Основы биотехнологии. Вспомогательное сырье бродильных производств. (лекция № 2)

Вспомогательное сырье
Источники дополнительного питания для дрожжей
Содержащегося в мелассе фосфора, а нередко и азота, недостаточно для нормальной жизнедеятельности дрожжей, поэтому в нее добавляют в качестве источника первого ортофосфорную кислоту, в качестве источника второго — сульфат аммония, карбамид (мочевину) или диаммонийфосфат, содержащий оба элемента.

Вспомогательное сырье
Биостимуляторы
Биостимуляторы в спиртовой промышленности применяют для ускорения проращивания зерна и повышения ферментативной активности солода. Сильнейшим стимулятором является гибберелловая кислота, или гиббереллин А3 — производное гибберена.
Кислоты, используемые для подкисления сусла
Для подкисления дрожжевого сусла в производстве спирта из крахмалсодержащего сырья применяют серную кислоту, для подкисления мелассного сусла — серную или соляную кислоту.

Вспомогательное сырье
Моющие и дезинфицирующие средства
Разделение этих веществ на две группы условно, в большинстве из них моющее действие сопровождается антимикробным, и наоборот.
Сода каустическая (натр едкий технический, в твердом виде содержит 94— 98,5% NaOH, 0,8—1,9% Na2CO3 и 0,05—3,5% NaCl).
Сода кальцинированная (белый белкокристаллический порошок, содержащий не менее 99,0% Na2CO3). Бактерицидное действие проявляет 1%-ный раствор соды.

Вспомогательное сырье
Известь хлорная. Главная составная часть— гипохлорит — кальциевая соль хлорноватистой кислоты — Са(ОС1)2, которая при взаимодействии с водой распадается с выделением хлора и кислорода.
Губительное действие на микрофлору оказывают как хлор, так и кислород в момент его выделения.
Качество хлорной извести оценивается количеством содержащегося в ней «активного» (выделяющегося) хлора. Известь I сорта содержит 25 % «активного» хлора, известь II сорта – 20 %.

Вспомогательное сырье
Хлорамин Б (бензолсульфохлорамид натрия, белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде (1:20), содержащий 25—29% активного хлора; бактерициден в отношении вегетативных форм бактерий в концентрации 0,25—0,5% при температуре 30°С, спороциден при 50—60°С.
Формалин - раствор формальдегида (НСОН), содержащий 40 % формальдегида, 8 % метилового спирта и 52 % воды.
Применяют 2%-ные растворы формалина, в которых споровые формы микроорганизмов погибают в течение 60 мин.

Вспомогательное сырье
Пеногасители
Для гашения пены применяют поверхностно-активные вещества, главным образом жиры, масла и продукты их гидролитического расщепления — высокомолекулярные жирные кислоты.
Олеиновая кислота, Кашалотовый жир
Соапсток — отход щелочной рафинации растительного масла, содержит от 30 до 60% масла и значительное количество белковых, слизистых и красящих веществ.
Гидрофузы — отходы, получающиеся при механической очистке растительных масел.
Силиконовые пеногасители
Основу этих пеногасителей составляют кремнийорганические соединения, при конденсации которых образуются полисилоксаны. Пеногасящее свойство приобретается введением в них метил- и этилрадикалов и усиливается введением гидроксильных групп.
Все пеногасители плохо растворимы в воде, поэтому их применяют в виде водной эмульсии (1:10), которую стерилизуют кипячением.

Основы хранения растительного сырья Физиологические процессы, протекающие при хранении растительного сырья
1) Дыхание
Небольшие количества крахмала зерновых злаков и клубней картофеля подвергаются гидролизу и превращаются в гексоз. Образовавшиеся гексозы окисляются в диоксид углерода и воду по уравнению (аэробное дыхание):
С6Н12О6+ 6О2 6СО2+ 6Н2О + 2822 кДж
При хранении зерновых злаков в отсутствие кислорода воздуха имеет место анаэробное дыхание, которое выражается таким же уравнением, как и спиртовое брожение:
С6Н12О6 = С2Н5ОН + 2СО2 + 118 кДж
Этиловый спирт и диоксид углерода угнетающе действуют на жизненные функции клеток и приводят к потере их жизнеспособности. Анаэробное дыхание снижает прорастаемость зерна.

Физиологические процессы, протекающие при хранении растительного сырья
Нормальные клубни картофеля слабо накапливают спирт в анаэробных условиях. Т.е. картофель не проявляет способности к анаэробному дыханию и быстро портится даже в результате кратковременного отсутствия кислорода; при этом в клубнях вместо этилового спирта образуется молочная кислота.
Таким образом, дыхание растительных организмов сопровождается следующими явлениями:
потеря сухих веществ (углеводов) вследствие расходования гексоз;
изменение состава окружающей атмосферы вследствие поглощения кислорода и выделения углекислого газа;
выделение влаги;
выделение тепла.
Интенсивность дыхания выражается числом мг углекислого газа, выделяемого 1 кг данного растительного организма в час.

Физиологические процессы,
протекающие при хранении растительного сырья
Интенсивность дыхания зависит от следующих факторов:
Влажность. С появлением в зерне свободной влаги возрастает активность ферментов. Т.о. чем выше влажность, тем более интенсивно дышит зерно. Влажность зерна, при которой в нем появляется свободная влага, называется критической. Для зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса величина критической влажности 14,5—15,5%, для зерна ку­курузы, проса 12,5—13,5%.
Температура. Увеличение интенсивности дыхания растений подчиняется правилу ВантГоффа, согласно которому повышение температуры на 10° С повышает скорость реакции (интенсивность дыхания) в 2—3 раза. При температуре, близкой к 0° С, дыхание зерна не происходит. Наиболее энергичное дыхание происходит при 50—55° С. Дальнейшее повышение температуры приводит к нарушению нормального строения и функционирования протоплазмы, к коагуляции белков, инактивированию ферментов и к отмиранию зерна.
Аэрация и содержания в воздухе углекислого газа и кислорода. Отсутствие кислорода в межзерновых пространствах и над слоем зерна сокращает интенсивность дыхания. Однако хранение зерна без доступа воздуха снижает его прорастаемость. Поэтому зерно, предназначенное для приготовления солода, следует обязательно хранить с доступом воздуха.

Физиологические процессы, протекающие при хранении растительного сырья
2)Послеуборочное дозревание
Свежеубранное растительное сырье должно пройти послеуборочное дозревание, в результате которого наступает полная физиологическая зрелость и состояние покоя (сырье не прорастает). Длительность послеуборочного дозревания для картофеля и свеклы 1,5 мес., зерновых злаков — 1,5—2 мес., зерна кукурузы оказываются физиологически зрелыми сразу после удаления из них свободной влаги.
3) Прорастание
Для периода покоя необходима низкая температура. Длительность периода покоя картофеля зависит в значительной степени от сорта.
Зерновые злаки при низкой влажности (11 — 14%), очищенные от примесей, обеззараженные и охлажденные, могут находиться в состоянии покоя несколько лет.
Прорастание растительного сырья приводит к значительным потерям сухих веществ и ухудшает качество сырья.

Физиологические процессы, протекающие при хранении растительного сырья
4) Самосогревание зерна - повышение зерновой массы температуры вследствие протекающих в ней физиологических процессов (дыхание, жизнедеятельность микроорганизмов) и плохой теплопроводности.
Начальный период само­согревания зерна характеризуется повышением температуры до 24 - 30°С.
Если же процесс самосогревания не остановлен, температура зерновой массы повышается до 34 - 38° С обычно за 3 - 7 дней; существенно изменяются качество и свойства зерна - понижается сыпучесть, зерно отпотевает, появляется солодовый запах.
Далее температура повышается до 50° С и более, резко снижается сыпучесть зерна, происходит его интенсивное потемнение; зерна плесневеют и гниют. Процесс самосогревания завершается обугливанием зерна и полной потерей сыпучести зерновой массы.
При самосогревании в зерне происходит разложение крахмала до сахаров, разложение белков и жиров, образуются меланоидины. Зерно при развитии процесса самосогревания непригодно для производства солода.

Роль микроорганизмов в процессе хранения растительного сырья
Микрофлора зерна и картофеля представлена различными бактериями, дрожжами, плесневыми грибами и актиномицетами. Количественно преобладают бактерии и плесневые грибы.
Микрофлору растительного сырья можно разделить на эпифитную и фитопатогенную.
Эпифитные микроорганизмы находятся на поверхности сырья и питаются продуктами жизнедеятельности растений, выделяемыми ими на поверхность своих тканей.
Фитопатогенные микробы проникают во внутренние части растений и, развиваясь, вызывают заболевания растений, угнетают или губят их. Повышение температуры и влажности сырья усиливает развитие микрофлоры. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходят потери ценных веществ, и ухудшается его качество.

Способы хранения растительного сырья
Хранение злаковых
На предприятиях пивоваренной и спиртовой промышленности зерно хранят в амбарах (складах) и силосных элеваторах. Силосные элеваторы — это железобетонные корпуса прямо­угольной или круглой формы диаметром 6—9 м, высотой до 25— 30 м.
Преимущества силосов:
1) полная механизация работ;
2) лучшая изоляция зерна от воздействий внешней среды (колебаний температуры, осадков, грунтовых вод);
3) упрощается борьба с насекомыми и клещами;
4) исключается возможность потребления зерна грызунами и птицами;
5) для силосов требуется меньшая площадь.
Недостатки:
1) в силосах нельзя продолжительное время хранить влажное и сырое зерно;
2) быстрее, чем в амбарах, развиваются микроорганизмы, большая вероятность самосогревания.

Способы хранения растительного сырья
Вредители зерна и борьба с ними
При хранении зерно повреждают амбарные вредители: клещи, насекомые, грызуны, птицы.
Широко распространен мучной клещ. Благоприятная температура для жизнедеятельности 20—25° С и влажность от 14 до 18%.
Из насекомых наиболее опасен амбарный долгоносик. Благоприятная температура для него 25—27° С и влажность выше 14%.
Предупредительные меры направлены на ограничение доступа и создания условий, неблагоприятных для развития вредителей. Истребительные меры (дезинсекция - уничтожение насекомых и клещей, дератизация - истребление грызунов) заключаются в уничтожении вредителей химическими методами.
Рекомендуется в качестве предупредительной меры проводить дезинсекцию пустых складов перед приемкой зерна.

Способы хранения растительного сырья
Хранение картофеля
На спиртовых заводах картофель хранят в буртах — кучах треугольного сечения. Площадка, на которой укладывают бурты, называется буртовым полем. Буртовое поле располагают недалеко от завода, на сухом, желательно возвышенном месте с удобными подъездами для транспорта и с уклоном в сторону завода для прокладки гидравлического транспортера, по которому картофель направляют на завод. Буртовое поле перед закладкой картофеля на хранение перепахивают, боронуют, укатывают и дезинфицируют известью.
Длину бурта выбирают так, чтобы количество картофеля в нем соответствовало суточной переработке.
Перед укладкой картофеля в бурты устанавливают приточно-вытяжную вентиляцию: горизонтальные трубы (приточная вентиляция) и вертикальные трубы (вытяжная вентиляция).
После засыпки картофеля выравнивают склоны буртов и укрывают соломой. Поверх соломы насыпают слой земли 10—15 см.
Гребень бурта для создания естественной вентиляции не засыпают землей.