Для получения дистиллята или ректификата нам необходимы углеводы. Именно их дрожжи трансформируют в спирт. Углеводы содержаться в разном сырье и имеют разное строение. Знание основ, позволит вам правильно работать с исходником. Избежать ошибок при сбраживании.
В основном, углеводы делаться:
- Моносахариды
- Дисахариды
- Трисахариды
- Полисахариды
МОНОСАХАРИДЫ
Этот сахар имеет химическую формулу С6Н12О6, т. е. содержит одну группу в шесть атомов углерода, и потому его называют также моносахаром или моносахаридом.
Простейшим углеводом является глюкоза (виноградный сахар), который, как показывает ее второе название, содержится в винограде. Ее также называют декстрозой. Кроме глюкозы (декстрозы), к моносахаридам относяться:
- фруктоза,
- галактоза
- манноза.
Эти четыре моносахарида имеют одну общую эмпирическую формулу С6Н12О6, но отличаются строением
Сырьё, в котором, как правило содержаться эти моносахариды:
Глюкоза — содержится в винограде, меде и во многих плодах и ягодах;
Фруктоза — встречается во фруктах, плодах и многих растениях; образуется также при разложении сложных сахаров, например сахарозы и раффинозы, а также при распаде полисахарида инулина.
(по своей сладости фруктоза занимает первое место между всеми сахарами. Если обозначить сладость сахарозы равной 100, тогда сладость глюкозы равна 53, а сладость фруктозы 173)
Галактоза — встречается в растениях редко и образуется при расщеплении или распаде сложных сахаров — молочного сахара (лактозы) и раффинозы, а также при разложении дерева при посредстве кислот.
Манноза — редко встречается в растениях; как и галактоза образуется при разложении клетчатки при посредстве кислот.
ДИСАХАРИДЫ
Сахара, содержащие две группы по шести атомов углерода, формула которых выражается С12Н22О11 (С12Н24О12 минус одна частица воды), называются дисахаридами:
К дисахаридам принадлежат следующие сахара:
- мальтоза,
- сахароза,
- лактоза
- мелибиоза.
Мальтоза. Образуется при действии диастаза солода на крахмал (при осахаривании затора) как из части его, называемой амилозой, так и из амилопектина. Обычно из 100 частей крахмала при осахаривании переходит в мальтозу только 75—80% крахмала, а 20—25% превращается в декстрины. Мальтоза легко сбраживается дрожжами, но при этом энзим, находящийся в дрожжах, предварительно расщепляет мальтозу с образованием глюкозы, которая уже распадается на спирт и углекислоту. Дрожжи, которые не имеют этого энзима, не в состоянии сбраживать мальтозу
Сахароза — тот сахар, которым мы постоянно пользуемся в качестве пищевого продукта. Раньше его добывали из сахарного тростника, поэтому его назвали тростниковым сахаром. В настоящее время его в больших количествах добывают также из свеклы и потому называют свекловичным сахаром. При нагревании со слабыми кислотами, сахароза присоединяет одну молекулу воды и распадается, образуя глюкозу и фруктозу
Этот процесс разложения сахарозы называется инверсией, а полученная смесь сахаров называется инвертным сахаром (инвертирование. есть ли смысл проводить?).
При нагревании сахарозы при высокой температуре или при действии высокого давления сахар разлагается, буреет и образует новое несладкое вещество карамель, которое дрожжами не сбраживается, и потому продолжительная варка под высоким давлением сахарных растворов безусловно вредна, так как она сопровождается карамелизацией и потерей значительной части сахара.
Лактоза — тот сахар, который содержится в молоке в количестве около 5%. При кипячении со слабыми кислотами или при действии энзимов лактоза расщепляется, образуя глюкозу и галактозу
Применяемые на спиртовых заводах дрожжи не содержат энзима, способного разложить лактозу, и потому они не могут сбраживать ее, но особые кефирные дрожжи содержат этот энзим и могут сбраживать молочный сахар.
Мелибиоза.
Этот дисахарид получается, если сбраживать трисахарид раффинозу верхневыми спиртовыми дрожжами; энзим последних разлагает раффинозу с образованием фруктозы и мелибиозы:
Но мелибиозу энзимы спиртовых дрожжей не в состоянии расщепить. Дрожжи нижнего брожения — пивные дрожжи — содержат энзим мелибиазу, которая разлагает сахар мелибиозу с образованием одной молекулы и одной молекулы галактозы:
принимая это во внимание, следует для сбраживания мелибиозы брать низовые пивные дрожжи.
ТРИСАХАРИДЫ
углеводы, которые содержат три таких группы и выражаются формулой С18Н32О16 (С18Н36О18 минус две частицы воды), называются трисахаридами;
Раффиноза встречается часто в растениях, но в малых количествах; она содержится в пшенице, ячмене, свекле; из свеклы, где ее содержание доходит до 0,02 %, она переходит в свеклосахарную патоку, в которой содержание ее достигает уже 2—3%.
При кипячении со слабыми кислотами или при действии энзимов, содержащихся в низовых пивных дрожжах, раффиноза разлагается с образованием дисахарида мелибиозы, которая, в свою очередь, разлагается по вышеуказанному, и в конечном результате из одной молекулы раффинозы получаются три отдельных молекулы: глюкозы, фруктозы и галактозы. Так как перерабатываемая на спиртовых заводах свеклосахарная патока часто содержит раффинозу, то для полного ее сбраживания наравне с сахарозой следует брать специальные дрожжи, содержащие энзим, разлагающий мелибиозу
ПОЛИСАХАРИДЫ
углеводы, содержащие большое и пока неизвестное нам число групп в шесть атомов углерода, называются полисахаридами и обозначаются формулой (С6Н10О5)*n.
К полисахаридам относится наиболее часто применяемый на спиртовых заводах как исходный материал для получения спирта углевод крахмал.
Кроме крахмала к ним принадлежат еще следующие углеводы:
- инулин,
- левулин,
- лихенин,
- гликоген
- клетчатка или целлюлоза.
Все они имеют сложную молекулу с неизвестным нам числом групп С6Н10О5 и потому их изображают формулой (С6Н10О5)n
Крахмал
Крахмал есть сложный полисахарид, содержащий большое и неизвестное нам число шестиатомных групп. Он представляет белый порошок, безвкусный, мягкий на ощупь. Если рассматривать его под микроскопом при увеличении около 300, видно, что картофельный и зерновой крахмал имеют разные формулы.
Крахмальные зерна риса являются самыми мелкими; по величине зерен крахмала злаки можно расположить в следующий ряд:
рис < кукуруза < ячмень < пшеница < рожь
Крахмал в холодной воде нерастворим, так что картофель или хлебное зерно может лежать много часов в холодной воде, и процентное содержание в них крахмала не изменяется. Сухой крахмал очень гигроскопичен и жадно поглощает пары воды из воздуха. Воздушно-сухой картофельный крахмал имеет влажность 19—20%, а пшеничный крахмал 14—15%-. При лежании в холодной воде крахмал медленно поглощает воду, а в горячей воде более быстро, причем сильно разбухает и увеличивается в объеме.
При смешивании с горячей водой крахмал образует не раствор, а густой, сиропообразный, малоподвижный клейстер. Температура клейстеризации разных сортов крахмала не одинакова. Так, совершенно превращаются в клейстер
вариант 1 Фукс А.
вариант 2 Стабников
Это различие в температурах клейстеризации разных видов крахмала объясняется отчасти тем, что получаемый крахмал не представляет абсолютно чистого вещества, соответствующего химической формуле (С6Н10О5)n содержит всегда около 2—3% различных примесей.
Крахмал есть сложное вещество, состоящее из двух веществ. Если крахмальный клейстер оставить в стеклянном стакане при пониженной температуре, то через 2—3 часа однородный крахмальный клейстер разделится на две части;
- на прозрачную, жидкую и подвижную часть, которую называют амилозой,
- и плавающую в ней полутвердую губчатую массу, напоминающую замоченную в воде вату, которую называют амилопектином.
Только моносахариды — глюкоза, фруктоза, галактоза и манноза сбраживаются непосредственно дрожжами на спирт и углекислоту.
Более сложные сахара, дисахариды и трисахариды должны быть первоначально разложены на моносахариды. Для этой цели дрожжи имеют энзимы, разлагающие эти сахара.
Для сбраживания полисахаридов дрожжами, необходимо крахмал разложить до уровня моносахаридов или дисахаридов
Первоисточник — Фукс А.А. «Технология спиртового производства»