1

1. TEHNOLOGIA ALCOOLULUI I A DROJDIEI 2. 1.1. GENERALITI

Industria alcoolului i a drojdiei se bazeaz n principal pe activitatea fermentativ a drojdiilor, care transform glucidele fermentescibile din substrat n alcool etilic ca produs principal de fermentaie i respectiv n biomas.

Cuvntul alcool provine de la cuvntul arab al-kohol care nseamn lucru, obiect subtil i este pentru prima oar citat n Europa n secolul al XIII-lea de alchimistul italian Taddeo Aldoretti (Firenze). Adoptarea cuvntului alcohol, respectiv alcool este apoi completat de Arnoldo da Villanova n secolul al XIII-lea i intr n uzul alchimitilor n secolul al XIV-lea, prin lucrrile lui Teofrasto Paracelso cu semnificaia de finee excelent pentru a fi readus i pus n folosin curent n 1787 de ctre Lavoisier n noua sa nomenclatur chimic. n secolele XIVXVI, obinerea alcoolului devine din ce n ce mai obinuit i apar o serie de denumiri cum ar fi cele de alcool din vin sau spirito di vino, avnd semnificaia prii celei mai subtile a vinului reprezentat prin alcool. n secolul al XVIII-lea se fac primele studii privind formarea alcoolului prin fermentarea plmezilor zaharoase, sfritul acestui secol marcnd un deosebit progres al cunotinelor despre natura alcoolului, formarea i constituia sa precum i n privina controlului su analitic. Secolul al XVIII-lea marcheaz aprofundarea fenomenelor de transformare a amidonului n glucide i apoi a acestora n alcool, un rol deosebit avnd vestitul chimist Lavoisier. Studiile efectuate de Fabroni, Thenard, Appert, Gay-Lussac, Cagniari de Latour, Schwan, Turpin, Liebig i de celebrul Pasteur, n secolul al XIX-lea, cu privire la fermentaia alcoolic, au condus la obinerea alcoolului pe scar industrial din diferite materii prime. Tot n secolul al XIX-lea se produce pentru prima oar alcoolul pe cale sintetic sau prin compunerea elementelor obinute din substane minerale. n prezent se produc cantiti mari de alcool att pe cale natural ct i pe cale sintetic.

Alcoolul etilic se produce n prezent pe plan mondial, n cea mai mare parte prin fermentarea plmezilor care conin glucide fermentescibile, cu ajutorul drojdiei. Alcoolul etilic obinut pe cale biotehnologic mai poart denumirea de bioalcool, deosebindu-se astfel de alcoolul etilic de sintez. Alcoolul etilic rafinat are multiple utilizri n diferite industrii. n industria alimentar este folosit pentru fabricarea buturilor alcoolice i a oetului, n industria chimic pentru obinerea cauciucului sintetic i ca dizolvant, n industria farmaceutic pentru prepararea anumitor substane (eter, cloroform, .a.), iar n medicin ca dezinfectant.

Alcoolul absolut, la concentraia de 99,8% vol., se utilizeaz n rile lipsite de zcminte petrolifere, drept carburant, n amestec de 2030% cu benzina creia i mrete totodat i cifra octanic. Cel mai ambiios program privind folosirea alcoolului n scopuri energetice l are Brazilia care, sub denumirea de PROALCOOL, urmrete a nlocui 1521% din cantitatea de benzin cu alcool obinut din trestie de zahr. n Japonia s-a elaborat programul RAPAD (Research Association for Petroleum Alternatives Developements) care urmrete realizarea de etanol i aceton-butanol-etanol prin procedee biotehnologice, folosind ca materie prim celuloza. n Frana programul Carburol urmrete realizarea alcoolului etilic din sfecl i a butanolului din paie. Noua Zeeland a efectuat studii pentru obinerea etanolului din lactoserum. n noiunea de drojdii s-a inclus att drojdia comprimat, folosit n industria panificaiei drept afntor biologic, ct i drojdia furajer, care este utilizat pe scar larg pentru completarea deficitului de proteine pe plan mondial pentru hrana animalelor.

1.2. MATERII PRIME UTILIZATE LA FABRICAREA ALCOOLULUI I A DROJDIEI n funcie de natura substanelor utile pe care le conin, materiile prime folosite la fabricarea alcoolului i a drojdiei se pot clasifica astfel: 1. Materii prime amidonoase: cereale: porumb, secar, gru, orz, ovz, orez, sorg, etc; cartofi; rdcini i tuberculi de plante tropicale: rdcini de manioc, tuberculi de batate, etc. 2. Materii prime zaharoase: sfecla i trestia de zahr; melasa din sfecl i trestie de zahr; struguri, fructe, tescovine dulci, etc. 3. Materii prime celulozice: deeuri din lemn de brad, molid, fag, etc.; leii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei. 4. Materii prime care conin inulin i lichenin: tuberculi de topinambur; rdcini de cicoare; muchi de Islanda. Materiile prime prezentate nu epuizeaz totalitatea materiilor prime posibile a fi folosite la fabricarea alcoolului i drojdiei, se fac cercetri pentru descoperirea de noi surse de materii prime din care s se poat obine n condiii economice alcool i drojdie. n continuare se prezint numai materiile prime utilizate n fabricile de alcool i drojdie din ara noastr.

id9979390 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com

2

Cele mai utilizate materii prime sunt melasa, cerealele i cartofii. 1.2.1. Melasa

Prin melas se nelege ultimul reziduu care rmne de la fabricarea zahrului, n urma cristalizrii repetate a zaharozei i din care nu se mai poate obine economic zahr prin cristalizare.

n timpul primului rzboi mondial, ca urmare a faptului c cerealele nu mai erau n cantiti suficiente, la fabricarea drojdiei plmezile amidonoase zaharificate au fost nlocuite cu melas, care avea un pre mai convenabil i era mai uor de depozitat dect cerealele.

n prezent, n S.U.A., Europa, Australia ca i la noi n ar, melasa este principala materie prim folosit la fabricarea drojdiei de panificaie i n condiii dirijate, 4 g melas (aproximativ 2 g zaharoz) pot contribui la obinerea unui gram de drojdie de panificaie.

Caracteristici fizico-chimice. Din punct de vedere fizic, melasa se prezint ca un lichid vscos, avnd o culoare brun-neagr, cu miros plcut de cafea proaspt prjit i un gust dulce-amrui. Reacia melasei este, de regul, uor alcalin. Compoziia chimic a melasei variaz n funcie de materia prim folosit la fabricarea zahrului (sfecl sau trestie de zahr) i de procesul tehnologic aplicat n fabricile de zahr. Melasa din sfecl de zahr are avantajul c favorizeaz obinerea unui produs de culoare mai deschis, n schimb conine betain ce nu este asimilat de ctre drojdie i astfel prin deversarea apelor reziduale crete consumul biochimic de oxigen. De asemenea poate fi deficitar n biotin, vitamin necesar creterii drojdiilor.

Melasa din trestie de zahr este bogat n biotin, n schimb biomasa de drojdie obinut are o culoare mai nchis, nct sunt necesare operaii suplimentare de splare. Pentru a asigura un mediu optim de cretere, se pot folosi melase cupajate n care se adaug fosfai, surse de azot, factori de cretere; totui, la noi n ar se prefer utilizarea melasei din sfecl de zahr la fabricarea drojdiei de panificaie, melasa din trestie de zahr fiind folosit la fabricarea alcoolului. Compoziia chimic a melasei obinut la fabricarea zahrului din sfecl de zahr este prezentat n tabelul 2 (Stoicescu, A., 1999). Concentraia n substan uscat a melasei se exprim n practic n grade Balling (Bllg) sau Brix (Bx), care reprezint procente masice de substan uscat dizolvat. Glucidele din melasa de sfecl de zahr sunt reprezentate n cea mai mare parte din zaharoz, alturi de care se mai gsesc cantiti mici de rafinoz i zahr invertit. Un procent mai ridicat de 1% denot contaminarea melasei cu microorganisme care produc invertirea zaharozei. Nezahrul melasei cuprinde att substane organice (substane azotoase i neazotoase) ct i sruri minerale. Substanele azotoase sunt reprezentate n special prin produse de descompunere a proteinelor i n mai mic msur prin proteine macromoleculare. Dintre acestea n cantitatea cea mai mare se gsete betaina, care poate s ajung pn la circa 5% fa de melas. Dintre aminoacizi n cantitatea cea mai mare se afl acidul glutamic. Cantitatea de substane azotoase, exprimate sub form de azot total variaz ntre 1,2 i 2,4%, din care azotul asimilabil reprezint 0,40,6%, cantitate care este insuficient pentru nutriia drojdiei. Din aceast cauz, att la fabricarea alcoolului ct i a drojdiei este absolut necesar adugarea de sruri de azot sub form de sulfat de amoniu, fosfat de amoniu, ap amoniacal, uree, .a. Substanele neazotoase cuprind: pectine, hemiceluloze i produsele lor de hidroliz (arabinoz i galactoz) i sruri ale acizilor organici. Dintre vitamine s-au gsit n melasa din sfecl de zahr, tiamina, piridoxina i acidul pantotenic. Coninutul melasei n vitamine prezint o mare importan la fabricarea alcoolului i mai ales a drojdiei. Srurile minerale se afl n proporie de 68% fa de melas i sunt reprezentate de sruri de K, Na, Ca i Mg ale acizilor carbonic, sulfuric, fosforic, .a. Coninutul n fosfor al melasei este foarte sczut, de aceea n procesul de fabricaie se procedeaz la corectarea coninutului n fosfor al melasei prin adaos de superfosfat sau fosfat de amoniu. Melasa conine cantiti suficiente de Ca, n timp ce coninutul ei n magneziu este sczut, n special atunci cnd se trateaz zemurile pentru purificare cu schimbtori de ioni. Deficitul de magneziu al melasei se corecteaz prin adaos de sulfat de magneziu. n melas se mai gsete i dioxid de sulf ce provine din procesul tehnologic de obinere a zahrului, fiind folosit pentru decolorarea zemurilor de difuziune, ct i nitrii formai prin reducere din nitrai. Prezena SO2 i nitriilor este nedorit deoarece inhib activitatea drojdiilor. Din acest motiv coninutul melaselor n SO2 nu trebuie s depeasc 0,008% (Hopulele, T., 1980). Un loc aparte n compoziia melasei l ocup coloizii de natur proteic, pectic, melanoidinic, care mpiedic funcionarea normal a celulei de drojdie i produc o spum abundent, nedorit, n linurile de fermentare. Din aceast cauz este necesar limpezirea melasei. Melasa mai conine substane colorante, care se compun din melanoidine, melanine, caramel, ct i suspensii formate prin coagularea coloizilor i precipitarea unor sruri anorganice i organice.

Compoziia i calitatea melasei difer de la fabric la fabric i chiar n cadrul aceleai campanii, n raport cu: - calitatea sfeclei de zahr; - natura solului pe care a fost cultivat sfecla de zahr; - cantitatea i calitatea ngrmintelor aplicate solului;

3

- factorii meteorologici i climatici; - procesul tehnologic de extracie a zahrului; - condiiile de depozitare a melasei. Calitatea melasei, ca materie prim este deosebit de important la multiplicarea drojdiei de panificaie. Industrial, se prefer numai utilizarea melasei din sfecl de zahr, care este mai puin contaminat comparativ cu melasa din trestie de zahr. n afar de substanele valoroase, melasa poate s conin i substane cu efect inhibitor asupra activitii fiziologice a drojdiilor, formate n procesul de obinere a melasei. Dintre acestea fac parte : - imidodisulfonatul de potasiu, care n cantiti mai mari de 5%, inhib activitatea drojdiilor. Rezult din

nitrii i sulfii care ajung n melas prin activitatea unor bacterii; - nitriii prezeni n melas n concentraie mai mare de 0,02%, inhib multiplicarea drojdiilor; - acidul acetic, acidul butiric, n concentraii mai mari de 0,11%, inhib multiplicarea drojdiilor (Dan, V.,

1999). Dintre aceste substane cea mai mare influen o exercit nitriii rezultai n urma reducerii nitrailor din melas, sub aciunea bacteriilor denitrificatoare. Acestea pot folosi nitraii ca acceptori de hidrogen, n locul oxigenului, n procesul de respiraie. Astfel, se produce reducerea nitrailor pn la azot sau amoniac. Bacteriile denitrificatoare conin enzime induse, ca nitrat-reductaza i nitritreductaza, care realizeaz denitrificarea. La prezena n mediu a nitratului i oxigenului molecular, denitrificatorii produc respiraia oxigenat a nitriilor i doar la deficit de O2, ele trec la denitrificare. Aciunea duntoare a nitriilor const n modificarea morfologiei celulelor, ntrzierea respiraiei, inhibarea nmulirii i activitii fermentative a celulelor de drojdie. Cea mai mare sensibilitate a fost semnalat n faza logaritmic de multiplicare a drojdiilor. La un coninut n mediu de numai 0,0005% este inhibat nmugurirea normal a drojdiilor. Coninutul n nitrii de 0,0004% reduce nmulirea drojdiilor de cultur cu 50%, iar n cantitate de 0,02%, inhib aproape n totalitate creterea i nmulirea celulelor, iar o parte din drojdii mor, n primul rnd mugurii. Dac concentraia nitriilor n mediu se micoreaz de la 0,0037 la 0,001 % n cursul nmulirii drojdiilor, randamentul drojdiei se mbuntete cu 810%, iar de la concentraii de 0,009 la 0,002% cu 1721% (Notkima, 1975). Rezistena drojdiei de panificaie este dependent i de gradul de contaminare al melasei. Melasa are o ncrcare microbian ridicat i se consider o melas bun aceea care conine pn la 2103 celule/g; cea de calitate inferioar are peste 3104 celule/g. n mod curent, decadal, se efectueaz analiza fizico-chimic i microbiologic la melasa existent n stoc i care urmeaz a fi utilizat n producie. Analizele microbiologice constau n : - determinarea numrului total de bacterii aerobe, mezofile, mediu bulion de carne gelozat, termostatare 48

ore (350), n UFC/g melas; - determinarea numrului de drojdii i mucegaiuri, mediu must de mal agar cu pH = 3,5 ajustat la

repartizare, termostatare 3 zile la 250C, n UFC/g melas; - test calitativ de evideniere a bacteriilor din genul Leuconostoc, specia Leuconostoc mesenteroides prin

cultivare din diluii decimale n mediu mbogit cu 15% zahr; - determinarea numrului de drojdii (osmofile) n mediu cu must de mal i 10% zahr, termostatare 3 zile la

250C, n UFC/g melas; - examen microscopic al coloniilor caracteristice n scopul identificrii.

1.2.2. Cerealele Compoziia chimic a cerealelor variaz n funcie de soi, condiiile pedoclimatice i agrotehnica aplicat. n tabelul 5 se prezint compoziia chimic medie a principalelor cereale folosite la fabricarea alcoolului. Porumbul reprezint o cereal de baz folosit n economia rii noastre att n alimentaie, ca furaj ct i n industrie. ara de origine a porumbului este Mexicul, la noi n ar a fost introdus n a doua jumtate a secolului al XVII-lea. n prezent suprafaa cultivat de porumb ocup locul doi dup gru, dar din punct de vedre al recoltei obinute, el se situeaz pe primul loc, avnd o producie mai mare la hectar. Se cunoate un numr mare de soiuri de porumb, acestea deosebindu-se ntre ele dup caracteristici botanice i economice. Dup timpul de vegetaie se disting soiuri tardive i precoce cu producie mare i mai mic, cu forme i mrimi diferite ale boabelor, cu boabe diferit colorate, cu structur finoas, semisticloas sau sticloas. Pentru fabricarea alcoolului se prefer porumbul cu boabe finoase (specia Zea mays dentiformis), care se caracterizeaz printr-un coninut ridicat n amidon i mai sczut n substane proteice. Prile componente ale bobului de porumb sunt endospermul sau miezul finos, nveliul i germenele (embrionul). Proporia medie a prilor componente se prezint astfel: 8185% endosperm, 511% nveli i 814% embrion. Coninutul n amidon al porumbului reprezint cca. 70% din substana uscat a bobului. Datorit coninutului ridicat n lipide, care sunt localizate n special n embrion, plmezile din porumb fermenteaz linitit aproape fr spum, ceea ce permite utilizarea la maximum a capacitilor de fermentare, iar borhotul rezultat de la distilare are o valoare furajer ridicat.

4

Secara este o cereal care din punct de vedere a gradului de utilizare ocup n ara noastr locul doi dup gru, dar sunt ns ri, cum sunt cele din nordul Europei, n care secara ocup locul nti. Planta de secar face parte din familia gramineelor, cu tulpin nalt i frunze subiri avnd lungimea de 1320 cm. Inflorescena este un spic cu fecundaie alogam, iar fructul, o cariops. Secara este o cereal puin pretenioas la sol i climat. Bobul de secar are unele trsturi comune ce cele ale grului, are ns bobul mai alungit dect acesta. Bobul de secar se caracterizeaz prin: culoarea nveliului verde, galben i uneori cenuie. Din punct de vedere al legturii straturilor secara prezint unele deosebiri fa de gru: nveliul secarei are o concretere mai avansat cu aleuronul i corpul finos. Suprafaa exterioar a bobului de secar privit cu lupa apare cu striuri transversale fine, iar nuleul ventral este mai puin evident dect la gru. De asemenea i periorii sunt mai puin dezvoltai. nveliul bobului de secar est mai gros i mai elastic , de aceea secara se macin greu i rezult mai mult tr. Grul este folosit n principal la fabricarea finii de diferite tipuri, a crupelor sub form de gri i arpaca, a expandatelor i aplatizatelor de tipul pufarinului i a fulgilor, a pastelor finoase, glucozei i alcoolului.

Grul a fost cultivat mai nti n Asia cu 50006000 ani .d.H., n Egipt cu 4000 ani .d.H., n Europa cu 50006000 ani .d.H. n America s-a introdus n cultur n 1528, n S.U.A. din 1602 i n Canada din 1812. n Romnia se cultiv din anii 35005500 .d.H. Cel mai rspndit soi cultivat n ara noastr este Triticum vulgan (pine, amidon, glucoz, etc.), urmat n procent mai redus de Triticum durum, pentru paste finoase i expandate.

Principalele pri componente ale bobului de gru sunt: endospermul, nveliul i embrionul. Endospermul este format din dou pri: corpul finos i stratul aeluronic. Stratul aleuronic nfoar miezul finos cu ntrerupere pe poriunea unde se afl germenele. Endospermul reprezint 7882% din bobul ntreg. Coninutul de nveli al grului reprezint circa 68%. La mcini nveliul face corp comun cu stratul aleuronic care reprezint i el 68% i se elimin sub form de tr, n procent de 1522%. Embrionul sau germenele este situat lateral, la partea inferioar a bobului fiind protejat numai de nveliul exterior al acestuia. Embrionul reprezint ntre 23% din total. La mcini germenele se separ odat cu tra sau se extrage n mod separat. Proporia prilor componente ale bobului de gru ca de altfel i ale celorlalte cereale, constituie elemente principale, att pentru tehnologia de prelucrare a cerealelor ct i pentru aportul pe care l aduce fiecare din aceste pri la valoarea alimentar a produselor finite. Orzul este o cereal din familia Graminaceae, rspndit n toat Europa. Se folosete n alimentaia omului ca finuri i arpaca i a animalelor ca furaj, precum i n scopuri industriale la fabricarea amidonului, alcoolului, dextrinei, glucozei, berii, precum i pentru prepararea unor finuri i produse n amestec cu fina de gru, orez, secar i porumb. Bobul de orz poate fi mbrcat sau gola, de culoare galben aurie, galben deschis, galben rocat sau cenuiu. Structura endospermului poate fi total sau parial sticloas. n medie prile componente ale orzului sunt: 76,5% endosperm, 13% pleav, 7,5% aleuron i 3% embrion. Ovzul este o plant anual din familia gramineelor cu fructul fusiform, mbrcat n palee, cu un an pe faa inferioar, acoperit pe toat suprafaa cu periori scuri i fini. Prile componente ale ovzului cuprind urmtoarele proporii medii: 25% pleav, 34% nveli, 1,4% stratul aleuronic, 3% embrion, 54% endosperm.

n afar de industria alcoolului, ovzul este folosit la fabricarea crupelor sub form granular, sau fulgi i mai rar la fabricarea unor sorturi de fin care mpreun cu fina de gru, secar sau orz intr n compoziia unor sortimente de panificaie. Produsele de ovz sunt destinate n special copiilor, vrstnicilor i n unele cazuri intr n dieta unor persoane suferinde.

1.2.3. Cartofii Originar din America de Sud, cartoful (Solanum tuberosum) este o plant erbacee anual, care se cultiv

bine n zonele cu clim temperat i soluri nisipoase. n Romnia se produc urmtoarele soiuri timpurii: Ostora, Sitema, Jaerla, Cobler, Carpatin; semitimpurii: Urgenta, Bintje, Braoveanu, Glbaba; semitrzii: Desire, Colina, Mgura; trzii: Merkur, Ora, Eba i Uran.

n ara noastr se folosete la fabricarea alcoolului excedentul de cartofi industriali rezultai din regiunile mai importante de cultivare (judeele Suceava, Covasna, Harghita, .a.). Pentru industrializare se prefer soiurile tardive de cartofi, cu o perioad mai lung de vegetaie, de circa 130 zile, care acumuleaz o cantitate mai mare de amidon i au o rezisten mai bun la depozitare. Pentru fabricarea alcoolului intereseaz n primul rnd coninutul n amidon, care variaz ntre 14 i 22%. La recepia cerealelor i cartofilor se determin coninutul n amidon prin metoda polarimetric (Ewers), n cazul cerealelor, i cu ajutorul balanelor de amidon, n cazul cartofilor (Reimann, Parow, Eckert) (Eckert, 1987; Goslich, 1984). n locul coninutului n amidon se folosete n prezent termenul de substan fermentescibil, care rezult prin hidroliza total a materiei prime cu enzime adecvate i determinarea glucozei formate prin metoda enzimatic (Senn, 1988).

3. MATERII AUXILIARE I UTILITI FOLOSITE LA FABRICAREA ALCOOLULUI I A DROJDIEI

5

Principalele materii auxiliare care intervin n procesul tehnologic de fabricare a alcoolului i drojdiei sunt: malul verde, preparatele enzimatice microbiene, substanele nutritive, acidul sulfuric, factorii de cretere, antispumanii, substanele antiseptice i dezinfectante. Dintre principalele utiliti se pot meniona apa i aerul tehnologic.

2.1. MATERII AUXILIARE 2.1.1. Malul verde

Malul verde este folosit n tehnologia alcoolului din materii prime amidonoase ca agent de zaharificare, datorit enzimelor amilolitice acumulate n timpul germinrii. Fabricarea malului verde pentru alcool este mai simpl n comparaie cu producerea malului pentru bere, deoarece n acest caz intereseaz n principal obinerea unei activiti amilazice ct mai ridicate. Procesul tehnologic de obinere a malului verde este asemntor cu malul pentru bere, dar durata de germinare este mai mare.

Se folosete pentru coninutul su n enzime amilolitice, enzime de lichefiere i zaharificare a plmezilor. Din punct de vedere al calitii, malul verde se apreciaz dup: - aspectul exterior; - activitatea - amilazic (uniti SKB care reprezint grame de amidon solubil, dextrinizat de ctre 1 g mal

verde, timp de 60 minute, la 200C, n prezena unui exces de - amilaz); - activitatea -amilazic (uniti Windisch-Kolbach 0WK), care reprezint grame de maltoz rezultat prin

aciunea extractului provenit din 100 g mal verde asupra unei soluii de amidon solubil 2%, n timp de 30 minute, la 200C i la pH = 7,4.

Dozarea raional a malului verde la zaharificarea plmezilor din materii prime amidonoase trebuie s se fac n funcie de capacitatea sa amilolitic ntruct de obicei acioneaz ca factor limitativ activitatea -amilazei, aceasta este cea care se ia n calcul la stabilirea cantitii necesare de mal verde. Astfel, n funcie de activitatea -amilazic a malului verde se poate calcula cantitatea necesar cu ajutorul formulei lui Pieper:

Mv = 100ACa

, n care:

Mv cantitatea de mal verde necesar pentru 100 kg materie prim amidonoas, n kg; Ca cifra de amilaz, constant specific pentru fiecare tip de materie prim ( de exemplu, Ca = 1054 pentru porumb i Ca = 1001 pentru gru); A coninutul n amidon al materiei prime , n %; activitatea -amilazic a malului verde n SKB. Plecnd de la aceast formul, Pieper a ntocmit tabele care indic cantitile optime de mal verde pentru diferite materii prime amidonoase, n funcie de coninutul de amidon i de activitatea -amilazic. Exemplu de calcul. Pentru un porumb cu 60% amidon i un mal verde cu activitatea -amilazic de 50 uniti SKB, cantitatea de mal verde necesar va fi:

Mv = 50100601054

= 12,6 kg/100kg porumb

Mrunirea malului verde. nainte de utilizarea sa la zaharificare, malul verde trebuie s fie ct mai bine mrunit, astfel nct enzimele s fie trecute integral n soluie i s poat aciona ct mai repede asupra amidonului n cadrul operaiei de zaharificare. Mrunirea malului se poate efectua n dou moduri: - n stare uscat cu ajutorul zdrobitoarelor cu valuri i a mainilor de tocat cu cuite; - n stare umed cu ajutorul morilor centrifugale sau a morilor cu ciocane, cnd se adaug ap la mcinare.

Mcinarea uscat este un procedeu mai vechi, care nu se mai practic n prezent n fabricile de alcool datorit manoperei ridicate i faptului c n timpul mcinrii produsul se nclzete, favorizndu-se dezvoltarea microorganismelor aderente. Aceste dezavantaje se elimin prin mrunirea umed a malului prin care se realizeaz, n afar de operaia de mrunire propriu-zis i trecerea enzimelor n soluie.

Pentru mcinarea a 100 kg mal verde sunt necesare 250-300 l ap. Pentru a se evita contaminarea cu microorganisme n cursul zaharificrii datorit ncrcturii microbiologice a malului verde, laptele de slad obinut se poate dezinfecta prin adaos de soluie de formalin 10% n cantitate de circa 3 litri la 1000 l lapte de slad cu cel puin 30 minute nainte de utilizare. Aldehida formic este eficient numai n primele ore de fermentare, deoarece n continuare este oxidat pn la acid formic sau redus pn la metanol.

2.1.2. Preparatele enzimatice microbiene nsuirea anumitor mucegaiuri i bacterii de a produce n cursul dezvoltrii lor, ca de altfel i cerealele

care germineaz, enzime amilolitice este de mult timp cunoscut n rile din Asia, n special Japonia i China. Astfel pentru prepararea buturii sake din orez se folosete un amestec de mucegaiuri productoare de enzime.

Primul procedeu de zaharificare a porumbului pentru obinerea alcoolului, care s-a bazat pe folosirea enzimelor microbiene, procedeul Amylo, a aprut la sfritul secolului trecut n Frana, servindu-se de o cultur pur din mucegai Amylomyces rouxii, ca agent de zaharificare n locul malului. La scurt timp, japonezul

6

Takamin a obinut pe un mediu cu tre de gru prin cultivarea mucegaiului Aspergillus oryzae, a unui preparat enzimatic brut, din care, prin extracie cu ap i precipitare cu etanol, a rezultat un preparat enzimatic brut cu activitatea amilazic ridicat denumit takadiastaz.

Aceste rezultate au reprezentat nceputul fabricrii enzimelor tehnice din microorganisme. Odat cu apariia procedeelor submerse de cultivare a mucegaiurilor i bacteriilor dup 1945 s-a creat posibilitatea de a se obine enzime microbiene la scar industrial mare.

Preparatele enzimatice de origine microbian care trebuie s conin enzimele de degradare a amidonului la glucide fermentescibile, se pot utiliza n urmtoarele scopuri: - pentru lichefierea prealabil a materiilor prime n vederea zaharificrii; - pentru nlocuirea parial a malului; - pentru nlocuirea total a malului.

n comparaie cu malul verde, ele prezint urmtoarele avantaje: - activitate enzimatic standardizat, care se modific puin la depozitare; - sunt mai srace n microorganisme duntoare; - se obin randamente mai ridicate n alcool deoarece pot hidroliza i alte poliglucide; - sunt necesare spaii mai reduse de depozitare i transport; - se economisesc cheltuieli legate de producerea i mrunirea malului verde.

Pentru obinerea de preparate enzimatice se folosesc microorganisme din genul Bacillus cu speciile Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus sthearothermophillus, care produc -amilaze termorezistente, active chiar la 901000C, astfel fermentaia este protejat i sunt inactivate microorganismele contaminante. Mucegaiurile selecionate pot produce -amilaze i glucoamilaze folosite pentru zaharificarea plmezilor amidonoase sub form de preparate brute. Se folosesc mucegaiuri din genul Aspergillus cu speciile Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus awamori, Aspergillus usamii. Poate produce glucoamilaze i drojdia Saccharomycopsis fibuligera (Endomycopsis fibuliger).

Preparatele enzimatice brute se adaug n proporie de circa 10% n plmada ce urmeaz a fi zaharificat, care trebuie rcit la temperatura de 600C. La aceast temperatur se menine o pauz de zaharificare de o or dup care se rcete plmada la 25300C i se nsmneaz cu drojdie.

Creterea de randament n alcool care se obine prin folosirea preparatelor enzimatice microbiene se datoreaz faptului c acestea hidrolizeaz pn la glucide fermentescibile, substane care n mod normal la zaharificare cu mal nu sufer transformri. Exist chiar anumite materii prime ( exemplu, fina de manioc) la care numai prin folosirea de preparate enzimatice microbiene se poate asigura o bun zaharificare i randamente optime n alcool.

Este ns necesar ca la utilizarea lor s se in seama de condiiile optime de aciune (pH, temperatur) n funcie de tipul de enzime pe care le conin, astfel nct potenialul lor enzimatic s fie folosit integral. Exist mai multe firme care comercializeaz n prezent preparate enzimatice de origine microbian cu utilizare n industria alcoolului: NOVO-NORDINSK (Danemarca), AMB-MANCHESTER (Marea Britanie), SOLVAY-HANOVRA (Germania). Fiecare produs comercializat este nsoit de o fi tehnic n care sunt prezentate caracteristicile principale, domeniul de activitate enzimatic, doza de folosire i condiiile de depozitare i pstrare. n afar de preparatele enzimatice amilolitice prezentate, se mai pot folosi, n funcie de materiile prime prelucrate, i alte preparate enzimatice: proteaze, -glucanaze, pentozanaze, .a.

2.1.3. Substane nutritive i factori de cretere Att la fabricarea alcoolului ct i a drojdiilor este necesar adugarea de substane nutritive care conin

azot, fosfor, magneziu, .a., ct i factori de cretere pentru a compensa deficitul substratului n aceste substane necesare n cantiti bine determinate pentru nutriia drojdiei. Sulfatul de amoniu, (NH4)2SO4, se utilizeaz ca surs de azot asimilabil. Este o pulbere alb-glbuie, cristalin, solubil n ap, care se prepar industrial prin tratarea acidului sulfuric cu amoniac gazos. Coninutul de azot variaz ntre 2021%.

Fosfatul diamoniacal tehnic (ngrmntul complex), se utilizeaz ca surs de fosfor i azot asimilabil n procesul de multilplicare a drojdiei. Este un amestec de mono i diamonofosfai, (NH4)H2PO4 i (NH4)2HPO4, cu un coninut foarte ridicat de fosfor (54% P2O5) i de azot (21% N2). Este solubil n ap (42 g/100 ml la 250C, 47,5 g/100 ml la 500C i 51,5 g/100 ml la 700C). Este insolubil n alcool etilic. Soluia apoas 1% are pH-ul = 4,7, iar soluia saturat are pH-ul = 3,1. Produsul trebuie s conin minimum 95 % substan pur, max. 3 mg As/kg, max. 10 mg Pb/kg i max. 20 mg/kg alte metale grele.

Sulfatul de magneziu (MgSO4 7H2O), se utilizeaz ca surs de magneziu la multiplicarea drojdiei. Produsul pulbere trebuie s conin 16,3% MgO i s nu conin arsen mai mult de 0,0005%.

Amoniacul se comercializeaz sub form de soluie de amoniac de sintez dizolvat n ap, cu o concentraie minim de 25%. Se utilizeaz ca surs de azot i pentru corectarea pH-ului. Amoniacul se adaug, de regul, sub form de ap amoniacal obinut prin diluarea amoniacului cu ap n raport de 1:5.

Superfosfatul de calciu se obine prin tratarea finii de oase cu acid sulfuric i este un amestec format din 3 moli de fosfat monocalcic i 7 moli sulfat de calciu. Este o surs de fosfor ce conine 1618% P2O5. Coninutul n arsen trebuie s fie de maximum 0,006%.

7

Ureea este o sare solubil n ap ce conine circa 46% azot din s.u., utilizndu-se sub form de soluie prin diluare cu ap n cantitate de 1012 litri la 1 kg de substan.

Acidul ortofosforic (H3PO4) se utilizeaz ca surs de fosfor i pentru reglarea pH-ului plmezilor. n industria drojdiei de panificaie se utilizeaz H3PO4 tehnic, care s conin minimum 73% H3PO4 i maximum 0,0001% As.

Clorura de potasiu (KCl) se folosete pentru corectarea plmezilor de melas n potasiu. Trebuie s conin minimum 5760% KCl pur.

Factorii de cretere. Pentru multiplicare, drojdiile sunt dependente de prezena n mediul de cultur a unor substane numite factori de cretere. Biotina intervine n multe din reaciile metabolismului glucidelor i azotului i n biosinteza proteic (n carboxilarea acidului piruvic, n sinteza acizilor nucleici, n formarea bazelor purinice i pirimidinice) i n sinteza acizilor grai. Celula de drojdie nu este capabil s sintetizeze biotina, dar prezena ei n mediu este necondiionat legat de o producie rentabil. Cerina drojdiei n biotin scade parial la prezena n mediu a aminoacizilor dicarboxilici (acid aspartic i acid glutamic). Eficacitatea aminoacizilor se mrete n condiii de aerare intens. De exemplu, dac la aerarea slab a mediului, care conine aminoacizi dicarboxilici, la 100 g drojdie sunt necesare 200 g biotin, atunci n condiii de aerare intens sunt suficiente 50 g. n melas biotina se gsete n cantitate de aproximativ 80 g/kg. Acizii grai, saturai si nesaturai cu lan de 16 si 18 atomi de C i esterii lor etilici adugai mpreun cu acidul aspartic sunt capabili s nlocuiasc biotina n creterea drojdiilor de panificaie n condiii aerobe. Acidul pantotenic influeneaz metabolismul drojdiilor att n condiii aerobe ct i anaerobe. El particip n transferul gruprii acyl, ca un component al coenzimei A, n metabolismul glucidelor i al acizilor grai. Vitamina B3 este unul din cei mai importani stimulatori ai creterii i activitii fermentative a drojdiilor. Ea se gsete n melas n cantiti suficiente (50 ppm). Inositolul stimuleaz creterea drojdiilor, deficitul n inositol producnd o slbire a metabolismului glucozei att n condiii aerobe ct i anaerobe. Inositolul, n special ataat de lipide, acioneaz ca un component structural. Activitatea fosfofructokinazei este afectat de deficitul n inositol (Ghosh si Bhattacharyya, 1967). Tiamina catalizeaz decarboxilarea acizilor -cetonici, ca acidul piruvic, acidul -cetoglutaric, are un rol fundamental n metabolismul aerob al glucidelor. Derivatul tiaminei, tiamino-pirofosfatul este cofactor pentru multe enzime, care catalizeaz procesele de decarboxilare: piruvatdecarboxilaza, piruvat-dehidrogenaza. Celula de drojdie este capabil s sintetizeze tiamina n prezena ATP i ionilor de magneziu, totui adaosul de tiamin n mediu stimuleaz suplimentar creterea culturii. Tiamina este termostabil rezistnd la sterilizarea mediului. Piridoxina particip la decarboxilarea, dezaminarea i transaminarea aminoacizilor absorbii, iar acidul paraaminobenzoic la fixarea polipeptidelor. Riboflavina este sintetizat de ctre toate drojdiile. Derivaii riboflavinei, cum ar fi flavinadenindinucleotidul (FAD), flavinmono-nucleotidul(FMN) i alii, sunt cofactorii multor oxidoreductaze i joac un rol important n reaciile de oxidoreducere. Riboflavina este termostabil. Atunci cnd celulele de drojdie de panificaie sunt transferate din condiii anaerobe de cultur n condiii aerobe, n timpul propagrii industriale, coninutul de riboflavin crete, iar creterea este maxim n faza de cretere semiaerob.

Produse biostimulatoare. Extractul de porumb. Extractul de porumb obinut prin concentrarea apelor de nmuiere ale porumbului i obinerea de amidon poate fi o surs de microelemente i vitamine din grupul B. Compoziia sa este prezentat n tabelul 9. n extract se afl aminoacizi cu rol de biostimulatori i vitamine, dintre care biotina este prezent n cantiti apreciabile (150200 mg/100 g). Extractul de porumb folosit la fabricarea drojdiei de panificaie cu un consum de 60 kg/t melas, poate crete productivitatea cu 46%, n schimb prezint inconvenientul c este un produs deficitar i este folosit preponderent n industria antibioticelor. Se constat de asemenea c proteinele din extract pot lega biotina ntr-o form inaccesibil pentru celula de drojdie.

Extractul apos din radicele de mal. Prin obinerea de extracte 1:10 i pstrare 2 ore la 500C i filtrare, filtratul poate conine 1,9% glucide/s.u. i 2,3% azot solubil/s.u. Prin concentrare la 50% substan uscat se poate conserva. Radicelele de mal conin vitamine din grupul B, vitamina E, provitaminele A i D, biotin i aminoacizi cu rol biostimulativ

Germeni de cereale (gru i porumb). Germenii de cereale sunt subproduse rezultate din procesul de mcinare, n proporie de pn la 10% din greutatea cerealelor supuse prelucrrii.

Germenii de cereale conin pe lng lipide, protide, numeroase substane care ndeplinesc rolul de factori de cretere pentru drojdii (vitamine i aminoacizi), i conin n cenu, microelemente cu rol de activatori ai enzimelor celulare participante la metabolismul fermentativ/oxidativ al drojdiei (tabelul 11).

Germenii de gru sunt utilizai i ca surs de vitamin E. Valorificarea principal a germenilor de porumb o constituie extragerea uleiului care are un coninut ridicat de acid linoleic i, prin aceasta, proprieti dietetice.

Germenii de porumb se caracterizeaz i prin coninut deosebit de valoros n substane minerale, cu rol de biostimulatori (tabelul 12).

8

2.1.4. Acidul sulfuric Acidul sulfuric se utilizeaz pentru corectarea Ph-ului mediilor de cultur. Are o concentraie de circa

9698% substan pur. Se folosete acid sulfuric obinut prin procedeul de contact care conine o cantitate redus de arsen de max. 10 mg/kg. ntruct la diluarea acidului sulfuric se dezvolt o cantitate mare de cldur este interzis s se toarne ap n acid, ci n mod treptat acid n ap, sub agitare.

2.1.5. Substanele antispumante La fabricarea alcoolului i n special a drojdiei de panificaie i furajere se formeaz cantiti mari de

spum datorit coloizilor din melas care se dispun la suprafaa bulelor de aer care barboteaz n mediu, stabiliznd spuma format. Cu ct melasa este mai bogat n substane coloidale i deci insuficient limpezit cu att cantitatea de spum format este mai mare.

Substanele antispumante se utilizeaz pentru mpiedicarea formrii spumei sau pentru distrugerea spumei deja formate. Ca antispumani se utilizeaz acidul oleic, uleiul siliconic, octadecanolul, polipropilenglicolul, hidrocarburi parafinice, .a.

Substanele antispumante folosite trebuie s fie inofensive pentru drojdie sau chiar asimilabile, s nu produc murdrirea utilajelor i conductelor tehnologice i s nu influeneze negativ asupra aspectului exterior, gustului i mirosului drojdiei de panificaie.

2.1.6. Substanele antiseptice i dezinfectante Att la fabricarea alcoolului ct i a drojdiei sunt folosite o serie de substane cu aciune antiseptic sau dezinfectant. Substanele antiseptice se folosesc pentru combaterea microorganismelor de contaminare n cursul fermentaiei plmezilor, n doze bine stabilite, la care s nu fie influenat negativ activitatea fermentativ a drojdiei. Dintre antisepticii mai des utilizai sunt acidul sulfuric, formalina i pentaclorfenolatul de sodiu. Prin adugare de acid sulfuric n plmezile de drojdie se creeaz o aciditate ridicat care inhib dezvoltarea bacteriilor de contaminare, n timp ce activitatea drojdiei este puin influenat. Prin tratarea laptelui de drojdie cu acid sulfuric pn la un pH sczut de 2,02,4 se realizeaz, de asemenea, o purificare a drojdiei n vederea nsmnrii. Formalina se folosete ca antiseptic n special la fermentarea plmezilor din cereale i cartofi, fiind utilizat n doze de 0,0150,02% fa de plmad. Pentaclorfenolatul de sodiu se utilizeaz ca antiseptic la fermentarea plmezilor de melas n cantiti de 6090 g/tona de melas, sub forma unei soluii alcoolice cu concentraia de 1217% substan pur. Prin adaos de pentaclorfenolat de sodiu se pot fermenta plmezile din melas fr sterilizare termic. Nu se recomand folosirea acestui antiseptic atunci cnd din borhotul obinut de la fabricarea alcoolului din melas urmeaz s se produc drojdie furajer, deoarece antisepticul se acumuleaz n drojdie i este duntor pentru animale i psri. Substanele dezinfectante cele mai des utilizate pentru combaterea microflorei de contaminare la fabricarea alcoolului i a drojdiei sunt: formalina, clorura de var, laptele de var, soda caustic i soda calcinat. Formalina se folosete ca dezinfectant n soluii cu concentraia de 35% aldehid formic i chiar pn la 10% pentru dezinfectarea conductelor i utilajelor tehnologice. Fiind o substan volatil, se sporete eficiena ei prin introducere de abur n urma tratamentului cu formalin. Clorura de var se folosete sub form de suspensie n ap cu concentraia de 1-3%, cu care se stropete suprafeele utilajelor i ncperilor tehnologice. Celelalte substane se folosesc n concentraii asemntoare de 1,55%.

2.1.7. Alte materii auxiliare Substane chimice utilizate pentru creterea perioadei de pstrare a calitii drojdiei:

Acid lactic concentrat (90%), obinut prin sintez industrial. n industria alimentar se folosete ca agent de acidifiere la obinerea sucurilor, esenelor i produselor de patiserie, la conservarea crnii, petelui, legumelor i a mslinelor verzi, pentru corectarea pH-ului plmezilor n tehnologii fermentative.

Acidul ascorbic, agent reductor utilizat n panificaie, pentru mbuntirea elasticitii i rezistenei aluatului n condiiile folosirii finurilor slabe. Se mai folosete ca antioxidant la obinerea conservelor din fructe i legume, sucurilor i nectarurilor de fructe, n doze variate care ajung pn la 1000 mg/kg produs conservat.

Acid acetic concentrat (96%), obinut prin distilarea lemnului, precum i prin sintez din acetilen, prin intermediul aldehidei acetice. Industria alimentar consum mari cantiti de acid acetic, drept conservant i condiment, doza maxim admis fiind de 40 g/kg conserve (conservarea legumelor, fabricarea dressingurilor pentru salate, a sosurilor, maionezelor, semiconservelor de pete de tip marinate, a salamurilor uscate cu aciditate mai mare).

Acidul formic. Adaosul unei cantiti mici de acid formic i formiat de sodiu conduce la accelerarea respiraiei aerobe i fermentaiei anaerobe a drojdiei de panificaie, de bere. Se mai utilizeaz ca antiseptic pentru conservarea sucurilor de fructe, fiind permis n concentraii de 0,25%, pentru

9

conservarea icrelor de pete n concentraii de 1000 mg/kg i pentru dezinfecia recipienilor n industria vinului.

Apa oxigenat se folosete ca dezinfectant (soluie 3% n ap). n concentraie de 30% n ap poart denumirea de perhidrol.

Benzoatul de sodiu se utilizeaz drept conservant la fabricarea maionezei, margarinei, conservelor de legume i fructe n doze pn la 1000 mg/kg. Produsul pentru uz alimentar trebuie s conin minimum 99,5% C7H5NaO2.

Bisulfitul de sodiu, utilizat n industria alimentar la fabricarea cartofilor prjii congelai (50 mg/kg), a sucurilor concentrate de fructe (500 mg/kg).

Clorura de amoniu Clorura de magneziu Iodatul de potasiu se folosete n industria panificaiei ca agent de oxidare (0,0075 pri n greutate

KIO3 la 100 pri n greutate fin). Este solubil n ap i insolubil n alcool (Banu, C. et al., 1985). 2.2. UTILITI

2.2.1. Apa Este folosit n cantiti mari att ca ap tehnologic pentru diluarea melasei i a acidului sulfuric, dizolvarea substanelor nutritive i splarea biomasei de drojdie, splarea utilajelor, ct i ca ap de rcire a linurilor de fermentare i multiplicare a drojdiilor.

Apa tehnologic trebuie s ndeplineasc condiiile unei ape potabile. Apa folosit n operaii fr transfer de cldur, ndeosebi la splri, fr tratare cu dezinfectani trebuie s aib un grad de puritate microbiologic ridicat. Coninutul mare de sruri din ap influeneaz negativ nmulirea drojdiei.

n industria alcoolului, concentraia impuritilor din ap i proprietile lor influeneaz decisiv procesul tehnologic al producerii alcoolului. Clasificarea apei din punct de vedere al compatibilitii sale cu producerea alcoolului este dat n tabelul 13. Apa folosit la fabricarea drojdiei de panificaie nu trebuie s conin amoniac, hidrogen sulfurat, coninutul n oxid de calciu i oxid de magneziu nu trebuie s depeasc 180200 mg/l, iar coninutul n substane organice s fie sub 4050 mg/l. Apa este supus i unui control microbiologic pentru stabilirea coninutului n germeni duntori fermentaiei: bacterii lactice, drojdii slbatice, bacterii coliforme, .a. n tabelul 14 sunt prezentai indicatorii de calitate ai apei pentru obinerea drojdiei de panificaie. n ceea ce privete apa de rcire, care ocup o pondere foarte mare n consumul de ap n fabricile de alcool i drojdie, aceasta nu trebuie s ndeplineasc condiiile apei potabile. Se cere ns s aib o temperatur i o duritate ct mai sczute. Cu ct temperatura apei de rcire este mai sczut cu att este necesar un consum mai mic de ap. Apa cu duritate mare depune piatr pe suprafeele de schimb de cldur micornd astfel coeficientul de transfer de cldur, ceea ce necesit mrirea debitului de ap.

2.2.2. Aerul tehnologic n fabricile de alcool i drojdie aerul este folosit n primul rnd pentru asigurarea necesarului de oxigen al drojdiei n cursul fermentrii plmezilor din melas sau a multiplicrii drojdiei de panificaie sau a drojdiei furajere. Aerul comprimat mai este utilizat pentru aerarea grmezilor n cursul germinrii orzului pentru alcool i pentru transportul pneumatic al porumbului, orzului i a acidului sulfuric. Pentru obinerea aerului comprimat se folosesc compresoare, suflante de aer, turbosuflante. Ele trebuie s fie dimensionate nct s poat acoperi necesarul de aer n orele de vrf de consum. Aerul este aspirat din zone cu aer mai curat i trecut mai nti printr-un filtru grosier, dup care este sterilizat prin trecerea printr-un filtru cu vat i ulei bactericid. n cazurile n care nu se poate purifica ntreaga cantitate de aer, este necesar ca cel puin aerul folosit n secia de culturi pure s fie steril.

3. TEHNOLOGIA FABRICRII ALCOOLULUI DIN MELAS Obinerea plmezilor fermentate din melas cuprinde trei etape principale: - pregtirea melasei pentru fermentare; - pregtirea drojdiei pentru fermentare; - fermentarea plmezii principale.

Recepia melasei const n verificarea greutii melasei nscrise n actul de transport de ctre fabrica de zahr furnizoare.

Prin recepia calitativ se urmrete asigurarea aprovizionrii fabricii cu melas de bun calitate. Principalele analize la care este supus melasa la recepie sunt urmtoarele: aspectul, mirosul, consistena, culoarea, pH, coninutul de substan uscat, densitatea, coninutul de zahr total i zahr invertit, aciditatea volatil, nitriii i numrul de microorganisme dintr-un gram de melas.

Pentru reglementarea modului de plat al melasei s-a stabilit un nivel de referin al coninutului de zahr. Astfel, preul unei tone de melas este fixat pentru un coninut de referin de 50% zaharoz.

Depozitarea melasei se realizeaz n rezervoare metalice de capacitate cuprins ntre 5002000 tone. Pentru a mri fluiditatea melasei se utilizeaz abur, att pentru descrcarea din cisterne, ct i pentru alimentarea fabricii cu melas din rezervoarele de depozitare. Din jumtate n jumtate de metru, pe toat nlimea, rezervorul de depozitare este prevzut cu robinete pentru luarea probelor de melas, probe care se preleveaz decadal.

10

n timpul depozitrii, n masa de melas pot avea loc fenomene de degradare, datorit unor procese chimice i biochimice. Intensitatea cu care se produc aceste procese depinde, pe de o parte, de gradul de contaminare microbian i de compoziia melasei, iar pe de alt parte de condiiile de depozitare.

n cazul depozitrii ndelungate a melasei, datorit proceselor biochimice care au loc, apar urmtoarele fenomene: - scderea coninutului n substan uscat i a cantitii de zahr din melas; - creterea aciditii i a cantitii de zahr invertit.

Aceste fenomene sunt inerente, chiar i n cazul melaselor normale, care la o depozitare n condiii corespunztoare, dup o perioad de trei luni, pierd circa 0,5% din masa iniial. Pentru prevenirea pierderilor anormale, n timpul pstrrii melasei, trebuie s se respecte urmtoarele condiii de depozitare: - n rezervorul de depozitare trebuie s se introduc numai melas de calitate corespunztoare; - melasa trebuie s fie depozitat n rezervoare nchise, curate i dezinfectate; - trebuie s se evite diluarea melasei cu ap provenit din precipitaii, deoarece la o concentraie sczut n

substan uscat (sub 700Bx) ncep fenomenele de fermentaie; - n timpul lunilor cu temperatur ridicat trebuie s se urmreasc temperatura n rezervor, astfel nct

aceasta s nu depeasc 400C; - laboratorul fabricii trebuie s efectueze decadal controlul temperaturii, controlul fizico-chimic i lunar

controlul microbiologic al melasei. Depozitarea melasei. Melasa se depoziteaz n rezervoare metalice de capacitate cuprins ntre

5002000 tone. n figura 2 este redat schema unei instalaii de descrcare i depozitare a melasei. Melasa din cisterna 1

este nclzit cu abur direct prin conducta de abur 2. Cnd melasa a devenit suficient de fluid, se deschide ventilul de pe racordul de golire 3. Prin conducta 5, melasa ajunge n rezervorul de descrcare 6, care este amplasat sub nivelul solului.

Pompa 7, care poate fi cu roi dinate sau cu piston, absoarbe melasa din rezervorul 6 i, prin conducta 8, o refuleaz pe la partea superioar, n rezervorul de depozitare 9. Melasa este scoas din rezervorul de depozitare prin conducta 10 i, cu aceeai pomp 7 este recirculat sau prin racordul 11 este pompat n rezervorul din fabric.

n timp de iarn, cnd vscozitatea melasei este mare, pentru a uura scurgerea acesteia din rezervorul de depozitare se nclzete cu abur indirect, prin serpentina 12, montat n dreptul orificiului de golire. Rezervorul de descrcare are capacitatea de 3540 m3, pentru a asigura golirea complet a dou cisterne de melas.

La nceputul campaniei, nainte de introducerea melasei, rezervorul trebuie splat i dezinfectat. n tot timpul depozitrii melasei, capacul 13 de la partea superioar a rezervorului trebuie s fie nchis, pentru a nu permite ptrunderea apei din precipitaii n melas. Pentru msurarea volumului de melas, rezervorul de depozitare este prevzut cu o rigl gradat 14, montat vertical n exterior. Pe aceasta gliseaz un cursor indicator 15, care este pus n legtur printr-un cablu multifilar cu plutitorul 16. Rigla gradat este marcat n centimetri, ncepnd de la partea superioar spre baza rezervorului. Cnd rezervorul de depozitare este plin, cursorul 15 se gsete la baza rezervorului. Din jumtate n jumtate de metru, pe toat nlimea, rezervorul de depozitare este prevzut cu robinete pentru luarea probelor de melas.

3.1. PREGTIREA MELASEI N VEDEREA FERMENTAIEI Pregtirea melasei n vederea fermentaiei cuprinde urmtoarele operaii necesare pentru transformarea melasei ntr-un mediu fermentescibil de ctre drojdie: - diluarea; - neutralizarea i acidularea; - adugarea substanelor nutritive; - limpezirea melasei. Schematic instalaia de pregtire a melasei pentru fermentaie se prezint ca n figura 3.

Din rezervorul de depozitare exterior, melasa este pompat n rezervorul tampon 1, amplasat la nivelul cel mai de sus al seciei. Melasa trece n continuare prin curgere liber n rezervorul 2 montat pe cntarul 3 pentru stabilirea cantitii de melas prelucrat. De aici se separ melasa pentru prefermentare, care este diluat, acidulat, corijat cu substane nutritive i limpezit n vasele 4 i 5 i melasa pentru fermentare care este diluat n vasele 6 i 7 i apoi trece direct la fermentare fr alte operaii pregtitoare.

\3.1.1. Diluarea melasei Melasa ca atare este foarte vscoas i are un coninut ridicat de zahr. n aceste condiii, drojdiile nu

pot transforma zahrul n alcool i dioxid de carbon. Pentru a realiza concentraia optim de zahr pentru drojdii i pentru a mri fluiditatea melasei, aceasta se dilueaz cu ap potabil.

De obicei, n fabricile de alcool de melas se lucreaz cu dou plmezi: - plmada pentru prefermentare de 12160Bllg; - plmada pentru fermentare de 30340Bllg.

11

n practic, melasa pentru prefermentare i pentru fermentare se dilueaz mai nti la circa 600Bllg n vasele 4 i respectiv 6 prevzute cu un racord pentru apa de diluare i cu un barbotor 8 prin care se introduce aer comprimat pentru omogenizare sau abur pentru sterilizare.

nainte de melas se introduce n vase ap n cantitatea necesar pentru a se ajunge la 600Bllg i apoi se introduce melasa sub aerare pentru o amestecare ct mai bun cu ap.

n vasul 4 destinat melasei pentru prefermentare se face n continuare acidularea melasei cu acid sulfuric, adugarea de substane nutritive, dup care melasa este trecut n vasul 5, diluat n continuare pn la 12160Bllg i limpezit.

Melasa pentru fermentare de 600Bllg din vasul 6 trece n vasul 7 unde se face n continuare diluarea cu ap pn la 30340Bllg, limpezire i apoi trece la fermentare.

n practica industrial, gradul de diluare al melasei se determin cu ajutorul zaharometrului Balling. Diluarea melasei de 600Bllg pn la concentraiile necesare pentru prefermentare i fermentare se poate

face i cu ajutorul unor eprubete de diluare montate pe conductele de melas, formate dintr-o eav cu diafragme n care intr pe la un capt melasa i lateral apa i eventual substanele nutritive. Prin reglarea debitului de alimentare cu melas i ap se poate realiza concentraia dorit a melasei diluate, iar prin dispunerea excentric a orificiilor diafragmelor se asigur o omogenizare cu ap.

3.1.2. Neutralizarea i acidularea melasei Datorit reaciei uor alcaline a melasei este necesar neutralizarea i acidularea acesteia pn la pH-ul de fermentaie de 4,55, uneori chiar la un pH mai sczut. Aceast operaie se execut n practic prin adugare de acid sulfuric, realizndu-se astfel: - un pH optim pentru activitatea drojdiilor; - acidul sulfuric n exces contribuie la limpezirea melasei, determinnd depunerea suspensiilor fine; - acidul sulfuric are rol de antiseptic, drojdiile fiind rezistente la pH-uri sczute, la care alte microorganisme

nu rezist; - acidul sulfuric descompune nitriii i sulfiii care sunt substane inhibitoare pentru drojdii.

Consumul de acid sulfuric total pentru neutralizare i acidulare este de 27 litri acid sulfuric concentrat pe tona de melas. Prin folosirea de antiseptici la fermentare se poate reduce cantitatea de acid sulfuric care este corosiv i se manipuleaz greu.

3.1.3. Adugarea substanelor nutritive Pentru compensarea deficitului de azot asimilabil al melasei se pot folosi sulfatul de amoniu, ngrmntul complex, amoniac sau uree, care se adaug n proporie de circa 0,1% azot fa de melas. Necesarul de fosfor se poate asigura prin adaos de superfosfat de calciu sau ngrmnt complex n doz de circa 0,2% P2O5 fa de melas. n unele cazuri se adaug i Mg sub form de sulfat de magneziu n proporie de 0,20,8% MgSO4 fa de melas. Substanele nutritive se adaug sub agitare ca soluie limpede obinut prin dizolvare sau sedimentare, numai n melasa pentru prefermentare din vasul 4, calculndu-se ns fa de ntreaga cantitate de melas utilizat n procesul tehnologic.

3.1.4. Limpezirea i sterilizarea melasei Melasa acidulat i mbogit n substane nutritive este supus n continuare operaiei de limpezire, prin depunerea coloizilor care au fost adui la punctul izoelectric i precipitai prin adugarea acidului sulfuric. Astfel, ionii de hidrogen ai acidului sulfuric neutralizeaz sarcinile pozitive ale coloizilor favoriznd procesul de limpezire. Limpezirea cu acizi a melasei se poate realiza prin dou procedee: - procedeul la rece; - procedeul la cald.

Procedeul de limpezire la rece se folosete pentru melasele cu compoziie normal i decurge astfel: melasa acidulat i corectat cu substane nutritive, diluat la 12160Bllg n vasul 5, este lsat s se limpezeasc prin sedimentarea suspensiilor i coloizilor precipitai timp de 1220 ore la rece, decantndu-se melasa limpede de deasupra, care este trecut la prefermentare.

Limpezirea la cald a melasei este cea mai rspndit metod de limpezire, ntruct se realizeaz concomitent i un efect de pasteurizare a melasei ct i ndeprtarea unor substane duntoare drojdiei.

n acest scop, melasa diluat din vasul 5 se nclzete pn la fierbere prin barbotare de abur, dup care este lsat s se limpezeasc timp de 812 ore la temperaturi de 70900C. Pentru limpezirea melasei se mai pot folosi procedeele de cleire prin adugare de bentonit, .a.

Melasele puternic contaminate se sterilizeaz timp de o or prin fierbere cu un adaos mai mare de acid sulfuric i sub agitare. Pentru oxidarea nitriilor i sulfiilor se poate aduga i clorur de var n cantitate de 0,60,9 clor activ/tona de melas.

Pentru limpezirea melasei se pot utiliza i separatoare centrifugale, realizndu-se o productivitatea mult mai mare, spaiu redus, fiind uor de deservit. Ele ns nu pot nlocui metoda de limpezire n mediu acid la cald, mai ales n cazul melaselor defecte.

12

Cantitatea de sediment rezultat dup limpezirea melaselor normale este de 0,30,5%. Limpezirea melasei pentru pregtirea drojdiei i prefermentare este absolut necesar, deoarece suspensiile fine se depun pe membrana celulei de drojdie mpiedicnd ptrunderea zahrului i a celorlalte substane nutritive n celul, unde are loc fermentaia.

3.2. PREGTIREA DROJDIILOR PENTRU FERMENTAREA PLMEZILOR DIN MELAS La fabricarea alcoolului din diferite materii prime, principalul obiectiv urmrit este obinerea de

randamente superioare n alcool. Printre factorii de care depinde calitatea alcoolului i randamentul n alcool, alturi de calitatea materiei prime, alegerea i respectarea celui mai adecvat proces tehnologic, un rol deosebit l are drojdia utilizat la fermentarea plmezilor. Pentru fermentare n condiii industriale se utilizeaz tulpini din speciile Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsbergensis, Schizosaccharomyces pombe i Kluyveromyces sp. Criteriile de caracterizare i selecionare a drojdiilor pentru fabricarea alcoolului sunt: - capacitatea de fermentare; - viteza de fermentare; - tolerana la alcool; - osmotolerana; - capacitatea de formare a produilor secundari de fermentaie; - rezistena fa de conservani; - rezistena fa de produsele elaborate de microbiota de contaminare. Pentru realizarea de randamente superioare s-a impus obinerea de mutani prin utilizarea de ageni chimici. Aceste tulpini conin ADN modificat mitocondrial i este inhibat producia de enzime necesare pentru metabolismul aerob.

n industria alcoolului, ca i n industria berii, se lucreaz cu culturi pure de drojdii, obinute plecnd de la o singur celul de drojdie, care se multiplic n condiii sterile n trei faze: - faza de laborator; - faza din secia de culturi pure; - prefermentarea melasei, obinndu-se n final o cantitate suficient de plmad de drojdie necesar pentru nsmnarea plmezii principale. Activitatea fermentativ a drojdiei este influenat, n timpul multiplicrii n fabric, de urmtorii factori: - compoziia plmezii, care trebuie s asigure necesarul de substane nutritive pentru drojdie (glucide,

aminoacizi, substane minerale, vitamine); - compoziia plmezii; - temperatura. Temperatura optim este de 30350C, n practic ns fermentarea se conduce la temperaturi

mai sczute de 28300C, datorit pericolului de contaminare cu microorganisme strine; - pH-ul plmezii optim pentru activitatea drojdiei este cuprins ntre 4,5 i 5,5; - alcoolul acumulat n plmad n cantitate peste 45% ncetinete multiplicarea drojdiei, n timp ce

activitatea fermentativ a drojdiei poate avea loc pn la concentraii ridicate n alcool de 15%, sau chiar mai mult n funcie de drojdia utilizat;

- microorganismele de contaminare sunt duntoare att pentru consumul de zahr, pentru metabolismul lor propriu, determinnd astfel scderea randamentului n alcool, ct i prin produsele de metabolism toxice pentru drojdie pe care le formeaz.

3.2.1. Multiplicarea drojdiei n laborator Se urmrete obinerea n laborator a unor culturi de celule ct mai omogene, n ceea ce privete metabolismul, randamentul, viteza de nmulire, capacitatea de reproducere i calitatea produsului finit. nmulirea culturilor se efectueaz treptat, primele faze realizndu-se n laborator i n continuare, n staia de culturi pure a productorului de drojdie de panificaie. Meninerea puritii se realizeaz prin izolarea de celule individuale din culturi ce s-au comportat bine, din probe preluate din ultima faz de multiplicare. Pentru izolarea de celule se practic, n funcie de mediul nutritiv, metode cu substrat lichid (Lindner i Hansen) i metode cu substrat solid (Koch i Hansen). Dup izolare se trece la verificarea puritii culturilor izolate, vizual cu ajutorul microscopului i prin nsmnri pe suprafaa mediului nutritiv, solidificat n plci Petri. Prin controlul vizual al eprubetei, se poate observa uniformitatea creterii i prezena indicatorilor morfologici caracteristici pentru specia izolat. Prin control microscopic, n preparate umede se observ forma celulelor i absena microorganismelor de contaminare. nainte de a fi introdus n fabricaie, cultura pur de laborator se analizeaz i din punct de vedere al aspectului, a numrului de celule moarte, pentru a avea sigurana c este corespunztoare. Drojdia pur trebuie s fie sedimentat ntr-un strat compact pe fundul vasului; cnd drojdia este rspndit n masa lichidului i aglomerat n flocoane vizibile, denot faptul c mediul de cultur a fost contaminat. Celulele de drojdie moarte se identific cu ajutorul metodei de colorare cu soluie de albastru de metilen.

3.2.2. Multiplicarea drojdiei n secia de culturi pure n scopul acumulrii cantitii de drojdie necesar pentru prefermentarea i fermentarea melasei, cultura pur de laborator se multiplic n continuare n secia de culturi pure a fabricii n vase speciale de multiplicare.

13

n fabricile de alcool din melas multiplicarea drojdiei se realizeaz n dou faze. Vasul pentru faza I este de form cilindric, construit din cupru sau din oel inoxidabil i are capacitatea de 100 litri. Capacul 1 care se prinde cu uruburile 2 de corpul cilindric asului este demontabil pentru a permite curirea i splarea la interior. Pe capac se afl racordul 3 pentru introducerea de ap cald din conducta 4, sau de ap rece din conducta 5. Melasa diluat se introduce prin racordul 6, iar aerul prin racordul 7, prevzut cu un filtru de aer 8. Cultura pur de drojdie din laborator se introduce prin racordul 9 care se nchide cu un capac cu filet. Rcirea vasului se realizeaz prin serpentina exterioar 10, perforat, orificiile fiind orientate spre pereii vasului.

Apa de rcire este colectat de jgheabul 11 i eliminat la canal sau recuperat prin racordul 12. Aerul este distribuit n mediul din vas prin conducta perforat 13. Aburul pentru sterilizarea vasului sau a mediului se introduce pe la baza vasului prin racordul 14, care are legtura cu racordul 15, prin care se golete vasul. Dioxidul de carbon format n timpul fermentrii se elimin prin conducta 16, care ptrunde ntr-un vas cu ap 17. Temperatura din interiorul vasului se urmrete cu un termometru introdus n tubul 18. Nivelul plmezii din vas se urmrete prin vizorul 19. Probele de plmad se preleveaz prin robinetul 20. n raport cu capacitatea fabricii de alcool, vasele din prima faz de multiplicare pot fi n numr de dou sau trei. Vasele din faza a II-a de multiplicare sunt de construcie asemntoare, dar au o capacitate de 10 ori mai mare (1000 litri) i mai sunt prevzute cu racord pentru introducerea drojdiilor din prima faz i serpentin interioar de rcire a vasului. Numrul vaselor de multiplicare a drojdiilor din a doua faz trebuie s fie identic cu cel al vaselor din prima faz.

3.2.3. Prefermentarea plmezilor din melas Pentru obinerea unei cantiti mari de drojdie, n vederea nsmnrii plmezii principale de melas, este necesar ca drojdia s se multiplice n continuare pn ce se ajunge la o cantitate de plmad de drojdie reprezentnd 3550% din plmada principal. Deoarece n aceast ultim etap de multiplicare a drojdiei o cantitate important de zahr se transform n alcool etilic, ea poart denumirea de prefermentare. Prefermentarea plmezilor din melas se poate realiza n dou moduri: - prefermentarea discontinu; - prefermentarea continu.

Instalaia este format din dou sau trei vase metalice de form cilindric sau paralelipipedic, prevzute cu racorduri de intrare a melasei tratate, a apei de rcire, a aerului, a aburului i a plmezii de drojdie din faza precedent i cu conducte de evacuare a plmezii prefermentate i a dioxidului de carbon degajat.

nainte de folosire vasele de prefermentare se cur, se spal, se dezinfecteaz i se sterilizeaz cu abur. Dup rcirea vaselor la 30320C se aduce plmada de drojdie din faza a II-a de multiplicare staie culturi pure fabric.

Prefermentarea discontinu se realizeaz prin introducerea plmezii de melas de 120Bllg n mai multe poriuni, procesul de fermentare avnd loc sub aerare moderat pentru a stimula activitatea drojdiilor.

Se completeaz mai nti cu melas de 120Bllg circa 25% din volumul util al vasului i se face o prefermentare la 28300C pn ce extractul aparent al plmezii a ajuns la circa 70Bllg. n acest moment se adaug o nou cantitate de melas, pn ce se ajunge la 50% din volumul util al vasului, ateptnd s scad din nou extractul la 70Bllg. Se mai adaug similar o nou poriune de melas pn la 75% din capacitate i apoi pn la umplerea vasului de prefermentare.

n momentul n care extractul aparent a sczut la 70Bllg se trece din coninutul primului vas de prefermentare n cel de-al doilea vas i se continu alimentarea cu melas n mod similar n poriuni a ambelor vase pn ce s-au umplut cu plmad, iar extractul aparent a sczut la circa 70Bllg. Coninutul unuia din vase este trecut ntr-un lin de fermentare, iar plmada din cellalt prefermentator se mparte din nou n dou pri egale i se reia ciclul de prefermentare.

Prefermentarea continu se realizeaz n mod asemntor, cu deosebirea c dup introducerea plmezii de drojdie n primul vas de prefermentare, se introduce n mod continuu plmad de melas de 120Bllg, debitul fiind astfel reglat nct n timpul prefermentrii s se menin un extract aparent de 7,580Bllg i temperatura de 28300C. Cnd primul vas s-a umplut se oprete alimentarea cu plmad, se las s scad extractul la 6,570Bllg i se face egalizarea coninutului cu cel de-al doilea prefermentator.

Se continu alimentarea cu plmad a ambelor prefermentatoare, iar dup umplerea lor, plmada de drojdie din primul prefermentator este trecut ntr-un lin de fermentare, iar cea din vasul 2 se egalizeaz cu vasul 1.

Ciclul de prefermentare a unui vas este de circa 4 ore, n urma prefermentrii rezultnd o cantitate mare de plmad de drojdie ce reprezint circa 40% din plmada total. n timpul prefermentrii se urmrete concentraia plmezii, aciditatea ct i aspectul drojdiei prin control microbiologic.

3.3. FERMENTAREA PLMEZILOR DIN MELAS Fermentarea este operaia tehnologic prin care zaharoza din melas este transformat de ctre drojdii n alcool i dioxid de carbon ca produse principale. Pentru fermentarea melasei se folosesc att procedee discontinue ct i continue.

14

Fermentarea discontinu a plmezilor din melas se realizeaz n linuri de fermentare, rcite de obicei prin stropire exterioar. Melasa pentru fermentare sufer numai o diluare la 30340Bllg, fr s fie acidulat, corectat cu substane nutritive i sterilizat termic. n linul de fermentare se aduce mai nti plmada de drojdie dintr-un prefermentator peste care se adaug n mod treptat melasa diluat. n funcie de modul de alimentare cu melas deosebim, ca i la prefermentare, dou procedee de fermentare discontinu: - procedeul cu alimentare periodic; - procedeul cu alimentare continu.

3.3.1. Procedeul de fermentare cu alimentare periodic Dup ce s-a introdus cultura de drojdie din prefermentator n vasul de fermentare, melasa diluat la circa 300Bllg se adaug n trei etape. La fiecare adaos, cantitatea de melas trebuie astfel dozat, nct plmada din vas, dup omogenizare cu aer, s aib 7,580Bllg. Cnd concentraia plmezii ajunge la 66,50Bllg, se ncepe alimentarea cu o nou poriune de plmad. Dup prima i a doua alimentare se insufl aer n vasul de fermentare timp de 60 minute pentru omogenizarea plmezii. Dup ultima alimentare care se face cu 68 ore nainte de trecerea plmezii la distilare, aerul se insufl 1520 minute. Nu se depete aceast durat de aerare a plmezii, pentru a se evita pierderile de alcool prin antrenare cu aer. n funcie de calitatea melasei i a drojdiei folosite, precum i de modul cum este condus procesul tehnologic, de la ultima alimentare cnd vasul este umplut la volumul util, fermentarea are o durat de 2028 de ore. n timpul fermentrii, temperatura plmezii trebuie s fie meninut ntre 28 i 300C, folosind sistemul de rcire a vasului ori de cte ori temperatura tinde s creasc peste 300C. Cel puin o dat la 4 ore se face un control privind evoluia concentraiei (0Bllg), a temperaturii, aciditii i controlul microscopic, rezultatele trebuind s fie nscrise n registrul de fabricaie al seciei. Fermentaia melasei este terminat cnd concentraia mediului scade la 5,66,50Bllg. n acest moment, melasa fermentat din vas este trecut ntr-un vas colector, din care este apoi trecut la distilare pentru extragerea alcoolului.

3.3.2. Procedee continue de fermentare n urma cercetrilor efectuate pe plan mondial i n ara noastr, s-au pus la punct procedee continue de fermentare a plmezilor din melas. Rezolvarea problemei fermentrii continue este strns legat de combaterea contaminrilor, care se poate face prin adugare de antiseptici n doze care s fie inhibitoare pentru microorganismele de contaminare, dar suportate de drojdii. Dintre antisepticii experimentai, cele mai bune rezultate s-au obinut prin folosirea pentaclorfenolatului de sodiu n cantitii de 6090 g/tona de melas. Antisepticul se adaug sub form de soluie alcoolic cu concentraia n substana activ de 1217%, de regul n melas diluat la 600Bllg. Prin folosirea lui este posibil s se realizeze fermentaia continu a melasei fr sterilizare termic, cu condiia ca drojdia s fie adaptat n prealabil cu antisepticul. Procedeele de fermentare continu a melasei se pot mpri n dou grupe: - procedee fr reutilizarea drojdiei; - procedee cu separarea i reutilizarea drojdiei.

3.3.2.1. Procedee fr reutilizarea drojdiei Dintre procedeele de fermentare continu a melasei fr reutilizarea drojdiei se cunosc urmtoarele: - procedeul cu dou plmezi i dou concentraii diferite i anume:

la prefermentare 12160Bllg; la fermentare 30340Bllg;

- procedeul cu o plmad i o concentraie de 230Bllg; - procedeul cu dou plmezi i o singur concentraie de 230Bllg.

Procedeul cu dou plmezi i dou concentraii se caracterizeaz prin folosirea unei plmezi pentru prefermentare cu o concentraie mai sczut de 12160Bllg i a unei plmezi concentrate de melas pentru fermentare de 30340Bllg. Antisepticul se adaug n aceeai doz n ambele plmezi n timp ce acidul sulfuric i substanele nutritive se adaug numai n plmada pentru prefermentare. Aceste procedeu are avantajul c la prefermentare se poate folosi separat o melas de mai bun calitate i se asigur condiii corespunztoare pentru multiplicarea drojdiei, deoarece substanele nutritive se adaug numai n plmada pentru prefermentare.

Procedeul cu o plmad i o concentraie folosete o singur concentraie de melas de 230Bllg, att pentru prefermentare ct i pentru fermentare. Toat melasa intrat n fabricaie se dilueaz la 230Bllg, se aciduleaz cu acid sulfuric, i se adaug substanele nutritive i antiseptic i se trece apoi la prefermentare i n continuare la fermentare.

15

Folosindu-se o singur plmad se simplific mult operaiile tehnologice, astfel nct se poate face o automatizare complex a instalaiei de fermentare. Prin utilizarea la prefermentare a unei concentraii mai ridicate se obine o drojdie cu putere alcooligen ridicat. Deoarece substanele nutritive se adaug n ntreaga cantitate de melas, condiiile de multiplicare a drojdiei la prefermentare sunt mai puin favorabile dect n cazul primului procedeu. Datorit faptului c se lucreaz cu o singur plmad, nu este posibil ca la prelucrarea melaselor defecte acestea s se introduc numai la fermentare, iar la prefermentare s se utilizeze o melas normal.

Procedeul cu dou plmezi i o concentraie se bazeaz pe folosirea a dou plmezi, una pentru prefermentare i alta pentru fermentare care au aceeai concentraie de 230Bllg. Melasa se pregtete separat, adugndu-se acidul sulfuric i substanele nutritive numai n melasa pentru prefermentare, n timp ce antisepticul se dozeaz n mod egal n cele dou plmezi. Dintre cele trei procedee acesta prezint cele mai multe avantaje i anume: - drojdia se multiplic la prefermentare n condiii optime de concentraie, substane nutritive i aciditate i

numai n cantitile necesare unei bune fermentaii; - datorit concentraiei mai ridicate n alcool la prefermentare, posibilitatea contaminrii cu drojdii atipice este

practic eliminat, meninndu-se timp ndelungat sterilitatea mediului; - se pot prelucra melase defecte, care se introduc numai la fermentare.

Dezavantajul procedeului const n faptul c operaiile nu sunt att de simplificate ca n cazul procedeului cu o singur plmad.

3.3.2.2. Procedee cu separarea i reutilizarea drojdiei Din cercetrile efectuate s-a constatat c n plmezi drojdia se nmulete pn la o concentraie maxim de circa 750 milioane de celule la 1 ml, dup care multiplicarea nceteaz. Dac se introduce de la nceput n plmad acest numr de celule la 1 ml se economisete zahrul necesar multiplicrii drojdiei, rezultnd o cretere a randamentului n alcool pn la 6465 l alcool absolut/100 kg zaharoz din melas. Separarea drojdiei se face din ultimul lin de fermentare cu ajutorul unor separatoare centrifugale care concentreaz drojdia ntr-un volum reprezentnd 710% din plmada fermentat. Laptele de drojdie obinut este tratat cu acid sulfuric pentru purificare timp de 12 ore la pH 2,22,4, dup care este introdus din nou la prefermentare. Excedentul de lapte de drojdie rezultat de la separare poate fi uscat i utilizat ca drojdie furajer. Procedeele continue de fermentare a melasei prezint urmtoarele avantaje: - reducerea sensibil a duratei de fermentare (chiar pn la 12 ore); - creterea productivitii muncii; - reducerea i uniformizarea consumului de utiliti; - posibiliti de automatizare a instalaiei.

3.3.3. Controlul fermentaiei plmezilor din melas Scopul acestui control este de a supraveghea desfurarea fermentrii, de a depista unele deficiene i

cauze care le-au produs pentru a se lua msurile corespunztoare de nlturare. n timpul fermentrii se controleaz temperatura, concentraia plmezii, aciditatea, concentraia

alcoolic i zahrul reductor. La nceputul fermentaiei temperatura este de 25270C sau chiar mai ridicat, atunci cnd se urmrete scurtarea duratei de fermentare, iar temperatura maxim de fermentare este de 31320C. nclzirea plmezilor la temperaturi peste 340C este nedorit deoarece se slbete capacitatea de fermentare a drojdiei.

n practica industrial, concentraia plmezilor se determin cu ajutorul zaharometrelor Balling. n general la folosirea acestora pentru determinarea concentraiei unor lichide trebuie s se in seama de urmtoarele reguli: - zaharometrul s fie curat, fr urme de grsime; - introducerea zaharometrului n lichid s se fac cu atenie i acesta nu trebuie s ating marginile cilindrului

n care se face determinarea concentraiei; - lichidul nu trebuie s aib la suprafa spum sau bule de aer. Acestea se ndeprteaz prin turnarea de

cantiti suplimentare de lichid n cilindru, pn cnd acestea deverseaz peste margini. Caracteristic fermentaiei plmezilor din melas este aerarea, n special la prepararea drojdiei i la

prefermentare. Datorit coninutului mare n nezahr al melasei, extractul aparent al plmezilor fermentate este mult mai mare dect la plmezile din cartofi sau cereale. Astfel, pentru plmezile cu concentraia iniial de 20220Bllg, extractul aparent al plmezii fermentate este de 670Bllg, iar pentru plmezi mai concentrate poate ajunge la 890Bllg.

n plmada fermentat se mai determin concentraia alcoolic prin distilare, care depinde n special de concentraia plmezilor, ct i coninutul plmezii fermentate n zahr rezidual pentru a se vedea dac plmada este fermentat corespunztor. n cazul creterii aciditii plmezii n cursul fermentaiei peste limitele obinuite este necesar i un control microscopic, pentru evidenierea microorganismelor de contaminare.

n mod normal n plmezile fermentate proporia de microorganisme atipice n raport cu numrul de celule de drojdii nu trebuie s depeasc 5%.

Controlul microscopic se efectueaz de ctre laboratorul de microbiologie n toate fazele de fabricaie, ncepnd de la materia prim i pn la finele procesului tehnologic.

16

Rolul controlului microbiologic este de a identifica microorganismele de contaminare i sursa din care acestea provin.

3.3.4. Instalaia de fermentare

Instalaia de fermentare este compus dintr-un numr variabil de vase pentru fermentare, precum i din anexele acestora, prinztorul de spum i spltorul de dioxid de carbon.

Vasul de fermentare este utilajul tehnologic n care zaharoza din melas este transformat de ctre drojdii n alcool i dioxid de carbon. Vasul 1 de form cilindric este prevzut cu racordul 2 pentru introducerea drojdiilor de la prefermentare, racordul 3 pentru alimentarea cu melas, conducta 4 pentru introducerea apei de rcire n serpentinele interioare 5, racordul 6 pentru eliminarea apei de rcire. Aerul necesar aerrii plmezii n timpul fermentrii se introduce prin racordul 7 i conducta perforat 8. Aburul necesar pentru sterilizarea vasului se introduce prin racordul 9. Pe capacul superior, vasul este prevzut cu gura de vizitare 10, iar n partea inferioar cu gura de vizitare 11. Temperatura n timpul desfurrii procesului de fermentare se urmrete cu ajutorul termometrului introdus n tubul 12. Golirea vasului de fermentare se face prin racordul 13. Dioxidul de carbon care se formeaz n timpul fermentrii se elimin prin racordul 14. Ca materiale pentru construcia linurilor de fermentare se folosesc: tabla obinuit de oel, tabl de oel inoxidabil, tabl de aluminiu i rinile sintetice. Linurile din tabl obinuit de oel trebuie protejate prin lcuire pentru a se evita coroziunea. Oelul inoxidabil nu necesit o acoperire, se spal i se dezinfecteaz uor, astfel nct costurile suplimentare fa de oelul obinuit se acoper n scurt timp. Nici aluminiul nu necesit o acoperire, ntruct este rezistent la acizi, formnd un strat protector de oxid. Aluminiul nu suport ns soluiile alcaline i dezinfectanii pe baz de clor. Linurile de fermentare pot avea form cilindric (vertical sau orizontal) sau paralelipipedic (caset). Linurile de form paralelipipedic permit o bun utilizare a spaiului din sala de fermentare, fiind tot mai rspndite n fabricile de alcool. Capacitatea linurilor de fermentare este de 10100 m3. Pentru 1 hl alcool rafinat este necesar un volum util de lin de 12,513 hl sau total de circa 16 hl. Volumul unui lin de fermentare (V) se poate calcula cu formula:

V = n

V p15,1, n care:

Vp volumul de plmad produs n 24 ore, n m3; n numrul de linuri care se ncarc n 24 ore; 1,15 coeficient care ine seama de spaiul liber al linului.

Prinztorul de spum se intercaleaz ntre vasele de fermentare i spltorul de dioxid de carbon. Rolul acestui aparat este de a prinde i de a sparge spuma care adeseori se formeaz n timpul fermentrii melasei.

Acest aparat este format dintr-un vas cilindric 1, n capacul cruia este montat o conduct de introducere a gazului 2, care ptrunde pn la fundul vasului i una de evacuare a acestuia 3. n rezervor se afl ap 4, la suprafaa creia se introduce un strat de ulei antispumant 5.

Dioxidul de carbon mpreun cu spuma trec prin conducta 2 n stratul de ap i ulei, unde spuma este distrus, iar dioxidul de carbon separat de spum iese prin conducta 3 de unde trece la spltorul de dioxid de carbon. n cazul n care spuma este n cantitate mare i nu poate fi distrus se introduce abur n aparat prin barbotorul 6, care ajut la spargerea spumei. Aparatul mai este prevzut cu un racord de introducere a apei 7 i unul de evacuare a apei uzate 8.

Spltorul de dioxid de carbon are construcia i principiul de funcionare identice cu cele ale coloanelor de distilare. Dioxidul de carbon, care se degaj din linuri, antreneaz i alcoolul sub form de vapori.

Pentru recuperarea alcoolului, dioxidul de carbon este dirijat, prin conduct, n spltor n care circul n contracurent cu apa. Realizndu-se un contact intim ntre gaz i ap, alcoolul este antrenat (dizolvat) de ap. Apele alcoolice cu un coninut de circa 2,5% alcool sunt introduse n linurile de fermentare. n figura 8 este prezentat schematic un spltor de dioxid de carbon cu talere, cu funcionare continu la care de obicei sunt racordate mai multe linuri de fermentare.

Dioxidul de carbon mpreun cu vaporii de alcool intr prin racordul 1, situat la partea inferioar a aparatului i circul ascendent n coloan n contracurent cu apa de splare introdus prin racordul 2 aflat la partea superioar. Apa cade din taler n taler 3 prelund alcoolul, rezultnd un lichid alcoolic care se evacueaz prin racordul 4 situat la partea inferioar i este trimis n plmada fermentat care merge la distilare.

Prin racordul 5 iese dioxidul de carbon splat care este trecut prin conducte la gazometru sau la consumatorii din fabric.

4. TEHNOLOGIA FABRICRII ALCOOLULUI DIN MATERII PRIME AMIDONOASE

Fabricarea alcoolului din materii prime amidonoase se poate face prin dou grupe de procedee: - cu fierberea sub presiune a materiei prime; - fr fierbere sub presiune.

Procedeele clasice de producere a alcoolului din materii prime amidonoase se bazeaz pe fierbere sub presiune a materiilor prime, care se face n scopul gelificrii i solubilizrii amidonului astfel nct acesta s poat fi atacat de ctre amilaze la zaharificare.

17

Aceste procedee prezint urmtoarele dezavantaje: - consumul de energie termic este ridicat; - modul de lucru este, de regul, discontinuu, iar posibilitile de recuperare a cldurii sunt reduse; - datorit solicitrii termice ridicate a materiilor prime (1501650C) se formeaz melanoidine i caramel; - plmezile obinute nu sunt omogene, iar borhotul rezultat are o valoare furajer mai sczut.

Aplicarea procedeelor de prelucrare fr presiune necesit o mrunire optim a materiei prime, astfel nct s se obin randamente maxime n alcool, cu un consum minim de energie. O mrunire insuficient a materiei prime poate conduce la pierderi n alcool de pn la 20 l/t cereale sau chiar mai mult.

nainte de a fi introduse n procesul tehnologic materiile prime amidonoase sunt supuse unor operaii auxiliare pregtitoare de transport, splare, curire i eventual mrunire.

4.1. PREGTIREA CARTOFILOR I CEREALELOR Pregtirea cartofilor se realizeaz prin splare cu ap pentru ndeprtarea impuritilor aderente (nisip,

pmnt, pietre, paie). Pentru acest scop, cartofii sunt preluai din magazia de depozitare prin canale de transport hidraulic i adui la un elevator care alimenteaz maina de splat cartofi. Aceasta este prevzut cu dou sau trei compartimente prin care cartofii sunt transportai cu ajutorul unui ax cu palete. Splarea se face cu ap, care circul n contracurent cu cartofii, iar corpurile grele trec prin fundul perforat al mainii i sunt colectate n camere de unde se evacueaz periodic.

Cartofii splai sunt preluai de un elevator, care i ridic pn la cntarul automat de cartofi. Din cntar cartofii sunt trecui ntr-un buncr care alimenteaz fierbtoarele prin deschiderea unei clapete.

Procedeele de fierbere i zaharificare continu a cartofilor necesit o mrunire prealabil ct mai fin a acestora, care se realizeaz cu ajutorul unor mori cu ciocane sau a unor rztoare de cartofi.

Pregtirea cerealelor se realizeaz prin precurire cu ajutorul tararelor aspiratoare i a separatoarelor magnetice, prin care sunt ndeprtate impuritile coninute: pleav, nisip, paie, pietri, corpuri metalice. Cerealele sunt apoi cntrite i mrunite. Pentru mrunirea cerealelor se folosesc n practic trei grupe de procedee: - mcinarea uscat; - mcinarea umed; - mcinarea uscat i umed (n dou trepte).

Cerealele astfel pregtite sunt introduse n fierbtor, inndu-se seama c la fierberea cerealelor se adaug i ap.

4.2. FIERBEREA MATERIILOR PRIME AMIDONOASE Operaia de fierbere este necesar deoarece amidonul natural coninut n materiile prime amidonoase,

cereale sau cartofi, nu poate fi atacat de ctre amilazele din mal, fr o prealabil gelifiere i solubilizare care se realizeaz prin fierbere sub presiune. n figura 9 este prezentat schema procesului tehnologic de fierbere a cerealelor i a cartofilor.

De la cntarul 1, materia prim (cereale sau cartofi) este transportat n rezervorul de alimentare 2. Prin conducta 3, materia prim trece prin cdere liber n fierbtorul 4, n care se introduce ap prin conducta 5 i abur prin conducta 6.

Masa fiart din fierbtor se evacueaz prin conducta 7 n zaharificatorul 8, iar aburul de circulaie n prinztorul de amidon 9.

Gelifierea amidonului se face prin mbibare cu ap i nclzirea la temperatura de gelifiere, care este n funcie de felul amidonului. Astfel pentru amidonul din cartofi, temperatura de gelifiere este de 650C, pentru cel din porumb 750C, pentru cel din gru 79800C, pentru orez i orz 800C.

Pentru fierberea materiilor prime amidonoase se folosesc instalaii de fierbere sub presiune de form cilindro-conic, confecionat din tabl de oel care s reziste la 67 at. Partea conic este mult mai nalt, reprezentnd 2/33/4 din nlime, astfel nct s se poat goli complet fierbtorul la sfritul operaiei. Fierbtoarele pot fi alimentate cu abur att pe la partea superioar ct i pe la partea inferioar. Capacitatea fierbtoarelor variaz ntre 500 i 1500 l.

n funcie de felul i calitatea materiei prime, regimul de fierbere difer ca durat, temperatur maxim, cantitatea de ap adugat la fierbere i modul de introducere a aburului n fierbtor.

Astfel, cartofii necesit o durat mai scurt i o temperatur maxim de fierbere mai sczut n comparaie cu cerealele. Regimul de fierbere difer i n funcie de calitatea cartofilor sau a cerealelor. Astfel, cartofii ngheai sau alterai se fierb la o temperatur mai sczut dect cei sntoi, iar cerealele cu structur sticloas necesit un regim mai intens de fierbere dect cele finoase.

Pentru o gelifiere ct mai complet a amidonului i evitarea nchiderii la culoare prin formarea melanoidinelor i caramelului este necesar n timpul fierberii, prezena unei cantitii suficiente de ap. n timp ce cartofii proaspei conin suficient ap pentru fierbere, la fierberea cartofilor uscai i a cerealelor trebuie s se adauge o cantitate corespunztoare de ap. Astfel pentru 100 kg porumb se adaug 250300 l ap, pentru 100 kg gru 290 l ap, iar pentru 100 kg secar 300 l ap.

Operaia de fierbere decurge n dou faze: - nclzirea produsului pn la temperatura de fierbere; - meninerea temperaturii maxime de fierbere.

18

Presiunea maxim de fierbere i durata ei de meninere depinde de felul i structura materiei prime; ns trebuie s se respecte foarte exact durata total de fierbere i cea de meninere la presiunea maxim:

4 at 5 at 6 at - durata total de fierbere, minute 6090 5080 4070 - durata de meninere a presiunii maxime, minute 2030 1020 510

Fierberea se efectueaz cu abur la presiuni de pn la 6 bari, n autoclave verticale cilindroconice de tip Henze, avnd capaciti de 57 m3.

n figura 10 se red n seciune longitudinal fierbtorul pentru cereale sau cartofi. Acestea se compune din urmtoarele pri principale: corpul aparatului 1, care se confecioneaz din tabl de oel de 810 mm; vrful conului 2, care este supus la cea mai mare uzur, este construit din tabl de oel de 1214 mm; capacul fierbtorului 3, care nchide orificiul pe unde se introduce materia prim i apa. Prinderea capacului se realizeaz cu uruburi dispuse pe circumferina acestuia; supapa de siguran 4, care este astfel reglat ca la depirea unei anumite presiuni s deschid orificiul de ieire a aburului din fierbtor; racordul pentru aburul de circulaie 5, prin care aburul care a strbtut masa din fierbtor iese n atmosfer sau este condus mai nti la prinztorul de amidon pentru recuperarea amidonului antrenat din fierbtor; manometrul 6, montat la captul unei conducte de cupru care se gsete la un nivel i o poziie convenabil, ca s poat fi uor observat de operatori. Racordul 7 servete pentru introducerea aburului n fierbtor, iar ventilul 8 pentru evacuarea masei din fierbtor. Conducta 9 se folosete pentru prelevarea probelor din fierbtor.

nainte de ncrcarea fierbtorului se procedeaz astfel: se nchide ventilul de evacuare 8. Se controleaz dac supapa de evacuare 4 nu este blocat. Cnd se fierb cerealele, se introduce cantitatea de ap necesar prin conducta 5, din schema tehnologic respectiv, i apoi materia prim prin capacul 3. Se observ dac indicatorul manometrului se afl n poziia zero. Se verific starea garniturii gurii de ncrcare, ce nchide capacul 3 prin strngerea uniform i corespunztoare a tuturor uruburilor. Caneaua de pe conducta de luare a probelor trebuie s fie nchis. Se deschide apoi ventilul 7 de admisie a aburului n fierbtor i se deschide corespunztor ventilul de pe conducta 5 de evacuare a aburului din circulaie.

n timpul fierberii se observ n permanen presiunea la manometru care nu trebuie s depeasc nivelul indicat pentru timpul scurs de la nceperea fierberii. Dac presiunea depete limita necesar, se nchide ventilul de admisie a aburului, iar cnd aceasta este sub limit se deschide mai mult ventilul de abur.

Masa fiart se evacueaz prin deschiderea treptat a ventilului de evacuare 8, ventilul de pe conducta de abur de circulaie 5 i cel de admisie 7 trebuie s fie n acest timp nchise. Dup evacuarea coninutului fierbtorului, n vederea suflrii resturilor de mas fiart se nchide ventilul 8, se ridic cu abur presiunea la 2,53 at i apoi se deschide dintr-o dat ventilul 8. Se nchide apoi ventilul 7 de admisie a aburului n fierbtor.

Pentru reluarea procesului de fierbere, gura de ncrcare a fierbtorului se deschide numai dup ce manometrul indic presiunea zero n aparat.

4.3. ZAHARIFICAREA MATERIILOR PRIME AMIDONOASE Dup ce amidonul din materia prim a fost gelificat i solubilizat pr