Ферменты сухие Амилосубтилин (“А”) и Глюкаваморин (“Г”). Пшеничный самогон, брага на ферментах холодным способом

Горячее осахаривание солодом

Холодное осахаривание ферментами

Преимущества

Количество ферментов для процесса брожения

Назначение процесса осахаривания

Скорость фементативного гидролиза крахмала

Строение зерна

Химический состав

Зерно в производстве спирта: теория

Что такое фермент

Ферменты в магазинах «Доктор Губер»

Ферменты в производстве спирта: практика

Технология осахаривания солодом

Технология холодного осахаривания

Солод

Аналоги солода

Таблица. Экстрагирование амилазы солода.

Таблица. Скорость фильтрации заторов после 1й ступени осахаривания.

Таблица. Зависимость фильтрации осахаренной массы от температуры разваривания.

Для выработки спирта дрожжам нужен сахар. В зерновых культурах он содержится в виде крахмала – полисахарида, состоящего из цепочек молекул глюкозы, фруктозы и сахарозы. Дрожжи питаются только моносахаридами (одной молекулой), поэтому перед закладкой браги молекулярную цепочку крахмала нужно разделить на отдельные молекулы, иначе брожения не будет.

Осахаривание – это процесс расщепления крахмалосодержащего сырья (муки, крупы, картофеля и т.д.) до простых сахаров под воздействием естественных (из солода) или искусственных (синтетических) ферментов. В силу температурных особенностей технологии первый метод называется горячим осахариванием, второй – холодным.

В большинстве случаев зерновое сырье обходится дешевле чистого сахара, поэтому даже с учетом более низкого выхода делать брагу из злаков выгодно, а вкус зернового дистиллята намного приятнее сахарного. Теоретический выход абсолютного спирта из разных видов зерновых культур представлен в таблице.

Сырьё	Спирт, мл/кг
Пшеница	430
Ячмень	350
Рожь	360
Кукуруза	450
Овес	280
Горох	240
Пшено	380
Рис	530
Бобы	390
Картофель	140
Крахмал	710
Сахар	640

Внимание! Это теоретические значения, в домашних условиях возможны потери спирта до 15%.

Классический метод, использующийся столетиями. Во влажной среде зерно прорастает, благодаря чему активируются нужные ферменты, способные перерабатывать крахмал. Проросшее до определённого состояния зерно называют солодом, который бывает двух видов: зеленый и белый.

Зеленый солод используется для осахаривания сырья сразу после появления ростков оптимальной длины, но хранится до 3-х дней. Если проросший злак высушить, получится белый солод, который можно хранить намного дольше. Оба вида справляются со своей задачей с одинаковой эффективностью.

Преимущество осахаривания солодом в том, что для получения сахара требуются считанные часы, в результате брага отыграет быстрее, чем при добавлении искусственных ферментов.

Но у этого метода есть ряд недостатков:

нужна высокая температура, при которой сырье может пригореть;
требуется поддерживать стабильную температуру (60-72°C) на протяжении нескольких часов, что в домашних условиях иногда затруднительно;
осахаренное сусло подвержено быстрому скисанию.

1. Крупу или муку медленно залить водой 50-55°C непрерывно помешивая, чтобы не образовались комки. На 1 кг сырья требуется 4-5 литров воды. Емкость заполнять не более чем на 75%.

2. Поднять температуру до 60°C и поддерживать 15 минут.

3. Довести смесь до кипения. В зависимости от сырья варить 60-120 минут до получения однородной кашеобразной массы. Мука варится меньше, крупа – дольше.

4. Охладить кашу до 63-70°C, добавить измельченный солод (150 грамм на 1 кг сырья), постоянно помешивая.

5. При достижении 61-65°C накрыть емкость крышкой и укутать любым доступным способом, чтобы сохранить тепло. Поддерживать указанную температуру 2-4 часа. На первых 50% временного интервала перемешивать каждые 30 минут.

6. Чтобы сырье не скисло, как можно быстрее снизить температуру до 25°C, внести дрожжи (обычно 5 грамм сухих или 25 грамм прессованных на 1 кг сырья), установить гидрозатвор и поставить на брожение в темное место с комнатной температурой. Брага отыграет за 2-6 дней.

Контроль температуры — основа процесса

При несоблюдении температурного режима осахаривание не произойдет или будет неполным, повторное нагревание бесполезно, поскольку ферменты утратят активность. Пропорции воды, солода и дрожжей примерные, точные значения и временные интервалы варки зависят от рецепта и вида сырья.

Солод можно заменить двумя ферментами – Амилосубтилином и Глюкаваморином. Первый частично расщепляет молекулы, второй – перерабатывает крахмал в сахар. Технология холодного осахаривания значительно проще и дешевле солодовой варки, а результат примерно одинаковый. Ферменты вместе с водой просто добавляют в сырье на этапе приготовления браги. Преобразование крахмала в сахар и брожение идут почти одновременно.

Преимущества осахаривания ферментами:

проще для начинающих винокуров, у которых нет специального оборудования;
не требует высоких температур и соблюдения температурных пауз;
меньшие трудозатраты на приготовление браги.

Недостатки:

требует наличия специальных ферментов;
время брожения браги увеличивается до 10-20 дней;
существует мнение, что ферменты продукт не натуральный и оставляют послевкусие даже после нескольких перегонок, поэтому в домашнем винокурении лучше придерживаться традиционного метода с использованием солода.

1. В бродильную емкость добавить исходное сырье (крупу, муку, крахмал, макаронные изделия и т.д.), воду 30-35°C (3-4 литра на 1 кг сырья), ферменты Амилосубтилин и Глюкаваморин (по 3-5 грамм на 1 кг), дрожжи (5 грамм сухих или 25 хлебопекарных прессованных на 1 кг).

Емкость нельзя заполнять больше чем на 70%, возможно активное пенообразование.

2. Перемешать, закрыть гидрозатвором, перенести в темное место с температурой 20-28°C.

3. Брожение начнётся через 1-5 часов, первые пару дней будет активным, потом интенсивность снизится. Время брожения – 7-25 дней. Если на поверхности появилась тонкая пленка, это признак скисания, брагу нужно срочно перегнать.

4. Готовую брагу снять с осадка и перегнать. Осветление бентонитом малоэффективно.

В зависимости от рецепта в брагу могут добавляться другие ингредиенты: антибиотики для предотвращения скисания, подкормка дрожжей для ускоренного брожения, кислота, стабилизирующая кислотность сусла и пеногаситель. Пропорции Амилосубтилина и Глюкаваморина зависят от активности ферментов и указываются на упаковке производителем.

Качественная брага на ферментах для самогона — это основной компонент для приготовления этого алкогольного напитка в домашних условиях. Рецепт самогона должен быть соблюден в точности, так как от него зависит качество и количество напитка на выходе. Если рецепт проверенный, выполнение всех его условий закончится изготовлением качественного напитка.

Большую роль в приготовлении браги играют дрожжи. Чтобы дрожжи начали процесс синтеза спирта, им нужны углеводы, находящиеся в крахмале. Когда крахмал, являющийся полисахаридом, расщепляется на моносахара, такие, как глюкоза, фруктоза и сахароза, происходит осахаривание.

Осахаривание может быть холодным или горячим, — это зависит от температур, при которых расщепляется крахмал.

При холодном способе гидролиз крахмала происходит с помощью ферментов. Осахаривание идет одновременно с брожением, моносахара перерабатываются в спирт. Процесс довольно длительный, занимает 2-3 недели.

При горячем осахаривании крахмал расщепляется на моносахара за счет высокой, до 65ºС, температуры. Здесь также процесс расщепления происходит благодаря ферментам, которые нагреваются вместе с сырьем и настаиваются до 20 часов.

Ферменты для браги ранее использовались в промышленном изготовлении спирта. В домашнем винокурении без них не обойтись, с ними можно получить максимальное количество спирта. Ферменты — биологические катализаторы белковой природы. Они активируют и ускоряют химические реакции в зернах при определенной температуре. Оптимальная температура и ph для каждого вида фермента индивидуальны.

Делятся на естественные и искусственные.

Наиболее предпочтительны в домашнем винокурении натуральные органические продукты — ферменты из солода (проросшего зерна). Некоторые ценители утверждают, что искусственные вещества чувствуются в напитке даже после нескольких перегонок. Те, кто менее требователен к изготовлению самогона, удовлетворен низкой стоимостью готовых (искусственных) ферментов и удобством в приготовлении браги.

Внимание! Ферменты имеют белковую природу, хранить их нужно в прохладном месте. Можно хранить в холодильнике при температуре от 0 до 15ºC.

Натуральные ферменты из солода используют в виде проросших зерен. Ростки длиной около 2 см называются зеленым солодом. Если их засушить, получится белый солод. Он может использоваться по необходимости.

Зеленый солод хранится максимум 3 дня, а белый — намного дольше. Осахаривание солодом имеет свои плюсы, так как брага готовится быстрее, чем с искусственными катализаторами.

Искусственные заменители солода:

глюкаваморин, который осахаривает крахмал;
амилосубтилин, который разжижает сырье и готовит его к воздействию ферментов;
целлолюкс, осахаривающий сложные некрахмалистые сахара;
протосубтилин, расщепляющий растительные белки и активирующий работу дрожжей.

Протосубтилин и целлолюкс помогают снизить количество примесей и повысить общее количество спирта на выходе. Также есть жидкие ферменты для самогона: амилолюкс-А и глюколюкс-А. Они дополнительно разрушают цепочки крахмала.

Применяются и дополнительные ферменты – протеаза и целлюлаза. Протеаза способствует глубокой переработке сырья, разрушает белки в зерне, а целлюлаза разрушает клетчатку. Выход спирта за счет этого получается больше.

Дозировка становится важной, когда речь идет об ускорении процесса брожения. От дозировки зависит, будут являться ферменты катализаторами брожения, или нет. Собственная дозировка есть у каждого вещества, она зависит от количества и качества сырья, применяемого в процессе самогоноварения.

Необходимое количество ферментов можно вычислить по формулам и таблицам, или использовать следующую схему.

На 1 кг сырья требуется:

амилосубтилина — 1 г;
глюкаваморина — 2 г;
целлолюкса — 1 г;
протосубтилина — 4г.

Если взять ферментов меньше, чем требуется, процесс брожения замедлится. Превышение их дозировки не приведет к какому-либо изменению в процессе приготовления напитка.

Важно! Нужно быть осторожным при работе с ферментами. Исключить прямой контакт с дыхательными путями и кожей, чтобы не вызвать аллергической реакции.

Разжижение и осахаривание крахмала ферментативным гидролизом хорошо исследовано и изучено. Назначение его состоит в переводе крахмала, содержащегося в разваренной массе, в сахара (мальтоза + декстрины) под воздействием амилазы зеленого солода или плесневелых грибов при подготовке его (крахмала) к сбраживанию.

В 1811 году адъюнкт Российской Академии наук Константин Кирхгоф открыл превращение крахмала в сахар при кипячении с серной кислотой. За это открытие он был избран экстраординарным академиком и награжден пенсией. В 1814 году Кирхгоф открыл другую не менее важную каталитическую реакцию - действие диастсза солода на крахмал.

В статье "О приготовлении сахара из крахмала" Кирхгоф указывал, что "высокая цена арабского гумми побудила меня искать дешевого суррогата последнего. И казалось мне возможным и достижимым устранить желатинообразное состояние кипяченого крахмала посредством разбавленных минеральных кислот и теплоты, а если это удалось бы, предполагал я, тогда он (крахмал) должен был быть похож на арабское гумми". И дествительно, сегодня общеизвестно, что что серная,азотная и щавелевая кислоты уничтожают желатинообразное состояние крахмала и под их воэдействием при продолжительном нагревании крахмал превращается в глюкозу.

Для изучение эволюции представлений о процессе гидролиза, частным случаем которого является осахаривание крахмала, представлеют интерес воззрения профессора А.Н. Ходнева.

В 1852 году профессор Ходнев высказал мысль, что катализатор является химически активным веществом, которое дает промежуточные продукты. Каталитическое воздействие кислот на крахмал и превращение его в глюкозу профессор Ходнев объяснял предварительным образованием "парных соединений", например серная кислота присоединяется к крахмалу, а это соединение легко распадается при нагревании с водой на серную кислоту и углевод, который в "минуту выделения поглощает воду и переходит в виноградный сахар".

Действие диастаза зеленого соода на крахмал, по мнению профессора Ходнева, также состоит в постепеном образовании и разложении "парных соединений".

В последнее время стали известны природа и состав ферментов. Установлено, что фермент состоит из белковой части (апофермента) и свободной от белка части (простетической), называемой коферментом.

Кофермент можно отделить от апофермента путем диализа, причем в свободном состоянии коферменты термостабильны. При соединении кофермента с апоферментом восстанавливается присущая молекуле фермента активность.

Молекула апофермента обладает, по-видимому, функциями активирования полярных групп и связывания фермента с субстратом.

Соединение фермента с субстратом может тормозиться веществами, образующими с ферментом стойкие соединения.

Предположение об образовании промежуточных соединений фермента и субстрата ранее основывалось главным образом на изучении кинетики реакций при различных условиях. В настоящее время образование пероксидазой и каталазой комплексов с субстратом доказано спектрофотометрическим анализом.

При тесном соприкосновении реакционной группы фермента с реакционной группой субстрата образуется ферментсубстратный комплекс.

В ферментсубстратном комплексе имеется связь между полярными группами фермента и субстрата.

Механизм связи комплекса фермент-субстрат был также доказан при помощи глюкозофосфатов, специально помеченных атомами С 14 .

Соединение фермента с субстратом зависит от пространственного расположения вступающих в реакцию групп фермента и субстрата и их конфигурации.

Многие детали механизма образования ферментсубстратного комплекса изучены еще недостаточно, но можно с уверенностью сказать, что в его образовании участвуют несколько реакционных групп субстрата и фермента. Данное положение подтверждается специфичностью ферментативных реакций, причем важную роль при этом форма поверхностей реагирующих групп фермента и субстрата.

Как известно, при ферментативном гидролизе крахмала в условиях спиртового производства получается мальтоза и смесь промежуточных продуктов, называемых декстринами.

Мальтоза легко сбраживается дрожжами с образованием спирта (и побочных продуктов брожения) и углекислоты, а превращение декстринов в сахара и сбраживание их происходит в период дображивания под действием разжижающих амилолитических ферментов

Процесс осахаривания крахмала протекает в две стадии: в первой происходит уменьшение вязкости раствора крахмала (разжижение) и во второй - собственно осахаривание (превращение в сахара и декстрины).

Разжижение и осахаривание крахмала протекают под воздействием амилазы.

В состав амилазы солода входят в качестве основных ферментов а-амилаза и b-амилаза.

а-амилаза образует декстрины и небольшое количество глюкозы, а b-амилаза отщепляет с нередуцирующих концов молекулы амилопектина и амилозы по два глюкозных остатка, к которым присоединяется одна молекула воды, в результате чего образуется мальтоза.

Исследования последних лет показали, что b-амилаза действует только с неальдегидного конца цепи, в связи с чем активность ее не уменьшается в случае окисления альдегидных групп сахара.

В процессе разжижения крахмала солодовой амилазой, содержащей а- и b-амилазу, крупные молекулы вначале расщепляются а-амилазой, разрывающей цепочки амилозы и амилопектина по связи 1-4 преимущественно в середине крупных цепей, образуя частицы с большим молекулярным весом - декстрины, а также небольшое количество глюкозы. Под воздействием b-амилазы декстрины продолжают расщепляться, образуя в конечном итоге продукты, не окрашивающиеся раствором йода.

Конечные продукты ферментативного гидролиза крахмала в основном представлены мальтозой, но включают также некоторое количество глюкозы и, кроме того, до 6-8% низкомолекулярных неосахариваемых декстринов, образующихся главным образом у точек разветвления молекулы амилопектина.

Действие b-амилазы не вызывает заметного изменения вязкости раствора крахмала.

Необходимо отметить, что b-амилаза расщепляет амилозу полностью, в то время как амилопектин, обладающий разветвленной структурой, расщепляется лишь на 50%.

Осахаривание амилопектина начинается с концов боковых цепочек и останавливается, дойдя до разветвления. В результате осахаривания амилопектина b-амилазой остается ствол молекулы, лишенный ветвей.

Не подвергшийся расщеплению амилопектин - амилодекстрин - представляет собой амилопектин с более короткми боковыми цепями.

Константы скорости реакции осахаривания рассчитываются по уравнению мономолекулярной реакции.

Математическая зависимость константы скорости от температуры удовлетворяет уравнению Аррениуса

Фермент или другой катализатор изменяют реакцию так, что она становится возможной при более низкой энергии активации. Так, инверсия сахарозы требует затраты 26000 кал/моль, а при действии фермента только 13000 кал/моль. Вследствие снижения энергии активации реакции идут с большей скоростью, так как большая часть молекул становится достаточно активной.

Механизм активирования можно рассматривать как результат столкновения реагирующих молекул или увеличения столкновений внутри молекул.

В результате химического и адсорбционного взаимодействия фермента с субстратом образуется промежуточный комплекс, от скорости распада которого зависит скорость данной реакции. Например:

Скорость реакции может определяться числом активных молекул, т.е. молекул, обладающих достаточной энергией активации и реагирующих в единицу времени.

При ферментативных процессах константа равновесия не изменяется, увеличивается лишь скорость протекания реакции в одном направлении.

Переход амилазы солода в раствор может быть ускорен созданием условий, благоприятствующих осмотическому проникновению воды внутрь проросшего солода с последующей диффузией амилазы через стенки солодового зерна.

Уменьшение активности амилазы под действием тех или иных добавок связано с адсорбцией определенных веществ по месту их активных групп. Амилаза, имеющая активные группы, способна к адсорбции неорганических и органических веществ.

Блокирование активных групп амилазы металлов, например железа, алюминия, свинца, при растворении солей соответствующих металлов приводит к тому, что полярные группы не могут проявлять своих функций, т. е. активно взаимодействовать с полярными группами крахмала.

Забродский и Витковская показали, что меланондиновые вещества оказывают инактивирующее действие на амилолитические ферменты солода, и установили их отрицательную роль в процессе осахаривания крахмала разваренной массы.

Методика осахаривания диспергированного крахмалсодержащего сырья

Навеску диспергированного сырья (50 или 100 г) переносили в литровую колбу и прибавляли воду в соотношении 1: 2,5.

Смесь тщательно перемешивали мешалкой (от электромотора) при комнатной температуре в течение 30-40 минут, после чего подогревали до 55° и осахаривали в течение 30 минут солодовой вытяжкой. 20%-ную солодовую вытяжку готовили из равных частей ячменного и просяного солодов.

Вытяжку добавляли к осахариваемому диспергированному зерновому сырью из расчета 16% солодового зерна (ячменя и проса) по отношению к крахмалу сырья.

Влияние количества солода для осахаривания диспергированного крахмалсодержащего сырья

При действии a-амилазы и b-амилазы на амилопектин остаетя нерасщепленный остаток, содержащий фосфодекстрины. Разрыв связей с фосфорной кислотой достигается действием декстринолитического фермента - декстринофосфазы, называемой сокращенно декстриназой . Следовательно, для полного расщепления молекулы крахмала необходимо наличие декстриназы .

Увеличение a-амилазной активности имеет несколько другой характер. В покоящихся зернах ячменя a-амилазная активность равна нулю, и только после длительного хранения в зерне можно обнаружить ее следы При проращивании зерна на третий-четвертый день наблюдается скачок в увеличении содержания a-амилазы, после чего a-амилазная активность постепенно увеличивается. При температуре 12-14 С предел достигается через 11-14 суток, при температуре 18-20 С на седьмые сутки, а при температуре 27-28 С на пятые сутки.

Декстриназа, как и амилаза накапливается по мере проращивания зерна. В начале проращивания накопление декстриназы, как и всех ферментов зерна, происходит медленно, затем, после четырех суток быстрее, а в конце (на десятые сутки) почти прекращается. На рисунке дано графическое изображение динамики накопления амилазы и декстриназы в условиях токовой солодовни для ячменя, овса и проса.

Длительность проращивания тесно связана с температурой, чем ниже температура, тем дольше нужно проращивать зерно.

В солоде разных злаков содержится разное количество этих ферментов. Таким образом, различают четыре группы злаковых:

Зерновые культуры	Ферменты
Зерновые культуры	альфаамилаза	бетаамилаза	декстриназа
Группа ячменя (рожь, пшеница, тритикале)
Группа проса (сорго, гаолян)
Группа овса
Группа кукурузы

Одну зерновую культуру недостаточно выращивать на солод. Берут 2,3 солода, чтобы получить высокое содержание всех ферментов. Чаще всего берут ячменный и ржаной солода (источники альфа и бетаамилазы) и просяной солод (декстриназа). Или сумму трех солодов: ячменного, просяного и овсяного.

На отечественных спиртовых заводах для осахаривания используют несушеный солод. Он не может долго храниться, поэтому на каждом спирт. заводе его готовят в количестве, необходимом для текущей работы.

Степень осахаривания в %...

Конечными продуктами осахаривания крахмала под действием амилазы солода являются мальтоза и декстрины. Соотношение между количеством этих продуктов и дествующей на крахмал амилазы солода не постоянно и зависит от многих факторов, главным обрзом от температуры осахаривания.

Прониным было показано, что при увеличении количества амилазы солода изменяется конечное соотношение между мальтозой и декстринами в очень сильной степени в сторону мальтозы. Возникает вопрос об оптимальном количестве солода, необходимом для осахаривания.

Малченко и Криштул, изучая осахаривание крахмала с различным количеством солода, показали, что для осахаривания можно употреблять меньшее количество солода против принятого в промышленности - до 5% к весу перерабатываемого сырья.

Они установили оптимальные количества солода, необходимые для осахаривания разваренного крахмалсодержащего сырья. Для изучения процесса осахаривания диспергированного сырья и определения оптимального количества солода нами была исследована кинетика осахаривания диспергированного сырья амилазой солода.

Для данных исследований брали 50 г диспергированного овса и 150 мл воды. Суспензию диспергированной овсяной муки размешивали при помощи мешалки при комнатной температуре в течение 30 минут, после чего нагревали колбу до 57° и выдерживали ее на водяной бане при 59°.

Приведенные данные показывают, что оптимальное количество солода, необходимое для осахаривания диспергированного крахмал содержащего сырья, лежит в пределах 6-8% от веса осахариваемого сырья, что было подтверждено также сбраживанием диспергированного овса.

Все заводские исследования по осахариванию и сбраживанию диспергированного крахмалсодержащего сырья мы провели с 8% солода (ячмень и просо) от веса диспергированного сырья.

Ими установлено, что увеличение активности амиазы солода на 1,5 - 5% может быть достигнуто при пропускании через раствор переменного тока силой 0,013 - 0,015 ампер. При увеличении силы тока активность амилазы уменьшается.

Забродский указывает, что солодовое молоко, приготовленное на осахаренной массе, улучшает процесс осахаривания и растворимость крахмала солода.

Номер опыта	Осахаривающая способность (в мл) солодового молока, приготовленного
Номер опыта		На разваренной массе	На осахаренной массе из осахаривателя II ступени

Изучение продолжительности осахаривания на чистых растворах крахмала показало, что изменение продолжительности осахаривания от 5 минут до 2 часов не влияет на показатели сброженных растворов. При осахаривании разваренной массы из зерна в течение 5 - 45 минут наблюдалось несколько увеличенное содержание нерастворенного крахмала в бражках при быстром осахаривании, количество несброженных сахаров и декстринов было одинаковым. Осахаривании разваренной массы при 55 - 58 °С в течение 15 - 120 минут почти не вызывает увеличения содержания в растворе сбраживаемых веществ, но при более продожительном осахаривании заметно повышается концентрация осахариваемой массы. Так, если после 15 минут осахаривания концентрация осахаренной массы была 13,8% (по сахарометру), то после 120 минут она повысилась до 14,8%.

Таким образом, при выборе режима осахаривания в производственных условиях следует учитывать не только температуру, но и продолжительность ее воздействия, а также способ задачи солодового молока.

Исследования, проведенные в Украинском НИИСПе (Раев, Ашкинузи), показали, что при осахаривании двухступенчатым методом лучше сохраняется активность амилолитических ферментов солода, причем осахаривани в первой ступени в течение 10 минут и во второй ступени - 2 минуты дает осахаренную массу с лучшими показателями, чем при 10 минутном осахаривании в каждой ступени. С точки зрения повышения выходов спирта двухступенчатое осахаривание более выгодно, чем одноступенчатое.

Исследованиями Раева, Ашкинузи, Дражнер и Базилевич выявлена зависимость осахаривающей и декстринолитической способности от способа осахаривания.

Этими же авторами установлено, что фильтрационный анализ (определение скорости фильтрации) может служить критерием оценки режима осахаривания. В таблице показана зависимость скорости фильтрации осахаренной массы от длительности осахаривания (при температуре осахаривания 63-64°С).

Количество фильтрата в мл	Количество фильтрата в % от веса фильтруемой массы при продолжительности осахаривания в минутах
Количество фильтрата в мл

Фильтруемость осахаренной массы обусловлена как расщеплением крахмала на мальтозу и декстрины, так и накоплением мальтозы, снижающей вязкость раствора.

Качество осахаренной массы зависит от принятого режима разваривания.

Забродский и Положишник показали, что фильтрационный, спектрофотометрический анализ и потенциометрическое титрование могут быть использованы для производственной характеристики разваренной и осахаренной массы.

В таблице приведены показатели фильтрации осахаренной массы при вакууме 800 мм вод.ст.

Температура разваривания в градусах	Объем фильтрата за 10 минут фильтрации в мл
Температура разваривания в градусах	Нормальная кукуруза	Дефектная кукуруза	Кукурузный крахмал

Чистый крахмал, лишенный белков и других коллоидных примесей, обладает большей способностью к фильтрации. Медленнее фильтруется осахаренная масса из нормальной кукурузы и еще медленнее - из дефектной кукурузы, что может быть объяснено образованием коллоидных веществ, обладающих большей гидрофильностью (способностью впитывать и удерживать воду).

По мнению Забродского, в дефектном зерне при высокой температуре, наряду с растворением и распадом белковых соединений, происходит синтез нерастворимых в воде гумусоподобных веществ.

Климовский, Коновалов и Залесская установили, что при осахаривании разваренной массы количество растворимого азота увеличивается за счет действия протеолитических ферментов солода в зависимости от принятого температурного режима разваривания зернового сырья.

Наибольшее количество растворимого азота (75% от общего азота сырья) образуется при температуре разваривания 150°С и наименьшее (32,8%) - при температуре - 100°С. При повышении температуры разваривания до 120 - 140°С количество растворимого азота составляет 40 - 41,9%.

Таким образом, нативные белки крахмалистого сырья лучше расщепляются ферментами солода, чем белки прогретого сырья.

Гидролитическое расщепление некоторой части белков и жиров зерна, распад углеводов, освобождение фосфорной кислоты из органических и неорганических соединений способствует образованию веществ, обладающих кислотными свойствами.

Кислотность осахаренной массы из дефектного зерна в 1,5-2 раза выше кислотности осахаренной массы из нормального зерна. Изменение кислотности в зависимости от условий разваривания сырья графически изображено на рисунке.

Цветность осахаренной массы может служить определенным критерием процессов, происходящих при нагревании зерна. При повышении температуры разваривания масса приобретает соломенно-желтую и коричневую окраску различной интенсивности. по цветности можно до известной степени судить о качестве разваренной массы. На рисунке приведен график, показывающий зависимость цветности осахаренной массы от температуры разваривания.

Для осахаривания крахмала зерно-картофельного сырья применяется смесь ячменного, просяного и овсяного солодов, причём сумма просяного и овсяного солодов должна быть не менее 30%. Допускается применять смесь из двух солодов: ячменного и овсяного или просяного. Ячменный солод можно заменять ржаным (или пшеничным) полностью или частично, а просяной – солодом из чумизы. Запрещается использовать солод из одной культуры при производстве спирта из зерна той же культуры (Смирнов В.А., 1981)....

Злаковые культуры - это основное сырье для производства спирта и получения дистиллята. Прежде всего, это ячмень, овес, рис, кукуруза, пшеница и т.д. Используют их по нескольким причинам:

Относительно небольшая стоимость
Приятный органолептический профиль получаемого продукта
Высокий выход спирта

Традиционная брага делается из сахара и дрожжей. Дрожжи нужны, чтобы расщепить сахар, в результате чего образуется спирт. Однако в зерне сахара как такового нет, зато много крахмала. Чтобы получить брагу из зерна, крахмал нужно разрушить ферментами. Это белковые вещества, которые делают возможными или ускоряют химические реакции, нужные для образования спирта. Ферменты содержатся в пророщенном зерне (солоде) и продаются как препараты в чистом виде.

Следовательно, есть три способа сделать зерновую брагу:

Использовать солод, чтобы осахарить крахмал в зерне. Так можно осахарить до 40% от засыпи не соложенного зерна.
Прорастить зерно, чтобы ферменты накопились в нем естественным образом. То есть сделать солод.
Использовать фермент в виде препарата и несоложеное сырье.

Второй способ дешевле и позволяет получить результат быстрее.

Чтобы понять, как именно перерабатывается зерно при затирании, необходимо разобраться в его строении. Рассмотрим на примере ячменя.

Внутреннее строение зерна ячменя

1-зародыш стебля, 2-зародыш листа, 3-зародыш корня, 4-щиток, 5-слой эпителия, 6-эндосперм, 7-пустые израсходованные клетки, 8-алейроновый слой, 9-семенная оболочка, 10-плодовая оболочка, 11-мякинная оболочка

Зерно ячменя представляет собой зерновку, оболочка которой состоит из нескольких клеточных слоев.

Оболочки объединяются в мякинную (или цветочную) - наружная оболочка, плодовую (или перикарп) и семенную (или теста).

Мякинная оболочка у большинства ячменей срастается с зерновкой. Мякинная оболочка очень прочная, именно она предохраняет зерно от механических повреждений. В основном состоит из целлюлозы, небольшого содержания кремниевой кислоты, липидов и полифенольных соединений.

Под мякинной оболочкой находятся сросшиеся плодовая и семенная оболочки . Семенная оболочка полупроницаема, она хорошо пропускает воду, но задерживает растворенные в воде вещества. Это свойство семенной оболочки позволяет обрабатывать зерно водой с различными химическими веществами, которые не проникают в зерно и не повреждают зародыш.

Эндосперм (мучнистое тело) покрыт алейроновым слоем. Он состоит из многочисленных клеток, богатых белками. В прорастающем ячмене алейроновый слой является местом образования ферментов.

Основными компонентами клеточных стенок алейронового слоя являются некрахмалистые полисахариды - пентозаны (70%) и β-глюкан (30%).

Мучнистое тело (эндосперм) занимает всю внутреннюю часть зерна, состоит из крахмальных зерен разного размера. Около 98 % сухого вещества зерен приходится на крахмал.

Белковых веществ в ячмене в среднем содержится 10,5-11%.

В ячмене белки содержатся:

алейроновом слое - в виде ферментативного белка (альбумины и глобулины);
На наружной стороне эндосперма - резервный белок (проламины);
эндосперме - тканевый белок (глютелины).

По своему аминокислотному составу белки ячменя относятся к достаточно полноценным (в зерно ячменя входит более 20 аминокислот).

Углеводы представлены моно- и полисахаридами, главным образом крахмалом, содержание которого колеблется от 50 до 64%. Клетчатки содержится 5–6%, сахаров и декстринов до 6% (в том числе до 2% сахарозы и 0,4% непосредственно редуцирующих сахаров), жира - 2,1–2,6%, минеральных веществ - 2,5–3,5%. Большая часть клетчатки и минеральных веществ сосредоточена в пленке и оболочках зерна.

Зерно ячменя обладает высокой активностью ферментов (амилазы, протеазы и пероксидазы), поэтому является хорошим материалом для приготовления солода.

Богатый химический состав предопределяет использование злаков в качестве исходного сырья для производства спирта. Эти вещества являются питательными компонентами для дрожжей, а следовательно брожение в данной среде будет проходит гораздо лучше и конечный продукт будет обладать отличной вкусоароматикой.

Основным источником спирта при брожении являются углеводы. В зерне они представлены крахмалом. Дрожжи перерабатывают на спирт только моно, дисахариды и некоторые декстрины. Крахмал является полисахаридом, состоящим из амилозы и амилопектина. Дрожжи перерабатывают крахмал только при условии разрушения молекулы на простые углеводы (моно и дисахариды). Именно для этого процесса необходимы ферменты.

Температура клейстеризации крахмала – температура при которой происходит набухание и разрушение структуры крахмальных зерен, этот процесс позволяет ферментам произвести полное осахаривание крахмала.

Соответственно если температура клейстеризации выше рабочей температуры фермента, то сначала проводят отварку (нагрев затора до 90-100 градусов) для набухания и разрушения структуры крахмальных зерен, затем производят охлаждения до рабочей температуры и вносят фермент.

Ферменты - это биологические катализаторы белковой природы, способные активизировать различные химические реакции в живом организме.

Проще говоря это белковые молекулы, которые ускоряют химические реакции, если поместить их соответствующие условия (температура и рН). У каждого фермента эти условия индивидуальны.

По специфичности воздействия на различные высокомолекулярные полимеры зерна ферментные препараты можно поделить на 3 группы.

Амилолитического действия - способствуют гидролизу крахмала. К ним относятся ферменты разжижающего, декстринирующего и осахаривающего воздействия.
Протеолитического действия - разрушают (гидролизуют) белковые молекулы.
Целлюлолитического действия - гидролизуют некрахмалистые полисахариды, например целлюлозу.

По происхождению

Нативного происхождения - образуются в зерне при проращивании;
Микробиального происхождения - полученные с помощью плесневых грибов;
Бактериального происхождения - культивированы бактериями

Так же ферменты делятся на жидкие и сухие.

Если использовать микробиальные и бактериальные ферменты, отпадает необходимость в соложении зерна. К тому же данные ферменты обладают более широким температурным диапазоном действия по сравнению с нативными.

Есть два способа переработать зерновые культуры, чтобы расщепить крахмал на сахара:

Затирание с помощью нативных ферментов содержащихся в пророщенном зерне. Этот процесс является классической технологией производства заторов. Но он является довольно трудоемким, включающим в себя проращивание зерна, передерживание температурных границ при затирании, так же пророщенное зерно на порядок выше в цене обычного зерна.
Затирание с помощью ферментов полученных бактериально. Данный метод является прогрессирующим и набирающим все большую популярность. Его основным преимуществом является относительная дешевизна и простота в использовании. Бактериальные ферменты позволяют использовать непророщенное зерно, что снижает конечную стоимость готовой продукции а так же экономит время и силы. Так же бактериальные ферменты имеют более широкий температурной диапазон действия что позволяет расширить область его применения в технологическом процессе.

Чтобы переработать зерно в домашних условиях в первую очередь необходимы ферменты амилолитического действия. У нас они представлены следующими ферментами:

Амилосубтилин - ферментный препарат мезофильной бактериальной α-амилазы. Гидролизует внутренние α-1,4-гликозидные связи крахмала (амилозы и амилопектина) и продуктов их последовательного расщепления, что приводит к быстрому снижению вязкости клейстеризованных растворов крахмала на стадии разжижения, тем самым, обеспечивая подготовку сусла к действию глюкоамилазы. Активность составляет 1500 ед.Ас/г. Температурный оптимум действия 30-60°С
Глюкаваморин - получают путем глубинного культивирования штамма плесневого гриба Aspergillus awamori. Гидролизует α −1,4 и альфа-1,6-гликозидные связи крахмала, декстринов, олигосахаридов, последовательно отщепляя глюкозу от нередуцирующих концов цепей. Применяется для осахаривания крахмала. Активность составляет 1500 ед.Гс/г. Температурный оптимум действия 30-60 °С

Препараты представлены в сухом виде в фасовке по 20 грамм.

Для работы с непророщенным зерном этих ферментов будет достаточно.

Показатели

Способ осахаривания

Показатели

одноступенчатый

двухступенчатый

Осахаривающая способность

Декстринолитическая способность

В первую очередь готовится водный раствор. Для этого сухой препарат растворяют водой в соотношении 1:10, температура воды 25-30 градусов и тщательно перемешивают, в таком состоянии препарат хранится не более 24 часов. Далее рассчитывается необходимое количество фермента.

Активность ферментов выражается в ед./г. вещества.

Амилосубтилин - 2-4 ед. на грамм крахмала.
Глюкаваморин - 2-4 ед. на грамм крахмала.

Пример расчета:

При затирании в аппарате объёмом 60 литров при гидромодуле 1:3 используем примерно 15 кг зерна (предположим, что зерном в данном случае является пшеница).

В зерне пшеницы в среднем содержится от 55 до 65% крахмала (табличные данные). Возьмем среднее значение 60%.

Это значит, что в 15 кг зерна содержится: 15*0.6= 9кг крахмала.

Дана дозировка ферментов и их активность на грамм крахмала:

1 грамм Амилосубтилина содержит 1500 ед.Гс, дозировка 2-4ед. (среднее 3)
1 грамм Глюкаваморина содержит 1500 ед.Ас, дозировка 2-4 ед (среднее 3)

На 9000 грамм крахмала нам необходимо:

9000*3= 27000 ед.АС для снижения вязкости
9000*3= 27000 ед.Гс для осахаривания крахмала

Что соответствует:

27000/1500= 18 грамм Амилосубтилина
27000/1500= 18 грамм Глюкаваморина

1 пакетика 20 грамм достаточно для осахаривания 15 кг пшеницы.

Расчеты были сделаны для затирания при Т=60°С. При температурах ниже 60°С желательно увеличить дозировку фермента на 20-30%.

После расчета и подготовки препарата его вносят вместе с измельченным зерном в воду и проводят затирание.

18.07.2018

Сухие или жидкие ферменты для приготовления зерновых браг – что выбрать?

Приготовить зерновой дистиллят под силу даже новичку. Всё дело в особенных ферментах – амилосубтилин и глюкаваморин. Их действие аналогично действию солода при поэтапном нагревании, или температурных режимах.

Роль ферментов для зернового сырья

Дроблёный солод, по-другому дробина, выделяет амилазы только при достижении 61-72°С. Такую температуру нужно удерживать два часа. В это время сложные соединения углевода распадаются на простые – происходит осахаривание.

Полученные фракции будут пищей для дрожжей. Побочным продуктом их питания станет этиловый спирт. Так проходит горячее осахаривание.

Получить глюкозу и мальтозу можно и через холодное осахаривание: для этого зерновая брага готовится на ферментах. В нагретую воду добавляют:

зёрна, макароны, муку или другие продукты с содержанием крахмала,
препараты, содержащие ферменты,
дрожжи.

Всю массу перемешивают. После этого убирают в тёмное место для брожения. Сырьё готовится для перегонки в течение 1-3 недель.

Препараты, которые содержат микробиологические ферменты, распределяют роли следующим образом:

«Амилосубтилин», «АмилоЛюкс-А» содержат фермент альфа-амилазу. Это вещество дробит крупные соединения крахмала на мелкие фрагменты, декстрины. Вязкость раствора в результате действия препарата снижается.
«Глюкавамарин», «ГлюкоЛюкс-А» имеют в составе глюкоамилазу. Она отделяет глюкозу от расщеплённых молекул крахмала, декстринов.

Обе эти группы препаратов добавляют в брагу вместе. Главное соблюсти требования производителя к нагреву сырья при их внесении. «Протосубтилин» и «ЦеллоЛюкс-А» помогают описанным препаратам при расщеплении длинных цепочек крахмала. Их участие в осахаривании необязательно.

Преимущества использования амилосубтилина и глюкаваморина

Зерновая брага, приготовленная с привлечением солода, требует длительной подготовки:

прорастить зерно;
правильно измельчить солод;
придерживаться температурных режимов при осахаривании;
промыть дробину.