Ферменты для самогоноварения появились изначально в промышленности. Но постепенно вещества завоевали популярность и стали доступными в домашнем производстве. В целом популярность объяснялась легкостью в использовании, процессы готовки становились стабильными и количество спирта в итоге увеличивалось.

Фермент «Глюкаваморин» для зерновой браги

Именно ферменты помогают получить максимальное количество спирта из сырья. Они более эффективны, чем применение естественных методик, а также их наличие уменьшает количество вредной сивухи в напитке. Это полезный фактор не только для здоровья, но и для вкуса алкоголя.

Ферменты и их преимущества

В качестве ферментов для самогона используются такие препараты, как:

• «Амилосубтилин» - разжижает сырье и подготавливает его к перегонке;
• «Глюкаваморин» - подходит для осахаривания как крахмала, так и некрахмалистых полисахаридов в зависимости от разновидности фермента (виды «Г» и «Ц»);
• «Протосубтилин» - расщепляет белки растительного происхождения, что способствует активизации дрожжей.

Можно использовать несколько ферментов сразу. Но два самых необходимых для процесса – «Амилоубтилин» и «Глюкаваморин». Эти вещества являются основными составляющими и названиями ферментов. В магазинах они могут продаваться под торговыми названиями, поэтому обращайте внимание на состав.

А вот раньше до появления и распространения ферментов пользовались солодом. Сейчас методика неудобная и затратная. В частности, у солода есть такие недостатки, как:

• длительность выращивания растения;
• трудоемкость процесса (промывка, измельчение и переработка солода);
• ферментов в солоде немного;
• длительное осахаривание крахмала;
• ограниченность в площадях по выращиванию солода;
• зеленый солод хранится недолго;
• осахаривание происходит не полностью, при этом теряется алкоголь.

Использование ферментов, в свою очередь, имеет массу преимуществ:

• экономия времени и средств;
• быстрота процессов осахаривания (иногда в течение 2 часов);
• низкие затраты на приобретение ферментов;
• эффективность и полнота процесса;
• срок хранения готового продукта до двух лет.

После ознакомления с преимуществами переработки сырья ферментами, хочется узнать о дозировках. Обычно производители указывают дозу фермента в активных единицах на грамм жидкости для обработки. Иногда винокур самостоятельно корректирует количество фермента в зависимости от технического процесса.

Количество ферментов для процесса

• p - процент содержания в составе вещества, обработка которого предстоит (например, крахмал);
• r - рекомендованная доза активных единиц фермента;
• а - активность фермента в единицах на грамм.

Если сырье для приготовления напитка имеет какие-то недостатки вроде истекающего срока годности, то количество ферментов необходимо увеличить примерно на 25%. В домашних условиях придерживаться правильной и точной дозировки возможности нет, поэтому стоит взять приблизительные значения, чтоб ориентироваться в количестве вещества.

Расчет дозирования ферментов на 1 килограмм сырья:

			Расход фермента в граммах на 1 кг сырья
Содержание (среднее), %
Сырье	Крахмал	Белок	Целлюлоза	А-1500 ед/г	Г-3000 ед/г	Ц-2000 ед/г	П-120 ед/г
Пшеница	56	16	6	0.75	1.16	0.9	4.38
Ячмень (шелушеный)	49	13	7	0.65	1.01	1.05	3.79
Кукуруза	68	7	3	0.91	1.41	0.45	2.04
Рожь	50	15	2	0.67	1.03	0.3	4.38
Тритикале	53	13	2	0.71	1.1	0.3	3.79
Просо	51	13	8	0.68	1.05	1.2	3.79
Овес (шелушеный)	37	13	10	0.49	0.76	1.5	3.79
Картофель	18	2	2	0.24	0.37	0.3	0.58
Рис	73	8	н/д	0.97	1.51		2.33
Гречиха	64	12	н/д	0.85	1.32		3.5
Горох	59	29	н/д	0.79	1.22		8.46
Активность:				1500	3000	3000	120
Норма расхода ед:				2	6.2	30	3.5

Интересно то, что если количество ферментов будет меньше необходимого, то сырье будет бродить медленнее. А если незначительно превысить дозировку, то на напитке это не скажется, за исключением чрезмерного использования ферментов.

Если берете 1 килограмм сырья, то использовать можно такую пропорцию:

• 1 грамм - «Амилосубтилин ГЗх1500»;
• 2 грамма - «Глюкаваморин ГЗх3000»;
• 1 грамм - «ЦеллоЛюкс-А 2000»;
• 4 грамма - «Протосубтилин 120».

Основные методики осахаривания ферментами

Существует несколько способов осахаривания. Технологии основаны на разных температурах, при которых происходит гидролиз крахмала. Среди них выделяют:

• горячая методика;
• холодное осахаривание.

В первом случае температура процесса достигает 50-80 градусов Цельсия. В таком состоянии ферменты держат до 20 часов. Преимуществами метода будет минимальный риск заражения сусла, а также эффективность ферментов. Способ чуть более трудоемкий, чем холодное осахаривание.

Последняя методика происходит при температуре около 30 градусов. Во время этого должно происходить брожение. Способ более долгий, а также есть риск скисания браги, поэтому по трудоемкости он незначительно отличается от предыдущего.

Конечно, есть и промежуточные способы осахаривания с помощью ферментов, но они используются индивидуально в зависимости от особенности напитка и технологии производства.

Существуют основные рецепты обеих методик. Горячее осахаривание с помощью ферментов может происходить так:

• Вначале сырье нужно размельчить, очистить от плевел, если такие есть.
• Закипятить воду в таком количестве: 7 литров воды на 1 килограмм крахмала или круп в сырье.
• В горячую воду необходимо добавить сырье, перемешивая жидкость. Для этих целей подойдет даже чистый шуруповерт или дрель. Сыпать сырье лучше всего прямо на насадку, которая вращается.
• После того как смесь остынет до 75 градусов Цельсия, нужно внести вторую половину дозы фермента ампилосубтилина. Перед тем как вносить, его также необходимо разбавить теплой водой в пропорции 1 к 10.
• Последующие полчаса нужно перемешивать сусло. После остывания сусла, в него можно вносить вторую часть фермента ампилосубтилин, а также глюкваморин. Дальше все тщательно перемешивается миксером.
• После того как перемешивание закончилось, сусло закрывают герметично, чтоб оно не заразилось во время остывания.
• По достижении температуры 30 градусов сусло следует перелить для брожения в емкость, куда внесут дрожжи, и дальнейшее действие будет проходить под гидрозатвором.
• Брожение продолжается в течение 4 дней, потом брагу переливают и взбалтывают.

Холодное осахаривание также происходит с использованием ферментов:

• Первый этап очистки идентичный.
• Подготовка 7 литров воды на килограмм крахмала в сырье. Температура воды - до 35 градусов Цельсия. Емкость при этом не заполнять более чем на 70%.
• В воду лучше добавить антибиотик «Доксициклин» (1 таблетка на 20 литров браги).
• Необходимо следить за кислотностью, она должна находиться в рамках 5–5,5 рН. Если значение отличается, регулируют с помощью пищевых кислот.
• В емкость вливается половина воды, а к ней добавляется смесь из ампилосублитина и глюкваморина по дозировке из таблицы.
• Иногда добавляют пеногаситель «Софэксил» – 1 мл на 20 литров жидкости.
• Далее добавляется сырье и все перемешивается.
• Следом кидают дрожжи и доливают воду.

Брага должна перебродить, только тогда ее можно использовать для перегонки. Если она покрылась пленкой, то, скорее всего, что продукт скис и непригоден для дальнейшего употребления. Использование ферментов практически безвредное, но вкус напитка может отличаться, особенно если человек делает самогон с ферментами впервые. Все зависит от субъективного восприятия, поэтому кто-то любит напитки на солоде или других растениях, а кто-то использует ферменты и не видит разницы.

Необходимо перевести полисахарид крахмал, имеющийся в зернах, в простые сахара – мальтозу (называемую также солодовым сахаром и состоящей из двух молекул: глюкозы и фруктозы).

Для того, чтобы дрожжи смогли переработать крахмал в спирт, проводится осахаривание солодом или искусственными ферментами . Второй вариант значительно проще. Он не требует проращивания зерна, перемалывания солода, работы с затором. То есть – готовая к перегонке брага получается значительно быстрее и с меньшими затратами сил.

Для ее приготовления используется зерно или крупа (мука) различных злаков: пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, риса, а также пшена и гречки. Возможно осахаривание крахмала горячим и холодным способом. Рассмотрим оба.

Методика предполагает прогревание сусла при определенных температурах. Смысл технологии в быстром расщеплении углеводов зерна на простые сахара. При повышенной температуре процесс идет быстрее, чем без нагревания.

Плюсы и минусы метода

К плюсам отнесем:

• уменьшение времени превращения крахмала в удобоваримые для дрожжей формы сахаров;
• ускорение дальнейшего брожения и созревания браги;
• возможность контроля за правильным осахариванием;
• снижение риска заражения браги патогенными микроорганизмами и скисания.

Минусы также найдутся, ведь при горячей технологии необходимо:

• греть сусло, вследствие чего оно может подгореть. Этот недостаток уже не исправить, самогон будет иметь привкус гари;
• следить за температурным режимом и либо использовать специальное оборудование (которое могут позволить себе только маститые самогонщики) либо укутывать брагу;
• выдерживать температурные паузы;
• быстро охлаждать сусло по завершении осахаривания, иначе она может скиснуть.

В целом же горячее осахаривание потребует приложения больших усилий и тщательного соблюдения правил работы с суслом.

Процесс горячего осахаривания

Для начала определитесь, с каким сырьем вы будете иметь дело и действуйте по рекомендациям специалистов:

1. Если вы берете готовую муку или крупу, особой подготовки они не требуют. Зерно же необходимо измельчить так, чтобы разрушить оболочку каждого зернышка, иначе ферменты не смогут воздействовать на присутствующий в нем крахмал. Для этого можно применить крупорушку, которая найдется на сельском подворье или блендер в городской квартире.
2. Подготовьте воду (50-55ºС) из расчета 5 — 6 литров на 1 килограмм дробленки.
3. Поместите в середину емкости с горячей водой строительный миксер (насадка на дрель или шуруповерт) и включите.
4. Постепенно, струйкой прямо на миксер сыпьте крупу (муку). Так вы сможете добиться полной однородности затора без комкования.
5. Следите за температурой — следует поднять ее до 60ºС и поддерживать примерно 15 минут.
6. Далее нужно довести до кипения и варить смесь 1 — 2 часа (в зависимости от сырья) до получения однородной кашеобразной массы.
7. Когда смесь остынет до 70°С, внесите подробленный солод (150 г на каждый килограмм сырья) и несколько раз с короткими промежутками перемешайте.
8. Когда температура опустится до 62-63ºС, закрывайте емкость и укутайте её для сохранения тепла. Выдерживайте 2 — 4 часа, первое время надо перемешивать.

По окончанию процесса ферментации сделайте проверку на осахаривание. Смешайте каплю йода и каплю сусла на тарелочке. Если йод не изменил цвет, значит – весь крахмал превратился в простые сахара. Посинел – укутайте еще на полчаса.

1. После этого резко снижайте температуру (поможет холодная ванна) до 25ºС, вносите дрожжи (5 сухих или 25 г прессованных на килограмм), далее под гидрозатвор и постановка на брожение в темное место.

Холодная обработка (ферментами)

Этот метод проще, чем горячее осахаривание, поскольку для него требуется только нагреть воду градусов до 30 да смешать ингредиенты.

Преимущества:

• минимум затрат;
• не нужно специальное оборудование или укутывание, поскольку температурные паузы отсутствуют;
• осахаривание происходит вместе с брожением: ферменты постепенно высвобождают сахара, которые тут же перерабатывают дрожжи, создавая спирт;
• брагу можно перегонять без фильтрации, сняв с осадка.

Недостатки:

• длительное брожение (до 3 недель);
• возможно скисание браги, особенно если ставить ее без гидрозатвора.

Правила холодного осахаривания

На каждый килограмм сырья , которым служит крупа, мука или крахмал, понадобится:

• 3,5 л воды;
• по 3 — 5 г ферментов А и Г (пропорции обычно указаны на упаковке);
• 2 г лимонной кислоты;
• 25 г сырых (5 г сухих) дрожжей;
• 1 таблетка антибиотика амоксиклав (по желанию).

Подготовьте теплую воду (30 — 35ºC), разбродите дрожжи. Смешайте всё в емкости (заполнение не более 70% во избежание возможного пенообразования). После перемешивания ставим под гидрозатвором в темное место при комнатной температуре.

Интенсивное брожение начнется примерно через час-два, потом активность будет спадать. Время брожения — от 7 до 25 дней. Готовность браги можно определить по появлению тонкой пленки на поверхности (признак скисания).

Останется только снять с осадка и перегнать. Осветление в данном случае можно не делать ввиду малой эффективности.

Зерновая брага на ферментах

Поскольку ферментов требуется несравнимо меньше, чем солода, важно соблюдать определенные правила относительно их количества и внесения.

Подбор ингредиентов, пропорции

Для холодного способа, кроме выше описанных пропорций ферментов, возможны другие, где на 1 кг крахмалосодержащего сырья берут:

• 1 г Амилосубтилина (А);
• 2 г Глюкаваморина (Г);
• 1 г ЦеллоЛюкс-А;
• 4,5-5 г Протосубтилина.

Возможные (примерные) дозы на 1 кг сырья при горячем осахаривании:

1. Фермента А – Амилосубтилина понадобится:

• 0,7 г — для ячменя и ржи;
• 0,8 – для пшеницы и гороха;
• 0,9-1 г – для диса и кукурузы.

1. Г – Глюкаваморина – 1-1,5 г.
2. Ц-2000 – от 0.3 г для ржи до 1,5 г – для ячменя.
3. П-120: для кукурузы – 2 г; для остальных злаков – до 4 г.

Ферменты для браги

Для расщепления зерновых углеводов на простые сахара используются:

• А – Амилосубтилин;
• Г – Глюкаваморин;
• ЦеллоЛюкс-А (Ц-2000);
• Протосубтилин (П-120).

Приобрести их можно в специализированных магазинах, в том числе – через интернет.

Условия изготовления

С пропорциями и технологиями вы уже ознакомлены, но соблюдайте общие правила постановки зернового сусла на ферментах:

1. Правильно рассчитайте объем бродильной емкости, чтобы сусло не занимало больше 2/3 пространства, поскольку во время активного брожения возможно образование большого количества пены.
2. Гидрозатвор или перчатка на бродильное емкости – обязательны . Если вначале от попадания кислорода и активного размножения уксусно-кислых бактерий защищает выделение углекислоты, то когда брожение прекращено, брага может скиснуть в считанные часы. Гидрозатвор же не даст доступа кислороду.
3. Сбраживание проводите в тёмном помещении при температуре 23-29°С.
4. Прекрасным дополнением станет терморегулятор (нагреватель для аквариумов), на котором выставляют 27-29°С.
5. По готовности снимите с осадка и дважды перегоните.

И также обратите внимание, что здесь не применяется бентонит для осветления зерновой браги, так как это ослабляет аромат и вкус дистиллята.

Если вы решили приготовить зерновой самогон, вам необходимо выбрать способ приготовления браги.

Рецептов пшеничной браги много, но в основе лежат всего 3 технологии осахаривания крахмалосодержащего сырья.

• Горячее осахаривание ферментами или ГОС
• Холодное осахаривание ферментами или ХОС
• Осахаривание солодом

Целью использования ферментов является подготовка сырья для сбраживания дрожжами. Крахмал в чистом виде дрожжи не могут переработать.

Для его расщепления применяют бактериальный ферментный препарат Глюкаваморин (Глюкоамилаза). Он работает в паре с Амилосубтилином (альфа-амилаза), который обеспечивает подготовку сырья к действию глюкоамилазы.

Это основная группа ферментов, без которых дрожжи не будут потреблять крахмал. Кроме них существуют вспомогательные ферменты, такие как Протосубтилин и Целлолюкс. Они частично расщепляют белки и целлюлозу, увеличивая выход спирта.

В солоде ферменты вырабатываются в процессе проращивания зерна. Для этого зерно проращивают до образования ростка 5-6мм. Затем сушат и удаляют проросшие ростки и корешки.

Дозировка различных ферментов

В солоде достаточно ферментов, что бы осахарить себя и еще 4-5 кг. несоложеного зерна. Таким образом, для осахаривания 1 кг. любого зерна потредуется 200-250гр. Солода.

Пропорции же искуственных ферментов зависит от срока хранения и их активности, которая измеряется в единицах на грамм.

Следует знать, что ферменты являются катализатором процесса, а не расходной единицей. Если вы внесете меньше ферментов, чем требуется, процесс осахаривания затянется, но все равно произойдет.

Для конкретного расчета дозировки ферментов можно воспользоваться этим калькулятором:

Типы осахаривания, их преимущества и недостатки

В самогоноварении, для каждого вида осахаривания существуют свои достоинства и недостатки. Так, горячее осахаривание довольно трудоемкий процесс, который требует соблюдения температурных режимов, брага на ферментах при ГОС сбраживает менее чем за неделю. В свою очередь, брагу ХОС намного проще приготовить, но бродить она будет не одну неделю, и есть риск скисания.

Лидером по вкусу и аромату самогона из крахмалосодержащено сырья является солод. Если выбирать между ферментами и солодом, ответ однозначен – солод. Естественные ферменты выдают лучший результат, однако он дороже.

Горячее осахаривание (ГОС)

Температура работы различных ферментов отличается. Амилосубтилин работает при 50°- 65°, а Глюкаваморин при 55° — 60°. Для Целлолюкса оптимальной является температура 50°, для Протосубтилина – 45° — 55°.

Рецепт пшеничного самогона на ферментах. Для приготовления 20 литров браги с использованием ферментов нам понадобится:

• Крупа пшеничная – 5кг.
• Вода – 14л.
• Глюкаваморин 3000 ед/г – 6гр.
• Дрожжи сухие – 20гр.

Воду доводим до кипения. Добавляем пшеницу при постоянном перемешивании. Предварительно 2гр. Амилосубтилина разводим теплой водой. Даем остыть воде с крупой до 75°С и вносим амилосубтилин при помешивании.

Продолжаем помешивать еще в течение получаса. Сусло из кашеобразного состояния должно стать жидким.

Как только сусло остынет до 58-60°С, вносим оставшиеся 2 гр. Амилосубтилина и 6 гр. Глюкаваморина и тщательно перемешиваем.

Укрываем сусло для уменьшения теплопотерь. Через 2 часа охлаждаем сусло при помощи чиллера до 30°С, переливаем в продезинфицированный ферментер и вносим дрожжи.

Закрываем крышкой ферментер и устанавливаем гидрозатвор. Температура затора выдерживаем 26-30°С. Для лучшего брожения бродильную емкость ежедневно взбалтываем путем перекатывания емкости, не снимая гидрозатвор.

Если брага начала светлеть и углекислый газ перестал выходить через гидрозатвор, брага готова к перегонке.

Если перегон планируется на ПВК или при помощи парогенератора, переливаем всю брагу в куб. Если предполагается иной способ нагрева, снимаем с осадка брагу и отжимаем пшеницу. Промываем крупу горячей водой и снова отжимаем. Брагу и промывочную воду заливаем в куб.

Перегонку браги производим на самогонном аппарате без укрепления до 99°С в кубе, при этом отбираем 200мл. голов. Должно получиться примерно 5,4 литра спирта сырца крепостью 33%.

Дробную перегонку производим на укрепляющей колонне с отбором 100мл. голов до 94-95°С в кубе. Если в дальнейшем предполагается выдержка в дубовой бочке, насадку в колонне уменьшаем до 2-3 рулонов РПН или увеличиваем скорость отбора тела.

Холодное осахаривание (ХОС)

Для оптимальной и быстрой работы ферментов нужна повышенная температура, однако это не значит, что при комнатной температуре ферменты не будут работать вовсе. Зерновая брага на ферментах при холодном осахаривании так же бродит, только значительно медленней. А так как дрожжи вносятся одновременно с ферментами, то высвобождаемый сахар тут же поглощается дрожжами.

Рецепт браги из муки и ферментов холодным способом. Для приготовления 10 литров мучной браги нам понадобится:

• Вода – 8,5л.
• Мука – 2кг.
• Амилосубтилин 1500 ед/г – 4 гр.
• Глюкаваморин 3000 ед/г – 6гр.
• Прессованные дрожжи – 50гр.

Все оборудование моем губкой с моющим средством. Затем дезинфицируем раствором хлора или перекисью водорода.

Наливаем воду температурой 30°С в бродильную емкость, растворяем в ней ферменты А и Г. Помешивая мешалкой воду, высыпаем всю муку.

Сразу вносим дрожжи, закрываем крышкой и устанавливаем гидрозатвор. Для ржаной муки не наполняйте емкость более чем наполовину, может убежать. В качестве пеногасителя можно использовать детский препарат Боботик.

Брожение длится около 2 недель. Признаки готовности браги: гидрозатвор перестал булькать, мука осела на дно плотным слоем, брага осветлилась.

Декантируем (снимаем с осадка) брагу и заливаем в перегонный куб. Процесс перегонки точно такой же, как и при горячем осахаривании.

Теплый старт

Существует так же промежуточный вариант между ГОС и ХОС с использованием ферментов. Заключается в том, что сырье обрабатывают кипятком, но в дальнейшем процесс схож с холодным осахариванием.

Рецепт ячменной браги

Для приготовления ХОС браги с горячим стартом необходимо залить дробленый ячмень кипятком. Вода должна покрывать крупу полностью. Подготовку оборудования проводим так же, как и при холодном осахаривании в домашних условиях.

Как только температура снизится до 60°С, вносим ферменты А и Г. В отличие от ГОС, чиллер для охлаждения не понадобится. Добавляем холодную воду в затор до нужного объема.

В результате разбавления, температура сусла не должна превышать 35°С. Вносим дрожжи, закрываем ферментер, ставим гидрозатвор.

В промежуток между заливкой ячменя до внесения дрожжей, брага особо подвержена заражению патогенными организмами. Поэтому одним из недостатков горячего старта является повышенный риск скисания браги.

Для предотвращения скисания, вместе с дрожжами практикуют вносить доксицилин, амоксиклав или подобный антибиотик. В конечный продукт ингредиенты антибиотика попасть не могут, так как он распадается при повышенной температуре на нерастворимые соединения.

Если применение антибиотика для вас неприемлемо, снизить риск заражения можно путем снижения pH. Для этого подойдет лимонная или ортофосфорная кислота.

Дальнейший процесс приготовления зернового самогона схож с описанным в разделе ГОС способом.
Если остались вопросы по осахариванию крахмалосодержащего сырья ферментами, задавайте их в комментариях к статье.

Горячее осахаривание - это… Хотя нет, давайте начнём с другого. Если вы хоть раз заходили на форумы или группы самогонщиков в соц. сетях, то 100% часто встречали аббревиатуры ГОС и ХОС. ГОС - это горячее осахаривание, а ХОС - холодное. И тот и другой способ используется в винокурении, а также в пивоварении, да и выполняют одни и те же функции.

Само по себе осахаривание - это процесс, благодаря которому происходит расщепление крахмала до простых сахаров. Горячее осахаривание производится с помощью естественных ферментов при температурном воздействии.

Так каков же сам по себе процесс горячего осахаривания?

Нам понадобится солод! Солод может быть как зелёным, так и белым.

Зелёный солод - зерно только что давшее ростки нужной длины. Хранится он совсем немного - до трёх дней. Если злак высушить, то получится уже белый солод - его можно гораздо дольше хранить. С процедурой горячего осахаривания одинаково справляются оба этих вида.


Преимущество горячего осахаривания - малые затраты времени. Для получения сахара требуется всего несколько часов и брага отыгрывает гораздо быстрее, чем при ХОС.

Но недостатки у горячего осахаривания тоже имеются:

• Из-за использования высоких температур есть риск пригорания сырья.
• При горячем осахаривании нужно поддерживать постоянную температуру в течение нескольких часов, а дома это делать достаточно сложно.
• Готовое сусло может очень быстро скиснуть.

Технология горячего осахаривания солодом:

1. Залить водой (50-55 градусов) крупу или муку, чтобы не образовывались комки - непрерывно помешивать. Рассчитывать количество воды исходя из пропорций: 4-5 литров воды на 1 кг сырья.
   Ёмкость не должна быть заполнена более, чем на 75%.
2. Температуру поднимаем до 60 градусов и поддерживаем на протяжении 15 минут.
3. Доводим массу до кипения и варим порядка двух часов до однородной кашицы.
4. Полученную кашу охлаждаем, до 65-70 градусов и добавляем в неё измельчённый солод из пропорции 150 грамм солода на 1 кг сырья, постоянно перемешиваем.
5. Как только температура упадёт до 62-65 градусов - закрываем варочную ёмкость крышкой и укутываем одеялом для сохранения тепла. Эту температуру нужно поддержать 2-4 часа., причём первую половину этого периода - перемешивать содержимое ёмкости.
6. После этого пускайте это сырьё в производство как можно скорее, чтобы оно не скисло.

При нарушении температурного режима горячее осахаривание не удастся или получится неполным. По завершении не забудьте провести йодную пробу.

ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА

Мировой рынок этанола составляет около 4 млрд. дал (декалитров абсолютного алкоголя) в год. Лидерами в производстве этанола являются США, Бразилия, Китай. В США функционирует 97 заводов по производству этанола из кукурузы (строится еще 35 заводов) общей мощностью 1,5 млрд. дал в год.

Основные направления использования этанола в мировой практике:

− 60% − добавка к моторному топливу;

− 25% − химическая промышленность;

− 15% − пищевая промышленность (доля ее сокращается).

Автомобильное топливо на основе этанола содержит 10% этанола (топливо Е-10) или 85% этанола (Е 85). При стоимости нефти 60-70 $ за баррель биоэтанол становится конкурентоспособным топливом. Введение этанола в бензин позволяет отказаться от добавки в топливо тетраэтилсвинца, в результате чего снижается токсичность выхлопных газов и расход горючего.

В США проводятся масштабные исследования по производству биоэтанола из возобновляемого растительного сырья (из стеблей кукурузы, тростника и др.)

В промышленных условиях этанол получают гидратацией этилена в присутствии катализатора (H 3 PO 4 на силикагеле), из гидролизатов растительного сырья (древесины, стеблей кукурузы, тростника), а также из крахмалсодержащего сырья (пшеница, рожь, тритикале, картофель), мелассы, молочной сыворотки, топинамбура. Средний выход 95,5%-ного этилового спирта из 1 т различных видов сырья представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Выход этанола из различных видов сырья

Окончание таблицы 2.1

На спиртовых заводах Республики Беларусь (функционирует около 70 спиртовых заводов общей мощностью более 9 млн. дал в год) для производства этанола используют крахмалсодержащее сырье, главным образом зерно злаков. Содержание крахмала в различных видах зерна составляет (в %): пшеница – 48–57; рожь – 46–53; ячмень – 43–55; овес – 34–40; просо – 42–60; кукуруза – 61–70. В зерне содержатся также (в среднем) сахара ~ 3%; клетчатка ~ 6%; пентозаны и пектиновые вещества ~ 9%; азотистые (белковые) вещества ~ 11%, жир ~ 3%.

Продуценты этанола

При микробиологическом синтезе классическими продуцентами этанола являются дрожжи - сахаромицеты и шизосахаромицеты. Чаще других используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces vini , Schizosaccharomyces pombe .

Сахаромицеты имеют клетки округлой формы размером 10-15 мкм, размножаются почкованием. Шизосахаромицеты имеют крупные палочковидные клетки диаметром 4-5 мкм и длиной 18-20 мкм, размножаются делением. И те, и другие дрожжи хорошо сбраживают глюкозу, маннозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, труднее сбраживают галактозу и не сбраживают пентозные сахара (ксилозу, арабинозу).

Теоретический выход этанола из 100 кг сброженной глюкозы составляет 51,14 кг или 64,80 л (при этом образуется 48,86 кг СО 2). На практике выход спирта составляет 82-92% от теоретического в связи с расходом части субстрата на размножение и рост дрожжей и образование побочных продуктов.

Синтез этанола в дрожжевой клетке осуществляется по следующей схеме:

Побочными продуктами спиртового брожения являются глицерин, высшие (сивушные) спирты, органические кислоты (уксусная, пировиноградная, молочная, янтарная), альдегиды. При спиртовом брожении сахар (глюкоза) расходуется на образование различных веществ в следующем количестве: этанола - 46-47%, диоксида углерода - 44-46%, биомассы дрожжей - 1,8-4,0%, глицерина - 3-4%, высших спиртов - 0,3-0,7%, органических кислот - 0,2-1,0%, альдегидов - 0,1-0,2%. При многократном возврате дрожжей на брожение расход сахара на образование биомассы сокращается, а интенсивность брожения даже несколько возрастает.

Образование глицерина при спиртовом брожении объясняется тем, что в индукционный период (до образования уксусного альдегида) между двумя молекулами фосфоглицеринового альдегида под действием фермента альдегидмутазы при участии молекулы воды происходит реакция дисмутации. При этом одна молекула фосфоглицеринового альдегида восстанавливается, образуя фосфоглицерин, а другая окисляется в 3-фосфоглицериновую кислоту. Фосфоглицерин в дальнейших реакциях не участвует и после отщепления фосфорной кислоты является побочным продуктом спиртового брожения. 3-фосфогли-цериновая кислота претерпевает превращения по ЭМП-пути с образованием уксусного альдегида. После появления уксусного альдегида наступает стационарный период брожения, при котором окисление фосфоглицеринового альдегида в фосфоглицериновую кислоту протекает более сложным путем, с присоединением неорганического фосфата (ЭМП-путь). В связи с этим наряду с этанолом при брожении всегда образуется некоторое количество глицерина.

При связывании уксусного альдегида бисульфитом процесс брожения направляется в сторону образования глицерина:

С 6 Н 12 О 6 ® СН 3 СНО + СО 2 + СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН.

В щелочной среде молекула уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановительную реакцию со второй молекулой, образуя этанол и уксусную кислоту. Одновременно идет накопление глицерина. Суммарно процесс выражается следующим уравнением:

2С 6 Н 12 О 6 + Н 2 О ® ® 2СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН + С 2 Н 5 ОН + СН 3 СООН + 2СО 2 .

Эти приемы используются для промышленного получения глицерина.

Высшие спирты образуются из аминокислот (в меньшей степени из кетокислот), содержащихся в ферментационной среде, в результате последовательно протекающих реакций дезаминирования аминокислот, декарбоксилирования образовавшихся кетокислот и восстановления альдегидов.

Из высших спиртов в бражке присутствуют: пропиловый (образуется из треонина), изобутиловый (из валина), амиловый (из изолейцина) и изоамиловый (из лейцина).

В настоящее время ведется интенсивный поиск нетрадиционных микроорганизмов-продуцентов этанола, способных сбраживать широкий круг субстратов, имеющих высокую продуктивность по этанолу, обладающих повышенной устойчивостью к этанолу и высокой температуре. Представляют интерес этанолсинтезирующие бактерии. Например, бактерии Zymomonas mobilis отличаются от дрожжей интенсивным метаболизмом: имеют высокую удельную скорость конверсии глюкозы в этанол, обеспечивают более высокий выход этанола (до 95% от теоретически возможного), более толерантны к спирту. Но эти бактерии чувствительны к присутствию в питательных средах ингибиторов (фурфурола, фенолов) и требуют осуществления процесса брожения в условиях асептики.

Термофильные бактерии Clostridium thermocellum (оптимальная температура роста 68°С) способны непосредственно трансформировать целлюлозу растительного сырья в этанол, но при этом сырье должно быть освобождено от лигнина. Достичь высокого выхода спирта при прямой конверсии растительного сырья пока не удается.

Получены штаммы дрожжей, способные сбраживать пентозные сахара (Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata ). Выход этанола при сбраживании 100 кг ксилозы достигает 35-47 л.

В отечественной практике производства этанола из крахмалсодержащего сырья используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae , имеющие оптимальную температуру брожения 29–30°С.

Ферментативное осахаривание крахмала

Традиционные продуценты этанола не способны к расщеплению полисахаридов, поэтому при получении сусла крахмалсодержащее сырье подлежит развариванию и осахариванию. Крахмал большинства растений содержит 20-25% амилозы и 80-75% амилопектина. В растительных клетках крахмал находится в виде зерен (гранул), размер которых колеблется от 1 до 120 мкм (картофельный крахмал имеет гранулы размером 40-50 мкм, гранулы крахмала зерна − 10-15 мкм). Крахмал, амилоза и амилопектин нерастворимы в холодной воде, спирте, эфире. Амилоза легко растворяется в теплой воде, амилопектин - при нагревании под давлением. Сетчатая структура молекул амилопектина обусловливает набухание крахмальных гранул без их растворения (вторичные связи ослабляются гидратацией). При определенной температуре гранулы разрыхляются, разрываются связи между отдельными структурными элементами, нарушается целостность гранул. При этом резко возрастает вязкость раствора - происходит клейстеризация крахмала. Для клейстера характерны беспорядочное расположение молекул, потеря кристаллической структуры. При температуре 120–130°С клейстер становится легкоподвижным. Наиболее полное растворение амилопектина происходит у пшеничного крахмала при 136–141°С, у картофельного - при 132°С.

Растворенный при разваривании зерна или картофеля крахмал гидролизуют (осахаривают) амилолитическими ферментами зернового солода или культур микроорганизмов, преимущественно мицелиальных грибов и бактерий. Из растительных материалов наиболее богато амилолитическими ферментами пророщенное зерно злаков, называемое солодом. В настоящее время в спиртовой промышленности широко применяют ферментные препараты на основе культур мицелиальных грибов (или бактерий рода Bacillus ), которые имеют ряд преимуществ по сравнению с солодом. Культуры мицелиальных грибов выращивают на пшеничных отрубях или кукурузной муке, тогда как для получения солода требуется кондиционное зерно. С солодом в сусло вносятся в большом количестве посторонние микроорганизмы, что отрицательно сказывается на выходе этанола. Глубинные культуры грибов выращивают в стерильных условиях, они не загрязняют сусло посторонними микроорганизмами. Выращивание поверхностной культуры грибов осуществляется намного быстрее (1,5-2,0 сут), чем протекает проращивание зерна (9-10 сут). Грибы образуют комплекс ферментов, которые глубже гидролизуют крахмал, а также расщепляют гемицеллюлозы до моносахаридов, что повышает выход этанола из сырья.

В процессе осахаривания крахмалсодержащего сырья участвуют различные ферменты. Наибольшее производственное значение имеют амилазы. α- и β-амилазы катализируют разрыв только α-1,4-глюкозидных связей. Под действием α-амилаз связи разрываются беспорядочно, но преимущественно внутри цепей. В результате образуются главным образом декстрины, небольшое количество мальтозы и олигосахаридов. Исходя из характера действия, α-амилазу называют эндогенной или декстриногенной амилазой.

Дейстивие β-амилазы направлено на концевые (внешние) связи в крахмале, при этом последовательно, начиная с нередуцирующих концов цепей, отщепляется по два остатка глюкозы (мальтоза). β-амилаза не может обойти места ветвления в макромолекуле крахмала, поэтому гидролиз прекращается на предпоследней α-1,4-глюкозидной связи и остаются высокомолекулярные декстрины при гидролизе амилопектина. Амилоза практически полностью превращается β-амилазой в мальтозу, амилопектин – только на 50–55%.

В результате совместного действия α- и β-амилаз образуется смесь сахаридов, состоящая из мальтозы, небольшого количества глюкозы и низкомолекулярных декстринов, в которых сосредоточены все α-1,6-глюкозидные связи крахмала.

В бактериях и микроскопических грибах отсутствует β-амилаза, но содержится активная α-амилаза, отличающаяся композицией аминокислот в белке и специфичностью действия. В частности, при катализе α-амилазой микроскопических грибов образуется большое количество глюкозы и мальтозы. Среди бактериальных амилаз имеются как сахарогенные, так и декстриногенные. Первые гидролизуют крахмал на 60% и более, вторые – на 30–40%. α-Амилазы микробного происхождения, как и α- и β-амилазы солода, не атакуют α-1,6-глю-козидные связи.

В микроскопических грибах содержится глюкоамилаза, которая катализирует разрыв α-1,4- и α-1,6-глюкозидных связей в крахмале. При катализе этим ферментом от нередуцирующих концов амилозы и амилопектина последовательно отщепляются остатки глюкозы. По месту разрыва связей присоединяется молекула воды, поэтому теоретический выход глюкозы в процессе гидролиза составляет 111,11% к массе крахмала.

Известны три вероятных способа взаимодействия фермента с субстратом (содержащим большое количество цепей): многоцепочный, одноцепочный и комбинированный.

По многоцепочному способу молекула фермента в случайном порядке атакует одну из полисахаридных цепей, отщепляя от нее звено, а затем также в случайном порядке атакует следующие цепи, в том числе, возможно, и атакованную ранее. Таким образом, за время существования фермент-субстратного комплекса происходит только один каталитический акт.

При одноцепочном способе молекула фермента, атаковав в случайном порядке одну из полисахаридных цепей, последовательно отщепляет от нее звенья до полного расщепления цепи. За время существования фермент-субстратного комплекса гидролизуются все доступные для фермента связи.

Комбинированный способ, или способ множественной атаки, заключается в том, что за время существования фермент-субстратного комплекса гидролизуется несколько связей. При этом после отщепления одного звена фермент не отталкивается, а задерживается. Атака происходит с чередованием одно- и многоцепочного способов.

Исследования показали, что α- и β-амилазы осуществляют гидролиз по способу множественной атаки (многоцепочный способ характерен для α-амилазы бактерий).

На отечественных спиртовых заводах для осахаривания крахмала сырья применяют сырцовый (несушенный) солод в виде солодового молока, ферментные препараты (глюкаваморин, амилоризин, амилосубтилин) различного уровня активности или смесь солодового молока и ферментного препарата.

Технология получения солода включает следующие основные процессы: замачивание сырья с достижением влажности 38–40%; проращивание зерна в течение 10 сут в пневматической солодовне в слое толщиной 0,5–0,8 м; измельчение солода в дисковых или молотковых дробилках; дезинфекция солода формалином или раствором хлорной извести и приготовление солодового молока. Солодовое молоко получают смешиванием измельченного солода с водой (4–5 л воды на 1 кг солода).

В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, содержится неодинаковое количество каждого из амилолитических ферментов. Например, солод из ячменя имеет высокую α- и β-амилолитическую активность, а солод из проса отличается сильной декстринолитической активностью. Чаще всего готовят смесь из трех видов солода: ячменного (50%), просяного (25%) и овсяного (25%). Запрещается использовать солод из одной культуры при производстве спирта из той же культуры.