ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПИРТА

Сырье, применяемое для получения спирта, должно ежегодно воспроизводиться в количествах, достаточных для промышленной переработки, иметь высокое содержание крахмала или сахара и хорошо сохраняться, что обеспечивает экономическую целесообразность производства. Этим условиям удовлетворяют клубни картофеля, зерно растений семейства мятликовых (злаков) и меласса.

В соответствии с географическим положением и сложившейся структурой хозяйства в разных странах для производства спирта используют различные виды сырья. Даже в одной и той же стране в те или иные годы набор сырья зависел от изменений в потреблении, от конъюнктурных и других факторов.

КАРТОФЕЛЬ

Из всех видов растительного пищевого сырья картофель в наибольшей степени соответствует технологическим требованиям спиртового производства. Из картофеля с единицы посевной площади получают в 3-4 раза больше крахмала по сравнению с зерном. Картофельный крахмал быстрее разваривается, образуется подвижное сусло, в нем содержатся азотистые и фосфорные вещества в количестве, достаточном для питания дрожжей, из него получают самый высокий выход спирта. При переработке картофеля производительность завода на 10% больше, чем при переработке зерна, а расход топлива на 12% меньше, ниже себестоимость спирта.

К недостаткам картофеля как сырья для выработки спирта относятся значительная трудоемкость возделывания, плохая сохраняемость из-за высокого содержания влаги и легкой подверженности заболеваниям и невыгодность транспортирования на далекие расстояния.

КУЛЬТУРА И СОРТА КАРТОФЕЛЯ

Картофель принадлежит к семейству пасленовых, роду Soanum, виду tuberosum. Это – многолетнее цветковое растение южноамериканского происхождения, в культуре – однолетнее. Плод картофеля – ягода с мелкими семенами, однако вегетативно картофель размножается клубнями, образующимися в подземной части растения.

Картофель широко культивируется почти во всех районах России, за исключением южных, где посадки его вследствие вырождения ограничены. Кроме производства спирта картофель используют для выработки крахмала и других продуктов (сушеный картофель, сухое пюре, чипсы и т.д.).

Высаживают картофель в средней полосе в начале мая. Ранние сорта вызревают за 2,5-3 мес., среднеспелые за 3,5-4 мес., поздние сорта убирают до наступления заморозков. В зависимости от сорта, почвенно-климатических и других условий средние урожаи клубней колеблются от 20 до 30 т/га.

Известно свыше 2000 сортов картофеля, но в стране в полевых условиях выращивают около 80. Сорта районированы, т.е. для каждого географического района отобраны лучшие, приспособленные к местным условиям, устойчивые против болезней и дающие высокие урожаи.

Для спиртовой промышленности желательны сорта картофеля с большими урожайностью и содержанием крахмала, с повышением которого возрастает выход спирта из 1 т сырья, а следовательно, снижается стоимость переработки. Важно, чтобы оба эти условия по возможности сочетались. Обычно же высокоурожайные сорта, рано поспевающие, имеют меньшую крахмалистость, чем позднеспелые более низкой урожайности. Важна также устойчивость клубней при хранении; на длительное время закладывают картофель только средне- и позднеспелых сортов.

К среднеспелым сортам относятся Лорх, Октябренок, Берлихинген, Камераз, Изстадес, а к позднеспелым – Вольтман, Осботе, Екатерининский, Лошицкий. Из раннеспелых сортов картофеля наиболее распространены Ранняя роза, Эпикур, Фаленский, Пензенская скороспелка, Скороспелка 2.

Клубни имеют различную форму – шарообразную (Октябренок), бочковидную (Эпикур), удлиненную (Лорх) и т.д. Клубни большинства сортов белые или желтые, иногда красные (Берлихинген, Екатерининский) или красно-фиолетовые (Вольтман). С точки зрения отмывания земли имеют значение глубина глазков и характер поверхности клубня (гладкая, шероховатая).

СТРОЕНИЕ КЛУБНЯ КАРТОФЕЛЯ

Снаружи клубни покрыты твердой кожурой. На поверхности ее по спирали аналогично листьям на стебле расположены глазки – почечки в углублениях, из которых затем развивается новое растение. Почечек 3-5, но прорастает только одна, наиболее жизнеспособная, остальные –резервные.

Внутренняя часть клубня называется паренхимой. Она пронизана сетью сосудисто-волокнистых пучков, соединенных, с одной стороны, с «пуповиной» (местом прикрепления клубня к стеблевому подземному побегу – столону), с другой – с почечками для снабжения их во время прорастания питательными веществами из материнского клубня. В новых клубнях, образующихся у развившегося растения на окончаниях столонов, которые утолщаются, по сосудисто-волокнистым пучкам передаются синтезируемые в листьях углеводы, аминокислоты, жиры и другие вещества, распределяющиеся по клеткам паренхимы.

Таким образом, растение, строя свое тело, на определенной ступени развития откладывает в запас различные продукты, одни из них находятся в клетках клубня в виде водного раствора – аминокислоты, белки, сахара, минеральные вщества; другие – в виде нерастворимых включений – гранулы (зерна) крахмала, эмульсия жира.

Микроскопическое строение клубня картофеля показано на рисунке. Под частично оставшимся очень тонким эпидермисом (кожицей) находится перидерма, состоящая из нескольких рядов мертвых сильно вытянутых клеток пробкового камбия («пробки») 2 и двух-трех рядов живых камбиальных клеток (феллодермы) 3, из них формируется пробковый слой. Эпидермис рано заменяется вторичной покровной тканью – перидермой, поэтому взрослый клубень обычно покрыт только пробкой, более надежно защищающей клубень от механических повреждений, высыхания и проникновения микроорганизмов.

Ниже расположены живые крупные тонкостенные клетки паренхимы 4, вакуоли которых заполнены клеточным соком со свободноплавающими в нем крахмальными зернами.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ

Химический состав клубней картофеля зависит от сорта, района произрастания, почвенно-климатических условий, агротехники, вносимых удобрений, продолжительности и условий хранения. В среднем клубни содержат 25% сухих веществ и 75% воды.

Вода. Содержание воды в картофеле колеблется от 64 до 86%. Находится она в двух состояниях: свободном (78%) и связанном с коллоидами (22%). Свободная вода – хороший растворитель, легче испаряется и с понижением температуры замерзает. Вода, связанная с коллоидами (крахмалом, белками, пектиновыми веществами), не является растворителем, имеет большую плотность и замерзает при более низких температурах, чем свободная.

Большое содержание влаги в клубнях отрицательно сказывается на их сохраняемости.

Сухие вещества. Они состоят приблизительно из 24% органических и 1% минеральных веществ. В органических веществах содержится (%): крахмала 18,5; сахара 0,8; целлюлозы (клетчатки) 1,0; пентозанов и пектиновых веществ 1,5; азотистых веществ 2,0 и жира 0,2.

Крахмал. В спиртовой промышленности различают понятия «крахмал» и «крахмалистость» сырья. Последнее выражает суммарное содержание крахмала и сахаров в пересчете на крахмал, из которых в условиях производства может быть получен этиловый спирт, иначе – «сбраживаемые углеводы».

Количество крахмала составляет 70-80% от сухой массы клубней и 95-98% от массы углеводов. На содержание крахмала кроме сорта существенно влияют условия культивирования, а также размер клубней и их зрелость.

Содержание крахмала в клубнях изменяется в широких пределах – от 12 до 30%. В юго-западных районах оно более высокое, чем в северо-восточных. В сухое теплое лето крахмала накапливается больше, чем в дождливое и холодное. Дожди необходимы в середине роста растения, избыток их нежелателен в период интенсивного образования крахмала. На крахмалистость отрицательно сказываются избыток азотных удобрений и присутствие хлорида натрия. Клубни средней массы (50-100г.) богаче крахмалом, чем крупные и мелкие. В недозрелых клубнях крахмала меньше, чем в зрелых.

Сахар находится в картофеле в виде глюкозы, фруктозы и сахарозы, причем преобладает глюкоза (около 75%). Присутствие большого количества сахара нежелательно, так как при разваривании картофеля часть его теряется вследствие протекания оксиметилфурфурольной и меланоидиновой реакций.

В зрелых покоящихся клубнях содержание сахара не превышает 0,3%. При длительном хранении в условиях очень низких температур содержание сахара увеличивается и может достигать 7-8% к массе клубней.

Клетчатка (целлюлоза) и пентозаны – основные структурные элементы стенки клеток всех тканей клубня. Содержание клетчатки колеблется от 0,9 до 2,0%, пентозанов – от 0,7 до 1,0%. Клетчатки и пентозанов в низкокрахмалистом картофеле больше, чем в высококрахмалистом. Их много в мелких клубнях в связи с большим отношением площади кожуры к объему клубня.

Пектиновые вещества распределены неравномерно. Больше всего их в кожуре – около 4% к массе, в мякоти 0,6%; здесь они входят в состав межклеточных пластинок, соединяющих между собой клетки клубня. При хранении картофеля под действием пектолитических ферментов пектиновые вещества частично растворяются, что приводит к размягчению клубней. В процессе разваривания они гидролизуются и становятся источником образования метилового спирта.

Азотистых веществ в картофеле содержится от 0,11 до 0,59%, что в пересчете на белок составляет в среднем 2,0%.

Азот клубней распределяется между отдельными его формами примерно следующим образом (%):

Белки картофеля представлены двумя группами: простые белки – протеины и сложные – протеиды. При гидролизе первых в качестве конечных продуктов получаются только аминокислоты, вторых – наряду с аминокислотами и другие вещества – липоиды, нуклеиновые кислоты. Из липопротеидов образована протоплазма, из нуклеопротеидов – ядра клеток. Сложные белки нерастворимы в воде и в солевых растворах.

Растворимый в клеточном соке белок – это, главным образом, глобулин, называемый туберином. Изоэлектрическая точка белка находится при рН 4,4. Необратимая коагуляция (денатурация) наступает при температуре 60ºС. Кроме туберина в небольших количествах присутствуют альбумины и протеозы.

В свободном состоянии в клубнях картофеля найдено 18 аминокислот, из которых в больших количествах содержится гистидин, аргинин, лизин, тирозин и лейцин. Из амидов присутствуют аспарагин и глутамин. Обнаружен ядовитый глюкоалкалоид – соланин, локализованный преимущественно в наружных слоях клубней и переходящий при варке в раствор.

Жира в картофеле содержится от 0,04 до 0,96%. Он состоит из триглециридов линолевой, линоленовой, олеиновой, миристиновой, пальмитиновой, стеариновой и двух неидентифицированных жирных кислот.

Витамины в картофеле присутствуют в следующем количестве (мг на 100 г.): тиамин 0,12; рибофлавин 0,05; никотиновая кислота и ее амид 0,9; аскорбиновая кислота 10; токоферол 1; биотин 0,06; β-каротин (провитамин А) 0,02.

Из органических кислот в картофеле преобладают лимонная (0,08-0,55%) и яблочная (около 0,1%) кислоты, в меньших количествах содержатся щавелевая (0,06-0,08%), янтарная, малоновая, молочная, хлорогеновая, кофейная и др.

Общая (титруемая) кислотность клеточного сока варьирует от 2 до 7 мл 1 Н. раствора гидроксида натрия на 100 г. картофеля. Такая высокая кислотность объясняется значительной буферностью, вызываемой присутствием солей слабых кислот. Активная кислотность клеточного сока изменяется от рН 5,7 до рН 6,6.

Минеральные вещества определяют по золе, получаемой после сжигания картофеля и прокаливания при температуре 850-900ºС, количество которой изменяется от 0,5 до 1,9%. В составе золы больше всего калия (44-74% К₂О) и фосфора (8-27% Р₂О₅). Примерно 1-25% всего фосфора связано в фитине, 10-15% – в амилопектине крахмала и большая часть – в кислом фосфате калия.

Приблизительно 3/4 золы растворяется в воде. Наряду с макроэлементами присутствуют микроэлементы (мг на 100 г. клубней): марганец 0,35; кобальт 0,0015; никель 0,005.

содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..