Alkohol aus Holz (hydrolysierter Alkohol). Umwandlungen von Kohlenhydraten in der Lebensmittelproduktion
ETHANOL-PRODUKTION
Der Weltmarkt für Ethanol umfasst etwa 4 Milliarden Dekaliter (Dekaliter absoluter Alkohol) pro Jahr. Führend in der Ethanolproduktion sind die USA, Brasilien, China. In den USA gibt es 97 Anlagen zur Herstellung von Ethanol aus Mais (weitere 35 Anlagen sind im Bau) mit einer Gesamtkapazität von 1,5 Milliarden Dekaliter pro Jahr.
Die Hauptrichtungen der Verwendung von Ethanol in der weltweiten Praxis:
− 60 % − Kraftstoffzusatz;
− 25% − chemische Industrie;
- 15 % - Lebensmittelindustrie (ihr Anteil ist rückläufig).
Autokraftstoff auf Ethanolbasis enthält 10 % Ethanol (E-10-Kraftstoff) oder 85 % Ethanol (E 85). Bei Ölpreisen von 60-70 $ pro Barrel wird Bioethanol zu einem wettbewerbsfähigen Kraftstoff. Die Einführung von Ethanol in Benzin ermöglicht es, die Zugabe von Tetraethylblei zum Kraftstoff zu verweigern, wodurch die Toxizität von Abgasen und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden.
In den Vereinigten Staaten wird großangelegt an der Herstellung von Bioethanol aus nachwachsenden Pflanzenmaterialien (aus Maisstängeln, Zuckerrohr etc.)
Unter industriellen Bedingungen wird Ethanol durch Hydratation von Ethylen in Gegenwart eines Katalysators (H 3 PO 4 auf Kieselgel), aus Hydrolysaten pflanzlicher Rohstoffe (Holz, Maisstroh, Rohr) sowie aus stärkehaltiger Rohware gewonnen (Weizen, Roggen, Triticale, Kartoffeln), Melasse, Milchserum, Topinambur. Durchschnittliche Ausbeute von 95,5 % Ethylalkohol aus 1 Tonne verschiedene Sorten Rohstoffe sind in Tabelle 2.1 dargestellt.
Tabelle 2.1
Ethanolausbeute aus verschiedenen Rohstoffen
Ende der Tabelle 2.1
In den Brennereien der Republik Belarus (rund 70 Brennereien mit einer Gesamtkapazität von mehr als 9 Millionen Dekaliter pro Jahr) werden stärkehaltige Rohstoffe, hauptsächlich Getreidekörner, zur Herstellung von Ethanol verwendet. Der Stärkegehalt in verschiedenen Getreidearten beträgt (in %): Weizen - 48–57; Roggen - 46–53; Gerste - 43–55; Hafer - 34–40; hirse - 42–60; Mais - 61–70. Das Getreide enthält auch (im Durchschnitt) Zucker ~ 3%; Ballaststoffe ~ 6 %; Pentosane und Pektine ~ 9 %; stickstoffhaltige (Eiweiß-)Stoffe ~ 11 %, Fett ~ 3 %.
Hersteller von Ethanol
Die klassischen Produzenten von Ethanol in der mikrobiologischen Synthese sind Hefen – Saccharomyceten und Schizosaccharomyceten. Am häufigsten verwendete Hefe Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces vini,Schizosaccharomyces pombe.
Saccharomyceten haben Zellen runde Form 10-15 Mikrometer groß, vermehren sich durch Knospen. Schizosaccharomyceten haben große stäbchenförmige Zellen mit einem Durchmesser von 4–5 &mgr;m und einer Länge von 18–20 &mgr;m, die sich durch Teilung vermehren. Beide Hefen fermentieren Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose, Maltose gut, fermentieren Galaktose schwieriger und fermentieren Pentosezucker (Xylose, Arabinose) nicht.
Die theoretische Ausbeute an Ethanol aus 100 kg fermentierter Glucose beträgt 51,14 kg oder 64,80 l (dadurch entstehen 48,86 kg CO 2 ). In der Praxis beträgt die Alkoholausbeute 82–92 % der theoretischen Ausbeute, da ein Teil des Substrats für die Vermehrung und das Wachstum von Hefen und die Bildung von Nebenprodukten verbraucht wird.
Die Synthese von Ethanol in der Hefezelle erfolgt nach folgendem Schema:
Nebenprodukte der alkoholischen Gärung sind Glycerin, höhere (Fusel-) Alkohole, organische Säuren (Essig-, Brenztrauben-, Milch-, Bernsteinsäure), Aldehyde. Während der alkoholischen Gärung wird Zucker (Glucose) für die Bildung verschiedener Substanzen in folgender Menge verbraucht: Ethanol - 46-47%, Kohlendioxid - 44-46%, Hefebiomasse - 1,8-4,0%, Glycerin - 3-4% , höhere Alkohole - 0,3-0,7 %, organische Säuren - 0,2-1,0 %, Aldehyde - 0,1-0,2 %. Bei wiederholter Rückführung der Hefe in die Gärung wird der Zuckerverbrauch für die Biomassebildung reduziert und die Intensität der Gärung sogar leicht erhöht.
Die Bildung von Glycerin während der alkoholischen Gärung erklärt sich aus der Tatsache, dass während der Induktionsperiode (vor der Bildung von Acetaldehyd) eine Dismutationsreaktion zwischen zwei Molekülen Phosphoglycerinaldehyd unter der Wirkung des Enzyms Aldehydmutase unter Beteiligung eines Wassermoleküls stattfindet. Dabei wird ein Molekül Phosphoglyceraldehyd zu Phosphoglycerin reduziert und das andere zu 3-Phosphoglycerinsäure oxidiert. Phosphoglycerin nimmt auch nach der Spaltung nicht an weiteren Reaktionen teil Phosphorsäure ist ein Nebenprodukt der alkoholischen Gärung. 3-Phosphoglycerinsäure erfährt Umwandlungen entlang des EMT-Wegs unter Bildung von Acetaldehyd. Nach dem Auftreten von Essigaldehyd beginnt eine stationäre Fermentationsphase, während der die Oxidation von Phosphoglycerinaldehyd zu Phosphoglycerinsäure unter Zugabe von anorganischem Phosphat (EMP-Pfad) in komplexerer Weise abläuft. Dabei entsteht bei der Fermentation neben Ethanol immer auch eine gewisse Menge Glycerin.
Bei der Bindung von Acetaldehyd mit Bisulfit richtet sich der Fermentationsprozess auf die Bildung von Glycerin:
C 6 H 12 O 6 ® CH 3 CHO + CO 2 + CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH.
Im alkalischen Milieu geht das Acetaldehyd-Molekül mit dem zweiten Molekül eine Redox-Reaktion ein, wobei Ethanol und Essigsäure entstehen. Gleichzeitig kommt es zu einer Anhäufung von Glycerin. Insgesamt wird der Prozess durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
2C 6 H 12 O 6 + H 2 O ® ® 2CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH + C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + 2CO 2.
Diese Techniken werden für die industrielle Produktion von Glycerin verwendet.
Höhere Alkohole werden aus im Fermentationsmedium enthaltenen Aminosäuren (in geringerem Maße aus Ketosäuren) als Ergebnis von aufeinanderfolgenden Reaktionen der Desaminierung von Aminosäuren, der Decarboxylierung der gebildeten Ketosäuren und der Reduktion von Aldehyden gebildet.
Von den höheren Alkoholen in der Maische gibt es: Propyl (aus Threonin gebildet), Isobutyl (aus Valin), Amyl (aus Isoleucin) und Isoamyl (aus Leucin).
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Derzeit wird intensiv nach nicht-traditionellen Ethanol produzierenden Mikroorganismen gesucht, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Substraten mit hoher Ethanolproduktivität und erhöhter Beständigkeit gegenüber Ethanol und hohen Temperaturen zu fermentieren. Von Interesse sind ethanolsynthetisierende Bakterien. Zum Beispiel Bakterien Zymomonas mobilis unterscheiden sich von Hefen durch einen intensiven Stoffwechsel: Sie haben eine hohe spezifische Umwandlungsrate von Glucose in Ethanol, liefern eine höhere Ausbeute an Ethanol (bis zu 95 % des theoretisch möglichen) und sind toleranter gegenüber Alkohol. Diese Bakterien reagieren jedoch empfindlich auf das Vorhandensein von Inhibitoren (Furfural, Phenole) in Nährmedien und erfordern, dass der Fermentationsprozess unter aseptischen Bedingungen durchgeführt wird.
thermophile Bakterien Clostridium thermocellum(optimale Wachstumstemperatur 68°C) können die Zellulose pflanzlicher Materialien direkt in Ethanol umwandeln, allerdings müssen die Rohstoffe von Lignin befreit werden. Eine hohe Alkoholausbeute durch direkte Umwandlung pflanzlicher Rohstoffe war bisher nicht möglich.
Hefestämme, die Pentosezucker fermentieren können ( Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata). Die Ausbeute an Ethanol während der Fermentation von 100 kg Xylose erreicht 35-47 Liter.
Hefe wird in der heimischen Praxis zur Ethanolherstellung aus stärkehaltigen Rohstoffen verwendet. Saccharomyces cerevisiae haben optimale Temperatur Gärung 29–30°С.
Enzymatische Verzuckerung von Stärke
Herkömmliche Ethanolhersteller sind nicht in der Lage, Polysaccharide zu spalten, daher müssen bei der Würzegewinnung stärkehaltige Rohstoffe gekocht und verzuckert werden. Die Stärke der meisten Pflanzen enthält 20–25 % Amylose und 80–75 % Amylopektin. In Pflanzenzellen liegt Stärke in Form von Körnern (Körnchen) vor, deren Größe zwischen 1 und 120 Mikrometern liegt (Kartoffelstärke hat Körnchen mit einer Größe von 40 bis 50 Mikrometern, Getreidestärkekörner - 10 bis 15 Mikrometer). Stärke, Amylose und Amylopektin sind in kaltem Wasser, Alkohol und Äther unlöslich. Amylose ist gut löslich in warmes Wasser, Amylopektin - wenn es unter Druck erhitzt wird. Die Netzwerkstruktur von Amylopektinmolekülen verursacht ein Quellen von Stärkekörnern ohne deren Auflösung (sekundäre Bindungen werden durch Hydratation geschwächt). Bei einer bestimmten Temperatur lockern sich die Körner, Bindungen zwischen einzelnen Strukturelementen werden aufgebrochen und die Integrität der Körner wird verletzt. Gleichzeitig nimmt die Viskosität der Lösung stark zu - es kommt zu einer Stärkeverkleisterung. Die Paste ist gekennzeichnet durch eine ungeordnete Anordnung von Molekülen, den Verlust einer Kristallstruktur. Bei einer Temperatur von 120–130°C wird die Paste leicht mobil. Am vollständigsten löst sich Amylopektin in Weizenstärke bei 136–141 °C, in Kartoffelstärke bei 132 °C.
Die beim Kochen von Getreide oder Kartoffeln gelöste Stärke wird mit amylolytischen Enzymen aus Getreidemalz oder Kulturen von Mikroorganismen, hauptsächlich Fadenpilzen und Bakterien, hydrolysiert (verzuckert). Von Pflanzenmaterial ist das gekeimte Getreidekorn, Malz genannt, am reichsten an amylolytischen Enzymen. Derzeit verwendet die Alkoholindustrie in großem Umfang Enzympräparate auf der Basis von Kulturen von Fadenpilzen (oder Bakterien der Gattung Bazillus), die gegenüber Malz einige Vorteile haben. Die Kulturen der Fadenpilze werden auf Weizenkleie oder Maismehl gezüchtet, während die Malzproduktion konditioniertes Getreide erfordert. Mit Malz werden große Mengen fremder Mikroorganismen in die Würze eingebracht, was die Ethanolausbeute negativ beeinflusst. Tiefe Pilzkulturen werden unter sterilen Bedingungen gezüchtet, sie kontaminieren die Würze nicht mit fremden Mikroorganismen. Das Züchten der Oberflächenkultur von Pilzen wird viel schneller durchgeführt (1,5-2,0 Tage) als die Getreidekeimung (9-10 Tage). Pilze bilden einen Komplex von Enzymen, die Stärke tiefer hydrolysieren und auch Hemicellulosen in Monosaccharide abbauen, was die Ethanolausbeute aus Rohstoffen erhöht.
Am Prozess der Verzuckerung stärkehaltiger Rohstoffe sind verschiedene Enzyme beteiligt. Größte Produktionswert Amylase haben. α- und β-Amylasen katalysieren nur das Aufbrechen von α-1,4-glucosidischen Bindungen. Unter der Wirkung von α-Amylasen werden Bindungen willkürlich, aber hauptsächlich innerhalb der Ketten aufgebrochen. Dadurch werden hauptsächlich Dextrine gebildet, nicht große Menge Maltose und Oligosaccharide. Aufgrund der Art der Wirkung wird α-Amylase als endogene oder dextrinogene Amylase bezeichnet.
Die Wirkung der β-Amylase richtet sich auf die endständigen (äußeren) Bindungen in der Stärke, während ausgehend von den nicht reduzierenden Enden der Ketten nacheinander zwei Glucosereste (Maltose) abgespalten werden. β-Amylase kann die Verzweigungsstellen im Stärkemakromolekül nicht umgehen, daher stoppt die Hydrolyse an der vorletzten α-1,4-glucosidischen Bindung und hochmolekulare Dextrine bleiben während der Hydrolyse von Amylopektin zurück. Amylose wird durch β-Amylase fast vollständig in Maltose umgewandelt, Amylopektin macht nur 50–55 % aus.
Als Ergebnis der gemeinsamen Wirkung von α- und β-Amylasen wird ein Gemisch von Sacchariden gebildet, bestehend aus Maltose, einer geringen Menge Glucose und niedermolekularen Dextrine, in denen alle α-1,6-glucosidischen Bindungen der Stärke enthalten sind konzentriert sind.
Bakterien und mikroskopisch kleinen Pilzen fehlt β-Amylase, sie enthalten jedoch aktive α-Amylase, die sich in der Zusammensetzung der Aminosäuren im Protein und der Spezifität der Wirkung unterscheidet. Insbesondere während der Katalyse durch α-Amylase von mikroskopisch kleinen Pilzen wird eine große Menge an Glucose und Maltose gebildet. Unter den bakteriellen Amylasen gibt es sowohl saccharogene als auch dextrinogene. Erstere hydrolysieren Stärke zu 60 % oder mehr, letztere zu 30–40 %. α-Amylasen mikrobiellen Ursprungs greifen wie Malz-α- und β-Amylasen keine α-1,6-glucosidischen Bindungen an.
Mikroskopisch kleine Pilze enthalten Glucoamylase, die das Aufbrechen von α-1,4- und α-1,6-glucosidischen Bindungen in Stärke katalysiert. Während der Katalyse durch dieses Enzym werden Glucosereste nacheinander von den nicht reduzierenden Enden von Amylose und Amylopektin abgespalten. An der Stelle des Bindungsbruchs wird ein Wassermolekül hinzugefügt, so dass die theoretische Ausbeute an Glucose während der Hydrolyse 111,11 Gew.-% Stärke beträgt.
Drei mögliche Wege Wechselwirkungen des Enzyms mit dem Substrat (das eine große Anzahl von Ketten enthält): mehrkettig, einkettig und kombiniert.
Bei der Mehrkettenmethode greift das Enzymmolekül zufällig eine der Polysaccharidketten an, spaltet ein Glied davon ab und greift dann auch zufällig die folgenden Ketten an, einschließlich möglicherweise der zuvor angegriffenen. Somit tritt während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes nur ein katalytisches Ereignis auf.
Bei der Single-Chain-Methode greift das Enzymmolekül eine der Polysaccharidketten in zufälliger Reihenfolge an und spaltet nacheinander Glieder davon ab, bis die Kette vollständig gespalten ist. Während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes werden alle für das Enzym verfügbaren Bindungen hydrolysiert.
Das kombinierte Verfahren oder das Verfahren des Mehrfachangriffs besteht darin, dass mehrere Bindungen während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes hydrolysiert werden. In diesem Fall wird das Enzym nach der Spaltung einer Verknüpfung nicht abgestoßen, sondern verzögert. Der Angriff erfolgt im Wechsel von Single- und Multi-Chain-Methoden.
Studien haben gezeigt, dass α- und β-Amylasen die Hydrolyse nach dem Verfahren des Mehrfachangriffs durchführen (das Mehrkettenverfahren ist typisch für bakterielle α-Amylase).
In heimischen Brennereien werden rohes (nicht getrocknetes) Malz in Form von gemälzter Milch, Enzympräparate (Glucamorin, Amylorizin, Amylosubtilin) in verschiedenen Aktivitätsstufen oder eine Mischung aus gemälzter Milch und einem Enzympräparat für Rohstärke verwendet Verzuckerung in heimischen Brennereien.
Die Technologie zur Gewinnung von Malz umfasst die folgenden Hauptprozesse: Einweichen von Rohstoffen, um einen Feuchtigkeitsgehalt von 38–40% zu erreichen; Kornkeimung für 10 Tage in einer pneumatischen Mälzerei in einer Schicht von 0,5–0,8 m Dicke; Mahlen von Malz in Scheiben- oder Hammermühlen; Desinfektion von Malz mit Formalin oder Bleichlösung und Zubereitung von Malzmilch. Malzmilch wird durch Mischen von gemahlenem Malz mit Wasser (4–5 Liter Wasser pro 1 kg Malz) gewonnen.
Aus Körnern verschiedener Getreidesorten hergestelltes Malz enthält von jedem der amylolytischen Enzyme ungleiche Mengen. Beispielsweise hat Gerstenmalz eine hohe α- und β-amylolytische Aktivität, während Hirsemalz eine starke dextrinolytische Aktivität hat. Meistens wird eine Mischung aus drei Malzsorten zubereitet: Gerste (50 %), Hirse (25 %) und Hafer (25 %). Es ist verboten, Malz aus einer Kultur bei der Herstellung von Alkohol aus derselben Kultur zu verwenden.
Ethanol (Ethylalkohol) C 2 H 5 OH ist eine klare, farblose Flüssigkeit mit einem brennenden und charakteristischen Geruch mit einer relativen Dichte von 0,79067. Der Siedepunkt von Ethanol bei Normaldruck beträgt 78,35 °C, der Flammpunkt 12 °C und der Gefrierpunkt 117 °C. Chemisch reines Ethanol reagiert neutral; Rektifizierter Alkohol enthält eine kleine Menge Carbonsäuren, daher ist seine Reaktion leicht sauer. Ethanol ist sehr hygroskopisch; Es nimmt gierig Wasser aus der Luft, pflanzlichen und tierischen Geweben auf, wodurch sie zerstört werden.
Alkohol ist für Menschen und Tiere sowie Mikroorganismen giftig. Alkoholdämpfe sind ebenfalls schädlich. Die maximal zulässige Dampfkonzentration in der Luft beträgt 1000 mg/cm 3 . Alkohol hat explosive Eigenschaften. Die Grenzen der Explosionskonzentration von Alkoholdämpfen liegen bei 2,8-13,7% des Luftvolumens. Ethanol wird aus Lebensmittelrohstoffen in Form von Rohalkohol mit einem Gehalt von mindestens 88 Vol.% und Rektifiziertem Alkohol mit einem Gehalt von 96,0-96,5 Vol.% in Form von Rektifiziertem Alkohol der 1. Klasse, der höchsten Reinheit, hergestellt , „Extra“ und „Lux“, Basis, Alpha.
Die Herstellung von Alkohol aus stärkehaltigen Rohstoffen besteht aus den folgenden technologischen Hauptschritten: Vorbereitung der Rohstoffe für die Verarbeitung; Wasserwärmebehandlung (Kochen) von Getreide und Kartoffeln; Verzuckerung von gekochter Masse; Anbau von industrieller Hefe; Vergärung von verzuckerter Würze und Gewinnung von Alkohol aus der Maische und deren Reinigung.
4.1. Kartoffeln und Getreide für die Verarbeitung vorbereiten
Die Vorbereitung von Kartoffeln und Getreide für die Verarbeitung besteht aus der Lieferung von Rohstoffen an die Anlage, der Trennung von Verunreinigungen, dem Mahlen und der Vorbereitung der Charge.
Kartoffeln vom Schulterfeld werden auf der Straße zu Vorratsbehältern transportiert, von wo sie über ein hydraulisches Förderband der Produktion zugeführt werden. Leichte, grobe und schwere Verunreinigungen der Kartoffeln werden ausgesondert
Schrott- und Steinfallen. Kartoffelwaschmaschinen werden zum Waschen und Entfernen der restlichen Verunreinigungen verwendet.
Das zum Kochen kommende Getreide wird auf Windsichtern und Magnetabscheidern gereinigt.
Bei einer periodischen Methode der Wasserwärmebehandlung werden Kartoffeln und Getreide als Ganzes gekocht, bei kontinuierlichen Schemata werden die Rohstoffe vorzerkleinert. Der Zerkleinerungsgrad beeinflusst die Temperatur und Dauer des Siedens. Beim Mahlen von Kartoffeln auf einem Sieb mit einem Lochdurchmesser von 3 mm sollten keine Rückstände verbleiben, und beim Mahlen von Getreide sollte der Rückstand auf diesem Sieb 0,1-0,3% nicht überschreiten. Der Mahldurchgang durch ein Sieb mit Löchern mit einem Durchmesser von 1 mm sollte 60-90% betragen.
Die Herstellung der Charge besteht darin, die zerkleinerten Rohstoffe mit Wasser zu mischen und auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen. Dem zerkleinerten Getreide werden 280–300 % Wasser zugesetzt, dem Kartoffelbrei werden 15–20 % Wasser, bezogen auf das Gewicht des Rohmaterials, zugesetzt. Die Feststoffkonzentration in der Würze sollte 16-18% betragen.
4.2. Wasserwärmebehandlung von Getreide und Kartoffeln
Hauptaufgabe der Wasser-Wärmebehandlung ist die Aufbereitung von Rohstoffen für die Stärkeverzuckerung mit amylolytischen Malzenzymen oder Enzympräparaten mikrobiellen Ursprungs. Die Verzuckerung erfolgt am vollständigsten und schnellsten, wenn Stärke für ihre Wirkung verfügbar ist (nicht durch Zellwände geschützt), gelatiniert und aufgelöst wird, was durch Wärmebehandlung ganzer Rohstoffe bei erhöhtem Druck oder, wie dieser Vorgang allgemein genannt wird, in Alkohol erreicht werden kann Herstellung, Kochen; feinstmechanische Vermahlung von Rohstoffen auf Spezialmaschinen; mechanisches Mahlen von Rohstoffen auf eine bestimmte Korngröße mit anschließendem Sieden unter Druck (kombiniertes Verfahren).
Ganze stärkehaltige Rohstoffe im Kessel werden mit Sattdampf unter Überdruck bis 0,5 MPa (Temperatur 158,1°C) behandelt. Unter diesen Bedingungen löst sich Stärke auf, die Zellwände des Rohmaterials erweichen und lösen sich teilweise auf, und beim anschließenden Einblasen des Rohmaterials in den Dampfabscheider (Halter) wird die Zellstruktur aufgrund von Druckabfall, Mahlwirkung der Rost im Blaskasten des Brauers sowie andere mechanische Einflüsse auf den Weg der schnellen Bewegung der gekochten Massen von einem Apparat zum anderen. Beim Kochen erfolgt gleichzeitig die Sterilisation der Rohstoffe, was für die Verzuckerungs- und Fermentationsprozesse wichtig ist.
Beim Mahlen von Rohstoffen auf eine Partikelgröße, die kleiner als Stärkekörner ist, Zellstruktur Rohstoffe und Stärkekörner selbst, wodurch sie sich bei einer Temperatur von 60-80 ° C in Wasser auflösen und mit amylolytischen Malzenzymen und Kulturen von Mikroorganismen verzuckert werden. Die Methode der Feinstvermahlung wird aufgrund des hohen Stromverbrauchs und des fehlenden Wissens über die Frage der Sterilisation von Rohstoffen noch nicht angewendet.
Weit verbreitet ist das kombinierte Verfahren, bei dem das Rohmaterial zunächst zu Partikeln mittlerer Größe (1-1,5 mm) zerkleinert und dann gekocht wird. Dabei ist die Siedetemperatur und -dauer geringer als bei der Wärmebehandlung ganzer Rohstoffe. Das Blasen der gekochten Masse aus zerkleinerten Rohstoffen mit einem Druckabfall trägt zu ihrer weiteren Dispersion bei. Diese Methode der Wärmebehandlung, kombiniert mit der Kontinuität der Prozesse, gilt als die fortschrittlichste. Mit relativ geringen Stromkosten zum Mahlen von Rohstoffen, Hitze zum Kochen und aufgrund der „Weichheit“ des Garmodus, der für minimalen Verlust an fermentierbaren Stoffen sorgt, ermöglicht das Verfahren eine gute Vorbereitung des Rohstoffs für die Verzuckerung.
Beim Kochen von Kartoffeln und Getreide treten erhebliche strukturelle und mechanische Veränderungen der Rohstoffe und chemische Umwandlungen der Stoffe auf, aus denen sich ihre Zusammensetzung zusammensetzt.
Du bist im Wald... Dicke und dünne Baumstämme drängen sich herum. Für einen Chemiker bestehen sie alle aus dem gleichen Material - Holz, dessen Hauptbestandteil organische Substanz ist - Faser (C 6 H 10 O 5) x. Fasern bilden die Wände von Pflanzenzellen, dh ihr mechanisches Skelett; ganz rein haben wir es in den Fasern von Baumwollpapier und Leinen; in Bäumen findet man es immer zusammen mit anderen Stoffen, meistens mit Lignin, von fast gleicher chemischer Zusammensetzung, aber mit unterschiedlichen Eigenschaften. elementare Formel Faser C 6 H 10 O 5 stimmt mit der Formel von Stärke überein, Rübenzucker hat die Formel C 12 H 2 2O 11. Das Verhältnis der Anzahl der Wasserstoffatome zur Anzahl der Sauerstoffatome in diesen Formeln ist das gleiche wie in Wasser: 2:1. Daher wurden diese und ähnliche Substanzen 1844 "Kohlenhydrate" genannt, also Substanzen, die sozusagen (aber nicht wirklich) aus Kohlenstoff und Wasser bestehen.
Die Kohlenhydratfaser hat ein großes Molekulargewicht. Seine Moleküle sind lange Ketten, die aus einzelnen Gliedern bestehen. Im Gegensatz zu weißen Stärkekörnern stehen Fasern für starke Fäden und Fasern. Dies liegt an der unterschiedlichen, nun genau festgestellten, strukturellen Struktur der Moleküle von Stärke und Faser. Reine Faser wird technisch Zellulose genannt.
1811 machte Akademiemitglied Kirchhoff eine wichtige Entdeckung. Er nahm gewöhnliche Stärke, die aus Kartoffeln gewonnen wurde, und behandelte sie mit verdünnter Schwefelsäure. Unter Einwirkung von H 2 SO 4 trat auf Hydrolyse Stärke und es wurde zu Zucker:
Diese Reaktion war wichtig praktischer Wert. Darauf basiert die Produktion von Stärkesirup.
Aber Ballaststoffe haben die gleiche Summenformel wie Stärke! Daraus lässt sich also auch Zucker gewinnen.
Tatsächlich wurde 1819 erstmals auch die Verzuckerung von Zellulose mit verdünnter Schwefelsäure durchgeführt. Für diese Zwecke kann auch konzentrierte Säure verwendet werden; Der russische Chemiker Vogel erhielt 1822 Zucker aus normales Papier, indem man darauf eine 87% ige Lösung von H 2 SO 4 einwirkt.
BEI spätes XIX in. Die Gewinnung von Zucker und Alkohol aus Holz ist bereits für praktische Ingenieure interessant geworden. Derzeit wird im Fabrikmaßstab Alkohol aus Cellulose gewonnen. Die Methode, entdeckt im Reagenzglas eines Wissenschaftlers, wird in großen Stahlapparaten eines Ingenieurs durchgeführt.
Wir besuchen die Hydrolyseanlage... Riesige Faulbehälter (Perkolatoren) werden mit Sägemehl, Spänen oder Hackschnitzeln beladen. Dies ist der Abfall von Sägewerken oder holzverarbeitenden Betrieben. Früher wurde dieser wertvolle Abfall verbrannt oder einfach auf eine Deponie geworfen. Eine schwache (0,2-0,6%) Mineralsäurelösung (meistens Schwefelsäure) fließt mit kontinuierlichem Strom durch die Perkolatoren. Es ist unmöglich, dieselbe Säure lange im Apparat zu halten: Der darin enthaltene Zucker, der aus Holz gewonnen wird, wird leicht zerstört. In Perkolatoren beträgt der Druck 8-10 atm und die Temperatur 170-185°. Unter diesen Bedingungen verläuft die Hydrolyse von Cellulose viel besser als unter gewöhnlichen Bedingungen, wenn das Verfahren sehr schwierig ist. Perkolatoren produzieren eine Lösung, die etwa 4 % Zucker enthält. Die Ausbeute an zuckerhaltigen Substanzen bei der Hydrolyse erreicht 85 % des theoretisch Möglichen (gemäß Reaktionsgleichung).
Reis. acht. visuelles Diagramm Gewinnung von hydrolytischem Alkohol aus Holz.
Zum Sovietunion, die grenzenlos hat Wälder und der sich stetig entwickelnden Synthesekautschukindustrie ist die Herstellung von Alkohol aus Holz von besonderem Interesse. Bereits 1934 beschloss der 17. Kongress der Allunionskommunistischen Partei der Bolschewiki, die Herstellung von Alkohol aus Sägemehl und Abfall auf jede erdenkliche Weise zu entwickeln Papierindustrie. Die ersten sowjetischen Hydrolysealkoholanlagen begannen 1938 regelmäßig zu arbeiten. In den Jahren des zweiten und dritten Fünfjahresplans haben wir Anlagen zur Herstellung von Hydrolysealkohol - Alkohol aus Holz - gebaut und in Betrieb genommen. Dieser Alkohol ist derzeit all in große Mengen zu synthetischem Kautschuk verarbeitet. Dies ist Alkohol aus Non-Food-Rohstoffen. Jede Million Liter hydrolysierten Ethylalkohols setzt etwa 3.000 Tonnen Brot oder 10.000 Tonnen Kartoffeln für Lebensmittel frei und folglich etwa 600 Hektar gesäte Fläche. Um diese Menge an hydrolytischem Alkohol zu erhalten, werden 10.000 Tonnen Sägemehl mit 45 Prozent Feuchtigkeit benötigt, die ein Sägewerk mit durchschnittlicher Produktivität in einem Jahr produzieren können.
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Stärke ist das Hauptreserve-Polysaccharid der Pflanzen, das der wichtigste Kohlenhydratbestandteil der Nahrung ist. Stärke wird in Getreidesamen, Knollen, Rhizomen in Form von Stärkekörnern gespeichert, die je nach Pflanzenart eine unterschiedliche Form (kugelig, eiförmig, linsenförmig oder unregelmäßig) und Größe (1 bis 150 Mikron, im Durchschnitt 30 -50 Mikron).
Stärkekörner verschiedener Pflanzenarten:
A - Kartoffeln; B - Weizen; B - Hafer; G - Reis; D - Mais; E - Buchweizen.
1 - einfaches Stärkekorn, 2 - komplex, 3 - halbkomplex.
Stärke hat eine komplexe Struktur und besteht aus zwei Homopolysacchariden: wasserlöslicher Amylose und unlöslichem Amylopektin. Ihr Anteil an Stärke kann je nach Pflanze und Art des Gewebes, aus dem sie isoliert wurde, variieren (Amylose 13–30 %; Amylopektin 70–85 %).
Amylose besteht aus unverzweigten (linearen) Ketten, die 200–300 Glucosereste enthalten, die durch eine glykosidische α(1→4)-Bindung verbunden sind. Aufgrund der α-Konfiguration an C-1 bilden die Ketten eine Helix mit einem Durchmesser von 13 nm, in der sich pro Windung 6-8 Glucosereste befinden. Das Molekulargewicht beträgt 50000 Da.
Amylopektin hat eine verzweigte Struktur, in der im Durchschnitt einer von 20–25 Glucoseresten eine Seitenkette enthält, die durch eine glykosidische α(1→6)-Bindung verbunden ist. Dadurch entsteht eine Baumstruktur. Das Molekulargewicht ist so hoch wie 1–6 Millionen Da.
Die Stärkehydrolyse ist in vielen Lebensmitteltechnologien als einer der notwendigen Prozesse vorhanden, die die Qualität des Endprodukts sicherstellen. Zum Beispiel:
In der Bäckerei die Zubereitung von Teig und das Backen von Brot;
Bei der Herstellung von Bier - Gewinnung von Bierwürze und Trockenmalz;
Bei der Herstellung von Kwas;
Bei der Herstellung von Alkohol - Vorbereitung von Rohstoffen für die Fermentation;
Bei der Gewinnung verschiedener zuckerhaltiger Stärkeprodukte - Glukose, Melasse, Zuckersirupe.
Es gibt zwei Methoden der Stärkehydrolyse:
Säure - unter Einwirkung von Mineralsäuren;
Enzymatisch - unter der Wirkung von Enzympräparaten.
Bei der Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung von Säuren kommt es zunächst zu einer Schwächung und Auflösung assoziativer Bindungen zwischen Amylose- und Amylopektin-Makromolekülen. Damit einher geht eine Verletzung der Struktur der Stärkekörner und die Bildung einer homogenen Masse. Als nächstes folgt die Spaltung von α(1→4)- und α(1→6)-glykosidischen Bindungen mit Addition an der Stelle des Bruchs des Wassermoleküls. Bei der Hydrolyse nimmt die Zahl der freien Aldehydgruppen zu und der Polymerisationsgrad ab. In Zwischenstufen werden Dextrine, Tri- und Tetrazucker, Maltose gebildet. Das Endprodukt der Hydrolyse ist Glucose. Die Säurehydrolyse hat eine Reihe erheblicher Nachteile aufgrund der Verwendung hoher Säurekonzentrationen und hohe Temperatur(über 100 °C), was zur Bildung von Produkten des thermischen Abbaus und der Dehydratisierung von Kohlenhydraten, Transglykosylierungs- und Umkehrreaktionen führt.
Im Vergleich zur sauren Hydrolyse ist die enzymatische Hydrolyse erfolgversprechender und hat folgende Vorteile:
1) Hohe Qualität hergestelltes Produkt, weil es werden weniger Nebenprodukte gebildet;
2) Die Spezifität der Wirkung von Enzymen ermöglicht es, ein Produkt mit gewünschten physikalischen Eigenschaften (z. B. Süße) zu erhalten;
3) Eine hohe Produktausbeute wird mit geringeren wirtschaftlichen Kosten erreicht.
Die enzymatische Hydrolyse von Stärke wird mit Hilfe von amylolytischen Enzymen durchgeführt. Diese Gruppe umfasst α-Amylase, β-Amylase, Glucoamylase, Pullulanase und einige andere Enzyme. Jeder von ihnen hat seine eigenen Besonderheiten.
α-Amylase- ein Endoenzym, das α (1-4)-glykosidische Bindungen innerhalb eines Amylose- oder Amylopektinmoleküls hydrolysiert, was zur Bildung von Dextrinen führt - Produkte einer unvollständigen Hydrolyse von Stärke und einer geringen Menge Glucose und Maltose:
α-Amylase wurde in Tieren (Speichel und Bauchspeicheldrüse), in höheren Pflanzen (gekeimte Samen von Gerste, Weizen, Roggen, Hirse) und in Mikroorganismen (Pilze der Gattung Aspergillus, Rhizopus, Bakterien der Gattung Bacillus subtilis) gefunden.
β-Amylase- Exoenzym, hydrolysiert α (1-4)-glykosidische Bindungen von den nicht reduzierenden Enden des Amylosemoleküls, Amylopektin unter Bildung von Maltose (54-58%), d.h. zeigt eine ausgeprägte verzuckernde Aktivität. Ein weiteres Reaktionsprodukt ist β-Dextrin (42-46 %). Dieses Enzym ist im Gewebe höherer Pflanzen verteilt.
Glukoamylase ist ein Exoenzym, das von den nicht reduzierenden Enden der Amylose- und Amylopektinmoleküle wirkt, es spaltet Glucosemoleküle durch Hydrolyse von α (1-4)- und α (1-6)-glykosidischen Bindungen ab. Dieses Enzym kommt am häufigsten in Mikromyceten der Gattung Aspergillus, Rhizopus vor.
Wirkungsmechanismus verschiedener Arten von Amylasen auf Stärke:
Stärke-Technologie.
Die Rohstoffe für die industrielle Stärkeherstellung sind Kartoffeln, Maiskörner, Weizen, Reis und Sorghum. Betrachten Sie die Technologie zur Herstellung von Kartoffelstärke. Es umfasst die folgenden Phasen:
Kartoffeln von Schmutz und Fremdkörpern in einer Kartoffelwaschmaschine waschen;
Wiegen;
Feines Mahlen von Kartoffeln auf Hochgeschwindigkeits-Kartoffelreiben, um Kartoffelbrei zu erhalten (je zerkleinerter es ist, desto mehr Stärke wird aus den Zellen freigesetzt, aber es ist wichtig, die Stärkekörner selbst nicht zu beschädigen);
Behandlung von Kartoffelbrei mit Schwefeldioxid oder schwefliger Säure (um die Qualität der Stärke und ihren Weißgrad zu verbessern und die Entwicklung von Mikroorganismen zu verhindern);
Trennung von Brei mit Zentrifugen oder einem Hydrozyklonsystem;
Raffinieren von Stärkemilch - Reinigen von Stärke aus Fruchtfleisch auf einem Raffinationssieb;
Waschen von Stärke in einem Hydrozyklon.
Das Ergebnis ist Rohstärke mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 40-52 %. Es unterliegt keiner Langzeitlagerung, im Gegensatz zur Trockenherstellung, die aus folgenden Arbeitsgängen besteht: mechanisches Entfernen überschüssiger Feuchtigkeit, Trocknen, Pressen und Verpacken.
Bei der Herstellung einer Reihe von Produkten ist die Verwendung modifizierter Stärken effektiv:
- Schwellung (Quell-)Stärke wird durch Trocknen der Paste in speziellen Trocknern und anschließendes Mahlen der Folie zu Pulver gewonnen, dessen Partikel bei Benetzung mit Wasser aufquellen und an Volumen zunehmen. Quellstärke wird in verwendet Nahrungsmittelindustrie(Fastfood, Stabilisatoren und Verdickungsmittel in Lebensmitteln ohne Erhitzung).
- oxidiert Stärke wird durch Oxidation von Stärke mit verschiedenen Oxidationsmitteln (KMnO 4 , KBrO 3 etc.) gewonnen. Je nach Oxidationsverfahren weisen die Produkte unterschiedliche Viskosität und Gelierfähigkeit auf. Sie werden in der Papierindustrie zur Festigkeitssteigerung von Papier als Tannin und bei niedrigem Oxidationsgrad (bis 2%) in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. So wird eine der Arten von oxidierter Stärke - Gelierung - als Geliermittel anstelle von Agar und Agaroid bei der Herstellung von Marmeladenprodukten verwendet.
- Substituierte Stärken:
Monostärkephosphate (Monophosphatester der Stärke) werden durch die Reaktion einer trockenen Mischung aus Stärke und Säuresalzen von Ortho-, Pyro- oder Tripolyphosphat bei erhöhter Temperatur erhalten. Im Vergleich zu gewöhnlicher Stärke bilden sie stabile Pasten, die sich durch erhöhte Transparenz, Frost- und Taubeständigkeit auszeichnen.
Distärkephosphate (vernetzte Stärken) können durch Reaktion von Stärke mit Natriumtrimetaphosphat, Phosphoroxychlorid etc. erhalten werden. Sie bilden Pasten, die gegen Hitze und mechanische Beanspruchung beständig sind. Sie werden bei der Herstellung von Mayonnaise, Süßwaren, Salatdressings, Fleischprodukten usw. verwendet.
Acetylierte Stärke (Stärkeacetat) kann durch Behandeln von Stärke mit Essigsäure oder Essigsäureanhydrid erhalten werden. Sie haben die Fähigkeit, stabile transparente Pasten zu bilden, die zu starken Filmen trocknen. In der Lebensmittelindustrie werden sie als Verdickungsmittel, sowie bei der Herstellung von Tiefkühlkost, Instantpulver etc. verwendet.
Getreide ist der wichtigste Rohstoff für die Herstellung von Alkohol und Destillat. Das sind in erster Linie Gerste, Hafer, Reis, Mais, Weizen usw. Sie werden aus mehreren Gründen verwendet:
- Relativ niedrige Kosten
- Angenehmes organoleptisches Profil des resultierenden Produkts
- Hohe Alkoholausbeute
Traditionelle Maische wird aus Zucker und Hefe hergestellt. Hefe wird benötigt, um Zucker abzubauen, was zu Alkohol führt. Allerdings ist im Korn kein Zucker als solcher enthalten, dafür aber viel Stärke. Um aus Getreide Maische zu gewinnen, muss Stärke durch Enzyme aufgespalten werden. Das sind Eiweißstoffe, die ermöglichen oder beschleunigen chemische Reaktionen für die Alkoholbildung benötigt. Enzyme sind in gekeimtem Getreide (Malz) enthalten und werden als Präparate in reiner Form verkauft.
Daher gibt es drei Möglichkeiten, Getreidebrei herzustellen:
- Verwenden Sie Malz, um die Stärke im Getreide zu verzuckern. So können Sie bis zu 40 % der Rechnung von ungemälztem Getreide verzuckern.
- Lassen Sie das Getreide keimen, damit sich die Enzyme auf natürliche Weise darin anreichern. Das heißt, um Malz herzustellen.
- Verwenden Sie das Enzym in Form einer Zubereitung und ungemälzter Rohstoffe.
Die zweite Methode ist billiger und ermöglicht es Ihnen, das Ergebnis schneller zu erhalten.
Kornstruktur
Um genau zu verstehen, wie Getreide beim Maischen verarbeitet wird, ist es notwendig, seine Struktur zu verstehen. Betrachten Sie das Beispiel Gerste.
Innere Struktur des Gerstenkorns
1-Stamm-Embryo, 2-Blatt-Embryo, 3-Wurzel-Embryo, 4-Scutellum, 5-Schicht Epithel, 6-Endosperm, 7-leere verbrauchte Zellen, 8-Aleuron-Schicht, 9-Samenhülle, 10-Fruchthülle, 11 - Spreuschale
Gerstenkorn ist eine Karyopse, deren Schale aus mehreren Zellschichten besteht.
Muscheln kombiniert zu einer Spreu (oder Blume) - äußere Schale, Frucht (oder Perikarp) und Samen (oder Teig).
Spreuschale bei den meisten gersten wächst es mit dem korn zusammen. Die Spreuschale ist sehr stark, sie schützt das Getreide vor mechanischer Schaden. Es besteht hauptsächlich aus Zellulose, einer geringen Menge Kieselsäure, Lipiden und polyphenolischen Verbindungen.
Unter der Spreuschale sind verwachsen Frucht- und Samenschalen. Die Samenschale ist halbdurchlässig, lässt Wasser gut durch, hält aber im Wasser gelöste Stoffe zurück. Diese Eigenschaft der Samenschale ermöglicht es, Getreide mit verschiedenen Wasserarten zu behandeln Chemikalien, die nicht in das Getreide eindringen und den Keim nicht schädigen.
Endosperm(Pulverkörper) ist mit einer Aleuronschicht bedeckt. Es besteht aus zahlreichen proteinreichen Zellen. In keimender Gerste ist die Aleuronschicht der Ort der Enzymproduktion.
Die Hauptbestandteile der Zellwände der Aleuronschicht sind Nicht-Stärke-Polysaccharide - Pentosane (70 %) und β-Glucan (30 %).
Mehlkörper (Endosperm) nimmt das Ganze ein Innenteil Körner, besteht aus Stärkekörnern verschiedene Größen. Etwa 98 % der Trockenmasse von Getreide ist Stärke.
Chemische Zusammensetzung
Eiweißstoffe in Gerste enthalten durchschnittlich 10,5-11%.
Protein in Gerste enthält:
- Aleuronschicht - in Form eines enzymatischen Proteins (Albumine und Globuline);
- An der Außenseite des Endosperms befindet sich ein Reserveprotein (Prolamine);
- Endosperm - Gewebeprotein (Gluteline).
Gerstenproteine sind ihrer Aminosäurenzusammensetzung nach ziemlich vollständig (mehr als 20 Aminosäuren sind in Gerstenkorn enthalten).
Kohlenhydrate werden durch Mono- und Polysaccharide repräsentiert, hauptsächlich Stärke, deren Gehalt zwischen 50 und 64 % liegt. Ballaststoffe enthalten 5–6 %, Zucker und Dextrine bis zu 6 % (einschließlich bis zu 2 % Saccharose und 0,4 % direkt reduzierende Zucker), Fett – 2,1–2,6 %, Mineralien - 2,5–3,5%. Großer Teil Ballaststoffe und Mineralien sind in der Schale und den Schalen des Getreides konzentriert.
Getreide in der Alkoholproduktion: Theorie
Gerstenkorn hat eine hohe Aktivität von Enzymen (Amylase, Protease und Peroxidase), daher ist es so gutes Zeug zur Herstellung von Malz.
Reich chemische Zusammensetzung bestimmt die Verwendung von Getreide als Rohstoff für die Herstellung von Alkohol. Diese Substanzen sind Nährstoffkomponenten für Hefe, und daher wird die Gärung in dieser Umgebung viel besser sein und das Endprodukt wird einen ausgezeichneten Geschmack haben.
Kohlenhydrate sind die Hauptalkoholquelle während der Gärung. In Getreide werden sie durch Stärke dargestellt. Hefe wandelt nur Mono-, Disaccharide und einige Dextrine in Alkohol um. Stärke ist ein Polysaccharid, das aus Amylose und Amylopektin besteht. Hefe verarbeitet Stärke nur, wenn das Molekül in einfache Kohlenhydrate (Mono- und Disaccharide) zerlegt wird. Dieser Prozess erfordert Enzyme.
Stärkeverkleisterungstemperatur - die Temperatur, bei der das Quellen und die Zerstörung der Struktur von Stärkekörnern auftritt. Dieser Prozess ermöglicht es Enzymen, die Stärkeverzuckerung abzuschließen.
Dementsprechend ist die Gelatinierungstemperatur höher Betriebstemperatur Enzym, dann kochen sie zuerst (erhitzen die Maische auf 90-100 Grad), um die Struktur der Stärkekörner zu quellen und zu zerstören, kühlen sie dann auf die Betriebstemperatur ab und fügen das Enzym hinzu.
Was ist ein enzym
Enzyme sind biologische Katalysatoren von Proteinnatur, die verschiedene chemische Reaktionen in einem lebenden Organismus aktivieren können.
Einfach ausgedrückt sind dies Proteinmoleküle, die chemische Reaktionen beschleunigen, wenn sie den entsprechenden Bedingungen (Temperatur und pH-Wert) ausgesetzt werden. Für jedes Enzym sind diese Bedingungen individuell.
Je nach Art der Auswirkung In verschiedene Kornpolymere mit hohem Molekulargewicht können Enzympräparate in 3 Gruppen eingeteilt werden.
- Amylolytische Wirkung - fördert die Hydrolyse von Stärke. Dazu gehören Enzyme mit verflüssigender, dextrinierender und verzuckernder Wirkung.
- Proteolytische Wirkung - Proteinmoleküle zerstören (hydrolysieren).
- Zellulolytische Wirkung – hydrolysiert nicht-stärkehaltige Polysaccharide wie Zellulose.
- Ursprünglicher Ursprung - werden während der Keimung im Korn gebildet;
- Mikrobielle Herkunft - gewonnen mit Hilfe von Schimmelpilzen;
- Bakterieller Ursprung - von Bakterien kultiviert
Enzyme werden auch in flüssig und trocken unterteilt.
Werden mikrobielle und bakterielle Enzyme verwendet, kann auf Getreidemälzung verzichtet werden. Darüber hinaus haben diese Enzyme im Vergleich zu nativen Enzymen einen breiteren Temperaturbereich.
Es gibt zwei Möglichkeiten, Feldfrüchte zu verarbeiten, um Stärke in Zucker aufzuspalten:
- Maischen mit nativen Enzymen, die in gekeimten Körnern enthalten sind. Dieses Verfahren ist eine klassische Technologie zur Erzeugung von Engpässen. Aber es ist ziemlich mühsam, einschließlich des Keimens von Getreide, das Überschreiten der Temperaturgrenzen beim Maischen, und gekeimtes Getreide ist um eine Größenordnung teurer als gewöhnliches Getreide.
- Maischen mit bakteriell gewonnenen Enzymen. Diese Methode ist fortschrittlich und gewinnt immer mehr an Popularität. Sein Hauptvorteil ist die relative Billigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Bakterielle Enzyme ermöglichen die Verwendung von ungekeimtem Getreide, was die Endkosten senkt Endprodukte und spart zudem Zeit und Energie. Außerdem haben bakterielle Enzyme einen breiteren Temperaturbereich, wodurch der Anwendungsbereich im technologischen Prozess erweitert werden kann.
Enzyme in den Geschäften von Doctor Guber
Um Getreide zu Hause zu verarbeiten, werden zunächst amylolytische Enzyme benötigt. Wir haben sie durch die folgenden Enzyme vertreten:
- Amylossubtilin ist ein Enzympräparat aus mesophiler bakterieller α-Amylase. Hydrolysiert interne α-1,4-glykosidische Bindungen von Stärke (Amylose und Amylopektin) und Produkte ihrer sequentiellen Spaltung, was zu einer schnellen Abnahme der Viskosität von gelatinierten Stärkelösungen im Stadium der Verflüssigung führt und dadurch die Zubereitung der Würze sicherstellt für die Wirkung von Glucoamylase. Die Aktivität beträgt 1500 As/g. Temperaturoptimum der Wirkung 30-60°С
- Glukavamorin - wird durch tiefe Kultivierung eines Schimmelpilzstammes Aspergillus awamori gewonnen. Hydrolysiert α-1,4- und alpha-1,6-glykosidische Bindungen von Stärke, Dextrinen, Oligosacchariden und spaltet nacheinander Glucose von nicht reduzierenden Kettenenden ab. Es wird zur Verzuckerung von Stärke verwendet. Die Aktivität beträgt 1500 Gs/g. Temperaturoptimum der Wirkung 30-60 °С
Die Präparate werden in trockener Form in Packungen von 20 Gramm angeboten.
Um mit ungekeimten Körnern zu arbeiten, reichen diese Enzyme aus.
Enzyme bei der Herstellung von Alkohol: Praxis
Zuerst vorbereiten Wasserlösung. Dazu wird das Trockenpräparat mit Wasser im Verhältnis 1:10 gelöst, die Wassertemperatur beträgt 25-30 Grad und gründlich gemischt, in diesem Zustand wird das Präparat nicht länger als 24 Stunden gelagert. Als nächstes wird berechnet erforderliche Menge Enzym.
Die Enzymaktivität wird in Einheiten/g ausgedrückt. Substanzen.
- Amylossubtilin - 2-4 Einheiten. pro Gramm Stärke.
- Glukavamorin - 2-4 Einheiten. pro Gramm Stärke.
Rechenbeispiel:
Beim Einmaischen in einer Maschine mit einem Volumen von 60 Litern bei einem Wasserverhältnis von 1:3 verwenden wir etwa 15 kg Getreide (wir gehen davon aus, dass das Getreide in diesem Fall Weizen ist).
Weizenkörner enthalten im Durchschnitt 55 bis 65 % Stärke (Tabellendaten). Nehmen wir den Durchschnittswert von 60 %.
Das bedeutet, dass 15 kg Getreide enthalten: 15 * 0,6 = 9 kg Stärke.
Angesichts der Dosierung von Enzymen und ihrer Aktivität pro Gramm Stärke:
- 1 Gramm Amylossubtilin enthält 1500 Gs-Einheiten, Dosierung 2-4 Einheiten. (durchschnittlich 3)
- 1 Gramm Glukavamorin enthält 1500 As-Einheiten, Dosierung 2-4 Einheiten (durchschnittlich 3)
Für 9000 Gramm Stärke benötigen wir:
- 9000*3= 27000 AU um die Viskosität zu reduzieren
- 9000 * 3 = 27000 Gs für die Stärkeverzuckerung
Was passt:
- 27000/1500 = 18 Gramm Amylossubtilin
- 27000/1500 = 18 Gramm Glukavamorin
1 Beutel mit 20 Gramm reicht aus, um 15 kg Weizen zu verzuckern.
Berechnungen wurden für das Maischen bei T = 60°C durchgeführt. Bei Temperaturen unter 60°C ist es wünschenswert, die Enzymdosierung um 20-30% zu erhöhen.
Nach der Berechnung und Vorbereitung des Präparats wird es zusammen mit dem zerkleinerten Getreide in Wasser gegeben und gemaischt.
