Préparation de préparations enzymatiques : la culture profonde de moisissures ou de bactéries est désinfectée au formaldéhyde ; La culture en surface sèche est mélangée à de l'eau à une température de 28 à 30 °C dans un rapport 1:1. Ensuite, il est soigneusement broyé dans des broyeurs, de l'eau est ajoutée à raison de 3 à 4 dm 3 pour 1 kg de médicament, désinfectée avec une solution de formaldéhyde, conservée pendant 25 à 30 minutes et envoyée pour saccharification.
La consommation de culture de surface est de 5 % en poids de masse d'amidon bouilli. Vous pouvez utiliser un mélange de culture sèche de préparations enzymatiques et de malt. Ils sont broyés ensemble et préparés en une suspension semblable au lait malté. Lors de la saccharification de l'amidon dans la production d'alcool, il est nécessaire d'obtenir son hydrolyse complète en sucres fermentescibles. En pratique, la saccharification se déroule en plusieurs étapes technologiques :
- - lors de l'ébullition des matières premières ;
- - lors de la saccharification à la température optimale pour l'action enzymatique ;
- - pendant la fermentation (température favorable à l'activité des levures, mais pas des enzymes).
Lorsqu'il est bouilli sous l'action de la b-amylase bactérienne, l'hydrolyse de l'amidon est insignifiante, il se forme principalement des dextrines.
Au stade de la saccharification, il se forme quantité maximale sucres fermentescibles. L'amidon est hydrolysé à 70-75 % en glucose et maltose et à 25-30 % en dextrines saturées. De plus, si le malt est utilisé comme matière saccharifiante, alors 71 à 76 % du maltose et 24 à 29 % du glucose sont formés à partir de la quantité de sucres fermentescibles ; si des préparations enzymatiques sont utilisées, alors 14 à 21 % de maltose et 79 à 80 % de glucose.
Les polysaccharides non amylacés ne sont presque pas hydrolysés par les enzymes du malt ; ils le sont dans une faible mesure par les préparations enzymatiques, ce qui est positif, car la quantité de sucres fermentescibles augmente.
Lors de la saccharification, les protéines sont également hydrolysées sous l'action d'enzymes protéolytiques en peptones et polypeptides d'acides aminés (nécessaires à la nutrition des levures). De plus, le malt produit plus d'acides aminés lors de l'hydrolyse que les préparations enzymatiques.
Les dextrines saturées sont saccharifiées en maltose pendant la fermentation avec des préparations enzymatiques de dextrines de malt ou de glucoamylase.
Le taux de saccharification de l'amidon est affecté par la température et le pH de l'environnement. La température optimale pour l’action de l’amylase de malt sur une solution à 2 % de fécule de pomme de terre est de 53 à 58 °C. Cependant, une température plus élevée est nécessaire pour gélatiniser l'amidon non dissous ajouté au malt et stériliser le lot. À de telles températures (au-dessus de 56 °C), l’amylase est inactivée, mais lentement. La saccharification est donc réalisée à une température de 60 à 62 °C. Bien que cette température soit supérieure à la température optimale, les substances protectrices présentes dans la purée (sucres, dextrines, peptides) protègent l'amylase de l'inactivation. Purée pH 4,9-5,6.
Le moût sucré doit présenter les caractéristiques suivantes :
L'intégralité de la saccharification est déterminée par le test à l'iode. Lors de l'utilisation de lait malté comme matière saccharifiante, la couleur de la solution d'iode avec une goutte de filtrat ne doit pas changer. La couleur rouge indique la présence de dextrines dans le moût, le bleu-violet indique la présence d'amidon non sucré. L'utilisation de préparations enzymatiques pour la saccharification peut laisser la couleur du filtrat avec de l'iode brun clair.
Bénignité - attitude nombre total glucides fermentescibles contenus dans le moût par rapport à la quantité totale de matière sèche soluble, exprimée en pourcentage. La qualité bénigne devrait être comprise entre 76 et 78 %.
L'acidité est exprimée en degrés d'acidité. 1º d'acidité correspond à 1 cm 3 de solution de NaOH de concentration 1 mol/dm 3, utilisée pour neutraliser 20 cm 3 de solution (moût, purée). L'acidité doit être comprise entre 0,2 et 0,3є, ce qui correspond à un pH de 4,9 à 5,6. Une acidité du moût inférieure à 0,2º peut conduire au développement d'une microflore étrangère, au-dessus de 0,4º - à l'inactivation des enzymes.
Vous êtes dans la forêt... Des troncs d'arbres épais et fins sont entassés. Pour un chimiste, ils sont tous constitués du même matériau : le bois, dont la majeure partie est matière organique- fibre (C 6 H 10 O 5) x. Les fibres forment les parois des cellules végétales, c'est-à-dire leur squelette mécanique ; Nous l'avons tout à fait pur dans les fibres du papier de coton et du lin ; dans les arbres, on le trouve toujours avec d'autres substances, le plus souvent de la lignine, de composition chimique presque identique, mais avec des propriétés différentes. Formule élémentaire les fibres C 6 H 10 O 5 coïncident avec la formule de l'amidon, le sucre de betterave a la formule C 12 H 2 2O 11. Le rapport entre le nombre d’atomes d’hydrogène et le nombre d’atomes d’oxygène dans ces formules est le même que dans l’eau : 2 : 1. Par conséquent, ces substances et d’autres similaires ont été appelées « glucides » en 1844, c’est-à-dire des substances apparemment (mais pas réellement) constituées de carbone et d’eau.
La fibre glucidique a un poids moléculaire élevé. Ses molécules représentent longues chaînes, composé de liens individuels. Contrairement aux grains d’amidon blanc, les fibres sont constituées de fils et de fibres solides. Ceci s'explique par diverses causes, désormais précisément établies, structure structurelle molécules d'amidon et de fibres. La fibre pure est techniquement appelée cellulose.
En 1811, l'académicien Kirchhoff fit découverte importante. Il a pris de l'amidon ordinaire obtenu à partir de pommes de terre et l'a traité avec de l'acide sulfurique dilué. Sous l'influence de H 2 SO 4, il y avait hydrolyse de l'amidon et il s'est transformé en sucre :
Cette réaction était importante importance pratique. La production d'amidon et de sirop en dépend.
Mais la fibre a la même chose formule empirique, comme de l'amidon ! Cela signifie que vous pouvez également en tirer du sucre.
En effet, en 1819, la saccharification des fibres a été réalisée pour la première fois à l'aide d'acide sulfurique dilué. À ces fins, vous pouvez utiliser acide concentré; Le chimiste russe Vogel a obtenu en 1822 du sucre à partir de papier ordinaire, en agissant dessus avec une solution à 87 % de H 2 SO 4.
Fin du 19ème siècle. Les ingénieurs en exercice se sont déjà intéressés à l'obtention de sucre et d'alcool à partir du bois. Actuellement, l'alcool est produit à partir de cellulose à l'échelle industrielle. La méthode, découverte dans une éprouvette par un scientifique, est ensuite mise en œuvre dans le grand appareil en acier d'un ingénieur.
Visitons l'usine d'hydrolyse... Sciures, copeaux ou copeaux de bois sont chargés dans d'immenses digesteurs (percolateurs). Il s'agit de déchets provenant de scieries ou d'entreprises de transformation du bois. Auparavant, ces déchets précieux étaient brûlés ou simplement jetés dans une décharge. Une solution faible (0,2-0,6 %) d'acide minéral (le plus souvent sulfurique) passe dans des percolateurs à courant continu. Il est impossible de conserver longtemps le même acide dans l'appareil : le sucre qu'il contient, obtenu à partir du bois, se détruit facilement. Dans les percolateurs, la pression est de 8 à 10 atm et la température est de 170 à 185°. Dans ces conditions, l'hydrolyse de la cellulose se déroule bien mieux que dans des conditions normales, où le processus est très difficile. Les percolateurs produisent une solution contenant environ 4 % de sucre. Le rendement en substances sucrées lors de l'hydrolyse atteint 85 % du théoriquement possible (selon l'équation de réaction).
Riz. 8. Un diagramme visuel de la production d'alcool hydrolytique à partir du bois.
Pour Union soviétique Avec de vastes forêts et une industrie du caoutchouc synthétique en développement constant, la production d’alcool à partir du bois présente un intérêt particulier. En 1934, le XVIIe Congrès du PCUS (b) décida de développer pleinement la production d'alcool à partir de sciure et de déchets. industrie du papier. Les premières usines soviétiques d'alcool d'hydrolyse ont commencé à fonctionner régulièrement en 1938. Au cours des deuxième et troisième plans quinquennaux, nous avons construit et lancé des usines pour la production d'alcool d'hydrolyse - alcool de bois. Cet alcool est actuellement tout en grandes quantités transformé en caoutchouc synthétique. Il s'agit d'alcool issu de matières premières non alimentaires. Chaque million de litres d'hydrolyse alcool éthylique libère environ 3 000 tonnes de pain ou 10 000 tonnes de pommes de terre et, par conséquent, environ 600 hectares de superficie cultivée pour l'alimentation. Pour obtenir cette quantité d'alcool hydrolytique, vous avez besoin de 10 000 tonnes de sciure de bois avec une teneur en humidité de 45 pour cent, ce qui peut produire une scierie de productivité moyenne par année d'exploitation.
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L'amidon est le principal polysaccharide de réserve des plantes, qui constitue le composant glucidique le plus important de l'alimentation. L'amidon est stocké dans les graines de céréales, les tubercules, les rhizomes sous forme de grains d'amidon qui, selon le type de plante, ont forme différente(sphérique, ovoïde, lenticulaire ou irrégulier) et taille (1 à 150 µm, moyenne 30-50 µm).
Grains d'amidon divers types plantes:
A - pommes de terre ; B - blé; Bateaux; G - riz; D - maïs; E - sarrasin.
1 - grain d'amidon simple, 2 - complexe, 3 - semi-complexe.
L'amidon a structure complexe et se compose de deux homopolysaccharides : l'amylose hydrosoluble et l'amylopectine insoluble. Leur rapport en amidon peut varier selon la plante et le type de tissu à partir duquel elle a été isolée (amylose 13-30 % ; amylopectine 70-85 %).
L'amylose est constitué de chaînes non ramifiées (linéaires), comprenant 200 à 300 résidus glucose liés par une liaison glycosidique α(1→4). En raison de la configuration α en C-1, les chaînes forment une hélice d'un diamètre de 13 nm, dans laquelle se trouvent 6 à 8 résidus glucose par tour. Masse moléculaire est de 50 000 Da.
L'amylopectine a une structure ramifiée, dans laquelle en moyenne l'un des 20 à 25 résidus glucose contient une chaîne latérale attachée par une liaison glycosidique α (1 → 6). Dans ce cas, une structure arborescente se forme. Le poids moléculaire atteint 1 à 6 millions Oui.
L'hydrolyse de l'amidon est présente dans de nombreuses technologies alimentaires comme l'un des processus nécessaires pour garantir la qualité du produit final. Par exemple:
En boulangerie - le processus de préparation de la pâte et de cuisson du pain ;
Dans la production de bière – obtention du moût de bière et séchage du malt ;
Dans la production de kvas ;
Dans la production d'alcool – préparation des matières premières pour la fermentation ;
Dans la production de divers produits à base d'amidon sucré - glucose, mélasse, sirops de sucre.
Il existe deux méthodes pour l'hydrolyse de l'amidon :
Acide - sous influence acides minéraux;
Enzymatique - sous l'influence de préparations enzymatiques.
Lorsque l’amidon est hydrolysé sous l’influence d’acides, les liaisons associatives entre les macromolécules d’amylose et d’amylopectine s’affaiblissent et se brisent d’abord. Ceci s'accompagne d'une perturbation de la structure des grains d'amidon et de la formation d'une masse homogène. Vient ensuite la rupture des liaisons α(1→4) et α(1→6)-glycosidiques avec l'ajout d'une molécule d'eau au site de la rupture. Au cours du processus d'hydrolyse, le nombre de groupes aldéhyde libres augmente et le degré de polymérisation diminue. Aux stades intermédiaires, des dextrines, des tri et tétra sucres et du maltose se forment. Le produit final de l'hydrolyse est le glucose. L'hydrolyse acide présente un certain nombre d'inconvénients importants dus à l'utilisation de concentrations élevées d'acides et de températures élevées (supérieures à 100°C), qui conduisent à la formation de produits de dégradation thermique et de déshydratation des glucides, de transglycosylation et de réactions de réversion.
Par rapport à l'hydrolyse acide, l'hydrolyse enzymatique est plus prometteuse et présente les avantages suivants :
1) Haute qualité du produit fabriqué, car Moins de sous-produits sont formés ;
2) La spécificité de l'action des enzymes permet d'obtenir un produit aux propriétés physiques déterminées (par exemple la douceur) ;
3) Un rendement de produit élevé est obtenu avec des coûts économiques inférieurs.
L'hydrolyse enzymatique de l'amidon est réalisée à l'aide d'enzymes amylolytiques. Ce groupe comprend l'α-amylase, la β-amylase, la glucoamylase, la pullulanase et quelques autres enzymes. Chacun d’eux a ses propres spécificités.
α-amylase– une endoenzyme qui hydrolyse les liaisons α (1-4)-glycosidiques à l'intérieur de la molécule d'amylose ou d'amylopectine, entraînant la formation de dextrines - produits d'hydrolyse incomplète de l'amidon et d'une petite quantité de glucose et de maltose :
L'α-amylase se trouve chez les animaux (salive et pancréas), dans les plantes supérieures (graines germées d'orge, de blé, de seigle, de millet) et dans les micro-organismes (champignons du genre Aspergillus, Rhizopus, bactéries du genre Bacillus subtilis).
β-amylase– l'exoenzyme, hydrolyse les liaisons α (1-4)-glycosidiques des extrémités non réductrices de la molécule d'amylose, l'amylopectine avec formation de maltose (54-58%), soit présente une activité saccharifiante prononcée. Un autre produit de réaction est la β-dextrine (42 à 46 %). Cette enzyme est répandue dans les tissus des plantes supérieures.
Glucoamylase est une exoenzyme, agissant à partir des extrémités non réductrices de la molécule d'amylose et d'amylopectine, clive les molécules de glucose en hydrolysant les liaisons α (1-4) - et α (1-6) -glycosidiques. Cette enzyme se trouve le plus souvent chez les micromycètes du genre Aspergillus et Rhizopus.
Mécanisme d'action divers types amylase pour l'amidon :
Technologie de production d'amidon.
Matières premières pour production industrielle Les pommes de terre, les grains de maïs, le blé, le riz et le sorgho servent d'amidon. Considérons la technologie de production de fécule de pomme de terre. Il comprend les étapes suivantes :
Laver les pommes de terre de la saleté et des corps étrangers dans une laveuse de pommes de terre ;
Pesée;
Broyer finement les pommes de terre sur des moulins à pommes de terre à grande vitesse pour obtenir de la bouillie de pommes de terre (plus elle est broyée, plus la libération de l'amidon des cellules sera complète, mais il est important de ne pas endommager les grains d'amidon eux-mêmes) ;
Traitement de la bouillie de pommes de terre au dioxyde de soufre ou à l'acide sulfureux (pour améliorer la qualité de l'amidon, sa blancheur et prévenir le développement de micro-organismes) ;
Séparation des bouillies à l'aide de centrifugeuses ou de systèmes d'hydrocyclones ;
Raffinage du lait d'amidon - nettoyage de l'amidon de la pulpe sur un tamis de raffinage ;
Lavage de l'amidon dans un hydrocyclone.
Le résultat est de l'amidon brut avec une teneur en humidité de 40 à 52 %. Il ne fait pas l'objet d'un stockage de longue durée, contrairement au sec dont la fabrication comprend les opérations suivantes : élimination mécanique de l'excès d'humidité, séchage, pressage et conditionnement.
Dans la fabrication d'un certain nombre de produits, l'utilisation d'amidons modifiés est efficace :
- Gonflement L'amidon (prégélatinisé) est obtenu en séchant la pâte sur des séchoirs spéciaux, suivi du broyage du film en poudre dont les particules gonflent lorsqu'elles sont mouillées avec de l'eau et augmentent de volume. L'amidon gonflant est utilisé dans Industrie alimentaire(produits alimentaires instantanés, stabilisants et épaississants en produits alimentaires sans chauffage).
- Oxydé l'amidon est obtenu en oxydant l'amidon avec divers agents oxydants (KMnO 4, KBrO 3, etc.). Selon la méthode d'oxydation, les produits ont une viscosité et une capacité gélifiante différentes. Ils sont utilisés dans l'industrie papetière pour augmenter la résistance du papier en tant que tanin, et à faible degré d'oxydation (jusqu'à 2 %) dans l'industrie alimentaire. Ainsi, l'un des types d'amidon oxydé, l'amidon gélifiant, est utilisé comme agent gélifiant à la place de l'agar et de l'agaroïde dans la production de produits à base de marmelade.
- Amidons substitués :
Les phosphates de monoamidon (esters monophosphates d'amidon) sont obtenus par la réaction d'un mélange sec d'amidon et sels acides ortho-, pyro- ou tripolyphosphate à des températures élevées. Par rapport à l'amidon ordinaire, ils forment des pâtes stables qui se caractérisent par une transparence accrue et une résistance au gel et à la décongélation.
Les phosphates de diamidon (amidons réticulés) peuvent être obtenus en faisant réagir l'amidon avec du trimétaphosphate de sodium, de l'oxychlorure de phosphore, etc. Ils forment des pâtes résistantes à la chaleur et aux contraintes mécaniques. Ils sont utilisés dans la production de mayonnaise, de confiseries, de vinaigrettes, de produits carnés, etc.
L'amidon acétylé (acétate d'amidon) peut être préparé en traitant l'amidon avec de l'acide acétique ou de l'hydrure d'acétane. Ils ont la capacité de former des pâtes transparentes stables, qui sèchent pour former des films durables. Dans l’industrie alimentaire, ils sont utilisés comme épaississants, ainsi que dans la production d’aliments surgelés, de poudres instantanées, etc.
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Introduction
L'alcool éthylique est largement utilisé dans l'économie nationale comme solvant ; il est également utilisé dans la production de divinyle, dans les industries alimentaire et médicale, comme carburant pour moteurs de fusée, antigel, etc., est un produit intermédiaire important de la synthèse organique (dans la production esters, celluloïd, rayonne, acétaldéhyde, acide acétique, chloroforme, chloral, éther diéthylique et autres produits).
Ainsi, l'alcool éthylique est l'un des produits de synthèse organique de base à gros tonnage ; la production mondiale d'alcool éthylique dépasse 2,5 millions de tonnes/an (en termes de volume de production, il se classe au premier rang mondial parmi tous les produits biologiques).
L'essence de la technologie biochimique de préparation de l'alcool est la suivante : premièrement, les matières premières contenant de l'amidon sont broyées et bouillies jusqu'à ce que la structure cellulaire soit complètement détruite et que l'amidon qu'elles contiennent soit dissous. Ensuite, l'amidon dissous est « saccharifié », c'est-à-dire soumis à une hydrolyse sous l'action d'enzymes de malt ou de préparations enzymatiques microbiennes. Ensuite, le moût « sucré » obtenu est fermenté avec des levures alcoolisées. Dans ce cas, le glucose est décomposé par les enzymes de levure. Les principaux produits de fermentation sont l'alcool éthylique et le dioxyde de carbone. Le moût mûr contient également des sous-produits de fermentation : aldéhydes, cétones, alcools d'huile de fusel, glycérine, acides carboxyliques, etc.
Pour éliminer et purifier l'alcool du moût, les spécialistes de l'usine utilisent des méthodes de rectification du moût, tout en possédant une installation unique de rectification du moût équipée Système automatisé contrôle, qui élimine l'influence du facteur humain et améliore ainsi considérablement la qualité de l'alcool.
Les processus de bragorectification se déroulent en plusieurs étapes, au cours desquelles l'alcool est concentré et débarrassé d'une certaine partie des impuretés. Le résultat est un alcool rectifié (purifié) conforme à GOST R 51652 - 2000. Aujourd'hui, la technologie de rectification, développée spécifiquement pour l'usine par d'éminents scientifiques russes, permet d'obtenir des alcools contenant un ordre de grandeur moins d'impuretés que ceux requis par GOST.
1. Production d'alcool
Jusqu'à récemment, la production d'alcool éthylique reposait sur des matières premières alimentaires - la fermentation de l'amidon de certaines céréales et pommes de terre à l'aide d'enzymes produites par la levure. Cette méthode a été préservée à ce jour, mais elle est associée à des coûts élevés des matières premières alimentaires et ne peut satisfaire l'industrie. Une autre méthode, également basée sur la transformation des matières végétales, est la transformation du bois (alcool d'hydrolyse). Le bois contient jusqu'à 50 % de cellulose, et lorsqu'il est hydrolysé avec de l'eau en présence d'acide sulfurique, il se forme du glucose qui est ensuite soumis à une fermentation alcoolique :
(C 6 H 10 O 5) x + xH 2 O xC 6 H 12 O 6,
C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 .
L'alcool éthylique synthétique est produit par hydratation de l'éthylène.
L'hydratation de l'éthylène est réalisée par deux méthodes : à l'aide d'acide sulfurique (hydratation à l'acide sulfurique) et par interaction directe de l'éthylène avec la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur.
La technologie de l'alcool comprend processus suivants: préparer les matières premières à faire bouillir, faire bouillir les céréales avec de l'eau pour les détruire structure cellulaire et dissolution de l'amidon, refroidissement de la masse bouillie et saccharification de l'amidon avec des enzymes de cultures de malt ou de moisissures, fermentation des sucres par la levure en alcool, distillation de l'alcool de la purée et sa rectification.
Pour préparer le malt, on utilise de l'orge, du seigle, de l'avoine et du mil de haute qualité, qui doivent répondre aux exigences indiquées dans le tableau n° 1. La couleur de l'orge est jaune clair, le noircissement est autorisé ; avoine blanche ou jaune; millet jaune, rouge, gris, blanc ; jaune de seigle et vert dans différentes nuances ; odeur caractéristique du grain; Les odeurs de moisi, de moisi et autres odeurs étrangères ne sont pas autorisées.
Tableau 1. Caractéristiques de la qualité des grains
La qualité des céréales utilisées pour la cuisson n'est pas réglementée. Il est souhaitable que le grain soit sain, riche en féculents, avec une teneur en humidité de 14 à 17 % selon la culture et peu contaminé. Les céréales pré-saines sont évaluées de manière organoleptique.
Préparation des céréales.
Tous les types de céréales entrant dans la production sont nettoyés de la poussière, de la terre, des pierres, du métal et d'autres impuretés. Les céréales destinées à la fabrication du malt sont également débarrassées des grains chétifs, des moitiés et des graines de mauvaises herbes.
Séparation par tamis à air. Impuretés qui diffèrent du grain d'une culture donnée en épaisseur (largeur) et propriétés aérodynamiques(dérive), séparés sur un séparateur à tamis à air. Lors du nettoyage de l'orge, de l'avoine et du mil, la productivité du séparateur est réduite de 20 à 30 %. La teneur en impuretés des grains purifiés ne doit pas dépasser 1 %.
Séparation magnétique. Les petites impuretés métalliques contenues dans le grain après nettoyage dans des séparateurs à tamis à air sont éliminées à l'aide de séparateurs magnétiques.
Séparation des graines de mauvaises herbes.À l'aide de tamis, le grain ne peut être divisé qu'en fonction de son épaisseur et de sa largeur. Les impuretés qui diffèrent de la récolte principale par la longueur des grains sont isolées à l'aide de machines appelées trirèmes. Le corps de travail de la sonde est un cylindre ou un disque avec des cellules qui sélectionnent les particules courtes de la masse de grains. Selon l'objectif, on distingue deux types de sondes : les séparateurs à marionnettes - séparant les moitiés de grains et les impuretés sphériques, telles que les graines de pupes, de la récolte principale ; sélecteurs d'avoine - séparant les grains de la culture principale, par exemple l'orge, le seigle, d'un mélange de ceux-ci avec de longs grains d'avoine et de folle avoine.
Matières premières bouillantes.
L'ébullition est effectuée pour détruire les parois cellulaires, libérer l'amidon des cellules et le transformer en une forme soluble, dans laquelle il est plus rapidement et plus facilement saccharifié par les enzymes. L'ébullition des matières premières contenant de l'amidon est réalisée en les traitant à la vapeur sous une surpression de 400 à 500 kPa.
Lors de l'ébullition, un certain nombre de phénomènes physiques, physico-chimiques et des modifications chimiques. Lors du traitement thermique pendant le processus d'ébullition, l'amidon gonfle intensément, s'agglutine et se transforme en une forme soluble, en raison de l'absorption intensive de l'eau. Lorsque la masse bouillie sort du cuiseur, la pression chute jusqu'à la pression atmosphérique, ce qui provoque la transformation de l'eau contenue dans les cellules en vapeur dont le volume est plusieurs fois supérieur au volume d'eau. Une telle augmentation de volume conduit à la rupture des parois cellulaires de la matière première et à sa transformation en une masse homogène. Le processus d’ébullition s’accompagne d’une augmentation de la teneur en sucres et en dextrines due à l’hydrolyse partielle de l’amidon sous l’action des enzymes propres à la matière première et de son acidité naturelle. La température élevée au stade d'ébullition provoque les processus de formation de mélanoïdes (interaction des sucres avec les acides aminés), de décomposition thermique des sucres (caramélisation) et autres, ce qui entraîne une diminution de la quantité de sucres fermentescibles.
Actuellement, les matières premières contenant de l'amidon sont bouillies de trois manières : périodique, semi-continue et continue. Le plus répandu reçu une ébullition continue selon deux schémas. Selon le premier schéma, l'ébullition s'effectue à basse température (130 - 140°C), mais pendant une longue période (50 - 60 minutes). Selon le deuxième schéma, la température d'ébullition est de 165 à 172°C et la durée de cuisson est de 2 à 4 minutes. Lors d'une cuisson continue, la matière première se déplace selon un flux constant à travers l'appareil de cuisson pour assurer un écoulement uniforme, la matière première est broyée.
L'ébullition continue des matières premières broyées comprend les opérations suivantes : dosage des matières premières et de l'eau, préparation du lot et ébullition en deux temps (chauffage du lot à la température de cuisson et maintien du lot à cette température). Le processus d'ébullition continue est effectué comme suit. Le grain broyé est mélangé avec de l'eau à raison de 2,0 à 3,5 litres pour 1 kg de grain. De l'eau est ajoutée de manière à ce que la concentration du lot de grains soit de 16 à 17 % de matière sèche. Le lot de céréales est chauffé avec de la vapeur secondaire à 70-75°C et pompé dans la tête de contact, où le lot (bouillie) est instantanément chauffé avec de la vapeur à 100-110°C. Ensuite, le lot chauffé est introduit dans un appareil de cuisson composé de 2 à 4 étages (colonnes).
2. Refroidissementmasse d'arène et sa saccharification
Lors de la saccharification, la masse bouillie refroidie est traitée avec du lait de malt ou des préparations enzymatiques pour décomposer l'amidon et les protéines. Dans ce cas, le processus principal est l’hydrolyse de l’amidon en sucres fermentés par la levure.
Lors de la saccharification de la masse bouillie avec du lait de malt : l'amidon est hydrolysé à 70-75 % en maltose et glucose et à 25-30 % pour limiter les dextrines, qui se décomposent en sucres au stade de la fermentation. Lors de l'utilisation de lait de malt, le moût obtenu contient 71 à 78 % de maltose et 22 à 29 % de glucose provenant de la somme de tous les sucres fermentescibles. Le moût obtenu par saccharification avec des préparations enzymatiques d'origine microbienne contient 14 à 21 % de maltose et 79 à 81 % de glucose.
Cette différence dans les produits d'hydrolyse de l'amidon lors de l'utilisation de différents matériaux saccharifiants est due au fait que le lait de malt contient de l'A- et de la B-amylase et de la dextrinese, et que les préparations enzymatiques d'origine microbienne contiennent de l'A-amylase et de la glucoamylase. nature de leur action sur l'amidon et en fonction de la température et de l'acidité du milieu. Selon leur origine, les A-amylases peuvent décomposer l'amidon uniquement en dextrines (A-amylases d'origine bactérienne) ou former à la fois des dextrines et des sucres (la plupart des A). -amylases d'origine fongique et enzymes de malt). La saccharification de la masse bouillie est réalisée à une certaine température, acidité, concentration du substrat et de la matière saccharifiante.
La méthode de saccharification la plus avancée est la saccharification continue avec refroidissement sous vide. Son essence réside dans la réduction de la pression, ce qui conduit à un refroidissement instantané de la masse bouillie en raison de la perte de chaleur due à l'évaporation de l'eau. Le refroidissement sous vide empêche l'inactivation thermique des enzymes présentes dans les matériaux saccharifiants. Des matériaux saccharifiants sont ajoutés à la masse refroidie. La température optimale pour l’action des enzymes amylolytiques est de 57 à 58°C. La saccharification continue de la masse bouillie est réalisée selon une méthode à un ou deux flux. Dans la méthode à flux unique, la masse bouillie et la totalité de la quantité calculée de matières saccharifiantes sont introduites dans le saccharificateur (un appareil cylindrique avec un fond conique et un agitateur) et conservées pendant 10 à 15 minutes. Avec la méthode à deux flux, la masse bouillie est divisée en deux débit égal et envoyé à deux saccharificateurs. Les 2/3 des matières saccharifiantes sont fournis au premier saccharificateur ; dans le second, le moût partiellement saccharifié est refroidi et acheminé vers les premier et deuxième appareils de tête de la batterie de fermentation pour la fermentation.
Le moût fini doit contenir 16 à 18 % de sucre sec, dont 13 à 15 % de sucres fermentescibles ; acidité 0,2 - 0,3 degrés. Lors du test d'iode, la couleur du moût ne doit pas changer.
3 . Fermentation
La fermentation de la masse saccharifiée (moût) commence à partir du moment où la levure de production y est introduite ; Sous l'action des enzymes de levure, le maltose est décomposé en glucose, qui est ensuite fermenté en alcool et en dioxyde de carbone, principaux produits de la fermentation. Parallèlement, des produits secondaires et sous-produits de la fermentation se forment : alcools supérieurs, acides et esters. Comme les mono- et disaccharides sont fermentés sous l'action d'enzymes amylolytiques, les dextrines et l'amidon contenus dans le moût sont encore saccharifiés. La durée de la fermentation dépend de la vitesse de ce processus.
Dans le processus de fermentation du moût, on distingue trois périodes : la fermentation, la fermentation principale et la post-fermentation. Dans la première période, une reproduction intensive des levures et une fermentation des sucres se produisent. La deuxième période est caractérisée par une fermentation vigoureuse des sucres et s'accompagne d'une libération rapide de dioxyde de carbone. Dans la troisième période, il y a une lente fermentation des sucres formés à la suite de la saccharification supplémentaire des dextrines du moût.
Le processus de fermentation est effectué dans des fermenteurs fermés pour éviter la perte d'alcool et le rejet de dioxyde de carbone dans la salle de production. L'appareil de fermentation hermétiquement fermé est un cylindre vertical avec un fond sphérique ou conique ; un serpentin est installé à l'intérieur pour refroidir le moût en fermentation.
La fermentation du moût est réalisée de manière discontinue, cyclique et continue. La plus avancée et la plus efficace est la méthode à flux continu, réalisée dans une installation composée de deux cellules de levure, d'un fermenteur et de 8 à 10 fermenteurs reliés en série par des tuyaux de trop-plein. La levure et le fermenteur sont destinés à la cuisson quantité requise levure de production. Le processus se déroule comme suit. La levure est remplie de moût, pasteurisée à 80°C pendant 30 minutes, refroidie à 30°C, le pH est ajusté à 3,6-3,8 avec de l'acide sulfurique et la levure d'ensemencement est introduite à partir de la deuxième levure en une quantité de 25-30 %. du volume. La propagation de la levure se poursuit jusqu'à ce que la teneur en matière sèche du moût atteigne 5 à 6 %. Ensuite, 70 à 75 % de la levure est transférée au fermenteur, où le moût refroidi est simultanément fourni et la masse entière est acidifiée à l'acidité requise. La masse sous cette forme est laissée à la fermentation et à la propagation des levures. La partie restante de la levure (25 %) est introduite dans la deuxième levure pour la propagation.
Lorsque la teneur en matière sèche atteint 5 à 6 %, la masse est introduite dans le premier appareil de fermentation de tête, dans lequel le moût refroidi est simultanément introduit. Lorsque le premier appareil de fermentation de tête est rempli, le moût fermentescible s'écoule dessus, dans le deuxième appareil de tête, de celui-ci dans le troisième, etc. La durée de fermentation est de 60 heures A partir du dernier appareil, la purée mûre est alimentée pour la distillation. Pendant la fermentation, une certaine température est maintenue dans les appareils : dans le premier - 26 - 27°C, dans le deuxième - 27, dans le troisième - 29 - 30, dans les suivants - 27-28°C.
Le dioxyde de carbone libéré pendant la fermentation, ainsi que les vapeurs d'alcool, pénètrent dans des pièges spéciaux depuis l'appareil de fermentation, où l'alcool est dissous et le dioxyde de carbone est séparé. Le liquide hydroalcoolique du piège est envoyé avec la purée pour distillation, et le dioxyde de carbone est envoyé à un atelier spécial pour produire de la neige carbonique ou du dioxyde de carbone liquide.
Un breuvage mature doit répondre aux normes établies. La force de la purée (teneur en alcool éthylique en pourcentage volumique) doit être comprise entre 8,0 et 9,5 % en volume : la teneur en sucres non fermentés ne doit pas dépasser 0,4 à 0,5 % ; l'acidité de la purée mûre ne doit pas dépasser 0,5 à 0,6 degrés.
4 . Distillation de spiritueuxcelui de la purée et sa rectification
Le moût mûr issu de la fermentation a composition complexe. En plus de l'eau et de l'alcool, il contient divers produits biologiques et composés inorganiques: sucres, dextrines, minéraux, composés volatils (éthers, alcools, aldéhydes, acides), etc. La composition et la teneur en impuretés dépendent du type de matière première, de sa qualité et des modes de sa transformation au cours du processus technologique.
La rectification permet de séparer l'alcool de la purée et de la purifier. La rectification est le processus de séparation d'un mélange composé de deux ou plus composants bouillant à différentes températures. Lorsqu'un tel mélange bout, le composant ayant une pression de vapeur plus élevée (le plus volatil) passe dans la phase vapeur en quantités relativement importantes, et la phase vapeur s'enrichit du composant le plus volatil. Le point d'ébullition de ce composant à pression constante ci-dessous. Par conséquent, lorsqu'un mélange de composants volatils bout, la phase vapeur s'enrichit d'un composant qui a plus basse températureébullition. Dans une solution hydroalcoolique, la pression de vapeur de l’alcool, à n’importe quelle température, est nettement supérieure à la pression de vapeur de l’eau. En conséquence, la teneur en alcool de la vapeur est plus élevée que dans une solution eau-alcool bouillante.
La purification de l'alcool des impuretés par distillation est basée sur la différence de leurs coefficients d'évaporation. Le coefficient d'évaporation est le rapport entre la concentration d'une substance donnée en phase vapeur et la concentration en phase liquide. Les coefficients d'évaporation des différentes impuretés diffèrent les uns des autres et varient en fonction de la teneur en alcool éthylique. Pour déterminer la possibilité de purifier l'alcool éthylique des impuretés, il est nécessaire de comparer le coefficient d'évaporation des impuretés avec le coefficient d'évaporation de l'alcool éthylique.
Avec le coefficient de rectification, égal à un, la distillation est inefficace, puisque le distillat reste inchangé. Si le coefficient de rectification est supérieur à un, alors le distillat contient plus d'impuretés que le mélange d'origine. Si le coefficient de rectification est inférieur à un, alors le distillat contient moins d'impuretés que le mélange distillé. Pour les impuretés de tête, le coefficient de rectification est supérieur à un, pour les impuretés de queue, il est inférieur.
La purification de l'alcool brut des impuretés s'effectue actuellement principalement dans des unités de distillation continue, dans lesquelles l'alcool brut est débarrassé des impuretés conformément aux valeurs des coefficients d'évaporation. De telles installations sont utilisées dans les distilleries, où la principale matière première est l'alcool brut.
L'alcool rectifié est actuellement obtenu dans les distilleries directement à partir du moût dans les usines de rectification du moût. action indirecte. L'installation comprend trois colonnes : purée. salle d'opération et salle de rectification. Dans la colonne de purée, l'alcool éthylique et les impuretés volatiles sont séparés du moût, les impuretés de tête sont séparées dans la salle d'opération et l'alcool rectifié est obtenu dans la salle de rectification. L'installation comprend deux colonnes supplémentaires - fusel et finale. La colonne de fusel est conçue pour séparer la fraction d'alcools supérieurs (huile de fusel) et leur concentration, et la colonne finale est conçue pour éliminer en outre l'alcool éthylique des impuretés.
Dans une installation indirecte, le processus de rectification s'effectue comme suit. Le moût est chauffé à 90°C dans un chauffe-moût et servi sur le plateau supérieur de la colonne de purée, dans lequel la vapeur de chauffage entre par le bas. Les vapeurs s'élevant de la colonne de moût pénètrent dans le condenseur via le réchauffeur de moût, où elles transfèrent la chaleur au moût mûr entrant dans la colonne de moût. Dans le condenseur, la vapeur est complètement condensée et le condensat obtenu avec une concentration de 45 à 55 % en volume pénètre dans la colonne de fonctionnement.
Conclusion
rectification de l'hydrolyse de l'alcool éthylique
Production de qualité alcool de qualité alimentaire dans les volumes requis nécessite une disponibilité constante des matières premières, qu'il s'agisse de céréales ou de pommes de terre.
La technologie de production d'alcool est un processus technologique en plusieurs étapes.
La technologie de production d'alcool comprend des opérations de nature et d'origine différentes, depuis la mécanique (préparation des matières premières) jusqu'au transfert de chaleur et de masse (rectification), ainsi que l'utilisation d'enzymes d'origine microbiologique et biologique ainsi que de levures.
Malgré la longue histoire de la technologie de production, il existe de nombreuses façons d'améliorer la production et d'augmenter le rendement et la qualité des produits : modernisation des anciens équipements, développement de nouveaux appareils, amélioration des souches de micro-organismes et de levures, maintenance travail d'élevage pour obtenir des matières premières de haute qualité.
Littérature
Général Technologie chimique: Manuel pour les spécialités chimico-technologiques. T.2.
La production chimique la plus importante. / Mukhlenov I.P., Averbukh A.Ya., Kuznetsov D.A. et autres. Moukhlenova. - M. : Plus haut. école, 1984.
Timofeev V.S., Serafimov L.A. Principes technologiques de synthèse organique et pétrochimique de base. - M. : Chimie, 1992.
Kononova G.N., Safonov V.V. Manuel pédagogique et méthodologique « Production d'alcool éthylique par hydratation directe de l'éthylène ».
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Hydrolyse des glucides. Dans de nombreux production alimentaire l'hydrolyse des glycosides alimentaires, des oligosaccharides et des polysaccharides a lieu. L'hydrolyse dépend de nombreux facteurs : pH, température, configuration anomérique, complexe enzymatique. C’est important non seulement pour les processus de production alimentaire, mais également pour les processus de stockage des aliments. DANS ce dernier cas les réactions d'hydrolyse peuvent entraîner des changements de couleur indésirables ou, dans le cas des polysaccharides, peuvent entraîner leur incapacité à former des gels.
Beaucoup d'attention Actuellement, l'attention est portée à la production de divers sirops de sucre en grains à partir de matières premières bon marché contenant de l'amidon et de l'amidon (seigle, maïs, sorgho, etc.). Leur production se résume à l'utilisation de différentes combinaisons de préparations enzymatiques amylolytiques (a-amylase, glucoamylase, b-amylase). La production de glucose (grâce à la glucoamylase), puis l'action de la glucose isomérase, permettent d'obtenir des sirops de glucose-fructose et à haute teneur en fructose, dont l'utilisation permet de remplacer le saccharose dans de nombreuses industries.
Lors de la production de sirops de sucre à partir d'amidon, le degré de conversion de l'amidon en D-glucose est mesuré en unités. équivalent glucose(GE) est la teneur (en %) des sucres réducteurs obtenus, exprimée en glucose par matière sèche (DS) du sirop.
Tableau 10. Composition et douceur des sirops typiques à haute teneur en fructose
Hydrolyse de l'amidon.
1. Lorsque l'amidon est hydrolysé sous l'influence d'acides, les liaisons associatives entre les macromolécules d'amylose et d'amylopectine s'affaiblissent et se brisent d'abord. Ceci s'accompagne d'une perturbation de la structure des grains d'amidon et de la formation d'une masse homogène. Vient ensuite la rupture des liaisons a-D-(l,4)- et a-D-(1,6) avec l'ajout d'une molécule d'eau au site de la rupture. Au cours du processus d'hydrolyse, le nombre de groupes aldéhyde libres augmente et le degré de polymérisation diminue. Au fur et à mesure de l'hydrolyse et de l'augmentation réduire substances (réductrices), la teneur en dextrines diminue, le glucose augmente, la concentration en maltose, tri- et tétrasucre augmente d'abord, puis leur quantité diminue (Fig. 11). Le produit final de l'hydrolyse est le glucose. Aux stades intermédiaires, des dextrines, des tri- et tétrasucres et du maltose se forment. Un certain rapport de ces produits correspond à une certaine valeur d'équivalent glucose, et en faisant varier la durée de l'hydrolyse et les conditions de sa mise en œuvre, il est possible d'obtenir différents ratios produits d'hydrolyse individuels à une valeur équivalente de glucose donnée.
Riz. 11. Modification de la teneur en sucre lors de l'hydrolyse acide de l'amidon
Hydrolyse acide pendant longtempsétait le principal moyen d'obtenir du glucose à partir de l'amidon. Cette méthode présente un certain nombre d'inconvénients importants, associés à l'utilisation de concentrations élevées d'acides et de températures élevées, ce qui conduit à la formation de produits de dégradation thermique et de déshydratation des glucides et de réactions de transglycosylation.
2. L'amidon est également hydrolysé sous l'action d'enzymes amylolytiques. Le groupe des enzymes amylolytiques comprend l'a- et la b-amylase, la glucoamylase et quelques autres enzymes. Les amylases sont de deux types : endo- Et exoamylases.
Clairement exprimé endoamylase est a-amylase, capable de rompre les liaisons intramoléculaires dans les chaînes hautement polymères du substrat. Glucoamylase et B- amylase sont exoamylases, c'est à dire. enzymes qui attaquent le substrat par l’extrémité non réductrice.
a-Amylase, agissant sur le grain d'amidon entier, l'attaque, en relâchant la surface et en formant des canaux et des rainures, c'est-à-dire comme s'il divisant le grain en morceaux (Fig. 12). L'amidon gélatinisé est hydrolysé par celui-ci pour former des produits non colorés à l'iode - principalement des dextrines de faible poids moléculaire. Le processus d’hydrolyse de l’amidon se déroule en plusieurs étapes. Sous l'action de l'a-amylase, dans les premières étapes du processus, des dextrines s'accumulent dans l'hydrolysat, puis apparaissent du tétra- et du trimaltose, non colorés à l'iode, qui sont très lentement hydrolysés par l'a-amylase pour di- et monosaccharides.
Riz. 12. Hydrolyse de l'amidon par l'a-amylase
Le schéma d'hydrolyse de l'amidon (glycogène) par l'a-amylase peut être représenté comme suit :
La b-Amylase est une exoamylase qui présente une affinité pour l'avant-dernière liaison a-(1,4) à partir de l'extrémité non réductrice de la région linéaire de l'amylose ou de l'amylopectine (Fig. 13). Contrairement à l'a-amylase, la b-amylase n'hydrolyse pratiquement pas l'amidon natif ; l'amidon gélatinisé est hydrolysé en maltose dans la configuration b. Le schéma peut s’écrire ainsi :
L'hydrolyse enzymatique de l'amidon est présente dans de nombreuses technologies alimentaires comme l'un des processus nécessaires qui garantissent la qualité du produit final - en boulangerie (processus de fabrication de la pâte et de cuisson du pain), dans la production de bière (préparation du moût de bière, séchage du malt) , kvas (préparation de pain au levain), alcool (préparation de matières premières pour la fermentation), divers produits amylacés sucrés (glucose, mélasse, sirops de sucre).
3. La méthode d'hydrolyse acide-enzymatique implique un prétraitement avec un acide puis l'action des enzymes a-, b- et (ou) glucoamylase. L'utilisation d'une telle méthode combinée d'hydrolyse de l'amidon ouvre de larges possibilités pour obtenir des sirops d'une composition donnée.
Hydrolyse du saccharose. Le saccharose étant utilisé comme matière première dans de nombreuses industries, il est nécessaire de prendre en compte son exceptionnelle capacité d’hydrolyse. Cela peut se produire lorsqu'il est chauffé en présence de petites quantités d'acides alimentaires. Les sucres réducteurs qui en résultent (glucose, fructose) peuvent participer aux réactions de déshydratation, de caramélisation et de formation de mélanoïdes, formant des substances colorées et aromatiques. Dans certains cas, cela peut ne pas être souhaitable.
L'hydrolyse enzymatique du saccharose sous l'action de la b-fructofuranosidase (sacchase, invertase) joue un rôle positif dans un certain nombre de technologies alimentaires. L'action de la b-fructofuranosidase sur le saccharose produit du glucose et du fructose. Grâce à cela, dans les produits de confiserie (notamment dans les bonbons fondants), l'ajout de b-fructofuranosidase évite le rassissement des bonbons, et dans les produits de boulangerie, il contribue à améliorer l'arôme. L'inversion du saccharose par l'action de la b-fructofuranosidase se produit au stade initial de la production de vin. Les sirops invertis obtenus par l'action de la b-fructofuranosidase sur le saccharose sont utilisés dans la production de boissons gazeuses.
Hydrolyse enzymatique des polysaccharides non amylacés. Cette hydrolyse s'effectue sous l'action d'enzymes du complexe cellulolytique, hémicellulase et pectolytique. Utilisé dans la technologie alimentaire pour traiter plus complètement les matières premières et améliorer la qualité des produits. Par exemple, l'hydrolyse des polysaccharides non amylacés (pentosanes, etc.) lors du maltage est ensuite importante pour la formation de produits colorés et aromatiques (lors du séchage du malt et de la création de certaines propriétés organoleptiques de la bière). Dans la production de jus et la vinification - pour la clarification, l'augmentation du rendement en jus, l'amélioration des conditions de filtration.
L'hydrolyse de la cellulose se produit sous l'action d'un complexe d'enzymes cellulolytiques. Selon les concepts modernes, l'hydrolyse de la cellulose sous l'action d'enzymes du complexe cellulolytique peut être représentée comme suit :
Réactions de déshydratation et de dégradation thermique des glucides. Lors de la transformation de matières premières alimentaires en produits alimentaires, ces réactions prennent place importante. Ils sont catalysés par des acides et des alcalis, et beaucoup d’entre eux suivent le type d’élimination b. Les pentoses, en tant que principal produit de déshydratation, donnent furfural, hexoses - oxyméthylfurfural et d'autres produits tels que 2-hydroxyacétylfurane, isomaltol Et maltol. La fragmentation des chaînes carbonées de ces produits de déshydratation conduit à la formation acides formique, lactique, acétique et un certain nombre d'autres composés. Certains des produits obtenus ont une certaine odeur et peuvent donc conférer au produit alimentaire un arôme souhaité ou, à l'inverse, indésirable. Ces réactions nécessitent des températures élevées.
Les réactions qui ont lieu lors du traitement thermique des sucres peuvent être divisées en celles qui se produisent sans rupture des liaisons C-C et celles qui se produisent avec leur rupture. Les premiers comprennent les réactions d'anomérisation :
et conversion interne aldose-cétose, par exemple :
DANS glucides complexes, comme l'amidon, dans des conditions de chauffage sévères - pyrolyse à haute température (200°C) - les réactions de transglycosylation occupent une place importante. Dans ces conditions, le nombre de liaisons (1,4)-ab diminue avec le temps et des liaisons (l,6)-a-D-et même (1,2)-b-D se forment.
Lorsque le glucose est produit par hydrolyse acide de l'amidon, qui est généralement réalisée dans un environnement fortement acide et à haute température, isomaltose Et gentiobiose. L'apparition de telles réactions est une caractéristique négative de la méthode acide de production de glucose.
Le traitement thermique de certains aliments peut produire des quantités importantes d'anhydrosucre, en particulier lors du traitement à sec d'aliments contenant du D-glucose ou des polymères à base de D-glucose.
Les réactions impliquant la rupture des liaisons C-C conduisent à la formation acides volatils, cétones, dicétones, furanes, alcools, aromatiques, monoxyde et dioxyde de carbone.
Réactions pour la formation de produits bruns. Le brunissement des aliments peut survenir à la suite de réactions oxydatives ou non oxydantes. Assombrissement oxydatif ou enzymatique est une réaction entre un substrat phénolique et l'oxygène catalysée par l'enzyme polyphénol oxydase. Ce noircissement, qui se produit sur les morceaux de pommes, de bananes et de poires, n’est pas associé aux glucides.
Assombrissement non oxydant ou non enzymatique très largement représenté dans les produits alimentaires. Elle est associée aux réactions des glucides et inclut le phénomène caramélisation Et interaction des glucides avec des protéines ou des amines. Cette dernière est connue sous le nom de réaction de Maillard.
Caramélisation. Le chauffage direct des glucides, en particulier des sucres et des sirops de sucre, favorise un complexe de réactions appelé caramélisation. Les réactions sont catalysées par de petites concentrations d'acides, d'alcalis et de certains sels. On obtient ainsi des produits bruns avec un arôme typique de caramel. En ajustant les conditions, il est possible d'orienter la réaction principalement vers la production d'arôme ou vers la formation de produits colorés. Un chauffage modéré (initial) des solutions sucrées entraîne des modifications anomériques, une rupture des liaisons glycosidiques et la formation de nouvelles liaisons glycosidiques. Mais les principales sont la réaction de déshydratation avec formation de cycles anhydro. Par conséquent, dihydrofuranones, cyclopentanolones, cyclohexanolones, pyrones etc. doubles liaisons adsorber la lumière de certaines longueurs d'onde, donnant aux produits marron. Souvent, dans les systèmes cycliques insaturés, une condensation dans des systèmes cycliques polymères peut se produire. Généralement, le saccharose est utilisé pour produire la couleur et la saveur du caramel. Les polymères intensément colorés sont obtenus en chauffant une solution de saccharose en présence d'acide sulfurique ou de sels d'acide d'ammonium. couleur sucre"pour une utilisation dans divers produits alimentaires - dans la production de boissons, de caramel, etc. La stabilité et la solubilité de ces polymères augmentent en présence d'ions HSO 3 :
Les pigments caramel contiennent différents groupes - hydroxyle, acide, carbonyle, énol, phénolique etc. La vitesse de réaction de formation de pigments de caramel augmente avec l'augmentation de la température et du pH. En l'absence de sels tampons, un composé polymère peut se former humin avec un goût amer ( formule moyenne C125H188O90); Lors de la production de produits alimentaires, cela doit être pris en compte et sa formation doit être évitée.
Le complexe de réactions qui se produisent lors de la caramélisation conduit à la formation de divers systèmes cycliques au goût et à l'arôme uniques. Ainsi, le maltol et l'isomaltol ont une odeur de pain cuit, la 2-H-4-hydroxy-5-méthylfuranone-3 a une odeur de viande frite. De plus, ces produits ont un goût sucré, ce qui détermine également leur rôle positif dans les produits alimentaires.
Réaction de Maillard (formation de mélanoïde). La réaction de Maillard est la première étape de la réaction non enzymatique de brunissement des aliments. Pour que la réaction se produise, la présence d'un sucre réducteur, d'un composé aminé (acides aminés, protéines) et d'un peu d'eau est nécessaire.
Riz. 13. Représentation schématique des transformations lors du noircissement des produits alimentaires
Tous les processus qui se produisent lors du noircissement des produits alimentaires (Fig. 13) n'ont pas encore été déterminés de manière suffisamment précise, mais les premières étapes ont été étudiées de manière très détaillée. Il a été établi qu'en plus de la réaction de Maillard, une déshydratation se produit avec la formation d'hydroxyméthylfurfural, une scission de chaîne, la formation de composés dicarbonylés et la formation de pigments de mélanoïdine, qui se forment aux étapes finales et ont une couleur allant du rouge- brun à brun foncé. Si dans les premiers stades une certaine décoloration est possible grâce à l'ajout d'agents réducteurs (par exemple du sulfite), alors au stade final, cela n'est plus possible.
Si la formation de pigments bruns dans les produits alimentaires n'est pas souhaitée, les réactions peuvent être inhibées, par exemple en réduisant considérablement l'humidité (pour les produits secs), en réduisant la concentration en sucre (dilution), le pH et la température (pour les produits liquides). Vous pouvez retirer l'un des composants du substrat (généralement du sucre). Par exemple, lors de l'obtention de poudre d'œuf, afin d'éviter l'apparition d'odeur, de la glucose oxydase est ajoutée avant séchage, ce qui entraîne la destruction du D-glucose et la formation d'acide D-gluconique :
Outre l'élimination du sucre, le peroxyde d'hydrogène formé lors de ce processus technologique et l'augmentation de la température entraînent une diminution de la contamination bactérienne (voir tableau 3.8). Pour éviter le brunissement du poisson contenant quantités importantes le ribose est ajouté par des bactéries ayant une activité D-ribose oxydase.
L'oxyde de soufre (SO 2 ) et ses dérivés suppriment la réaction de brunissement des aliments, mais leur utilisation est limitée par le potentiel de formation de composants légèrement toxiques dans les aliments sulfatés. La recherche d'autres inhibiteurs se poursuit, mais les substituts trouvés jusqu'à présent ( cyanures, dimédone, hydroxylamine, hydrazine, mercaptans, brome) sont inacceptables en raison de leur toxicité. Cependant, cette voie anti-brunissement ne protège pas les produits de la perte d'acides aminés (par exemple la lysine), puisque la réaction avec les ions sulfite se produit dans les dernières étapes de la formation de la mélanoïdine.
Oxydation en acides aldonique, dicarboxylique et uronique. La capacité des aldoses à s'oxyder est également importante pour les produits alimentaires. Dans certaines conditions, l'oxydation en acides aldoniques est possible, la forme b s'oxydant plus rapidement que la forme a. Le produit de l'oxydation est la b-lactone, qui est en équilibre avec la g-lactone et la forme libre de l'acide aldonique (Fig. 14). Cette dernière forme prédomine à pH 3.
Figure 14. Oxydation du D-glucose
La glucono-b-lactone peut être présente dans les aliments provenant d'environnements légèrement acides où la réaction est lente, comme dans la production de certains produits laitiers. Lorsqu'il est exposé à des agents oxydants plus puissants (par exemple, acide nitrique) des acides dicarboxyliques se forment.
L'oxydation en acides uroniques n'est possible qu'avec la protection du groupe carbonyle (Fig. 15).
Riz. 15. Oxydation du D-galactose en acide D-galacturonique
Un des méthodes industrielles l'obtention de l'acide glucuronique - oxydation lors de l'hydrolyse de l'amidon - est illustrée à la Fig. 16.
Riz. 16. Une des méthodes industrielles de production d'acide glucuronique
Les acides uroniques sont courants dans la nature. Certains d'entre eux sont des composants structurels de polysaccharides, qui jouent un rôle important dans les processus alimentaires tels que la gélification et l'épaississement. pectine(acide D-galacturonique), acide alginiqueà partir d'algues (acide D-mannuronique, acide a-guluronique).
Oxydation catalysée par des enzymes. Ici, il faut tout d'abord parler de l'oxydation du glucose sous l'influence de la glucose oxydase.
Du point de vue de l'application en technologie alimentaire, le système glucose oxydase - catalase est intéressant.
La glucose oxydase possède une spécificité exceptionnelle pour le glucose. Son action est illustrée dans le schéma de la Fig. 17.
Riz. 17. Action de la glucose oxydase
Cette réaction est une méthode efficace pour éliminer l'oxygène des boissons (jus, bière), car l'oxygène est impliqué dans la formation de peroxydes et de substances qui entraînent des modifications de la couleur et de l'odeur des produits. L'utilisation de glucose oxydase permet d'inhiber la réaction de Maillard.
Processus fermentaires. Fermentation- un procédé (dans lequel des glucides sont impliqués) utilisé dans un certain nombre de technologies alimentaires : lors de la préparation de la pâte dans la production de pain, dans la production de bière, de kvas, d'alcool, de vin et d'autres produits.
La fermentation alcoolique est due à l'activité d'un certain nombre de micro-organismes. Les organismes les plus typiques pour la fermentation alcoolique sont les levures du genre Saccharomyces. La fermentation alcoolique totale peut s'exprimer l'équation suivante:
Cette équation récapitulative ne reflète pas le fait qu'habituellement, en plus des principaux produits de fermentation - l'alcool éthylique et gaz carbonique, certaines autres substances sont toujours formées en petites quantités, par exemple l'acide succinique, l'acide citrique, ainsi qu'un mélange d'alcools amylique, isoamylique, butylique et autres, l'acide acétique, les dicétones, l'acétaldéhyde, la glycérine et un certain nombre d'autres composés, le dont la présence de quantités infimes détermine l'arôme spécifique du vin, de la bière et d'autres boissons alcoolisées.
Divers sucres sont fermentés par la levure avec à des vitesses différentes. Le glucose et le fructose fermentent plus facilement, plus lentement - mannose, encore plus lentement - galactose; les pentoses ne sont pas fermentés par la levure. Parmi les disaccharides, les bons substrats pour la fermentation alcoolique sont saccharose Et maltose. Cependant, les deux sucres ne sont fermentés qu'après une hydrolyse préliminaire en leurs monosaccharides constitutifs par des enzymes a-glycosidase.
En présence d'oxygène, la fermentation alcoolique s'arrête et les levures reçoivent l'énergie nécessaire à leur développement et à leur activité vitale grâce à la respiration de l'oxygène. Dans le même temps, la levure consomme le sucre de manière beaucoup plus économique que dans des conditions anaérobies. L'arrêt de la fermentation sous l'influence de l'oxygène est appelé " Effet Pasteur».
Un autre type de fermentation important pour la technologie alimentaire est la fermentation lactique, dans laquelle deux molécules sont formées à partir d'une molécule d'hexose. acide lactique:
C 6 H 12 O 6 = 2CH 3 -CHON-COOH
La fermentation lactique joue un rôle très important dans la production de produits à base d'acide lactique ( lait caillé, acidophilus, kéfir, kumiss), dans la production de kvas, de levains et de " levure liquide"pour la pâtisserie, pour mariner le chou, les concombres et pour ensiler les aliments.
Tous les micro-organismes responsables de la fermentation lactique sont divisés en deux Grands groupes. Le premier groupe comprend les micro-organismes qui sont vrais anaérobies et fermentation des hexoses en conformité exacte avec l'équation récapitulative ci-dessus pour la fermentation de l'acide lactique. Elles sont appelées bactéries lactiques homofermentaires. Le deuxième groupe est formé bactéries lactiques hétérofermentaires, qui, outre l'acide lactique, forment des quantités importantes d'autres produits, notamment l'acide acétique et l'alcool éthylique.
