Technologie Przemysłów Fermentacyjnych
ĆW. 6 Zacier i wyroby spirytusowe  część teoretyczna
Rok III
Kierunek Międzywydziałowe Studium Biotechnologii
Przemysł fermentacyjny dostarcza na rynek duże ilości wyrobów takich jak: wino, piwo i spirytus (z
którego otrzymuje się różne wódki). Przy wyrobie tych napojów wykorzystuje się funkcje życiowe
komórek drożdży, przekształcających cukry w etanol.
Surowce, z których otrzymuje się alkohol muszą zatem zawierać odpowiednie cukrowce. Roztwory
sacharozy mogą być bezpośrednio poddane fermentacji z udziałem drożdży, natomiast wielocukry
(np. skrobia) nie ulegają fermentacji i muszą być uprzednio poddane hydrolizie do tzw. cukrów
fermentujących, głównie cukrów prostych i dwucukrów  metabolizowanych przez drożdże. Stężenia
alkoholu uzyskiwane w odfermentowanych środowiskach nie są zbyt wysokie (przeważnie do 18%
obj.).
Gorzelnictwo jest to gałąz
przemysłu fermentacyjnego obejmująca produkcję spirytusu surowego na
drodze fermentacji alkoholowej cukrów, a następnie wydzielenie tego spirytusu z
odfermentowanego zacieru w procesie destylacji.
Do produkcji spirytusu wykorzystuje się wiele surowców roślinnych zawierających różne
węglowodany. Można je podzielić na dwie grupy:
1. surowce zawierające wielocukry: ziemniaki, zboża, odpady krochmalnictwa, mąki, kasze,
otręby;
2. surowce zawierające cukry bezpośrednio fermentujące (głównie sacharozę, glukozę,
fruktozę): melas, buraki cukrowe, trzcinę cukrową, marchew, owoce świeże i suszone, odpady
przemysłu owocowego.
Gorzelnie rolnicze  przerabiają głównie surowce pochodzenia rolniczego (ziemniaki, zboża, buraki,
owoce, warzywa, nasiona chwastów, poślad, kasztany, żołędzie itp.)
Gorzelnie przemysłowe  przerabiają surowce (odpady) pochodzenia przemysłowego (melas, ługi
posulfitowe itp.)
PRODUKCJA SPIRYTUSU
W gorzelnictwie ziemniaczanym i zbożowym produkcja spirytusu obejmuje następujące etapy:
- parowanie surowca
- zacieranie
- fermentacjÄ™ zacieru
- odpęd spirytusu.
PAROWANIE
Parowanie ma na celu rozluz
nienie substancji międzykomórkowych, rozerwanie błon komórkowych,
uwolnienie skrobi, kleikowanie jej i w maksymalnym stopniu przeprowadzenie jej w stan rozpuszczony.
Odbywa się to w aparatach zwanych parnikami pod ciśnieniem około 390 kPa (4 atm).
Sposób parowania surowców:
" Ziemniaki  czas parowania 35 60 min. (ziemniaki zamarznięte 2 godziny) przy nadciśnieniu 3
4 atm. Bardzo dobre rozpławienie skrobi uzyskuje się gdy ilość wody przekracza co najmniej 4
krotnie zawartość skrobi w ziemniakach.
" Zboża  parowanie prowadzi się ponad godzinę (w tym 30 40 min przy nadciśnieniu 4 atm).
" Mąka, zmiotki, wytrzepy  nadciśnienie 0,5 atm. przez 45 min.
" Owoce  zaraz po uzyskaniu 2 atm. nadciśnienia wypuszcza się zacier, który ma kolor brunatny
(proces karmelizacji).
ZACIERANIE
Do uparowanych surowców dodaje się słód jęczmienny w postaci rozdrobnionej lub tzw. mleczka
słodowego i poddaje zacieraniu obejmującemu szereg procesów enzymatycznych. Do
najważniejszych należą procesy hydrolizy skrobi, potocznie określane jako scukrzanie skrobi.
1
Technologie Przemysłów Fermentacyjnych
ĆW. 6 Zacier i wyroby spirytusowe  część teoretyczna
Rok III
Kierunek Międzywydziałowe Studium Biotechnologii
Wpływ temperatury na działanie enzymów
W temperaturach zbliżonych do 600C amylaza oraz inne enzymy słodu mają wystarczającą
aktywność (optimum dla sodu jęczmiennego mieści się w przedziale 52 55 OC), oraz zostaje
ograniczony rozwój niepożądanych drobnoustrojów.
Wpływ pH na działanie enzymów
Generalnie optymalne pH dla amylaz wynosi 4,0 5,4 (² amylazy = 4,6; Ä… amylazy = 5,8)
i zmienia się w zależności od temperatury:
40 OC = 4,6 pH 60 OC = 5,2 pH
50 OC = 4,8 pH 65 OC = 5,6 pH
Punktami granicznymi aktywności amylaz są wartości pH 2,3 i 9,7.
Masa rozgotowanych ziemniaków ma pH 4,9 5,6 co w przeliczeniu na stopnie Delbrücka
wynosi 0,2 0,5 OD, w przypadku ziemniaków nadpsutych 0,4 0,6 OD.
StopieÅ„ Delbrücka okreÅ›la ilość ml 1 M NaOH potrzebnÄ… do zobojÄ™tnienia 20 cm3 zacieru.
Zacieranie trwa średnio 0,5 2 godzin  kontrolę scukrzania przeprowadza się metodą jodową.
Słód stosowany w gorzelnictwie
W gorzelnictwie wykorzystuje się tzw.  słód długi (okres słodowania od 10 18 dni), zielony
(mokry  nie suszony), doskonale nadajÄ…cy siÄ™ do scukrzania skrobi obcej.
Na 100 kg skrobi zacieranej stosuje się od 13 15 kg słodu (w/g PN). Na 1 kg słodu wziętego
do sporządzenia mleczka słodowego dodaje się 2,5 3,0 dm3 wody. W czasie fermentacji ze
100 kg słodu uzyskuje się dodatkowo 10 15 dm3 100% spirytusu (oprócz spirytusu
powstałego z cukrów zawartych w surowcach niesłodowych)  dzięki dodaniu wraz ze słodem
określonej porcji cukrów.
W procesie scukrzania przeciętnych zacierów gorzelniczych o gęstości ok. 180 Blg, ze skrobi
powstaje ok. 20% dekstryn i 80% cukrów redukujących, głównie maltozy oraz nieco glukozy. Pod
wpływem enzymów słodu zachodzi również częściowa hydroliza związków białkowych oraz
fosforanowych surowca. Procesy te dostarczają substancji potrzebnych do rozwoju drożdży.
FERMENTACJA ZACIERU
Do scukrzonego zacieru (zacieru słodkiego) dodaje się zawiesinę drożdży po wcześniejszym
wychłodzeniu do temperatury fermentacji. W gorzelnictwie stosuje się specjalne rasy drożdży
należące do gatunku Saccharomyces cerevisiae.
Są to drożdże górnej fermentacji, silnie rozmnażające się, szybko fermentujące (glukozę,
fruktozę, sacharozę, maltozę, niektóre rasy także: mannozę, galaktozę, laktozę i rafinozę), dające
stężenie alkoholu etylowego do 10 11%.
Zacier słodki po zadaniu drożdżami poddaje się fermentacji. W skrócie proces fermentacji obejmuje:
- glikolizę prowadzącą do powstania z cukrów kwasu pirogronowego CH3COCOOH (1)
- następnie jego nieoksydacyjną dekarboksylacje do aldehydu octowego (2).
- redukcję tego ostatniego do etanolu (3) pod wpływem współdziałającej z NAD
dehydrogenazy alkoholowej.
(1) (2) (3)
COOH
COOH
CH3 CH2 OH
CH3 CH O
C OH
C O
CH2
CH3
NADH2 NAD
CO2
W czasie fermentacji wyróżniamy 3 okresy:
a) zafermentowanie
b) fermentację główną (burzliwą)
c) dofermentowanie.
2
Technologie Przemysłów Fermentacyjnych
ĆW. 6 Zacier i wyroby spirytusowe  część teoretyczna
Rok III
Kierunek Międzywydziałowe Studium Biotechnologii
W fazie zafermentowania następuje intensywne rozmnażanie drożdży, które ulega osłabieniu
w miarę zmniejszania się zawartości tlenu i wzrostu stężenia alkoholu etylowego.
Okres fermentacji głównej charakteryzuje zahamowanie rozmnażania drożdży i intensywna
fermentacja (zmniejszenie gęstości zacieru o 1OBlg na godzinę).
Po zakończeniu fermentacji głównej poziom zacieru opada i rozpoczyna się najdłuższy okres 
dofermentowanie (gęstość zacieru spada do 3,5 5OBlg). Ma on duże znaczenie dla wydajności
alkoholu, ponieważ dopiero teraz następuje ostateczna hydroliza dekstryn pod wpływem enzymów
i odfermentowanie powstałych cukrów redukujących.
Proces fermentacji trwa zwykle 2 (temp. 20 25OC) lub 3 (temp. 25 28OC) doby, w tym:
- zafermentowanie 10 15 godzin
- fermentacja główna 12 18 godzin
- dofermentowanie ok. 30 godzin.
Powyżej zawartości 5% alkoholu w fermentującym zacierze następuje zahamowanie rozmnażania
drożdży. Fermentacja ustaje przy stężeniu alkoholu ok. 10%.
Wydajność teoretyczna etanolu
Ze:
100 kg skrobi powstaje 56,82 kg = 71,54 dm3
100 kg maltozy, sacharozy - 53,83 kg = 67,77 dm3
100 kg glukozy - 51,14 kg = 64,39 dm3
100 kg owoców - 3,5 kg = 6,0 dm3
Wydajność praktyczna
Z zacierów skrobiowych 66,67 dm3  bardzo dobra
Drożdże dzikie w gorzelnictwie są bardzo szkodliwe ze względu na ograniczenie wydajności spirytusu
do kilku procent (zużywają resztę cukrów na przyrost własnej biomasy). Znajdują one zastosowanie
jako drożdże paszowe (po wysuszeniu)  wykorzystują ubogie podłoża.
Typowe drożdże dzikie w gorzelnictwie:
" Mycoderma
" Willa
tworzą szary kożuch
" Pichia
" Torula
" Monilia
Niekorzystnym zjawiskiem podczas fermentacji jest pienienie  na które wpływają:
" rasa drożdży
" zła jakość ziemniaków (przemarznięte, zgniłe)
" buraki
" gęsty melas lub mieszanina melasu z ziemniakami (do zacieru w gorzelni rolniczej można
stosować do 10% melasu)
Do gaszenia piany stosuje się oleje roślinne, oleje porafinacyjne, kwasy tłuszczowe, słód owsiany (4%
tłuszczu). Nie wolno natomiast stosować olejów mineralnych (nafty, oliwy itp.).
Produkty fermentacji alkoholowej:
 główne: alkohol etylowy, dwutlenek węgla,
 uboczne:
estry,
aldehydy (aldehyd octowy),
przedgon
metanol,
3
Technologie Przemysłów Fermentacyjnych
ĆW. 6 Zacier i wyroby spirytusowe  część teoretyczna
Rok III
Kierunek Międzywydziałowe Studium Biotechnologii
wyższe alkohole (fuzle  alkohol amylowy, propylowy, izobutylowy)
ok. 0,4% w surówce, pogon
kwasy organiczne (mlekowy, octowy, bursztynowy, malonowy, masłowy)
glicerol (gliceryna),
Głównym zadaniem odpędu jest możliwie całkowite oddestylowanie alkoholu etylowego
z przefermentowanych zacierów oraz jego zagęszczenie do mocy co najmniej 90% obj.
Odpęd połączony jest z częściowym tylko oczyszczeniem od lotnych zanieczyszczeń i dlatego
otrzymany produkt nosi nazwę spirytusu surowego lub surówki.
Znaczenie gospodarcze gorzelnictwa  generalnie pomaga rolnictwu w racjonalnej gospodarce
plonami, w zagospodarowaniu odpadów przemysłu spożywczego, jak również odpowiada za zwrot
glebie mineralnych składników zawartych w surowcu.
Etanol ma szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym, spożywczym, farmaceutycznym,
farb i lakierów, kosmetycznym, materiałów wybuchowych itp.
4
Technologie Przemysłów Fermentacyjnych
ĆW. 6 Zacier i wyroby spirytusowe  część teoretyczna
Rok III
Kierunek Międzywydziałowe Studium Biotechnologii
Przygotowanie zacieru
Przygotowanie zacieru
Ziemniaczany
Zbożowy
Zbożowy
Próby 0,5-1kg rozdrobnić
Parowanie - autoklaw 1,5
Schładzanie temp. 600C
Zacieranie
SÅ‚odem
Preparatami enzymatycznymi
Ä…- i ² amylaza
Ä…- amylazy i glukoamylazy
SchÅ‚adzanie çÅ‚ temperatura 250C
Fermentacja 3 doby
Czysta kultura
drożdży
Destylacja (odpęd)
Wywar
Surówka
gorzelnicza
Oznaczanie zawartości EtOH Rektyfikacja
Lutrynek
Ocena jakościowa surówki gorzelniczej
Rektyfikat
Schemat technologiczny produkcji spirytusu
5