Поточный метод сбраживания крахмалистых заторов

В. Л. Яровенко.

Экспериментальные исследования непрерывного перемещения и брожения были перенесены в заводские условии на естественные среды и заводское оборудование.

Как показали лабораторные исследования перемещения жидкости в сосудах, лучшей формой организации непрерывного процесса брожения является многочленная батарея, которая может быть составлена на каждом спиртовом заводе из дейст­вующих бродильных чанов.

Проведенные нами исследования показали, что одной из основных причин неудач в опытах непрерывного сбраживания крахмалистого сырья были длительные задержки старой бражки и отсутствие такого способа дезинфекции и стерилизации бро­дильной посуды, проведение которого не нарушало бы непре­рывного потока массы и процесса брожения. Эти недостатки в организации потока бродящей жидкости приводили к закисанию бражки сначала в хвостовых, а затем и в головных бродильных чанах. Повышение кислотности в процессе брожения приводит к ослаблению амилолитических ферментов солода, в результа­те чего часть крахмала и декстринов остается неосахаренной и выходы спирта из тонны перерабатываемого сырья понижаются.

С целью устранения отмеченных недостатков в основу по­точного метода брожения были внесены новые элементы.

Полузаводские испытания

Основные принципы организации непрерывного процесса брожения были проверены в полузаводоких условиях на Петров­ском заводе технического спирта на установке, специально предназначенной для ведения непрерывного брожения (рис. 21). В этой установке бродильные чаны выполнены в форме труб, соединенных коленами, первая из которых с приемного конца имеет два резервуара для поочередного разведения дрожжей. Внутри трубы в целях выравнивания потока установлены пере­городки с окнами. Коленчатые трубы располагаются одна над другой, причем бродящая жидкость в каждом колене трубы идет через перегородки с клапанами и, самотеком перемещаясь книзу, сбраживастся.

При последовательном выключении каждого кольца на де­зинфекцию бродящая среда продолжает перемещаться двумя потоками, условно разъединенными дезинфицируемым кольцом, без остановки притока свежего сусла и оттока зрелой бражки

Рис. 21. Схема полузаводской установки для поточного брожения:

1—коленчатая труба; 2—фланцы; 3,4-дрожжегенераторы; 5—передаточный

бражной резервуар; 6— сусловые трубы; 8—клапаны; 9— водяной манометр;

Б-Б7 — коленчатые трубы; В—В1 — спиртоловушки; Д—6 — переливные трубы.

В связи с этим для обеспечения стерильности во всех звеньях бродильной батареи было предложено постоянно вводить свежее сусло в простерилизованный очередной бродильный чан (рис.22) и через определенные, экспериментально установленные проме­жутки времени принудительно перемещать содержимое чана в следующий по порядку чан, а данный чан подвергать дезинфек­ции.

Систематическое перемещение бражки в этой установке из одного чана в другой перед их дезинфекцией при помощи цент­робежного насоса 8 позволяет проводить дображивание бражки в непрерывном потоке и стерилизовать каждый чан, не прекра­щая притока свежего сусла в головной чан бродильной батареи.

Бродильная колонна (см. рис. 21), устроенная по этому прин­ципу и рассчитанная на получение 100 дкл спирта в сутки, непрерывно питалась осахаренным суслом порциями по 50 дкл/час, отбираемыми из общего суслопровода в бродильном отделении завода при помощи цилиндрического дозатора.

В опытах использовались заводские дрожжи, которые сразу добавляли в количестве 30% от объема дрожжегенератора, а затем процесс размножения дрожжей поддерживался притоком осахаренного сусла.

Из дрожжегенераторов бродящая жидкость по мере притока осахаренного сусла переливалась в коленчатые трубы, и, пере­текая по ним вниз, сбраживалась.

Рис. 22. Схема устаноржи для поточного брожения, предусматри­вающая стерилизацию чанов по ходу брожения:

1—7 —бродильные сосуды; 8—центробежный насос; 9, 10 —дрожжегенераторы; /— 5— трубы бродильной батареи.

Содержимое дрожжегенераторов заменяли через разные промежутки времени (24, 36 и 65 часов). Освобождаемые перио­дически дрожжегенераторы промывали и стерилизовали паром. Поочередно выпускать массу из одной коленчатой трубы в дру­гую не представлялось возможным, так как арматура не обес­печивала полной непроницаемости между секциями; поэтому мы освобождали все секции сразу через 120 часов. Испытания проводились в течение 40 суток. В качестве сырья во время испытаний использовали 60% ржи и 40% пшеницы [62].

Средние результаты 3 опытов приведены в табл. 23 и 24.

Продолжительность периодов между дезинфекциями дрож­жегенераторов была 36 часов и секций колонны — 140 часов.

Некоторое несоответствие между динамикой изменения кон­центрации бражки и содержанием спирта в ней объясняется неполнотой смешивания притекающего сусла с бродящей массой.

Таблица 23

Показатели брожения в дрожжегенераторах при продолжительности процесса 36 часов

                                    Дезинфекция и стерилизация

Таблица   26

Показатели бражки в секциях колонны при продолжительности брожения 136 часов

превышали нормы, причем нарастание кислотности отмечалось в стадии дображивания и продолжительное время (140 часов) кислотность бражки не изменялась, несмотря на то, что секции не подвергались стерилизации. В дрожжегенераторах за 36 ча­сов непрерывной работы мы не наблюдали нарастания кислот­ности, а ее изменения на 0,05—0,10° объясняются изменениями соотношения между дрожжевой массой (кислотность 0,70°) м суслом (кислотность 0,15°). Колебания в концентрации сухих веществ (12,4—14,3°) и содержании спирта обусловлены нерав­номерной подачей сусла в дрожжегенераторы.

Снижение отброда от 2,7 до 1,02° идет равномерно и соот­ветствует показателям содержания редуцирующих веществ, которые снижаются в зрелой бражке до установленных норм. Накопление дрожжей в генераторах и секциях бродильной ко­лонны (от 66 до 132 млн/мл) и колебания числа мертвых клеток (0—3%) не отличались от производственных данных бродиль­ного цеха Петровского завода на стадии главного брожения.

Содержащие мертвых клеток (10—17%) в бражке, находя­щейся в секциях бродильной колонны, также не выходило за пределы фактических производственных показателей.

Таким образом, выключая бродильную посуду, не прерывая хода брожения, на стерилизацию в начале брожения (дрожже­генераторы) через каждые 36 часов и в конце брожения (труб­чатые секции) через 140 часов, мы получили вполне нормаль­ные технологические показатели бражки.

Одновременно был проведен один опыт со стерилизацией дрожжегенераторов через каждые 24 часа и секций через 144 часа. Полученные результаты ничем не отличались от данных, приведенных в табл. 25, поэтому они здесь не приводятся. По результатам этих опытов мы делаем вывод о целесообразности стерилизации через 36 часов, так как чем больше промежуток между дезинфекциями, тем выше производительность оборудо­вания.

При стерилизации дрожжегенераторов через каждые 65 ча­сов и секций через 136 часов кислотность бражки в дрожжегенераторе повысилась с 0,23 до 0,36°, что мы объясняем исклю­чительно увеличением времени между очередными стерилиза­циями до 65 часов.

В секциях бродильной колонны кислотность нарастала еще более заметно (на 0,45°) и достигала 0,75°. Поэтому продолжать опыт было нецелесообразно и бражка, содержавшая также по­вышенное количество редуцирующих веществ (1,40 г в 100 мл), была пущена на сгонку с отбродом 1,25°.

Количество дрожжей в 1 мл бражки составило 92—122 млн. клеток, мертвых клеток—4,2—16% и '.почкующихся 0—3,5%, т. е. не превышало нормы.

Следовательно, время между очередными стерилизациями дрожжегенераторов, равное 65 часам, велико, так как не обес­печивает чистоты непрерывного процесса брожения и для за­водских опытов интервал между очередными стерилизациями дрожжегенератора был сокращен до 36 часов.

ЗАВОДСКИЕ  ИСПЫТАНИЯ

Для проведения заводских испытаний Бурцевский спирто­вой завод Московского спиртотреста в 1952 г. был переобору­дован по схеме поточного брожения. В целях предупреждения нарастания кислотности мы сочли целесообразным оборудовать две параллельные линии потока каждого из полупродуктов (приготовления солодового молока и притока осахаренного сусла). Периодически освобождая одну из них для промывки и стерилизации, можно было бы без остановки завода и сни­жения производительности работать на другой линии.

Освобождение и стерилизация оборудования и коммуникаций каждой линии потока по установленному графику позволили ограничить время пребывания в них полупродуктов и предупре­дить нарастание кислотности при брожении.

Вторым важным условием, предупреждающим нарастание кислотности в результате жизнедеятельности посторонних микро­организмов, является увеличение количества дрожжей с самого начала процесса брожения.

Поскольку инфекция развивается преимущественно в пер­вый период брожения, когда происходит размножение дрожжей, то увеличение количества дрожжевых клеток в единице объема жидкости до нормы 100—120 млн/мл должно привести к сокра­щению периода взбраживания.

Более быстрое начало главного брожения является также фактором, предупреждающим развитие посторонней микрофло­ры, и следовательно, способствующим поддержанию нормаль­ных условий при брожении и в особенности сохранению амило-литических ферментов солода.

Для этого нами предложен способ, по которому вместо спе­циально приготовляемых дрожжей может быть использована часть бродящего сусла, отбираемая из очередного свежепростерилизованного чана. Такой обьем бражки перекачивается насо­сом в специальный чан-взбраживатель и там подвергается обра­ботке антисептиком. Обработанная бражка может быть приго­товлена в любом количестве, что и позволяет при непрерывном методе брожения полностью ликвидировать дрожжевые отделе­ния на спиртовых заводах [85].

Предложенный способ позволяет сохранять постоянную по­следовательность заполнения бродильных чанов, их поочередную стерилизацию и отбор части бродящего сусла вместо дрож­жей (рис. 23).

В первую линию полупродуктов вошли: солодопромыватель 1, циркуляционная солододробилка 2, центробежный насос со­лодового молока 3, два расходных чайка солодового молока 4, дозатор с делителем 5, выдерживатель-сепаратор пара 6. осахариватель первой ступени 7, ловушка 8, первый сусловой насос 9, теплообменник 10 и соединяющие их трубы.

Во вторую линию входили: тот же солодопромыватель 1, циркуляционная солододробилка //, два расходных чанка соло­дового молока 12, дозатор с делителем 13, тот же выдержива­тель-сепаратор тара 6, осахариватель первой ступени 14, ловуш­ка 15, второй сусловой насос 9, теплообменник /7 и соединяю­щие их трубы.

В бродильном отделении были установлены взятые из дрож­жевого отделения две механизированные дрожжанки 18 ем­костью 'по 1,4 м"\ 'предназначенные для приготовления дрожжей при пуске завода после ремонта или длительного перерыва в работе.

Над первым бродильным чаном был установлен взбраживатель 19 емкостью 11 ж³ с змеевиковым холодильником. Шесть бродильных чанов 21 были соединены между собой переточны­ми трубами 25 диаметром 125 мм с пролетными кранами, впо­следствии замененными дисковыми затворами 28 диаметром 150 мм. Так как в верхней части каждого чана сосредоточивает­ся наиболее отбродившая бражка, движение бражки в переточ­ных трубах было направлено сверху вниз.

Ниже уровня днища бродильных чанов (на 0,5 м) были установлены два центробежных насоса 23 и 24. Насос 23 был

Рис. 23. Схема поточного спиртового сбраживания крахмалистых материалов.

1—солодопромыватель; 2—чанок солода с дробилкой; 3—центробежный насос солодового молока; 4—расходный чанок солодового молока: 5—дозатор солодового молока; 5—сепаратор пара; 7—осахарнватель I ступени; 8—ловушка; 9—сусловый насос; 10—теплообменник;

11—чанок солодового молока с дробилкой; 12— расходный чанок солодового молока; 13—дозатор солодового молока; 14—осахариватель I ступени; 15— ловушка; 16—сусловый насос; 17—теплообменник; 18—дрожжанка; 19— взбраживатель; 20—гидравлический затвор; 21—бродильные чаны; 22— спиртоловушка; 23—насос первый; 24—насос второй; 25—исреточная труба; 26—всасывающие бражные трубы;

27—нагнетательные бражные трубы;   28—запирающий   диск;   29—смотровые   стекла;   30—люки;   31—газовая   линия.

соединен всасывающей трубой 26 диаметром 150 мм с первыми двумя головными бродильными чанами, а нагнетательной тру­бой 27 диаметром 75 мм с бродильными чанами 1, 2, 3, взбраживателем 19, дрожжанками 18 и дрожжевым отделением (н₍₁ случай использования дрожжанок).

Процесс дображивания протекал в третьем, четвертом, пятом и шестом бродильных чанах.

Насос 24 всасывающим трубопроводом 26 был соединен с чанами (3, 4, 5 и 6) и нагнетательным трубопроводом 27 с ча­нами (4, 5 и 6). На одном конце каждого трубопровода, по которому перемещался полупродукт, вмонтирован патрубок с краном или вентилем для отвода в канализацию промывных вод и конденсата, получающегося три пропаривании труб. На другом конце каждой такой трубы было вмонтировано по два патрубка для подвода воды и пара для систематической про­мывки труб и стерилизации их проточным паром.

Для промывки внутренних стенок головных бродильных ча­нов после освобождения их от бражки была смонтирована установка для получения пастеризованной воды, состоявшая из бака для подогрева воды до 70° и трубчатого холодильника, от которой мы впоследствии отказались.

Производительность оборудования каждой линии полупро­дуктов составляла 75% от суточной мощности завода.

Работа завода была организована следующим образом. Све­жепромытый зеленый солод поступал на солододробилку 2, из него приготовлялось солодовое молоко, которое полностью перекачивали насосом 3 в расходные чанки 4. Солододробилку промывали водой и вновь включали, а насос 3 промывали во­дой и пропаривали паром. Затем перекачивали солодовое моло­ко из чанка второй солододробилки //, также промывая всю систему. Расходные чанки 4 и 12 работали последовательно и после опорожнения каждый из них промывали водой.

Через каждые 8 часов все оборудование для приготовления солодового молока вместе с соединяющими его трубопроводами пропаривали текучим паром, причем при дезинфекции одной линии солодовое молоко приготовляли в другой; таким образом, завод работал без остановки.

Каждую линию осахаренного сусла освобождали от содер­жимого один раз в сутки. Для этого содержимое осахаривателя первой ступени 7 насосом 9 полностью выкачивали в бродиль­ное отделение, а все оборудование с трубопроводами промыва­ли и стерилизовали проточным паром.

Во время промывки и стерилизации первой линии завод ра­ботал на второй линии, а при включении первой линии освобож­дали от осахаренного сусла оборудование и трубопроводы вто­рой линии и промывали их, стерилизовали, а затем обе пинии работали параллельно.
    Поток массы в бродильной батарее перемещался самотеком за счет разности уровней в чанах, и только при отборе бражки для замены дрожжей и освобождении бродильного чана для дезинфекции и стерилизации прибегали к перекачиванию браж­ки насосом.

Обработанный серной кислотой и выдержанный в течение 4—10 часов отъем бражки из дрожжанок 18 спускали во взбра-живатель 19; туда же открывали приток осахаренного сусла. Как только уровень бродящего сусла превышал уровень гид­равлического затвора 20, масса из взбраживателя поступала в первый бродильный чан, после его наполнения — во второй, а затем о следующие чаны. После 24 часов работы содержимое взбраживателя переводили в первый бродильный чан, а взбра-живатсль промывали и стерилизовали паром. Как только стен­ки чана охлаждались, в него из первого бродильного чана на­сосом 23 перекачивали бражку и задавали серную кислоту до кислотности 0,70°, охлаждали до 22° и оставляли на 8—10 ча­сов. Концентрация бражки (по сахарометру) колебалась от 12 до 6°. Приток осахаренного сусла в это время переключали на первый чан.

После выдерживания бражки с антисептиком (серной кис­лотой) приток осахаренного сусла вновь переключали ка взбра-живатель, из которого бродящая масса через гидравлический затвор последовательно поступала в головной бродильный чан. Если в первом чане концентрация сухих веществ была выше 12—13°, отъем бражки во взбражюватель брали из второго чаша, так как его содержимое имело более низкую концентрацию.

Таким образом, размножение дрожжей протекало в замк­нутом контуре, состоявшем из взбраживателя и двух первых бродильных чанов, соединенных между собой насосом, при не­прерывном круговороте массы.

В целях профилактики (для предупреждения нарастания кислотности в бражке) на основании результатов полузавод­ских испытаний через каждые 36 часов первый и второй чаны стерилизовали.

Для этого бродящую массу из первого чана насосом 23 пе­рекачивали в следующий по потоку второй чан, а стенки перво­го промывали и стерилизовали проточным паром.

Насос 23 со всасывающим и нагнетательным трубопроводом также промывали и пропаривали. На время стерилизации пер­вого чана приток массы из взбраживателя переключали во вто­рой чан, а по охлаждении стенок первого чана вновь восста­навливали приток в первый чан.

Пока наполнялся первый чан, содержимое второго чана насосом 23 перекачивали в третий чан, а стенки второго чана промывали, стерилизовали и после их охлаждения чан самоте­ком вновь наполняли бражкой из первого чана.

Рис. 24. Насос со шнековой насадкой для перекачки бродящей бражки;

1-корпус ротора; 2—шнек; 3—ротор; 4—крыша;  5—грундбука;  6—стакан;

7 — станина.

Промывку и стерилизацию бродильной посуды в периоде дображивания производили реже, чем при главном брожении и содержимое третьего чана насосом 24 перекачивали в следую­щий, четвертый, чан через каждые 48 часов.

В четвертом, пятом и шестом чанах дображивание сначала вели в непрерывном потоке, а затем, когда было установлено, что процесс брожения в них не успевает доходить до конца, эти чаны были переведены на режим работы выдерживателей для более глубокого выбраживания сахаров перед перегонкой браж­ки на аппарате. Периодическое дображивание бражки на Бурцевском заводе связано с тем, что шести чанов в батарее было недостаточно, а дополнительные чаны не были своевременно смонтированы. В соответствии с этим бражка из третьего чана переходила в четвертый самотеком, а затем его заполняли до конца бражкой, подаваемой насосом, и оставляли для дображивания на 21 —14 часов; после этого бражку из третьего чана перекачивали в пятый и шестой и также оставляли ее на дображивание.

По мере того как брожение в этих чанах заканчивалось, бражку выпускали в передаточный резервуар, а чаны снова наполняли из третьего чана. Чаны-выдерживатели (четвертый, пятый, шестой) стерилизовали паром через 36—48, а в некото­рых случаях и через 60 часов.

Насос 24 промывали и пропаривали после каждого перека­чивания бражки.

Циклический метод брожения

В первый период испытания установки Бурцевский завод ра­ботал по циклическому методу. Название циклического метод получил оттого, что заполнение бродильных чанов осахаренным суслом идет непрерывно только в течение заданного времени, которое условно называют циклом, затем сложенной бражке дают добродить и 'пускают ее на перегонку, а приток осахаренного сусла переключают в обратном порядке и после их заполнения цикл вновь повторяется.

Таким образом, приток сусла постоянно чередуется между двумя группами чанов, а дображивание в каждой группе чанов ведется периодически. За время испытаний на заводе перераба­тывали следующее сырье: рожь 40, пшеница 40 и картофель 20%.

Скорость притока осахаренного сусла составила 2,68 м³/час.

На переточных трубах, соединяющих бродильные чаны, были установлены пробковые краны и задвижки Лудло. Для перекач­ки бражки применяли центробежные сусловые насосы конструк­ции Пинского машиностроительного завода. Скорость заполне­ния одного чана составляла 9—10 часов.

После заполнения четырех бродильных чанов, когда в целях стерилизации потребовалась перекачка бражки из первого бро­дильного чана во второй, мы встретились с большими трудно-

стями. Выкачав половину содержимого чана, насос не стал за­бирать бражку из второй половины чана. Выяснилось, что при перекачке бражки на стадии главного брожения из нее -выде­ляется углекислый газ, причем особенно интенсивно во всасы­вающем трубопроводе, в зоне перехода бражки на рабочее коле­со насоса, что приводит к обрыву струя [78]. Пока бродильный чан полный и напор бражки достаточен для соединения оборвавшейся струи, насос, хотя и с трудом, но выкачивает бражку. Как только напор снижается до высоты 1,2 м, насос снижает забор бражки до 1,5 м?/час, а при высоте 0,6 м перестает всасывать и выкачивать.

Для предупреждения обрыва струи были проведены следую­щие мероприятия: установлена обводная труба диаметром 50мм с краном, соединяющая нагнетательную и всасывающую трубы, увеличен со 100 до 150 мм диаметр всасывающего трубопровода и многолопастное рабочее колесо насоса заменено двухлопастным. Эти мероприятия улучшили работу насоса и позволили выкачи­вать бражку до уровня 0,5 м от нижнего днища бродильного ча­на, однако полностью удалить ее не удавалось.

Когда на втулку двухлопастного рабочего колеса был вмон­тирован виток шнека диаметром 145 мм (рис. 24), насос начал выкачивать всю бражку, находящуюся в бродильном чане.

Техническая характеристика насоса

Число оборотов ротора в минуту    .........             950

Диаметр ротора в мм    ...............                           297

1'абочая ширина ротора в мм   ...........                  50

Диаметр патрубка в мм:

входного   …                                                   150

выходного …                                                   75

Электродвигатель:

тип  ......................                                          А-52-6

мощность в кет    ...............                           4,5

число оборотов в минуту ...........                 950

Габаритные размеры насоса в мм:

длина     ....................                                     730

ширина ....................                                      420

высота   ....      ...............                                 565

Вес конструкции в кг    ...............                            286

В переоборудованном таким путем центробежном насосе бродящая масса проводилась шнеком через место наибольшего скопления углекислого газа и, соединяя во всасывающей трубе систематически стремящуюся к обрыву струи бражки, подавала ее на лопасти рабочего колеса. Две лопасти на диске рабочего колеса насоса создавали надлежащий напор до 6 м вод. ст. и обеспечивали перемещение бродящей бражки.

Продолжительность перекачивания насосом 30 м3 бражки, находящейся в состоянии главного брожения, из первого во второй бродильный чан составляла 2—3 часа при средней скорости перекачивания 12 м3/час.

Было отмечено, что при свободном перетоке массы значи­тельная часть взвешенных частиц (шелуха зерна и др.) остает­ся в первом чане, создавая неблагоприятные условия для рабо­ты насоса.

Рис. 25. График циклического брожения (средние данные за 2 месяца).

Второй насос подает бражку, отбродившую более глубоко до 4,0—3,0°. Перекачивание 30 м3 этой бражки производится за более короткий срок (40—50 минут), т. е. со скоростью 28 м3/час.

Таким образом, соединение лопастей и перьев шнека в рото­ре центробежного насоса предупреждает обрыв струи во всасы­вающей трубе и сохраняет необходимый напор массы в нагне­тательной трубе, что позволяет перекачивать бражку, находя­щуюся на различных стадиях брожения.

В связи с тем, что исследование процесса перекачивания бро­дящей бражки насосами разных конструкций, переделки рабоче­го колеса и изготовление нового насоса продолжались с января 1953 г. по март 1954 г., Бурцевский спиртовой завод вынужден был весь этот период работать по упрощенному циклическому способу, который мы рассматриваем как переходную стадию к поточному.

Как уже указывалось, циклический способ брожения состо­ит в том, что после непрерывного заполнения через взбраживатель первых четырех или пяти бродильных чанов батареи (первый цикл) их оставляют на дображивание, и через тот же взбраживатель, после его промывки и стерилизации, непрерывно запол­няют (начиная с последнего) 4—5 чанов батареи (второй цикл) (рис. 25).

Пока шло заполнение чанов (6, 5, 4, 3) второго цикла, браж­ка в чанах (/, 2, 3, 4) первого цикла дображивала, ее опускали в передаточный резервуар и перегоняли на брагоперегонном ап­парате, а чаны (4, 3, 2, 1) промывали, стерилизовали, вновь за­полняли и дальше повторяли все операции.

Созревание бражки в последних по порядку заполнения ча­нах (4, 3) всегда наступает раньше, чем в первый (1, 6), поэтому первые чаны реже подвергаются тфомывке и стерилизации.

Чаны (1, 6), наполняющиеся раньше других, освобождаются от содержимого позднее. Поэтому время, разделяющее две оче­редные стерилизации, по средним данным о работе Бурцевского завода за 2 месяца (декабрь 1953 и январь 1954 г.), для чанов 1 и 6 составляет 87 и 91 часа, для чанов 2 и 5 — 70 и 73 часа, для чанов 3 и 4 — 48 и 51 час, для чанов 4 и 5 — 29 и 31 час и для взбраживателя 44 и 49 часов.

Результаты работ Бурцевского завода по циклическому спо­собу (табл. 27) показывают, что кислотность во время притока сусла на второй день брожения повышалась от взбраживателя к хвостовому чану от 0,20 до 0,35°, а на третий день доходила в последнем чане до 0,40°. К моменту шсрсгонки бражки кислот­ность увеличивалась до 0,40—0,60°. Подобное изменение кислот­ности характерно для всего периода работы по циклическому способу брожения. Таким образом, кислотность зрелой бражки в первых по порядку заполнения чанах была всегда несколько выше, чем в следующих чанах батареи.

Основной недостаток циклического способа брожения состо­ит в невозможности установить одинаковую продолжительность брожения в головных и хвостовых чанах батареи, что приводит к относительному повышению нарастания кислотности бражки в головных чанах по сравнению с хвостовыми чанами батареи.

Эти же недостатки присущи предложенному Ф. И. Гладким полунепрерывному способу брожения крахмалистых заторов, внедренному в 1951 г. на Мичуринском, Наумовском и других спиртовых заводах, что препятствовало его дальнейшему рас­пространению.

Таблица 27

Технологические показатели бражки при циклическом способе брожения

Продолжение

Поточный метод брожения

В дальнейшем Бурцевский завод перешел на поточный метод брожения. В этот период завод перерабатывал следующее сырье: пшеницу 60%, рожь 20% и овес 20%.

От первого до последнего чана батарея заполнялась осахаренным суслом самотеком, а освобождалась от содержимого перед стерилизацией при помощи центробежных насосов.

Промывку и стерилизацию бродильной посуды проводили без остановки потока, т. е. не прекращая притока сусла в батарею и выпуска зрелой бражки на брагоперетонный аппарат.

Взбраживатель стерилизовали через 24 и 35 часов, головные чаны — через 28, 36 и 52 часа.

Отъемы бражки для замены дрожжей отбирали из первого чана на разных стадиях брожения при концентрации бражки от 12,0 до 6,0° (по сахарометру).

Температуру складки осахаренного сусла в опытных целях изменяли от 17 до 30°. Порядок работы и технологические по­казатели по чанам бродильной батареи при наиболее выгодном режиме работы (остановка на дезинфекцию головных чанов че­рез 52 часа) приведены в таблице 28.

      Из данных этой таблицы видно, что при поддержании кис­лотности отъемов бражки в пределах 0,65—0,70° и замене содер­жимого взбраживателя через 35 часов. в первом чане в течение 52 часов кислотность остается на уровне 0,25°, во втором чане— 0,30° и до конца брожения, продолжающегося— 80 часов кис­лотность зрелой бражки не превышает 0,30° [78, 86].

Рис.26. График поточного брожения.

В связи с тем, что технологические показатели зрелых бра­жек при более длительных (52 часа) промежутках между оче­редными стерилизациями были вполне удовлетворительные, мы не приводим данных, полученных при ускоренных циклах (28 и 36 часов).

Во всех перечисленных опытах поточного брожения отброды бражек были на 0,2—0,4° ниже плановых, что наиболее убеди­тельно доказывает нормальное течение процесса брожения.

Сопоставляя порядок проведения технологических приемов при поточном методе брожения (рис. 26) с аналогичным графи­ком циклического способа (см. рис. 25), мы можем более на­глядно увидеть преимущества поточного метода сбраживания. Эти преимущества состоят в том, что стерилизация бродильной посуды проводится систематически, через заданные промежутки времени, которые легко регулировать, изменяя продолжи­тельность пребывания массы в каждом бродильном чане бродильной батареи. В связи с этим в дальнейшем был разработан и рекомендован рациональный график систематической последовательной стерилизации всех элементов бродильной батареи при поточном методе брожения (рис. 27, периоды стерилизации заштрихованы). При этом полностью исключается большее закисание бражки головных чанов по сравнению с хвостовыми чанами бродильной ба­тареи, что наблюдалось при циклическом способе работы.

Улучшение технологических показателей мы объясняем включением центробежных насосов, которые позволяют регулировать скорость подачи бражки и продолжительность брожения.

С повышением температуры складки в летнее время года кислотность бражки в чанах батареи нарастает быстрее, поэтому приходится прибегать к более частым стерилизациям чанов.

В практике работы Бурцевского завода в весенне-летний пе­риод, когда температуру складки нельзя было снизить больше, чем до 28 и 30°, чаны стерилизованы через каждые 28 и 36 часов; средняя кислотность зрелой бражки при этом составила 0,45 – 0,50°.

Организация непрерывного потока бродящей массы вызвала необходимость устранения очагов инфекции, образующихся в задвижках и кранах на переточных трубах, соединяющих бродильные чаны.

Кислотность массы, взятой из задвижек, была постоянно на 0,20-0,30° выше, чем в чане, а спустя 10-14 дней она повышалась до 1,20 – 1,40°.

Чтобы исключить застой бражки в арматуре переточных труб, нами были сконструированы дисковые затворы (рис.28), с помощью которых дезинфицируемый чан выключается из батареи.

     Во время дезинфекции через лючки можно промывать диск и патрубок отдельно с каждой стороны запирающей арматуры и пропаривать эту сторону вместе с стерилизуемым чаном. Это исключает возможность застоя бродящей массы в арматкре при промывке и стерилизации бродильной посуды. После установки дисковых затворов инфицирование бражки не наблюдалось.

Для сопоставления поточного метода брожения с периоди­ческим нами проведено девять опытных непрерывных заполне­ний бродильной батареи (непрерывная работа бродильной бата­реи между очередными стерилизациями посуды) по поточному методу и пять опытов (по одному чану) по периодическому ме­тоду.

Условия опытов были идентичны: осахаренное сусло приготовляли из одного и того же сырья (пшеница 90% и рожь 10%), солод десятидневного ращения (ячмень 50%, овес 20%, рожь 30'%), одинаковый температурный режим на всех стадиях процесса. Концентрация сусла, поступающего на брожение, из­ менялась незначительно.

Процесс осахаривания крахмала перед брожением проходил достаточно полно (М : Д составило 4:1 — 2,5:8). Полученные отброды зрелой бражки во всех случаях были значительно ниже плановых: при поточном способе на 0,37°, при периодиче­ском— на 0,33°. Кислотность бражки во всех опытах держалась стабильной в пределах 0,30—0,37°, только в девятом опыте из-за вынужденной кратковременной остановки завода и перестоя бражки в течение 87 часов она поднялась до 0,43°. И все же при поточном методе средняя кислотность составила 0,34°, при периодическом — 0,38°.. Колебания в содержании общих редуцирующих веществ, мальтозы, декстринов и спирта находятся в пределах точности анализа (табл. 29).

Рис. 27. Графи к проведения профилактической стерилизации оборудования.

Таким образом, средняя величина технологических показате­лей при поточном методе брожения существенно не отличается от показателей при периодическом методе брожения, но зрелая бражка при поточном методе полнее отбраживает и меньше за­кисает. Следовательно, проведение профилактических мероприя­тий для устранения сверхнормативного нарастания кислотности — остановка бродильной посуды, начиная с головного чана, и удаление постоянно накапливающихся задержек бражки в чанах батареи, являющихся очагами инфекции при сбраживании в не­прерывном потоке, а также стерилизация технологической посу­ды на ходу брожения, — практически оправдано.

Для сравнения в табл. 30 приведены средние показатели зрелой бражки при поточном и периодическом методах броже­ния. Анализы отъемов бражки, которые применялись в опытах вместо дрожжей, приведены в табл. 31.

Данные табл. 31 показывают, что изменение начальной кон­центрации отъемов бражки от 12,5 до 6°, а конечной (при спус­ке) от 3,5 до 7,2° и продолжительности выдержки от 25 до 6 ча­сов, не влияет на отброд и кислотность зрелой бражки. Поэтому приведенные 3.А.Раевым и Я.А.Орловским [57] границы кон­центрации от 9 до 11° можно значительно расширить (с 6 до 12,5°) с тем, чтобы не создавать лишних затруднений при ис­пользовании бражки вместо дрожжей.

Т а б л и ц а 29

Показатели зрелой бражки при поточном методе брожения

Таблица 30

Средние показатели зрелой бражки

Таблица   31

Показатели отъемов бражки, применяемых вместо дрожжей при поточном методе брожения

Таким образом, указания Раева и Орловского (там же) о не­целесообразности отъемов ранее или позднее, чем через 16— 18 часов от начала брожения, не имеют значения в условиях по­точного метода брожения. Бражку на дрожжи можно брать и раньше и позднее этого времени. Проведенные опыты показы­вают, что при поточном методе брожения отъемы бражки с бо­лее низкой концентрацией при меньшей выдержке позволяют вносить большее количество дрожжевых клеток в единице объе­ма (82 млн. на 1 мл). Вопросы же стерильности при этом ре­шаются комплексом профилактических мероприятий.

А. Клау и И. Унгер [23] еще в 1931 г. в производственных условиях при переработке зерно картофельного сырья проводили опыты по использованию отъемов бражки вместо дрожжей на 24 заводах б. Средне волжского спиртового треста и получали при этом нормальные технологические показатели. Отброды на картофеле составляли 0,2—0,6°, а нарастание кислотности в зре­лой бражке не превышало 0,15—0,30°. Выходы спирта также находились в пределах установленных норм. Опыты А. Клау и И. Унгера не получили в то время распространения, и только в 1953 г. по предложению Я. К. Орловского на Мироцком и дру­гих заводах было освоено применение отъемов бражки вместо специально приготовляемых дрожжей. Использование этого ме­тода после проведенных Киевским филиалом ВНИИСПа иссле­довании получило массовое распространение.

Использование отъемов бражки вместо дрожжей при поточ­ном методе брожения отличается от предложения Орловского тем, что в первом случае отбирается значительно большее количество бражки. Обычно оно составляет 20—30% от объема бродильно­го чана. При поточном методе на Бурцевском заводе к 10 м3 дрожжевой массы притекает 2,8 м³ сусла в час, в то время как ранее там задавали те же 2,8 м³ сусла к 1,2 м⁵ дрожжей. По Орловскому соотношение объема дрожжей к суслу всегда остается постоянным и ограничивается объемом посуды дрож­жевого цеха.

При поточном методе брожения сразу начинается интенсив­ная жизнедеятельность дрожжей и быстрее наступает главное брожение. Это в большей мере, чем по способу Орловского, пре­дупреждает развитие посторонних  кислотообразующих  микро­организмов и способствует повышению выходов спирта.

Достигаемое при увеличении количества засевных дрожжей сокращение периода взбраживания позволяет повысить произ­водительность бродильного цеха.

После отъема бражки по методу Орловского чаны не долива­ют, что снижает производительность бродильного цеха примерно на 8%. Устранить этот недостаток без перехода на поточный или циклический способ сбраживания невозможно.

Внедрение поточного метода брожения полностью исключает надобность в дрожжевом отделении и дрожжанках, все процес­сы размножения дрожжей и брожения протекают в одной бро­дильной батарее со взбраживателем и сборником бражки для обработки ее антисептиком.

Как показали опыты, в шестичленной батарее при непрерыв­ном потоке сахара не успевают сбраживать до конца. Поэтому приходится искусственно уменьшать скорость притока осахаренного сусла или останавливать чаны на дображивание, что к было принято на Бурцевском заводе.

В трех заводских опытах мы определили концентрацию объемы бражки, подсчитали количество сброженных веществ исоставили характеристику работы каждого чана бродильной ба­тареи (табл. 32).

За 53 часа было наполнено бражкой 5 чанов батареи. В про­цессе заполнения чанов (величина видимого отброда постепенно снижалась и в пятом чане была равна 1,7°, но когда бражка из третьего чана была перемещена в четвертый, наблюдалось по­вышение отбродов до 3,2; 2,3 и 1,8°. Для полного сбраживания сахаров и доведения показателя видимого отброда до нормы (1°) понадобилось еще 16 часов для шестого чана, 24 часа для пятого и 32 часа для четвертого; лишь после дображивания бражка могла быть пущена на перегонку.

При применении 20% отбираемой бражки вместо дрожжей главное брожение начиналось только во втором бродильном ча­не. Показатель видимого отброда снижается в этом чане на 4°, следовательно, сбраживает 28,1% от введенных сухих веществ. Во взбраживателе количество сброженных Сахаров составляет 6,4—7,3%; эффективность работы дображивателей по сравнению с головными чанами батареи еще более низка.

Поэтому для повышения эффективности работы всей бро­дильной батареи целесообразно переместить главное брожение из второго чана в головной, чтобы брожение скорее протекало и хвостовые чаны батареи можно было не оставлять на периодиче­ское дображивалие. Для этого следовало бы увеличить количе­ство бражки, отбираемой для использования вместо дрожжей, чтобы еще более резко сократился период взбраживания.

Однако увеличение объема отбираемой бражки не может быть беспредельным, так как при этом повышается кислотность бражки в первом чане батареи, увеличивается расход серной кислоты и снижается активность ферментной системы бражки.

Результаты опытов и последующая практическая работа Бурцевского завода показали, что при шестичленной батарее мож­но получать нормальные технологические показатели только при условии периодического дображивания бражки в трех хво­стовых чанах батареи (4, 5, 6) в течение 16 часов.

     Оставление бражки на дображивание, как и всякий другой периодический процесс, — отрицательная сторона схемы поточного брожения, осуществленной на Бурцевском заводе, так как не позволяет провести полностью непрерывный процесс. Однако с введением этого метода на других заводах, имеющих большее количество чанов в батарее, этот недостаток был легко устранен. В ходе заводских испытаний освоен прием регулирования концентрации сухих веществ в головном бродильном чане бата­реи. Откачивая насосом бродящее сусло из первого чана во второй, при постоянном нерегулируемом притоке осахаренного сусла в первом  чане, можно поддерживать концентрацию сухих веществ в пределах установленной нормы—12,0—6,0° (по са­харометру).

Таблица 32

Показатели работы чанов бродильной батареи при   поточном методе брожения

Продолжение