Общая технология отрасли
Покупка
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 136
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7882-2532-6
Артикул: 788064.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Рассмотрены основы технологии бродильных производств, сырье, водоподготовка, теория спиртового брожения. Приводятся рекомендации к выполнению курсовой работы по дисциплине «Обшая технология отрасли».
Предназначено для студентов факультета пишевой инженерии, изучающих дисциплину «Обшая технология отрасли» в рамках бакалаврской подготовки по направлению 19.03.02 «Продукты питания из растительного сырья» по профилю «Технология бродильных производств и виноделие».
Подготовлено на кафедре оборудования пишевых производств.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» И. С. Докучаева, В. В. Харьков ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОТРАСЛИ Учебно-методическое пособие Казань Издательство КНИТУ 2019
УДК 664.02(075) ББК 36.81–5я7 Д63 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р биол. наук, проф. Е. Л. Матвеева канд. хим. наук, доц. Г. А. Ивкова Д63 Докучаева И. С. Общая технология отрасли : учебно-методическое пособие / И. С. Докучаева, В. В. Харьков; Минобрнауки России, Казан. нац. ис- след. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 136 с. ISBN 978-5-7882-2532-6 Рассмотрены основы технологии бродильных производств, сырье, водоподготовка, теория спиртового брожения. Приводятся рекомендации к выполнению курсовой работы по дисциплине «Общая технология отрасли». Предназначено для студентов факультета пищевой инженерии, изучающих дисциплину «Общая технология отрасли» в рамках бакалаврской подготовки по направлению 19.03.02 «Продукты питания из растительного сырья» по профилю «Технология бродильных производств и виноделие». Подготовлено на кафедре оборудования пищевых производств. ISBN 978-5-7882-2532-6 © Докучаева И. С., Харьков В. В., 2019 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2019 УДК 664.02(075) ББК 36.81–5я7
СОДЕРЖАНИЕ Введение ...................................................................................................... 5 1. Сырье бродильных производств ........................................................... 8 1.1. Общая характеристика сырья бродильных производств ............. 8 1.2. Строение зерна ................................................................................ 8 1.3. Химический состав зерна ............................................................. 10 1.4. Оценка зернового сырья ............................................................... 12 1.5. Физические показатели зерновой массы ..................................... 13 1.6. Процессы, происходящие при хранении зерновых масс ........... 14 1.7. Способы и режимы хранения зерна ............................................. 15 1.8. Картофель ...................................................................................... 16 1.9. Виноград ........................................................................................ 18 1.10. Меласса ........................................................................................ 19 1.11. Хмель ............................................................................................ 20 2. Вода в бродильных производствах ..................................................... 24 2.1. Характеристика природных вод .................................................. 24 2.2. Показатели качества воды производственного назначения ...... 25 2.3. Требования к воде, предъявляемые в различных бродильных производствах ....................................................................................... 26 2.4. Способы водоподготовки ............................................................. 28 2.5. Очистка сточных вод .................................................................... 32 3. Основные закономерности размножения и роста культур микроорганизмов ................................................................................................ 37 3.1. Микроорганизмы, используемые в бродильных производствах .. 37 3.2. Стадии развития культур микроорганизмов ............................... 38 3.3. Способы культивирования микроорганизмов ............................ 39 3.4. Факторы, влияющие на рост и размножение микроорганизмов .................................................................................. 41 3.5. Обмен веществ микроорганизмов ............................................... 44 3.6. Транспорт веществ в клетку ......................................................... 45 3.7. Производственная инфекция и способы дезинфекции .............. 48 4. Спиртовое брожение ............................................................................ 51 4.1. Характеристика дрожжей, используемых в различных бродильных производствах ................................................................. 51 4.2. Требования к дрожжам в различных отраслях бродильной промышленности .................................................................................. 51 4.3. Строение дрожжевой клетки и ее химический состав ............... 52 4.4. Метаболизм дрожжей ................................................................... 54
4.5. Характеристика чистой культуры дрожжей ............................... 55 4.6. Механизм и химизм спиртового брожения ................................ 55 4.7. Основные, вторичные и побочные продукты спиртового брожения ............................................................................................... 58 5. Ферменты зерновых культур и микроорганизмов ............................. 61 5.1. Общая характеристика ферментов и их свойства ...................... 61 5.2. Классификация ферментов ........................................................... 62 5.3. Механизм действия ферментов .................................................... 62 5.4. Факторы, влияющие на ферментативную активность ............... 63 5.5. Источники ферментов и их сравнительная характеристика ..... 66 6. Руководство к выполнению курсовой работы ................................... 68 6.1. Общие положения ......................................................................... 68 6.2. Структура и содержание курсовой работы ................................. 69 6.3. Оформление текстовой части ....................................................... 72 6.3.1. Общие требования к тексту .................................................. 72 6.3.2. Оформление формул .............................................................. 73 6.3.3. Оформление таблиц ............................................................... 74 6.3.4. Оформление рисунков ........................................................... 76 6.3.5. Оформление списка использованной литературы .............. 78 6.3.6 Оформление приложений ....................................................... 82 6.4. Оформление графической части .................................................. 82 6.4.1. Общие требования к выполнению технологических схем ..................................................................... 82 6.4.2. Компоновка технологических схем ..................................... 83 6.4.3. Обозначение трубопроводов на технологических схемах ................................................................................................ 85 6.4.4. Выполнение чертежей общего вида ..................................... 86 6.4.5. Правила заполнения штампов на чертежах и в РПЗ ........... 89 6.4.6. Правила выполнения спецификаций к чертежам ............... 91 6.4.7. Оформление иллюстрационного материала ........................ 93 6.5. Защита курсовой работы .............................................................. 94 6.5.1. Структура и содержание доклада ......................................... 94 6.5.2. Процедура защиты курсовой работы ................................... 94 6.5.3. Оценивание защиты курсовой работы ................................. 95 Список рекомендуемой литературы ....................................................... 96 Приложения .............................................................................................. 98
ВВЕДЕНИЕ Технология бродильных производств изучает методы и процес- сы переработки различных видов сырья в продукты брожения. Основ- ным и общим процессом для всех бродильных отраслей является именно брожение. Различают несколько видов брожения, которые определяются видом микроорганизма (дрожжи, бактерии, плесневые грибы), осуще- ствляющего процесс: спиртовое; молочнокислое; уксуснокислое; лимоннокислое; и т. д. В зависимости от используемого микроорганизма все бродиль- ные производства можно разделить на три группы: производства, основанные на применении дрожжей (получение этилового спирта, пива, вина, кваса, выращивание хлебопекарных дрожжей). В эту группу входят также производство крепких алкоголь- ных и безалкогольных напитков, так как основным сырьем является спирт или полуфабрикаты, содержащие его; производства, основанные на использовании бактерий (получе- ние ацетона, уксуса, молочной кислоты, бутилового спирта и др.); производства, в основе которых лежит использование жизнедея- тельности плесневых грибов (получение лимонной кислоты, фумаро- вой и т. д.). Непосредственно к бродильной отрасли относится первая груп- па производств, две другие – к микробиологической промышленности. Далее приведены основные технологические и экономические понятия, используемые в курсе. Процесс технологический – последовательные и закономерные качественные изменения в сырье, полуфабрикатах, изделиях, приво- дящие к появлению в них новых свойств. Операция – механическое воздействие на материал или продукт, не изменяющее его физико-химические свойства. Машина – механизм (или сочетание механизмов), преобразую- щий энергию в полезную работу (солодополировочная, сортировочная машины, дробилки и т. п.).
Аппарат – предназначен для проведения процесса (бродильный, заторный, фильтрационный и т. п.). Схема: технологическая – графическое представление о последователь- ности технологических операций и процессов; технологическая принципиальная – указание основных техноло- гических процессов, их направления и последовательности (показы- вают стрелками), а также получаемых продуктов и отходов; аппаратурно-технологическая – последовательное изображение (в виде контура) аппаратов и других видов оборудования, в которых осуществляются технологические процессы. Технологический: режим – определенное сочетание основных параметров (темпе- ратуры, давления, времени, реакции среды и др.) технологического процесса. Влияет на скорость процесса, выход и качество продукта; регламент – подробное описание правил, способствующих со- блюдению технологических режимов. Процесс: периодический – загрузка и разгрузка продукта в аппарат осуще- ствляется через определенные промежутки времени, параметры тех- нологического процесса изменяются во времени; непрерывный – загрузка и разгрузка продукта в аппарат осуще- ствляется непрерывно, технологические режимы устойчивы и посто- янны, что позволяет получать однородный продукт высокого качества, возможна полная механизация и автоматизация процесса; автоматизированный – осуществляется с применением прибо- ров, исключает непосредственное участие человека, позволяет увели- чить производительность труда и улучшить качество продукции. Производственная мощность – максимальный выпуск заводом (цехом, отделением) готовой продукции за определенный промежуток времени (год, месяц, сутки). Производительность аппарата – максимальное количество вы- работанного продукта (кг, т, м3) за единицу времени (ч, сут). Коэффициент использования оборудования – отношение факти- ческой производительности аппарата к паспортной. Выход продукта: теоретический – максимально возможный выход продукта со- гласно расчету по стехиометрическому уравнению реакции; практический – фактически полученное количество продукта.
Практический выход всегда меньше теоретического за счет су- ществующих потерь на различных стадиях технологического процесса. Себестоимость продукции: полная – это все затраты предприятия в денежной форме, связанные с производством и реализацией продукции; заводская – затраты предприятия, связанные только с производством продукции. Себестоимость продукции является одним из основных экономических показателей деятельности промышленного предприятия. Контрольные вопросы 1. Какие отрасли пищевой промышленности относятся к бродильным производствам? 2. В чем особенность бродильных производств? 3. Приведите принципиальную схему бродильных производств. 4. Что такое брожение? 5. Какие виды брожения вы знаете? 6. Объясните понятия «технологический процесс», «технологический регламент». 7. В чем заключается различие между процессом и операцией? 8. В чем заключается различие между машиной и аппаратом? 9. Нарисуйте принципиальную технологическую схему любого производства по описанию ее технологии. 10. Объясните понятия «производственная мощность», «производительность аппарата», «коэффициент использования оборудования». 11. Охарактеризуйте сущность теоретического и практического выхода готового продукта, поясните их различия на конкретном примере.
1. СЫРЬЕ БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ 1.1. Общая характеристика сырья бродильных производств Основным видом сырья, используемого в бродильных производ- ствах, является растительное. Существуют различные классификации сырья: по консистенции, преобладанию какого-либо химического вещества, целевому назначе- нию и др. В бродильной отрасли сырье классифицируют в зависимо- сти от преимущественного содержания в нем какого-либо углевода. Исходя из этого сырье подразделяется: на крахмалсодержащее – зерновые злаки, картофель; сахаросодержащее – меласса, виноград, сахарная свекла, плоды, ягоды; содержащее клетчатку – древесина, сульфитный щелок; специфическое – хмель и другое пряно-ароматическое сырье. При производстве спирта используют ячмень, кукурузу, овес, просо, рожь, пшеницу, картофель, мелассу, сахарную свеклу, древеси- ну, сульфитный щелок. В виноделии – плоды, ягоды, виноград. В пи- воварении – ячмень, хмель. Кроме того, при приготовлении некоторых сортов пива используют рис, пшеницу, кукурузу и другие злаки. При производстве хлебопекарных дрожжей – мелассу. При производстве кваса – рожь. В производстве безалкогольных напитков – плоды, ягоды. К растительному сырью, используемому в бродильных производст- вах, предъявляют следующие технико-экономические требования: оно должно ежегодно воспроизводиться в необходимых количествах (при непрерывном процессе); быть доступным и дешевым; сырье должно содержать значительное количество основного компонента (например, углеводов); в случае необходимости должно хорошо выдерживать хранение. 1.2. Строение зерна Все зерновые культуры различаются по строению, но тем не ме- нее содержат одинаковые анатомические части. Строение зерна рас- смотрим на примере ячменя (рис. 1.1).
Зерно покрыто плотной мякинной обо- лочкой (7). Мякинная оболочка выполняет защитную функцию – предохраняет зерно от повреждения и высыхания. Она состоит из двух частей: брюшной и спинной. Спинная оболочка переходит в ость (6) и отбивается при молотьбе. Под мякинной находятся пло- довая и семенная (8) оболочки. Семенная оболочка полупроницаема: пропускает воду, но задерживает растворенные в ней вещества и микроорганизмы. Оболочки состоят из ве- ществ, которые нерастворимы в воде и трудно разрушаются механическим или химическим путем. Это целлюлоза и гемицеллю- лоза, которые пропитаны минеральными веществами. У некоторых зерновых культур мякинная оболочка удаляется при молотьбе. Такие культуры называются голозерными. К ним относятся рожь, пшеница, кукуруза. Зерновые культуры, у которых мякинная оболочка срослась с зерном и не отделяется при обмолоте, называются пленчатыми (ячмень, овес, просо, рис). Технологическое применение оболочки находят в производстве пива при фильтрации затора, где они являются основой фильтрующего слоя. Прилегающий к семенной оболочке слой называется алейроновым ( 10). Он состоит из прямоугольных толстостенных клеток. Содержит белки и жиры. В период проращивания в этом слое образуется большая часть гидролитических ферментов. Внутренняя часть зерна, или мучнистое ядро, носит название эндосперм ( 9). Является кладовой питательных веществ. Состоит из крупных клеток с находящимися в них зернами крахмала (11). Промежутки между ними заполнены белком и гемицеллюлозой. Эндосперм составляет основную часть экстракта. Между содержащими крахмал тканями эндосперма и зародышем находится толстый слой пустых, сдавленных клеток – слой растворенного эндосперма (12). Содержимое этих клеток было использовано зародышем на стадии созревания зерна. Чем лучше зерно развито, тем толще этот слой. Рис. 1.1. Строение зерна ячменя
В нижней части зерна расположен зародыш (5). Это живая часть зерна. Содержит белки, жиры, витамины, ферменты. В нем имеются элементы будущих органов растения: зародышевый листок и корешок (1, 2, 3). Зародышевый листок – зачаток стеблей. Из зародышевого корешка формируется корневая система. Часть зародыша, прилегающая к эндосперму, называется щитком (4). Его основная функция – передача питательных веществ от эндосперма к зародышу. 1.3. Химический состав зерна Химический состав злаков зависит от сорта, почвенно- климатических условий, используемых удобрений, условий выращивания и не является постоянным для данной культуры. Важная составная часть зерна – вода. Зерно злаков в среднем содержит 14–15 % воды и 85–86 % сухих веществ. Сухие вещества представлены углеводами, белками, жирами, минеральными веществами. К углеводам относятся крахмал, целлюлоза, гемицеллюлозы, пектиновые и гумми-вещества, растворимые сахара. Основная масса углеводов приходится на крахмал. Он содер- жится в эндосперме и алейроновом слое. Крахмальные зерна на 97 % состоят из чистого крахмала (С6Н10О5)n и 3 % примесей – минеральных веществ, остатков фосфорной кислоты, белков. Чистый крахмал пред- ставлен двумя полисахаридами: амилозой и амилопектином. Содержа- ние крахмала (в %) составляет: в пшенице – 60–65; ржи – 60–73; ячме- не – 55–65; овсе – около 50; просе – около 60; рисе – 75–80. Целлюлоза (клетчатка) – полисахарид. Входит в состав оболо- чек и клеточных стенок. В воде нерастворима. Стойка к действию ферментов. При проращивании зерна не изменяется, при затирании полностью переходит в дробину. Голозерные культуры содержат цел- люлозы 2–3 %, пленчатые – 6–14 %. Гемицеллюлозы и гумми-вещества – высокомолекулярные поли- сахариды, содержатся в основном в периферийных частях зерна, бли- же к оболочкам. Состоят из гексозанов (глюканы, галактаны, манна- ны) и пентозанов (арабана, ксилана). Мономерами их являются глюко- за, галактоза, манноза, арабиноза и ксилоза. Дрожжами сбраживается только глюкоза и манноза. Гемицеллюлозы в воде нерастворимы, но растворяются в разбавленных щелочах. Гумми-вещества не отли- чаются от гемицеллюлоз по строению, но имеют меньшую молекуляр- ную массу. Поэтому растворяются в горячей воде и дают вязкие рас-
творы. Меньше всего гемицеллюлоз содержится в рисе и просе (2 %), больше всего – в овсе (13 %). В остальных зерновых культурах – 7– 11 %. Слизи содержатся в зернах некоторых злаков. Это полисахари- ды, в большинстве случаев растворимы в воде. Состоят в основном из пентозанов. Больше всего содержатся во ржи (до 3 %). Левулезаны – полисахариды, которые состоят из остатков фрук- тозы. Содержатся в зернах ржи, пшеницы, овса в количестве 2–3 %. Пектиновые вещества – входят в состав клеточных стенок. Со- держание их составляет 1–2 %. При гидролизе дают галактуроновую кислоту и метиловый спирт. В зерне злаков (преимущественно в зародыше) содержатся так- же свободные сахара в количестве от 2 до 5 %. Преобладает сахароза. Кроме того, содержатся фруктоза, рафиноза, глюкоза. Сахара исполь- зуются зародышем в качестве питательных веществ. Азотистые вещества подразделяются на белковый и небелковый азот. Белковый азот входит в состав белков и полипептидов. Существует зависимость: чем больше белка в зерне, тем меньше крахмала. Количество белка в зерновых составляет от 7 до 20 %. Больше всего белка в пшенице, меньше всего – в кукурузе и рисе (7–9 %). Белковые вещества сосредоточены в зародыше, эндосперме и алейроновом слое. Это резервные белки, ферменты. Белки делятся на простые и сложные. Простые белки: альбумины растворимы в воде; глобулины растворимы в солях; проламины растворимы в спирте; глютелины растворимы в щелочах. Сложные белки – протеиды – наряду с белковой частью имеют небелковую группу. Небелковый азот – аминный (представлен аминокислотами); аммиачный (солями органических кислот); минеральный (солями азотной кислоты); амидный (представлен амидами). Аминокислоты и другие формы небелкового азота являются питанием для дрожжей. Суммарное содержание всех форм азота представляет собой общий азот. Азотистые вещества, которые при водной экстракции зерна переходят в раствор, называют растворимым азотом.
Жиры содержатся в основном в зародыше и алейроновом слое. Используются зародышем как питательные вещества. Больше всего жира в овсе и кукурузе (до 5 %). В остальных зерновых культурах – 2– 3 %. Жир отрицательно влияет на сохранность зерна (прогоркает) и пеностойкость пива. Поэтому в пивоварении используют только обез- жиренную кукурузу. Минеральные вещества содержатся от 1,5 до 6 %. Меньше всего – во ржи. Больше всего – в рисе. В основном это фосфаты. Витамины играют роль в поддержании жизненных процессов роста, брожения, в образовании ферментов. Содержатся в алейроно- вом слое и зародыше. Это витамины группы В, РР, биотин. В зерне содержатся также ферменты, но их мало и находятся они в связанном состоянии. 1.4. Оценка зернового сырья Качество зерновых культур оценивают по показателям общего и специального (технологического) значения. Общие показатели – влажность, засоренность, зараженность. Влажность – важнейший показатель, с увеличением которого снижается содержание сухих веществ в сырье, зерно плохо хранится, плесневеет, теряет всхожесть. По влажности зерно подразделяют на четыре состояния: сухое – до 14 %; средней сухости – 14,5–15,5 %; влажное – 15,5–17,0 %; сырое – более 17 %. Влага, которая находится в зерне, бывает свободной (которая пе- ремещается из клетки в клетку и участвует в биохимических процес- сах) и связанной (связана с белками, крахмалом, она не перемещается из клетки в клетку и не участвует в биохимических процессах). С по- вышением влажности появляется свободная влага, которая активизи- рует гидролитические и дыхательные ферменты, происходит распад сухих веществ зерна. Влажность зерна, при которой появляется свободная влага, на- зывается критической. Она находится в пределах 14,5–15,5 %. Для нормального процесса хранения зерно должно иметь влажность мень- ше критической.
Доступ онлайн
В корзину