Производство алкоголя

Углеводы. Общие сведения

Углеводы широко распространены в животном и растительном мире и составляют до 80% общей сухой массы растений. Углеводы являются одними из главных пищевых продуктов и служат основным сырьем для производства ряда веществ, в том числе и пищевого этилового спирта. Название "углеводы" этим веществам предложил дать в 1844 году К. Шмидт, так как состав известных на то время углеводов мог быть выражен формулой Сш(Н20)п, где С — символ атома углерода, НгО — молекулы воды (т, п — целые числа.) В настоящее время понятие "углеводы" гораздо шире.

Углеводы обычно делят на три группы: 1) моносахариды; 2) олигосахариды; 3) полисахариды.

1. Моносахариды классифицируют по числу атомов углерода в их молекуле. В состав моносахаридов входят триозы (Сз), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (Сб) и т. д. Из моносахаридов наибольший интерес представляют гексозы, так как часть из них в процессе взаимодействия с ферментами дрожжей превращается в этиловый спирт и углекислый газ. Гексозы являются бесцвет­ными кристаллическими веществами, хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус. Наиболее распространенными представителями гексоз являются глюкоза и фруктоза, имеющие одинаковый химический состав и обозначение СбНпОб, но разное строение молекул. Смесь равных частей глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром.

2. Олигосахариды классифицируют по числу остатков молекул моносахаридов (от 2 до 10), входящих в состав их молекулы. Олигосахариды подразделяют на дисахариды, трисахариды, тетра - сахариды и т. д. Из олигосахаридов наиболее распространены в природе и представляют наибольший практический интерес дисахариды — сахароза и мальтоза; из трисахаридов — раффиноза. Сахароза, мальтоза и раффиноза под действием ферментов дрожжей также сбраживаются в этиловый спирт и углекислый газ. Химическое обозначение дисахаридов — С12Н22О11, трисахаридов — СівНзгОіб. Моносахариды и олиго­сахариды называют также сахарами.

3. Полисахариды являются высокомолекулярными соединени­ями, макромолекулы которых образованы из остатков мнощх молекул моносахаридов. Из полисахаридов наиболее распро­странены в природе и представляют наибольший практический интерес крахмал и инулин. Их химическое обозначение — (С6Ню05)п.

Крахмал и инулин, после их осахаривания, под действием ферментов дрожжей также сбраживаются в этиловый спирт и углекислый газ.

Важнейшие представители: глюкоза (виноградный сахар) — самый распространенный моносахарид. В свободном виде со-

Держится в фруктовых соках, в качестве составной части входит в молекулы дисахаридов и полисахаридов. Средняя плотность ее — 1,54 кг/л.

Фруктоза (плодовый сахар, левулоза) — содержится в помидорах, яблоках; больше всего фруктозы в пчелином меде (до 50%). В качестве составной части входит в молекулу сахарозы и в молекулы некоторых полисахаридов. Фруктоза является наиболее сладкой из всех Сахаров, она в полтора раза слаще сахарозы и в три раза слаще глюкозы. Плотность — 1,6 кг/л.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) — самый распространенный дисахарид. Молекула сахарозы состоит из остатков молекулы глюкозы и молекулы фруктозы, соединенных вместе. (При образовании из них молекулы сахарозы от молекулы глюкозы отщепляется ион водорода Н, а от молекулы фруктозы отщепляется группа ОН, которые, объединившись, дают молекулу воды НгО). Сахароза содержится в сахарной свекле, сахарном тростнике, стеблях сахарного сорго и недозрелой кукурузы. При нагревании с кислотой или под действием ферментов дрожжей сахароза присоединяет воду и распадается на фруктозу и глюкозу, образуя инвертный сахар. Плотность сахарозы — около 1,6 кг/л.

Мальтоза (солодовый сахар) — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Содержится в солоде и в небольших количе­ствах в некоторых растениях. Вырабатывается из крахмала при его обработке солодом или при кипячении крахмального клейстера в присутствии кислот. Средняя плотность — 1,54 кг/л.

Раффиноза встречается во многих растениях, в частности в корнях сахарной свеклы.

Крахмал. Состоит из двух полисахаридов: амилозы и амило - пектина, которые состоят из остатков глюкозы. Крахмал не имеет вкуса и запаха, гигроскопичен. Плотность — около 1,5—1,6 кг/л. Представляет собой белый, несколько хрустящий при растирании порошок.

Крахмал содержится в клубнях картофеля, зернах хлебных злаков. Частицы крахмала, полученные из различного сырья (картофеля, кукурузы, риса и др.), имеют размеры от единиц до многих десятков микрон и отличаются по форме. Крахмал, амилоза и амилопектин не растворимы в холодной воде. В теплой воде крахмал набухает и постепенно превращается в вязкий раствор, называемый крахмальным клейстером. Температуры набухания и клейстеризации (температура клейстеризации — температура, при которой крахмальный клейстер имеет наиболь­шую вязкость) различны для крахмалов из различного сырья (см. табл. 6).

При обработке клейстера солодом крахмал сначала растворяется, после чего осахаривается, превращаясь в сахар мальтозу и полисахариды с различной молекулярной массой, называемые декстринами. В среде воды в присутствии кислот, являющихся катализатором, крахмал распадается с образованием глюкозы, мальтозы и декстринов. Дрожжи крахмал и декстрины не сбраживают.

Инулин. Это вещество содержится в клубнях топинамбура (земляной груши), корнях цикория И др.

По внешнему виду он представляет собой бесцветные кристаллы или белый порошок. В холодной воде инулин не растворим, но хорошо растворяется в теплой и горячей воде. Дрожжи инулин не сбраживают, ферменты солода не осахаривают. Инулин легко осахаривается ферментом инулазой, находящимся в самих клубнях топинамбура, а иногда и цикория. При температуре 55—60°С в среде воды под действием инулазы инулин претерпевает ряд превращений, в результате которых образуются сбраживаемые сахара. На Западе освоено промышленное производство спирта из топинамбура, в СССР промышленная технология получения спирта из топинамбура и цикория была успешно отработана еще в 30-е годы.

Таким образом, в зависимости от того, непосредственно или после осахаривания углеводы способны сбраживаться ферментами дрожжей, все пищевые продукты можно разбить на две основные группы: а) сахарсодержащие, углеводы которых (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, раффиноза) сбраживаются ферментами дрожжей непосредственно; б) крахмал - и инулинсо - держащие, углеводы которых (крахмал и инулин) сбраживаются ферментами дрожжей после осахаривания.

В Украине основными видами сырья для получения пищевого спирта в условиях промышленного производства являются: сахарсодержащего — меласса; крахмалсодержащего — картофель и зерно хлебных злаков. Наряду с ними, в бытовых условиях для получения спирта можно использовать: бобы чечевицы, гороха; корнеплоды моркови, сахарной и столовой свеклы; стебли недозревшей кукурузы и сахарного сорго; фрукты, ягоды, дыни и арбузы, клубни топинамбура и корни цикория; продукты злаковых — мука, хлебобулочные изделия и сухари; сахар и крахмал в чистом виде; корневища пырея; некондиционные

3 5-237
продукты переработки сахарсодержащего сырья — фруктовые и ягодные соки, конфеты и карамель, джем, повидло, варенье, цукаты; спиртсодержащее сырье — домашнее вино и отходы виноделия.