Горячее осахаривание муки. Зерновая брага на ферментах: холодное осахаривание и горячее. Процесс проведения осахаривания горячим методом

1. Какие ферменты используются и почему?

В домашнее винокурение ферменты пришли из промышленности. Их использование в промышленности обусловлено снижением сложности, повышением стабильности технологических процессов, ускорения процесса производства и увеличением выхода спирта по сравнению с использованием традиционных методик. Использование полного комплекса ферментных препаратов позволяет получить максимальное количество спирта из сырья, а также уменьшить содержание посторонних компонентов в сусле, что положительно влияет на органолептику продукта перегонки.

Современная промышленность использует для разжижения и осахаривания сырья ферментные препараты:

• Амилосубтилин ГЗх (АмилоЛюкс, «А») - для разжижения сырья и подготовки его к действию других ферментов
• Глюкаваморин ГЗх (ГлюкаЛюкс-А, «Г») - для осахаривания крахмала
• ЦеллоЛюкс-А («Ц») - для осахаривания некрахмалистых полисахаридов (ксиланов, β-глюкана, целлюлозы, пектинов) либо подготовки их к действию вышеописанных ферментов.
• Протосубтилин («П») - для расщепления растительных белков, что приводит к более активной работе дрожжей

Таким образом, минимально необходимые ферменты при осахаривании - это Амилосубтилин и Глюкаваморин. ЦеллоЛюкс-А и Протосубтилин выполняют дополнительное осахаривание и подготовку к брожению.

2. Дозировка различных ферментов

Множество вопросов вызывает расчет дозировки ферментных препаратов. Обычно производитель или продавец указывают активность сухих ферментов в активных единицах на грамм фермента. Также существуют рекомендации от производителя по дозировке активных единиц ферментов на грамм вещества подвергающегося обработке. Причем в зависимости от тех. процесса количество ферментов может варьироваться от минимального до максимального. При помощи этого числа, а также с использованием таблиц по содержанию крахмала, белка и НПС (некрахмалистых полисахаридов) можно высчитать эталонную дозу каждого фермента на килограмм сырья.

Формула для расчета количества ферментов на килограмм сырья выглядит следующим образом:

Доза фермента (грамм) = (P*R*10)/A

• P - процент содержания вещества, подвергающегося обработке (например, крахмал)
• R - рекомендованная дозировка активных единиц
• А - активность препарата в единицах на грамм

Стоит добавить, что для некоторых типов сырья (рожь) и ферментов с истекшим или подходящим к концу сроку годности требуется увеличение дозы ферментов на 15-25%. Так как в домашних условиях рассчитывать точную дозировку препаратов практически нет смысла, то можно допустить некоторые упрощения в методике расчета, взяв максимально рекомендуемые значения.

В таблице приведен расчет дозировки ферментов на один 1 кг сырья:

				Расход фермента в граммах на 1 кг сырья
Сырье	Крахмал	Белок	Целлюлоза	А-1500 ед/г	Г-3000 ед/г	Ц-2000 ед/г	П-120 ед/г
Пшеница	56	16	6	0,75	1,16	0,90	4,38
Ячмень (шелушеный)	49	13	7	0,65	1,01	1,05	3,79
Кукуруза	68	7	3	0,91	1,41	0,45	2,04
Рожь	50	15	2	0,67	1,03	0,30	4,38
Тритикале	53	13	2	0,71	1,10	0,30	3,79
Просо	51	13	8	0,68	1,05	1,20	3,79
Овес (шелушеный)	37	13	10	0,49	0,76	1,50	3,79
Картофель	18	2	2	0,24	0,37	0,30	0,58
Рис	73	8	н/д	0,97	1,51		2,33
Гречиха	64	12	н/д	0,85	1,32		3,50
Горох	59	29	н/д	0,79	1,22		8,46
Активность:				1500	3000	3000	120
Норма расхода ед:				2	6,2	30	3,5

Нарушения в дозировке препаратов в меньшую сторону могут сказаться на сроках работы ферментов и полноте переработки сырья. При этом от незначительного превышения дозировки негативных последствий не замечено (кроме перерасхода).

Таким образом, универсальным рецептом будет использование на 1 кг сырья:

• 1 грамм - Амилосубтилин ГЗх 1500
• 1.5-2 грамм - Глюкаваморин ГЗх 3000
• 1 грамм - ЦеллоЛюкс-А 2000
• 4-5 грамм - Протосубтилин 120

3. Типы осахаривания, их преимущества и недостатки

Сейчас в домашнем винокурении пользуются популярностью две различных технологии осахаривания - горячее и холодное, названные так из-за разных температур, при которых происходит гидролиз крахмала. При горячем осахаривании сырье нагревается до температур в 50-70°С и в таком состоянии подвергается воздействию ферментов в течение 10-20 часов. При этом минимален риск заражения сусла, максимально эффективно действуют ферменты, но этот способ требует больших усилий.
При холодном осахаривании с использованием ферментов процесс протекает при температурах, близких к 30°С и с одновременным брожением. Этот способ менее трудозатратный, но более долгий, и имеет больший риск скисания браги. На графиках представлена зависимость активности ферментов от температуры с течением времени:

Кривые гидролиза Амилосубтилином зерновых замесов при разных температурах (1 ед/г крахмала)	Кривые гидролиза Глюкаваморином зерновых замесов при разных температурах (5 ед/г крахмала)

Диапазон эффективного действия фермента Амилосубтилин соответствует области рН 5,0-8,0 и температуре 50-75°С. Для фермента Глюкаваморин эффективное действие лежит в следующих пределах: рН 3,0-6,5 и температуры 30-60°С.

Стоит добавить, что существует множество промежуточных способов между горячим и холодным осахариванием, применение которых во многих случаях может быть оправдано конкретными условиями, доступностью компонентов, затрачиваемым временем и другими факторами.

3.1 Горячее осахаривание (ГОС)

Рецепт приготовления браги с использованием крахмалосодержащего сырья и ферментов А и Г:

• Подготовить горячую (кипящую) воду из расчета ~6.5 литров воды на 1 кг крахмала в сырье (для круп или дробленки).
• В горячую воду добавляется сырье с постоянным перемешиванием. Для перемешивания удобно использовать шуруповерт или низкооборотистую дрель с насадкой для перемешивания строительных смесей - “миксер”. При этом для того, чтобы избежать комков, сыпать лучше всего прямо на вращающуюся в воде насадку.
• При остывании смеси до 75°С вносится половина дозы фермента Амилосубтилин. Перед внесением его можно растворить теплой питьевой водой в отношении 1/10.
• Далее сусло перемешивается с кашеобразного до жидкого состояния или в течение примерно 30 мин.
• Суслу дают остыть до 56-58°С и вносят оставшуюся часть фермента Амилосубтилин и фермент Глюкаваморин, затем тщательно перемешивают “миксером”. Время работы ферментов на этом этапе составит около 1.5-2 часов.
• После окончания процесса осахаривания суслу нужно дать остыть до температуры около 30°С. Для того, чтобы сусло не “заразилось” во время остывания, желательно герметично закрыть емкость с ним.
• Сусло переливается в емкость для брожения (предварительно продезинфицированную), и в него вносятся дрожжи с дозировкой 2-3 грамм сухих или 10-15 грамм прессованных на килограмм сырья. Брожение происходит под гидрозатвором.

Активная фаза брожения будет продолжатся около 3-4 дней, затем брагу нужно периодически взбалтывать, не открывая бродильную ёмкость.

3.2 Холодное осахаривание (ХОС)

Рецепт приготовления браги с использованием крахмалосодержащего сырья и ферментов А и Г без заваривания:

• Сырье желательно раздробить и обязательно очистить от плевел, если они есть.
• Подготовить воду температурой около 35°С из расчета ~6.5 литров воды на 1 килограмм крахмала в сырье (для круп или дробленки). Стоит учесть, что ёмкость для брожения нежелательно заполнять брагой более, чем на 7/10 объема.
• В ёмкость для брожения вливается половина заготовленной воды.
• Для снижения вероятности заражения сусла обязательно рекомендуется в воду добавить антибиотик - доксициклин (1 капсула на 20 литров браги).
• Кислотность регулируется в пределах 5-5.5 pH ортофосфорной, серной или лимонной кислотами.
• Далее в ёмкость вносятся ферменты Амилосубтилин и Глюкаваморин, согласно дозировке на килограмм крахмала в сырье.
• Если есть, то можно добавить пеногаситель софэксил - 1 мл на 20 литров затора
• Вносится сырье, затем все перемешивается
• Добавляются дрожжи в соответствии с рекомендациями производителя (10 грамм сухих дрожжей на 4-5 литров браги).
• Добавляется оставшаяся часть воды.

Брожение происходит под гидрозатвором с периодическим помешиванием-взбалтываем (без нарушения герметичности). Процесс брожения занимает от полутора до трех недель. Готовность к перегонке контролируется по появлению пленки на поверхности браги. Появление пленки - это признак того, что брага начинает скисать и ее нужно тут же перегонять. В идеале следует перегонять брагу незадолго до появления пленки.

В домашнее винокурение ферменты пришли из промышленности. Их использование в промышленности обусловлено снижением сложности, повышением стабильности технологических процессов, ускорения процесса производства и увеличением выхода спирта по сравнению с использованием традиционных методик. Использование полного комплекса ферментных препаратов позволяет получить максимальное количество спирта из сырья, а также уменьшить содержание посторонних компонентов в сусле, что положительно влияет на органолептику продукта перегонки.Современная промышленность использует для разжижения и осахаривания сырья ферментные препараты:

• Амилосубтилин ГЗх (АмилоЛюкс, ;«А») - для разжижения сырья и подготовки его к действию других ферментов
• Глюкаваморин ГЗх (ГлюкаЛюкс-А, «Г») - для осахаривания крахмала
• ЦеллоЛюкс-А («Ц») - для осахаривания некрахмалистых полисахаридов (ксиланов, β-глюкана, целлюлозы, пектинов) либо подготовки их к действию вышеописанных ферментов.
• Протосубтилин («П») - для расщепления растительных белков, что приводит к более активной работе дрожжей

Таким образом, минимально необходимые ферменты при осахаривании - это Амилосубтилин и Глюкаваморин. ЦеллоЛюкс-А и Протосубтилин выполняют дополнительное осахаривание и подготовку к брожению.

Дозировка различных ферментов

Множество вопросов вызывает расчет дозировки ферментных препаратов. Обычно производитель или продавец указывают активность сухих ферментов в активных единицах на грамм фермента. Также существуют рекомендации от производителя по дозировке активных единиц ферментов на грамм вещества подвергающегося обработке. Причем в зависимости от тех. процесса количество ферментов может варьироваться от минимального до максимального. При помощи этого числа, а также с использованием таблиц по содержанию крахмала, белка и НПС (некрахмалистых полисахаридов) можно высчитать эталонную дозу каждого фермента на килограмм сырья.Формула для расчета количества ферментов на килограмм сырья выглядит следующим образом:

Доза фермента (грамм) = (P*R*10)/A

• P - процент содержания вещества, подвергающегося обработке (например, крахмал)
• R - рекомендованная дозировка активных единиц
• А - активность препарата в единицах на грамм

Стоит добавить, что для некоторых типов сырья (рожь) и ферментов с истекшим или подходящим к концу сроку годности требуется увеличение дозы ферментов на 15-25%. Так как в домашних условиях рассчитывать точную дозировку препаратов практически нет смысла, то можно допустить некоторые упрощения в методике расчета, взяв максимально рекомендуемые значения.В таблице приведен расчет дозировки ферментов на один 1 кг сырья:

Примерное содержание крахмала, белков, целлюлозы и жиров в различных видах сырья

Сырье	Крахмал	Белок	Целлюлоза	А-1500 ед/г	Г-3000 ед/г	Ц-2000 ед/г	П-120 ед/г
Пшеница	56	16	6	0,75	1,16	0,90	4,38
Ячмень (шелушенный)	49	13	7	0,65	1,01	1,05	3,79
Кукуруза	68	7	3	0,91	1,41	0,45	2,04
Рожь	50	15	2	0,67	1,03	0,30	4,38
Тритикале	53	13	2	0,71	1,10	0,30	3,79
Просо	51	13	8	0,68	1,05	1,20	3,79
Овес (шелушенный)	37	13	10	0,49	0,76	1,50	3,79
Картофель	18	2	2	0,24	0,37	0,30	0,58
Рис	73	8	н/д	0,97	1,51	-	2,33
Гречиха	64	12	н/д	0,85	1,32	-	3,50
Горох	59	29	н/д	0,79	1,22	-	8,46

Нарушения в дозировке препаратов в меньшую сторону могут сказаться на сроках работы ферментов и полноте переработки сырья. При этом от незначительного превышения дозировки негативных последствий не замечено (кроме перерасхода).Таким образом, универсальным рецептом будет использование на 1 кг сырья: ;

• 1 грамм - Амилосубтилин ГЗх 1500
• 1.5-2 грамм - Глюкаваморин ГЗх 3000
• 1 грамм - ЦеллоЛюкс-А 2000
• 4-5 грамм - Протосубтилин 120

Типы осахаривания, их преимущества и недостатки

Сейчас в домашнем винокурении пользуются популярностью две различных технологии осахаривания - горячее и холодное, названные так из-за разных;температур, при которых происходит гидролиз крахмала. При горячем осахаривании сырье нагревается до температур в 50-70°С и в таком состоянии подвергается воздействию ферментов в течение 10-20 часов. При этом минимален риск заражения сусла, максимально эффективно действуют ферменты, но этот способ требует больших усилий.При холодном осахаривании с использованием ферментов процесс протекает при температурах, близких к 30°С и с одновременным брожением. Этот способ менее трудозатратный, но более долгий, и имеет больший риск скисания браги. На графиках представлена зависимость активности ферментов от температуры с течением времени:



Диапазон эффективного действия фермента Амилосубтилин соответствует области рН 5,0-8,0 и температуре 50-75°С. Для фермента Глюкаваморин эффективное действие лежит в следующих пределах: рН 3,0-6,5 и температуры 30-60°С.Стоит добавить, что существует множество промежуточных способов между горячим и холодным осахариванием, применение которых во многих случаях может быть оправдано конкретными условиями, доступностью компонентов, затрачиваемым временем и другими факторами.

Горячее осахаривание (ГОС)

Рецепт приготовления браги с использованием крахмалосодержащего сырья и ферментов А и Г:

1. Сырье желательно раздробить и обязательно очистить от плевел, если они есть.
2. Подготовить горячую (кипящую) воду из расчета ~6.5 литров воды на 1 кг крахмала в сырье (для круп или дробленки).
3. В горячую воду добавляется сырье с постоянным перемешиванием. Для перемешивания удобно использовать шуруповерт или низкооборотистую дрель с насадкой для перемешивания строительных смесей - “миксер”. При этом для того, чтобы избежать комков, сыпать лучше всего прямо на вращающуюся в воде насадку.
4. При остывании смеси до 75°С вносится половина дозы фермента Амилосубтилин. Перед внесением его можно растворить теплой питьевой водой в отношении 1/10.
5. Далее сусло перемешивается с кашеобразного до жидкого состояния или в течение примерно 30 мин.
6. Суслу дают остыть до 56-58°С и вносят оставшуюся часть фермента Амилосубтилин и фермент Глюкаваморин, затем тщательно перемешивают “миксером”. Время работы ферментов на этом этапе составит около 1.5-2 часов.
7. После окончания процесса осахаривания суслу нужно дать остыть до температуры около 30°С. Для того, чтобы сусло не “заразилось” во время остывания, желательно герметично закрыть емкость с ним.
8. Сусло переливается в емкость для брожения (предварительно продезинфицированную), и в него вносятся дрожжи с дозировкой 2-3 грамм сухих или 10-15 грамм прессованных на килограмм сырья. Брожение происходит под гидрозатвором.

Активная фаза брожения будет продолжатся около 3-4 дней, затем брагу нужно периодически взбалтывать, не открывая бродильную ёмкость.

Холодное осахаривание (ХОС)

Рецепт приготовления браги с использованием крахмалосодержащего сырья и ферментов А и Г без заваривания:

1. Сырье желательно раздробить и обязательно очистить;от плевел, если они есть.
2. Подготовить воду температурой около 35°С из расчета ~6.5 литров воды на 1 килограмм крахмала в сырье (для круп или дробленки). Стоит учесть, что ёмкость для брожения нежелательно заполнять брагой более, чем на 7/10 объема.
3. В ёмкость для брожения вливается половина заготовленной воды.
4. Для снижения вероятности заражения сусла обязательно рекомендуется в воду добавить антибиотик – ;доксициклин (1 капсула на 20 литров браги).
5. Кислотность регулируется в пределах 5-5.5 pH ортофосфорной, серной или лимонной кислотами.
6. Далее в ёмкость вносятся ферменты Амилосубтилин и Глюкаваморин, согласно дозировке на килограмм крахмала в сырье.
7. Если есть, то можно добавить пеногаситель софэксил – 1 мл на 20 литров затора
8. Вносится сырье, затем все перемешивается
9. Добавляются дрожжи в соответствии с рекомендациями производителя (10 грамм сухих дрожжей на 4-5 литров браги).
10. Добавляется оставшаяся часть воды.
11. Брожение происходит под гидрозатвором с периодическим помешиванием-взбалтываем (без нарушения герметичности). Процесс брожения занимает от полутора до трех недель. Готовность к перегонке контролируется по появлению пленки на поверхности браги. Появление пленки - это признак того, что брага начинает скисать и ее нужно тут же перегонять. В идеале следует перегонять брагу незадолго до появления пленки.

Источники:

ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА

Мировой рынок этанола составляет около 4 млрд. дал (декалитров абсолютного алкоголя) в год. Лидерами в производстве этанола являются США, Бразилия, Китай. В США функционирует 97 заводов по производству этанола из кукурузы (строится еще 35 заводов) общей мощностью 1,5 млрд. дал в год.

Основные направления использования этанола в мировой практике:

− 60% − добавка к моторному топливу;

− 25% − химическая промышленность;

− 15% − пищевая промышленность (доля ее сокращается).

Автомобильное топливо на основе этанола содержит 10% этанола (топливо Е-10) или 85% этанола (Е 85). При стоимости нефти 60-70 $ за баррель биоэтанол становится конкурентоспособным топливом. Введение этанола в бензин позволяет отказаться от добавки в топливо тетраэтилсвинца, в результате чего снижается токсичность выхлопных газов и расход горючего.

В США проводятся масштабные исследования по производству биоэтанола из возобновляемого растительного сырья (из стеблей кукурузы, тростника и др.)

В промышленных условиях этанол получают гидратацией этилена в присутствии катализатора (H 3 PO 4 на силикагеле), из гидролизатов растительного сырья (древесины, стеблей кукурузы, тростника), а также из крахмалсодержащего сырья (пшеница, рожь, тритикале, картофель), мелассы, молочной сыворотки, топинамбура. Средний выход 95,5%-ного этилового спирта из 1 т различных видов сырья представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Выход этанола из различных видов сырья

Окончание таблицы 2.1

На спиртовых заводах Республики Беларусь (функционирует около 70 спиртовых заводов общей мощностью более 9 млн. дал в год) для производства этанола используют крахмалсодержащее сырье, главным образом зерно злаков. Содержание крахмала в различных видах зерна составляет (в %): пшеница – 48–57; рожь – 46–53; ячмень – 43–55; овес – 34–40; просо – 42–60; кукуруза – 61–70. В зерне содержатся также (в среднем) сахара ~ 3%; клетчатка ~ 6%; пентозаны и пектиновые вещества ~ 9%; азотистые (белковые) вещества ~ 11%, жир ~ 3%.

Продуценты этанола

При микробиологическом синтезе классическими продуцентами этанола являются дрожжи - сахаромицеты и шизосахаромицеты. Чаще других используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces vini , Schizosaccharomyces pombe .

Сахаромицеты имеют клетки округлой формы размером 10-15 мкм, размножаются почкованием. Шизосахаромицеты имеют крупные палочковидные клетки диаметром 4-5 мкм и длиной 18-20 мкм, размножаются делением. И те, и другие дрожжи хорошо сбраживают глюкозу, маннозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, труднее сбраживают галактозу и не сбраживают пентозные сахара (ксилозу, арабинозу).

Теоретический выход этанола из 100 кг сброженной глюкозы составляет 51,14 кг или 64,80 л (при этом образуется 48,86 кг СО 2). На практике выход спирта составляет 82-92% от теоретического в связи с расходом части субстрата на размножение и рост дрожжей и образование побочных продуктов.

Синтез этанола в дрожжевой клетке осуществляется по следующей схеме:

Побочными продуктами спиртового брожения являются глицерин, высшие (сивушные) спирты, органические кислоты (уксусная, пировиноградная, молочная, янтарная), альдегиды. При спиртовом брожении сахар (глюкоза) расходуется на образование различных веществ в следующем количестве: этанола - 46-47%, диоксида углерода - 44-46%, биомассы дрожжей - 1,8-4,0%, глицерина - 3-4%, высших спиртов - 0,3-0,7%, органических кислот - 0,2-1,0%, альдегидов - 0,1-0,2%. При многократном возврате дрожжей на брожение расход сахара на образование биомассы сокращается, а интенсивность брожения даже несколько возрастает.

Образование глицерина при спиртовом брожении объясняется тем, что в индукционный период (до образования уксусного альдегида) между двумя молекулами фосфоглицеринового альдегида под действием фермента альдегидмутазы при участии молекулы воды происходит реакция дисмутации. При этом одна молекула фосфоглицеринового альдегида восстанавливается, образуя фосфоглицерин, а другая окисляется в 3-фосфоглицериновую кислоту. Фосфоглицерин в дальнейших реакциях не участвует и после отщепления фосфорной кислоты является побочным продуктом спиртового брожения. 3-фосфогли-цериновая кислота претерпевает превращения по ЭМП-пути с образованием уксусного альдегида. После появления уксусного альдегида наступает стационарный период брожения, при котором окисление фосфоглицеринового альдегида в фосфоглицериновую кислоту протекает более сложным путем, с присоединением неорганического фосфата (ЭМП-путь). В связи с этим наряду с этанолом при брожении всегда образуется некоторое количество глицерина.

При связывании уксусного альдегида бисульфитом процесс брожения направляется в сторону образования глицерина:

С 6 Н 12 О 6 ® СН 3 СНО + СО 2 + СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН.

В щелочной среде молекула уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановительную реакцию со второй молекулой, образуя этанол и уксусную кислоту. Одновременно идет накопление глицерина. Суммарно процесс выражается следующим уравнением:

2С 6 Н 12 О 6 + Н 2 О ® ® 2СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН + С 2 Н 5 ОН + СН 3 СООН + 2СО 2 .

Эти приемы используются для промышленного получения глицерина.

Высшие спирты образуются из аминокислот (в меньшей степени из кетокислот), содержащихся в ферментационной среде, в результате последовательно протекающих реакций дезаминирования аминокислот, декарбоксилирования образовавшихся кетокислот и восстановления альдегидов.

Из высших спиртов в бражке присутствуют: пропиловый (образуется из треонина), изобутиловый (из валина), амиловый (из изолейцина) и изоамиловый (из лейцина).

В настоящее время ведется интенсивный поиск нетрадиционных микроорганизмов-продуцентов этанола, способных сбраживать широкий круг субстратов, имеющих высокую продуктивность по этанолу, обладающих повышенной устойчивостью к этанолу и высокой температуре. Представляют интерес этанолсинтезирующие бактерии. Например, бактерии Zymomonas mobilis отличаются от дрожжей интенсивным метаболизмом: имеют высокую удельную скорость конверсии глюкозы в этанол, обеспечивают более высокий выход этанола (до 95% от теоретически возможного), более толерантны к спирту. Но эти бактерии чувствительны к присутствию в питательных средах ингибиторов (фурфурола, фенолов) и требуют осуществления процесса брожения в условиях асептики.

Термофильные бактерии Clostridium thermocellum (оптимальная температура роста 68°С) способны непосредственно трансформировать целлюлозу растительного сырья в этанол, но при этом сырье должно быть освобождено от лигнина. Достичь высокого выхода спирта при прямой конверсии растительного сырья пока не удается.

Получены штаммы дрожжей, способные сбраживать пентозные сахара (Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata ). Выход этанола при сбраживании 100 кг ксилозы достигает 35-47 л.

В отечественной практике производства этанола из крахмалсодержащего сырья используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae , имеющие оптимальную температуру брожения 29–30°С.

Ферментативное осахаривание крахмала

Традиционные продуценты этанола не способны к расщеплению полисахаридов, поэтому при получении сусла крахмалсодержащее сырье подлежит развариванию и осахариванию. Крахмал большинства растений содержит 20-25% амилозы и 80-75% амилопектина. В растительных клетках крахмал находится в виде зерен (гранул), размер которых колеблется от 1 до 120 мкм (картофельный крахмал имеет гранулы размером 40-50 мкм, гранулы крахмала зерна − 10-15 мкм). Крахмал, амилоза и амилопектин нерастворимы в холодной воде, спирте, эфире. Амилоза легко растворяется в теплой воде, амилопектин - при нагревании под давлением. Сетчатая структура молекул амилопектина обусловливает набухание крахмальных гранул без их растворения (вторичные связи ослабляются гидратацией). При определенной температуре гранулы разрыхляются, разрываются связи между отдельными структурными элементами, нарушается целостность гранул. При этом резко возрастает вязкость раствора - происходит клейстеризация крахмала. Для клейстера характерны беспорядочное расположение молекул, потеря кристаллической структуры. При температуре 120–130°С клейстер становится легкоподвижным. Наиболее полное растворение амилопектина происходит у пшеничного крахмала при 136–141°С, у картофельного - при 132°С.

Растворенный при разваривании зерна или картофеля крахмал гидролизуют (осахаривают) амилолитическими ферментами зернового солода или культур микроорганизмов, преимущественно мицелиальных грибов и бактерий. Из растительных материалов наиболее богато амилолитическими ферментами пророщенное зерно злаков, называемое солодом. В настоящее время в спиртовой промышленности широко применяют ферментные препараты на основе культур мицелиальных грибов (или бактерий рода Bacillus ), которые имеют ряд преимуществ по сравнению с солодом. Культуры мицелиальных грибов выращивают на пшеничных отрубях или кукурузной муке, тогда как для получения солода требуется кондиционное зерно. С солодом в сусло вносятся в большом количестве посторонние микроорганизмы, что отрицательно сказывается на выходе этанола. Глубинные культуры грибов выращивают в стерильных условиях, они не загрязняют сусло посторонними микроорганизмами. Выращивание поверхностной культуры грибов осуществляется намного быстрее (1,5-2,0 сут), чем протекает проращивание зерна (9-10 сут). Грибы образуют комплекс ферментов, которые глубже гидролизуют крахмал, а также расщепляют гемицеллюлозы до моносахаридов, что повышает выход этанола из сырья.

В процессе осахаривания крахмалсодержащего сырья участвуют различные ферменты. Наибольшее производственное значение имеют амилазы. α- и β-амилазы катализируют разрыв только α-1,4-глюкозидных связей. Под действием α-амилаз связи разрываются беспорядочно, но преимущественно внутри цепей. В результате образуются главным образом декстрины, небольшое количество мальтозы и олигосахаридов. Исходя из характера действия, α-амилазу называют эндогенной или декстриногенной амилазой.

Дейстивие β-амилазы направлено на концевые (внешние) связи в крахмале, при этом последовательно, начиная с нередуцирующих концов цепей, отщепляется по два остатка глюкозы (мальтоза). β-амилаза не может обойти места ветвления в макромолекуле крахмала, поэтому гидролиз прекращается на предпоследней α-1,4-глюкозидной связи и остаются высокомолекулярные декстрины при гидролизе амилопектина. Амилоза практически полностью превращается β-амилазой в мальтозу, амилопектин – только на 50–55%.

В результате совместного действия α- и β-амилаз образуется смесь сахаридов, состоящая из мальтозы, небольшого количества глюкозы и низкомолекулярных декстринов, в которых сосредоточены все α-1,6-глюкозидные связи крахмала.

В бактериях и микроскопических грибах отсутствует β-амилаза, но содержится активная α-амилаза, отличающаяся композицией аминокислот в белке и специфичностью действия. В частности, при катализе α-амилазой микроскопических грибов образуется большое количество глюкозы и мальтозы. Среди бактериальных амилаз имеются как сахарогенные, так и декстриногенные. Первые гидролизуют крахмал на 60% и более, вторые – на 30–40%. α-Амилазы микробного происхождения, как и α- и β-амилазы солода, не атакуют α-1,6-глю-козидные связи.

В микроскопических грибах содержится глюкоамилаза, которая катализирует разрыв α-1,4- и α-1,6-глюкозидных связей в крахмале. При катализе этим ферментом от нередуцирующих концов амилозы и амилопектина последовательно отщепляются остатки глюкозы. По месту разрыва связей присоединяется молекула воды, поэтому теоретический выход глюкозы в процессе гидролиза составляет 111,11% к массе крахмала.

Известны три вероятных способа взаимодействия фермента с субстратом (содержащим большое количество цепей): многоцепочный, одноцепочный и комбинированный.

По многоцепочному способу молекула фермента в случайном порядке атакует одну из полисахаридных цепей, отщепляя от нее звено, а затем также в случайном порядке атакует следующие цепи, в том числе, возможно, и атакованную ранее. Таким образом, за время существования фермент-субстратного комплекса происходит только один каталитический акт.

При одноцепочном способе молекула фермента, атаковав в случайном порядке одну из полисахаридных цепей, последовательно отщепляет от нее звенья до полного расщепления цепи. За время существования фермент-субстратного комплекса гидролизуются все доступные для фермента связи.

Комбинированный способ, или способ множественной атаки, заключается в том, что за время существования фермент-субстратного комплекса гидролизуется несколько связей. При этом после отщепления одного звена фермент не отталкивается, а задерживается. Атака происходит с чередованием одно- и многоцепочного способов.

Исследования показали, что α- и β-амилазы осуществляют гидролиз по способу множественной атаки (многоцепочный способ характерен для α-амилазы бактерий).

На отечественных спиртовых заводах для осахаривания крахмала сырья применяют сырцовый (несушенный) солод в виде солодового молока, ферментные препараты (глюкаваморин, амилоризин, амилосубтилин) различного уровня активности или смесь солодового молока и ферментного препарата.

Технология получения солода включает следующие основные процессы: замачивание сырья с достижением влажности 38–40%; проращивание зерна в течение 10 сут в пневматической солодовне в слое толщиной 0,5–0,8 м; измельчение солода в дисковых или молотковых дробилках; дезинфекция солода формалином или раствором хлорной извести и приготовление солодового молока. Солодовое молоко получают смешиванием измельченного солода с водой (4–5 л воды на 1 кг солода).

В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, содержится неодинаковое количество каждого из амилолитических ферментов. Например, солод из ячменя имеет высокую α- и β-амилолитическую активность, а солод из проса отличается сильной декстринолитической активностью. Чаще всего готовят смесь из трех видов солода: ячменного (50%), просяного (25%) и овсяного (25%). Запрещается использовать солод из одной культуры при производстве спирта из той же культуры.

Самостоятельно можно провести осахаривание солодом. Это процесс расщепления картофеля, круп или муки и другого сырья, которое содержит крахмал, под действием натуральных ферментов. Иногда используют искусственные ингредиенты, что требует меньших усилий. Какой способ осахаривания выбрать — решается в каждом случае индивидуально.

Для чего нужен процесс осахаривания

Холодное или горячее осахаривание необходимо для того чтобы изготовить спирт. Одних дрожжей недостаточно. Важно наличие сахара. Он содержится в зерновых культурах в виде крахмала. Это полисахарид, в составе которого находятся сахароза, фруктоза и глюкоза. Так как для питания дрожжей необходимы только моносахариды, перед закладкой цепочку крахмала следует разбить на молекулы. Если этого не сделать, то брожения не получится.

Брага на ферментах натурального происхождения выполняется горячим способом. А если использовать синтетические ферменты, применяют холодное осахаривание.

Подбор ингредиентов и пропорций

Для горячего осахаривания берут 4-5 л воды на 1 кг муки, крупы или другого сырья. Солод необходимо измельчить и добавить из расчета 150 гр на 1 кг исходного сырья.

Для выполнения осахаривания холодным способом на 1 кг сырья берут 4 л воды. Ферменты для требуются в объеме 5 г на 1 кг сырья. Дрожжей потребуется 25 г прессованного типа или 5 г сухих на 1 кг исходного сырья, вне зависимости от того, осахаривание муки, крахмала или какой-либо крупы нужно выполнить.

Некоторые рецепты предполагают добавление в брагу других компонентов:

• антибиотиков, призванных не допускать скисания;
• подкормки дрожжей, чтобы процесс брожения проходил быстрее;
• кислоту, которая стабилизирует кислотность сусла;
• пеногасителя.

Холодная обработка

Холодное осахаривание ферментами производят не с солодом. Натуральный ингредиент заменяют синтетическими аналогами. Глюкаваморин перерабатывает крахмал до состояния сахара, а Амилосубтилин обеспечивает частичное расщепление молекул.

Технология менее затратна, легче по сравнению с солодовой варкой, а эффект сильно не отличается. Ферменты с водой добавляют в сырье в момент изготовления браги. Крахмал трансформируется в сахар примерно в то же время, когда происходит процесс брожения.

Зерновая брага на ферментах — холодное осахаривание — решение для тех, кто только начинает изготавливать спирт в домашних условиях, у кого нет специальной аппаратуры.

Обработка холодным способом не потребует высоких температур и пауз. При этом брага готовится проще и быстрее.

К недостаткам технологии относят:

• необходимость покупки ферментов;
• важность увеличения времени брожения до 10-20 суток;
• ненатуральность ферментов, из-за чего может оставаться привкус после нескольких перегонок.

Холодная обработка происходит по следующей технологии:

1. В емкость для процесса брожения добавляют муку, крахмал, макароны или крупу, заливают воду температурой 35°C, дополняют ферментами и засыпают дрожжи. Чтобы не произошло усиленного пенообразования, емкость не наполняют более чем на 70%.
2. Смесь закрывают гидрозатвором и переставляют в темноту, в место, где обеспечена температура не выше 28°C.
3. Процесс брожения начинается через 1 или 5 часов. В первые 2 суток брожение активное, затем интенсивность меньше. Процесс занимает неделю или 25 суток.
4. Стоит следить за тем, чтобы на поверхности смеси не возникало тонкой пленки. Это говорит о том, что начался процесс скисания. В этом случае брагу срочно перегоняют.
5. Готовую бражку снимают с осадка, перегоняют.

Горячая обработка

Горячее осахаривание — это традиционный способ. Зерно прорастает во влажных условиях, что запускает процесс активизации необходимых ферментов, нужных для переработки крахмала. Зерно, которое проросло до подходящего состояния, называется солодом. Он может быть 2 разновидностей: светлый и зеленый.

Зеленый солод применяют для осахаривания сырья, когда появились ростки 3 см. Сохраняется этот продукт не больше 3 дней. Если просушить злак, который пророс, это уже будет светлый солод. Его хранят дольше. Обе разновидности солода достаточно эффективны.

Недостатки технологии:

• необходима температура, при которой есть риск того, что сырье пригорит;
• важно обеспечивать температуру до 72°C в течение нескольких часов, что не всегда легко создать дома;
• осахаренное сусло может быстро скисать.

Горячее осахаривание солодом проводят по следующей технологии:

1. Муку или крупу заливают водой температурой до 50°C. Необходимо помешивать сырье, чтобы не получились комки. На 1 кг сырья берут 5 л воды. Посуда должна быть наполнена на 75% и не более этого объема.
2. Температуру повышают до 60°C, в таком состоянии держат 15 минут.
3. Смесь доводят до кипения и варят 1 или 2 часа, в зависимости от рецепта. Крупу нужно варить дольше, чем муку. Должна получиться кашеобразная масса однородной консистенции.
4. Состав охлаждают до 63°C, в смеси добавляют солод и не перестают помешивать. На 1 кг сырья требуется 150 г измельченного солода.
5. Когда смесь достигнет температуры 65°C, ее накрывают крышкой и укутывают, чтобы обеспечить тепло на 4 часа. Половину указанного времени смесь надо помешивать каждые 30 минут.
6. Чтобы не произошло скисания, снижают температуру до 25°C. Затем добавляют 5 г сухих или 25 г дрожжей прессованного вида на 1 кг сырья. Потом ставят гидрозатвор, отправляют на брожение в затемненном месте на период от 2 до 6 суток.

Если не соблюсти нужные температуры, то осахаривания не получится или оно окажется недостаточным. Дополнительное нагревание не даст нужного эффекта, так как ферменты перестанут быть активными.

Процесс осахаривания солодом — только шаг к получению спирта в домашних условиях. При использовании натуральных ингредиентов и применении горячей обработки есть риск напрасных хлопот. Но если верно подобрать ингредиенты, соблюсти температурный режим и потратить время на выгонку спиртного напитка, результат получится отличным.

В браге происходит химическая реакция: дрожжи перерабатывают и превращают сахар в спирт. Альтернативой сахару может служить крахмал, который содержится в муке и зерновых культурах (пшеница, ячмень, овес). Но дрожжи переработать просто так крахмал не могут, поэтому его нужно предварительно обработать и расщепить на моносахариды. Этот процесс называется осахариванием .

Использовать зерновые культуры в качестве альтернативы сахару получается выгоднее. К тому же зерновой самогон имеет более высокое качество и приятный вкус. Именно по этой причине люди ищут способ расщепить крахмал в зернах и получить из него спирт. Сделать это можно двумя способами: ферментами солода (горячий) и искусственными ферментами (холодный ).

В качестве сырья подойдут любые крахмалосодержащие продукты - крупы, зёрна, крахмал и т. п.

Данный подход является классическим в самогоноварении, так как применяется уже не одну сотню лет. Его довольно сложно реализовать в домашних условиях, если отсутствуют специальное оборудования для поддержания определенной температуры. Тем не менее конечный дистиллят получается потрясающим.

Технология горячего осахаривания выглядит следующий образом:

Консистенция браги после осахаривания солода

1. Большую ёмкость с 5 литрами воды нагреть до температуры 55 градусов.
2. Интенсивно перемешивая смесь, высыпать 1 килограмм муки или зерна.
3. Поднять температуру до 60 градусов и выдержать 15 минут.
4. Довести до кипения и варить 1–2 часа до появления однородной массы. Мука варится около 75 минут, а зерно около 115.
5. Охладить кашу до 67–68 градусов и добавить 150 грамм перемолотого солода.
6. Опустить температуру до 62 градусов, поддерживать в течение 3 часов и периодически помешивать.
7. Быстро охладить до 25 градусов (можно поставить ёмкость в ледяную ванну), внести 5 грамм сухих спиртовых дрожжей, поставить гидрозатвор и убрать в тёмное место с температурой около 20–26 градусов на 3–4 дня.
8. Когда брага прекратит булькать и выпадет осадок, обязательно снимаем её с осадка и фильтруем через марлю.
9. Осуществляем первую перегонку.
10. Если результат по каким-то причинам вам не понравился, повторно перегоняем дистиллят с выделением фракция «голова», «тело» и «хвосты».
11. Дегустируем и наслаждаемся прекрасным самогоном!

Чтобы не проращивать зёрна в домашних условиях, можно приобрести готовый солод в специализированном магазине по цене до 50 рублей за килограмм. Это немного «ударит» по карману, но сэкономит несколько дней вашей жизни.

Очень полезное видео записали профессиональные самогонщики Антоныч и Алексей Подоляк . Подробно рассказывается про технологию изготовление самогона из крахмала ржаной муки с использованием солода. Рекомендуем посмотреть всем, кто собирается использовать горячий способ осахаривания.

Холодное осахаривание искусственными ферментами (Амилосубтилин и Глюкаваморин)

Определенно более простой способ, который прекрасно подойдёт для новичков самогоноварения. С температурным режимом здесь работать практически не нужно, хотя срок брожения и затягивается в несколько раз.

В качестве ферментов, которые помогут нам расщепить крахмал, выступают амилосубтилин и глюкаваморин . В специализированных магазинах они продаются примерно по 150 рублей за 100 грамм. На 1 кг сырья мы берем 3–5 граммов.

Ферменты А и Г

1. Перемешиваем в бродильной ёмкости следующие компоненты: 1 кг сырья (мука, зерно), 4 литра воды 30 градусов, вышеописанные ферменты А и Г по 3–5 грамм и 5 грамм спиртовых дрожжей.
2. Устанавливаем гидрозатвор, ёмкость убираем в тёмное место с температурой 20–26 градусов.
3. Брожение идёт 1–3 недели, причем первые 2–3 дня процесс идёт очень интенсивно. Лучше немного недодержать брагу, чем дать ей скиснуть, поэтому ориентируйтесь на осадок и бульканье.
4. Готовую брагу сливаем с осадка, фильтруем через марлю и направляем на перегонку.
5. При желании перегоняем во второй раз с разделением на фракции, но выход тогда получится меньше, чем после 1 дистилляции.

Данный подход описал в ролике ан Youtube Алкофан1984 . Автор подробно описывает технологию постановки браги, а также оборудование для работы. Рекомендуем тем, что будет заниматься холодным осахариванием в первый раз.