильном аппарате из
сахарсодержащего сырья (мелассы, рафинадной патоки и сахара-
сырца). Сырье разбавляют водой до определенной концентрации
и добавляют к нему дополнительный источник аминного азота,
витаминов и других биологически активных веществ (солодовые
ростки), необходимых для нормальной жизнедеятельности молоч-
нокислых бактерий.
Затем сусло в том же аппарате пастеризуют, охлаждают до 48 —
50 °C и засевают культурой Lact. delbruckii. Указанная температура
оптимальна для термофильных молочнокислых бактерий и нахо-
дится далеко за пределами температурного оптимума для боль-
шинства других микроорганизмов. Это обеспечивает сохранение
культуры молочнокислых бактерий в естественно-чистом состоя-
нии при брожении даже в открытых аппаратах.
Lact. delbruckii, как и все молочнокислые бактерии, являются
факультативными анаэробами, поэтому брожение ведут без аэра-
ции. Молочная кислота угнетает не только постороннюю микро-
флору, но и при определенной концентрации и сами молочнокис-
лые бактерии, поэтому ее периодически нейтрализуют стерилизо-
ванным карбонатом кальция (меловое молоко), поддерживая ве-
личину pH на оптимальном уровне. Образующийся лактат
кальция остается растворенным, и к концу брожения его накапли-
вается около 15 % (содержание, близкое к насыщенному раствору
при данной температуре).
По завершении брожения, продолжающегося 8—10 сут, прово-
дят пастеризацию и оставшееся небольшое количество свободной
молочной кислоты нейтрализуют известковым молоком до pH 8—
395
Рнс. 14.3. Схема получения молочной кислоты
10, фильтруют или отстаивают. Лактат кальция отмывают от осад-
ка, состоящего из мела, не вступившего в реакцию, и других взве-
шенных частиц.
Горячий раствор лактата кальция кристаллизуют, постепенно
снижая температуру. По окончании кристаллизации массу на-
правляют на центрифугу или на фильтр-пресс для отделения кри-
сталлов, которые затем промывают холодной водой, расплавляют
паром и передают в реакторы для разложения серной кислотой.
Разложение лактата кальция и очистку раствора молочной кис-
лоты проводят аналогично разложению цитрата и очистке раство-
ра лимонной кислоты. Часто эти процессы совмещают. В реакторе
лактат кальция разбавляют водой, полученной от промывания
гипсового шлама, до концентрации около 18%. При разложении
серной кислотой поддерживают температуру около 80 °C, осажда-
ют железо, тяжелые металлы, а мышьяк удаляют сульфидом бария
и, наконец, добавляют активный уголь.
После фильтрования раствор молочной кислоты выпаривают в
вакуум-аппаратах до концентрации более 40 %. В отдельной емко-
сти молочную кислоту дополнительно осветляют активным углем.
При наличии в ней свободной серной кислоты или неразложенно-
го лактата железа, тяжелых металлов и мышьяка молочную кисло-
ту исправляют добавлением эквивалентных количеств соответ-
ственно лактата или серной кислоты и сульфида бария. Затем кис-
лоту купажируют — доводят умягченной водой до стандартной
концентрации (обычно 40 %), отстаивают, фильтруют и разливают
в стеклянную или полиэтиленовую тару. При необходимости вы-
пуска молочной кислоты большей концентрации проводят второе
упаривание.
Существуют и другие варианты описанной схемы. Так, из саха-
ра-сырца, содержашего меньше примесей, минуя стадию кристал-
лизации лактата, но применяя катионно-анионную обработку ра-
створов молочной кислоты, можно получить готовую кислоту
вполне удовлетворительного качества. Еще лучшего результата
можно добиться, если использовать кристаллический сахар или
глюкозные сиропы. Опубликованы патенты на извлечение молоч-
ной кислоты из сброженных сахарных сред селективной экстрак-
цией органическими растворителями, на очистку растворов мо-
лочной кислоты дистилляцией с водяным паром, этерификацией
спиртами с последующей отгонкой и омылением эфира, но прак-
тического применения эти способы не получили.
14.4. ПОЛУЧЕНИЕ ВИННОЙ КИСЛОТЫ
Во вторичных продуктах виноделия винная кислота уже содер-
жится в виде солей, поэтому в технологии винной кислоты из это-
го вида сырья стадия ферментации отсутствует.
397
Рнс. 14.4. Схема получения винной кислоты
В настоящее время отечественные заводы по производству вин-
ной кислоты в качестве сырья используют только виннокислую
известь (ВКИ) и винный камень, что значительно упрощает тех-
нологию.
Побочные продукты виноделия комплексно перерабатывают в
специализированных цехах, получая наряду с виннокислой извес-
тью этанол, энокраситель, пектин, виноградное масло (из семян)
и кормовую муку.
398
Виннокислые соединения извлекают растворами серной кис-
лоты или карбоната натрия небольшой концентрации, а затем
осаждают гидроксидом и хлоридом кальция в виде ВКИ. Винный
камень переводят в ВКИ непосредственно раствором хлорида
кальция с добавлением карбоната кальция.
Виннокислую известь, как поступающую на завод, так и полу-
чаемую на нем из винного камня, тщательно промывают от при-
месей различных солей, красящих и других веществ. Как видно из
приведенной схемы (рис. 14.4), дальнейшая переработка ВКИ в
кристаллическую винную кислоту в принципе не отличается от
переработки цитрата кальция в лимонную кислоту. В реакторе
ВКИ смешивают с водой, полученной от промывания гипса, на-
гревают и постепенно прибавляют серную кислоту. Реакционную
массу фильтруют, осадок (гипс) промывают горячей водой, а ра-
створ винной кислоты выпаривают в вакуум-аппарате в два при-
ема с промежуточной очисткой раствора. Полученный раствор
очищают от соединений железа, меди, свинца, мышьяка и крася-
щих веществ в отдельном реакторе. Шлам отфильтровывают,
осаждают гидротартратом кальция и фильтруют, а раствор винной
кислоты выпаривают в вакуум-аппарате, кристаллизуют. Полу-
ченные кристаллы отделяют и промывают. Первый маточный ра-
створ упаривают, кристаллизуют, кристаллы отделяют и промыва-
ют; второй маточный раствор перерабатывают аналогично. Из
третьего маточного раствора получают неочищенные кристаллы,
четвертый маточный раствор возвращают в основной раствор вин-
ной кислоты.
Основную массу неочищенных кристаллов по мере их накопле-
ния растворяют в воде, растворы очищают, кристаллизуют, крис-
таллы отделяют и промывают. В полученном маточном растворе
растворяют некоторое количество неочищенных кристаллов, ра-
створ очищают, упаривают, кристаллизуют, кристаллы отделяют и
промывают.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Активный уголь 285—288, 397
Антагонизм 12
Безалкогольные напитки 339—358
аппаратурно-технологическая схема
344, 345
классификация 339
негазированные 354—357
нешипучие 358
полуфабрикаты 345, 346
стойкость при хранении 353, 354
сырье 339—344
шипучие 358
Брагоректификационные установки
130-136
Вина
виноградные 204
дегустация 206
классификация 204—206
игристые (шампанские) 227—252
крепкие 220—225
плодово-ягодные 253
классификация 254, 255
переработка плодов и ягод 257—
261
особенности технологии 261 —
274
сырье 255—257
столовые 212—220
Виски 320, 321
Вода 59—61
Водка 275
обработка сортировок 285—289
приготовление водно-спиртовых
смесей 280—283
строение водно-спиртовых раство-
ров 277-279
фильтрование водно-спиртовых
смесей и водок 283—285
Водно-тепловая обработка 105—117
Водоподготовка 61—71, 275
Гидролиз ферментативный белков 34—
36
--крахмала 31—34
Дезинфекция 14
Дрожжи
кучьтивирование 120—122
маточные 154—157
метаболизм 39, 40
чистая культура 141 — 143, 189—191
хлебопекарные 147, 148, 166
выращивание 158—162
выделение 162—164
прессование 165
показатели качества 166, 168
сушка 166—168
упаковывание 166
формование 166
Зерна культуры 48—52
хранение 51, 52
Инфекция 13
Картофель 52, 53
Квас 322
сбраживание квасного сусла 334—
337
получение квасного сусла 329, 330
— квасных хлебцев и сухого кваса
322-324
— концентрата квасного сусла 324—
329
приготовление заквасок 330—334
Кислота винная 397—399
— лимонная 386—395
— молочная 395—397
— уксусная 379—385
Коньяк 300—317
Купажирование и расчет купажей 297,
298
Ликероводочные изделия 289, 290
----- качество 299, 300
Ликероналивочные изделия 289
Меласса
подготовка 139—141, 152, 153
400
сбраживание 143—146
свеклосахарная 53, 54
Механизм ферментативного катализа
17—27
Микроорганизмы 5
взаимоотношения 12, 13
культивирование 8, 9
стадии развития 5—7
Минеральные воды 359
искусственные 373—377
классификация 359—361
обработка 366—370
происхождение 361, 362
технологические схемы 371—373
Окислительно-восстановительный по-
тенциал И
Пиво
главное брожение 191—195
дображивание 195—199
дробление солода 171
затирание 172—178
кипячение сусла 181—185
осветление сусла 184
охлаждение сусла 184
показатели 202, 203
сбраживание пивного сусла 185—
189
фильтрование затора 179—181
Ром 317-320
Симбиоз 12
Солод 72
виды
жженый 97
карамельный 97
ржаной 100—103
светлый 97
темный 97
замачивание зерна 76—82
проращивание зерна 82—89
солодовое молоко 90, 91
сушка 92—94
Спирт
выделение спирта из бражки 123,
124
выход спирта 138
осахаривание разваренной массы
117-120
ректификат 136, 137
ректификация 125—127
сбраживание осахаренного сусла
122, 123
спиртовое брожение 36
сырец 127, 128, 136, 137
теоретические основы очистки
спирта от летучих примесей 128—
130
фазовое равновесие в системе эта-
нол—вода 125—127
Строение дрожжевой клетки 37—39
Ферменты
классификация 28, 29
номенклатура 28—31
Химизм процессов брожения 40—44
Хмель 56—59
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Бачурин П.Я., Усти н н и ков Б. А. Оборудование для произ-
водства спирта и спиртопродуктов. — М.: Агропромиздат, 1985,—343 с.
Бельский С. М., Лаврешкина Г. П., Дульнева Т.Н.
Технология обработки и розлива минеральных вод. — М.: Агропромиз-
дат, 1990,—149 с.
Валуйко Г. Виноградные вина. — М.: Пищевая промышленность,
1978.-217 с.
Громов С. И., Устинников Б. А. Переработка некондици-
онного сырья на спиртовых заводах. — М.: Агропромиздат, 1989. — 201 с.
Дрбоглав Е. С., Вейшторд И. П. Производство Советского
шампанского. — М.: Агропромиздат, 1984. — 48 с.
Жеребцов Н.А., Корнеева О. С., Фараджева Е. Д.
Ферменты: их роль в технологии пищевых продуктов. — Воронеж; Изд.
ВГУ, 1999. - П8с.
Калунянц К.А. Химия солода и пива. — М.: Агропромиздат,
1990.-176 с.
Кишковский 3 Н., Мержаниан А.А Технология вина.—
М.: Пищевая промышленность, 1984.—504с.
Малтабар В. М. Фертман Г. И. Технология коньяка. — М.:
Пищевая промышленность, 1971, —269 с.
Мальцев П. М. Технология бродильных производств. — М.: Пи-
щевая промышленность, 1980. —560 с.
Матвеев В. Е. Научные основы микробиологической техноло-
гии. — М.; Агропромиздат, 1985. — 224 с.
Мехузла Н. А., П а насю к А. Л. Плодово-ягодные вина. — М.:
Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 237 с.
Новаковская С С,Шишацкий Ю. И Производство хле-
бопекарных дрожжей: Справочник. — М.: Агропромиздат, 1990. — 335 с.
Перед ыгин В. М, Тарарыков Г. М, Федоров В. А.
Техника и технология производства биохимического уксуса. — Воро-
неж: ВТИ, 1987.-80 с.
Ресурсосберегающая технология в производстве спирта/
Под ред. Н. С. Терновского. — М.: Пищевая промышленность, 1994. —
192 с.
402
Родопуло А. К. Основы биохимии виноделия. — М.: Легкая и
пищевая промышленность, 1983. — 198 с.
Семихатова Н. М. Хлебопекарные дрожжи. — М.: Пищевая
промышленность, 1980. — 231 с.
Смирнов В А Пищевые кислоты. — М.: Легкая и пищевая про-
мышленность, 1983 — 231 с.
Технология солода, пива и безалкогольных напитков/ К. А Ка-
лунянц, В. Л. Яровенко, В. А. Доморецкий и др — М.: Колос, 1992. —
446 с.
Технология спирта/Подред. В.Л.Яровенко. — М.: Колос, 1996. —
464 с.
Тихомиров В. Г. Технология пивоваренного и безалкогольного
производств. — М.: Колос, 1998. —447 с.
Яровенко В. Л., Б у р а ч е в с к и й И. И. Справочник технолога
ликероводочного производства. — М.: Колос, 1988. — 288 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение......................................................... 3
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БРОДИЛЬНЫХ
ПРОИЗВОДСТВ........................................................5
1.1. Основные закономерности размножения и роста микроорганизмов....5
1.1.1. Стадии развития микроорганизмов..........................5
1.1.2. Методы культивирования микроорганизмов...................8
1.1.3. Влияние окислительно-восстановительного потенциала на жизне-
деятельность микроорганизмов....................................9
1.1.4. Взаимоотношения микроорганизмов.........................12
1.1.5. Производственная инфекция и дезинфекция.................13
1.2. Ферменты микроорганизмов и зерновых культур. Свойства ферментов
и их производственное применение..................................15
1.2.1. Структура ферментов.....................................16
1.2.2. Механизм ферментативного катализа.......................17
1.2.3. Кинетика ферментативных реакций.........................22
1.2.4. Номенклатура и классификация ферментов..................28
1.2.5. Ферментативный гидролиз крахмала........................31
1.2.6. Ферментативный гидролиз белков..........................34
1.3. Спиртовое брожение...........................................36
1.3.1. Общая характеристика дрожжей............................36
1.3.2. Строение дрожжевой клетки ..............................37
1.3.3. Метаболизм дрожжевой клетки.............................39
1.3.4. Химизм процессов брожения...............................40
Глава 2. ОСНОВНОЕ СЫРЬЕ БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ....................48
2.1. Зерновые культуры............................................48
2.2. Картофель....................................................52
2.3. Свеклосахарная меласса.......................................53
2.4. Виноград.....................................................54
2.5. Хмель........................................................56
2.6. Вода.........................................................59
2.6.1. Способы подготовки воды для технологических целей.......61
2.6.2. Аппаратурно-технологическая схема подготовки воды.......70
404
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЯ СОЛОДА........................................72
3.1. Очистка и сортирование зерна.................................74
3.2. Замачивание зерна............................................76
3.2.1. Процессы, происходящие при замачивании..................77
3.2.2. Способы замачивания зерна...............................80
3.3. Проращивание зерна...........................................82
3.3.1. Морфологические и цитологические изменения зерна........82
3.3.2. Биохимические изменения зерна...........................83
3.3.3. Изменения химического состава зерна.....................84
3.3.4. Дыхание зерна...........................................84
3.3.5. Особенности проращивания различных зерновых культур.....85
3.3.6. Способы проращивания зерна............................. 86
3.3.7. Качество свежепроросшего солода........................ 89
3.4. Получение солодового молока для производства этанола.........90
3.5. Сушка солода для пивоварения.................................92
3.5.1. Разновидности сушилок для солода........................94
3.5.2. Обработка и хранение солода.............................96
3.5.3. Требования, предъявляемые к качеству готового пивоваренного
солода.........................................................97
3.6. Получение ржаного солода.....................................99
Глава 4. ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО
СЫРЬЯ............................................................104
4.1. Подготовка картофеля и зерна к переработке..................104
4.2. Водно-тепловая обработка зерна и картофеля..................105
4.2.1. Структурно-механические изменения сырья................106
4.2.2. Физико-химические и химические превращения крахмала, сахаров,
белков и других веществ...................................... 109
4.2.3. Способы разваривания зерна и картофеля ...................111
4.3. Осахаривание разваренной массы..............................117
4.4. Культивирование производственных дрожжей....................120
4.5. Сбраживание осахаренного сусла..............................122
4.6. Выделение спирта из бражки и его очистка....................123
4.6.1. Теоретические основы процесса ректификации.............125
4.6.2. Фазовое равновесие в системе этанол—вода...............125
4.6.3. Получение спирта-сырца.................................127
4.6.4. Теоретические основы очистки спирта от летучих примесей...128
4.6.5. Основные типы брагоректификационных установок..........130
4.6.6. Качественные показатели спирта-сырца и спирта-ректификата.136
4.6.7. Выход спирта...........................................138
Глава 5. ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ МЕЛАССЫ............................139
5.1. Подготовка мелассы .........................................139
5.2. Приготовление чистой культуры дрожжей.......................141
5.3. Схема сбраживания мелассы однопоточным способом.............143
405
Глава 6. ТЕХНОЛОГИЯ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ................... ..147
6.1 Дрожжи, применяемые в дрожжевом производстве................ 147
6.2. Условия внешней среды, влияющие на синтез биомассы дрожжей.. 148
6.3. Технологическая схема производства хлебопекарных дрожжей....152
6.3.1. Приготовление питательной среды........................152
6.3.2. Получение маточных дрожжей............................ 154
6 3.3. Получение товарных дрожжей ........................ 157
6.4. Технологические схемы выращивания дрожжей ............... . . 158
6 5 Выделение прессование, формование и упаковывание прессованных
дрожжей......................................................... 162
6.6. Сушка дрожжей...............................................166
Глава 7. ТЕХНОЛОГИЯ ПИВА.........................................169
7 1 Аппаратурно-технологическая схема получения пива.............169
7 2 Получение сусла ............................................ 169
7 2.1. Очистка и дробление солода и несоложеных материалов ..171
7 2.2. Затирание . . ...................................172
7.2.3. Фильтрование затора....................................179
7.2.4. Кипячение сусла с хмелем...............................181
7.2.5. Охлаждение и осветление сусла .........................184
7.3 Сбраживание пивного сусла................................. 185
7.3.1. Характеристика пивоваренных дрожжей.................. 188
7 3.2. Разведение чистой культуры дрожжей ................... 189
7 3.3. Ведение главного брожения........................... .191
7.4. Дображивание и выдержка пива............................... 195
7.5. Осветление и розлив пива....................................199
7.6. Качественные показатели пива................................202
Глава 8. ТЕХНОЛОГИЯ ВИНОГРАДНЫХ ВИН..............................204
8 1 Классификация вин .......................................... 204
8.2. Дегустационная оценка вина..................... ... ... 206
8 3 Стадии виноделия ................................ . .....207
8 4. Типы винзаводов.............................................212
8.5. Технология столовых вин.................................... 212
8.6. Технология крепких вин......................................220
8.7. Технология ароматизированных вин.......................... 225
8 8 Технология шампанских вин....................................227
8 8.1. Технология шампанского бутылочным способом........... .232
8 8.2. Технология шампанского резервуарным способом . ... 240
Глава 9. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ ВИН..........................253
9.1. Классификация плодово-ягодных вин...........................254
9.2. Сырье, используемое в плодово-ягодном виноделии.............255
9.3. Переработка плодов и ягод.................................. 257
9 4 Особенности технологии плодово-ягодных вин.................261
406
Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ КРЕПКИХ АЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ................275
10.1. Получение водок...........................................275
10.1.1. Подготовка воды......................................275
10.1.2. Приготовление ингредиентов.......................... 276
10.1.3. Способы приготовления водно-спиртовых смесей.........280
10.1.4. Фильтрование водно-спиртовых смесей и водок..........283
10.1.5. Обработка сортировок.................................285
10.2. Получение ликероналивочных изделий........................289
10.2.1. Аппаратурно-технологическая схема получения ликероналивоч-
ных изделий..................................................290
10.2.2. Купажирование и расчет купажей.......................297
10.2.3. Выдержка ликеров и розлив продукции..................299
10.2.4. Оценка качества ликероводочных изделий...............299
10.3. Технология коньяка........................................300
10.4. Технология рома...........................................317
10.5. Технология виски..........................................320
Глава 11. ТЕХНОЛОГИЯ ХЛЕБНОГО КВАСА.............................322
11.1. Получение квасных хлебцев и сухого хлебного кваса.........322
11.2. Получение концентрата квасного сусла.......................324
11.3. Получение хлебного кваса...................................329
Глава 12. ТЕХНОЛОГИЯ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ....................339
12.1. Классификация напитков....................................339
12.2. Требования, предъявляемые к качеству основного сырья и полуфаб-
рикатов безалкогольных напитков.................................339
12.3. Аппаратурно-технологическая схема получения газированных безалко-
гольных напитков................................................344
12.4. Повышение стойкости безалкогольных напитков при хранении..353
12.5. Получение негазированных безалкогольных напитков..........354
12.6. Технология порошкообразных смесей для шипучих и нешипучих на-
питков .........................................................357
Глава 13. ПОЛУЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД.............................359
13.1. Классификация минеральных вод по химическому составу......359
13.2. Происхождение минеральных вод.............................361
13.3. Квитирование и транспортирование минеральных вод..........362
13.4. Обработка минеральных вод.................................366
13.4.1. Общие методы обработки...............................366
13.4.2. Технологические приемы обработки и розлива минеральных вод
различного состава...........................................371
13.5. Получение искусственно минерализованных вод...............373
Глава 14. ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ.................379
14.1. Получение биохимического уксуса...........................379
14.1.1. Виды и свойства биохимического уксуса................379
407
14.1.2. Уксуснокислые бактерии и условия их культивирования...381
14.1.3. Поверхностный способ получения биохимического уксуса...382
14.1.4. Глубинный способ получения биохимического уксуса......384
14.1.5. Комбинированный способ получения биохимического уксуса.384
14.2. Получение лимонной кислоты.................................386
14.2.1. Подготовка мелассы к сбраживанию......................387
14.2.2. Выращивание посевного материала.......................388
14.2.3. Сбраживание мелассных растворов с последующим отделением
мицелия.......................................................389
14.2.4. Выделение лимонной кислоты из сброженных растворов и ее крис-
таллизация ...................................................392
14.3. Получение молочной кислоты.................................395
14.4. Получение винной кислоты...................................397
Предметный указатель.............................................400
Рекомендуемая литература.........................................402
Учебное издание
Фараджева Екатерина Дмитриевна,
Федоров Виктор Алексеевич
ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Учебник для вузов
Художественный редактор В. А. Чуракова
Технический редактор Н.Н. Зиновьева
Компьютерная верстка Т. Я. Белобородовой
Корректор Е.В.Кудряшова
Лицензия № 010159 от 06.03.97 г.
Сдано в набор 08.06.01. Подписано в печать 08.01.02.
Формат 60 х 88 ’/1б. Бумага офсетная № 1.
Гарнитура Ньютон. Печать офсетная. Усл. печ. л. 24,99.
Уч.-изд. л. 27,90. Изд. № 035. Тираж 2000 экз.
Заказ зз9 .«С» №001.
Федеральное государственное ордена Трудового Красного
Знамени унитарное предприятие «Издательство «Колос».
107996, ГСП-6, Москва, Б-79, ул. Садовая-Спасская, 18.
Типография ОАО «Внешторгиздат»,
127576, Москва, Илимская, 7.
ISBN-5-10-00-3613-3
9 785100 036135