TEHNOLOGIA FABRICARII ALCOOLULUI DIN MATERII PRIME AMIDONOASE

TEHNOLOGIA FABRICARII ALCOOLULUI DIN MATERII PRIME AMIDONOASE

Fabricarea alcoolului din materii prime amidonoase se poate face prin doua grupe de procedee:

cu fierberea sub presiune a materiei prime;

fara fierbere sub presiune.

Schema tehnologica de fabricare a alcoolului din materii prime amidonoase (cartofi, cereale) se prezinta in figura 8.

							CEREALE (CARTOFI)
	Enzime de zaharificare		Enzime de fluidificare		APA

Receptie

Multiplicare

Depozitare in laborator

Transport

Precuratire

Cantarire Prefermentare

Macinare

Fluidificare

Racire la 55⁰C

Acidulare

Zaharificare

Racire la 30⁰C Plamada de drojdie

Insamantare

Fermentare

Distilare

Rafinare

Depozitare

					ALCOOL RAFINAT
			ALCOOL TEHNIC				ULEI DE FUZEL		BORHOT

Fig. 8. Schema tehnologica a fabricarii alcoolului din materii prime amidonoase fara fierbere sub presiune

Procedeele clasice de producere a alcoolului din materii prime amidonoase se bazeaza pe fierbere sub presiune a materiilor prime, care se face in scopul gelificarii si solubilizarii amidonului astfel incat acesta sa poata fi atacat de catre amilaze la zaharificare.

Aceste procedee prezinta urmatoarele dezavantaje:

consumul de energie termica este ridicat;

modul de lucru este, de regula, discontinuu, iar posibilitatile de recuperare a caldurii sunt reduse;

datorita solicitarii termice ridicate a materiilor prime (150÷165⁰C) se formeaza melanoidine si caramel;

plamezile obtinute nu sunt omogene, iar borhotul rezultat are o valoare furajera mai scazuta.

Aplicarea procedeelor de prelucrare fara presiune necesita o maruntire optima a materiei prime, astfel incat sa se obtina randamente maxime in alcool, cu un consum minim de energie. O maruntire insuficienta a materiei prime poate conduce la pierderi in alcool de pana la 20 l/t cereale sau chiar mai mult.

Inainte de a fi introduse in procesul tehnologic materiile prime amidonoase sunt supuse unor operatii auxiliare pregatitoare de transport, spalare, curatire si eventual maruntire.

1. Pregatirea cartofilor si cerealelor

Pregatirea cartofilor se realizeaza prin spalare cu apa pentru indepartarea impuritatilor aderente (nisip, pamant, pietre, paie). Pentru acest scop, cartofii sunt preluati din magazia de depozitare prin canale de transport hidraulic si adusi la un elevator care alimenteaza masina de spalat cartofi. Aceasta este prevazuta cu doua sau trei compartimente prin care cartofii sunt transportati cu ajutorul unui ax cu palete. Spalarea se face cu apa, care circula in contracurent cu cartofii, iar corpurile grele trec prin fundul perforat al masinii si sunt colectate in camere de unde se evacueaza periodic.

Cartofii spalati sunt preluati de un elevator, care ii ridica pana la cantarul automat de cartofi. Din cantar cartofii sunt trecuti intr-un buncar care alimenteaza fierbatoarele prin deschiderea unei clapete.

Procedeele de fierbere si zaharificare continua a cartofilor necesita o maruntire prealabila cat mai fina a acestora, care se realizeaza cu ajutorul unor mori cu ciocane sau a unor razatoare de cartofi.

Pregatirea cerealelor se realizeaza prin precuratire cu ajutorul tararelor aspiratoare si a separatoarelor magnetice, prin care sunt indepartate impuritatile continute: pleava, nisip, paie, pietris, corpuri metalice. Cerealele sunt apoi cantarite si maruntite. Pentru maruntirea cerealelor se folosesc in practica trei grupe de procedee:

macinarea uscata;

macinarea umeda;

macinarea uscata si umeda (in doua trepte).

Cerealele astfel pregatite sunt introduse in fierbator, tinandu-se seama ca la fierberea cerealelor se adauga si apa.

2. Fierberea materiilor prime amidonoase

Operatia de fierbere este necesara deoarece amidonul natural continut in materiile prime amidonoase, cereale sau cartofi, nu poate fi atacat de catre amilazele din malt, fara o prealabila gelifiere si solubilizare care se realizeaza prin fierbere sub presiune. In figura 9 este prezentata schema procesului tehnologic de fierbere a cerealelor si a cartofilor.

De la cantarul 1, materia prima (cereale sau cartofi) este transportata in rezervorul de alimentare 2. Prin conducta 3, materia prima trece prin cadere libera in fierbatorul 4, in care se introduce apa prin conducta 5 si abur prin conducta 6.

Masa fiarta din fierbator se evacueaza prin conducta 7 in zaharificatorul 8, iar aburul de circulatie in prinzatorul de amidon 9.

Fig.9. Schema procesului tehnologic de fierbere a cerealelor si a cartofilor

Gelifierea amidonului se face prin imbibare cu apa si incalzirea la temperatura de gelifiere, care este in functie de felul amidonului. Astfel pentru amidonul din cartofi, temperatura de gelifiere este de 65⁰C, pentru cel din porumb 75⁰C, pentru cel din grau 79÷80⁰C, pentru orez si orz 80⁰C.

Pentru fierberea materiilor prime amidonoase se folosesc instalatii de fierbere sub presiune de forma cilindro-conica, confectionata din tabla de otel care sa reziste la 6÷7 at. Partea conica este mult mai inalta, reprezentand 2/3÷3/4 din inaltime, astfel incat sa se poata goli complet fierbatorul la sfarsitul operatiei. Fierbatoarele pot fi alimentate cu abur atat pe la partea superioara cat si pe la partea inferioara. Capacitatea fierbatoarelor variaza intre 500 si 1500 l.

In functie de felul si calitatea materiei prime, regimul de fierbere difera ca durata, temperatura maxima, cantitatea de apa adaugata la fierbere si modul de introducere a aburului in fierbator.

Astfel, cartofii necesita o durata mai scurta si o temperatura maxima de fierbere mai scazuta in comparatie cu cerealele. Regimul de fierbere difera si in functie de calitatea cartofilor sau a cerealelor. Astfel, cartofii inghetati sau alterati se fierb la o temperatura mai scazuta decat cei sanatosi, iar cerealele cu structura sticloasa necesita un regim mai intens de fierbere decat cele fainoase.

Pentru o gelifiere cat mai completa a amidonului si evitarea inchiderii la culoare prin formarea melanoidinelor si caramelului este necesara in timpul fierberii, prezenta unei cantitatii suficiente de apa. In timp ce cartofii proaspeti contin suficienta apa pentru fierbere, la fierberea cartofilor uscati si a cerealelor trebuie sa se adauge o cantitate corespunzatoare de apa. Astfel pentru 100 kg porumb se adauga 250÷300 l apa, pentru 100 kg grau 290 l apa, iar pentru 100 kg secara 300 l apa.

Operatia de fierbere decurge in doua faze:

incalzirea produsului pana la temperatura de fierbere;

mentinerea temperaturii maxime de fierbere.

Presiunea maxima de fierbere si durata ei de mentinere depinde de felul si structura materiei prime; insa trebuie sa se respecte foarte exact durata totala de fierbere si cea de mentinere la presiunea maxima:

4 at 5 at 6 at

durata totala de fierbere, minute   60÷90 50÷80 40÷70

durata de mentinere a presiunii maxime, minute  20÷30 10÷20 5÷10

Fierberea se efectueaza cu abur la presiuni de pana la 6 bari, in autoclave verticale cilindroconice de tip Henze, avand capacitati de 5÷7 m³.

In figura 10 se reda in sectiune longitudinala fierbatorul pentru cereale sau cartofi. Acestea se compune din urmatoarele parti principale: corpul aparatului 1, care se confectioneaza din tabla de otel de 8÷10 mm; varful conului 2, care este supus la cea mai mare uzura, este construit din tabla de otel de 12÷14 mm; capacul fierbatorului 3, care inchide orificiul pe unde se introduce materia prima si apa. Prinderea capacului se realizeaza cu suruburi dispuse pe circumferinta acestuia; supapa de siguranta 4, care este astfel reglata ca la depasirea unei anumite presiuni sa deschida orificiul de iesire a aburului din fierbator; racordul pentru aburul de circulatie 5, prin care aburul care a strabatut masa din fierbator iese in atmosfera sau este condus mai intai la prinzatorul de amidon pentru recuperarea amidonului antrenat din fierbator; manometrul 6, montat la capatul unei conducte de cupru care se gaseste la un nivel si o pozitie convenabila, ca sa poata fi usor observat de operatori. 

Fig.10. Autoclavul Henze pentru

fierberea cerealelor si a cartofilor

Racordul 7 serveste pentru introducerea aburului in fierbator, iar ventilul 8 pentru evacuarea masei din fierbator. Conducta 9 se foloseste pentru prelevarea probelor din fierbator.

Inainte de incarcarea fierbatorului se procedeaza astfel: se inchide ventilul de evacuare 8. Se controleaza daca supapa de evacuare 4 nu este blocata. Cand se fierb cerealele, se introduce cantitatea de apa necesara prin conducta 5, din schema tehnologica respectiva, si apoi materia prima prin capacul 3. Se observa daca indicatorul manometrului se afla in pozitia zero. Se verifica starea garniturii gurii de incarcare, ce inchide capacul 3 prin strangerea uniforma si corespunzatoare a tuturor suruburilor. Caneaua de pe conducta de luare a probelor trebuie sa fie inchisa. Se deschide apoi ventilul 7 de admisie a aburului in fierbator si se deschide corespunzator ventilul de pe conducta 5 de evacuare a aburului din circulatie.

In timpul fierberii se observa in permanenta presiunea la manometru care nu trebuie sa depaseasca nivelul indicat pentru timpul scurs de la inceperea fierberii. Daca presiunea depaseste limita necesara, se inchide ventilul de admisie a aburului, iar cand aceasta este sub limita se deschide mai mult ventilul de abur.

Masa fiarta se evacueaza prin deschiderea treptata a ventilului de evacuare 8, ventilul de pe conducta de abur de circulatie 5 si cel de admisie 7 trebuie sa fie in acest timp inchise. Dupa evacuarea continutului fierbatorului, in vederea suflarii resturilor de masa fiarta se inchide ventilul 8, se ridica cu abur presiunea la 2,5÷3 at si apoi se deschide dintr-o data ventilul 8. Se inchide apoi ventilul 7 de admisie a aburului in fierbator.

Pentru reluarea procesului de fierbere, gura de incarcare a fierbatorului se deschide numai dupa ce manometrul indica presiunea zero in aparat.

3. Zaharificarea materiilor prime amidonoase

Dupa ce amidonul din materia prima a fost gelificat si solubilizat prin fierbere sub presiune, masa fiarta obtinuta este supusa in continuare operatiei de zaharificare, prin care se realizeaza transformarea amidonului in glucide fermentescibile de catre drojdie.

Procesul tehnologic de zaharificare a materiilor prime amidonoase se desfasoara dupa schema prezentata in figura 11. Materia prima fiarta din fierbatorul sau bateria de fierbatoare 1 se descarca in zaharificatorul 2. Laptele de slad din rezervorul 3 este trecut in cantitatile stabilite prin curgere libera in zaharificator. La fabricile dotate si cu prinzator de amidon, continutul acestuia este trecut periodic in zaharificator, imediat dupa golirea fierbatoarelor. Dupa zaharificare la temperatura de 30⁰C se introduce cantitatea de drojdie necesara pentru fermentare.

Fig.11. Schema tehnologica de zaharificare

Plamada zaharificata in care s-a introdus drojdia, dupa omogenizare si racire la temperatura de fermentare, este preluata de o pompa si trimisa in linurile de fermentare.

Operatia de zaharificare mai este denumita si plamadire, intrucat se obtine o plamada care contine toate componentele insolubile ale materiei prime si a maltului. Zaharificarea se poate realiza in trei moduri, in functie de agentul de zaharificare:

cu malt verde;

cu preparate enzimatice microbiene;

cu acizi minerali.

In fabricile de alcool este cea mai raspandita zaharificarea pe cale enzimatica cu ajutorul maltului verde sau a preparatelor enzimatice microbiene.

Actiunea de zaharificare a maltului verde se datoreaza continutului sau in enzime amilolitice, in principal α si β-amilaza, care actioneaza asupra celor doua componente ale amidonului solubil - amiloza si amilopectina pe care le transforma in glucide fermentescibile.

In plamezile din materii prime amidonoase, in care amidonul a fost gelificat si solubilizat in prealabil prin fierbere sub presiune, conditiile optime de temperatura si pH pentru cele doua enzime sunt urmatoarele:

α-amilaza β-amilaza

- temperatura optima, in ⁰C  55÷57 50÷55

- pH-ul optim 4,6÷5,0 5,0÷5,7

Plamezile din materii prime amidonoase au un pH de 4,9÷5,6 in medie 5,3 favorabil actiunii optime a celor doua enzime, fara a fi necesar corectii de pH al plamezilor. In cazul utilizarii preparatelor enzimatice microbiene este necesar sa se asigure temperaturile si pH-ul optim recomandat de firma furnizoare de enzime.

Procesul de hidroliza a amidonului catalizat de cele doua amilaze din malt se desfasoara printr-o serie de etape de produse intermediare (amilodextrine, eritrodextrine, achrodextrine, maltodextrine), care se pot recunoaste prin coloratia obtinuta cu o solutie de Lugol. Zaharificarea se considera terminata cand plamada nu mai da coloratie cu iodul, deci cand nu raman decat achrodextrine si maltoza.

Pentru zaharificare se utilizeaza si preparate enzimatice microbiene care pot inlocui partial sau in totalitate maltul verde. In acest scop se folosesc preparate cu continut de α-amilaza bacteriana pentru lichefiere si de amiloglucozidaza pentru zaharificare. Utilizarea preparatelor enzimatice a condus la obtinerea plamezilor din materii prime amidonoase fara a se mai utiliza fierberea acestora sub presiune.

Pentru utilizarea cat mai eficienta a preparatelor enzimatice de origine microbiana au fost elaborate si tehnologiile de aplicare a acestor preparate, rezultand o serie de variante tehnologice de obtinere a plamezilor din materii prime amidonoase.

Procesul tehnologic de zaharificare a plamezilor din materii prime amidonoase se realizeaza in zaharificator, utilaj care are o capacitate egala cu a unui fierbator sau a 2÷3 fierbatoare. In zaharificator au loc urmatoarele operatii:

racirea plamezii fierte pana la temperatura de fluidificare (75÷80⁰C) sau de zaharificare (55÷60⁰C);

amestecarea cu laptele de slad;

zaharificarea propriu-zisa;

racirea plamezii dulci pana la temperatura de insamantare cu drojdie (30⁰C);

insamantarea cu drojdie sub forma de plamada de drojdie.

In figura 12 este redata in sectiune

constructia zaharificatorului. Principalele parti constructive ale zaharificatorului sunt urmatoarele: corpul zaharificatorului 1, construit din tabla de fier, din cupru, otel inoxidabil sau aluminiu; agitatorul 2, cu un rand sau doua randuri de palete; motorul cu reductor 3, care antreneaza agitatorul cu o turatie de 100 rot/min.; conducta 4, de descarcare a masei fierte din fierbator; clopotul de suflare 5, pe a carui suprafata interioara este proiectata masa fiarta sub presiune; conducta 6, de introducere a apei de racire in serpentinele zaharificatorului; serpentina de racire 7; conducta 8 de iesire a apei din sistemul de racire a zaharificatorului.

Fig.12. Schema zaharificatorului

Alte parti componente: exhaustorul 9 pentru evacuarea aburului care se degaja intens in timpul descarcarii fierbatoarelor; conducta de abur 10, pentru marirea tirajului si sterilizarea exhaustorului; conducta 11 pentru evacuarea condensului care se formeaza in exhaustor; ventilul si conducta 12, pentru golirea zaharificatorului; termometrul 13.

In conducerea practica a operatiei de zaharificare trebuie sa se aiba in vedere urmatoarele:

sa se creeze conditii optime de temperatura pentru actiunea de fluidificare si de zaharificare produsa de amilaze;

termorezistenta celor doua amilaze la temperatura de zaharificare;

pH-ul optim al plamezilor;

evitarea contaminarilor cu microorganisme straine;

simplificarea pe cat posibil a operatiei.

In timpul operatiei de zaharificare se controleaza:

gradul de zaharificare;

gradul Balling si coeficientul calitativ al plamezii;

aciditatea si pH-ul;

puterea amilolitica a plamezii dulci.

In vederea controlului zaharificarii se filtreaza o portiune din plamada dulce, examinandu-se atat reziduul cat si filtratul limpede obtinut. In reziduul spalat bine cu apa trebuie sa se gaseasca numai coji, fara amidon aderent si sa se obtina cu iodul o coloratie galbuie sau rosiatica. Filtratul trebuie sa aiba o culoare galbena deschisa si gust dulce si sa nu dea coloratie cu iodul, care ar indica o zaharificare incompleta.

Gradul de zaharificare se controleaza cu o solutie de iod-iodura de potasiu care se prepara dizolvand 1 g iod si 2 g iodura de potasiu in 300 ml de apa distilata.

In filtratul limpede se determina in primul rand continutul in extract al plamezii (gradul zaharometric) cu ajutorul zaharometrului Balling sau prin alte metode cunoscute.

Gradele zaharometrice Balling exprima in procente masice totalitatea substantelor existente in plamada limpede, substante fermentescibile si substante nefermentescibile.

Coeficientul calitativ al plamezii reprezinta procentul de glucide fermentescibile din extractul plamezii, avand astfel aceeasi semnificatie cu gradul final de fermentare folosit in industria berii. Coeficientul calitativ al plamezii (Q) se poate determina pe cale chimica sau printr-o proba de fermentare si prezinta urmatoarele valori:

pentru plamezi din cartofi sau secara Q =79÷85%;

pentru plamezi din porumb sau grau Q = 89÷90%;

pentru plamezi din melasa Q = 60%.

Aciditatea plamezii se exprima in practica in grade Delbrück (⁰D) care reprezinta ml NaOH 1n necesar pentru neutralizarea acizilor din 20 ml plamada. Aciditatea plamezilor dulci din cartofi sau porumb variaza intre 0,1÷0,3⁰D, ce corespunde la un pH de 5,3÷5,7.

Controlul puterii amilolitice a plamezii zaharificate este necesar pentru a se constata daca mai exista suficiente amilaze active necesare pentru zaharificarea secundara a dextrinelor limita la fermentare si se face astfel:

se introduc in 5 eprubete cate 10 ml solutie de amidon solubil 2%;

se adauga 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 si 1,25 ml plamada dulce filtrata, se amesteca si se tin eprubetele timp de 60 minute intr-o baie de apa cu temperatura de 55⁰C;

se racesc eprubetele in apa rece, se adauga cate 0,5 ml iod n/50, se agita si se observa coloratia formata;

daca se obtine o culoare galbena deja in proba cu 0,5 ml plamada, inseamna ca zaharificarea a fost bine condusa; daca aceasta culoare apare de abia in eprubeta cu 0,75 ml plamada, rezulta ca activitatea amilazica este slaba, acest fapt datorandu-se folosirii unui malt sarac in enzime sau a unor temperaturi prea ridicate la zaharificare.

Plamada dulce este supusa si unui control microbiologic pentru depistarea eventualelor contaminari. Controlul microbiologic la zaharificare ne poate indica daca contaminarea cu bacterii provine din aceasta faza a procesului tehnologic.

Pregatirea drojdiei pentru fermentare

Fermentarea plamezilor dulci din materii prime amidonoase se realizeaza cu ajutorul drojdiilor, care datorita complexului enzimatic continut, transforma zaharul din plamada in alcool etilic si dioxid de carbon.

Drojdiile utilizate trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa aiba o putere alcooligena ridicata, sa se poata acomoda la plamezile acide din cereale si cartofi, sa declanseze rapid fermentatia, sa formeze o cantitate redusa de spuma la fermentare si sa produca o cantitate cat mai mica de hidrogen sulfurat si alte substante de gust si aroma nedorite.

Drojdiile utilizate la fermentarea plamezilor din industria alcoolului se pot folosi sub forma de:

drojdii lichide (cultivate in fabrica);

drojdii uscate;

drojdii comprimate (drojdia de panificatie).

Puterea alcooligena si toleranta la alcool a unor preparate de drojdii comerciale sunt prezentate in tabelul 16.

Tabelul 16

Puterea alcooligena si toleranta la alcool a unor preparate de

drojdii comerciale

Din tabel se observa ca drojdiile lichide si drojdia comprimata au o putere alcooligena mai scazuta decat majoritatea drojdiilor uscate, astfel incat costurile ceva mai ridicate a drojdiilor uscate se compenseaza in scurt timp prin randamentele ridicate in alcool (11÷12% vol.).

Pentru realizarea de randamente superioare s-a impus obtinerea de mutanti prin utilizarea de agenti chimici. Aceste tulpini contin ADN modificat mitocondrial si este inhibata productia de enzime necesare pentru metabolismul aerob.

Sub aspectul capacitatii de fermentare, drojdia pentru alcool trebuie sa fermenteze cat mai complet glucidele din plamezi, intr-un timp cat mai scurt, deci cu o viteza mare, pentru ca procesul de fermentare sa fie rentabil.

Cultura de productie se obtine pe plamezi speciale pentru drojdie, preparate din materii prime amidonoase de calitate, prelucrate hidrotermic si zaharificate. Plamezile speciale, in vederea crearii unor conditii de dezvoltare selectiva numai a drojdiilor de cultura, se acidifica prin adaos de acid sulfuric sau prin acidulare biologica prin fermentatie lactica.

In ultimul timp au aparut o serie de preparate comerciale de drojdie uscata ce pot fi utilizate drept culturi starter la fabricarea alcoolului care prezinta anumite avantaje in utilizarea lor:

o pornire rapida a fermentatiei;

un randament optim de transformare a zaharului in alcool;

o calitate constanta a produsului obtinut.

Doza de drojdie uscata este de 10÷20 g/hl plamada, un gram de preparat continand 20÷25 x 10⁹ celule de drojdie. Preparatul uscat, dupa o scurta faza de hidratare, se introduce in plamada zaharificata in care trebuie sa se distribuie cat mai uniform, pentru ca fermentatia sa porneasca in intreaga masa de plamada.

Cercetarile efectuate in industria alcoolului au condus la utilizarea drojdiilor imobilizate, realizandu-se o crestere cu 20÷25% a productiei de alcool. Imobilizarea celulelor de drojdie se face prin inglobarea lor in geluri de diferite naturi, care reprezinta materiale inerte in raport cu produsele din mediu. Se intrebuinteaza pentru imobilizari:

k-carageenan;

alginat de aluminiu;

alginat de calciu;

polimeri sintetici;

parasilicati.

La pregatirea plamezii de drojdie deosebim doua procedee principale:

procedeul clasic;

procedeul simplificat cu acid sulfuric.

Procedeul clasic. Acest procedeu se caracterizeaza prin scoaterea unei portiuni din plamada dulce (5÷10%) si pregatirea ei in mod special pentru cultivarea drojdiei prin acidulare si adaos de substante nutritive.

Pregatirea plamezii de drojdie cuprinde trei faze principale:

prepararea plamezii speciale;

acidularea plamezii speciale;

prefermentarea.

Portiunea de plamada dulce (5-10%), adusa din plamada zaharificata se filtreaza si se adauga 4÷6% malt verde sub forma de lapte de slad, in cazul cartofilor, si circa 10% la prelucrarea porumbului, pentru imbogatirea ei in substante nutritive. Se zaharifica apoi plamada timp de 60 minute la 60÷62⁰C si se raceste rapid la temperatura de insamantare cu drojdii de 28÷30⁰C. Plamada astfel obtinuta are o concentratie de 20÷22 ⁰Bllg. Acidularea plamezii speciale se poate face cu acizi organici sau anorganici. Caracteristic pentru procedeul clasic este acidularea prin fermentatie lactica a plamezii speciale timp de 20÷24 ore la temperatura de 50÷55⁰C prin insamantare cu Bacillus Delbrücki. Prin acidulare trebuie sa se ajunga in plamada la o aciditate de 1,8÷2⁰D. Dupa acidulare plamada speciala se raceste repede la temperatura de 28÷30⁰C, la care se face insamantarea cu drojdii.

La prefermentare, plamada speciala acidulata si racita se insamanteaza apoi cu o cultura pura de laborator (circa 5 litri), obtinuta prin multiplicarea drojdiei in conditii sterile pe must de malt sau chiar pe melasa. In timpul prefermentarii drojdia se multiplica de circa 7 ori, formandu-se 7÷8% alcool vol., astfel incat gradul Balling al plamezii speciale scade de la valoarea initiala de 20⁰Bllg la 5÷6⁰Bllg. Durata prefermentarii este de 20÷24 ore.

Procedeul simplificat cu acid sulfuric Dupa acest procedeu pregatirea plamezii de drojdie se face astfel: o portiune mica (4÷5%) din plamada principala se insamanteaza cu o cultura pura de drojdie obtinuta in laborator, se aciduleaza cu acid sulfuric pana la pH 3,5 si se prefermenteaza timp de 20÷24 ore la temperatura de 26÷28⁰C. Plamada de drojdie astfel obtinuta, cu un extract de 6÷8⁰Bllg serveste apoi pentru insamantarea plamezii dulci racita la 30⁰C.

5. Fermentarea plamezilor din materii prime amidonoase

Fermentarea reprezinta una din operatiile tehnologice cele mai importante de la fabricarea alcoolului in care se pot reflecta atat neajunsurile produse anterior la fierbere si zaharificare cat si deficientele care pot sa apara in timpul acestei operatii.

Principalele cerinte care se impun la fermentare sunt urmatoarele:

sa se lucreze cu o drojdie viguroasa la temperaturi optime de fermentare;

sa se realizeze un grad de fermentare corespunzator intr-un timp cat mai scurt posibil;

plamada sa fie ferita de contaminari cu microorganisme straine.

Fermentarea plamezilor din cereale si cartofi este de durata mai indelungata de circa 72 ore, datorita zaharificarii secundare a dextrinelor limita si comporta trei faze care se intrepatrund:

- faza initiala 20 ore

- faza principala 18 ore

- faza finala 34 ore

Total 72 ore

Faza initiala care dureaza 18÷20 ore, se caracterizeaza in special prin multiplicarea drojdiei si prin fermentarea a circa 40% din maltoza. Prin folosirea unor culturi pure de drojdie viguroasa, fermentatia maltozei se instaleaza rapid, astfel incat se modifica deja in faza initiala echilibrul stabilit la zaharificare intre maltoza si dextrine.

Faza principala care dureaza 18÷20 ore, se caracterizeaza prin fermentatia intensa a maltozei, cu formare de alcool, dioxid de carbon si caldura. Datorita cresterii concentratiei alcoolice a plamezii peste 5%, inceteaza practic in aceasta faza multiplicarea drojdiei. In timpul fermentarii creste temperatura plamezii si este necesara racirea linurilor de fermentare, astfel incat temperatura de fermentare sa nu depaseasca 34⁰C. Faza principala dureaza atat timp cat in substrat se afla maltoza.

Faza finala a fermentatiei incepe dupa ce s-a terminat maltoza din plamada si se caracterizeaza indeosebi prin zaharificarea secundara a dextrinelor limita sub actiunea amilazelor ramase in plamada si fermentarea maltozei rezultate. Intrucat procesul de zaharificare secundara a dextrinelor decurge lent, faza finala de fermentare are durata cea mai lunga de 32÷34 ore. In aceasta faza temperatura optima a plamezii este de 27⁰C. Fermentatia se considera terminata cand extractul aparent al plamezii, determinat cu ajutorul zaharometrului Balling nu se mai modifica in ultimele 4 ore de fermentare.

La sfarsitul fermentatiei plamada se poate trimite direct la distilare sau intr-un rezervor tampon, iar linul de fermentare se spala si se dezinfecteaza, acordandu-se o atentie deosebita evacuarii dioxidului de carbon.

In scopul cresterii productivitatii linurilor de fermentare sau a prelucrarii unor materii prime care se degradeaza rapid, se poate scurta durata de fermentare de la 72 ore la 48 ore sau chiar 36 ore, prin urmatoarele masuri tehnologice:

folosirea preparatelor enzimatice microbiene, care prin hidroliza mai avansata a amidonului, conduc la scurtarea fazei finale de fermentatie;

conducerea fermentatiei la temperaturi mai ridicate de 35÷36⁰C cu asigurarea unor masuri speciale pentru evitarea contaminarilor cu microorganisme straine;

utilizarea unei cantitati mai mari de plamada de drojdie de 10÷15% din cantitatea totala de plamada;

folosirea de borhot lichid recirculat (max. 60%) la obtinerea plamezii prin care se declanseaza mai rapid fermentatia, scurtandu-se faza initiala pana la 2÷3 ore.

In scopul desfasurarii normale a procesului de fermentatie se controleaza:

temperatura plamezii;

concentratia in extract a plamezii;

pH-ul plamezii;

puritatea microbiologica a fermentatiei. La sfarsitul procesului de fermentare se determina concentratia alcoolica a plamezii fermentate, prin distilare, aceasta variind intre 6÷12% vol. alcool.

Fermentarea plamezilor din cereale si cartofi are loc in vase speciale, denumite linuri de fermentare, prevazute cu serpentine de racire si conducte de captare a dioxidului de carbon. Linurile de fermentare pot avea forma cilindrica (verticala sau orizontala) sau paralelipipedica (caseta).

Fig.13. Linuri de fermentare a plamezii zaharificate

In figura 13 sunt prezentate in sectiune linurile cilindrice verticale si cele paralelipipedice. In general, inzestrarea linurilor paralelipipedice si a celor cilindrice este identica, cu deosebirea ca linurile cilindrice au uneori in plus si instalatie de racire exterioara.

Linul 1 este prevazut cu conducta de incarcare cu plamada zaharificata 2, capacul superior de vizitare 3, capacul inferior de vizitare 4, conducta de evacuare a dioxidului de carbon 5, conducta de abur 6, supapa hidraulica de suprapresiune si vid 7, tija pentru fixarea termometrului 8, instalatia de racire interioara 9, racordul de apa rece 10 pentru alimentarea serpentinei de racire, racordul 11 pentru iesirea apei de racire din serpentine si conducta 12 de evacuare a plamezii fermentate.

In majoritatea cazurilor cand linurile se amplaseaza intr-o constructie existenta se alege forma paralelipipedica, aceasta forma permitand utilizarea economica a spatiului de productie.

Volumul linurilor metalice care se construiesc este corelat cu capacitatea de productie a fabricii.

Racirea linurilor se realizeaza prin stropirea in exterior a peretilor in cazul linurilor cilindrice verticale si de capacitate mica sau prin serpentine care se monteaza in interiorul linurilor de fermentare de mare capacitate.

Sistemul de racire este alcatuit din serpentine de cupru cu diametrul de 30÷40 mm. Acestea se monteaza sub forma unei spirale in linurile cilindrice sau a unor registre in linurile paralelipipedice. Suprafata de racire necesara este de 0,3÷0,4 m² pentru 1 m³ de plamada in fermentare.

Pierderile in alcool prin antrenare cu dioxid de carbon sunt in medie de 0,7% putand sa ajunga pana la 1,4 % din alcoolul produs in linul de fermentare.

Pentru recuperarea alcoolului antrenat se folosesc spalatoare speciale de dioxid de carbon, cu talere sau umplutura, care functioneaza pe principiul coloanelor de distilare.

Fermentarea normala a plamezilor de cereale sau cartofi se caracterizeaza prin degajarea regulata si uniforma, in bule mari, a dioxidului de carbon in timpul fazei principale a fermentarii. Prin spargerea bulelor de dioxid de carbon se formeaza unde la suprafata plamezii. Acest gen de fermentatie este numit fermentatie ondulata. Spre deosebire de fermentatia ondulata caracteristica fabricilor care manifesta permanent grija pentru desfasurarea in bune conditii a procesului tehnologic, se cunosc trei genuri de fermentatie anormala, si anume:

fermentarea cu coborarea si ridicarea plamezii;

fermentarea cu formare de spuma;

fermentarea cu formarea unei paturi groase de coji.

Fermentarea cu coborarea si ridicarea plamezii este caracteristica plamezilor de cereale si cartofi cu vascozitate mare. In aceste plamezi bulele de dioxid de carbon nu se pot ridica la suprafata, din cauza vascozitatii mari, ele se aduna in profunzimea plamezii intr-un volum mare de gaz care rabufneste apoi la suprafata. Pentru a evita producerea unei astfel de fermentatii, cand fabricile de alcool au si materii prime care dau plamezi vascoase, acestea trebuie prelucrate impreuna cu porumb sau cartofi de calitate.

Fermentarea cu formare de spuma se caracterizeaza prin aceea ca la suprafata plamezii in fermentare, in faza principala se produce o spuma persistenta din bule de dioxid de carbon. Bulele nu se sparg si stratul se ingroasa mereu, putand ajunge la o grosime de 1÷1,5 m, ceea ce reprezinta 40% din grosimea stratului de plamada aflata in lin. Spuma incepe sa se formeze cand temperatura in linul de fermentare este de 24÷25⁰C si cand extractul plamezii scade cu circa o treime din valoarea initiala. Cauzele acestui tip de fermentare sunt legate de drojdia si de materiile prime folosite in procesul tehnologic. Masura indicata pentru combaterea spumei consta in folosirea de antispumanti, cum sunt acizii grasi, uleiul de floarea-soarelui, etc. Pentru evitarea formarii spumei in timpul fermentatiei sunt eficiente urmatoarele masuri:

cartofii timpurii sau soiurile care spumeaza la fermentare sa se fiarba mai mult timp;

cartofii sa se plamadeasca la o temperatura mai ridicata pentru a se obtine o plamada fluida;

sa se prelucreze in amestec mai multe varietati de cartofi;

sa se prelucreze, desi prezinta inconveniente, cartofii in amestec cu porumb;

sa se schimbe cultura de drojdie pentru insamantare.

Fermentarea cu formarea unei paturi groase de coji. Cand se prelucreaza cereale care au bobul cu coaja groasa sau bogate in celuloza (ovaz, orz, mei), la suprafata plamezii se formeaza un strat de coji, a carui grosime poate atinge 1÷1,5 m. Pentru evitarea formarii stratului de coji este indicat ca cerealele cu procent mare de coji sa fie supuse decojirii sau prelucrarii in amestec cu alte cereale cu procent redus de coji, astfel ca procentul de coji la prelucrare sa nu depaseasca 10%.

Controlul fermentatiei. Atat in timpul desfasurarii fermentarii cat si la sfarsitul acesteia se efectueaza un control complex al plamezilor, care are drept scop asigurarea desfasurarii normale a procesului de fermentare si obtinerea in final de randamente corespunzatoare. Se controleaza temperatura, aciditatea, concentratia plamezii, puritatea microbiologica, zaharul rezidual, continutul in alcool al plamezii finale.