Analiza Calitatii Cerealelor Utilizate In Fabricarea Alcoolului

Agronomie

Analiza Calitatii Cerealelor Utilizate In Fabricarea Alcoolului

Byadmin ianuarie 1, 2024

BIBLIOGRAFIE

P. Iorga, Gh. Adam, A. Lucescu – Fructele de pădure și valorificarea lor. [NUME_REDACTAT]-silvică București.

Gh. Mihalca, [NUME_REDACTAT] – Tehnica de păstrărare a alimentelor prin frig. [NUME_REDACTAT] București 1986

Gherghi – Fructele și importanța lor. [NUME_REDACTAT] București 1983.

[NUME_REDACTAT] –Produsele accesorii ale pădurii. [NUME_REDACTAT] București.
[NUME_REDACTAT] – Enciclopedie de etnobotanică rămânească. [NUME_REDACTAT] și Enciclopedică. București. 1979.

Apahidean, Maria, AL.S. Apahidean, 2000, Legumicultură specială, Ed. Risoprint, Cluj-Napoca.

Banu, C, ș.a. (1998) – Manualul inginerului de industrie alimentară, Ed. Tehnică, București;

Banu C. (2000) – Aditivi și ingrediente pentru industria alimentară, [NUME_REDACTAT], București;

Banu C. (1971) – Biochimia produselor alimentare, [NUME_REDACTAT], București.

Banu, C., et al., 1999. Manualul inginerului de industrie alimentarã, vol. II, Editura Tehnicã, București.

Banu, C., et al., 2000. Biotehnologii în industria alimentarã, Editura Tehnicã, București.

Banu, C., et al. . Aditivi și ingrediente pentru industria alimentarã, Editura Tehnicã, București.

Borha, V.M., Segal, B., 1988. Alcoolul etilic carburant, [NUME_REDACTAT], București.

Cojocaru, C., 1969. Procedee tehnologice în industria fermentativã, Editura Tehnicã, București.

Cyimesi, J., Solyan, L., et al., 1979. Manualul industriei drojdiei i alcoolului, [NUME_REDACTAT], Budapesta.

Hopulele, T., 1980. Tehnologia berii, spirtului și a drojdiei, vol. II, Universitatea din Galați.

Jâșcanu, V., 1986. Operații și utilaje în industria alimentarã, Universitatea din Galați.

Stoicescu, A., 1984 . Cercetãri privind formarea alcoolilor superiori în principalele procese fermentative, Teză de doctorat, [NUME_REDACTAT].

Banciu D., Oardă M (1964) – Intoxicațiile acute , [NUME_REDACTAT], București.

Bărbat, I., Calancea, L. 1970. Nutriția minerală a plantelor. Ed. Ceres, București.

[NUME_REDACTAT] și colab. (2005) – Studiul structurii alimentației la un eșantion de populație din comuna Tileagd, [NUME_REDACTAT] Orădeană, Bihor;

Blot W, J., Henderson B.E. Boice J.D. Childhood cancer in relation to cured meat intake.Review of the epidmelogical evidence. Nutr. Cancer, 1999, 34, pp.111-118.33.

Bodea, C., 1984, Tratat de biochimie vegetală, vol. V, Ed. [NUME_REDACTAT], București.

Bodea C., 1984,Tratat de Biochimie vegetală, Ed. Academiei RSR, București.

Bosch M, Bosch N., [NUME_REDACTAT] M. (1990) – Nitrate and nitrite contents in reconstitued food stuffs.

Brad, S., [NUME_REDACTAT] (1991) – Tehnologia produselor alimentare de protecție, Ed. Ceres, București;

[NUME_REDACTAT] (2002) – Nitrați, nitriți și nitrozamine. Protecția mediului și sănătatea, Ed. [NUME_REDACTAT] de Știință, Cluj-Napoca;

**[NUME_REDACTAT] C.E.E. Nr.89/397/din 14 iun.1999 privind controlul oficial al alimentelor;

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]. 93/43/ E.E.C. cu privire la regulile generale de igienă pentru producerea alimentelor și procedurile de verificare a respectării lor;

** Directiva 95/2/( 1995) C.E a [NUME_REDACTAT] și a Consiliului privind aditivii alimentari;

[NUME_REDACTAT]., Gonța M., Iambarțev V. Procesele transformării nitraților și nitriților țn produsele alimentare. [NUME_REDACTAT], Kiev, Ucrain, 1996.50.

Gocan S., (1998), – Cromatografia de înaltă performanță, partea I. Cromatografia de gaze, [NUME_REDACTAT], Cluj – Napoca;

Gocan S., (2002), – Cromatografia de înaltă performanță, partea I. Cromatografia de lichide pe coloană, [NUME_REDACTAT], Cluj – Napoca;

Gocan S., (2006), – Metode moderne de prelucrare a probelor organice, [NUME_REDACTAT], Cluj – Napoca;

CUPRINS

INTRODUCERE

Industria alimentară este caracterizată ca o ramură deosebit de complexă a economiei oricărei țări.

Materiile prime de bază prelucrate în industria alimentară provin din agricultură. Fiind de natură biologică, o parte din acestea se caracterizează printr-o labilitate mare sub acțiunea factorilor interni și externi, depreciindu-se foarte rapid.

Producția agricolă se obține în anumite perioade ale anului, fiind sezonieră și influențată de modul și tehnologia de cultivare și de creștere a diferitelor specii din domeniul vegetal și animal.

Cerealele constituie o grupă de plante ce aparține familiei Gramineae și care prezintă pentru hrana oamenilor și animalelor cea mai mare importanță. Din grupa cerealelor fac parte: grâul, secară, triticale, orzul, ovăzul, porumbul, sorgul, meiul, orezul și hrișcă.

Datorită importanței lor, cerealele ocupă pe glob cele mai mari suprafețe dintre toate plantele de cultură. Astfel, după FAO, 50% din suprafața arabilă a lumii (720-750 mil. ha) este cultivată cu cereale.

Cerealele sunt materii prime importante în industria alimentară fiind utilizate în diverse scopuri.

În funcție de natura și conținutul în substanțelor necesare pe care le conțin, materiile prime folosite la fabricarea alcoolului și a drojdiei se pot clasifica astfel:

1. Materii prime cu conținut ridicat de amidon:

cereale: porumb, secară, grâu, orz, ovăz, orez, sorg, etc;

cartofi;

rădăcini și tuberculi de plante tropicale: rădăcini de manioc, tuberculi de batate, etc.

2. Materii prime cu conținut ridicat de zahăr:

sfecla și trestia de zahăr;

melasa din sfeclă și trestie de zahăr;

struguri, fructe, tescovine dulci, etc.

3. Materii prime cu conținut ridicat de celuloză:

deșeuri din lemn de brad, molid, fag, etc.;

leșii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei.

4. Materii prime care conțin inulinã și licheninã:

tuberculi de topinambur;

rădăcini de cicoare;

mușchi de Islanda.

Materiile prime prezentate anterior nu sunt singurele materiilor prime posibile a fi folosite la fabricarea alcoolului și drojdiei, în present se fac cercetări pentru a găsi de noi surse de materii prime din care să se poată obține alcool și drojdie prin tehnologii profitabile din punct de vedere economic.

CAPITOLUL I

ASPECTE GENERALE PRIVIND CARACTERISTICILE DE CALITATE ALE MATERIE PRIME UTILIZATE ÎN FABRICAREA ALCOOLULUI

I.1. Cerealele ca materie primă folosite în industria alcoolului

Cerealele sunt reprezentate de semințele plantelor din familia gramineelor, ca materii prime în industria alcoolului fiind utilizate: secara, porumbul, orzul, ovăz etc.
Materiile prime de bază prelucrate în industria alimentară provin din agricultură. Fiind de natură biologică, o parte din acestea se caracterizează printr-o labilitate mare sub acțiunea factorilor interni și externi, depreciindu-se foarte rapid.

Producția agricolă se obține în anumite perioade ale anului, fiind sezonieră și influențată de modul și tehnologia de cultivare și de creștere a diferitelor specii din domeniul vegetal și animal.

Ținând seama de aceste două dezavantaje (sezonalitatea și deprecierea rapidă), este necesar ca producția agricolă să fie prelucrată în timp scurt și cu maximă eficiență. În anumite cazuri prelucrarea se desfășoară pe campanii, utilajele și forța de muncă fiind solicitate la maximum.

În alimentația umană, cerealele și produsele cerealiere obținute din acestea au o importanță centrală, reprezentând, în concepția organismelor internaționale, rezerva de stat, rezerva strategică de alimente a omenirii. Din punct de vedere nutrițional se consideră că produsele cerealiere asigură peste 50 % din necesarul energetic al omului prin factorii nutritivi necesari unei alimentații echilibrate, necesar care este variabil de la țară la țară, în funcție de nivelul de dezvoltare economică.

Se consideră că aproximativ 40 % din stocurile de cereale disponibile pe glob sunt deținute de primelor cinci țări exportatoare de cereale: Argentina, Australia, Canada, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT].

Procedeele de prelucrare pot fi:

– mecanice (sortare, măcinare, cernere, divizare etc);

– fizice (prelucrare termică, distilare, rafinare etc);

– fizico – chimice și bio – chimice (fermentare, prelucrare enzimatică, dezvoltare de biomasă etc.);

I.1.1. [NUME_REDACTAT] are o importanță deosebită datorată atât potențialului mare productiv (mai mare ca la celelalte cereale), cât și multiplelor utilizări ale boabelor și anume:

– în alimentația omului, sub formă de făină din care se obțin diferite preparate culinare, fulgi, floricele, boabe nematurate fierte sau coapte;

– în hrana animalelor (în prepararea furajelor concentrate);

– în industrie pentru obținerea amidonului, uleiului, alcoolului;

Astfel din 100 kg boabe de la care se separă embrionii, rezultă: 77 kg făină sau 44 l spirt sau 63 kg amidon sau 71 kg glucoză la care se adaugă 1,8-2,7 l ulei comestibil și 3,6 kg șroturi de embrioni.

Compoziția chimică a bobului de porumb (Martin R.J.) conține: apă 13,5%, proteine 10,0%, glucide totale 70,7% (din care amidon 61%), pentazoni 6,0%, celuloză 2,3%, dextrine 1,4%, grăsimi 4,0%, săruri minerale 1,4%, substanțe organice acide 0,4%.

Compoziția chimică diferă în funcție de hibrid și condițiile de cultivare. Se cunosc următoarele varietăți de hibrizii porumbul cu bobul tare (porumbul sticlos), porumbul dinte de cal, porumbul pentru floricele, porumbul dulce (zaharat), porumbul amidonos, porumbul amidonos-zaharat, porumbul ceros.

Fructul porumbului este o cariopsă golașă, lungă de 2,5-22 mm, lată de 3-18 mm, groasă de 2,7-8 mm, de culoare albă, galbenă, portocalie, roșie, albastru închis. Din greutatea bobului pericarpul reprezintă 7-10%, endospermul 80-87%, iar embrionul 10-12%.

Prin măcinarea porumbului se obține: din părțile cornoase ale endospermului – mălaiul extra (grișat), iar din părțile făinoase – mălaiul, superior și cel comun (fin); din înveliș – tărâțele; iar germeni se separă în vederea extragerii uleiului (germenii conțin 25% ulei).
Porumbul preferat pentru fabricarea alcoolului este cel cu boabe făinoase (aparținând speciei Zea mays dentiformis), care are un conținut ridicat în amidon și mai scăzut în substanțe proteice.

Părțile componente ale bobului de porumb sunt endospermul sau miezul făinos, învelișul și germenele (embrionul). Proporția medie a părților componente se prezintă astfel: 81 – 85 % endosperm, 5 – 11 % înveliș și 8 – 14 % embrion.

Conținutul în amidon al porumbului reprezintã cca. 70 % din substanța uscată a bobului. Datorită conținutului ridicat în lipide, care sunt localizate în special în embrion, plămezile din porumb fermentează liniștit aproape fără spumă, ceea ce permite utilizarea la maximum a capacităților de fermentare, iar borhotul rezultat de la distilare are o valoare furajeră ridicată.

I.1.2. Secara este a doua cereală panificabilă după grâu, cu care se aseamănă prin compoziția chimică a boabelor. Forma bobului de secară este alungită cu lungimea de 7-9 mm și grosimea de 2-3 mm. Proporția părții făinoase este mai redusă la bobul de secară (70%), iar proporția părților din care se obțin tărâțele este mai mare (30%). Prin măcinarea bobului de secară se obțin aceleași produse ca la grâu dar în proporțiile exemplificate mai sus. Embrionul la bobul de secară nu se poate extrage separat.

Compoziția chimică a boabelor de grâu și de secară este prezentată în tabelul 1.1.
Triticale este o nouă cereală creată de către om prin hibridare (grâu x secară), care se caracterizează prin însușiri moștenite de la grâu și secară, dar cu slabe calități de panificație (inferioare celor ale grâului și secarei). Compoziția chimică a boabelor, exprimată în procente din substanța uscată a acestora (Gașpar I.), cuprinde: protide brute 14,2%, amidon 62%, grăsimi brute 1,6%, cenușă 2,0%.

Tabelul 1.1

Compoziția chimică a boabelor de grâu și secară (Brouwer W.)

I.1.3. Orzul se înscrie printre cele mai importante plante de cultură, având largi utilizări în alimentația omului și animalelor precum și în industria berii (orzoaica). Compoziția chimică (Drăghici L.) a boabelor de orz cuprinde: apă 13,92%, proteină brută 10,52%, grăsimi 2,08%, extractive neazotate 66,18%, celuloză 4,85%, cenușă 2,78%. În general substanțele proteice reprezintă 7-18% din substanța uscată, iar amidonul 50-60% (în funcție de soi și condițiile de cultură).

I.1.4. Ovăzul reprezintă unul din cele mai importante nutrețuri concentrate. În alimentația omului boabele de ovăz sunt utilizate sub formă de fulgi, făină, grișuri, care datorită valorii nutritive foarte ridicate sunt recomandate cu precădere în alimentația copiilor sau în cea a adulților cu regim dietetic.

Boabele de ovăz nedecorticate conțin 11-15% substanțe proteice, 4,1% grăsimi, 12% celuloză, 57% extractive neazotate.

I.2. Materii prime auxialiare folosite la fabricarea alcoolului

Materiile prime auxiliare folosite în procesul tehnologic de fabricare a alcoolului și drojdiei și care sunt considerate principale și intervin cu efecte positive în acest proces, sunt reprezentate de malțul verde, de unele preparate enzimatice microbiene, de anumite substanțe nutritive, antispumante și antiseptic, de soluțiile dezinfectatnte precum și de acidul sulfuric și factorii de creștere.

I.2.1. Malțul verde

Malțul verde este folosit în tehnologia alcoolului fiin reprezentat de materii prime amidonoase ca agent de zaharificare, datorită enzimelor amilolitice acumulate în timpul germinării cerealelor. Fabricarea malțului verde pentru alcool este un process tehnologic mai simplu în comparație cu producerea malțului pentru bere, deoarece în acest caz intereseazã în principal obținerea unei activități amilazice cât mai ridicate.

Procesul tehnologic de obținere a malțului verde este asemănător cu malțul pentru bere,

cu deosebirea că durata de germinare este mai mare.

Calitativ malțul verde se apreciază după:

– aspectul exterior;

– activitatea α- amilazică (unități SKB – reprezentate de gramele de amidon solubil, dextrinizat de către 1 g malț verde, timp de 60 minute, la 200 ºC, datorită prezenței unui exces de α- amilază);

– activitatea α-amilazică (unități Windisch-Kolbach ºWK), care reprezintă gramele de maltoză rezultată prin acțiunea extractului provenit din 100 g malț verde asupra unei soluții de amidon solubil 2 %, în timp de 30 minute, la 200 ºC și la un pH = 7,4.

Dozarea rațională a malțului verde la zaharificarea plămezilor din materii prime amidonoase trebuie să se facă în funcție de capacitatea sa amilolitică. Deoarece în majoritatea cazurilor activitatea α – amilazei acționează ca factor limitativ, utilizat în calcul la stabilirea

Cantitatea necesară de malț verde se poate calcula în funcție de activitatea α-amilazică a acestuia cu ajutorul formulei lui Pieper:

Mv =

în care:

Mv – reprezintă cantitatea de malț verde necesară pentru 100 kg materie primă amidonoasă (kg);

Ca – reprezintă o constantă amilazică specifică pentru fiecare tip de materie primă, astfel, Ca este egal cu 1054 pentru porumb și cu 1001 pentru grâu);

A – reprezintă conținutul procentual al materiei prime în amidon (%);

α – reprezintă activitatea α-amilazică a malțului verde în unități SKB.

Plecând de la această formulă, Pieper a întocmit tabele care indică cantitățile optime de malț verde pentru diferite materii prime amidonoase, în funcție de conținutul de amidon și de activitatea α-amilazică.

Aplicând această formula la porumb cu un procent de 60 % amidon și cu un malt verde cu o activitate α – amilazică de 50 unități SKB, cantitatea de malț verde necesară va fi de:

Mv = 12,6 kg/100kg porumb

I.2.2. Mărunțirea malțului verde.

Malțul verde utilizat la zaharificare trebuie să fie cât mai bine mărunțit, astfel încât enzimele să fie trecute integral în soluție și astfel să poată acționa cât mai repede asupra amidonului în cadrul operației de zaharificare.

Operația de mărunțire a malțului comportă două moduri:

a – în stare uscată, mărunțirea se realizează cu ajutorul zdrobitoarelor cu valțuri și a mașinilor de tocat cu cuțite, care este un procedeu mai vechi și care nu se mai prectică în prezent în fabricile de alcool datorită manoperei ridicate și datorită faptului că în timpul măcinării produsul se încălzește favorizând dezvoltarea microorganismelor aderente, dezavantaj care se elimină prin mărunțirea umedă a malțului prin care se realizează mărunțire propriu-zisă și trecerea enzimelor în soluție;

b – în stare umedă, mărunțirea se realizează cu ajutorul morilor centrifugale sau a morilor cu ciocane, operație la care este necesară adăugarea de apă la măcinare.
La măcinarea a 100 kg malț verde sunt necesare 250-300 l apă. În cursul procesului de zaharificare în vederea evitării contaminării cu microorganism datorită încărcăturii microbiologice a malțului verde, laptele de slad obținut se poate dezinfecta prin adaos de soluție de formalină în concentrație de 10 % în cantitate de aproximativ 3 litri la 1000 l lapte de slad cu cel puțin 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.

I.3. Preparatele enzimatice microbiene

Proprietatea unor mucegaiuri și bacterii de a produce în cursul dezvoltării lor, enzime amilolitice cum se întâmplă în cazul cerealele care germinează, proprietate care este de mult timp cunoscută în țările din Asia, în special Japonia și China, țări în care pentru prepararea băuturii sake din orez se folosește un amestec de mucegaiuri producătoare de astfel de enzime.

Un alt exemplu este procedeul de zaharifinare a porumbului în vederea obțineri alcoolului, procedeu care se bazează pe folosirea enzimelor microbiene. Exemplu de astfel de procedeu este procedeul Amylo, apărut la sfârșitul secolului trecut în Franța, care folosește ca și agent de zaharificare în locul malțului o cultură pură din mucegai Amylomyces rouxii,. La scurt timp, japonezul Takamin a obținut prin cultivarea mucegaiului Aspergillus oryzae pe un mediu cu tărâțe de grâu, un preparat enzimatic brut, din care, prin extracție cu apă și 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 apariția procedeelor submerse de cultivare a mucegaiurilor și bacteriilor după 1945 s-a creat posibilitatea de a se obține enzime microbiene la scară industrială mare.
Preparatele enzimatice de origine microbiană care trebuie să conținã 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 parțială a malțului;

– pentru înlocuirea totală a malțului.

În comparație cu malțul verde, preparatele enzimatice prezintă unele avantaje, printre care prezintă importanță următoarele:

– activitate enzimatică standardizată, care se modifică puțin la depozitare;

– sunt mai sărace în microorganisme dăunătoare;

– se obțin randamente mai ridicate în alcool deoarece pot hidroliza și alte poliglucide;
– sunt necesare spații mai reduse de depozitare și transport;

– se economisesc cheltuieli legate de producerea și mărunțirea malțului verde.

Pentru obținerea de preparate enzimatice se folosesc microorganisme din genul Bacillus cu speciile Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus sthearothermophillus, care produc α-amilaze termorezistente, active chiar la 90 – 100 ºC, astfel fermentația este protejată și sunt inactivate microorganismele contaminante.

Mucegaiurile selecționate pot produce α-amilaze și glucoamilaze folosite pentru zaharificarea plămezilor amidonoase sub formă de preparate brute. Se folosesc mucegaiuri din genul Aspergillus cu speciile Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus awamori, Aspergillus usamii. Poate produce glucoamilaze și drojdia Saccharomycopsis fibuligera (Endomycopsis fibuliger).

Preparatele enzimatice brute se adaugă în proporție de circa 10 % în plămada ce urmează a fi zaharificată, care trebuie răcită la temperatura de 60 ºC. La această temperatură se menține o pauză de zaharificare de o oră după care se răcește plămada la 25 – 30 ºC și se în însămânțează cu drojdie.

Creșterea de randament în alcool care se obține prin folosirea preparatelor enzimatice microbiene se datorează faptului că acestea hidrolizează până la glucide fermentescibile, substanțe care în mod normal la zaharificare cu malț nu suferă transformări. Există chiar anumite materii prime – ca de exemplu fãina de manioc la care numai prin folosirea de preparate enzimatice microbiene se poate asigura o bună zaharificare și randamente optime în alcool. Este însă necesar ca la utilizarea lor să se țină seama de condițiile optime de acțiune (pH, temperatură) în funcție de tipul de enzime pe care le conțin, astfel încât potențialul lor enzimatic să fie folosit integral.

În prezent se cunosc mai multe firme care comercializează astfel de preparate enzimatice, de origine microbiană cu utilitate în industria alcoolului: NOVO-NORDINSK (Danemarca), AMB-MANCHESTER ([NUME_REDACTAT]), SOLVAY-HANOVRA (Germania). Aceste produse enzimatice la comercializare sunt însoțite de o fișă tehnică în care sunt notate caracteristicile principale, domeniul de activitate enzimatică, doza de folosire și condițiile de depozitare și păstrare.

În afară de preparatele enzimatice amilolitice în fabricarea alcoolului și drojdiei, se mai pot folosi, și alte preparate enzimatice, în funcție de materiile prime prelucrate, astfel se pot folosi: proteaze, α-glucanaze, pentozanaze, etc.

Aprecierea calității cerealelor se realizează în funcție de o serie de criterii chimice, fizice și tehnologice.

Criteriile fizice de apreciere a calității cerealelor sunt reprezentate de: masa hectolitrică, masa relativă a 1000 de boabe, masa absolută, masa specifică, mărimea și uniformitatea boabelor, tăria sau duritatea, sticlozitatea, compoziția fizică a masei de cereale etc.

Depozitarea cerealelor utilizate în industria alcoolului este necesar să se realizeze în spații corespunzătoare reprezentate de magazii sau silozuri, care vor fi uscate, ușor accesibile, care vor permite aerarea mecanică a produselor depozitate, precum și controlul acestora în timpul depozitării.

De reținut este faptul că în timpul depozitării au loc procese complexe datorită activității fiziologice intense a componentelor masei de cereale, cum ar fi maturizarea după recoltare, respirația, încingerea și germinarea, care dacă nu sunt atent monitorizate, conduc la pierderi în greutate și degradarea calitativă a cerealelor [7].

Din acest motiv, păstrarea cerealelor presupune o condiționare prealabilă a lor, respectiv purificarea și reglarea conținutului de umiditate la 14 %, sub această limită tehnologică procesele fiziologice foarte foarte lent în masa de cereale, iar depășirea acestei limite duce la accelerarea procesele de respirație și alterare.

În urma prelucrarea primare a cerealelor se obțin crupele, proces care constă în îndepărtarea învelișurilor și prelucrarea specifică a endospermului și cotiledoanelor. În funcție de modul de obținere și gradul de prelucrare se disting: crupe naturale și crupe artificiale
Crupele naturale pot fi: crude, laminate și expandate.

Crupele crude adică cele care nu au suferit nici o prelucrate termică pot fi clasificate în crupe întregi sau crupe fragmentate.

Crupele întregi se obțin prin separarea parțială a învelișului cerealelor ca de exemplu arpacașul de grâu sau orz, sau prin decorticare, șlefuire și polizare în vederea îndepărtării complete a învelișurilor și apoi are loc glazurarea.

Crupele fragmentate, pot fi mari și alcătuite din jumătăți de boabe, rezultate în urma decorticării sau fracțiuni mai mici ale endospermului semințelor de cereale (griș, mălai etc).
Crupele laminate sunt acele crupe care au fost prelucrate prin procese hidrotermicecum sunt de exemplu semințele de cereale, laminate și uscate din care se obțin fulgii de ovăz sau prin prăjire din care se obțin fulgii de porumb.

Crupele expandate se obțin prin prăjirea și expandarea semințelor întregi de porumb și orez. Aceste crupe se pot obține și prin expandarea unor semifabricate rezultate prin prelucrarea, măcinare și tratamente hidrotermice. La fabricarea unor crupe expandate se pot folosi: zahăr, cacao, grăsimi, brânzeturi etc [7, 25].

Crupele artificiale sunt acele crupe care se obțin din amidonul extras din cereale sau manioc parțial cleificat, ca de exemplu orezul artificial din amidonul unor specii de cereale (Diaconescu, I, 2007).

CAPITOLUL II

ASPECTE GENERALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE OBȚINERE A BĂUTURILOR ALCOOLICE – ȚUICĂ ȘI RACHIURI NATURALE

Băuturile alcoolice ca de exemplu țuica și rachiurile naturale sunt băuturi rezultate prin distilarea unor cereale care au suferit un proces de fermentație alcoolică. Prin distilare se realizează trecerea unui lichid în stare de vapori prin fierbere și apoi condensarea acestora într-un recipient.

Cerealele zdrobite și fermentate pot fi considerate din punct de vedere fizic ca un amestec complex format din alcool etilic și alte substanțe care au rezultat din fermentație, la care se adaugă resturi de materie primă care în timpul fermentației nu au suferit transformări.

În cazul materiilor prime pentru fabricarea rachiurilor, pe lângă apă și alcool etilic, acestea conțin și cantități însemnate de aldehide, esteri, acizi volatili, care trecând în distilat poate imprima un gust și miros neplăcute.

Pentru a se obține rachiuri pure și bogate în alcool etilic, în timpul distilării este necesar să se separe din amestec, prin condensare, acea fracțiune cu un grad alcoolic mai redus, care apoi, prin răcire, dă un lichid impur și slab alcoolic numit „flegmă”, precum și un produs impur ce formează „fuzelul” sau „uleiul de fuzel”.

Operația de separare a flegmei din amestecul de vapori poartă numele de „deflegmare” și se realizează cu ajutorul deflegmatoarelor. Deflegmatoarele, care au suprafețe răcite la anumite temperaturi în contact cu amestecul de vapori, condensează vaporii slab alcoolici și lasă să treacă mai departe vaporii bogați în alcool. Aceștia din urmă, prin condensarea ulterioară, dau un lichid alcoolic destul de pur și cu o concentrație alcoolică mare.

Se cunosc două procedee de deflegmare:

deflegmarea simplă – procedeu prin care vaporii se condensează instantaneu

deflegmarea treptată sau diferențiată – procedeu în care condensarea se produce treptat, lichidul condensat rămânând mereu în contact cu vaporii.

Deoarece prin operația de distilare simplă (sau cu deflegmator), distilatele obținute mai conțin, pe lângă alcool etilic și alte componente volatile (impurități) care imprimă distilatului gust și miros mai puțin plăcute, este nevoie ca aceste impurități să fie eliminate. Pentru eliminarea acestor impurități se aplică operația de rectificare, ce reprezintă o distilare fracționată, respectiv o distilare repetată de mai multe ori în vederea îndepărtării din masa distilatului a produșilor impuri. Alcoolul obținut din redistilare se numește alcool rectificat.

La rectificare, în prima fază se degajă vaporii care conțin cele mai volatile substanțe, numite „frunți” sau „vorsprung”; în continuare se degajă vaporii de alcool mai puri, de cea mai bună calitate, aceștia purtând denumirea de „mijloc” sau „inima distilatului”. În ultima fază se obține un lichid mai slab alcoolic, bogat în impurități, de calitate inferioară, denumit „cozi” sau „ulei de frizei”.

La rectificare, în cazanele simple, ponderea fracțiunii „frunți” este de 1 – 2 % față de volumul distilatului crud și cu tăria de peste 72 % volume alcool și cu impurități neplăcute la gust și miros.

Principalii constituenți din „frunți” sunt aldehidele (acetică, propionică etc), alcoolul metilic (rezultat al scindării substanțelor pectice de către pectinaze în timpul fermentării alcoolice a terciurilor și care trece în distilat) și unii esteri.

În general, aceste substanțe sunt în concentrații mari în porțiunea de distilat ce curge în prima fază, conferind „frunților” un caracter foarte toxic. Imprudențele comise de unele persoane care au consumat „frunți” de distilare s-au soldat, de cele mai multe ori, cu intoxicări grave, datorate în special alcoolului metilic prezent în cantități destul de ridicate.
Fracțiunea „mijloc” se obține când tăria distilatului în fierbere începe să scadă sub 72 % vol. alcool până ajunge la 20 – 25 % vol. Față de vin, la care sfârșitul fracțiunii „mijloc” este considerat la 50 % vol. alcool, la rachiurile naturale este de 20 – 45 % vol. alcool și reprezintă 33 – 50 % din totalul de volum al distilatului ce se redistilează. În această fază, în afară de alcool etilic, mai trec în distilat unii alcooli superiori și acetali. Această fracțiune se caracterizează prin mirosuri plăcute deoarece conține în afară de alcoolul izobutilic, acid acetic și unii esteri.

Indiferent de materia primă folosită, în toate cazurile procesul tehnologic cuprinde următoarele succesiuni de transformări biochimice:

Fig. 2.1. Procesul tehnologic general de obținere a alcoolului

II.1. Tehnologia spirtului

Spirtul industrial rafinat conține alcool etilic 96,5% și apă 3,5%.

Spirtul folosit în industria alimentară trebuie să corespundă la condiții severe de calitate, referitoare la conținutul în alte substanțe (alcooli superiori, aldehide, acizi etc.) precum și la proprietățile organoleptice.

Spirtul este un produs cu largi utilizări și anume:

– industria alimentară pentru prepararea băuturilor alcoolice distilate;

– industria farmaceutică, la sinteza și prepararea a numeroase medicamente;

– industria lacurilor și vopselurilor, ca diluant;

– industria cauciucului sintetic.

Obținerea alcoolului etilic pe cale industrială se face fie prin sinteză în cadrul industriei chimice, folosind ca materie primă gazul de sinteză, fie pe cale fermentativă în cadrul industriei alimentare.

În cadrul industriei alimentare, materiile prime folosite sunt:

– materii prime care au component de bază amidonul (cartoful, porumbul, grâul etc.);

– materii prime zaharoase (melasa de la fabricarea zahărului);

– materii prime celulozice (hidrolizate de lemn, sulf sau leșii bisulfitice rezultate în fabricația celulozei).

II.1.1. Tehnologia fabricării spirtului din cereale

Materiile prime cele mai utilizate sunt porumbul, care conține amidon și hidrați de carbon. Pentru fabricarea spirtului pe calea fermentației alcoolice, este necesară o hidroliză prealabilă a polizaharidelor, denumit proces de zaharificare prin care polizaharidele sunt transformate în dizaharide, care pot suferi procesul de fermentație alcoolică.

Procesul tehnologic este prezentat în figura 2.1.

Curățirea cerealelor se realizează prin procedee mecanice (tarare, triorare, vânturare etc).

Solubilizarea și zaharificarea amidonului se produce sub acțiunea enzimei diastaza obținută din slad.

Sladul este un amestec biologic complex, care se obține din cereale, în special din orz, astfel: orzul spălat și umezit este așezat sub formă de strat de 10-20 cm, pe palete perforate, este aerat în mod continuu timp de 10-14 zile cu un curent de aer umed la temperatura de 12-15°C. Prin zdrobirea boabelor încolțite (colțul trebuie să aibă de 2,5 ori lungimea bobului) în mori cu valțuri sau cu ciocane (rezultă sladul) și prin amestecare cu apă se obține o suspensie denumită lapte de slad.

Fig. 2.1 Procesul tehnologic de fabricare a spirtului din cereale

Fierberea materiilor prime amidonoase din cereale are drept scop distrugerea structurii celulare și eliberarea granulelor de amidon. Fierberea se execută în autoclave la presiuni de 3-4 atmosfere, timp de 20-50 minute.

Plămada obținută este trecută la zaharificare, unde sub acțiunea enzimei 1 diastaza din laptele de slad adăugat, amidonul insolubil se transformă în dextrine și maltoză, care sunt solubile.

Zaharificatoarele sunt vase cilindrice, prevăzute cu agitatoare și serpentina de răcire, în care se introduce plămada și laptele de slad în proporție de 2,5-3 kg lapte de slad la 100 kg cereale sau cartofi.

Pentru fermentarea plămezilor se folosește ca agent drojdia de bere, care prin enzimele pe care le conține produce o fermentație alcoolică. Plămada trebuie să aibă temperatura de 60°C. Se consumă 1 kg drojdie la 100 l plămadă.

Vasele de fermentare denumite linuri, au capacități mari (1000-2000 l), iar la partea superioară sunt prevăzute cu dispozitive de captare a vaporilor de alcool.

Fermentația durează 70-90 ore și se realizează la temperatura de 27-30°C. În final lichidul rezultat are o concentrație de 4-6% alcool. Teoretic dintr-un kg amidon se obține 0,56 kg alcool sau 0,7 l alcool. Practic se obțin 0,6 l alcool, ceea ce reprezintă un randament de transformare de 0,85.

Concentrații mari în alcool și randament ridicat se obțin în condiții de sterilizare depline. Din acest punct de vedere, linurile sunt prevăzute cu dispozitive hidraulice de închidere, care permit reținerea bioxidului de carbon depozitat, însă opresc intrarea aerului din exterior.

Lichidul rezultat în urma zaharificării, pe lângă spirt conține: acid acetic, alcooli superiori, glicerina și substanțe nevolatile (zaharuri, săruri minerale, substanțe proteice).

Distilarea realizează separarea spirtului împreună cu substanțele volatile, de cele nevolatile.

Distilatul rezultat este supus operației de rectificare, obținându-se spirtul rafinat care este lipsit de substanțe volatile.

Fabricarea spirtului se poate realiza atât prin procedeul discontinuu, cât și prin cel continuu.

Avantajele procedeului continuu sunt prezentate în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1

Randamentele în alcool ale diferitelor materii prime în funcție de procedeul folosit.

II.2. Particularități ale tehnologiei generale de obținere a alcoolului

II.2.1. Umplerea recipienților de fermentare cu cereale zdrobite

Cerealele după operația de zdrobire se vor introduce în butoaie, cisterne sau bazine din beton după care se vor însămânța cu maia de drojdii în doză de 5 – 10 %, concentrație aplicată în funcție de concentrația în zahăr a terciurilor și de temperatura de începere a procesului de fermentație.

Fermentația poate începe și sub acțiunea drojdiilor prezente în flora spontană, care pătrund în vasele de fermentare odată cu cerealele fragmentate. În cazul unor cantități mai mici, zdrobitorul se așază deasupra vaselor și cerealele zdrobite cad direct în vase pe care le umplu.

Umplerea recipientelor cu cereale fragmentate se face până la plin, deoarece după câteva zile de depozitare, materia primă se așează rămânând spațiul necesar pentru fermentare. De aceea, nu este necesar să se lase un spațiu de 10 – 20 cm pentru fermentare. În cazul vaselor mai mici pentru evitarea alterării, acestea vor fi depozitate pentru fermentare sub șoproane acoperite pentru a le feri de ploi și de variații prea mari de temperatură. Tot în acest scop, majoritatea bazinelor de fermentare sunt semiîngropate și prevăzute cu o copertină.

II.2.2. Fermentarea cerealelor

Fermentarea cerealelor zdrobite este un process care are loc sub acțiunea unor microorganisme microscopice, cunoscute sub denumirea de drojdii sau levuri, care sunt prezente în sol, apă, plante, pe cereale și animale. Dulceața sucului de fructe este un mediu prielnic pentru aceste microorganisme. Astfel după prelucrare, cerealele sunt trecute în vasele de fermentare și o dată cu ele și levurile care încep fermentația dacă au condiții prielnice, deoarece fermentația este un proces strâns legat de metabolismul levurilor.

Glucidele din must pătrund în interiorul celulelor de levuri prin procesul de difuziune sau osmoză, de unde sunt metabolizate și transformate în substanțe de același fel cu protoplasma, sub influența enzimelor.

Transformarea substanțelor nutritive în interiorul celulelor de levuri se face numai prin consum de energie din afară. În cazul fermentației alcoolice, energia necesară levurilor este obținută din transformarea incompletă a glucidelor în lipsa oxigenului. Din punct de vedere biologic, fermentația este un proces cu eliberare de energetie, care înlocuiește respirația în medii lipsite de aer, cu eliminarea unei cantități mici de energie, aproximativ 33 calorii, conform formulei (1). Astfel, levurile pentru a-și asigura funcțiile vitale, metabolizează cantități mai mari de glucide decât au nevoie pentru nutriția lor. Aceasta corespunde necesităților practice, deoarece produsul principal care rezultă în urma acestei transformări este alcoolul, care se acumulează în lichid.

De obicei, schema fermentației alcoolice este redată prin următoarea ecuație:

C6H12O6 = 2 C2H5OH + CO2 (33 calorii) (1)

Prin această ecuație chimică se prezintă bilanțul final care are loc în acest proces destul de complex.

Fermentația alcoolică care este mecanismul de degradare al glucidelor de către levurile alcooligene, se poate desfășura în două moduri: aerob sau anaerob.

Începutul fermentației cerealelor coincide cu formarea spumei alb-gălbuie care se formează la suprafață, pe marginile vaselor sau bazinelor de fermentare, după ce se ridică temperatura în interiorul bazinelor și după mărirea volumului cerealelor zdrobite din vase. La câteva zile de la începutul fermentației, o parte din părțile solide ale cerealelor zdrobite se ridică la suprafață, formând un strat compact, cunoscut sub denumirea de „căciulă” sau „pod”. Durata fermentației este influențată de tipul vaselor, de mărimea acestora, astfel la temperature de 14-23 °C, durata este de 8-10 zile, în cazul vaselor de 150-200 litri iar la temperaturi mai ridicate fermentarea se poate încheia chiar după 6 zile. Pe timp friguros, în astfel de vase, fermentația decurge defectuos sau nu are loc.

În vasele cu capacitate de 2000 – 5000 litri, dacă temperature este de 15-22 °C, durata fermentației este de 14 – 15 zile. Durata fermentației crește proportional cu mărimea bazinelor, astfel în bazinele de circa 2 vagoane durata de fermentare este de 12 – 18 zile la temperaturi de 20 – 25 °C, în rezervoare de polistif, durata fermentației este de 14 – 16 zile la temperatura de 18 – 25 °C.

Faza finală a fermentației se poate stabili pe cale organoleptică sau prin analize de laborator. Încheierea fermentației în borhoturi se apreciază după gustul acru, dar fără să fie aspru, ca în timpul fermentației. Persoanele experimentate apreciază sfârșitul fermentației prin recoltarea de probe sub formă lichidă, care vor fi introduce în vase sau sticle și se urmărește degajarea de CO2 vizual. Borhoturile care și-au încheiat fermentația sunt supuse imediat distilării, altfel au loc pierderi însemnate de alcool prin aerisire.

II.2.3. Caracteristicile microorganismelor de fermentație specific distilatelor

Pentru obținerea produselor distilate naturale se practică atât distilarea unor băuturi obținute prin fermentare ca de exemplu vin, bere, cidru etc., cât și realizarea unor fermentații specifice a unor substraturi vegetale bogate în zaharuri pentru obținerea altor tipuri de distilate: cum sunt amestecuri de fructe, tescovina și drojdia obținute de la vinificație, trestia de zahăr și melasa etc.

Scopul final al tehnologiei distilatelor este acela de a obține băuturi cu un anumit grad sau concentrație alcoolică plecând de la un anumit substrat fermentescibil, iar primul criteriu în selecția microorganismelor fiind randamentul ridicat al acestora în alcool. Această capacitate a microorganismelor în cazul în care trebuie menținut un anumit miros caracteristic al unei băuturi nu este însă primordială ci se intervine favorizând dezvoltarea unei arome de fermentare armonioase, dorite. Prin metabolismul microorganismelor pe lângă eliberarea de etanol se eliberează și alți produși secundari cum ar fi de exemplu alcooli superiori, esteri, acizi grași etc., care au un apor insemnat în formarea aromei finală a distilatului.

Capacitatea drojdiilor de a transforma zaharurile în etanol reprezintă principalul factor în formarea și obținerea băuturilor alcoolice distilate. Cea mai răspândită drojdie fie în mod natural fie prin însămânțare este genul Saccharomyces cerevisiae.

În obținerea distilatelor și, în special, a „cognacului” în urma unor studii asupra acțiunii unor specii de drojdii a fost confirmată acțiunea pozitivă a specie Saccharomyces cerevisiae, în timp ce genul Hanseniospora constituie principala populație de pe struguri. Pentru obținerea whisky-ului, preponderant se folosește specia Saccharomyces. Uneori în cazul obținerii tradiționale a whisky-ului, se folosesc unele culturi de Lactobacillus debruckii care apar în inoculul de fermentare.

Pentru transformarea amidonului în etanol se folosesc sușele selecționate datorită toleranței lor ridicate în etanol (12 – 15 % vol.) precum și datorită capacității lor de a hidroliza oligozaharidele, ca de exemplu maltotrioza și malatotetroza în glucoză pentru a optimiza transformarea amidonului în etanol.

Pentru obținerea romurilor s-a încercat și s-a reușit folosirea drojdiilor care se înmulțesc prin înmugurire ca cele din genul Saccharomyces în locul celor scizipare din genul Schizosaccharomyces. Drojdiile scizipare se regăsesc încă în cantitate importantă în cazul obținerii romurilor „naturale” din Haiti, Antilele franceze, precum și în cazul fermentării foarte particulare a romului din melasă, supranumit rom „grand arome”.

În cazul distilatelor obținute din fructe, liniile tehnologice clasice de fermentare abundă într-o floră microbiană foarte variată și numeroasă, în timp ce tehnologiile industriale moderne folosesc specia Saccharomyces cerevisiae pentru fermentarea zahărului.

De asemenea, pentru obținerea de romuri foarte aromate se utilizează în practică tulpini de Clostridium saccharobuiyricum și de Clostridium butyricum.

Aceste bacterii de fermentare nu în toate cazurile au efecte positive asupra calității distilatelor ca de exemplu în cazul fermentației malolactice a vinurilor materie primă pentru obținerea cognacului și armagnacului care datorită prezenței unor lactobacili și leuconostoci, nu sunt de dorit deoarece distilatele obținute vor fi bogate în diacetil, lactat de etil, acetoină și acizi volatili, ce afectează negativ calitățile organoleptice.

Astfel de exemple sunt următoarele:

Prezența bacteriile din genul Lactobacillus brevis care degradează 2,3-butandiolul în cazul fructelor fermentate, mai ales în cazul unor distilate obținute din pere, cireșe, mere, conduc la un conținut ridicat în 2-butanol, depreciind calitatea acestora.

Acroleina (2-propenal), care este un compus volatil cu miros înțepător, dezagreabil, apare în anumite eșantioane de distilate din mere și în romuri datorită degradării glicerolului din mediul de fermentare de către bacterii din genul Corynebacterium.

În urma degradării glicerolului de către bacteriile corineiforme sau a unor bacterii asemănătoare, cum ar fi Brevibacierium și Erysipelotrix se formează, acidul 2-etil 3-metil butiric, care este un compus tipic al acidității volatile din romuri și care nu are o incidență directă asupra calității acestora. Prezența acestui compus în romuri subliniază importanța și necesitatea generalizării unor genuri de bacterii în mediile de fermentare la obținerea distilatelor.

Activitatea unor bacterii naturale este uneori dorită în cazul obținerii unor distilate din fructe. Astfel, sucurile fermentate obținute din mirabele, prune, mere, pot fi conservate câteva luni înainte de distilare, fără pericolul contaminării cu genul Acctobacter. Această maturare conduce la obținerea de produse mai fine și mai aromate. Trebuie însă precizat că aceste sucuri fermentate au un grad alcoolic destul de ridicat (10 -11 % în cazul mirabelelor) și sunt conservate pe parcursul iernii, la temperaturi scăzute.

CAPITOLUL III

ANALIZA CALITĂȚII CEREALELOR UTILIZATE LA FABRICAREA ALCOOLULUI

III.1. Scopul lucrării

În obținerea și procesarea alcoolului din diferite materii prime, principalul obiectiv urmărit este reprezentat de rentabilizarea obținerii alcoolului. Printre factorii de care depinde calitatea alcoolului și randamentul în alcool, alături de calitatea materiei prime, alegerea și respectarea celui mai adecvat proces tehnologic, un rol deosebit îl are drojdia utilizată la fermentarea plămezilor.

Scopul acestui studiu este de a supraveghea desfășurarea fermentării, de a depista unele deficiențe și cauze care le-au produs pentru a se lua măsurile corespunzătoare de înlăturare.

În timpul fermentării se controlează temperatura, concentrația plămezii, aciditatea, concentrația alcoolică și zahărul reducător.

La începutul fermentației temperatura este de 25 – 27 °C sau chiar mai ridicată, atunci când se urmãrește scurtarea duratei de fermentare, iar temperatura maximă de fermentare este de 31 – 32 °C. Încălzirea plămezilor la temperaturi peste 34 °C este nedorită deoarece se slăbește capacitatea de fermentare a drojdiei.

În plămada fermentată se mai determină concentrația alcoolică prin distilare, care depinde în special de concentrația plămezilor, cât și conținutul plămezii fermentate în zahăr rezidual pentru a se vedea dacă plămada este fermentată corespunzător. În cazul creșterii acidității plămezii în cursul fermentației peste limitele obișnuite este necesar și un control microscopic, pentru evidențierea microorganismelor de contaminare.

În mod normal în plămezile fermentate proporția de microorganisme atipice în raport cu numărul de celule de drojdii nu trebuie să depășească 5%.

În această lucrare obiectivul principal face referire la obținerea de randamente superioare în alcool, obținte prin adăugarea unor obiective secundare printre care prezintă importanță calitatea alcoolului și randamentul în alcool, calitatea materiei prime, alegerea unor faze tehnologice care vor corespunde unui proces tehnologic optim.

III.2. Material și metode de analiză

III.2.1. Materialul de analiză

Materialul de analiză utilizat în acest studiu este format din cele mai uzuale produse cerealiere care se pot utiliza la fabricarea alcoolului și anume porumbul, secara, orzul și ovăzul, din care se obține alcool cu destinații multiple. La aceste cereale analiza calității este foarte importantă deoarece:

– porumbul materie primă importantă în industria alcoolului aparține mai multor specii care se deosebesc între ele după forma și culoarea bobului cât și după aspectul endospermului (sticlos sau făinos).Pentru fabricarea alcoolului se preferă porumbul cu boabe făinoase care se caracterizează printr-un conținut ridicat în amidon și mai scăzut în substanțe proteice.

– la orzul, materie auxiliară, folosit în scopul zaharificării amidonului din plămezile de cereale se pot face următoarele analize: aspect exterior, puritatea, sticlozitatea, uniformitatea, greutatea a 1000 boabe, gradul de înmuiere, greutatea hectolitrică, aciditatea, conținutul în apă, conținutul în azot total, grăsimea, cenușa, amidonul, puterea alcooligenă, energia și capacitatea de germinare. Orzul destinat fabricării alcoolului, ca materie primă trebuie să fie bogat în amidon, pe când orzul destinat malțificării și folosirii lui ca malț verde în industria alcoolului trebuie să aibă boabele mici cu un conținut mare în proteine, orz de calitatea a treia.

– secara este o materie auxiliară folosită în scopul sporirii concentrației în amidon a plămezilor de cereale

III.2.2. Metodele de analiză a calității cerealelor utilizate la fabricarea alcoolului sunt multiple dintre care prezintă împortanță în această lucrare următoarele:

III.2.2.1. Metode de apreciere a calității cerealelor folosite la obținerea alcoolului

A. Determinarea conținutului în amidon al cerealelor prin metoda chimică
Această metodă are la bază transformarea amidonului în zahăr reducător și dozarea acestuia prin una din metodele cunoscute de dozare a zahărului reducător. Cea mai simplă metodă este aceea prin care se transformă amidonul în zahăr reducător reprezentată de metoda hidrolizei cu HCl concentrat după reacția:

(C6H12O5)n + nH2O → nC6H12O6

Reactivi necesari:

Acid clorhidric d= 1,125 și d = 1,19;

Soluție de fosfowolframat de sodiu 4%;

Soluție de NaOH, 40%;

[NUME_REDACTAT] I;

[NUME_REDACTAT] II;

Soluție KI 10 %;

Acid sulfuric (d = 1,11);

Tiosulfat de Na 0,1 n;

Soluție de amidon 1%.

Modul de lucru

Pentru determinare cerealele se macină până la stadiu de făină, din care se cântăresc 2 g, se care se întroduc într-un pahar Berzelius de 100 ml peste care se adaugă 50 ml HCl (d = 1,125). Următoarea etapă este încălzirea amestecului timp de 15 minute pe baia de apă în fierbere, agitând de mai multe ori în cursul primelor 5 minute. Se trece apoi cantitativ conținutul paharului într-un balon cotat de 100 ml cu apă distilată, astfel ca volumul total al lichidului din balon să ajungă la aproximativ 70 ml și se adaugă 20 ml HCl ( d = 1,19).

Pentru defecare se adaugă 4 ml soluție de fosfowolframat de sodiu 4% și se agită bine. Balonul împreună cu conținutul se va răci în curent de apă după care se aduce la semn cu apă distilată și în final se filtrează printr-un filtru cutat.

Din filtratul obținut se ia apoi o cantitate de 20 ml care se introduce într-un balon cotat de 100 ml, peste care se adaugă 2-3 picături de fenolftaleină soluție alcoolică 1 % și se neutralizează cu NaOH 40 %. Se aduce apoi la semn cu apă distilată. Din soluția astfel formată se iau 20 ml care se folosesc la determinarea zahărului prin metoda Schoorl. Pentru aceasta, într-un balon Erlenmeyer se introduc 10 ml soluție Fehling I, 10 ml soluție Fehling II și 20 ml soluție de analizat apoi balonul se încălzește pe sita de azbest și se fierbe timp de 5 minute.

Conținutul balonului se va răci în curent de apă peste care se adaugă 20 ml soluție KI 10 % și 15 ml H2SO4 (d = 1,11). Iodul pus în libertate din KI pe seama reducerii cuprului la iodură cuproasă se titrează imediat cu Na2S2O3 0,1 n în prezența amidonului ca indicator (3 ml soluție amidon 1%) până la dispariția colorației albastre (N).

Se face apoi o probă martor pentru dozarea cantității de cupru din cei 10 ml soluție Fehling I, lucrându-se în aceleași condiții ca și la proba de analizat cu diferența că în locul soluției de zaharuri se adaugă 20 ml apă distilată (Nm).

Mod de calcul

În primă fază se calculează diferența Nm-N = N1, care reprezintă cantitatea de tiosulfat de Na n/10 corespunzătoare zahărului din cei 20 ml soluție de analizat. Din tabelele Schoorl se citește cantitatea de glucoză corespunzătoare la N1 ml tiosulfat de Na n/10.

Rezultatul se exprimă la 100 g produs ținând seama de diluțiile făcute.

Cantitatea de glucoză obținută se transformă în amidon prin înmulțire cu factorul 0,9.

B. Determinarea acidității

După Bëlohoubek, determinarea acidității cerealelor se realizează în felul următor:
Se iau 10 g de făină, se macerează cu 100 ml alcool de 20 % timp de 4 ore la temperatura de 17,5ºC, după care maceratul se filtrează iar din filtrat se determină aciditatea prin titrare cu NaOH 0,1 n în prezență de fenolftaleină ca indicator.

Aciditatea se calculează în acid lactic:

A = N x 0,09 x100/10 [% g acid lactic]

unde:

N – volumul de NaOH 0,1 n folosiți la titrare.

C. Masa relativă a 1 000 de boabe

Prin greutatea sau masa relativă a 1 000 de boabe (semințe) se înțelege masa a 1 000 semințe la umiditatea care o conțin în momentul determinării.

Acest indice calitativ are importanță în special pentru materialul de însămânțare. STAS 195-67 „cereale-sămânță”, precizează că „semințele de cereale trebuie să corespundă condiției de greutate a 1 000 boabe stabilită în fiecare an de către [NUME_REDACTAT], Industriei alimentare, Silviculturii și Apelor.

La produsele destinate prelucrării în industrie masa relativă a 1 000 boabe prezintă interes numai în cazul porumbului de calitatea I, care se livrează pentru scopuri industrial – amidon, alcool.

Masa relativă a 1 000 boabe se determină la semințele pure.

Proba rezultată după îndepărtarea corpurilor străine se omogenizează și se întinde pe o suprafață plană, în strat uniform, de formă pătrată. Acesta se împarte prin două diagonale în patru triunghiuri egale din care două se îndepărtează iar din cele două rămase se numără fără alegere: două repetiții a 500 semințe pentru produsele la care masa relativă a 1 000 boabe depășește 10 g și câte 1 000 semințe în cazul produselor la care masa relativă a 1 000 boabe este sub 10 g.

Când proba pură, rămasă după îndepărtarea corpurilor străine este prea mică și nu se poate realiza numărul de semințe amintit și dacă nu sunt condiții pentru mărirea probei pure, se pot forma repetiții a câte 100 semințe fiecare, însă nu mai puțin de 4 repetiții.

Fiecare repetiție astfel constituită se cântărește la o balanță tehnică cu precizie de 0,01 g, când greutatea boabelor dintr-o repetiție este mai mare de 1 g, sau la o balanță analitică, dacă greutatea acestor boabe este sub 1 g.

Masa relativă a 1 000 boabe se obține însumând rezultatele celor două repetiții a 500 respectiv 1 000 boabe, sau înmulțind cu 10 media aritmetică a celor 4 repetiții a 100 boabe.

Masa relativă a 1 000 boabe se exprimă în grame cu 2 zecimale când valoarea este sub 10 grame, cu o zecimală când valoarea este cuprinsă între 10 și 50 g și în numere întregi când greutatea a 1 000 boabe este peste 50 g.

Între rezultatul cântăririi unei repetiții și media tuturor repetițiilor se admit diferențele arătate în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1.

Când între media repetițiilor și fiecare repetiție în parte există o diferență de greutate mai mare decât cea menționată în tabel, determinarea se repetă. În cazul când la aceste din urmă determinări diferențele sunt admisibile rezultatele sunt considerate valabile. Dacă nici de data aceasta rezultatele nu se încadrează în diferențele specificate în tabel, se face media tuturor repetițiilor și se menționează acest lucru în buletinul de analiză.

D. Greutatea hectolitrică

Masa hectolitrică sau greutatea volumetrică reprezintă greutatea exprimată în kg a unui volum de boabe de 0,1 m3 (echivalent cu capacitatea de 100 litri).

Greutatea hectolitrică este influențată de următorii factorii:

– conținutul de umiditate al semințelor,

– cantitatea de corpuri străine și natura acestora,

– forma boabelor,

– starea suprafeței semințelor

– grosimea cojii,

– greutatea specifică a semințelor etc.

Fiecare din acești factori influențează într-o anumită măsură asupra valorii masei hectolitrice.

Determinarea masei hectolitrice.

Pentru determinarea masei volumetrice se folosește balanța hectolitrică de 1 l.

Balanțele hectolitrice de 1/4 și 1/2 litru nu se recomandă deoarece dau erori mari.

Metoda de lucru.

În partea superioară a cilindrului A se introduce cuțitul F și deasupra lui se așează greutatea în formă de disc; se îmbină apoi cilindrul B cu cilindrul A. După ce s-a închis pâlnia de scurgere de la cilindrul C, se umple acest cilindru cu produsul de analizat. Se îmbină cilindrul C cu cilindrul B, se deschide clapeta cilindrului C și produsul curge în cilindrul B. In unele balanțe hectolitrice cilindrul C nu este prevăzut cu pâlnie de scurgere a produselor. In acest caz, conținutul cilindrului C se varsă în cilindrul B ținând gura vasului G rezemată de buza cilindrului B. Se trage apoi cuțitul F, iar discul, silind aerul să iasă prin orificiul de la baza cilindrului A, cade rarefiind astfel aerul deasupra sa. Din această cauză boabele umplu uniform cilindrul de jos A.

După aceasta, cuțitul este introdus din nou în tăietură și se îndepărtează cilindrul C. Se varsă boabele rămase deasupra cuțitului F apoi se scoate tubul B și se golește restul de boabe rămase pe cuțit, după care se trage afară cuțitul. Vasul plin A se agață de brațul liber al balanței și se cântărește. Greutățile puse pe platanul E, până când se obține echilibrul balanței, dau direct greutatea hectolitrică.

Se fac două determinări paralele, iar ca rezultat se ia media aritmetică, în cazul când rezultatele parțiale nu diferă între ele cu mai mult de 0,5 kg la greutatea hectolitrică. La ovăz și floarea-soarelui se admite o diferență până la 1 kg, când diferențele sunt mai mari se fac încă două determinări, iar dacă nici acestea nu se încadrează în diferențele admisibile, se face media celor 4 repetiții.

Greutatea hectolitrică se exprimă în kg cu o zecimală.

Fig. 3.1. Balanța hectolitrică

A-vas cilindric cu baza găurită și brățară de agățat, B-cilindru care se poate îmbina cu partea superioară a vasului cilindric A, C- vas cilindric cu baza în formă de pâlnie și cu o clapetă cu care se închide și deschide fundul cilindrului, E-platan, F-cuțit care se intercalează între vasul A și tubul cilindric B prin deschizătura prevăzută, G- greutatea în formă de disc, H- trusă cu greutăți.

III.2.2.2. Controlul și supravegherea fermentației.

Determinarea alcoolului format prin fermentare

Alcoolul rezultat în procesul de fermentare se poate determina prin calcularea cantității de CO2 degajată sau prin distilare după ecuația:

Cantitatea de alcool (g) = (G1 – G2) x 1,045

unde:
G1 – greutatea balonului cu plămadă înainte de fermentare, în g;

G2 – greutatea balonului după fermentare, în g;

1,045 – coeficient de transformare a CO2 în alcool etilic rezultat din ecuația lui Gay – Lussac.

Puterea alcooligenă se exprimă în litri alcool absolut la 100 kg zahăr din melasă.
În etapa de distilare are loc trecerea plămezii fermentate cantitativ într-un balon de distilare care se montează la o instalație de distilare prevăzută cu deflegmator, refrigerent și un vas de colectare. Pentru a împidica formarea abundentă a spumei în balonul de distilare se adaugă puțină parafină. Se distilează o cantitate de 2/3 din plămadă considerând că această cantitate este suficientă pentru ca tot alcoolul să treacă în distilat.

În vederea obținerii unor rezultate reale se repetă distilarea de această dată în mediu neutru deoarece odată cu alcoolul trec în distilat și acizii volatili care ar influența greutatea specifică a distilatului conducând la rezultate nereale. Se neutralizează apoi cu NaOH 0,1 n în prezența hârtie de turnesol. Se distilează apoi 2/3 din lichid, iar distilatul se colectează într-un balon cotat de 200 ml și se aduce la semn cu apă distilată.

În final se determină concentrația alcoolică a distilatului (a) cu un alcoolmetru sau se determină densitatea cu un picnometru și în funcție de aceasta se găsește din tabele concentrația alcoolică %, în volume (1 ml alcool absolut la 100 ml lichid = 1º tărie alcoolică).

B. Analiza calității alcoolului rafinat

Analiza calității alcoolului rafinat se realizează prin aprecierea condițiilor tehnice de calitate, prin apreciearea organoleptică și prin aprecierea proprietăților fizico-chimice și prin examinarea culorii, transparenței și impurităților.

Condiții tehnice de calitate

Alcoolul etilic rafinat se livrează în cinci tipuri, apreciate după concentrația alcoolică și după proprietățile fizice și chimice.

B1. Proprietățile organoleptice redau date cu privire la aspect care trebuie să fie limpede, incolor cu miros caracteristic și gust arzător. Alcoolul etilic rafinat trebuie să fie miscibilitate cu apa, astfel un amestec de 30 părți alcool etitilic rafinat și 70 părți apă distilată nu trebuie să prezinte opalescență comparativ cu apa distilată la aceeași temperatură.

Într-un vas Erlenmeyer cu dop șlefuit de 100…200 ml, bine spălat și fără mirosuri străine, se introduce o cantitate de aproximativ 20…25 ml produs de analizat. În cazul produselor cu concentrație alcoolică mai ridicată proba de analizat se va aduce la concentrația de 25-30 % folosind apa distilată.

Proba ca atare va fi mirosită și degustată în prealabil, operație care se va repeta și după diluare. Alcoolul etilic rafinat are un miros caracteristic și gust arzător, iar băuturile alcoolice au proprietăți organoleptice specifice tipului de băutură, indicate în normativele specifice.

În cazul băuturilor alcoolice industriale care conțin extract se va degusta și distilatul produsului, pentru a avea indicații asupra calității alcoolului etilic întrebuințat la prepararea băuturii respective.

B2. Proprietăți fizico-chimice:

Proprietățile fizico-chimice ale alcoolului etilic rafinat se sunt redate în tabelul 3.2, în funcție de tipul de livrare, astfel:

Tabelul 3.2.

Proprietățile fizico-chimice ale alcoolului etilic rafinat

B3. Examinarea culorii, transparenței și impurităților

Pentru examinarea culorii, transparenței și impurităților se va introduce într-un cilindru de sticlă incoloră și transparentă de 100…150 ml, perfect curat și uscat, o probă de analizat la care se va observa în lumină difuză culoarea, transparența și prezența impurităților.
În cazul alcoolului etilic, este necesar să se examinează în lumină difuză și transparența unui amestec de 30 ml alcool etilic și 70 ml apă distilată, introdus într-un cilindru de sticlă incoloră, observând dacă amestecul prezintă opalescență. Alcoolul rafinat de bună calitate nu trebuie să prezinte opalescență.

În cazul băuturilor alcoolice incolore, aprecierea transparenței se face prin comparație cu un cilindru identic dar umplut cu apă distilată, la aceeași temperatură.
Determinarea impurităților din alcoolul etilic rafinat se realizează prin oxidarea impuritățile chimice din alcoolul rafinat cu o soluție de KMnO4 stabilindu-se timpul în care culoarea produsului devine identică cu aceea a unei soluții etalon.

C. Determinarea concentrației alcoolice

Determinarea concentrației alcoolice se realizează prin aprecierea conținutul de alcool exprimat în procente de masă. Eexprimarea concentrației alcoolice se poate face în:

procente de volum la temperatura de 20 ºC;

procente de volum la temperatura de 15 ºC.

La determinarea concentrației alcoolului rafinat și a băuturilor alcoolice distilate se utilizează pentru măsurare și gradele dal. Un grad dal reprezintă 100 ml alcool etilic pur analizat la temperatura de 20°C sau 15°C. Gradele dal se calculează astfel:

Gr. Dal = V x Cr

unde:
V – volumul de lichid alcoolic, exprimat în litri;

Cr – concentrația alcoolică reală, exprimată în grade dal (% vol./10).

Concentrația alcoolică se determină prin două metode:

metoda cu picnometrul, metodă precisă

metoda cu alcoolmetrul.

Metoda cu alcoolmetrul necesită ca aparatură:

Alcoolmetre gradate în procente de masă la 20 ºC;

Alcoolmetre gradate în procente de volum la 20 ºC;

Cilindri gradați sau tuburi de sticlă, cu înălțimea aproape egală cu a alcoolmetrului și diametrul interior mai mare cu circa 4 cm față de diametrul corpului alcoolmetrului;

Termometru de laborator cu precizie 0,1ºC.

Pregătirea materialelor și aparaturii

Alcoolmetrele se vor curăța înainte de începerea determinării, prin spălare cu alcool de 96 % vol. apoi se vor șterge cu o cârpă curată și uscată. Cilindrul în care se face determinarea trebuie să fie degresat și spălat, folosind o cantitate de 10 ml alcool ce urmează a fi măsurat la o spălare, operație care se repetă de 3 ori. În vederea măsurării cu precizie atât aparatura necesară cât și probele se vor menține la aceeași temepratură lucru care se realizează prin menținerea tuturor celor necesare în camera în care se face măsurarea timp de cel puțin o oră. De recomandat este ca temperatura în cameră să fie cuprinsă între 10 și 20ºC, cu mențiunea să nu scadă sub 10°C.

Modul de lucru

Într-un cilindru de sticlă așezat pe o suprafață plană se introduce o cantitate de lichid ce urmează a fi analizat, astfel încât după introducerea alcoolmetrului, cilindrul să rămână gol aproximativ 5 cm de la marginea superioară. Introducerea lichidul în cilindru se va face lent prin scurgere pe peretele interior al cilindrului pentru evitarea formării bulelor de aer care antrenează odată cu ele pierderi de alcool.

Alcoolmetrul se introduce în lichidul din cilindru, treptat, până când acesta plutește liber, după care se lasă să plutească sub acțiunea greutății proprii. Înainte de citirea concentrației, alcoolmetrul trebuie să plutească în poziție verticală, fără să atingă pereții vasului, iar conturul superior al meniscului trebuie să fie orizontal și regulat.

Citirea indicațiilor se face la partea superioară sau la partea inferioară a meniscului, în conformitate cu inscripția specială de pe scara gradată a tijei alcoolmetrului. În cazul când această inscripție lipsește, citirea se face la partea de jos a meniscului (Ca).

Cu această ocazie se află și temperatura lichidului alcoolic cu un termometru cu precizie de 0,1ºC. Valoarea citită, Ca, reprezintă concentrația alcoolică aparentă la temperatura găsită.

Calculul concentrației reale

În funcție de tipul alcoolmetrului folosit, de valoarea concentrației aparente și a temperaturii la care s-a făcut citirea concentrației, din tabelele alcoolmetrice, elaborate de [NUME_REDACTAT] de Metrologie, se determină concentrația alcoolică reală, la temperatura de 20 °C.

D. Determinarea acidității totale

Principiul metodei constă în determinarea sumei acidităților titrabile la un pH adus la valoare neutră, egală cu 7, prin adăugarea unei soluții alcaline titrate.

Pentru determinarea acidității totale se titrează aciditatea produsului după eliminarea CO2 cu o soluție de hidroxid de sodiu cu titru cunoscut, în prezența fenolftaleinei ca indicator.

Reactivi:
– Soluție de NaOH, 0,1 N;

Soluție alcoolică de fenolftaleină, 1%.

Modul de lucru

100 ml produs de analizat se introduc într-un vas conic de 250 ml prevăzut cu refrigerent ascendent, după care se încălzește la punctul de fierbere timp de 3-10 minute pe baia de apă pentru îndepărtarea CO2. Apoi lichidul se va răci fără a fi scos din refrigerent după care se spală cu apă distilată fiartă și răcită, după care se efectuează titrarea folosind soluție de hidroxid de sodiu în prezența fenolftaleinei ca indicator, până la apariția culorii roz care trebuie să persiste un minut.

În cazul produselor intens colorate, produsul de analizat se diluează corespunzător, cu apă distilată fiartă și răcită, ținând seama de diluție la calculul acidității.

Mod de calcul

Aciditate totală = [mval/l]

Aciditate totală = [g H2SO4/100 cm3]

în care:

V1- volumul de NaOH 0,1 N, folosiți la titrare, în ml;

V- volumul probei de analizat luat în lucru, în ml;

c- concentrația alcoolică a băuturii în procente de volum;

0,0049- cantitatea de acid sulfuric, în g, corespunzătoare la 1 ml NaOH 0,1 N.

III.3. Rezultate și discuții

În urma analizelor referitoare la calitatea cerealelor materie primă utilizate la fabricarea alcoolului sau obținut rezultate importante privind masa a 1000 de boabe, greutatea hectolitrică, aciditatea și conținutul în amidon, rezultate redate în tabelul 3.3.

Tabelul 3.3.

Indici de calitate ai cerealelor utilizate la fabricarea alcoolului

În tabelul 3.3 se observă că valoarea conținutului în amidon este de 68 % la porumb, 57 % la orz și de 59 % la secară. Aceste valori se încadrează în limitele prevăzute de standardele referitoare la conținutul în amidon (figura 3.2), din care se obține un procent bun în alcool.

În urma analizelor privind conținutul în alcool al speciilor de porumb orz și secară analizate în lucrarea privind ,,calitatea cerealelor utilizate în fabricarea alcoolului,, se observă în tabelul 3.4 că la porumb conținutul în alcool a înregistrat un procent de 40,8 %, la orz 34,2 % și la secară conținutul în alcool a înregistrat 31,10 procente.

În urma acestei analiza se observă că comnținutul în alcool la cele trei specii de cereal analizate variază proportional cu conținutul în amidon (figura 3.3)

Tabelul 3.4

Randamentul în alcool

În tabelul 3.5 sunt redate rezultatele obținute la analiza calității alcoolului rafinat prin analiza organoleptică. Se observă că probele de alcool analizate au aspect limpede, nu prezintă opalescențe, sunt incolore cu miros caracteristic și gust arzător, proprietăți care se încadrează în limitele de calitate.

Tabelul 3.5.

Proprietățile organoleptice al alcoolui rafinat

Analizând miscibilitatea cu apă într-un amestec de 30 părți alcool etilic rafinat și 70 părți apă distilată în vederea examinbării culorii, transparenței și impurităților s-au obținut rezultate positive, astfel lichidul analizat a fost incolor, nu a prezentat opalescențe iar impuritățile lipsesc.

CAPITOLUL IV

CONCLUZII ȘI RECOMANDĂRI

În operațiunile care se efectuează cu produse agricole este necesar să se determine calitatea fiecărui lot de produse și în final să se calculeze calitatea medie a loturilor analizate.

Având în vedere că de cele mai multe ori loturile care se analizează nu sunt asemănătoare între ele ca mărime și nici din punct de vedere al indicilor calitativi, determinarea mediei calității acestora se face după anumite reguli.

În aplicarea acestor reguli se ține seama de ponderea cu care fiecare lot analizat intră în cantitatea totală de produse, a cărei medie trebuie s-o calculăm. Neținând seama de proporția cantitativă și calitativă a fiecărui lot, la calcularea mediei se pot înregistra însemnate erori care au influențe negative asupra stabilirii valorii produselor.

În vederea obținerii alcoolului etilic de calitate și în cantitate profitabilă este necesar să se realizeze aprecierea calității cerealelor – materie primă prin analize comparative la cel puțin două specii, la care se va analiza următoarele:

Aspectul exterior al boabelor

Puritatea boabelor

Sticlozitatea boabelor

[NUME_REDACTAT] a 1000 de boabe (MMB)

Greutatea hectolitrică

[NUME_REDACTAT] în apă

Conținutul în amidon

RECOMANDĂRI

Pentru siguranța și rentabilizarea obținerii alcoolului din cereal recomandăm să se efectueze și supravegherea fermentației pentru a depista la timp eventualele deficient prin controlul:

Temperaturii care este indicat să fie între 25-29°C maxim 31-32°C

Concentrația alcoolică a plămezii

Aciditatea totală

Concentrația alcoolică

Zahărul reducător