Удосконалення технології сусла дуже високої концентрації у виробництві спирту
Автор: Семенченко Софія Володимирівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології продуктів бродіння і виноробства
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Семенченко С.В., Мельник С.Р. (керівник). Удосконалення технології сусла дуже високої концентрації у виробництві спирту. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. В магістерській кваліфікаційній роботі висвітлено науково-технічні основи технології сусла дуже високої концентрації, наведено характеристику сировини, готової продукції та допоміжних матеріалів, описано технологічну схему, проведено розрахунок продуктів та теплового балансу, спроектовано технологічне обладнання шляхом розрахунків, наведено технічну характеристику обладнання та проведено економічний розрахунок. Мета магістерської кваліфікаційної роботи полягає в удосконаленні технології сусла дуже високої концентрації у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини. Для цього застосовуються сучасні ферментні препарати для розрідження замісу та оцукрення розрідженої маси, використовуються термотолерантні дріжджі штаму Sacсharomyces сerevisiae ДО-16 та застосовується схема підігріву води на приготування замісу в спіральному теплообміннику за рахунок охолодження сусла, що зменшує витрати енергії на процес. Концентровані ферментні препарати мають високу активність і стабільність, здатність за відповідних умов максимально зберігати активність впродовж тривалого часу. Застосування концентрованих ферментних препаратів, які містять термостабільну ?-амілазу, дає змогу знизити в’язкість замісу, знизити витрату пари і енергомісткість процесу. Процес термоферментативної обробки замісу з використанням концентрованих ферментних препаратів відбувається при атмосферному тиску, що зменшує вимоги до обладнання і покращує умови безпеки виробництва. Також вони дають змогу одержати сусло з високим вмістом сухих речовин (20–22 % і вище), збільшити вміст спирту в дозрілій бражці до 11 об. %, а отже підвищити питому продуктивність виробництва спирту. Для скорочення тривалості оцукрення сусла у 2-3 рази збільшують витрати глюкоамілази [2]. 5 Запровадження покращеної технологічної схеми отримання висококонцентрованого сусла відкриває суттєві додаткові можливості для виробничих процесів. Завдяки оптимізації подрібнення сировини, раціональному вибору гідромодуля та низькотемпературній ферментативній обробці, стає можливим отримання сусла з підвищеним вмістом сухих речовин у діапазоні від 28 до 35 %. При цьому досягається висока частка зброджуваних моно- і дисахаридів, що дозволяє виробляти етиловий спирт із вмістом 18–20 % об без необхідності збільшення кількості технологічного обладнання. Поліпшення процесів клейстеризації та розрідження забезпечує глибше руйнування оболонок крохмалю, підвищуючи продуктивність ферментів і скорочуючи тривалість теплових етапів. Крім того, вдосконалена схема має виражений енергозберігаючий ефект, що зменшує витрати пари й електроенергії, одночасно знижуючи навантаження на насосне обладнання та теплообмінники [2]. Основні технологічні параметри, що впливають на процеси одержання спиртової бражки, є вид і якість сировини, ступінь її подрібнення, концентрація сухих речовин зернового замісу, температура та експозиція його термоферментативної обробки, рН, місце введення ферментних препаратів у технологічний процес, їх композиція та питомі витрати. З урахуванням високих вимог до якості ректифікованого спирту необхідно дослідити вплив наведених параметрів на накопичення побічних і вторинних продуктів бродіння в дозрілій бражці та забезпечити ефективне їх вилучення в процесі ректифікації спирту [1]. Це має особливе значення для інтенсивних VHG-бродінь, де забезпечення мікробіальної чистоти впливає на якість готового продукту. У поєднанні такі заходи сприяють підвищенню загальної продуктивності виробництва, дозволяючи отримувати більше етилового спирту з тієї ж кількості сировини, скорочуючи обсяг сусла для бродіння та зменшуючи утворення побічних продуктів, таких як недозброджені декстрини, небажані олігосахариди та фузельні спирти. Таким чином, використання висококонцентрованих ферментних препаратів разом із вдосконаленою стратегією формування VHG- 6 сусла є ефективним засобом покращення технологічної, економічної та енергетичної результативності сучасного виробництва спирту, забезпечуючи стабільність процесу та високу якість кінцевого продукту [2]. У процесі виробництва етилового спирту одним із ключових завдань є зменшення витрат на воду та енергоресурси. Одним із найефективніших підходів до вирішення цього питання є повторне використання води, яка виходить із спірального теплообмінника після охолодження бражки чи сусла. Така вода має високу температуру (зазвичай у межах 40–60 °C), характеризується стабільними показниками і повністю відповідає вимогам для виконання технологічних процесів, зокрема приготування нового замісу [1]. Вода, що виходить зі спірального теплообмінника застосовується для підготовки зернової або крохмалевмісної сировини , адже підвищена температура води створює оптимальні умови для ефективної гідратації та набухання крохмалю. Використання теплої води сприяє пришвидшенню процесів клейстеризації та покращує проникність ферментів у структуру сировини, що значно підвищує ефективність подальшого ферментативного гідролізу. Це дозволяє суттєво скоротити тривалість стадії розварювання та зменшити використання пари для досягнення потрібної температури для процесу ?-амілазної дії. Таким чином, повторне застосування нагрітої води забезпечує значний енергозберігаючий ефект. Окрім підвищення енергоефективності, рециркуляція води зі спірального теплообмінника забезпечує зменшення загального споживання води у виробництві, що сприятливо впливає на екологічні показники та знижує навантаження на очисні споруди. Завдяки тому, що вода після теплообмінника не контактує з відкритими середовищами, вона залишається практично стерильною. Це гарантує стабільність мікробіологічних характеристик нового замісу і знижує ризик забруднення під час наступних технологічних операцій. Використання підігрітої води для замішування також сприяє отриманню більш однорідної маси та покращенню реологічних властивостей густих сумішей, що є особливо важливим при формуванні висококонцентрованих сусел. 7 Оптимальна температура води полегшує рівномірний розподіл ензимів та зернових частинок, що підвищує ефективність перетворення крохмалю на подальших етапах технологічного процесу. В цілому, повторне використання води зі спірального теплообмінника для приготування замісу представляє собою обґрунтоване інженерне рішення. Воно дозволяє гармонійно поєднувати економію енергії, мінімізацію витрат води, покращення ферментативної обробки та забезпечення стабільності процесів формування сусла. Проведення комплексних заходів із ресурсо- та енергозбереження дасть можливість знизити собівартість спирту, підвищити його якість, сприятиме поліпшенню екологічної безпеки спиртового виробництва, створить умови для використання етанолу не тільки в харчовій промисловості а й у інших галузях як поновлювальної органічної сировини та біопалива. Розробка та широкомасштабне впровадження енерго- та ресурсозберігаючої технології спиртової бражки дає змогу підвищити конкурентоспроможність спиртових заводів України [1]. Ключові слова: сусло дуже високої концентрації, низькотемпературна ферментативна обробка, концентрований ферментний препарат, удосконалення виробництва, термотолерантні дріжджі, технологічна схема, підбір та компонування обладнання, заощадження енергоресурсів.