Горячее осахаривание муки ферментами. Зерновая брага с использованием ферментов

Пшеничный самогон можно сделать без солода, без температурных пауз благодаря ферментам альфа амилазе и глюко амилазе. С опыта скажу, что продукт самогоноварение таким способом имеет превосходные органолептические характеристики. В этой статье я изложу подробную технологию приготовления самогона из пшеничной муки с помощью ферментов холодным способом осахаривания.

Пшеничный самогон из муки

• Пшеничная мука, высший сорт — 3 кг.,
• Вода — 12 л.,
• Ферменты А и Г — по столовой ложке,
• Дрожжи хлебопекарские прессованные — 100 г.

Рецепт зерновой браги на ферментах,холодный способ

Для приготовления зерновой браги на ферментах первым делом нужно подогреть воду до состояния “теплого чая”, засыпать по столовой ложке ферментов А и Г, хорошо размешать. Далее засыпаем постепенно муку, при этом ее размешиваем, что бы не образовывались комочки. Размешивать муку удобно строительным миксером. После засыпаем дрожжи, еще раз смешиваем. Брагу можно ставить без гидрозатвора, главное что бы в теплом месте. Во время брожение, которое длится от 4-5 дней до недели, брагу я по несколько раз на день перемешивал с помощью венчика.

Для холодного способа осахаривания я использовал сухие ферменты, с жидкими данная технология показала меньший выход готового продукта на килограмм муки. Для жидких ферментов нужно применять способ запаривания муки или крупы.

Перегонка зерновой браги

Когда брага отыграет, ее нужно аккуратно слить с осадка, при желании можно осветлить с помощью бентонита или просто охладить до 3-5 градусов. Перегонка зерновой браги начинается с отбора спирта сырца, как обычно без разделения на фракции, отбирать нужно до 2-4 %, почти до нуля. В итоге у меня вышло из 3 кг. муки — 3,3 литра 31% спирта сырца, что не очень плохо для холодного осахаривания.

Вторая перегонка — дробная, головных фракций для зерновых я отбираю примерно 7-10% от абсолютного спирта, примерно 90 мл. у меня вышло “голов”. Среднюю фракцию (питьевая) отбираю обычно до 80-60% в струе, в зависимости от цели применения дистиллята. Пшеничный самогон разбавляем до 40-45%, при необходимости можно провести чистку активированным древесным углем.

Очистка самогона углем

Для очистки самогона углем нужна 1 ст. л. на 1 литр самогона уже разбавленного до крепости 40-45%. Засыпаем уголь в самогон, хорошо смешиваем в течении 5-10 мин., оставляем в покое на 6-12 часов, фильтруем сначала через 4 слоя марли, потом через плотный ватный фильтр. Перед дегустацией самогон должен отдохнуть несколько дней. Пшеничный самогон имеет нейтральный аромат и с легким оттенком зерна, легко пьется, после углевания имеет небольшую водочную резкость. Отличный продукт для настоек, облагораживания дубовой щепой. Отдельно рекомендую ознакомится с

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:

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.

Создание качественного самогона на основе сырья, содержащего крахмал – это достаточно хлопотное, затратное и сложное для неопытного самогонщика дело. А все дело в том, что при таком варианте обязательным будет проведение осахаривание. Тут следует отметить, что новички в деле самогоноварения просто-напросто обходят стороной этот момент, и это логично, ведь сегодня есть несколько десятков или даже сотен понятных и простых рецептов создания сахарной браги. Однако те, кто хочет попробовать что-то новое, может попробовать самостоятельно приготовить зерновой самогон. Все, что необходимо – изучить процесс, рецепт и понятные инструкции, и после этого можно начинать создавать свой собственный шедевр.

Навигация

В различных продуктах зернового типа углеводы, которые будут под действием дрожжей становится спиртом, представляют собой крахмал. Как раз этот полисахарид является цепочкой из обыкновенных, классических видов сахара, к которым относится сахароза, глюкоза, а также сахароза.

Для того, чтобы дрожжи приступили к выработке этанола, необходимо поделить крахмал на обыкновенные виды сахара. И сделать это можно как раз через процесс осахаривания.

Методика холодного осахаривания

Проведение гидролиза различных типов полисахаридов будет проходить заметно быстрее через такой процесс, как внесение ферментов, содержащихся в солоде. Также эти же самые ферментыможно приобрести в специальных магазинах.

Следует отметить, что ферменты начинают работать постепенно, а не сразу же, поэтому такие вещества, как моносахариды. Они тоже будут получаться постепенно, преобразовываясь в спирт. А это говорит о том, что осахаривание будет осуществляться в одно и то же время с брожением.

Плюсы осахаривания

1. При создании такого рецепта можно сэкономить значительное количество времени и собственных сил на то, чтобы поставить брагу;
2. Данный рецепт не требует наличия специализированного оборудования;
3. Брага намного меньше подвержена такому процессу, как кислое брожение в самом начале процедуры броженния;
4. Нет никакой необходимости в том, чтобы поддерживать одну и ту же температуру;
5. Перегонять самогон можно методикой прямого нагревания.

Минусы осахаривания

Всего таких минусов два:

• Продолжительность сбраживания. Брага, основанная на ферментах путем холодного осахаривания, будет полностью подготовлена к употреблению через 14-21 день, но в течение этого времени брага не требует к себе никакого особенного внимания;
• Есть очень большая вероятность того, что брага просто-напросто скинет еще на стадии дображивания. Такой минус можно нивелировать при помощи добавления в брагу антибиотиков.

Такая технология и ее смысл заключается в ускорении процесса гидролиза крахмала на моносахариды через выдекрижвание определенной температуры в течение продолжительного времени. При использовании процесса горячего осахаривания расщепление будет происходить точно также – за счет ферментов, которые получают путем обработки солода. Также можно внести искусственные ферменты.

Плюсы горячего осахаривания

• Повышенная скорость осахаривания;
• Быстрый процесс брожения.

Минусы горячего осахаривания

1. Компоненты будут развариваться лишь при повышенных температурных режимах;
2. Сырье необходимо перемешивать, в противном случае есть вероятность пригорания затора. При этом запах гари вывести из напитка невозможно;
3. Обязательным является выдерживание паузы температурного режима. Это тот период, во время которого самогонщику нужно сохранять температуру в районе 60-65 градусов. В условиях производства этим занимается оборудование, однако при создании напитка на дому емкость с напитком необходимо укутать несколькими одеялами;
4. В период осахаривания есть повышенная вероятность скисания напитка;
5. Перед тем, как проводить дистилляцию, нужно отфильтровать напиток.

Если на дому происходит приготовление браги на основании ферментов, то процесс холодного осахаривание является более предпочтительным, и это связано с тем, что тут технология производства будет более простой и удобной для человека. Однако это не правило, а рекомендация, ведь при желании можно использовать и горячее осахаривание.

Процесс приготовления просто, поэтому справится с этим и новичок. Брага на основании ферментов и муки на основании холодного способа готовится лишь по одном основному рецепту, где за основу берется килограмм сырья. Нужны следующие компоненты:

• Килограмм сырья, которым может быть крахмал, кукуруза и мука;
• 3,5 литра воды;
• 3 грамма фермента Г и А;
• 20 грамм дрожжей сухих (или же, в качестве альтернативы, можно взять 100 грамм прессованных дрожжей);
• 1 таблетка амоксиклава на каждые 20 литров;2 грамма лимонной кислоты.

Важно учесть, что количество солода должно быть 150 грамм на один килограмм сырья. Если же солода будет меньше, то следует восполнить недостаток с помощью ферментов.

Стоит ли смешивать компоненты и как это сделать

В случае смешивания компонентов необходимо выполнить следующие действия:

1. Разбродить дрожи в слегка сладковатой теплой воде вплоть до наличия пены. Если же брожение не началось через час, не стоит применять дрожжи;
2. Если нужны антибиотики, следует замочить таблетку в воде для ее растворения;
3. Подготовить необходимую емкость для сбраживания;
4. Налить теплую воду в емкость, добавить туда ферменты, пеногаситель, антибиотики, а также лимонную кислоту;
5. Засыпать крупу или зерно, перемешать все это лопаткой с удлиненными ручками. Если в процессе рецепта будет использована брага на основании муки на ферментах, то можно использовать строительный миксер;
6. Добавить закваску дрожжей, а после этого перемешать состав до однородной массы.

• Гидрозатвор – обязательная составляющая, но на первое время подойдет и перчатка;
• Брагу стоит перемешивать каждый день;
• Нормальная температура – 26-28 градусов;
• Обслуживание напитка во время брожения занимает 1-3 недели. Все зависит от того, насколько зернистое сырье будет использоваться;
• Следует два-три раза в день проверять, как именно визуально выглядит брага. Если будет пленка – это признак скисания и сигнал к новому перегону;
• После того, как брожение будет завершено, нужно перенести брагу на холод, чтобы она стала светлее.

Зерновая брага на основании ферментов при горячем осахаривании

Один из классический методов, помогающий сократить время брожения. Однако процесс достаточно трудозатратен.

Компоненты:

• Килограмм сырья, содержащего крахмал;
• 4,5 литра чистой воды;
• 150 грамм солода;
• 5 сухих дрожжей (в качестве альтернативы можно взять 20 грамм прессованных дрожжей).

Как приготовить

1. Засыпать сырье и, постоянно перемешивая, добавить воду (55 градусов);
2. Прогреть смесь до температуры в 60 градусов;
3. Варить 15 минут;
4. Довести до кипения и варить 1-2 часа до состояния однородной массы;
5. Остудить массу до 65 градусов и внести солод;
6. Накрыть крышкой и оставить для ферментации на 3 часа;
7. За 50 минут до конца ферментации нужно растворить дрожжи;
8. Быстро остудить сусло до температуры в 30 градусов;
9. Внести в емкость дрожжи и размешивать.

При этом действуют те же советы, что и при других рецептах.

В браге происходит химическая реакция: дрожжи перерабатывают и превращают сахар в спирт. Альтернативой сахару может служить крахмал, который содержится в муке и зерновых культурах (пшеница, ячмень, овес). Но дрожжи переработать просто так крахмал не могут, поэтому его нужно предварительно обработать и расщепить на моносахариды. Этот процесс называется осахариванием .

Использовать зерновые культуры в качестве альтернативы сахару получается выгоднее. К тому же зерновой самогон имеет более высокое качество и приятный вкус. Именно по этой причине люди ищут способ расщепить крахмал в зернах и получить из него спирт. Сделать это можно двумя способами: ферментами солода (горячий) и искусственными ферментами (холодный ).

В качестве сырья подойдут любые крахмалосодержащие продукты - крупы, зёрна, крахмал и т. п.

Данный подход является классическим в самогоноварении, так как применяется уже не одну сотню лет. Его довольно сложно реализовать в домашних условиях, если отсутствуют специальное оборудования для поддержания определенной температуры. Тем не менее конечный дистиллят получается потрясающим.

Технология горячего осахаривания выглядит следующий образом:

Консистенция браги после осахаривания солода

1. Большую ёмкость с 5 литрами воды нагреть до температуры 55 градусов.
2. Интенсивно перемешивая смесь, высыпать 1 килограмм муки или зерна.
3. Поднять температуру до 60 градусов и выдержать 15 минут.
4. Довести до кипения и варить 1–2 часа до появления однородной массы. Мука варится около 75 минут, а зерно около 115.
5. Охладить кашу до 67–68 градусов и добавить 150 грамм перемолотого солода.
6. Опустить температуру до 62 градусов, поддерживать в течение 3 часов и периодически помешивать.
7. Быстро охладить до 25 градусов (можно поставить ёмкость в ледяную ванну), внести 5 грамм сухих спиртовых дрожжей, поставить гидрозатвор и убрать в тёмное место с температурой около 20–26 градусов на 3–4 дня.
8. Когда брага прекратит булькать и выпадет осадок, обязательно снимаем её с осадка и фильтруем через марлю.
9. Осуществляем первую перегонку.
10. Если результат по каким-то причинам вам не понравился, повторно перегоняем дистиллят с выделением фракция «голова», «тело» и «хвосты».
11. Дегустируем и наслаждаемся прекрасным самогоном!

Чтобы не проращивать зёрна в домашних условиях, можно приобрести готовый солод в специализированном магазине по цене до 50 рублей за килограмм. Это немного «ударит» по карману, но сэкономит несколько дней вашей жизни.

Очень полезное видео записали профессиональные самогонщики Антоныч и Алексей Подоляк . Подробно рассказывается про технологию изготовление самогона из крахмала ржаной муки с использованием солода. Рекомендуем посмотреть всем, кто собирается использовать горячий способ осахаривания.

Холодное осахаривание искусственными ферментами (Амилосубтилин и Глюкаваморин)

Определенно более простой способ, который прекрасно подойдёт для новичков самогоноварения. С температурным режимом здесь работать практически не нужно, хотя срок брожения и затягивается в несколько раз.

В качестве ферментов, которые помогут нам расщепить крахмал, выступают амилосубтилин и глюкаваморин . В специализированных магазинах они продаются примерно по 150 рублей за 100 грамм. На 1 кг сырья мы берем 3–5 граммов.

Ферменты А и Г

1. Перемешиваем в бродильной ёмкости следующие компоненты: 1 кг сырья (мука, зерно), 4 литра воды 30 градусов, вышеописанные ферменты А и Г по 3–5 грамм и 5 грамм спиртовых дрожжей.
2. Устанавливаем гидрозатвор, ёмкость убираем в тёмное место с температурой 20–26 градусов.
3. Брожение идёт 1–3 недели, причем первые 2–3 дня процесс идёт очень интенсивно. Лучше немного недодержать брагу, чем дать ей скиснуть, поэтому ориентируйтесь на осадок и бульканье.
4. Готовую брагу сливаем с осадка, фильтруем через марлю и направляем на перегонку.
5. При желании перегоняем во второй раз с разделением на фракции, но выход тогда получится меньше, чем после 1 дистилляции.

Данный подход описал в ролике ан Youtube Алкофан1984 . Автор подробно описывает технологию постановки браги, а также оборудование для работы. Рекомендуем тем, что будет заниматься холодным осахариванием в первый раз.

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.