Tehnologia de Obtinere a Alcoolului de Uz Alimentardocx

=== Tehnologia de obtinere a alcoolului de uz alimentar ===

CAP. 2. TEHNOLOGIA DE OBȚINERE A ALCOOLULUI DE UZ ALIMENTAR

Fabricarea alcoolului din cereale și cartofi

La fabricarea alcolului etilic sunt necesare anumite operații tehnologice prezentate în figura 2.1 [3d].

Fig. 2.1. Schema tehnologică de fabricare a alcoolului din cereale și cartofi

(procedeu fără fierbere sub presiune)

2.1.1. Recepția materiilor prime

Recepția materiilor prime se face cantitativ prin cântărire și calitativ – la cereale și cartofi prin determinarea conținutului de amidon, iar la melasă prin determinarea zaharozei.

Conținutul de amidon din cartofi și cereale se determină cu ajutorul nomogramelor sau polarimetric. În cazul cartofilor se poate folosi și balanța de amidon sau relația (2):

(2)

Conținutul de zahăr al melasei se determină polarimetric (direct sau cu invertirea zaharozei) sau prin metoda chimică (cu soluție Müller).

2.1.2. Depozitarea materiilor prime

Depozitarea cerealelor și cartofilor este o operație costisitoare, implicând imobilizarea spațiilor, mijloacelor circulante, consumurilor de utilități și a forței de muncă.

Pe parcursul depozitării au loc pierderi masice și de amidon, fiind cu atât mai mari cu cât umiditatea materiei prime si temperatura sunt mai mari. Pierderile masice pentru cereale sunt prezentate în tabelul 2.2, iar în tabelul 2.3 se prezintă pierderile masice pentru cartofi [3e].

Tabelul 2.2 – Pierderi la depozitarea cerealelor

Tabelul 2.3. – Pierderi la depozitarea cartofilor

Depozitarea cerealelor se poate face în magazii având capacitatea de 1500-5000 t și în silozuri metalice, cu diametrul de 6,5m și înălțime de 26m, cu capacitate de 690 t/celulă.

Depozitarea cartofilor este posibilă în șanțuri cu profil triunghiular, silozuri cu secțiune triunghiulară sau trapezoidală (cu înălțimea de 1,5-2 m), magazii cu capacitatea de 16-20 t, depozite cu ventilație mecanică (capacitate de 1500-2000 t).

Depozitarea melaselor se realizează în rezervoare metalice, de formă cilindrică, prevăzute cu conducte de alimentare/evacuare și cu serpentină de încălzire. Condiții de depozitare a melasei: temperaturi mai mici de 40 °C si pH de minimum 6,5. Rezervoarele de depozitare a melasei se dezinfectează cu soluții formol 30% înainte de introducere [15].

2.1.3. Pregătirea materiilor prime

Pregătirea cerealelor constă în precurățire pentru îndepărtarea impurităților mari sau mai mici decât cerealele (nisip, paie, pietre, fragmente de spic, pamânt, impurități metalice). Precurățirea se realizează cu tarare-aspiratoare, iar curîțirea finală cu ajutorul trioarelor (simple-lente, rapide sau ultratrioare, combinate, cu discuri). Impuritățile metalice (sârme,cuie, șuruburi) se îndepărtează cu separatoare magnetice, dupa finalizarea precurățirii.

Pregătirea cartofilor:

-spălare -pentru îndepărtarea pământului aderent, a nisipului și a unei părți importante din microbiota de contaminare; se realizează într-o mașină orizontală (diametrul de 1,5 m și lungimea de 3 m) prevăzută cu un agitatorcu palete.

-îndepărtarea pietrelor și a părților verzi rămase de la recoltare.

2.1.4. Mărunțirea materiilor prime

Operația de mărunțire este necesară când cerealele și cartofii se prelucrează printr-unul din procedeele fără presiune. În cazul acesta mărunțirea este necesară pentru obținerea randamentelor maxime în alcool, cu un consum minim de energie. Energia electrică pentru mărunțire, în cadrul acestor procedee, este de 20-40 MJ = 5-10 KWh/hL alcool etilic. Cu următoarea relație se calculează energia electrică necesară mărunțirii:

[KWh] (3)

în care:

– masa materiei prime ce se supune mărunțirii (t);

– constantă care depinde de proprietățile materiei prime și de transformarea energiei în moară ( = 0,26-0,35 pentru tuberculi și = 0,6-0,8 pentru cereale boabe)

– – raportul de mărunțite

– mărimea inițială a materiei prime (mm)

– mărimea finală a măcinăturii (mm)

Temperatura de începere a gelatinizării, producția de alcool etilic și cantitatea de amidon negelatinizat sunt influențate de dimensiunile măcinăturii.

În tabelul 2.4 se prezintă corelația dintre dimensiunile măcinăturii și temperatura de începere a gelatinizării [3f].

Tabelul 2.4 – Corelația dintre dimensiunile măcinăturii și temperatura de începere a gelatinizării

În tabelul 2.5 se prezintă corelația dintre dimensiunile măcinăturii și producția de alcool etilic [3].

Tabelul 2.5 Corelația dintre dimensiunile măcinăturii și producția de alcool etilic

În tabelul 2.6 se prezintă corelația dintre dimensiunile măcinăturii și procentajul de amidon negelatinizat.

Tabelul 2.6 Corelația dintre dimensiunile măcinăturii și procentajul de amidon negelatinizat

La mărunțirea cartofilor, mărimea finală a particulelor trebuie să fie de 50 – 100 μm , iar procentul de particule cu mărimea de peste 1 μm trebuie să fie de maximum 3 %.

Mărunțirea insuficientă a materiei prime poate conduce la pierderi în alcool de până la 20 L/ tona de cereale sau chiar mai mult.

Pentru mărunțirea cerealelor sunt folosite trei grupe de procedee :

–          măcinarea uscată

–          măcinarea umedă

–          măcinarea uscată și umedă ( în două trepte)

Măcinarea uscată. Acest procedeu se bazează pe folosirea unor mori cu ciocane cu sită de 1 – 2 mm. De la moară , faina ajunge într-un buncăr de faină, din care este trecută în cazanul de zaharificare. Necesarul  de energie electrică este de 20 – 25 kWh/tona de cereale.

Măcinarea uscată este practicată de fabricile mici de alcool, prezentând avantaje și dezavantaje.

Avantaje:

se pot măcina boabe de mărimi diferite;

măcinătura este destul de fină și permite hidratarea ușoară;

operație de măcinare simplă;

întreținerea mașinii este simplă și necostisitoare.

Dezavantaje:

consum mare de energie la pornire;

formarea prafului care nu este igienic și prezintă pericol de explozie;

necesitatea de a avea un siloz pentru faină;

formarea unor cocoloașe la plămădire care pot reprezenta o sursă de infecție și de pierderi;

nivel mare de zgomot, necesitând izolație fonică în jurul mșinii.

Măcinarea umedă se poate realiza cu:

a) Moară cu valțuri (o pereche) în două variante:

-condiționarea cerealelor cu apă caldă la 50 – 70°C, umectarea cojii ajungând la 20%;

-înmuierea cerealelor în apă timp de 10 -30 min și temperatura de 30 – 50°C.

b) Mori speciale cu ciocane, alimentate cu cereale, apă de plămădire și enzime de fluidificare. Firma Westphal din Germania a patentat un procedeu bazat pe folosirea unei mori cu ciocane fixe și a unei site cu orificii mai mari, având o construcție specială care permite reducerea consumului de energie electrică pentru măcinare.

Comparând măcinarea umedă cu măcinarea uscată, cea umedă prezinta avantajul ca nu se formează praf și cocoloașe, procedeul  pretându-se  și pentru mărunțirea cerealelor cu umiditate ridicată, conservate în silozuri ermetice. Necesarul de energie electrică este însă destul de ridicat, de circa 30 kWh / tona de cereale.

Măcinarea uscată și umedă (2 trepte). Printr-o simplă măcinare uscată sau umedă nu se poate obține granulația dorită a măcinișului, proces ce conduce la o zaharificare incompletă și la micșorarea randamentului în alcool. Din acest motiv este recomandată mai întâi o măcinare uscată cu ajutorul unei mori cu ciocane, cu sita cu ochiuri mai mari, urmând ca cea de a doua mărunțire umedă să fie făcută după fluidificare, într-o moară cu discuri. Prin această mărunțire în două trepte, necesarul de energie se poate reduce până la 16 kWh /tona de cereale [16].

2.1.5. Fluidificarea plămezii

Scopul fluidificării plămezii este acela de a transforma hidrotermic amidonul (gelatinizarea) care cuprinde trei faze:

umflarea (hidratarea) granulei de amidon;

gelatinizarea granulei în care granulele se fisurează și o parte din amiloză trece în soluție;

solubilizarea completă a amilozei care are loc atunci când se depășește temperatura de gelatinizare, rezultatul final fiind un sistem bifazic format dintr-o soluție vâscoasă de amiloză în care sunt dispersate așa-numitele granule „fantomă” de amilopectină.

Calitatea plămezii fluidificate depinde de felul fierberii: fără presiune și sub presiune. În cazul fierberii sub presiune este solubilizată toată amiloza.

Pentru fierbere se utilizează cazane simple în care se execută și lichefierea zaharificarea, aparate de fierbere sub presiune cu funcționare discontinuă și continuă tip Henze [3g].

2.1.6. Lichefierea – dextrinizarea plămezii gelatinizate

Aceasta este o operație realizată cu ajutorul α-amilazelor – enzime de lichefiere-dextrinizare.

Fabricarea alcoolului din cereale și cartofi se poate face prin două grupe de procedee de gelatinizare și lichefiere-zaharificare [3g]:

– cu fierbere sub presiune a materiei prime;

– fără fierbere sub presiune a materiei prime.

Procedee cu fierbere sub presiune a materiei prime

În această situație se utilizează α-amilaze normale, iar eliberarea amidonului din materia primă și gelatinizarea acestuia în prezența apei au loc la temperaturi mai mari de 100° C. Materia primă este folosită nemăcinată în cazul procesului discontinuu și măcinată la fierberea sub presiune continuă.

Reprezentantul acestor procedee este procedeul HPCP (High Pressure Cooking Process).

În figura 2.7 este prezentată instalația în care are loc procesul tehnologic al acestui procedeu [3g].

Fig. 2.7. Schema tehnologică a instalației HPCP (fierberea sub presiune)

Descrierea procesului tehnologic al procedeului HPCP [3]:

-fierberea materiei prime nemăcinate are loc în fierbătorul 1, prin încălzirea cu abur care se trimite în partea inferioară a fierbătorului;

-în funcție de materia primă, pe măsura încălzirii, presiune din fierbător ajunge la 4,5-6 bar (140-150°C);

-plămada fiartă se trece în cazanul 2, cazan de lichefiere-zaharificare;

-pentru lichefiere se folosește α-amilază termostabilă, introdusă în cazan înainte de descărcarea plămezii din fierbător;

-după lichefiere, plămada este răcită la 60-65°C și zaharificată cu amiloglucozidaza;

-urmează racirea plămezii zaharificate la 35°C și pomparea ei cu pompa 3 în tancul de fermentare 4, loc unde se însămânțează drojdie.

-fermentarea are loc 3 zile la 32-36°C, apoi plămada este trimisă cu pompa 5 în distilatorul 6, de unde rezultă vapori de alcool care se condensează în condensatorul 7.

Procedeele clasice de producere a alcoolului din cereale și cartofi se bazează pe fierberea sub presiune a materiei prime, care se face în scopul gelificării și solubilizării amidonului , astfel încât acesta să poata  fi atacat de către amilaze la zaharificare. Aceste procedee prezintă o serie de dezavantaje . Acestea sunt :

–          consumul de energie termică ridicat (600 – 800 MJ/hL alcool absolut)

–          modul de lucru este , de regulă , discontinuu cu posibilități reduse de recuperare a căldurii

–          datorită solicitării termice  ridicate a materiei prime ( 150…165°C) se formează melanoidine și caramel

–          plămezile obținute nu sunt omogene , iar borhotul rezultat are o valoare furajeră mai scăzută.

Procedee de fierbere fără presiune a materiei prime

Procedee care lucrează prin infuzie:

-procedeul KMV (Cold Mash Process);

-procedeul GLS (Grosse-Lohmann-Spradau);

-procedeul de măcinare și gelatinizare la temperaturi mai mari (MMP).

Procedee care lucrează cu reciclare:

-procedeul cu reciclare a borhotului (DMP);

Procedee cu recuperarea căldurii din borhot:

-procedeul Westphal.

Procedeul KMV (Cold Mash Process) prezentat in figura 2.8 se folosește în special pentru cerealele (grâu, secară) care au o activitate amiolitică bună, contribuind la lichefierea și zaharificarea parțială a amidonului conținut. Aceste procese se desfășoară în cazanul de zaharificare 2 care este dotat cu agitatorul 1. Măcinătura fină obținută în urma măcinării uscate se amestecă cu apă în cazanul 2 la temperatură mai mică de 15°C. Plămada se lasă peste noapte la rece pentru hidratare, iar pH-ul se ajustează în limitele 5,6-5,8. Când este cazul se adaugă și o enzimă de lichefiere bacteriană. După scurgerea a 48 ore, plămada se încălzește la 50°C cu abur direct timp de 3 minute, pentru pauza proteolitică, apoi este încălzită la 58-60°C timp de 60 min, în vederea lichefierii și zaharificării. După ce are loc lichefierea-zaharificarea plămezii dulci, aceasta este răcită la 35°C și trimisă în fermentatorul 3 unde este însămânțată cu drojdie. Durata fermentației este de trei zile, după care urmează distilarea în distilatorul 4, iar transportul se realizează cu pombele 5.

Fig. 2.8 Schema tehnologică a instalației KMV

Procedeul GLS (Grosse-Lohmann-Spradau) prezentat in figura 2.9 este mai puțin recomandat pentru porumb și cerealele măcinate pe cale uscată. Se recomandă în special pentru cartofi. Cu transportorul 1 se aduce materia primă la moara cu ciocane 2 prevăzută cu site cu ochiuri. La începerea lucrului, în aparatul Henze, se introduce apă necesară plămădirii la temperatura de 50°C și enzima de lichefiere. Apa care conține și preparatul enzimatic este recirculată de jos în sus cu ajutorul pompei 5 și intră în conducta prin care se aduce cu ajutorul pompei 3 și măcinătura. Amestecul măcinătură+apă+enzimă este distribuit în aparatul Henze prin distribuitorul 6. Plămada se încălzește cu abur direct atât în conducta de transport măcinătură, cât și în partea de jos a conului aparatului, până la temperatura de 90°C, pompele 3 și 5 fiind în funcțiune. Când aparatul este umplut până la cota maximă se stopează acțiunea morii cu ciocane și a pompelor 3 respectiv 5, iar temperatura plămezii se menține la 90°C timp de o oră, în vederea gelatinizării și zaharificării. După ce are loc lichefierea, plămada se transportă cu pompa 5 în cazanul de zaharificare 7 unde se răcește la 55°C, se adaugă enzima de zaharificare (o amiloglucozidază), pauza de zaharificare fiind de 15-30 min. Urmează răcirea plămezii zaharificate la 35°C si transferarea ei la un fermentator unde se adaugă drojdie pentru fermentare.

Fig. 2.9 Schema tehnologică a instalației GLS

Procedeul DMP este prezentat în figura 2.10 și are drept caracteristică reciclarea borhotului și dispersarea măcinăturii cu un aparat de dispersie de tip rotor/stator. Acest procedeu face posibilă prelucrarea cerealelor și a cartofilor sub formă de măcinătură grosieră sau ca atare. Când se realizează mai multe plămădiri, instalația funcționează cu două cazane prevăzute cu agitator și dispozitiv de dispersare rotor/stator. Mai este necesară și o moară cu ciocane prevăzută cu sită cu ochiuri, pentru măcinare grosieră. Procesul tehnologic decurge astfel: de la distilatorul 11 rezultă un borhot care este preluat cu pompa 1 și trimis în tancul decantor 2, unde se separă faza solidă și faza lichidă după aproximativ 3-5 ore. În cazul secarei și a grâului cantitatea de fază lichidă este de 50% din totalul borhot, în schimb în cazul porumbului este de 70%. Borhotul rezultat în urma prelucrării cartofilor este în proporție de 15% pentru reciclare. Cu pompa 3 se preia faza lichidă și se trimite la cazanele 4, folosite pentru lichefiere și zaharificare. Aceste cazane sunt prevăzute cu agitatoarele 5 și dispozitivele de dispersare 6. Măcinătura grosieră de la moara cu ciocane 12 se amestecă cu puțină apă și se trimite cu pompa 13 tot în cazanele 4. Aici este adusă și apa împreună cu enzimele de lichefiere. Prin injectarea de abur, plămada aflată în cazanele 4 este adusă la temperatura de lichefiere, cu dispozitivul de dispersare în funcțiune, pentru dezintegrarea măcinăturii și eliberarea amidonului. În momentul în care se consideră că dezintegrarea-dispersarea este bună, dispozitivul de dispersie se oprește și temperatura plămezii lichefiate se aduce la temperatura de zaharificare prin trimitere de apă în mantaua cazanelor 4 sau prin trecerea plămezii lichefiate prin schimbătorul de căldură cu plăci 7. Prin intermediul pompei, plămada cu temperatura de 53°C este readusă în cazanele 4, loc unde se aduce și enzima de zaharificare (glucoamilaza) sub agitare. După pauza de zaharficare, plămada se răcește până la temperatura de fermentare cu ajutorul răcitorului cu plăci sau direct în cazanele 4 prin intermediul apei care se trimite în manta și se aduce cu pompa 9 în tancul de fermentare 8, unde se însămânțează cu drojdie. După ce are loc și fermentarea, plămada se trimite cu pompa 10 în distilatorul 11, rezultând alcool brut și borhot. În urma folosirii acestei instalații randamentul în alcool este de 66 L/100 kg amidon [3h].

Fig. 2.10. Schema tehnologică a instalației DMP

Procedeul Westphal prezentat în figura 2.11 este folosit în cazul materiilor prime amidonoase măcinate umed. Descrierea procesului tehnologic: în moara 1 se macină umed materia primă, măcinătura se acumulează în recipientul 2, loc unde se aduce și preparatul enzimatic de lichefiere. Pompa 3 preia măcinătura care este încălzită în contracurent cu plămada dulce care iese din zaharificatorul 7 și dusă în schimbătorul de căldură 4. Intr-o altă secțiune a schimbătorului de căldură care lucrează cu apă de răcire se aduce plămada dulce la temperatura de fermentare. Măcinătura preîncălzită se trimite în fierbătorul Henze 5, unde se aduce prin încălzire directă cu abur la temperatura de gelatinizare-lichefiere. Plămada lichefiată se aduce în zaharificatorul 7 si se tratează cu amiloglucozidază. După ce are loc zaharificarea, plămada este trimisă la schimbătorul de căldură 4 pentru prerăcire și apoi la răcire până la temperatura de însămânțare-fermentare cu drojdii. Această instalație poate funcționa și cu recuperare de căldură de la borhotul fierbinte ce iese de la distilator. Astfel, borhotul se aduce în secțiunea I a tancului de borhot 9 și de aici în vasul de expansiune 10 unde se degajă abur secundar care este transformat în abur cu presiune ridicată prin intermediul ejectorului 11 ce lucrează abur motor. Se economisește energie termică deoarece aburul care iese din ejector se utilizează în fierbătorul Henze. Cu ajutorul pompei 12, borhotul care a cedat căldură (sub formă de abur secundar) se readuce în secțiunea a II-a a tancului de borhot 9 și de aici poate fi utilizat ca furaj/îngrășământ.

Fig. 2.11. Schema tehnologică a instalației Westphal

Procedeele de prelucrare fără presiune se bazează pe faptul că energia termică necesară pentru fierberea sub presiune este înlocuită, în mare parte, prin energia de mărunțire a materiei prime, astfel încât amidonul granular să poată fi fluidificat și zaharificat. Necesarul de energie electrică pentru mărunțire variază , în funcție de gradul de mărunțire dorit și de procedeul folosit , între 16 și 30 kWh/ tona de cereale, fiind mult mai scăzut decât necesarul de energie termică de la fierberea sub presiune.

2.1.7. Pregătirea drojdiei pentru fermentare

Fermentarea plămezilor dulci din materii prime amidonoase se realizează cu ajutorul drojdiilor, care datorită complexului enzimatic conținut, transformă zahărul din plămadă în alcool etilic și dioxid de carbon.

Drojdiile utilizate trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să aibă o putere alcooligenă ridicată;

să se poată acomoda la plămezile acide din cereale și cartofi;

să declanșeze rapid fermentația, să formeze o cantitate redusă de spumă la fermentare și să producă o cantitate cât mai mică de hidrogen sulfurat și alte substanțe de gust și aromă nedorite.

Drojdiile utilizate la fermentarea plămezilor din industria alcoolului se pot folosi sub formă de:

– drojdii lichide (cultivate în fabrică);

– drojdii uscate;

– drojdii comprimate (drojdia de panificație).

Pentru realizarea de randamente superioare s-a impus obținerea de mutanți prin utilizarea de agenți chimici. Aceste tulpini conțin ADN modificat mitocondrial și este inhibată producția de enzime necesare pentru metabolismul aerob.

Sub aspectul capacității de fermentare, drojdia pentru alcool trebuie să fermenteze cât mai complet glucidele din plămezi, într-un timp cât mai scurt, deci cu o viteză mare, pentru ca procesul de fermentare sã fie rentabil [17].

În tabelul 2.12 se prezintă puterea alcooligenă și toleranța la alcool a unor preparate de drojdie uscată, lichidă și comprimată [15].

Tabelul 2.12 – Puterea alcooligenă și toleranța la alcool a unor preparate de drojdie

Primele 6 preparate sunt sub formă uscată.

Din tabel se observă că drojdiile lichide și drojdia comprimată au o putere alcooligenă mai scazută decât majoritatea drojdiilor uscate, astfel încât  costurile ceva mai ridicate pentru drojdiile uscate se compensează în timp scurt prin randamentele mai ridicate în alcool (11 – 12 % vol. ) [18].

2.1.8. Fermentarea plămezilor din materii prime amidonoase

Fermentarea reprezintã una din operațiile tehnologice cele mai importante de la fabricarea alcoolului în care se pot reflecta atât neajunsurile produse anterior la fluidificare și lichefiere– dextrinizare cât și deficiențele care pot să apară în timpul acestei operații.

Principalele cerințe care se impun la fermentare sunt următoarele:

– să se lucreze cu o drojdie viguroasă la temperaturi optime de fermentare;

– să se realizeze un grad de fermentare corespunzător într-un timp cât mai scurt posibil;

– plămada să fie ferită de contaminări cu microorganisme străine.

Fermentarea plămezilor din cereale și cartofi este de durată mai îndelungată de circa 72 ore, datorită zaharificării secundare a dextrinelor limită și comportă trei faze care se întrepătrund:

– faza inițială: 20 ore

– faza principală: 18 ore

– faza finală: 34 ore

Total 72 ore

Faza inițială, care durează 18÷20 ore, se caracterizează în special prin multiplicarea drojdiei și prin fermentarea a circa 40% din maltoză. Prin folosirea unor culturi pure de drojdie viguroasă, fermentația maltozei se instalează rapid, astfel încât se modifică deja în faza inițială echilibrul stabilit la zaharificare între maltozã și dextrine.

Faza principală, care durează 18÷20 ore, se caracterizează prin fermentația intensă a maltozei, cu formare de alcool, dioxid de carbon și căldură. Datorită creșterii concentrației alcoolice a plămezii peste 5%, încetează practic în această fază multiplicarea drojdiei. În timpul fermentării crește temperatura plămezii și este necesară răcirea linurilor de fermentare, astfel încât temperatura de fermentare să nu depășească 34°C. Faza principală durează atât timp cât în substrat se află maltoză.

Faza finală a fermentației începe după ce s-a terminat maltoza din plămadă și se caracterizează îndeosebi prin zaharificarea secundară a dextrinelor limită sub acțiunea amilazelor rămase în plămadă și fermentarea maltozei rezultate. Întrucât procesul de zaharificare secundară a dextrinelor decurge lent, faza finală de fermentare are durata cea mai lungă de 32÷34 ore. În această fază temperatura optimă a plămezii este de

27°C. Fermentația se consideră terminată când extractul aparent al plămezii, determinat cu ajutorul zaharometrului Balling nu se mai modifică în ultimele 4 ore de fermentare [19].

Pentru scurtarea duratei de fermentare până la 48 de ore, se pot folosi urmatoarele metode:

pornirea fermentației la temperaturi mai ridicate de 24-25°C, prin care faza inițială se reduce la 4 – 6 ore;

folosirea de borhot lichid recirculat (max. 60 %) la obținerea plămezii prin care se declanșează mai rapid fermentația, scurtându-se faza inițială pâna la 2–3 ore;

utilizarea unei cantități mai mari de lapte de slad pentru a asigura cantități suficiente de amilaze, pentru zaharificarea secundară;

folosirea unei cantități mai  mari de plamadă de drojdie de 10 – 15 %;

conducerea fermentației la temperaturi mai ridicate de 35-36°C

folosirea preparatelor enzimatice microbiene, care produc o hidroliză mai avansată a amidonului până la glucoză, fără formare de dextrine limită, scurtându-se, astfel, faza finală a fermentației [20].

În funcție de materia primă prelucrată și de procesul tehnologic aplicat, extractul aparent al plămezilor fermentate trebuie să prezinte urmatoarele valori:

–          pentru plămezi din cartofi :  0,3 – 1,5 %

–          pentru plămezi din porumb:  < 0

–          pentru plămezi din orez: 1,0 – 1,3 %

–          pentru plămezi din secară : 1,1 – 1,4 %

–          pentru plămezi din ovăz: 0,9 – 1,1 %

Controlul fermentației. Atât în timpul desfășurării fermentării cât și la sfârșitul acesteia se efectuează un control complex al plămezilor, care are drept scop asigurarea desfășurării normale a procesului de fermentare și obținerea în final de randamente corespunzătoare. Se controlează temperatura, aciditatea, concentrația plămezii, puritatea microbiologică, zahărul rezidual și conținutul în alcool al plămezii finale [21].

2.1.9. Distilarea plămezilor fermentate

Plămada fermentată este un amestec apos de diferite substanțe aflate în soluție sau în suspensie, unele dintre ele fiind substanțe nefermentescibile provenite din materiile prime și auxiliare, iar altele produse ale fermentației alcoolice.

Concentrația alcoolică a plămezii fermentate variază în limite largi cuprinse între 6 și 12% în funcție de felul materiei prime și procesul tehnologic aplicat.

Distilarea se realizează prin încălzirea până la fierbere și fierberea plămezilor fermentate în instalații speciale, prin care alcoolul etilic și alți componenți volatili trec în faza de vapori și sunt apoi condensați prin răcire cu apă.

Separarea alcoolului etilic din acest amestec binar (alcool-apă)  se bazează pe diferența de volatilitate dintre acesta și apă [22].

Pentru a obține un produs cu un conținut ridicat în alcool sunt necesare distilări repetate și odată cu creșterea conținutului în alcool al lichidului supus distilării se realizează o concentrare din ce în ce mai redusă până în momentul în care se ajunge la așa numitul punct azeotropic, din care nu se mai poate realiza în continuare o concentrare prin distilare.

În afară de alcool și apă, prin distilarea plămezii fermentate trec în distilat și alte substanțe volatile conținute, cum ar aldehide, esteri, alcooli superiori, acizi volatili, alcool metilic, ș.a., care îi conferă un gust și un miros neplăcut, astfel încât se obține așa numitul alcool brut, care trebuie purificat în continuare prin operația de rafinare. Reziduul fără alcool rezultat de la distilare este denumit borhot.

Borhotul din cereale și cartofi

Borhotul din cereale și cartofi rezultat de la distilarea plămezilor fermentate conține atât substanțe nefermentescibile din materia primă (celuloză, proteine, pectine, grăsimi, acizi nevolatili, substanțe minerale), resturi de amidon, dextrine și uneori chiar maltoză nefermentată, produse secundare nevolatile ale fermentației alcoolice (glicerină, acid lactic) cât și celule de drojdii.

Datorită substanțelor nutritive pe care le conține, în special a substanțelor azotoase asimilabile, borhotul din cereale și cartofi constituie un furaj valoros. Acesta se poate folosi în stare proaspătă, îmbogățit în vitamine sau în lactat de amoniu sau sub formă de borhot uscat.

El mai poate fi folosit la obținerea preparatelor enzimatice fungice, a drojdiei de panificațe și furajere, a unor antibiotice (biomicina), a cleiului de borhot [23].

Prin prelucrarea fără presiune a cerealelor și cartofilor rezultă un borhot cu o valoare furajeră mai ridicată decât în cazul fierberii sub presiune, la care au loc procese importante de degradare termică a unor substanțe valoroase din borhot. Astfel, în cazul folosirii procedeului de dispersie, valoarea furajeră a borhotului crește cu circa 45%, iar digestibilitatea substanței organice cu circa 24% față de procedeul de fierbere sub presiune.

2.1.10. Rafinarea alcoolului brut

În urma distilării rezultă ca produs intermediar alcoolul brut, care are o concentrație alcoolică de 80÷85% vol. și conține o serie de impurități, fie provenite din plămada fermentată, fie formate chiar în cursul procesului de distilare.

Rafinarea reprezintă operația de purificare și concentrare a alcoolului brut, în vederea obținerii unui produs de puritate superioară denumit alcool etilic rafinat.

Prin rafinare alcoolul se concentrează, devine limpede, fără gust și miros străin. Alcoolul rafinat trebuie să aibă o concentrație alcoolică de minimum 96%, nu trebuie să conțină alcool metilic și furfural, iar conținutul său în acizi, esteri, aldehide și alcooli superiori trebuie să fie foarte scăzut.

Pentru a se realiza o purificare avansată a alcoolului este necesar ca la rafinare să se aibă în vedere două aspecte principale: temperaturile de fierbere ale impurităților și solubilitățile lor în amestecul de alcool-apă [24].

Impuritățile se vor repartiza în coloană în funcție de temperaturile lor de fierbere și solubilitatea lor, astfel:

– impuritățile mai volatile decât alcoolul etilic vor fi ridicate de vaporii alcoolici spre partea superioară a coloanei, unde vor fi evacuați în stare de vapori sub formă de frunți;

– impuritățile mai puțin volatile se vor concentra spre partea inferioară a coloanei formând cozile.

Așadar prin rafinarea alcoolului brut se obțin trei fracțiuni:

– frunțile;

– alcoolul rafinat;

– cozile.

2.1.11. Instalații de distilare și rectificare (rafinare)

Instalațiile de distilare utilizate in industria alcoolului pot fi clasificate în două grupe (fig, 2.12):

grupa instalațiilor cu o singură coloană, în care refluxul obținut în deflegmator se recirculă direct în coloana de distilare;

grupa instalațiilor cu două coloane în care refluxul de la deflegmator suferă o operație separată de evaporare în coloana (zona) de luter.

La instalația cu o singură coloană, coloana de distilare este formată din două zone:

zona inferioară denumită și coloana de plămadă sau de epuizare;

zona superioară denumită și coloană de concentrare.

În afară de coloana de distilare propriu-zisă, instalația de distilare mai are în componență un deflegmator separat de coloană sau inclus, un răcitor de alcool ( de regulă combinat; schimbător de căldură multitubular și schimbător de căldură în spirală), pompe, rezervor de alcool brut, felinare (lanterne) de control [25].

În figura 2.13 este prezentată schema instalațiilor de distilare.

Fig. 2.13. Schema instalațiilor de distilare

a – instalația cu o coloană; b – instalația cu două coloane;

A – coloană de distilare; B – coloană de epuizare; C- coloana (zona) de luter; D – deflegmator; F – condensator; K – separator de spumă; 1 – racord de alimentare cu amestec ( plămada fermentată); 2 – racord de golire borhot: 3 – racord evacuare condens;

4 – racord de golire etanol brut; racord de evacuare luter.

Instalațiile de rafinare cunoscute sunt de două tipuri:

instalații de rafinare cu funcționare periodică;

instalații de rafinare cu funcționare continuă.

Calitatea alcoolului obținut cu ajutorul instalațiilor cu funcționare continuă este mult mai bună, de aceea sunt mai des utilizate aceste instalații în industria alcoolului [26].

În figura 2.14 este prezentată schema instalației de rafinare cu funcționare continuă.

Fig. 2.14. Schema instalației de rafinare cu funcționare continuă

2.1.12. Caracteristicile alcoolului etilic rafinat

Alcoolul etilic rafinat se prezintă sub forma unui lichid incolor, limpede, complet volatil, cu miros pătrunzător și gust arzător. Este inflamabil și arde fără fum, cu o flacără albăstruie. Este necesar să distile în întregime între 78°C și 79°C. Este miscibil atât cu apa în orice proporție, cu degajare de căldură și contracție de volum, cât și cu acetona, cloroformul, eterul, glicerina,uleiul de ricin.

În tabelul 2.15 sunt prezentate proprietățile fizico-chimice ale alcoolului etilic rafinat.

Proprietățile fizico-chimice ale alcoolului etilic rafinat

Tabelul 2.15