Технология производства спирта из сахарной свеклы

Обновлено: 18.09.2024

Производство спирта при сбраживании дрожжами сахаров мелассы - отходов сахарного производства - несколько отличается от производства спирта из крахмалсодержащего сырья. Это касается в основном процессов подготовки сырья, приготовления сусла и его сбраживания, кроме того, используются другие расы дрожжей. Конечные этапы - отгонка спирта и его ректификация не отличаются и поэтому будут описаны ниже для обоих производств.

Мелассу принимают по массе (весу) в специальном отделении завода, в котором ее перекачивают в специальные аппараты - рассиропникн, разбавляют водой до заданного содержания сухих веществ, подкисляют серной кислотой и добавляют необходимые питательные соли. Разбавление мелассы (патоки) водой обычно осуществляется в два приема: сначала разводят ее до содержания сухих веществ 60%, подкисляют серной кислотой (технической) до 2° и выдерживают 2,5-3 ч. В результате изменения рН мелассы при подкислении происходит коагуляция коллоидов ее и осаждение их. Вместе с коллоидами осаждаются и мелкие взвешенные частицы. Осадок, образовавшийся на дне аппаратов, отводят, а мелассу разбавляют водой до содержания сухих веществ 22-35% в зависимости от технологической схемы. Иногда патоку разбавляют водой в один прием.

При двух поточных схемах патоку для выращивания дрожжей (дрожжевое сусло) разводят до 12-14% сухих веществ; для улучшения питания дрожжей добавляют фосфорнокислые соли, а в качестве источника азотистого питания вводят автолизат дрожжей или сернокислый аммоний. Добавление азотистого питания необходимо только, когда в мелассе содержание азота низкое. В основное сусло, идущее для сбраживания в бродильном отделении, добавляют также фосфорное питание - суперфосфатную вытяжку или фосфорную кислоту.

Подготовка дрожжей

Для сбраживания мелассы используют осмофильные расы дрожжей, устойчивые к высоким концентрациям солей в среде. В настоящее время при сбраживании мелассы наиболее часто применяют расу. Многие заводы используют свою производственную культуру, адаптированную к условиям данного завода. Размножение чистой культуры так же, как и на заводах, перерабатывающих зернокартофельное сырье, производится только при пуске завода или при смене дрожжей.

Производственные дрожжи для сбраживания заторов в бродильном отделении завода размножают непрерывно в специальной аппаратуре: дрожжанках или дрожжегенераторах.

В этих аппаратах поддерживают условия наиболее благоприятные для размножения дрожжей и неблагоприятные для развития посторонней микрофлоры: высокая концентрация сухих веществ сусла, высокая концентрация спирта (5%). Для активации размножения дрожжей применяют аэрацию.

Применяют также способ возврата отсепарированных дрожжей из последнего чана бродильной батареи и последующего активирования их в активаторах.

Непрерывный метод подготовки дрожжей одним из первых предложил Ф. И. Гладкий в 1937 г. Процесс размножения дрожжей идет в трех дрожжанках, соединенных между собой спускным трубопроводом. В верхнюю часть каждой из дрожжанок подают сусло, а снизу происходит непрерывный отток дрожжей в бродильное отделение.

Дрожжи размножаются при непрерывной аэрации (2-3 ш воздуха в час на 1 м 3 содержимого аппарата). Принцип метода заключается в таком отрегулировании скорости оттока, чтобы количество дрожжевой массы в дрожжанках оставалось бы постоянным. В 1 МЛ отбираемой жидкости должно содержаться не менее 150-180 млн. дрожжевых клеток, величина отброда, т. е. содержание сухих веществ в оттекающей бражке колеблется в пределах 5,5-6% при содержании спирта 3- 3,5%.

Процесс брожения

В настоящее время на большинстве спиртовых заводов, перерабатывающих мелассу на спирт, используют непрерывные технологические схемы брожения. Принципы и преимущества непрерывных процессов брожения и размножения дрожжей описаны выше.

Наиболее распространенными являются: двух поточная схема Ф. И. Гладкого; двух поточная схема Украинского НИИСПа; однопоточная схема А. Л. Малченко и Ф. Б. Криштул (ЦНИИСП).

В основе всех непрерывных схем лежит непрерывно поточная схема, разработанная во ВНИИСПе С. В. Лебедевым, Д. Н. Климовским и др.

Брожение осуществляется в батарее, состоящей из четырех чанов, соединенных переливными трубами. Через батарею не прерывно движется бродящая бражка вместе с дрожжами. Дрожжи, выносящиеся из последнего чана, отделяются от бражки сепарированием и поступают в активаторы, откуда зрелые, активированные дрожжи направляются, вместе с концентрированным мелассовым суслом, снова в нижнюю часть первого головного чана батареи.

Бродящее сусло постепенно заполняет первый чан и переливается по трубе в нижнюю часть второго чана, а оттуда в третий. Такое направление потока должно обеспечить более равномерное распределение дрожжей в сусле во взвешенном состоянии. Из третьего чана в четвертый поток идет по трубе, соединяющей чаны в верхней части, а отбродившая бражка выходит из нижней части четвертого чана. При таком изменении направления потока дрожжи осаждаются; их отделяют от бражки сепарированием и возвращают в бродильный процесс.

В основу технологической схемы Ф. И. Гладкого положены методы непрерывного размножения дрожжей в дрожжанках и непрерывного сбраживания сусла в батарее, состоящей из пяти, чанов, работающих непрерывно, и двух чанов для дображивания, работающих периодически.

Дрожжи, непрерывно выращиваемые в трех дрожжанках, вместе с основным суслом поступают в головные чаны, в которых происходит главное брожение. Условия главного брожения исключают размножение дрожжей, а значит и затраты сахара на построение клеток, что повышает выход спирта. Затем бродящее сусло передают в следующие три чана. В двух последних чанах-дображивателях бражку выдерживают 1-2 ч, здесь происходит более полное выбраживание сахаров. В зрелой бражке содержится спирта 9 - 9,5% по сравнению с 8,8%, получаемым в бражке, при работе по схеме, описанной выше.

Схема Украинского НИИСПа

Этот метод имеет все преимущества непрерывного метода: дрожжи размножаются в дрожже-генераторах, находятся все время в среде с постоянными параметрами - по содержанию сухих веществ, составу питательной среды, содержанию спирта и т. д. Процесс легче автоматизировать и управлять им, чем при работе по двухпоточным схемам. Выход спирта не ниже, чем при работе, например, по схеме Ф. Г. Гладкого, обеспечивается достаточная чистота и устойчивость процесса брожения.

Отгонка спирта и его ректификация. Отбродившая зрелая бражка, полученная при сбраживании, как зерно картофельного сырья, так и мелассового поступает в бражный резервуар, откуда насосом передается на брагоперегонные аппараты. В этих аппаратах из бражки выделяется этиловый спирт и все летучие примеси. Получаемый продукт называется спирт-сырец, а остаток - бардой. Спирт-сырец используют для технических целей или подвергают очистке от примесей - ректификации. Такой спирт называется спиртом-ректификатом. Сивушные масла, альдегиды и эфиры, содержащиеся в спирте-сырце, при ректификации отбирают и получают спирт-ректификат, содержащий 95,6% (по массе) алкоголя.

Пищевой спирт (хим. Формула С2Н5ОН) прозрачная, бесцветная субстанция с резким характерным запахом. Хорошо растворяется в воде. В быту он применяется для многих целей. Основным его предназначением является получение домашних алкогольных напитков – коктейлей, ликеров, настоек, наливок и водок. Его применяют как антисептическое средство для обработки бытовых ран. Настаивая травы и коренья на спирту, получают полезные настойки и вытяжки, способные лечить многие заболевания. Что бы получить хороший спирт, для этого необходимо иметь дома специализированное оборудование. Которое позволяет без особых трудностей получить качественный ректификат в домашних условиях.

Нужно помнить о мерах безопасности. Алкоголь и другие жидкости с повышенным содержанием спирта очень горючи, поэтому требуют осторожного обращения, а так же соблюдения мер противопожарной безопасности.

В промышленных объемах для получения спирта используют разное сырье, из-за своей дешевизны в основном подходит: картофель, сахарная свёкла, зерновые и их производные. В домашних условиях этот список значительно больше, в него входят ягоды, фрукты, овощи, сахар, крахмал, мучные изделия. Ректификат можно сделать из любого сырья лишь бы в его состав входили сахар или крахмал. Но ввиду простоты приготовления и доступности, сахар в чистом виде считается самым популярным компонентом для изготовления крепких напитков и спирта. Для сахара не нужна предварительная подготовка, как для зерновых или фруктовых. Здесь мы не будем рассматривать классический рецепт сахарной браги, ограничимся только зерновыми, картофелем и сахарной свеклой.

Как сделать качественный спирт из пшеницы в домашних условиях

Для элитных водок премиум класса используют спирт, сделанный из зерновых – пшеницы, ржи. Производство ректификата очень сложный и длительный технологический процесс, требующий неукоснительного контроля, особенно на последнем этапе. Весь многообразный процесс получения спирта ректификата можно разделить на три основных фазы.

Приготовление браги.
Получение сырца.
Ректификация.

Ингредиенты:

Пшеница – 10 кг;
Вода – 40 л;
Ферменты амилосубтилин и глюкаваморин – по 25 гр;
Дрожжи сухие – 50 гр.

Приготовление зерновой браги:

В рецепте вместо пшеницы можно использовать рожь, ячмень или кукурузу. Предварительно пшеницу нужно измельчить. Для этого можно воспользоваться специальной зернодробилкой. Если хотите пропустить этот шаг, то замените зерно пшеничной мукой. Качество не пострадает, но возрастет цена.
В большую кастрюлю или бак влить воду, нагреть до кипения. Помешивая воду внести пшеничную крупу.
Оставить кашу на 4-6 часов. За это время она остынет до 80°С, температуры внесения фермента А — амилосубтилина.
Кашу размешать, сначала это будет трудно сделать, но затем под действием фермента она станет жидкой.
Когда температура затора опустится до 65°С, внести следующий фермент Г – глюковамарин. Этот фермент осахарит крахмал. Температурную паузу осахаривания 62-65 градусов необходимо выдержать 1-2 часа.

Вместо ферментов можно воспользоваться пивоваренным или зеленым самодельным солодом. Его нужно перемолоть и внести при 62 градусах. Время осахаривания 1-2 часа.

Простая брага из картофеля

Ингредиенты:

Картофель – 10 кг;
Вода – 20 л;
Фермент А – 20 гр;
Фермент Г – 20 гр;
Дрожжи сухие – 100 гр.

Как сделать:

Чищенный картофель измельчить любым способом.
Залить массу кипятком, проварить 30 минут до пюре.
При 80°С внести фермент Г.
При 63°С засыпать фермент А.
Выдержать температурную паузу 62 градуса один час.
Остудить до 25°С, внести дрожжи.
Сбраживать 7-8 дней.
Слить с осадка, перегнать.

Брага из сахарной свеклы

Сахарная свёкла продукт, который также достать не проблема. Стоимость не велика, приготовление не сложное.

Состав:

Сахарная свёкла – 10 кг;
Вода 15 л;
Сухие дрожжи – 100 гр.

Изготовление:

Свеклу вымыть, очистить. Порезать или измельчить на корморезке.
Кашицу переложить в котел, залить водой.
Варить 1-1,5 часа.
Подождать пока остынет до комнатной температуры.
Жидкость процедить через сито или марлю.
Оставшуюся густую массу отжать и соединить с остальным отваром.
Жидкость поставить на огонь и варить до густоты сиропа.
Разбавить водой в пропорции 1 : 1.
При температуре 25-28С внести разведенные по инструкции дрожжи.
В течении 7-10 дней брага будет бродить. Затем ее дистиллировать.

Как получить спирт сырец

Итак, брага готова. Из неё нужно получить спирт сырец путем дистилляции. Густые браги перегоняются на пароводяном котле или используется парогенератор, делается это для того, что бы исключить пригорания. Для жидких браг используется любой самогонный аппарат. Суть первой перегонки заключается в получении максимального количества спирта сырца. Поэтому брага гонится до воды, то есть пока в отборе крепость не упадет ниже 5%.

Ректификация спирта

Многих интересует вопрос — как очистить сырец. Очистить спирт сырец углем или другим способом, как это делается перед дробной перегонкой самогона, на данном этапе нет необходимости. Так как при ректификации все примеси удаляются.

Чтобы получить правильный этиловый спирт крепостью 96,6% оборотов, необходима ректификационная
колонна, на самогонном аппарате нельзя добиться полного очищения от примесей. Колонны для ректификации делают из нержавеющей стали, наполняют специальной насадкой, на которой происходят все сложные процессы тепло и массообмена.

В перегонный куб заливают сырец, устанавливают колонну и включают нагрев. Колонна выходит на рабочий режим, сначала работает на себя без отбора. Спиртовые фракции в зависимости от температуры кипения занимают свое место на насадке в колонне. Затем происходит отбор голов, который занимает долгое время. Управляет отбором сложная электронная автоматика. После снятия голов идет тело, за температурой отбора и давлением так же следит автоматика. Контролировать процесс на всех этапах можно самостоятельно, но это очень сложно.

В заключении отбирается хвостовая фракция. Дополнительную очистку спирта в домашних условиях не принято делать. Если оборудование и управляющая автоматика работают исправно, то практически все вредные примеси остаются в головных и хвостовых фракциях. Из полученного ректификата можно делать любые настойки без посторонних запахов.

Этиловый спирт ректификат нужно хранить в стеклянной посуде с плотной крышкой, его срок хранения не ограничен. Обеспечить недосягаемость для детей и огня!

Как сделать пробу Ланга

Получив в домашних условиях ректификат, можно проверить его качество и наличие примесей, ведь 100% спирта в природе не существует. Для проверки делают пробу Ланга.

Необходимо взять из каждой фракции (головы, тело, хвосты) по 20 мл жидкости. Сделать раствор марганцовки, смешав 0,1 грамма перманганата калия с 50 мл воды.

В три чистые стеклянные колбочки влить при помощи мерного шприца по 0,4 мл раствора марганцовки.
В каждую добавить по 20 мл каждой фракции. Засечь время.

Через минуту начинает происходить реакция, при этом головы окрасятся в светло желтый цвет, спирт остается розовым, хвосты сделаются коричневыми.

Теперь нужно следить через какое время содержимое пробирки со спиртом приобретет цвет семги:

Кому не охота заморачиваться с пробирками в домашних условиях, можно воспользоваться дедовским методом. На запястье руки капнуть пару капель чистого спирта, растереть. Если чувствуется неприятный и резкий запах, то качество алкоголя низкое.

Альтернативные виды топлива из сахарной свеклы и продуктов ее переработки

В последние годы все большее внимание уделяется производству спирта из сахарсодержащего сырья и использованию его в качестве альтернативного горючего, так называемого, биоэтанола. Обычный топливный этанол, представляющий собой спирт, получают ферментацией сахара, а биоэтанол - ферментацией углеводов, добываемых из возобновляемых источников сырья: сахарной свеклы, пшеницы или ячменя. При сгорании этанола выделяется в несколько раз меньше углекислого газа, чем при сгорании бензина, а углекислый газ - одна из причин парникового эффекта и глобального потепления [4].

В настоящее время ежегодно в мире производится 330 млн гл спирта, при этом 60% его вырабатывается из сахарсодержащего сырья, 33% - из крахмалсодержащего и только 7% приходится на долю синтетического спирта.

13% производимого спирта используется для пищевых целей, 21 - для промышленных (химическая, косметическая и фармацевтическая промышленности), а остальные 66% - в качестве горючего для двигателей [5].

Идея использования спирта как горючего не нова. Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на спирте и скипидаре, был разработан Сэмюелем Морейя еще в 1826 г. В 1860 г. немецкий изобретатель Николас Август Отто взял этиловый спирт как топливо для своего двигателя с четырехтактным циклом, так как он не облагался налогом и был доступен для спиртовых ламп во всей Европе.

Генри Форд, человек нам более известный, в свое время смог аргументировать преимущества использования этанола, как "топлива будущего". На рубеже столетий США были свидетелями разработки Генри Фордом своей легендарной модели Ford-Т. Этот автомобиль был первым доступным транспортным средством с гибкой системой подачи топлива, двигатель которого мог работать на этаноле, бензине или на этих двух видах топлива в любом их сочетании.

Мотивов производства спирта из свеклы в качестве альтернативного источника топлива можно назвать несколько: повышающиеся цены на нефть и газ, а также политические аспекты. Считается, что 1 л этанола эквивалентен примерно 0,67 л бензина.

Согласно расчетам специалистов, энергетическая эффективность производства спирта из сахарной свеклы, с учетом ее выращивания, составляет 173% (отношение произведенной энергии к затраченной).

К тому же, сахарная свекла является наиболее выгодным сырьем из сельскохозяйственных культур для производства спирта (таблица).

Эффективность производства спирта из различных видов сельскохозяйственного сырья

Культура	Урожай, т/га	Выход спирта из 1 кг сырья, га	Общий выход спирта, кг/га
Картофель	20,0	2,2	22,0
Пшеница	4,5	4,0	15,0
Рожь/ячмень	3,6	3,4	12,0
Сахарная свекла	45,0	2,0	45,0

Из таблицы видно, что из сахарной свеклы можно получить примерно в два раза больше спирта, чем из других сельскохозяйственных культур.

Однако выбор продукта, получаемого из свеклы для производства спирта, связан с определенными ограничениями, связанными с его качеством, затратами на выработку, пригодностью к хранению и т. д.

Можно предположить, чем меньше примесей (несахаров) содержит продукт, тем он больше подходит для производства спирта, но с другой стороны, чем он чище, тем выше его цена, так как увеличиваются затраты на очистку.

Исходя из подобных соображений, для этих целей наиболее подходит сироп, являющийся сравнительно чистым продуктом (чистота 90-95%, содержание сахара 55-65%), что подтвердили производственные испытания биоэтанола на одном из спиртовых заводов [4]. Однако, поскольку получение сиропа довольно сложный процесс, требующий специального технологического оборудования, спирт из этого продукта стоит дорого.

Другая возможность использования энергетического потенциала сахарной свеклы - ферментация сока II сатурации. Речь идет о продукте, который прошел очистку, но не был сгущен выпариванием. В нем не содержатся органические и неорганические примеси, влияющие на ферментацию, поскольку они были удалены при очистке. Для ферментации этот продукт, в отличие от мелассы и сиропа, не нужно разбавлять.

Однако при использовании сока II сатурации в качестве субстрата для ферментации необходимо иметь в виду, что он не подлежит хранению, так как является хорошей питательной средой для жизнедеятельности большинства видов микроорганизмов.

Использование конкретных продуктов из сахарной свеклы в качестве альтернативного сырья для производства биоэтанола с целью получения горючего обусловлено, в первую очередь, экономическими аспектами. Так, например, в Чешской Республике в связи с перепроизводством сахара стоит вопрос об уменьшении производства свеклы и в связи с этим - сокращении посевных площадей под эту культуру. Во избежание нарушения ее агроструктуры, рассматривается возможность альтернативного использования свеклы как сырья для производства биоэтанола, как это делается в Бразилии из сахарного тростника или во Франции - из сахарной свеклы.

В настоящее же время работа спиртового завода по производству биоэтанола, используемого в качестве жидкого топлива, могла бы быть успешной при использовании в качестве сырья сиропа, который хорошо хранится (примерно, как и меласса).

Следует отметить, что организация работы спиртового завода на переработке сока II сатурации, который хранить нельзя, должна быть сопряжена с прямыми его поставками с сахарного завода. Поэтому возникает необходимость взаимосвязи работы спиртового и сахарного заводов, где будет производиться необходимый субстрат. В Чешской Республике этот способ предлагается реализовать несколькими способами [4]. В рассматриваемых вариантах расчеты, проведенные для спиртового завода производительностью 1000 гл спирта в сутки (что отвечает современной тенденции развития производства спирта в странах Западной Европы), показали, что для производства такого количества спирта потребуется примерно 160 т сахара. Для этого сахарный завод должен перерабатывать 1 тыс. т сахарной свеклы в сутки сахаристостью 16,5%.

Рассмотрим варианты реализации способов, обеспечивающих производство спирта из сока II сатурации.

Действующий спиртовой завод обеспечивается сырьем из частично реконструированного сахарного завода.

Рассматривается сахарный завод, не перспективный для производства сахара, но расположенный на расстоянии не более 20 км от спиртового завода и с условием, чтобы он был действующим. В противном случае, часть его оборудования может быть уже демонтирована и распродана, а также могут возникнуть проблемы с кадрами.

На подобном заводе оставляют действующими следующие участки: приемка, хранение и транспортировка свеклы на завод; изрезывание свеклы в стружку; экстрагирование сахара; очистка сока; фильтрация; производство извести и сатурационного газа; котельная; водное хозяйство и транспортировка очищенного сока на спиртовой завод.

Действующий спиртовой завод, обеспечивается сырьем с сахарного завода, имеющего повышенную мощность по производству очищенного сока.

Производительность сахарного завода в этом случае должна быть увеличена на 1 тыс. т переработки свеклы в сутки, которую следует дополнительно переработать в очищенный сок. Такой вариант предусматривает изменение порядка работы при приемке сахарной свеклы, установку дополнительного оборудования в свеклоперерабатывающем отделении.

Недостаток обоих вариантов - в доставке сырья на спиртовой завод цистернами, что связано с риском нарушения графика поставок по разным причинам, приводящим иногда к полной остановке производства. Кроме того, здесь имеется опасность загрязнения сырья микроорганизмами.

Затраты при таком способе доставки сырья становятся довольно высокими, если учесть, что в 20 т субстрата (1 автоцистерна) содержится всего 3 т сахара. Чтобы обеспечить работу спиртового завода, необходимо ежедневно и непрерывно (в течение 24 ч) поставлять до 1 тыс. т очищенного сока. Эта проблема достаточно серьезная и ее необходимо тщательно анализировать.

Монтаж на действующем спиртовом заводе линии по переработке свеклы с получением очищенного сока.

Если спиртовой завод перспективный, то, в принципе, может быть рассмотрен вопрос строительства при нем части сахарного завода по производству очищенного сока. Для реализации этого варианта, в первую очередь, необходимо, чтобы спиртовой завод располагал свободной территорией для приема и хранения сахарной свеклы. Также здесь требуется построить дополнительные очистные сооружения, так как без них организация сахарного производства невозможна.

Необходимо отметить, что данный вариант требует больших инвестиций.

Из вышеизложенного следует, что реконструкция действующего сахарного завода, без сомнения, более приемлема.

Строительство спиртового завода при действующем сахарном заводе с повышенной производительностью сокоочистительного отделения.

Здесь речь может идти о сахарном заводе, например мощностью 4 тыс. т переработки свеклы в сутки, которую путем реконструкции завода доводят до 5 тыс. т. Капитальные затраты на строительство при таком варианте будут значительно ниже, чем в рассмотренных ранее.

Технико-экономический анализ показывает, что оптимальным является вариант кооперирования крупного сахарного завода со спиртовым заводом на одной промышленной площадке, обеспечивающего последний соком II сатурации подачей его по трубопроводу и вырабатывающего одновременно сахар и мелассу, которая после окончания сезона переработки свеклы может пойти на получение спирта.

Также данный вариант предполагает производство биоэтанола и из зерна в межсезонный период.

Очевидно, что производство спирта из сахарной свеклы технически вполне решаемая проблема. Ее реальное воплощение - это вопрос политики, поскольку в ближайшее время получение энергии из обновляемого сырья будет пока дороже, чем из ископаемого.

Так, например, во Франции ежегодно из диффузионного сока производится до 1 млн гл этанола. В перспективе, при совместной работе сахарного и спиртового заводов возможна такая комбинация: из сгущенного сырого сока получают сахар-сырец, а из оттека, ферментацией, - спирт. Таким способом из 100 т свекловичного сахара можно получить 45 т рафинада и 26 т этанола. К тому же, оттек, поступающий на ферментацию, можно хранить.

Далее проведем небольшой экскурс по сахаропроизводящим странам, практикующим получение спирта из сахарной свеклы.

Брауншвейгский институт провел опыты по получению спирта на сахарном заводе Платинг. Согласно расчетам, выход спирта из 100 т свеклы составил 9700 л, выход сухого жома - 5,5 т и 2,4 т сухих веществ барды. Выход этанола в этом случае - 3200-4900 л/га, а при возделывании же высокоурожайных сортов - может быть выше 5000 л/га.

Отмечается, что в Германии биоэтанол мог бы конкурировать с традиционными видами топлива и иметь цену примерно 40 долл. США за баррель, а в дальнейшем - 20 долл.

В Бразилии с 1989 г. запрещено производство бензина, содержащего свинец. В настоящее время 90% новых автомобилей там работают на безводном этаноле, стоит который на 2/3 меньше бензина. Также владельцы автомобилей используют смесь бензина с добавкой 5-20% спирта.

Например в Польше, чтобы заменить 5% бензина этанолом (годовая потребность 4 млн т) потребуется увеличить площадь посевов сахарной свеклы на 60 тыс. га.

В США промышленный этанол производят более 40 компаний примерно на 60 сахарных заводах. Общий выход продукции составляет 2 млрд галлонов в год (около 8 млрд л).

Великобритания будет ежегодно выпускать 30 тыс. т биобутанола, используя в качестве сырья только сахарную свеклу.

В Италии на предприятии Comagri в провинции Ферра с 1992 г. в рамках исследовательского проекта вырабатывается ЕТВЕ этанол, предназначенный для повышения октанового числа бензина [2]. ЕТВЕ (этил-t-бутиловый эфир) получают путем реакции в присутствии катализатора между изобутанолом и спиртом, произведенным из сахарной свеклы. ЕТВЕ добавляют в количестве 15% к смеси горючего с целью получения бензина, не содержащего свинец.

Расширяется производство биоэтанола и во Франции. Так, сахарный завод Arcis-sur-Aube планирует производить 1 млн гл биоэтанола при соответствующей его реконструкции с увеличением мощности на 5 тыс. т переработки свеклы в сутки с дополнительной установкой емкостей по ферментации. Это будет самый крупный завод по переработке сахарной свеклы во Франции.

Выбор вариантов кооперирования сахарного и спиртового производств в значительной мере зависит и от того, кому принадлежат заводы. Если собственником является один хозяин (как это практикуется в большинстве случаев во Франции), то достаточно перспективным может быть, по мнению чешских специалистов [5], вариант использования оттека утфеля II, из которого уваривается утфель III, для производства биоэтанола. Иначе говоря, такой вариант дает возможность исключить из схемы сахарного завода уваривание и кристаллизацию утфеля последнего продукта, что позволяет работать без получения мелассы, значительно укоротить технологическую схему, снизить потери сахарозы от термического разложения и повысить качество сахара.

Таким образом, авторы статьи считают целесообразным организацию производства топливного этанола в России, что будет способствовать устойчивому развитию области или региона в целом, минимизирует затраты на доставку и транспортировку свеклы в отдаленные районы, а также поможет защитить сельскохозяйственных производителей, сталкивающихся с проблемой перепроизводства продукции.

ЛИТЕРАТУРА
1. Arcis -sur -Aube will 1 Mio hl Bioetanol produzieren//Zuckerindustrie. - 1992. - J.117. - №11. - S.992-995.
2. Dobrzycki J. Vyroba bioitanoly // Gazeta cukrovnicza. - 1992. - №1. - S.7-9.
3. ЕТВЕ aus Zukerrruben Etanol // Zuckerindustrie. - 1992. - J.117. - № 12. - S.1010-1011.
4. Kunterova L. Vyuziti cukrovki k vyrobe bioetanolun//Listy cukrovarnicke a reparske. - 1997. - № 2. - S.47-49.
5. Kunterova L. Technynicky lih z cukru a skrobu//Listy cukrovarnicke a reparske. - 2001. - №7/8. - S. 185-188.

И.Ф. БУГАЕНКО, С.В. ШТЕРМАН, О.С. ГРАЧЕВ
Московский государственный университет пищевых производств
Статья любезно предоставлена редакцией журнала "Сахар"

Сахарная свекла содержит значительное количество пектинов, | из которых в процессе тепловой обработки и брожения образуется | вредный для организма метиловый спирт. Кроме того, в составе I сивушных масел, образующихся в процессе ее брожения, 'J преобладают изобутиловый и н-пропиловый спирты. Поскольку I отделение названных спиртов от этилового затруднительно даже | в условиях современного промышленного производства, сахарную і свеклу перерабатывают на спирт, как правило, в смеси с ' крахмалистым сырьем или мелассой, а в чистом виде — только в крайнем случае. При этом, в последнем случае, подготовленное f; сусло перед внесением в него дрожжей обязательно подвергается обработке на вакуум-аппаратах, в процессе которой из него I удаляется часть метилового спирта и воды. Сусло готовят двумя способами: а) диффузионным, извлекая сахар путем диффузии | его в воду с последующим отделением сахарного сиропа от частиц свеклы;

Б) развариванием без отделения нерастворимого остатка от сиропа,

В обоих случаях тщательно очищеную от загрязнений свеклу измельчают и в виде стружки со средним диаметром частиц 3 — 5 мл, длиной в несколько Десятков миллиметров подают на тепловую обработку.

Диффузионный способ. В основу способа положено общеизвестное физическое явление диффузии, заключающееся в способности веществ проникать друг в друга при соприкосновении вследствие самоопроизвольного движения их молекул.

В корневищах сахарной свеклы сахар находится в растворенном виде во внутренних частях содержащих его клеток. В обычных условиях окружающая растворенный сахар оболочка непроницаема для молекул сахара и ее можно разрушить либо механически, например, тщательным измельчением корня, как в случае получения крахмала из картофеля, и (или) прессованием,

Что в случае промышленного производства нецелесообразно, или тепловой обработкой.

При температурах, превышающих 60 — 65°С, непроницаемая для растворенного сахара оболочка коагулирует (сворачивается) и молекулы сахара получают возможность выйти за пределы клеток и стружки.

Практически это достигается созданием двух непрерывных встречных потоков — стружки и подогретой до температуры 65 — 70°С воды, в результате чего сахар переходит в воду. Стружка постепенно обедняется, а вода обогащается сахаром. Получившийся сироп с содержанием в нем сахара около 7 — 8% стерилизуют нагреванием до 90°С, охлаждают до 28 — 30°С и подают в бродильную емкость. Иногда стериалиэацию не производят, заменяя ее подкислением сиропа серной кислотой до кислотности 1°. Перед подачей на брожение сироп обязательно обрабатывают в вакуум-аппаратах для удаления метилового спирта. Следует отметить, что даже в условиях промышленного производства спирта доля сахара в сусле, полученном из сахарной свеклы диффузионным способом, не превышает 10 мас.%, и поэтому зрелая бражка содержит не более 4 — 5 об. % спирта. Брожение сиропа из сахарной свеклы в промышленных условиях часто осуществляют с применением прессованных дрожжей. При этом расходуют 5 г прессованных дрожжей на 1л сиропа. Брожение проводят при температуре 28 С, при этом его длительность составляет 20 — 24 часа.

Способ разваривания. При разваривании окружающая клеточный сок с растворенным в ней сахаром протоплазма сворачивается и молекулы сахара получают возможность выйти за пределы клетки и в конечном результате из стружки. В данном варианте измельченную свеклу загружают в разварник, закивают горячей водой из расчета 300 — 350 л воды на 1т свеклы, нагревают до 85 .і— 90°С и выдерживают при этой температуре 35 — 40 мин. В результате такой тепловой бработки часть клеточного сока с растворённым в нем сахаром и другими веществами переходит в воду, чем достигается одинаковая концентрация сахара в сиропе И стружке. В дальнейшем, по мере понижения концентрации сахара В сиропе, например, в результате его сбраживания, молекулы сахара из стружки непрерывно диффундируют в сироп и подвергаются сбраживанию. Подготовленную таким образом массу обрабатывают в вакуум-аппаратах, охлаждают до 28 — 30°С и подают в бродильную емкость. Известны отступления от указанных температурного и временного интервалов в сторону их уменьшения: разваривание проводят при 75 — 85°С в течение 15 — 20 мин. В результате этого сахар менее карамелизуется, что увеличивает выход этилового спирта. При этом пектиновые Вещества менее разлагаются и поэтому образуется меньше метилового спирта.

При получении сусла по методу разваривания вязкость массы оказывается более высокой, чем получаемая по диффузионному методу. Поэтому в промышленном производстве, несмотря на то, что сахарная свекла содержит сахарозу и нет необходимости в осахаривании, с целью разжижения сусла, внесения питания для дрожжей и облегчения брожения к нему зачастую добавляют солод из расчета около 0,5 — 1,0% солода от массы свеклы. Осахаривание производят при температуре 58 — 60°С в течение 10 — 15 мин. При обоих способах получения сусла в массу для питания дрожжей вносят около 0,5 — 1,0% солода, а в случае его отсутствия — около 0,1% сульфата аммония и 0,05 — 0,1% ортофосфорной кислоты от массы перерабатываемой свеклы. В случае необходимости полученную массу (сироп) подкисляют серной кислотой до рН=4,5.

Свеклу в смеси с' мелассой и крахмалсодержащим сырьем можно перерабатывать в любых соотношения, однако, как это следует из ранее сказанного, желательно, чтобы доля последних в смеси была максимальной. При этом определяющим является требование, чтобы доля спирта в зреЛой бражке была около 8 об.%. На практике используются следующие варианты получения смешанного сусла: ■

А) Сусло из сахарной свеклы и мелассы [19]. Подвергнутая тепловой обработке (как ранее описано) сахарная свекла или сахарный сироп из нее смешиваются с разбавленной мелассой (на 1 весовую часть мелассы 2,5 —^ 3 весовые части воды), прогреваются при 90 — 100°С в течение 15 — 20 мин, охлаждаются, смешиваются с азотистым и фосфорным питанием для дрожжей, подкисляются и направляются на брожение.

Б) Сусло из сахарной свеклы и крахмалсодержащего сырья [19]. Подвергнутые раздельно тепловой обработке сахарная свекла и крахмалсодержащее сырье поступают в осахариватель, где смешиваются с солодом, и при температуре 58 — 60°С крахмал осахаривается солодом. Осахаренная смесь охлаждается и, если масса картофеля составляет не менее 50%, а масса зерна не менее 20% массы свеклы, дополнительное питание для дрожжей не вносится и масса направляется на брожение. В случае, если в приготовленной смеси доля крахмалсодержащего сырья меньше указанной, вносится азотное и фосфорное питание из расчета массы "перерабатываемой свеклы.

В) Сусло из сахарной свеклы, мелассы и крахмалистого сырья [19]. Измельченная сахараная свекла, разбавленная меласса и разваренное крахмалсодержащее сырье смешиваются, прогреваются при температуре 90 — 100°С в течение 15 — 20 мин, охлаждаются до температуры 58 — 60°С и подаются в осахариватель, где к ним прибавляется солод. Осахаривание осуществляется, как описано ранее.

Первый вариант. Измельченную на терке или электросоковыжималке стружку сахарной свеклы отжимают под прессом. Выход сока составляет около 30% веса свеклы. Отжатую стружку помещают в емкость соответствующего объема, заливают водой, смесь прогревают в течение 30 — 40 мин при температуре 65

— 70°С; охлаждают до удобной для работы температуры; отделяют стружку от сиропа с помощью грубого матерчатого или сетчатого фильтра, снова ее отжимают. Обычно берут отношение отжатой стружки к воде 1:1, но оно может быть и другим. Ясно, что чем большим количеством воды будет залита стружка, тем больше сахара из нее перейдет в раствор. Однако, с другой стороны, использование большого количества воды приводит к получению сиропа с пониженной концентрацией сахара, что может оказаться экономически невыгодным. Получившийся сироп смешивают с ранее полученным соком, подвергают тепловой обработке при 80

— 85°С в течение 20 — 30 мин, охлаждают до температуры 28

— 30°С и переливают в бродильную емкость. Тепловая обработка смеси сока И сиропа, которая проводится в открытой емкости, крайне важна, так как во время этого ее смесь не только стерилизуется, но и в определенной степени лишается неприятного "свекольного" запаха; в ней повышается концентрация сахара.

Второй вариант. Свекла измельчается; смешивается с водой с весовым отношением стружки к воде до 1:0,5; подвергается тепловой обработке при 80 — 85°С в течение 30 — 40 мин, охлаждается до температуры 28 — 30°С и направляется в бродильную емкость.

Третии вариант. Свекла измельчается на достаточно крупные части произвольной формы, в случае мелких корнеплодов вообще не измельчается; помещается в соответствующую емкость; заливается водой с весовым отношением свеклы к воде 1:0,05 или 1:0,1 и тушится при закрытой крышке емкости в течение нескольких часов. По окончании тепловой обработки и охлаждения выделившийся сироп сливают в емкость для брожения, в которую также помещают и разомнутую свеклу.

Положительной стороной этой технологии является полное отсутствие неприятного "свекольного" запаха; отрицательной, обусловленной длительной тепловой обработкой, — повышенное содержание метилового спирта вследствие разложения пектинов.

По нашим наблюдениям, последний вариант наиболее употребляем в быту, особенно жителями сельских районов.

Изложенные технологии применимы также для получения сусла из моркови и столовой свеклы.

Читайте также: