Получение и сбраживание сусла в производстве спирта. Химический состав зрелой бражки

2. Получение и сбраживание сусла в производстве спирта. Химический состав зрелой бражки

 

Получение сусла. Правильно подготовленное сусло должно иметь:

• концентрацию сахаров в пределах 16-20% (вкус уверенно сладкий);

• кислотность в пределах 4,5 - 5,8 рН (вкус слабо кислый);

• достаточное количество питательных (азотистых и фосфорных) веществ для жизнедеятельности дрожжей.

Концентрацию сахаров (или концентрацию сухого вещества - СВ) в предварительно профильтрованном сусле измеряют с помощью сахаромера или ареометра (денсиметра). Сусло с концентрацией выше 18% СВ сбраживать не рекомендуется, так как в этом случае невозможно достичь полного выбраживания сахаров - возникает “недоброд”, что впрямую снижает выход спирта, а брожение заторов с концентрацией сахаров менее 10% может перейти в уксусное, т.е. привести их к "прокисанию" - полной потере спирта.

Важное значение для процесса брожения имеет кислотность сусла, которую определяют с помощью универсальной индикаторной бумаги, которая изменяет свою окраску в зависимости от кислотности раствора.

Содержание в сусле азотистого и фосфорного питания для дрожжей зависит от сырья, из которого оно приготовлено. Сусло, приготовленное из крахмалосодержащего сырья (за исключением чистого крахмала), обычно имеет полный комплект этих веществ. Сахар или мелассу лучше перерабатывать в смеси с крахмалосодержащим сырьем, а если они перерабатываются самостоятельно, то обязательно требуется внесение дополнительного минерального питания [3, с. 89].

Таким образом, сусло можно приготавливать из смеси любого сырья в любых пропорциях: крахмалосодержащее с крахмалосодержащим и сахаросодержащее с крахмалосодержащим, лишь бы оно отвечало изложенным выше требованиям.

Подготовка сырья.

Все виды зерна и бобовых предварительно очищают от пыли, земли, камней, металлических и других примесей с помощью просеивания, сит и магнитов. Далее сырье необходимо измельчить (смолоть) так, что бы проход (просеивание) через сито с размером отверстий 1 мм составляло 85-95%, а для кукурузы - не менее 90-95%. Можно использовать готовую муку.

Картофель, топинамбур и сахарную свеклу освобождают от крупных комьев земли, камней, соломы, ботвы и металлических предметов, моют и измельчают на молотковой дробилке или терке (топинамбур можно раскрошить). Размер частиц должен быть не более 3 мм.

Фрукты и ягоды отделяют от косточек, мякоть разминают деревянной толкушкой. Подготовленное сырье взвешивают с целью расчета рецептуры и корректировки в дальнейшем технологического процесса приготовления бражки и учета выхода спирта.

Приготовление сусла из крахмалосодержащего сырья.

Крахмалосодержащее сырье включает все сельскохозяйственные зерновые и бобовые культуры, а также картофель. Основная ценность этого вида сырья заключается в наличии в нем крахмала, сахара и азотистых веществ (белки) см. таблицу 1.

Таблица 1- Средний химический состав зерна, бобовых и картофеля (в % по массе)

Культура	Крахмал	Сахар	Белки	Культура	Крахмал		Сахар	Белки
Бобы	50-58	-	10-32	Пшеница	48	-66	2-3	10-14
Горох	20-48	4-5	19-34	Рис	73	-76	1-2	7-14
Гречиха	68-72	-	7.9	Рожь	46	-55	4-7	7-12
Картофель	10-25	-	1.5-2.2	Сорго	70	-73	-	10-13
Кукуруза	58-69	4-8	8-9	Чечевица	47	-57	-	23-32
Овес	34-45	2-3	10-13	Чумиза	55	-63	1-2	12-14
Просо	42-65	-	11-14	Ячмень	43	-55	2-3	6-9

Основными технологическими этапами при приготовления сусла из этого сырья являются - разваривание, стерилизация и осахаривание. Разваривание и осахаривание проводятся с добавлением ферментов. Общее их количество расходуемое на 1 л сусла, равно 1000 ед. ас (амилолитическая способность фермента) или 100-120 мл солодового молока, приготовленного из 25-30 г белого солода (50-60 г зеленого).

Разваривание. К измельченному сырью приливают горячую воду 50-55°С (к картофелю - кипяток) и тщательно перемешивают. Количество воды берут с таким расчетом, чтобы после осахаривания готовое сусло имело 16-18% сахара по сахаромеру.

Теоретически (как было показано во введении) 1 кг крахмала под действием ферментов превращается в 1,11 кг сахара, таким образом, для получения раствора сахара 18% концентрации (плотность 1,072 кг/л, см.таб.2) необходимо 5,06 л воды на каждый кг крахмала, находящегося в сырье (см.таб.4). В указанное количество воды входит и вода, вносимая в сусло с солодовым молоком (или раствором фермента) и влагой сырья (последнее относится картофелю и подмоченному зерну).

Таблица 2- Нормы расхода воды на каждый кг сухого сырья в зависимости от % содержания в нем крахмала

Крахмал %	Вода л	Крахмал %	Вода л	Крахмал %	Вода л	Крахмал %	Вода л
15	0.76	35	1.77	55	2.78	75	3.80
20	1.01	40	2.02	60	3.04	80	4.05
25	1.26	45	2,28	65	3.29	85	4,30
30	1.52	50	2,53	70	3.54	100	5.06

В полеченную кашку добавляют 1/5 часть приготовленного фермента. Смесь постепенно подогревают при постоянном перемешивании до температуры клейстеризации: зерновое сырье до 65-70°С, а картофельное - до 90-95°С, для растворения и разваривания крахмальных зерен, выдерживают при этой температуре 2-3 часа. Затем вновь подогревают до 95-98°С и выдерживают в течении 15-20 мин.

Стерилизация. Разваренное сусло кипятят в течении 30-40 минут. Сусло из подпорченного сырья стерилизуют более продолжительное время 1-1,5 часа.

Осахаривание. Разваренную массу охлаждают до температуры осахаривания 57-58°С и добавляют в нее остальную часть (4/5) ферментов,. перемешивают и выдерживают при этой температуре до полного осахаривания. Поддержание температуры особенно важно для этого процесса, т.к. понижение температуры увеличивает время процесса и способствует развитию бактерий, а увеличение температуры выше 70°С разрушает ферменты в результате чего осахаривание полностью останавливается.

Время осахаривания крахмальных молекул разного сырья различно и изменяется от 30 мин (картофель) и 1,5 ч (кукуруза, пшеница) до 2 ч (ячмень). Указать более точное время осахаривания трудно, т.к. оно полностью зависит от степени измельчения сырья, температуры и длительности разваривания, активности и количества внесенных ферментов.

Полноту осахаривания проверяют йодной пробой. При полном осахаривании окраска капли фильтрата сусла от прибавления к нему капли йода не должна, изменяться, что свидетельствует о полном распаде крахмала на простые сахара. Красный цвет свидетельствует о наличии в сусле большого количества декстинов (часть крахмальной молекулы, но еще не сахар), сине-фиолетовый указывает на присутствие неосахаренного крахмала. Цветовое окрашивание сусла характерно только при использовании солода, при осахаривании промышленными ферментами окраска может оставаться светло-коричневой, однако вкус сусла после полного осахаривания должен быть уверенно сладкий, а его концентрация - 16-18% по сахаромеру.

Если осахаривание проходит плохо, необходимо более тонкое измельчение исходного сырья, повышение температуры и увеличение времени клейстеризации, лучшее перемешивание замеса с ферментами или увеличение их количества.

Приготовление сусла из сахаросодержащего сырья.

Ценность этого вида сырья определяется наличием в нем сахара (см.таб.5)и веществ, необходимых для жизнедеятельности дрожжей. Переработка этого сырья осуществляется по упрощенной схеме (исключаются стадии разваривания и осахаривания (см.рис.1). Для приготовления сусла достаточно перевести сахар, содержащийся в этом сырье, в раствор. Для извлечения сахара можно применить экстрагирование (диффузию).

Таблица 3- Содержание сахаров в плодах и ягодах

Сырье	Сахар %	Сырье	Сахар %.	Сырье	Сахар %
Абрикосы	5-6	Груши	8-16	Рябина/ч	6-7
Айва	6-7	Изюм *	65-68	Свекла/с	12-18
Брусника	4-5	Крыжовник	8-10	Слива	7-12
Виноград	14-22	Курага *	35-40	Топинамбур	18-20
Вишня	7-11	Малина	6-7	Чернослив *	30-35
Вишня *	28-32	Меласса	48-62	Яблоки	9-11

Приготовление диффузионных соков обычно применяется при переработке сахарной свеклы, топинамбура, сушеных плодов и ягод и осуществляется одно- или многоступенчатым способом.

Измельченное сырье заливают кипятком до полного покрытия его водой и перемешивают. За счет диффузии сахар сырья переходит в добавленную воду. Через 45-50 минут концентрации сахара в воде и в сырье выравниваются, и процесс диффузии прекращается. Сок отцеживается с одновременным прессованием мезги - это одноступенчатый способ, при котором мезга содержит еще большое количество сахара.

Для более полного извлечения сахара из сырья полученный сок сливается в новую порцию измельченного сырья, в котором концентрация сахара выше, чем в соке, а отпрессованная мезга вновь заливается кипятком - так реализуется двухступенчатый способ вымачивания. Трехступенчатый способ реализуется аналогичным образом.

Приготовленный диффузионный сок проверяют на концентрацию сахара и стерилизуют в течение 40 минут. Сок из плодов можно получать прессованием нa винтовом прессе или при помощи соковыжималок различных марок. Поскольку сок многих плодов и ягод отжимается с большим трудом, то перед прессованием рекомендуется предварительная обработка, например, частичное подбраживание.

Плоды или ягоды раздавливают. Из небольшого количества этой кашицы отцеживают сок и определяют в нем концентрацию сахара сахаромером или по табл.7. Затем добавляют дрожжевой затор или ждут самозабраживания кашицы нa собственных дрожжах, находящихся в сырье (виноград). Под действием дрожжей клеточные оболочки полностью разрушаются, сок полностью переходит в сусло, а мезга с пузырьками углекислого газа всплывает наверх плотным слоем. В процессе брожения сусло следует несколько раз перемешать. Через 1-2 суток сусло процеживают, мезгу отпрессовывают, а полученный сок сливают в бродильную емкость. Для более полного извлечения сока отпрессованную мезгу следует залить небольшим количеством кипяченой воды при комнатной температуре и через 3-6 часов после возобновления брожения мезгу отпрессовать, а полученный сок влить в бродильную емкость и продолжить брожение.

Если для приготовления сусла используется только сахар или меласса, то необходимо приготовить их водный раствор с несколько большей концентрацией: для сахара - 20% СВ, используют 170-190 г на один литр воды; для мелассы 25% СВ (т.к. в мелассе 80% СВ и только 48-62% сахарозы, плотность 1,30-1,42), на один килограмм мелассы добавляют 4 литра воды.

Коррекция сусла.

Если приготовленное сусло не отвечает указанным выше требованиям, то производится его коррекция.

Сахар. Отклонения концентрации сахара в сусле возникают из-за ошибок в расчете рецептуры, неполного осахаривания крахмала или отсутствия точных данных о его содержании в исходном сырье, малой сахаристости исходных плодов. Если концентрация сахаров в сусле выше нормы, то в сусло добавляется вода, если ниже - добавляется сахар, меласса или более концентрированное сусло.

Кислотность. Если сусло имеет недостаточную кислотность, то его подкисляют молочной сывороткой, серной, лимонной, уксусной или ортофосфорной кислотами. Сусло, приготовленное из некоторых ягод и фруктов, может иметь очень высокую кислотность, из-за которой даже при низкой концентрации сахара брожение протекает чисто (без образования уксусных бактерий), но очень медленно.

Питательные вещества. Обычно сусло, приготовленное из любого растительного сырья (и особенно из крахмалосодержащего), содержит достаточное количество азотистых и фосфорных минеральных веществ, необходимых для питания дрожжей и поэтому не требует коррекции.

Недостаточное количество этих веществ, как правило, имеют сусла, приготовленные из тростниковой (черной), сахаротростниковой и рафинадной меласс, тростникового сахара-сырца и дефектного белого сахара в смеси со свеклосахарной мелассой или отдельно. Поэтому на практике это сырье рекомендуют перерабатывать в смеси с зерновым или картофельным. При невозможности такой переработки расход питательных веществ для дрожжей на 1 кг сбраживаемых сахаров указанных видов сырья составляет:

- для меласс: ортофосфорная кислота (70%) или диаммонийфосфат - 3.3г; карбамид или сернокислый аммоний - соответственно 9 и 20 г; для "чистых сахаров": сульфат аммония - 1,5-2 г; суперфосфат - 3-4г, для азотистого питания - 25% раствор аммиака - 0.4мл/л. В качестве питательной среды можно использовать автолизат дрожжей (прессованные дрожжи 200 - 300г смешать с 0,5 л воды, довести до кипения и кипятить при перемешивании 15 минут).

Вода.

Вода имеет важное значение при изготовлении спирта. Она должна отвечать гигиеническим требованиям, предъявляемым к питьевой водке, быть прозрачной, бесцветной, не иметь запаха и постороннего привкуса, а кроме того, мягкой, с малым содержанием солей магния и кальция.

Кипяченную воду применять не следует, потому что в ней почти нет растворенного воздуха, необходимого дрожжам. Природная вода не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питьевой воде, в этих случаях воду подвергают очистке отстаиванием и фильтрованием через специальные угольные фильтры.

Для проведения всех технологических процессов переработки пищевого сырья в спирт наиболее благоприятная кислотность воды (рН 4,5-5,5). Такая реакция воды способствует более полному осахариванию крахмала и сбраживанию сусла. В щелочной среде в процессе брожения образуется глицерин, в нейтральной развариваются кислотообразующие бактерии. Кислотность воды определяют универсальной индикаторной бумагой. Микробиологическая чистота воды требуется во всех случаях. Практически микробиологически чистой можно считать воду из артезианских колодцев и из сети городского водоснабжения.

Сбраживание сусла. Для брожения можно употребить стеклянную, деревянную или металлическую (из нержавейки) емкости. Первая удобна для начинающих в том отношении, что в ней видны все процессы, происходящие во время брожения. Чем больше по объему сосуд для брожения, тем лучше: соприкосновение с воздухом уменьшается, а процессы брожения и дозревания менее подвержены влиянию извне. Отличными сосудами являются аптекарские емкости 20 или 10 л, особенно хороши - из темного стекла. Емкости перед употреблением должны быть хорошо вымыты, ошпарены кипятком или ополоснуты спиртом (можно несортовым). Сосуды для брожения должны быть снабжены бродильными шпунтами или затворами.

После стерилизации сусло охлаждают до температуры 20-25°С, переливают в бродильную емкость и вносят в него дрожжевой затор в количестве 3-10% от объема сусла.

Брожение имеет три стадии: начальное брожение-возбраживание, главное брожение и дображивание. В начальной стадии происходит насыщение бражки углекислым газом, температура повышается на 2-3°С, вкус остается сладким. При главном брожении бражка приходит в оживленное состояние начинается интенсивное выделение углекислого газа, на поверхности образуется пена, температура повышается до 30°С. Если температура продолжает повышаться, то требуется принудительное охлаждение, при 50°С дрожжи погибают, и брожение останавливается. При дображивании уровень бражки понижается, пена оседает, температура уменьшается до 25-26°С, вкус становится горько кислым. Конец брожения определяют по прекращению передвижения сбраживаемой среды, окончанию выделения углекислого газа и просветлению бражки.

Длительность брожения зависит от ряда факторов (качества компонентов сусла, отклонения от технологии и др.) и колеблется в пределах от 3 до 20 суток.

Зрелая бражка обычно имеет кислотность рН 4,9... 5,2 и является многокомпонентной смесью, содержащей (в %): воды 82...90, сухих веществ 4...10, этилового спирта 5...12, остаточных сахаров (недоброд) не более 0,45 и сопутствующих примесей до 0,05. Качественный состав бражки может изменяться в зависимости от вида и качества исходного сырья и соблюдения технологии его переработки.

Концентрацию спирта в бражке определяют в дистилляте, полученном после отгонки его из бражки на специальном приборе, состоящем, в частности, из 2-х колб и прямоточного стеклянного холодильника, а также электроплитки.

Заключение

Чрезмерное употребление некоторых вкусовых продуктов оказывает неблагоприятное влияние на организм человека. Установлено, например, что при злоупотреблении крепким кофе в сыворотке крови возрастает уровень свободных жирных кислот, а это способствует заболеванию сердца и сосудов; у диабетиков повышается содержание сахара в крови.

Социально-гигиенической проблемой во многих странах является излишнее потребление алкогольных напитков.

Традиционной особенностью структуры потребления алкогольных напитков в нашей стране являлось преобладание крепких спиртных напитков по сравнению с вином и пивом.

Ученые России и некоторых других стран совместно с работниками пищевой промышленности ведут исследования по разработке рецептур и технологии получения новых видов безалкогольных напитков из натурального растительного сырья. Такие напитки, обладая приятными освежающими вкусом и ароматом и тонизирующим действием, должны стать достойными конкурентами напитков, содержащих алкоголь, избыток кофеина или вредного алкалоида кокаина (в напитке кока-кола).

Существующая в настоящее время крайне актуальная проблема повышения биологической ценности продуктов питания в значительной мере решается и в отраслях пищевой промышленности, вырабатывающих вкусовые товары. Так, в отраслях, связанных с бродильными производствами, уже реализуются результаты исследований ученых, согласно которым проросшее зерно (солод), содержащее комплекс биологически активных веществ, используется для получения ценных продуктов лечебно-профилактического назначения, детского питания, пищевых продуктов повышенной биологической ценности, и прежде всего безалкогольных напитков.

Список литературы

1. Гладилин Н.И. Руководство по ректификации спирта, Пищепромиздат, 2008. -516 с.

2. Ильинич В.В. Технология спирта и спиртопродуктов. М.: ВО "Агропромиздат", 2009. - 383 с.

3. Маринченко В.А.Технология спирта. М.: Легкая и пищевая промышленность, 2007. – 416 с.

4. Фертман Г.И. Технология продуктов брожения. - М.: Высшая школа, 2008. - 343 с.

5. Инструкция по технологическому и микробиологическому контролю спиртового производства. Изд. 6-ое, 2008г. - 399 с.