Құрамында крахмалды бар шикізаттан спирт өндіру

Қазақстан Республикасының Ғылым және Білім министрлігі

Семей қаласындағы Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

 

 

 

 

 

 

 

 

Тақырыбы:   «Құрамында крахмалды бар шикізаттан спирт өндіру».

 

 

 

Орындаған: Оралтаев Е.Е.

Тексерген:  Аманжолов С.А.

 

 

 

 

Семей қ.  2014 ж

Жоспар

 

 

1. Әртүрлі өнімдерден спиртті бөліп алу.
2. Спирттің ашытқыларын дайындау.
3. Спирттің жіктелуі
4. Крахмалы бар шикізаттан спиртті өндіру технологиясы.
5. Пайдаланған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Әртүрлі өнімдерден спиртті бөліп  алу.

Тазаланбаған спирт  өндірістік кезеңдерде пайдаланса да тағамдық спирттерде қолданылмайды. Тазаланбаған спиртте иістер болу мүмкін сондықтан да спиртті фильтрден өткізіп ректификациялау керек.

Ағаш сүрегін лигненнен  ажырату барысында алынған сульфит  сақары (құрамында 1—5 %қант болады) спирт  өндіруге де пайдаланылады. Әдетте сульфит сақарының реакциясы сілтілі болып келеді.

  Спирт өндіруде оңай өніп-өсетін беттік ашытқы саңырауқұлақтарды қолданады. Қазір ашу процесі жүретін барлық ендірістерде микроағзалар «таза» күйінде, яғни басқа микроағзалардың қоспасынсыз қолданылады. Бұл өндірістің өнімділігін арттырады.

Спиртті өндіру үшін шикізат ретінде   астық  тұқымдастардың дәндері, картоп, сірне, сульфат сақары, сүрек қанты тағы басқалар қолданылады. Қолданылатын шикізаттар түрлі болғандықтан спирт өндіру технологиясы да соған  сәйкес ұйымдастырылады.

Қазіргі уақытта қант пен крахмалдың құрамындағы спирттің мөлшерін оңай есептеп шығаруға болады. Мәселен, бидайда 60% крахмал болса онда оны төмендегідей есептеуге болады:

1кг бидай => 0,6кг крахм. => 0,6х1,11=0,67кг қант. => 0,67х0,64=0,426л спирт

Жалпы негізгі деген өнімдердегі қант пен крахмал мөлшері төмендегі 1-кестеде көрсетілген.

1-кесте. Әртүрлі шикі  өнімдерден спиртті алу

Крахмал құрамы		Қант құрамы
Шикі өнім	Спирт, мл/кг	Шикі өнім	Спирт, мл/кг
Крахмал	710	Қанат	640
Саго	600	Сірне 50%	320
Күріш	530	Жүзім	115
Кукуруз	450	Тошала	110
бидай	430	Қызылша 16%	102
Бұршақ	390	Таңқурай	100
Тары	380	Алма	65
Қара бидай	360	Бүлдірген	58
Арпа	350	Шие	57
Сұлы	280	Өрік	55
Горох	240	Қарақат қара	54
Картоп 20%	140	Қайың суы	25

 

Спирт өндіруде де алдымен крахмалды жай қантқа ажыратып   алу керек. Бұл үшін   солод, яғни алдын   ала жылы жерде өсірілген арпа   дәндері   алынады.   Солодта   крахмалды жай қантқа оңай ажырататын амилаза ферменті   бар.

Жалпы қолданылатын солод   мөлшері   қантқа   ажыратылатын   шикі   заттың мөлшеріне шаққанда 5—10%   шамасында   болғаны   жөн.   Бұл процесс  +60°С температурада   жақсы   жүреді.   Осындай   қанты мол (25—30%) сұйықты затор деп атайды.

Ағаш сүрегін лигненнен  ажырату барысында алынған сульфит  сақары (құрамында 1—5 %қант болады) спирт өндіруге де пайдаланылады. Әдетте сульфит сақарының реакциясы сілтілі болып келеді. Ашытқы саңырауқұлақтарды өсіру үшін оған қышқыл қйып бейтараптайды да, суперфосфат немесе аммоний сульфатын қосады. Спирт өңдеуде оңай өнім өсетін беттік саңырауқұлақтарды қолданады.

Спирт өндіруде оңай өніп-өсетін беттік ашытқы саңырауқұлақтарды қолданады. Қазір ашу процесі жүретін барлық ендірістерде микроағзалар «таза» күйінде, яғни басқа микроағзалардың қоспасынсыз қолданылады. Бұл өндірістің өнімділігін арттырады.

Құрғату дақылдық сұйықтықты қайта өңдеудің қарапайым әдістерінің бірі болып табылады. Құрғату өнімді таза түрінде бөліп алмай-ақ вакуум-буландырушы құрылғыларда жасалынады. Дақылдық сұйықтық паста тәріздес күйге немесе құрғақ затқа дейін концентрленеді. Бұл әдіс мал шаруашылығында лизин - азықтық аминқышқылын және азықтық В2және В12 витаминдер концент-раттарын алуда, өсімдік шаруашылығында биотыңайтқыштар және биопестицидтерді, тері өңдеу өнеркәсібінде ферменттер және т.б. алуда қолданылады

 

 

 

Спирттің ашытқыларын дайындау.

Ашытылу мен тыныс  алуы бұл диссимиляциялық екі  түрі. Ашыту көмірсутектер біртіндеп  спиртпен СО2 айналғанда ашытқы жасушаларының  анаэробты зат алмасуы болып  табылады, және тыныс алудан ерекшелігі-ол сол субстрат тотығымен СО2 мен  Н2О дейін тотығуы.

Амин қышқылдарынан  пайда болған амиакпен ашытқы саңырауқұлақтар  қоректенеді де ортада сивуш майлары  жинала береді. Ашытқы саңырауқұлақтарымен  қатар, кейбір мукор тобына жататын  зең саңырауқұлақтар мен бактериялар  спирттік ашу процесін жүргізеді. Алайда олардың әрекетінен пайда болған спирт мөлшері, ашытқы саңырауқұлақтары қолданғандарға қарағанда, анағұрлым аз болады.

Ашытқыш саңырауқұлақтарын  адам баласы қолдан өсіріп, өте ерте кезеден өз мақсатына пайдалана  білген. Осымен қатар табиғатта жабайы ашытқыш саңырауқұлақтар да кездеседі. Олар ауыл шаруашылық өнімдерін зақымдап едәуір зиянын тигізеді. Ашытқыш саңыруауқұлақтарының адам баласына пайдакелтіретін түрлерін мәдени ашытқыш саңырауқұлақтар деп атаймыз. Бұлар өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Олар қантты ашытып, көмір қышқыл газы менспирт түзеді. Олардың бұл қасиеті нан және түрлі спирт, түрлі шараптарды, сыраларды, сүт тағамдарын даярлаудақазір кеңінен қолдануда.

Ашытқыш саңырауқұлақтарда  белок пен витаминдер (В, Д, Е) мол болады. Сондықтан оларды қазір тамақ және мал азығы мақсатында кеңінен қолданады.

Ашытқыш саңырауқұлақтар көбінесе бүршіктену арқылы көбейеді. Бұлар  спора түзу және жәй бөліну арқылы сирек көбейеді. Олардың кейбір тпотары  жыныстық жолмен көбейе береді.   

Бүршіктеніп көбейгенде, алдымен аналық тошадан төмпешік пайда болады да, кейіннен ол үлкейіп бүршікке айналады. Бұдан кейін жас клетка аналық организмнен мүлдем бөлініп кетеді. Қолайлы жағдайда бүршіктену ек сағатқасозылады. Көмірсу мен азот қоректік заттарына бай ортада ашытқыш саңырауқұлақтардың бүршіктенуін жәй биологиялық микроскоппен де көруге болады. Спорамен көбею оларда жынысты  және жыныссыз жолдармен жүреді. Ашытқыш саңырауқұлақтар торшасындағы споралардың саны екіден он екіге дйеін барады.

Спирттік ашу технологиясында ашытқының таза дақылы қолданылады. төменгі және жоғарғы ашыту рассаларын ажыратады. Төменгі ашыту рассасына көптеген шарап және сыра ашытқылары жатады, ал жоғарғы ашыту рассасына -спирттік, наубайханалық және кейбір сыра ашытқылары жатады. Төменгі ашытқылар 6-10°С активті, ал жоғарғылары 14-25°С тем-ператураға бейімделген. Ашытқылар қышқыл ортада (рН 4-6) жақсы дамиды және активтігін 10-15% спирт ерітіндісінде сақтайды. Жоғарғы ашытқылар ашыту процесі кезінде жоғары мөлшерде көбік түзеді, СО2 бөлінеді, ашытқы массасы өзі көпірген сұйықтықтың үстіне шығады. Төменгі ашытқылардың   қатысуы арқылы ашыту  процесі  бірқалыпты жүреді, ашытқы клеткасының массасы ыдыстың  төменгі  жағында  қалады.    

 

Спирттің жіктелуі

Спирттер гомолгтық қатардың алғашқылары  - метанол мен этанол – қолданыста кең таралған спирттер. Эколог мамандарының қөқарастары бойынша бұл қосылыстар болашақта энергия көзі болып, көлік отындарын ауыстырады. Себебі, метанол мен этанол көлік двигательдерінде жанғанда, моторлы отындарға қарағанда зиянды заттарды өте аз бөледі. 

Метанол. Метанол целлюлозды-қағаз өнеркәсібі (58г/л), фенолформальдегидті смола (25г/л), лак, бояу өндірістері қолданған су құрамынан табуға болады. Алкагольсіз сусындарды көп пайдаланғанда ағзада күніне 250 г метанол түзілуі мүмкін. Өйткені, бұл сусындарды тәттілендіру үшін сахароза орнына аспартам (сластилин) қосады, ол ағзада биотрансформацияланып метанол түзеді [4].

Метанол су көздеріне  түскен жағдайда тотығып, судағы ерігішті оттегінің мөлшерін азайтады. Метанол концентрациясы 4 мг/мл-ден асқанда өзен - күлдердің экологиялық жағдайына әсер етеді, ал 200 мг/л-ден асса биологиялық белсенді микроағзалардың белсенділігін төмендетеді.

Метанол – нерв жүйесіне, көз жүйкелеріне және тор қабығының қантамырына әсер ететін әте күшті у болып табылады. Ағзаға түссе тотығып, формальдегид пен құмырсқа қышқылы түзіледі, соның әсерінен ацидоз пайда болып, қан оттегімен толық қанықпай, көптеген тотығу - тотықсыздану процестері бұзылады. Бұл затпен уланған жағдайда метанол ағзадан 5-8 күн ішінде шығады, оның 50-70% -ы өкпе арқылы өзгеріссіз шығарылады.

Өндірістік масштабта спирттер химиялық, фармацевтикалық және тағамдық өнеркәсіптерде қолданылады, биоотын ретінде энер-гетикалық ресурс тұрғыдан да маңызды.

Тағамдық  саласында спирттік ашыту процесі  шарап жасау, сыра дайындау, этанол өндіру, нан пісіру негізіне жатады.

Этил. Этил спиртінің жергілікті, рефлекторлы және резорбтивті әсерлері бар. Медициналық практикада негізінен жергілікті әсеріне орай қолданады. Кейбір жағдайларда сырқаттардың реконвалесценция кезінде тәбетін күшейтіп, ас жолдарының жұмысын қалпына келтіру үшін ас шарабы, сыра, қымыз түрінде аз мөлшерде береді. Кризистік жағдайларда этил спиртін парентералды қоректендіру қоспасымен (тәулігіне 50-70г) береді. Ағзада тотығу барысында 100г этанолдан 700ккал энергия бөлінетіні белгілі. Қызыл шарапты аз мөлшерде (50мл абсолютті спирт күніне 2-3 рет есептеу бойынша) тромбоциттердің агрегациясын азайтып, төмен тығыздықты атерогенді липопротеиндер, 2 типті қант диабетінде қант деңгейі азайып, атеросклерозға қарсы тұратын жоғары тығыздықты липопротеиндер көлемін арттырады. 

Бензоспирт. Биоэтанол немесе бензоспирт автокөліктер үшін жанармайы ретінде қолданылады. Оның өндірісі үшін көмірсуға бай ауыл шаруашылық өсімдіктер қолданылады. Крахмал және қант кіретін шикізаттар спирт өндіру технологиясында алғашқы болып қолданылды.

 

Крахмалы бар шикізаттан спиртті өндіру технологиясы.

Сыра қайнатқандағы сияқты, спирт өңдеуде де крахмалды жай өанттан ажыратып алу керек. Ол үшін уыт (солод), яғни алдын ала жылы жерде өсірілген арпа дәні алынады. Уыты жай қантты крахмалдан ажырататын амилаза ферменті бар. Қазіргі кезде солодтың орнына құрамында амилаза ферментте микроскопиялық саңырауқұлақтар қолданылады. Жалпы қолданылатын уыт мөлшері қантқа ажыратылатын шикізат мөлшеріне шаққанда 5-10% шамасында болғаны жөн. Бұл процесс +60°С температурада жақсы жүреді. Осындай қанты мол (25-30%) сұйықты іркіліс( затор) деп атайды. Спирт өндіруде ашытқы саңырауқұлақтардың күшті топтарын қолданады. Ал егер спирт өндіру үшін сірке алынса, оның құрамындағы қанттың концентрациясы жеткенге дейін сұйылтады. Ашытқы саңырауқұлақтардың өсіп дамуын жақсарту үшін оған аз мөлшерде фосфор қышқыл аммонийді немесе суперфосфатты қосады, осы кезде одан 8-10% спирт алынады.

Спирт өндіру мынадай негізгі үш кезеңнен тұрады.

1. Дайындық кезеңі. Бұл кезеңде шикізаттарды қоспасынан тазартады, саңырауқұлақ дақылдарын дайындайды.
2. Негізгі кезең. Негізгі кезең бірнеше сатылардан тұрады:

• Пісіру. Крахмалды шикізатты пісіреді. Жоғары температура әсерінен ортадағы бөгде микроорганизмдер жойылады және крахмал молекуласы декстрин мен қантқа ыдырай бастайды.

• Қанттану. Алынған ерітіндіні суытып, қанттандыратын гюкоамилаза ферментін қосу арқылы жай қантты алады.
• Ашу (Ферментация). Алынған қантты ерітіндіге ашытқы қосады. Осы кезде ашу саларынан қант молекулалары спирт пен көмірқышқыл газына айналады.
• Спиртті алу. Ашу процесі салдарынан қант молекулалары спирт пен көмірқышқыл газына айналады. Ашымақ құрамында 10%- ға жуық спирт болады.

3. Соңғы кезең- ректификация кезеңінде жүрілетін процестер:

• Дистилляция. 10% спирті бар ашымақ көп сатылы ректификация жүйесінен өткеннен кейін, күштілігі 96-96,5% болатын ішуге жарамды спиртке айналады.
• Сусыздандыру. Күштілігі 96-96,5% спиртті ары қарай өңдеп, артық судан арылады.

 

Пайдаланған әдебиеттер

1. Заядин Б.Қ., Өнерхан Г. Тағам биотехнологиясы: оқу құралы.-Алматы: Қазақ университеті, 2011.- 52-56 беттер.
2. Әлмағамбетов Қ.Х. Биотехнология негіздері.-Астана, 2007.-208 бет.
3. Жұбанова А.А., Абдиева Ж., Шөпшібаева Қ. К. Биотехнология негіздері.-Алматы: Қазақ университеті, 2006.-256бет.
4. Әлмағамбетов Қ.Х.  Биотехнология: оқу құралы.-Астана:  «Республикалық микроорганизмдер коллекциясы», 2011.-316 бет.
5. Есимова А.М., Приходько Н.А. «Микроорганизмдер биотехнологиясы» дәріс жинағы. Алматы: «Нур-Принт», 2010.- 36-47 беттер.