Разваривание сырья

Крахмал, который содержится в клетках картофеля или зерна, окружен клеточной оболочкой и недоступен для действия амилолитических ферментов. Механическим разрушением удается вскрыть только часть клеток сырья. Поэтому, чтобы перевести крахмал из нерастворимого состояния в растворимое и полностью разрушить клеточную структуру, необходимо провести водно-тепловую обработку - разваривание сырья. Цель разваривания - подготовка крахмала сырья к осахариванию амилолитическими ферментами солода или микробных ферментных препаратов.

В процессе разваривания составные части сырья подвергаются различным превращениям.

Крахмал при нагревании в воде сначала набухает и превращается в гель. При дальнейшем повышении температуры вязкость раствора резко увеличивается и происходит клейстеризация крахмала.

Клейстеризация протекает в следующем интервале температур: для картофельного крахмала - 59-64 ºС; пшеничного - 54-62 ºС; ржаного - 50-55 ºС; кукурузного - 65-70 ºС; ячменного - 60-80 ºС.

При 90 ºС вязкость достигает максимума, при увеличении температуры выше 110 ºС вязкость крахмального клейстера резко снижается, происходит разжижение или растворение крахмала: картофельного - при 143 ºС; ржаного - при 130 ºС; пшеничного - при 150 ºС; кукурузного - при 154 ºС. Именно при этих температурах и проводят разваривание.

Сахара участвуют в реакциях меланоидинообразования, карамелизации, оксиметилфурфурольного разложения. В результате образуются соединения, которые не сбраживаются дрожжами, отрицательно влияют на жизнедеятельность дрожжевых клеток и качество спирта. Наблюдаются потери сухих веществ. Уменьшить потери сахаров можно путем более тонкого измельчения сырья и снижения температуры разваривания.

Клетчатка при разваривании под давлением 0,4-0,5 МПа практически не изменяется.

Гемицеллюлозы частично растворяются, частично гидролизуются до декстринов различной молекулярной массы и пентоз.

Гумми-вещества растворяются, гидролизуются до глюкозы, что дает дополнительное количество сбраживаемых сахаров.

Пектиновые вещества гидролизуются с образованием метилового спирта. Это вызывает трудности при ректификации, так как температуры кипения метанола и этилового спирта близки.

Белки при нагревании до 100 ºС коагулируются, частично денатурируются и в кислой среде гидролизуются. Количество растворимого азота уменьшается.

Перед развариванием с целью экономии пара на разваривание, а также для набухания и клейстеризации крахмала проводят подваривание.

Для этого замес быстро подогревают экстрапаром (вторичным паром) до температуры 85-95 ºС, выдерживают 1,0-1,5 час; картофельную кашку нагревают до 40-45 ºС, длительность выдержки не более 30 мин.

Так как при повышении температуры вязкость резко возрастает, то для снижения ее в замес (кашку) добавляют термоустойчивую бактериальную α-амилазу. Наряду с набуханием и клейстеризацией происходит частичный гидролиз крахмала до высокомолекулярных декстринов, за счет чего вязкость снижается.

После подваривания крахмалистое сырье поступает на разваривание, где подвергается обработке при высоких температурах.

Основные способы разваривания: периодический, полунепрерывный, непрерывный. На большинстве заводов используют непрерывные способы.

Непрерывные способы. Сущность заключается в том, что сырье измельчают, подваривают, что позволяет смягчить режим варки, снизить потери сбраживаемых сахаров, увеличить выход спирта. Замес непрерывным потоком движется через все аппараты установки и удаляется из нее в готовом виде.

Существует несколько схем (установок) непрерывного разваривания, основными из которых являются две - Мичуринская (схема ВНИИПрБ) и Мироцкая (скоростная, схема УкрНИИСПа).

На отечественных спиртзаводах в качестве типовой принята схема ВНИИПрБ. Установка включает дробилки, смеситель-предразварник (подогрев вторичным паром замеса до температуры 75-85 ºС, кашки до - 45 ºС), контактную головку (нагрев замеса или кашки острым паром до температуры 130-140 ºС), несколько варочных колонн первой и второй ступени.

В колоннах давление одинаковое, а разность уровней ввода массы в колонны разная. За счет этого происходит перемещение массы из одной колонны в другую. Из последней колонны разваренное сырье автоматически вытесняется в паросепаратор. В нем происходит выделение пара из массы за счет разницы давлений в колоннах и паросепараторе. Выделяющийся пар поступает в предразварник.

Полунепрерывное разваривание. Согласно этой схеме сырье не измельчают, подваривание проводят. Разваривание сырья осуществляется периодически, а доваривание и отвод в осахариватель - непрерывно. Варка идет в три стадии: в предразварнике (происходит предварительный нагрев и набухание сырья), в разварнике (разваривание) и в выдерживателе-паросепараторе (доваривание). Разваренное сырье выдувают в выдерживатель, где сырье доваривается до полной готовности и отделяется избыток пара. Из него разваренное сырье непрерывно поступает на осахаривание.

Периодическая схема. Сырье не измельчают. Разваривание ведут в разварнике до полной готовности и разваренную массу выдувают в паросепаратор или непосредственно в осахариватель.

Сравнительная характеристика параметров разваривания по различным схемам приведена в таблице 2.

Таблица 2

Параметры различных способов разваривания

Способ разваривания	Аппарат	Давление, МПа	Температу ра, ºС	Продолжи- тельность, мин
Непрерывный (схема ВНИИПрБ)	Варочные колонны	0,4-0,5	135-140	40-45 (картофель), 50-60 (зерно)
Паросепаратор	0,02
Периодический	Разварник	0,4-0,55	150-160	45-60 (картофель), 90-100(зерно)
Паросепаратор-выдерживатель	0,05	102-106	40-45
Полунепрерыв-ный	Разварник	0,4-0,45	140-160	40-50 (картофель), 50-70 (зерно)
Паросепаратор-выдерживатель	0,05	102-106	40-45

Готовность разваренной массы определяют по цвету. Он должен быть в зависимости от степени измельчения сырья, температуры и продолжительности разваривания, темно-желтым со светло-коричневым оттенком для зерновой массы, для картофельной массы - светло-коричневым с зеленоватым оттенком.