Producerea alcoolului etilic din cereale

proiect

2010

1

CUPRINS

O SCURTA ISTORISIRE.............................................................................................................................1

2.TEHNOLOGIA FABRICĂRII ALCOOLULUI ETILIC....................................................42.1. GENERALITATII.......................................................................................................4

2.2.VARIANTE TEHNOLOGICE DE FABRICARE A ALCOOLULUI DIN CEREALE.......................................................................................................................4

2.3. FABRICAREA ALCOOLULUI DIN CEREALE CU FIERBERE SUB PRESIUNE A MATERIILOR PRIME.......................................................................5

3. MATERII PRIME UTILIZATE LA FABRICAREA ALCOOLULUI.............93.1. PORUMBUL.............................................................................................10

3.2. SECARA................................................................................................113.3. GRÂUL..............................................................................................113.4. ORZUL..............................................................................................113.5. OVĂZUL...........................................................................................124. MATERII PRIME AUXILIARE ŞI UTILITĂŢI FOLOSITE LA FABRICAREA ALCOOLULUI...............................................................124.1. MALŢUL VERDE...........................................................................134.2. Preparate enzimatice microbiene.......................................................144.3. Substanţe nutritive şi factori de creştere............................................164.4. Acidul sulfuric....................................................................................184.5 Substanţe antispumante.......................................................................18. 4.6. Substanţe antiseptice şi dezinfectante............................184.7. Alte materii auxiliare..........................................................................194.8.Apa......................................................................................................204.9. Aerul tehnologic...............................................................................204.10. Energia electrică şi aburul................................................................215.Procesul tehnologic adoptat...................................................................215.1. Recepţia materiilor prime...................................................................215.2. Depozitarea şi conservarea cerealelor................................................225.3.Pregătirea cerealelor.........................................................................235.4. Fierberea materiilor prime amidonoase........................................235.5.Fierberea porumbului.......................................................................255.6. Zaharificarea materiilor prime.......................................................275.7. Procesul tehnologic de zaharificare a plămezilor de cereale........28

6. DISTILAREA...................................................................................................376.1 Dimensionarea coloanei de distilare...............................................................37

6.2.Diferenţa dintre Distilarea continuă şi Distilarea discontinuă.....416.3 Valorificarea subproduselor şi a deşeurilor de la fabricarea alcoolului..................................................................................................42

2

6.3.1. Dioxidul de carbon.....................................................................426.3.2. Alcoolul tehnic...............................................................................446.3.3..Uleiul de fuzel................................................................................446.3.4. Borhotul din cereale......................................................................45

7.CONCLUZII.........................................................................................................................................47

O SCURTA ISTORISIRE

**Un dar de la arabi**

*La sfârşitul primului mileniu al erei noastre, cel mai mare centru cultural al Europei nu a

fost nici Roma, nici Bizanţul, nici Londra. A fost Cordoba, capitala Andaluziei arabe, in sudul

Spaniei de astăzi. Acolo existau parcuri, palate, drumuri pavate, lămpi cu ulei care luminau

străzile, şapte sute de moschei, trei sute de băi publice şi un vast sistem de canalizare. Cea mai

impresionantă dintre toate acestea era insă biblioteca publică, terminată în jurul anului 970,

care continea aproape un milion de cărţi (mai multe decât orice bibliotecă europeană).

Aceasta era doar cea mai mare dintre cele şaptezeci de biblioteci ale oraşului. Nu este de

mirare că Hroswitha, un cronicar german din secolul al X-lea, a descris Cordoba ca

fiind ,,bijuteria lumii”*.

Cordoba a fost unul dintre cele mai mari centre de studiu din lumea arabă, care se întindea de

la nord de Pirinei, din Franţa, pâna la munţii Pmir din Asia Centrală şi în sud, până la Valea

Indusului, in India. În timp ce înţelepciunea greacă începea sa se piardă in majoritatea

regiunilor din Europa, învăţaţii arabi îşi continuau studiile în Cordoba, Bagdad şi Damasc, în

domenii ca astronomia, matematica, medicina, şi filozofia, preluând cunoştinţele greceşti,

indiene şi persane.Ei au inventat astrolabul, au descoperit algebrasi sistemul actual de numere,

au folosit pentru prima dată plante ca anastezice şi au creat noi tehnici de navigaţie, folosind

busola (a fost adusă din China), trigonometria şi hărţile de navigaţie. Printre numeroasele lor

3

realizări se numără şi perfecţionarea şi răspândirea unei tehnici care a dat naştere unor noi

sortimente de băuturi: DISTILAREA

Acest proces, care constă în vaporizarea şi condensarea unui lichid pentru a separa şi purifica

părţile sale componente, are origini stăvechi. O instalaţie simplă de distilare, datând tocmai

din mileniul al II-lea î.Hr, a fost descoperită in nordul Mesopotamiei, unde, potrivit

inscripţiilor cuneiforme de mai târziu, era folosită la obţinerea parfumurilor. Grecii şi romanii

cunoşteau şi ei această tehnică, Aristotel, de exemplu, a observat că lichidul obţinut prin

condensarea vaporilor degajaţi la fierberea apeii sărate era nesărat. De abia mai târziu, însă,

începând cu lumea arabă, distilarea a devenit o tehnică folosită frecvent pentru vin, mai ales

de catre învăţatul arab Jabir ibn Hayyan, care a trăit în secolul al VIII-lea şi care este cunoscut

ca unul dintre părinţii chimiei. El a creat o instalaţie de distilare îmbunătăţită, numită şi

alembic, cu ajutorul căruia el şi alţi alchimişti arabi au distilat vinul şi alte substanţe pe care le

foloseau în experimentele lor.

Prin distilare, vinul devine mai tare, pentru că punctul de fierbere al alcoolului (78 °C) este mai

coborît decat al apei (100°C). Când vinul se încălzeşte, de pe suprafaţa lui se ridică aburi cu

mult înainte ca lichidul să înceapă să fiarbă. Datorită punctului de fierbere scăzut al

alcoolului, aceşti vapori conţin o cantitate mai mare de alcool decât lichidul original. Prin

colectarea şi condensarea acestor vapori bogaţi in alcool, se obţine un lichid cu un conţinut de

alcool mai ridicat decât al vinului, deşi nu este nici pe departe alcool pur, deoarece o parte a

apei şi alte impuritaţi se evaporă chiar şi la temperaturi sub 100°C.

Conţinutul de alcool poate fi ridicat prin distilări repetate, precedeu numit şi purificare.

Cunoştinţele despre distilare, care, bineînţeles, au reprezentat doar o mică parte a moştenirii

lăsate de arabi, consemnate şi aprofundate de învăţaţi, au fost traduse din arabă în latină şi au

aprins dorinţa de studiu în vestul Europei. Termenul “alembic”, care denumeste vasul cu

formă specială folosit la distilare, cuvântul “alcool” arată originea băuturilor obţinute prin

distilare în laboratoarele alchimiştilor arabi. El provine din “al-koh’l’’, numele dat prafului

negru rămas după purificarea antimoniului care era folosit ca produs cosmetic pentru

machiajul pleoapelor.

Termenul a fost folosit apoi de către alchimişti pentru a denumi, in general, substanţele

purificate prin distilare, astfel că vinul distilat a ajuns să fie cunoscut ca “alcool de vin’’.

4

De la originile sale obscure, in laboratoarele alchimiştilor, noile băuturi obţinute prin distilare

au devenit foarte importante in epoca marilor descoperiri geografice, pe măsură ce

exploratorii europeni au întemeiat noi colonii şi apoi, adevarate imperii în întreaga lume.

Băuturile astfel obţinute, în afara faptului că aveau o mulţime de întrebuinţări, reprezentau o

formă de alcool mai puţin perisabil şi mai uşor de transportat pe mare. Aceste băuturi au

devenit bunuri economice atât de importante, încat impozitarea şi contolul acestora au fost

considerate chestiuni de importanţă politică şi au influenţat cursul istoriei. Învăţaţi arabi, care

au distilat vinul pentru prima dată, au considerat produsul obţinut mai degrabă un ingredient

alchemist sau un leac, decât o băutură destinată consumului obişnuit. Doar cînd procedeul s-a

raspîndit în Europa creştina, aceste băuturi au început să fie consummate.

5

2.TEHNOLOGIA FABRICĂRII ALCOOLULUI ETILIC

2.1. GENERALITATII

Industria spirtului se bazează în principal pe activitatea fermentativă a drojdiilor, care

transformă glucidele fermentescibile din substrat în alcool etilic ca produs principal de

fermentaţie şi respectiv în biomasă.

Noţiunea de spirt reprezintă denumirea uzuală a alcoolului produs pe cale industială, prin

aceasta întelegându-se un amestec de alcool etilic (pâna la o concentraţie de 96,5% volum),

apă şi alte elemente. El este un lichid incolor, cu miros specific, gust arzător, miscibil în orice

proporţie cu apa şi inflamabil. Astfel alcoolul etilic rafinat denumit şi spirt rafinat, care se

obţine ca produs principal în fabricile de spirt are o concentraţie alcoolică de aproximativ

96% vol. În tehnologia spirtului mai întâlnim noţiunea de alcool etilic absolut sau anhidru prin

care se înţelege de fapt substanţa chimică ca atare (alcoolul etilic 100%).

2.2.VARIANTE TEHNOLOGICE DE FABRICARE A ALCOOLULUI DIN CEREALE

Fabricarea alcoolului din cereale se poate face prin doua procedee şi anume:

cu fierbere sub presiune a materiei prime (HDV)

fără fierbere sub presiune (DSA)

Procedeele clasice de producere a alcoolului din cereale se bazează pe fierberea sub

presiune a materiei prime, care se face în scopul gelificării şi solubilizării amidonului,

astfel încât acesta să poată fi atacat de către amilaze la zaharificare.

Aceste procedee prezintă următoarele dezavantaje:

6

consumul de energie termică este ridicat

modul de lucru este discontinuu, iar posibilităţile de recuperare a căldurii sunt reduse

datorită solicitării termice ridicate a materiei prime (150…165°) se formează

melanoidine şi caramel, plămezile obţinute nu sunt omogene, iar borhotul rezultat are

o valoare furajeră mai scazută

Procedeele de prelucrare fără presiune se bazează pe faptul că energia termică necesară

pentru fierberea sub presiune este înlocuită, in mare parte, prin energia de mărunţire a

materiei prime, astfel încât amidonul granular să poată fi zaharificat. Necesarul de energie

electrica pentru mărunţire variază, în funcţie de gradul de mărunţire dorit şi procedeul

folosit, intre 16 şi 30 kW / t cereale, fiind mult mai scăzut decât necesarul de energie

termică de la fierbera sub presiune.

2.3. FABRICAREA ALCOOLULUI DIN CEREALE CU FIERBERE SUB PRESIUNE A MATERIILOR PRIME

Fabricarea alcoolului din materii prime amidonoase (cereale) se desfăşoară dupa schema

tehnologică prezentată in figura 1.

În ordinea succesiunii lor, fazele procesului tehnologic şi operaţiile care se execută în cadrul

acestora sunt următoarele:

1. Curăţirea materiei prime constă în îndepartarea din cereale cu instalaţii speciale a

prafului, a corpurilor metalice, a copurilor străine (bulgări de pământ, piatră, paie,

coceni etc.) care au dimensiuni mai mari decât ale bobului de porumb.

2. Fierberea cerealelor se realizează în recipienţi cu regim de funcţionare sub presiune

(4-4,5 at), în scopul eliberării granulelor de amidon din celulele endospermului

(bobului de cereale) pentru a putea fi zaharificate.

3. Zaharificarea amidonului din cerealele se realizează cu ajutorul laptelui de slad, care

conţine o enzimă specifică numită diastază, cu însuşirea de a scinda amidonul până la

maltoză şi dextrin. Zaharificarea se efectuează cu ajutorul utilajului numit

zaharificator.

Sladul se fabrică după schema tehnologică inclusă în figura 1.

7

4. Fermentarea plămezilor zaharificate în care maltoza şi dextrinele rezultate din

procesul de zaharificare sunt scindate de către enzimele specifice din drojdiile de

fermentare, in glucoză, iar aceasta din urmă în alcool şi bioxid de carbon. Utilajul

specific pentru realizarea fermentării se numeşte lin de fermentare.

Drojdiile pentru fermentare (cuibul de drojdie) se prepară după o tehnologie

stabilită, in vase de constructie specială, denumite şi lidnere.

Din procedeul de fermentare rezultă ca produs secundar bioxidulde carbon care, la

cele mai multe fabrici, este captat, purificat şi îmbuteliat, fiind apoi folosit în

scopuri alimentare sau industriale.

5. Distilarea este faza procesului tehnologic în care se separă alcoolul etilic şi alţi

produşi volatili folosind căldura vaporilor de apă. Această operaţie se efectuează în

instalatii complexe de distilare ( coloane de distilare şi anexele respective). Lichidul

alcoolic obţinut prin distilare se numeşte spirt brut. Plămada dezalcolizată se numeşte

borhot, acest subprodus fiind un furaj valoros pentru anumale, atunci când provine de

la fabricarea spirtului din porumb.

6. Rafinarea este ultima fază a procesului tehnologic prin care, în instalaţii speciale, se

realizează separarea alcoolului etilic care este componentul principal (minimum 96%)

din spirtul rafinat.

Din procesul de rafinare ca produse secundare se obtin spirtul frunţi, alcătuit din produşi mai

uşori volatili şi spirtul cozi,compus din produşi mai greu volatile(alcooli superiori) decât

alcoolul etilic.Amestecul de spirt frunţi şi spirt cozi este cunoscut sub denumirea de

alcool(spirt) tehnic.

8

Materii prime amidonoase(cereale)

Curăţire separare (spălare)

Curăţire Sortare ImpurităţiImpurităţi

Cântărire Cântărire

Fierbere sub presiune

Spălare

Zaharificare Înmuiere

Însămânţare Germinare CO2

Fermentare Măcinare cu apă- lapte de

sladDistilare spirt

brut

Rafinare

Spirt rafinatFrunţi Cozi Apă de luter

CO2

Borhot

Ulei de

fuzel

Fig 1.Schema tehnologică de fabricare a spirtului din cereale cu fierbere sub presiune

9

3. MATERII PRIME UTILIZATE LA FABRICAREA ALCOOLULUI

10

Depozitare

Transport

Precuratire

Cantarire

Macinare

Fluidificare

Racire la 55 ºC

Enzime zaharificatoare

Enzime de Fluidificare

Apa Cereale Abur H2SO4 Drojdie

Receptie

Zaharificare

Racire la 30º C

Fermentare

Distilare

Alcool brut

Rafinare

Depozitare

Alcool rafinat

Insamantare

Racire la 18-20ºC

Multiplicare in laborator

Prefermentare

Acidulare

Ulei de Fuzel

Plamada de drojdie

Frunti BorhotApa de luter

CoziCO2

Spalare

Ape de spalare

CO 2

În funcţie de natura substanţelor utile pe care le conţin, materiile prime folosite la

fabricarea alcoolului se pot clasifica astfel:

1. Materii prime amidonoase

Cereale: porumb, secară, grâu, orz, ovăz, sorg, etc.

Cartofi

Rădăcini şi tuberculi de plante tropicale :rădăcini de manioc, tuberculi de batate etc.

2. Materii prime zaharoase

Sfecla şi trestia de zahăr

Melasa din sfeclă şi trestie de zahăr

Struguri, fructe, tescovine dulci etc.

3. Materii prime celulozice

Deşeuri din lemn de brad, molid, fag etc.

Leşii bisulfatice rezultate de la fabricarea celulozei

4. Materii prime care conţin inulină şi lichenină:

Tuberculi de topinambur

Rădăcini de cicoare

Muşchi de Islanda

Materiile prime prezentate nu epuizează totalitatea materiilor prime posibile a fi folosite la

fabricarea alcoolului şi drojdiei, se fac cercetări pentru descoperirea de noi surse de materii

prime din care să se poată obţine în condiţii economice alcool.

Materiile prime folosite în ţara noastră la fabricarea spirtului sunt porumbul si cartofii. Secara

sau grâul se utilizează rar, atunci când, din cauza unor degradări suferite nu li se pot da alte

întrebuinţări ( în alimentaţie sau la furajarea animalelor).

11

Orzul este materia primă pentru fabricarea sladului necesar zaharificarii plămezilor de porumb

sau cartofi.

3.1. PORUMBUL

Porumbul este o plantă supraterană care creşte in zonele temperate, limita nordică a culturii

fiind paralela 50.

După conţinutul de amidon şi randamentul în alcool, porumbul este materi primă cea mai

valoroasă din acest punct de vedere.

Fructul plantei îl constituie coceanul de porumb cu boabele împlantate în el.

Din fruct, utilizabile pentru fabricarea spirtului sunt boabele (seminţele). Bobul de porum

conţine două elemente principale:

Germenele,care constitue 12-15% din masa bobului

Endospermul (rezerva de amidon,zahăr,proteine) care ocupă circa 84% din masa

bobului.

Amidonul din porum conţine ca principali componenţi 10-15% amiloză şi 85-90%

amilopectină.În germene, se află concentrate grăsimi sub formă de acizi graşi, grăsimi ce

pot fi valorificate în ulei comestibil de porumb rezultat de la fabricile de spirt, subprodus

cu mare valoare nutritivă furajeră.

Porumbul, recoltat, depozitat şi conservat corespunzător, are următoarea compoziţie

chimică: substanţe neazotoase 68%, substanţe azotoase 10%, substanţe grase 5%,celuloză

brută 2% cenuşă 1%, umiditate 14%.

Porumbul este deci o materie primă foarte valoroasă, datorită posibilitaţilor de obţinere a

alcoolui,a uleiului vegetal şi a borhouluit cu valoare nutritivă ridicată.

3.2. SECARA

12

Secara face parte din familia gramineelor, cu tulpină înaltă şi frunze subţiri având

lungimea de 13-20 cm. Este o secară puţin pretenţioasă la sol şi climat.

Bobul de secară are unele trăsături comune cu cele ale grâului, are însă bobul mai alungit

decât acesta. Bobul de secară se caracterizează prin: culoarea învelişului verde, galbenă şi

uneori cenuşie

Din punct de vedere a legaturii straturilor, secara prezintă unele deosebiri faţă de grâu:

învelişul secarei are o concreştere mai avansată cu aleuronul şi corpul făinos. Suprafaţa

exterioară a bobului de secară privită cu lupa apare cu striuri transversale fine, iar

şănţuleţul ventral este mai puţin evident decât la grâu. Învelişul bobului de secară este mai

gros şi mai elastic, de aceea secara se macină greu şi rezultă mai multă tărâţă.

3.3. GRÂUL

Grâul este folosit în principal la fabricarea făinii de diferite tipuri,a crupelor sub formă de griş

şi arpacaş, a expandatelor şi aplatizatelor de tipul pufarinului şi a fulgilor, a pastelor făinoase,

glucozei şi alcoolului. Principalele părţi componente ale bobului de grâu sunt: endospermul,

învelişul şi embrionul. Endospermul este format din două părţi: corpul făinos şi stratul

aleuronic.

3.4. ORZUL

Orzul este o plantă cultivată din cele mai vechi timpuri. În ţara noastră, orzul este a treia

cultură după grâu şi porumb, iar din întreaga suprafaţa folosită pentru cultura orzului, peste

25% este ocupată cu orz de toamnă. Orzul obişnuit (Hordeum L) este o graminee şi are 4 sau

6 rânduri de boabe pe spic. Este folosit la fabricarea sladului pentru spirt. Planta de orz este

constituită din rădăcină, tulpină, frunze şi fruct. Fructul sau bobul de orz este constituit din

trei părţi principale: coajă sau tegument, miezul sau endospermul şi embrionul bobului.

Endospermul este separat de embrion printr-un strat de celule aleuronic, unde se produc o

parte din enzimele ce solubilizează în prezenţa apei o parte din substanţele de rezervă. Printre

aceste enzime se deosebesc diastazele, citazele, fitazele, lipazele şi altele care au un rol

important în zaharificarea plămezilor de porumb.

3.5. OVĂZUL

13

Ovăzul este o plantă anuală din familia gramineelor cu fructul fusiform, îmbrăcat în palee,

cu şanţ de faţa inferioară, acoperit pe toată suprafaţa cu perişori scurţi şi fini. Părţile

componente ale ovăzului cuprind următoarele proporţii medii: 25% pleavă, 3-4%înveliş,

1,4% stratul aleuronic, 3% embrion, 54% endosperm. In afară de industria alcoolului,

ovăzul este folosit la fabricarea crupelor sub formă granular, fulgi şi mai rar la fabricarea

unor sorturi de făină care împreună cu faina de grâu,secară sau orz intră în compoziţia

unor sortimente de panificaţie. Produsele de ovăz sunt destinate în special copiilor,

vârstnicilor şi în unele cazuri intră in dieta unor persoane suferinde.

4. MATERII PRIME AUXILIARE ŞI UTILITĂŢI FOLOSITE LA FABRICAREA ALCOOLULUI

Principalele materii auxiliare care intervin în procesul tehnologic de fabricare a

alcoolului sunt: malţul verde, preparatele enzimatice microbiene, substanţele nutritive,

acidul sulfuric, factorii de creştere, antispumanţii, substanţele antiseptice şi dezinfectante.

Dintre principalele utilităţi se pot menţiona apa şi aerul tehnologic.

4.1. MALŢUL VERDE

Malţul verde este folosit în tehnologia alcoolului din materii prime amidonoase

ca agent de zaharificare, datorită enzimelor amilolitice acumulate în timpul

germinări. Fabricarea malţului verde pentru alcool este mai simplă în

comparaţie cu producerea malţului pentru bere, deoarece în acest caz

interesează în principal obţinerea unei activităţi amilazice cât mai ridicate.

Procesul tehnologic de obţinere a malţului verde este asemănator cu malţul

pentru bere, dar durata de germinare este mai mare.

Se foloseşte pentru conţinutul său în enzime amilolitice, enzime de lichefiere şi zaharificare a

plămezilor. Din punct de vedere al calităţi, malţul verde se apreciează după:

Aspectul exterior;

Activitatea α-amilazică (unităţi SKB care reprezintă grame de amidon solubil,

dextrinizat de către 1g malţ verde, timp de 60 minute, la 20C, în prezenţa unui exces

de β-amilază);

14

Activitatea β-amilazică (unităţi Windisch-Kolbach-WK) care reprezintă grame de

maltoză rezultată prin acţiunea extractului provenit din 100g malţ verde asupra unei

soluţii de amidon solubil 2%, în timp de 30 minute, la 20C şi la pH 7,4.

Dozarea raţională a malţului verde la zaharificarea plămezilor din materii prime

amidonoase trebuie să se facă în funcţie de capacitatea sa amilolitică.

Mărunţirea malţului verde

Înainte de utilizarea sa la zaharificare, malţul verde trebuie să fie cât mai bine

mărunţit, astfel încât enzimele să fie trecute integral în soluţie şi să poată acţiona cât

mai repede asupra amidonului în cadrul operaţiei de zaharificare.

Mărunţirea malţului se poate efectua în două moduri:

În stare uscată cu ajutorul zdrobitoarelor cu valţuri şi a maşinilor de tocat cu cuţite.

In stare umedă cu ajutorul morilor centrifugale sau a morilor cu ciocane, când se

adaugă apă la măcinare.

Măcinarea uscată este un procedeu mai vechi, care nu se mai practică în prezent în

fabricile de alcool datorită manoperei ridicate şi faptului că în timpul măcinării

produsul se încălzeşte, favorizandu-se dezvoltarea microorganismelor aderente.

Aceste dezavantaje se elimină prin mărunţirea umedă a malţului prin care se

realizează, în afară de operaţia de mărunţire propriu zisă şi trecerea enzimelor în

soluţie. Pentru măcinarea a 100kg malţ verde sunt necesare 250-300 l apă.

Pentru a se evita contaminarea cu microorganisme în cursul zaharificării datorită

încărcăturii microbiologice a malţului verde, laptele de slad obţinut se poate

dezinfecta prin adaos de soluţie de formalina 10% în cantitate de circa 3 litri la

1000 litri lapte de slad cu cel puţin 30 minute înainte de utilizare. Aldehida

formică este eficientă numai în primele ore de fermentare, deoarece în continuare

este oxidată până la acid formic sau redusă până la metanol.

4.2. Preparate enzimatice microbiene

15

Însuşirea anumitor mucegaiuri şi bacterii de a produce în cursul dezvoltării lor, ca

de altfel şi cerealele care germinează, enzime amilolitice este de mult timp

cunoscută în ţările din Asia, în special Japonia şi China. Astfel pentru prepararea

băuturii sake din orez se foloseşte un amestec de mucegaiuri producătoare de

enzime.

Primul procedeu de zaharificare a porumbului pentru obţinerea alcoolului, care s-a

bazat pe folosirea enzimelor microbiene, procedeul Amylo, a apărut la sfârşitul

secolului trecut în Franţa, servindu-se de o cultură pură din mucegai Amylomyces

rouxii, ca agent de zaharificare în locul malţului. La scurt timp, japonezul Takamin

a obţinut pe un mediu cu tărâţe de grâu prin cultivarea mucegaiului Aspergillus

oryzae, a unui preparat enzimatic brut, din care, prin extracţie cu apă şi precipitare

cu etanol, a rezultat un preparat enzimatic brut cu activitatea amilazică ridicată

denumit takadiastază. Aceste rezultate au reprezentat începutul fabricării

enzimelor tehnice din microorganisme. Odată cu apariţia procedeelor submerse de

cultivare a mucegaiurilor şi bacteriilor după 1945 s-a creat posibilitatea de a se

obţine enzime microbiene la scară industrială mare.

Preparatele enzimatice de origine microbiană care trebuie să conţină enzimele de

degradare a amidonului la glucide fermentescibile, se pot utiliza în următoarele

scopuri:

- pentru lichefierea prealabilă a materiilor prime în vederea zaharificării;

- pentru înlocuirea parţială a malţului;

- pentru înlocuirea totală a malţului.

În comparaţie cu malţul verde, ele prezintă următoarele avantaje:

- activitate enzimatică standardizată, care se modifica puţin la depozitare;

- sunt mai sărace în microorganisme dăunătoare;

- se obţin randamente mai ridicate în alcool deoarece pot hidroliza şi alte

poliglucide;

- sunt necesare spaţii mai reduse de depozitare şi transport;

16

- se economisesc cheltuieli legate de producerea şi mărunţirea malţului verde.

Pentru obţinerea de preparate enzimatice se folosesc microorganisme din genul

Bacillus cu speciile Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, care produc -amilaze

termorezistente, active chiar la 90-100°C, astfel fermentaţia este protejată şi sunt

inactivate microorganismele contaminante. Mucegaiurile selecţionate pot produce

-amilaze si glucoamilaze folosite pentru zaharificarea plămezilor amidonoase

sub formă de preparate brute. Se folosesc mucegaiuri din genul Aspergillus.

Preparatele enzimatice brute se adaugă în proporţie de circa 10% în plămada ce

urmează a fi zaharificată, care trebuie răcită la temperatura de 60oC. La această

temperatură se menţine o pauză de zaharificare de o oră după care se răceşte

plămada la 25-30°C şi se însămânţează cu drojdie.

Creşterea de randament în alcool care se obţine prin folosirea preparatelor

enzimatice microbiene se datorează faptului că acestea hidrolizează până la

glucide fermentescibile, substanţe care în mod normal la zaharificare cu malţ nu

suferă transformări. Este însă necesar ca la utilizarea lor să se ţină seama de

condiţiile optime de acţiune (pH, temperatură) în funcţie de tipul de enzime pe

care le conţin, astfel încât potenţialul lor enzimatic să fie folosit integral.

4.3. Substanţe nutritive şi factori de creştere

La fabricarea alcoolului este necesară adăugarea de substanţe nutritive care conţin

azot, fosfor, magneziu, cât şi factori de creştere pentru a compensa deficitul

substratului în aceste substanţe necesare în cantităţi bine determinate pentru

nutriţia drojdiei.

Sulfatul de amoniu, (NH4)2S04, se utilizează ca sursa de azot asimilabil. Este o

pulbere alb-gălbuie, cristalină, solubilă în apă, care se prepară industrial prin

tratarea acidului sulfuric cu amoniac gazos. Conţinutul de azot variază între 20-

21%.

FosfatuI diamoniacal tehnic (îngrăşământul complex), se utilizează ca sursa de

fosfor şi azot asimilabil în procesul de multilplicare a drojdiei. Este un amestec de

mono şi diamonofosfaţi, (NH4)H2P04 şi (NH4)2HP04, cu un conţinut foarte ridicat

17

de fosfor (54% P205) şi de azot (21% N2). Este solubil în apă (42 g/100 ml la 25°C,

47,5 g/100 ml la 50°C şi 51,5 g/100 ml la 70°C). Este insolubil în alcool etilic.

Sulfatul de magneziu (MgS04 • 7H20), se utilizează ca sursa de magneziu la

multiplicarea drojdiei. Produsul pulbere trebuie să conţină 16,3% MgO şi să nu

conţină arsen mai mult de 0,0005%.

Amoniacul se comercializează sub formă de soluţie de amoniac de sinteză dizolvat

în apă, cu o concentrate minimă de 25%. Se utilizează ca sursa de azot şi pentru

corectarea pH-ului. Amoniacul se adaugă, de regulă, sub formă de apă amoniacală

obţinută prin diluarea amoniacului cu apă în raport de 1:5.

Superfosfatul de calciu se obţine prin tratarea făinii de oase cu acid sulfuric şi

este un amestec format din 3 moli de fosfat monocalcic şi 7 moli sulfat de calciu.

Este o sursă de fosfor ce conţine 16-18% P205. Conţinutul în arsen trebuie să fie de

maximum 0,006.

Ureea este o sare solubilă în apă ce conţine circa 46% azot din s.u., utilizându-se

sub formă de soluţie prin diluare cu apă în cantitate de 10-12 litri la 1 kg de

substanţă.

Factori de creştere. Pentru multiplicare, drojdiile sunt dependente de prezenţa în

mediul de cultură a unor substanţe numite factori de creştere, ca:

-biotina intervine în multe din reacţiile metabolismului glucidelor şi azotului şi în

biosinteza proteică (în carboxilarea acidului piruvic, în sinteza acizilor nucleici, în

formarea bazelor purinice şi pirimidinice) şi în sinteza acizilor graşi.

-riboflavina este sintetizată de către toate drojdiile. Derivaţii riboflavinei, cum ar

fi flavinadenindinucleotidul(FAD), flavinmononucleotidul(FMN) şi alţii,sunt

cofactorii multor oxidoreductaze şi joacă un rol important în reacţiile de

oxidoreducere.

Produse biostimulatoare. Extractul de porumb.

Extractul de porumb obţinut prin concentrarea apelor de înmuiere ale porumbului

şi obţinerea de amidon poate fi o sursă de microelemente şi vitamine din grupul B.

18

În extract se află aminoacizi cu rol de biostimulatori şi vitamine, dintre care biotina

este prezentă în cantităţi apreciabile (150-200 mg/100 g).

.

Germenii de cereale (grâu şi porumb)

Germenii de porumb se caracterizează şi prin conţinut deosebit de valoros în substanţe

minerale, cu rol de biostimulatori.

4.4. Acidul sulfuric

Acidul sulfuric se utilizează pentru neutralizarea melaselor şi acidularea acestora,

până la un pH optim activităţii drojdiilor.

În industria fermentativă, la fabricarea spirtului din cereale se foloseşte numai

acidul sulfuric de contact care nu trebuie să conţină mai mult de 0,001% arsen.

Acidul sulfuric este un lichid vâscos, incolor sau slab colorat, având o

concentraţie de 96-98%. Se dizolvă în apă în orice proporţie, degajând foarte

multă căldură. Din cauza energiei reacţiei dintre acidul sulfuric şi apa, nu trebuie

să se toarne niciodată apa în acid sulfuri

4.5 Substanţe antispumante

La fabricarea alcoolului şi în special a drojdiei de panificaţie şi furajere se

formează cantităţi mari de spumă datorită coloizilor din melasa care se dispune la

suprafaţă bulelor de aer ce barbotează în mediu, stabilizând spuma formată.

Substanţele antispumante se utilizează pentru împiedicarea formării spumei sau

pentru distrugerea spumei deja formate. Ca antispumanţi se utilizează acidul oleic,

uleiul siliconic, octadecanolul, hidrocarburi parafinice, ş.a.

Substanţele antispumante folosite trebuie să fie inofensive pentru drojdie sau chiar

asimilabile, să nu producă murdărirea utilajelor şi conductelor tehnologice şi să nu

influenţeze negativ asupra aspectului exterior, gustului şi mirosului drojdiei de

panificaţie.

. 4.6. Substanţe antiseptice şi dezinfectante

19

Atât la fabricarea alcoolului cât şi a drojdiei sunt folosite o serie de substanţe cu

acţiune antiseptică sau dezinfectantă. Substanţele antiseptice se folosesc pentru

combaterea microorganismelor de contaminare în cursul fermentaţiei plămezilor,

în doze bine stabilite, la care să nu fie influenţată negativ activitatea fermentativă

a drojdiei. Dintre antisepticii mai des utilizaţi sunt acidul sulfuric, formalina şi

pentaclorfenolatul de sodiu. Prin adăugare de acid sulfuric în plămezile de drojdie

se creează o aciditate ridicată care inhibă dezvoltarea bacteriilor de contaminare,

în timp ce activitatea drojdiei este puţin influenţată. Prin tratarea laptelui de

drojdie cu acid sulfuric până la un pH scăzut de 2,0-2,4 se realizează, de

asemenea, o purificare a drojdiei în vederea însămânţării.

Formalina se foloseşte ca antiseptic în special la fermentarea plămezilor din

cereale, fiind utilizată în doze de 0,015-0,02% faţă de plămadă.

Pentaclorfenolatul de sodiu se utilizează ca antiseptic la fermentarea plămezilor

de melasă în cantităţi de 60-90 g/tona de melasa, sub forma unei soluţii alcoolice

cu concentrate de 12-17% substanţă pură. Prin adaos de pentaclorfenolat de sodiu

se pot fermenta plămezile din melasa fără sterilizare termică. Nu se recomandă

folosirea acestui antiseptic atunci când din borhotul obţinut de la fabricarea

alcoolului din melasă urmează să se producă drojdie furajeră, deoarece

antisepticul se acumulează în drojdie şi este dăunător pentru animale şi păsări.

Substanţele dezinfectante cele mai des utilizate pentru combaterea microflorei de

contaminare la fabricarea alcoolului şi a drojdiei sunt: formalina, clorura de var,

laptele de var, soda caustică şi soda calcinată.

4.7. Alte materii auxiliare

- acid lactic concentrat (90%)

- acid ascorbic

- acid acetic concentrat (96%)

- acidul formic

- apa oxigenată

- clorura de amoniu

- clorura de magneziu

20

4.8.Apa

Este folosită în cantităţi mari atât ca apă tehnologică pentru diluarea melasei şi a

acidului sulfuric, dizolvarea substanţelor nutritive şi spălarea biomasei de drojdie,

spălarea utilajelor, cât şi ca apă de răcire a linurilor de fermentare şi multiplicare a

drojdiilor.

Apa tehnologică trebuie să îndeplinească condiţiile unei ape potabile. Apa folosită

în operaţii fără transfer de căldură, îndeosebi la spălări, fără tratare cu

dezinfectanţi trebuie să aibă un grad de puritate microbiologică ridicat. Conţinutul

mare de săruri din apă influenţează negativ înmulţirea drojdiei.

Apa este supusă şi unui control microbiologic pentru stabilirea conţinutului în

germeni dăunători fermentaţiei: bacterii lactice, drojdii salbatice, bacterii

coliforme, ş.a. În ceea ce priveşte apa de răcire, care ocupă o pondere foarte mare

în consumul de apă în fabricile de alcool şi drojdie, aceasta nu trebuie să

îndeplineasca condiţiile apei potabile. Se cere însă să aibă o temperatură şi o

duritate cât mai scăzute. Cu cât temperatura apei de răcire este mai scăzută cu atât

este necesar un consum mai mic de apă. Apa cu duritate mare depune piatră pe

suprafeţele de schimb de căldură micşorând astfel coeficientul de transfer de

căldură, ceea ce necesită mărirea debitului de apă.

4.9. Aerul tehnologic

În fabricile de alcool şi drojdie aerul este folosit în primul rând pentru asigurarea

necesarului de oxigen al drojdiei în cursul fermentării plămezilor din melasă sau a

multiplicării drojdiei de panificaţie sau a drojdiei furajere.

Aerul comprimat mai este utilizat pentru aerarea grămezilor în cursul germinării

orzului pentru alcool şi pentru transportul pneumatic al porumbului, orzului şi a

acidului sulfuric.

Pentru obţinerea aerului comprimat se folosesc compresoare, suflante de aer,

turbosuflante. Ele trebuie să fie dimensionate încât să poată acoperi necesarul de

aer în orele de vârf de consum. Aerul este aspirat din zone cu aer mai curat şi

trecut mai întâi printr-un filtru grosier, după care este sterilizat prin trecerea printr-

un filtru cu vată şi ulei bactericid, în cazurile în care nu se poate purifica întreaga

21

cantitate de aer, este necesar ca cel puţin aerul folosit în secţia de culturi pure să

fie steril.

4.10. Energia electrică şi aburul

În general, fabricile de alcool sunt alimentate cu energie electrică din sistemul

naţional. Pentru acţionarea motoarelor electrice se întrebuinţează curentul electric

la tensiunea de 380 V, iar pentru iluminat la tensiunea de 220 V. În fabricile de

alcool, aburul este produs în centralele termice proprii, sau este livrat de către cea

mai apropiată centrală electrică.

Aburul se utilizează pentru sterilizarea melasei, a utilajelor şi a conductelor

tehnologice, la fierberea materiilor prime amidonoase, precum şi la distilarea

plămezilor fermentate şi rafinarea spirtului brut. Pentru folosirea raţională a

aburului este necesar ca la fiecare consumator să fie montat câte un debitmetru.

De asemenea, în vederea reducerii consumului, toate conductele şi aparatele care

utilizează abur trebuie să fie izolate termic.

5.Procesul tehnologic adoptat

5.1. Recepţia materiilor prime

Porumbul care se livrează fabricilor de spirt se recepţionează în baza condiţiilor de

calitate prevăzute în standard. Fabricile de spirt sunt aprovizionate şi cu porumb

degradat care nu are alte utilizări. Elementele care stau la baza stabilirii valorii de

facturare a porumbului sunt umiditatea şi corpurile străine care se determină de

către laboratorul fabricii, după metodele prevăzute în standard. În afară de

umiditate şi corpuri străine, fabricile de spirt determină, în mod obligatoriu, la

loturile de porumb recepţionate cât şi la cele introduse în fabricaţie, conţinutul de

amidon care este elementul principal pentru calculul consumului specific sau al

randamentului. Conţinutul de amidon se determină în laboratorul fabricii după

metoda Ewers.

5.2. Depozitarea şi conservarea cerealelor

22

Depozitarea şi păstrarea corespunzătoare a cerealelor constituie una dintre

problemele principale şi uneori dintre cele mai dificile ale unei fabrici de spirt.

La o gospodărire bine chibzuită, balanţa activităţii fabricii de spirt este completă

şi reflectă realitatea, dacă cuprinde pe de o parte cât amidon s-a introdus în

fabrică, ca materie primă, şi cât spirt s-a produs din acesta, într-o anumită

perioadă. Un randament bun în spirt dovedeşte că, începând de la depozitarea

materiei prime şi până la ultima fază a procesului tehnologic, s-a manifestat

preocuparea necesară pentru desfăşurarea corespunzătoare a activitaţii de

producţie, în sensul obţinerii randamentului maxim din amidonul supus

prelucrării. La depozitarea porumbului, în funcţie de umiditatea şi temperatura

boabelor, precum şi de condiţiile de păstrare, pierderile de substanţă utilă

(amidon) pot fi minime sau foarte mari, în acest ultim caz rezultatele economice

ale fabricii de spirt putând fi grav afectate.

Pentru a se evita pierderile mari de amidon, la depozitarea porumbului boabe

trebuie să se respecte următoarele reguli :

- Înainte de depozitare, porumbul să fie supus unei operaţii de curăţire (vânturare),

pentru îndepărtarea plevei şi a mătăsii care împiedică o aerisire bună.

- Să fie depozitat, în strat subţire şi pe toată suprafaţa magaziei.

- Să se controleze periodic temperatura porumbului depozitat cu ajutorul

termometrelor cu tijă lungă şi, când aceasta depăşeşte 20- 25 °C, să se procedeze

la lopătarea lui, care trebuie să se efectueze în funcţie de gradul de umiditate.

După 25 °C (între 25-30 °C) se consideră prima fază de autoîncălzire a cerealelor,

după care apare cea de-a doua, între 34 -38 °C, când boabele se închid la culoare

şi încep să acţioneze microorganismele, iar în faza a III-a, temperatura creşte şi

peste 50 °C. Aceasta este starea cea mai gravă a autoîncălzirii porumbului şi

cerealelor. La temperaturi ridicate, pierderile de amidon sunt foarte mari. Aceasta

este starea cea mai gravă a autoîncălzirii porumbului şi cerealelor. La temperaturi

ridicate, pierderile de amidon sunt foarte mari, iar cerealele intră în procesul de

putrezire.

- când, din cauza umidităţii prea ridicate a porumbului, se ajunge la încingerea

unei zone şi acest proces nu poate fi frânat, porumbul din zona periclitată se

izolează şi se trece imediat în fabricaţie. Pentru reducerea la minimum a

23

pierderilor de depozitare este indicat ca porumbul să fie în prealabil uscat până la

umiditatea de lO—12%.

- umiditatea relativă a aerului din spaţiul de depozitare trebuie să fie urmărită cu

ajutorul higrometrului.

- nu este admisă depozitarea la un loc a cerealelor umede cu cele uscate, deoarece

umiditatea migrează, crescând astfel şi umiditatea cerealelor care iniţial au fost

uscate.

5.3.Pregătirea cerealelor

Înainte de introducerea în fabricaţie este necesar ca cerealele (porumb, secară, grâu

sau orz) să fie curăţate de impurităţile pe care în mod obişnuit le conţin.

Cel mai des întâlnite sunt bucăţi de coceni, pleavă, paie, praf, nisip, pietriş, cuie,

bucăţi de sârmă etc. Prezenţa acestora poate duce la deteriorarea instalaţiilor

(pompe, ventile) şi la înfundarea conductelor, a ventilelor, fierbătoarelor, precum

şi a coloanelor de distilare. Îndepărtarea prafului, a plevei, nisipului, pământului şi

pietrişului se realizează cu ajutorul separatoarelor (tararelor), iar a impurităţilor

metalice cu ajutorul magneţilor sau al electromagneţilor, ale căror principii de

funcţionare au fost descrise la curăţirea orzului.

5.4. Fierberea materiilor prime amidonoase

Amidonul ca atare, din boabele de cereale nu poate fi transformat de catre

drojdii în alcool. Din această cauză, materiile prime amidonoase folosite la

fabricarea spirtului, înainte de faza de fermentare, se supun unor prelucrări

spe-ciale, în scopul transformării amidonului pe care îl conţin în zaharuri

fermentescibile (maltoză, glucoză), prin fierbere şi apoi prin zaharificare.

Pentru a putea fi zaharificate sub acţiunea diastazei din malţ, este necesar ca

granulele de amidon să fie mai întâi cleificate şi solubilizate. Aceasta se realizează

prin fierberea cerealelor sub presiune.

Tehnica de fierbere este marcată în evoluţia sa de două etape :

Prima etapă corespunde începutului perioadei de fabricare a spirtului pe scară

industrială, când fierberea cerealelor se realiză la presiunea ambiantă, şi deci la

temperatura de 100 °C. Cerealele se fierbeau în apă în vase deschise. În aceste

24

condiţii, pe de o parte fierberea materiilor prime amidonoase necesită foarte mult

timp, iar pe de altă parte, aceasta nu se realiză complet. Ca urmare, pierderile de

amidon din materia primă supusă prelucrării se ridicau până la 10%, diminuându-

se corespunzător şi randamentul în spirt.

A doua etapă în evoluţia tehnicii şi a metodelor de fabricare începe cu anul 1873,

când s-au folosit pentru prima dată în industria spirtului autoclave sub presiune.

Fierberea sub presiune a cerealelor a diminuat dezavantajele fierberii la presiunea

normală, fiind reduse în măsură importantă timpul de prelucrare şi pierderile de

amidon.

În prezent, atât în ţara noastră cât şi pe plan mondial, la prelucrarea materiilor

prime amidonoase se aplică în exclusivitate procedeul de fierbere sub presiune.

Superioritatea acestuia constă în faptul că dezagregarea avansată a materiei prime

se realizează nu numai prin ridicarea temperaturi care creşte prin creşterea

presiunii, ci şi printr-un efect mecanic. Acesta se produce în momentul golirii

fierbătorului. Trecerea bruscă a masei din fierbător de la 3-4 at la presiunea

ambiantă (1 at) în momentul golirii acestuia determină plesnirea celulelor din care

se eliberează granulele de amidon (care se cleifică şi se solubilizează), precum şi

fărâmiţarea prin detentă (destindere) a boabelor de cereale întregi. În autoclavă

(fierbător), materia prima este fiartă cu abur sub presiune.

Pentru dezagregarea cerealelor două elemente sunt hotărâtoare : temperatura şi

durata de fierbere.

a) Temperatura

Deoarece temperatura şi presiunea aburului stau într-un raport determinat, în

practică se indică şi se urmăreşte numai presiunea de fierbere. În acest scop, la

fiecare autoclavă este montat câte un manometru.

b) Durata de fierbere

În ceea ce priveşte durata de fierbere trebuie să se reţină că nerespectarea acesteia,

care se stabileşte în raport cu felul şi starea materiei prime, duce la pierderi mai

mari de substanţă utilă (amidon) decât cele normale.

5.5.Fierberea porumbului

25

Regimul de fierbere a porumbului este diferenţiat, în funcţie de starea în care se

află. Astfel, porumbul sănătos se fierbe la o presiune mai ridicată decât cel care s-

a degradat parţial în timpul depozitării. La fierberea porumbului uscat se adaugă

mai multă apă decât pentru porumbul cu umiditate ridicată.De asemenea, regimul

de fierbere este influenţat şi de starea integrităţii boabelor (procentul de boabe

sparte).

Fierberea porumbului nsănătos". În cazul porumbului cu umiditate până la 16%,

cu boabele întregi, regimul de fierbere este următorul :

Se introduce mai întâi apa în fierbător, în raport cu cantitatea de porumb care se

supune fierberii. Pentru fiecare 100 kg porumb se adaugă 280-300 l apă. În

perioadele când se fierbe porumbul de calitate aproximativ constantă şi cantitatea

de apă introdusă în fiecare fierbător este constantă, în practică se folosesc rigle

gradate prin care se stabileşte nivelul apei necesare în fierbător. Pentru măsurarea

apei, mai indicat este folosirea de debitmetre de apă care nu necesită spaţii de

producere ca în cazul utilizării de rezervoare-măsurătoare. În cazul fierbătoarelor

mijlocii şi mari, în ultimii ani s-a răspândit practica folosirii apei calde la

fierberea porumbului care provine din altă fază a procesului tehnologic. La

fabricile la care se lucrează cu două zaharificatoare în paralel, de obicei apa

caldă, care rezultă de la răcirea masei fierte provenite de la o baterie de

fierbătoare recent golită, se foloseşte pentru a doua baterie de fierbătoare

pregătită pentru reluarea ciclului de fierbere. Folosirea apei calde la fierbere are

mai multe avantaje, care constă în economie de căldură şi de apă, în reducerea

gradului de încărcare a canalizării etc.

După introducerea apei se potriveşte, la gura fierbătorului, conducta rabatabilă a

buncărului cu porumb cântărit. Prin deschiderea şuberului, porumbul trece în

fierbător. Se închide gura de încărcare, se deschide circa 1/4 ventilul de pe

conducta de aerisire şi se admite aburul în fierbător. La o durată de fierbere care în

mod normal este de două ore, în primele 60 min, presiunea se ridică la 3 at, în

următoarele 30 min la 3 1/2at, iar în ultima jumătate de oră la 4 at. Cu circa 10 min

înainte de expirarea timpului de fierbere, se scoate o probă din fierbător. O

porţiune din aceasta se pune pe o sită şi se spală apoi cu apă rece. Când cojile

rămase pe sită sunt transparente şi lipsite de resturi de amidon aceasta este o

indicaţie că fierberea s-a terminat şi se procedează la descărcarea autoclavelor.

26

La fierberea porumbului nsănătos" cu conţinut ridicat de umiditate, deosebirea

constă în folosirea unei cantităţi mai reduse de apă.

De regulă, la stabilirea cantităţii de apă în raport cu umiditatea porumbului se

urmăreşte ca plămezile zaharificate să aibă un conţinut de 15%—16% substanţă

uscată.

Cantitatea de apă care se foloseste la fierbere pentru 100 kg porumb de diferite

umidităţi este cuprinsă între 260 1, pentru porumb cu 26% umiditate, până la 300 1

pentru porumb cu 14% umiditate.

Fierberea porumbului degradat sau cu procent ridicat de spărturi. Fierberea

porumbului care a suferit din cauza autoîncălzirii în timpul depozitării se

efectuează la o presiune mai redusă, deoarece acesta conţine un procent mai ridicat

de zaharuri, care la presiune ridicată se pierde prin formare de melanine şi

caramel.

Din aceste considerente, presiunea maximă de fierbere este de 3,5 at timp de 2

ore (1 oră până la atingerea presiunii de 2,5 at, 1/2 oră până la 3 at si 1/2 oră până

la 3 1/ 2 at).

5.6. Zaharificarea materiilor primeÎn industria spirtului, transformarea amidonului în zaharuri fermentescibile poartă

denumirea de zaharificare. Această fază din procesul tehnologic este necesară,

deoarece, drojdiile nu conţin enzimele care să desfacă amidonul în zaharuri mai

simple pe care apoi să le fermenteze.

Zaharificarea amidonului se poate executa pe cale chimică cu ajutorul acizilor

minerali (acid clorhidric sau acid sulfuric) şi pe cale enzimatică cu ajutorul

enzimelor din slad sau a preparatelor enzimatice. Metodele de zaharificare pe cale

chimică se aplică în industria glucozei. Din cauza inconvenientelor pe care le

prezintă (efectuarea zaharificării sub presiune, durata mare de zaharificare,

necesitatea neutralizării excesului de aciditate etc.), zaharificarea pe cale chimică

nu se foloseşte în fabricile de spirt în care se practică în exclusivitate zaharificarea

cu ajutorul sladului sau a preparatelor enzimatice. În fabricile de spirt care

prelucrează materii prime amidonoase, operaţia de zaharificare se mai numeşte şi

plămădire. Aceasta constă din amestecarea intensă, la o anumită temperatură, a

masei fierte cu lapte de slad (slad măcinat amestecat cu apă), adăugarea drojdiilor

27

de fermentare după o prealabilă răcire şi apoi răcirea în continuare până la

temperatura la care masa zaharificată se pompează în vasele de fermentare.

Prin urmare, plămezile sunt lichide care conţin toate componentele materiei prime

şi ale sladului, spre deosebire de musturi, care sunt medii de fermentare filtrate

clar sau limpezite, cum sunt, spre exemplu, musturile de bere sau cele de melasă.

Pentru o înţelegere mai uşoară a proceselor fizice şi chimice care au loc în timpul

zaharificării, în cele ce urmează se prezintă principalele consideraţii teoretice, a

căror cunoaştere are o importanţă deosebită în activitatea practică.

Structural, amidonul, care din punctul de vedere al compoziţiei chimice, este

format din unirea unui număr necunoscut încă de molecule de glucoză (C6 H10 O5)n

nu este o substanţă omogenă. El este alcătuit din doi componenţi principali,

amiloza si amilopectina. Deosebirea dintre acesti doi componenţi este de ordin

structural, şi anume de felul cum sunt alcătuite moleculele rezultate prin unirea

(condensarea) mai multor molecule de glucoză.

Amiloza este formată din unirea a circa 60-300 de molecule de glucoză, care sunt

angajate linear sau în formă de spirală. Amiloza este solubilă în apă caldă, find o

soluţie coloidală, opalescentă, fără să cleifice. Reacţionează cu iodul dând o

coloraţie albastră. Este complet lipsită de fosfor.

Amilopectina are molecula formată din unirea a circa 300-6000 de moleculă de

glucoză . Spre deosebire de amiloză, molecula amilopectinei prezintă o puternică

ramificare, în sensul că la lanţul continuu sunt ataşate lanţuri laterale mai scurte,

de amiloză. În apă caldă, amilopectina formează un clei gelificându-se.

Viscozitatea masei fierte de cereale, înainte de zaharificare, se datorează

amilopectinei. Cu iodul dă o coloraţie violetă. Sub acţiunea amilazei din slad

rezultă o cantitate mai redusă de maltoză şi în majoritate dextrine.

5.7. Procesul tehnologic de zaharificare a plămezilor de cereale

Procesul de zaharificare a masei fierte de cereale constă în executarea următoarelor

operaţii :

- spălarea şi dezinfectarea zaharificatorului ;

28

- pregătirea laptelui de slad pentru zaharificare ;

- zaharificarea propriu-zisă a plămezilor ;

- răcirea plămezii, însămânţarea cu cuibul de drojdii şi pomparea plămezilor

zaharificate în vasele de fermentare.

a)Spălarea şi dezinfectarea zaharificatorului

Spălarea şi dezinfectarea zaharificatorului sunt operaţii deosebit de importante.

Oricât de conştiincios s-ar aplica măsurile de combatere a infecţiilor înainte şi

după zaharificare, infectarea plămezilor în această fază a procesului tehnologic

poate cauza pagube prin diminuarea randamentului în spirt.

Infecţiile frecvente în intreprinderile de spirt sunt cele cu bacterii lactice termofile

(Bacillus Delbriicki), care vor fi descrise mai pe larg în cele ce vor urma.

Acestea găsesc un mediu prielnic de dezvoltare în resturile de plămadă rămase în

diferite puncte ale zaharificatorului, creând focare de infecţie. Pentru îndepărtarea

lor se execută spălări şi dezinfectări. Spălările sunt sumare şi de fond. Cele

sumare se execută după fiecare golire a zaharificatorului cu un jet puternic de apă,

care se îndreaptă asupra pereţilor zaharificatorului, asupra capacului, clopotului de

suflare, serpentinelor şi agitatorului. Apa de spălare se evacuează la canal.

Spălarea de fond este obligatorie o dată în 24 de ore şi se execută de obicei în

schimbul III. După spălarea cu furtunul se execută curăţirea tuturor suprafeţelor

interioare ale zaharificatorului şi ale exhaustorului cu o pastă de superfosfat de

calciu, folosind cârpe şi perii. Astfel se îndepărtează orice rest de plămadă, după

care zaharificatorul se clăteşte cu apă curată.

Urmează apoi operaţia de dezinfectare a zaharificatorului cu forma lină sau cu

clorură de var. Se stropesc pereţii zaharificatorului cu 4-5 l soluţie de formalină

10%, după care se introduce abur în zaharificator timp de 10-15 min. Condensul

format se evacuează la canal. Cea mai eficientă metodă este însă dezinfectarea cu

clorura de var. Aceasta se execută astfel : se umple un fierbător cu apă, care se

încălzeşte până la fierbere. În zaharificator se introduc 7-8 kg clorură de var, peste

care se descarcă apa din fierbător. Se pune în mişcare agitatorul zaharificatorului,

timp de circa 10 min. Apa cu clorură de var este trecută prin conducta de golire,

prin pompa de plămadă (care în prealabil sunt spălate) şi se evacuează la canal

29

prin conducta de încărcare a linurilor de fermentare, după care tot sistemul se

clăteşte cu apă potabilă.

b) Pregătirea laptelui de slad pentru zaharificare

Necesarul de slad pentru zaharificare. La fabricarea spirtului din cereale sunt

necesare 7-8 kg orz, ca slad verde, la 100 kg materie primă, ceea ce corespunde la

12-13kg orz, ca slad verde pentru 100 kg amidon.

Cantitatea de slad verde prescrisă se calculează înmulţind cantitatea de orz cu

coeficientul 1,4. La fabricile de spirt din ţara noastră, consumul de orz pentru slad

este stabilit pentru 1 hl spirt rafinat absolut. Astfel, la 1 hl spirt rafinat din cereale,

norma de consum este de 24-25 kg orz cu 87% putere de germinare.

Măcinarea sladului

Prin măcinarea sladului se urmăreşte ca diastaza să fie eliberată din bobul de orz

încolţit şi prin trecerea ei în soluţie să poată acţiona cât mai rapid asuora

amidonului.

În întreprinderile de spirt din ţara noastră, pentru măcinarea sladului sunt folosite,

cu bune rezultate, morile cu ciocane.

c) Dezinfectarea sladului

Sladul constituie una din principalele surse de infectare a plămeziilor zaharificate

cu bacterii lactice. Pe lângă celelalte măsuri de dezinfecţie şi sterilizare aplicate in

diferite faze ale procesului tehnologic, dezinfectarea sladului este absolut

necesară. Aceasta se realizează cu formalină de concentraţie 40%. În mod

obişnuit, în fabricile de spirt din ţara noastră se adaugă pentru dezinfecţie 3I

formalină în soluţie de 10% concentraţie la 1000 1 lapte de slad. Pentru ca

acţiunea formalinei să fie cât mai eficientă, sladul trebuie măcinat fin..

Formalina diluată în soluţie de 10% se introduce în laptele de slad

cu cel puţin 30 min înainte de folosire şi se dispersează uniform în masa

acestuia cu ajutorul agitatorului cu palete cu care este prevăzut rezer-

vorul-tampon de lapte de slad.

Pentru combaterea infecţiilor în timpul fermentării, plămezile zaharificate trebuie

să conţină 0,015—0,020% formalină.

d) Zaharificarea plămezilor

30

La prelucrarea materiilor prime amidonoase s-au practicat mai multe metode de

zaharificare. Cu timpul au fost abandonate acelea care prezentau mai puţină

sigurantă, fiind menţinute procedeele de zaharificare cele mai eficiente.

În fabricile de spirt din cereale se aplică unul din următoarele procedee :

- zaharificarea în timpul descărcării fierbătorului ;

- zaharificarea după descărcarea fierbătorului la 60-61 °C sau la 57 °C ;

Procedeul de zaharificare în timpul descărcării fierbătoarelor.

Acesta constă în următoarele : o treime din cantitatea necesară de slad se intro-

duce în zaharificator, în puţină apă, inainte de descărcarea fierbătorului.

Agitatorul este pus în stare de funcţionare şi se începe evacuarea lentă a masei

fierte din fierbător. Când plămada ajunge la serpentina de răcire şi temperatura

din zaharificator nu trece de 55°C, se intensifică descărcarea fierbătorului.

Ventilul de golire a fierbătorului se manipulează astfel ca temperatura plămezii să

se menţină între 55 şi 60°C.

A doua treime de lapte de slad se introduce în plămadă, când zaharificatorul este

umplut pe jumătate. În timpul introducerii sladului în plămadă se opreşte

descărcarea fierbătorului pentru a se evita opărirea diastazei.

Ultima treime de lapte de slad se adaugă după golirea completă a fierbătoarelor.

După omogenizarea plămezii, agitatorul este oprit şi plămada este lăsată în repaus

pentru zaharificare timp de 20 de minute. Se verifică dacă zaharificarea este

terminată (după metoda ce se va descrie în cele ce vor urma), apoi se reia răcirea

plămezii. La temperatura de 30°C se adaugă cuibul de drojdie, iar răcirea se

continuă până la 18°C, când plămada zaharificată se pompează în linul de

fermentare. .

Această metodă de zaharificare care mai este practicată de unele fabrici de spirt

prezintă dezavantajul că diastaza este inactivată în măsură mai mică sau mai mare,

prin temperatura ridicată a masei fierte din fierbător în zona în care aceasta

pătrunde în zaharificator. Dacă zaharificarea nu se execută cu deosebită atenţie şi

conştiinciozitate, diastaza poate fi inactivată în asemenea măsură, încât în faza de

fermentare finală a plămezilor nu mai poate avea loc zaharificarea dextrinelor, care

rămân nefermentate, aceasta constituind o însemnată pierdere, randamentele în

31

spirt putând să scadă cu 20—30%. Din aceste motive, acest procedeu de

zaharificare a început să fie abandonat de către fabrici şi înlocuit cu alte procedee

mai simple şi sigure.

Procedeul de zaharificare după descărcarea fierbătoarelor

Acest procedeu este cel mai răspândit, deoarece pe de o parte riscul distrugerii

diastazei este mult mai redus, iar pe de altă parte este mai simplu şi necesită o

durată mai redusă.

Zaharificarea plămezilor după descărcarea fierbătoarelor se execută astfel :

Se introduce în zaharificator o cantitate redusă de apă (până la paletele

agitătorului), în care se adaugă 5-7% din cantitatea de lapte de slad pregătită.

După ce s-a închis gura de vizitare de pe capacul zaharificatorului, se începe

descărcarea fierbătoarelor, care se execută fără întrerupere şi fără a urmări

temperatura în zaharificator. Concomitent cu descărcarea fierbătoarelor sunt puse

în funcţiune agitatorul şi sistemul de răcire a zaharificatorului. După acest

procedeu, o baterie de trei fierbătoare este descărcată în circa 15 min, faţă de 45-

50 min, în cazul procedeului de zaharificare descris anterior. Când descărcarea

fierbătoarelor este terminată, se începe urmărirea temperaturii.

La 72-73 °C se adaugă circa 1/3 din laptele de slad rămas, iar agitarea şi răcirea

plămezii continuă până la temperatura de 63-64°C, la care se adaugă restul de

lapte de slad, temperatura scăzând după o agitare de circa 5 min la 60-62 °C. La

această temperatură se opreşte agitătorul şi răcirea, plămada fiind lăsată în pauză

de zaharificare timp de 30 min.

După expirarea timpului pentru zaharificare se execută proba de zaharificare.

Plămada se răceşte apoi la 30°C, temperatură la care se adaugă cuibul de drojdie,

şi în continuare până la temperatura de 18°C, apoi este pompată la linurile de

fermentare.

32

Procedeul modern de zaharificare

Acest procedeu a fost elaborat după numeroase cercetări şi determinări practice şi

se caracterizează prin faptul că laptele de slad se adaugă dintr-o singură dată,

neporţionat, iar pauza de zaharificare de 30 min a fost eliminată.

Pentru aplicarea în practică a acestui procedeu trebuie îndeplinite

următoarele condiţii :

- materia primă trebuie să fie fiartă corespunzător ;

- sladul folosit să fie fin mărunţit, să aibă o bună putere diastatică (să provină

dintr-un orz cu cel puţin 90% capacitate de germinare) şi să fie dezinfectat înainte

de folosire.

Modul de lucru este următorul : după expirarea timpului de fierbere, autoclava sau

autoclavele (dacă sunt mai multe) se descarcă fără întrerupere şi fără a ţine seama

de temperatura din zaharificator. Răcirea plămezii continuă neexistând pericolul

cleificării dacă fierberea a fost bine executată până la temperatura de 57 °C, la

care se adaugă întreaga cantitate de lapte de slad.

Zaharificarea plămezii se efectuează în mers în intervalul de temperatură între 57

şi 45 °C. La temperatura de 30 °C a plămezii se introduce în plămadă cuibul de

drojdie, iar la 18°C acesta se pompează la linuri.

Acest procedeu prezintă avantajul esenţial al unei importante economii de timp.

Spre exemplu, o fabrică de spirt care efectuează 10 zaharificări în 24 de ore, dacă

renunţă aplicând acest procedeu la pauza de zaharificare, realizează o economie

de 300 min (6 ore) în 24 ore, adică aceeaşi producţie se realizează în numai 18

ore. În fond acest procedeu pune în evidenţă o importantă rezervă de capacitate în

fazele de fierbere şi zaharificare, contribuind substanţial la îmbunătăţirea indicilor

economici ai fabricii. Este de reţinut de asemenea că şi în cazul când prin acest

procedeu se formează cu circa 10% mai puţină maltoză, diastaza care practic a

rămas intactă la temperatura convenabilă de zaharificare ac- ţionează energic în

faza de fermentare, iar în final randamentul în spirt este acelaşi ca în cazul

procedeului clasic de zaharificare.

Un alt procedeu care a început să se răspândească pe scara mondială este

procedeul de zaharificare cu preparate enzimatice amilolitice. Acesta constă în

folosirea mucegaiului Aspergillus orizae sau Aspergillus niger (care conţine

diastază) în locul sladului. Cultura pură de mucegai se înmulţeşte în condiţii

33

speciale în cantităţi necesare şi se introduce apoi în zaharificator peste plămezile

fierte şi răcite la temperatura de 60°C.

Zaharificarea durează circa 1 oră, după care restul operaţiilor se desfăşoară ca

şi în cazul zaharificării cu slad.

Principalul avantaj al acestui procedeu constă în eliminarea sladului, a cărui

producere este mai scumpă decât a fabricării preparatelor amilolitice.

Controlul zaharificării

La operaţia de zaharificare se verifică următorii parametri ai plămezii : gradul de

zaharificare, gradul Balling (Bllg), temperatura şi aciditatea. Deosebit de acestea,

periodic, se efectuează şi controlul microbiologic al plămezilor zaharificate.

a) Gradul de zaharificare se controlează cu o soluţie de iod-iodură de potasiu,

care se prepară dizolvând 1 g iod (I) şi 2 g iodură de potasiu (KI) în 300 cm3 de

apă. Pe o placă de porţelan sau de faianţă de culoare albă se pun 2-3 picături de

plămadă filtrată din proba care s-a luat cu circa 5 min. înainte de expirarea pauzei

de zaharificare. Peste plămada filtrată se adaugă 2-3 picături de iod. Dacă după

amestecare culoarea nu se schimbă, aceasta este o indicaţie că zaharificarea este

bună. Dacă apare însă o culoare violetă sau roşie, rezultă că în plămadă mai sunt

dextrine nezaharificate din cauza unei greşeli care s-a făcut anterior (putere

diastazică redusă a sladului, opărirea diastazei la zaharificare). De cele mai multe

ori, aceste plămezi nu se pot corecta corespunzător, astfel că în final rămâne

substanţa utilă sub formă de dextrine, care, nefiind fermentată, determină

scăderea randamentului.

b) Concentraţia plămezii în substanţă uscată se exprimă în grade Balling, un

grad Balling reprezentând 1 g substanţă uscată dizolvată în 100 cm3 soluţie.

Concentraţia plămezii zaharificate se determină într-o probă de plămadă

zaharificată şi se măsoară cu areometrul Balling. După adăugarea cuibului de

drojdie, o plămadă zaharificată nu trebuie să aibă mai puţin de 14 °Bllg sau mai

mult de 18 °Bllg. În primul caz, nu se utilizează economic linurile de fermentare,

la acelaşi volum de fermentare rezultând o cantitate mai mică de spirt, iar în al

34

doilea caz, concentraţia prea mare a plămezii măreşte viscozitatea plămezii, iar

fermentarea se prelungeşte peste durata medie normală a unui ciclu.

Cea mai potrivită concentraţie a plămezii este de 16-17 °Bllg. Aceasta se

realizează în faza de fierbere prin stabilirea unei proporţii juste, între apa şi

cerealele supuse fierberii.

c) Aciditatea naturală a plămezii zaharificate trebuie să fie de maximum 0,2 °Dlb,

iar în cazul materiilor prime care au suferit alterări, 0,3—0,4 °Dlb. Având în

vedere importanţa respectării diferitelor intervale de temperatură este necesar ca

să se folosească numai termometre verificate de metrologie.

Pe lângă cele de mai sus, controlul tehnic de calitate trebuie să cuprindă şi

controlul microbiologic al plămezilor zaharificate. Acesta se efectuează cu

ajutorul microscopului sau prin analiza de laborator folosind o metodă care va fi

descrisă la capitolul privind fermentarea plămezilor zaharificate. Controlul

microbiologic la zaharificare poate da de la început o indicaţie, dacă infecţia cu

bacterii provine din această fază a procesului tehnologic.

e) Însămânţarea plămezilor zaharificate cu cuibul de drojdie

Cantitatea optimă de drojdie pentru plămezile zaharificate care se supun

fermentarii este de 6% (sub formă de plămadă de drojdie) raportată la plămada

care urmează să fie însamânţată. Trecerea drojdiei din vasul de multiplicare în

zaharificator se realizează prin scurgerea liberă, când drojdierele sunt montate la

un nivel superior, sau cu ajutorul pompelor centrifuge, când se află pe acelaşi

palier cu zaharificatoarele.

Distanţa între drojdiere şi zaharificator trebuie sa fie cât mai mică, pentru a avea

un traseu cât mai scurt de conductă. Conductele de drojdie lungi şi cu multe coturi

fac mai anevoioasă spălarea şi sterilizarea cu abur. În cazul când prepararea

drojdiilor de cuib decurge în cele mai bune condiţii şi ca rezultat drojdia este

viguroasă, cantitatea care se însămânţează poate fi redusă la 3,5-4% în raport cu

plămada care se fermentează. În aceste situaţii, când se lucrează cu linuri de mare

capacitate în care se introduce conţinutul a mai multor zaharificatoare, se obţin

35

rezultate bune alternând zaharificatoarele cu drojdii cu cele fără drojdii. Dacă spre

exemplu un lin de fermentare (vas de fermentare) poate prelua 5 zaharificatoare,

primul, al treilea şi al cincilea zaharificator vor fi cu drojdii, iar al doilea şi al

patrulea fără drojdii.

Introducerea cuibului de drojdie în zaharificator şi nu în linul de fermentare este

mai indicată, deoarece în zaharificator prin agitare celulele de drojdie sunt uniform

răspândite în plămadă, astfel că nu există zone fără drojdie, fermentaţia

declanşându-se simultan în toată masa plămezii.

6. DISTILAREA

Instalatia de distilare continua.

Parti Componente:1.Pompa de Alimentare ,2.Coloana de Distilare, 3.Regulatorul de borhot, 4.Deflegmatorul,5.Condensator-Răcitor, 6. Filtrul şi Felinarul de control, 7.Aparatul de Măsurare a cantităţi de alcool produs.

6.1 Dimensionarea coloanei de distilare

36

Din datele de echilibru lichid-vapori a amestecului binar alcool-apă la temperatura de fierbere şi presiunea atmosferica se aleg procentele masice de alcool din faza gazoasă în funcţie de procentele masice de alcool din faza lichidă :

Alcoolul brut Borhot

XAb = 79,4% X B =0,006%

YAb =85,53% B YB = 0,008%

1. Calculul numărului de talere teoretice

Se foloseşte metoda McCabe-Thile şi se parcurg următoarele etape :

Se reprezintă grafic Y(compoziţia vaporilor de alcool %)în funcţie de X(compoziţia alcoolică a lichidului %)

Din reprezentarea grafică se determină :

nt=11 talere teoretice

2. Calculul numărului de talere reale

Numărul de talere reale se obţin mutiplicând cu 1 numărul de talere teoretice

n= 12 talere reale

3. Calculul diametrului interior al coloanei de distilare Di

Se folosesc relaţiile :

Di =

S0 =

V =

Unde;

37

Di = diametrul interior al coloanei de distilare, m

So= aria secţiuni transversale a coloanei ,m²

V= debitul de vapori de alcoo m³⁄S

W0 = viteza de deplasare a vaporilor m⁄S

MAb= masa molară medie a alcoolului brut kg⁄k mol

Tm = temperatura medie între temperatura de la vârful şi de la fierbătorul coloanei K

T0 =temperatura normală K

Parametri necesari relaţiilor de calcul se determină astfel:

MAb

MAb =

Unde;M alcool,Mapă- masele molare ale alcoolului şi apei, kg⁄k mol

MAb =

MAb= 40,23, kg⁄k mol

Tm

Tm=

Tf= temperatura la fierbătorul coloanei ,egală cu temperature

Tv = temperature la vârful coloanei,considerată cu 2 % mai mică,datorită pierderilor de caldură,K

Tf= 80,5+273=353,8 K

Tv =

Tv =346,72 K

Se înlocuiesc valorile cunoscute în relaţia

Tm=

38

Tm =

Tm= 347,68 K

Se lucrează cu presiune atmosferică:

P= 1,013*

Se impune tehnologic ; W0 = 0,5 m⁄S

Se înlocuiesc valorile cunoscute în ecuaţia:

V =

V =

V = 0,2 m³⁄S

Di =

Di = 2

Di = 0,66 m

S0 =

So =

So = 0,4 m

6.2.Diferenţa dintre Distilarea continuă şi Distilarea discontinuă

Distilarea continuă, spre deosebire de cea discontinuă, constă în alimentarea continuă a

instalaţiilor de distilare cu materie primă şi separarea neîntreruptă a diferitelor fracţiuni

distillate care provin din produse mai mult sau mai puţin volatile. În instalţiile de distilare

39

continuă (coloane) flegmele rezultate din deflegmare sau rectificare sunt reduse continuu în

aparatul de distilare pentru a se extrage din ele în continuare produşi mai mult sau mai puţini

volatili după concentraţia dorită.

Aceste instalatii sunt întrebuinţate în industrie pentru cantităţi mari de materii prime alcoolice

lichide.Încălzirea pentru evaporarea lichidului alcoholic se face de la caz la caz fie direct

asupra materiei prime, fie asupra fracţiuni cu greutate mai mare şi mai puţin volatilă care se

gaseşte în partea inferioară a coloanei de distilare.În distilarea continuă,compoziţia lichidului

şi vaporilor ca şi temperatura diferă de la o secţiune la altă sectiune a instalaţiei ramânând

constante pe toată durata distilarii.De asemenea şi compoziţia produselor din diferitele

secţiuni ale coloanei rămâne constantă pe durata distilării.

O altă caracteristică a coloanelor de distilare este cea a refluxului lichidului obţinut prin

condensarea parţială a vaporilor la diferite înălţimi ale coloanei caracteristică ce poate lipsi la

instalaţiile de distilare discontinuă.Acest teflux permite ca prin refierberi,reevaporări şi

condensări repetate ale lichidului introdus în coloană,să se obţină fracşiuni mai pure şi mai

bogate intr-un anumit component sau fracţiuni précis delimitate prin intervale de

temperatură,spre deosebire de distilarea fără reflux.Instalaţiile de distilare pot fi coloane de

distilare cu multe trepte pentru distillate de concentraţie mare şi coloane cu puţine trepte

pentru distillate cu concentraţie mai mică.

6.3 Valorificarea subproduselor şi a deşeurilor de la fabricarea alcoolului

Din procesul tehnologic de fabricare a alcoolului din materii prime amidonoase rezultă

ca principale subproduse : dioxidul de carbon, alcoolul tehnic (frunţi şi cozi) şi uleiul de fuzel,

iar ca deşeuri recuperabile borhoturile de cereale.

Prin valorificarea integrală şi complexă a subproduselor şi deşeurilor rezultate, fabricile

de alcool beneficiază de avantaje economice apreciabile, rezolvându-se parţial sau chiar

integral şi problema apelor reziduale.

6.3.1. Dioxidul de carbon

În timpul fermentării plămezilor din materii prime amidonoase se degajă dioxid de

carbon, care antrenează şi cantităţi mici de alcool, produse secundare de fermentaţie cât şi apa

din plămadă, impurităţi care formează 0,5-1% din cantitatea de gaz degajată.

Cantitatea de dioxid de carbon care rezultă teoretic prin fermentare reprezintă 48,8% din

masa glucozei fermentate, 50,3% din masa maltozei şi 54,3% din masa amidonului prelucrat.

40

Dacă se admite că randamentul practic în alcool reprezintă 80% din cel teoretic vor rezulta

următoarele cantităţi de dioxid de carbon:

-din 100 kg glucoză sau fructoză 43,9 kg CO2;

-din 100 kg maltoză sau zaharoză 45,5 kg CO2;

-din 100 kg amidon sau dextrine 48,9 kg CO2.

Cantitatea recuperabilă de dioxid de carbon depinde de materia primă folosită, procesul

tehnologic aplicat şi mărimea linurilor de fermentare. Astfel, la prelucrarea cerealelor prin

procedeul discontinuu, dioxidul de carbon este recuperat în proporţie de circa 70%. În cazul

fermentării continue a plămezilor cantitatea recuperată este mult mai mare.

Dioxidul de carbon poate fi prelucrat în următoarele moduri:

- prin purificare, comprimare şi eventual lichefiere pentru fabricarea băuturilor răcoritoare

carbogazoase şi în alte industrii;

- pentru fabricarea carbonatului de calciu sau a carbonatului de amoniu.

Procesul tehnologic de purificare, comprimare şi lichefiere a dioxidului de carbon se

realizează cu ajutorul unor instalaţii speciale prezentate la fermentarea berii.

Dioxidul de carbon lichid trebuie să aibă o puritate de minimum 98%, să conţină

maximum 0,1% apă, să nu conţină urme de ulei şi alte gaze şi să nu prezinte mirosuri străine.

El se livrează în butelii speciale din otel cu capacitatea de încărcare de 10 şi 20 kg, rezistente

la presiune ridicată până la 100 at.

Dioxidul de carbon se mai foloseşte în industria cărnii pentru asomarea porcilor, la

fabricarea gheţii carbonice (prin evaporarea dioxidului de carbon lichid în aparate speciale

cand are loc o răcire puternică şi solidificarea la temperatura de 78,9°C), care se utilizează la

transportul alimentelor cu perisabilitate ridicată, în industria metalurgică la turnarea metalelor,

în industria constructoare de maşini la sudura în atmosferă de dioxid de carbon, în medicină,

cercetare, etc.

Carbonatul de calciu se obţine în fabricile de alcool, folosind ca materii prime varul şi

dioxidul de carbon rezultat de la fermentaţie. Stingerea varului se efectuează cu apă caldă cu

temperatura de 65-75°C, care să permită obţinerea unei temperaturi optime de stingere de 85-

90°C, în stingătoare rotative, din care se obţine un lapte de var cu 18-20% s.u. După stingere

laptele de var este filtrat grosier şi fin pentru separarea sterilului (părţii insolubile) şi introdus

în vase de carbonatare, în care se introduce pe la partea inferioară sub agitarea dioxidului de

carbon.

41

Operaţia de carbonatare are loc la temperaturi de 50-60°C timp de 20-80 minute, obţinându-

se o suspensie de carbonat de calciu care este concentrată mai întâi prin filtrate sub vid până

la 50% s.u. şi spoi prin uscare în instalaţii tip tunel până la o umiditate finală de 0,4-5-0,6%.

După uscare produsul este măcinat într-o moară cu discuri, ambalat în saci, depozitat şi

livrat la beneficiari.

Carbonatul de calciu se fabrică în mai multe tipuri: A, B, C, I, în funcţie de gradul de

puritate şi destinaţie. Astfel, tipurile A şi I sunt folosite în industria de cosmetice, antibiotice

şi industria electrotehnică, tipul B în industria materialelor plastice şi a cauciucului, iar tipul C

de puritate mai redusă este destinat altor utilizări.

În funcţie de tipul de carbonat de calciu fabricat, consumul specific de dioxid de carbon

variază între 1000-3500 kg/tona de produs finit.

Carbonalul de amoniu se obţine în urma reacţiei dintre dioxidul de carbon şi amoniac.

Pe această cale se pot obţine teoretic 2,17 tone carbonat de amoniu la o tonă de C02,

randamentul practic este de 2 t/t de C02. Carbonatul de amoniu se foloseşte ca adaos la

furajarea animalelor, în cazul hranei sărace în proteine, având un coeficient ridicat de

asimilare de circa 80%.

6.3.2. Alcoolul tehnic

Alcoolul tehnic {frunţi şi cozi) reprezintă amestecul de alcool frunţi şi cozi rezultat în

instalaţiile de rafinare, în care predomină frunţile. Alcoolul tehnic este folosit în industria

lacurilor şi vopselelor sau la fabricarea alcoolului denaturat.

În compoziţia chimică a frunţilor intră:

- alcool etilic 93-97%

- aldehide 0,3-0,5%

- esteri 0,3-2,6%

- metanol 0,4-1,5%

- acizi organici volatili 0,07-0,09%

Frunţile obţinute de la rafinare se pot întoarce la fermentare sau la distilare. Prin

reîntoarcerea frunţilor în plămezi la începutul fermentării se limitează formarea de noi produse

secundare de fermentaţie ce conduce la creşterea randamentului în alcool, iar prin întoarcerea

lor la distilare se frânează procesul de formare a esterilor, iar unii acizi trec în borhot.

La rafinarea alcoolului brut din cereale în instalaţii periodice, cantitatea de frunţi este de

3,5%, iar în cele continue 2,6% faţă de alcoolul absolut.

6.3.3..Uleiul de fuzel

42

Uleiul de fuzel este un produs rezultat de la rafinarea alcoolului brut, format din

impurităţi cu volatilitate mai redusă din care predomină alcoolii superiori: amilic, izoamilic,

izobutilic, propilic. Alături de alcooli superiori, se găsesc cantităţii mai mici de esteri ai

acestora, acizi organici volatili şi furfural. Pentru livrare, el trebuie să aibă o puritate de

minimum 85%. Se întrebuinţează ca dizolvant, ca atare, sau după esterificare cu acizi

organici. În industria alimentară, se utilizează esterii alcoolilor amilic şi butilic pentru

aromatizarea bomboanelor

6.3.4. Borhotul din cereale

Borhotul din cereale rezultat de la distilarea plămezilor ferrnentate coţine atât substanţe

nefermentescibile din materia primă (celuloză, proteine, pectine, grăsimi, acizi nevolatili,

substanţe minerale), resturi de amidon, dextrine şi uneori chiar maltoză nefermentată, produse

secundare nevolatile ale fermentaţiei alcoolice (glicerina, acid lactic) cât şi celule de drojdii.

Borhotul din cereale rezultat de la distilarea plămazilor fermentate, prezintă compoziţia

chimică prezentată în tabelul3.

Tabelul 3

Compoziţia chimică medie a borhotului din cereale

Componentele Borhot

BBorhotdiPorumb Grâu Orz Orez Cartofi

Substanţă organică, % 95,3 91,4 97,9 96,5

■

87,4

Proteină brută, % s.u. 25,5 34,8 31,3 42,4 27,0Grăsime brută, % s.u. 11.7 2,2 10,2 3,5 2,7

Celuloză, % s.u. 10,6 _

3,4

13,7 5,9 8,1

Substanţe

extractive neazotoase, %

47,6 51,0 42,7 44,7 49,9

Substanţe minerale, %

s.u.

4,7 8,6 2,1 3,5 12,6

Substanţă uscată,% s.u. 8,5 4,2 26,0 8,0 6.0

Datorită substanţelor nutritive pe care le conţine, în special a substanţelor azotoase

asimilabile, borhotul din cereale şi cartofi constituie un furaj valoros. Acesta se poate folosi

în stare proaspată, îmbogăţit în vitamine sau în lactat de amoniu sau sub formă de borhot

uscat. Digestibilitatea principalelor componente ale borhotului pentru animale şi păsări este

prezentată în tabelul 4. El mai poate fi folosit la obţinerea preparatelor enzimatice fungice, a

drojdiei de panificaţie şi furajere, a unor antibiotice (biomicina), a cleiului de borhot.

43

Prin prelucrarea fără presiune a cerealelor rezultă un borhot cu o valoare furajeră mai

ridicată decât în cazul fierberii sub presiune, la care au loc procese importante de degradare

termică a unor substanţe valoroase din borhot. Astfel, în cazul folosirii procedeului de

dispersie, valoarea furajeră a borhotului creşte cu circa 45%, iar digestibilitatea substanţei

organice cu circa 24% faţă de procedeul de fierbere sub presiune.

7.CONCLUZII

IMPORTANTA ALCOOLULUI IN ZILELE NOASTRE

Industria spirtului ocupa un loc important in cadrul industriei fermentative prelucrătoare de

materii prime agricole vegetale ( cartofi,cereale,melasa).

Aceste industrii se bazeaza pe însuşirea unor microorganisme (drojdii selecţionate) care prin

enzimele ce le contin, transforma substantele utile din materii prime prelucrate, in anumite

condiţii tehnologice in alcool sau masă de drojdii ca produse principale si dioxid de carbon ca

produs secundar.

Alcoolul produs pe cale industrială este denumit spirt, acesta avînd in componenţa, in

principal, alcool etilic (95-96,6% din volum), alţi alcooli, aldehide, esteri, eteri şi apă.

Alcoolul se obţine pe cale fermentativa, s-au pe cale sintetică. Pe plan mondial cea mai mare

parte din alcool se obtine prin fermentarea materiile prime, cel mai frecvent folosite fiind:

melasa, cereale (porumb), cartofi, sfeclă de zahăr etc. Pe cale industrială alcoolul se obţine din

gaze naturale fiind întrebuinţate in scopuri tehnice. Industria alcoolului valorifică importante

cantităti de pierderi agricole alterate ex: (porumb necopt, cereale depreciate si melasa

rezultată de la fabricile de zahăr).

Alcoolul se foloseste in scopuri industriale, drept combustibil, dar şi în industria

alimentară la prepararea băuturilor. El reprezintă materia pentru prepararea unor produse ca:

eter etilic, estrii etilici ai acizilor formici, butirici, lactici, ftalici; la fabricarea esenţelor cu

aromă de fructe, precum si in industria parfumerilor. La apele de toaleta si săpunurile

transparente, dar si la foarte multe cosmetice se utilizeaza mari cantităti de alcool; o foarte

mare importanta o are alcoolul si in industria farmaceutica.

44

Este folosit şi la fabricarea de insecticide în industria celulozei, a explozivilor, a lacurilor, a

cloroformului, a iodoformului si a cauciucului sintetic. Alcoolul etilic se mai foloseste la

fabricarea otetului pe cale fermentativă şi a alcoolului sanitar.

Din cozile de la rafinare se prepară alcoolul denaturant. Alcoolul de calitate a II a este

utilizat la fabricarea lichidului antigel, care împiedică apa din radiatoarele maşinilor să

ingheţe.O larga utilizare o are alcoolul etilic in băuturile industriei alimentare, a rachurilor,

lichioruri, vinuri lichioroase etc. Subprodusele rezultate de la fabricarea alcoolului etilic: CO2

cu utilizări diferite in industria alimentară la fabricarea băuturilor răcoritoare si asomarea

porcilor.

Amestecul de alcool frunţi si cozi numit şi alcool tehnic este utilizat in industria lacurilor si

vopselelor şi la fabricarea alcoolului denaturat.Uleiul de fuzel este utilizat pentru

determinarea grăsimilor din lapte şi la fabricarea de esteri. Deşeul rezultat este borhotul de

cereale care este utilizat ca furaj pentru hrana animalelor

Spirtul absolut, la concentraţia de 99,8 volume se utilizează in ţările lipsite de zăcăminte

petroliere, drept carburant, in amestec de 20-30% cu benzină căruia îi se măreşte totodată şi

cifra octanica.

În ultimii ani alcoolul etilic este utilizat tot mai mult în amesctec cu benzina drept carburant

pentru motoare, ceea ce a dat o noua dezvoltare industriei spirtului in diferite ţări, mai ales în

cele cu agrucultura dezvoltată. Cel mai ambiţios program privind folosirea alcoolului în

scopuri energetice îl are Brazilia care, sub denumirea de PROALCOOL, urmăreşte a înlocui

15-21% din cantitatea de benzină cu alcool obţinut din trestie de zahăr. În Japonia s-a elaborat

programul RAPAD ( Reserch Association for Petroleum Alternatives Developments) care

urmăreşte realizarea de etanol şi acetonă-butanol-etanol prin procedee biotehnologice,

folosind ca materie primă celuloza. În Franţa programul Carburol urmăreşte realizarea

alcoolului etilic din sfeclă şi a butanolului din paie. Noua Zeelandă s-au efectuat studii pentru

obţinerea etanolului din lactoserum.

45

Bibliografie:

Banu C. si altii, Mnualul inginerului de industre alimentara, vol I, Ed. Tehnica, Bucuresti-1988

Stănciulescu,Gh., Fabricarea băuturilor alcoolice, Editura Tehnică, Bucureşti-1973

Tom Standage, o istorie a lumii in 6 pahare,House of guides-2007

Tane . N, Masini si instalatii pt produse de origine vegetala, vol I,Brasov-1988

46

47