Obținerea alcoolului din porumb

Partea teoretică

1.Scurt istoric

Se apreciază ca porumbul a fost cultivat cam cu 4400-5000 de ani înainte de era noastră, reprezentând una dintre plantele dominante în cadrul mai multor civilizaţii precolumbiene, respectiv incaşă, mayaşă sau aztecă, cu precădere în Mexic. Primii europeni care au văzut porumbul au fost Cristofor Columb şi marinarii săi, în insula Cuba, cu prilejul primei expediţii (1492).În Europa a fost introdus mai întâi în Spania şi Portugalia, de unde apoi a fost luat de turci şi răspândit în bazinul Mediteranei, sud-estul Europei şi Asia Mică. Aşa se explică de ce mulţi europeni l-au numit “grâu turcesc”, în timp ce americanii i-au zis “grâu indian”. În Ţările Române, porumbul pătrunde în prima jumătate a secolului al XVII-lea, cultura lui înlocuind-o treptat pe cea a meiului

Porumbul are efect împotriva stresului. Este bogat în vitaminele din grupa B, mai ales în vitamina B1, care are efect asupra funcţionării sistemului nervos, a muşchilor, a inimii şi asupra producţiei de globule roşii. 150 de grame de porumb acoperă aproximativ 25 % din cantitatea necesară de vitamina B1 pentru un adult. Porumbul conţine de asemenea un anti – oxidant de frunte şi anume vitamina E, care ne protejează împotriva artritei. Introducerea porumbului în meniul nostru zilnic micşorează riscul apariţiei bolilor de inimă şi a cancerului. Hidrocarburile cuprinse în porumb dau energie şi nu permit depunerea grăsimii

De obicei când rostim cuvântul "alcool" ne gândim la spirtul medicinal sau la băuturile spirtoase, dar aceste tipuri de alcooli conţin o anumită substanţă organică numită etanol. Alcoolii sunt unii dintre cei mai utilizaţi şi cunoscuţi compuşi chimici. De fapt un alcool este un compus organic care are cel puţin o grupare hidroxil legată de un atom de carbon saturat. Dintre aceştia fac parte metanolul, etanolul, butanolul şi propanolul, aceştia formând serii omoloage

Alcoolul etilic se produce pe plan mondial,în cea mai mare parte,prin fermentarea lichidelor care conţin zahăr,cu ajutorul drojdiei.Alcoolul etilic obţinut pe cale biotehnologică mai poartă denumirea de bioalool,deosebindu+se astfel de alcoolul etilic de sinteză.

Produsul finit obţinut din fabricile de alcool poartă denumirea de alcool rafinat.

2.Materii prime

Materiile prime folosite la producerea alcoolului prin fermentaţie se pot clasifica astfel:

-materii prime amidonoase:-cereale:porumb secară,grâu,orz,orez,sorg;

-cartofi;

-rădăcini şi tuberculi de plante tropicale:rădăcini de

manioc,tuberculi de batate;

-materii prime zaharoase: -sfecla şi trestia de zahăr;

-melasa din sfeclă şi trestie de zahăr;

-struguri,fructe,tescovine dulci;

-materii prime celulozice: -deşeuri din lemn de brad,molid,fag;

-leşii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei;

-materii prime care conţin inulină şi lichenină:

-tuberculi de topinambur;

-rădăcini de cicoare;

-muşchi de Islanda.

Cele mai utilizate materii prime sunt cerealele,cartofii şi melasa.

a) Cerealele

Compoziţia chimică a cerealelor variază în funcţie de soi,condiţiile pedoclimatice şi agrotehnica aplicată.În tabelul 1 se prezintă compoziţia chimică medie a principalelor cereale folosite la fabricarea alcoolului,iar în tabelul 2 compoziţia chimică a cartofilor.

Compoziţia chimică medie a unor cereale folosite la fabricarea alcoolului(după Kreipe,1972)

Tabelul 1

Compusul Porumb Secară Grâu Orz Ovăz

Umiditate % 13,3 13,4 13,6 13 13

Subst. extractive neazotoase,din care amidon,% 67,9

59,1 68,1

58,0 67,9

60 65,7

55 58,5

40

Proteine,% 9,6 12,9 12,4 11,8 10,9

Lipide ,% 5,1 2 1,8 2,3 4,7

Celuloză % 2,6 1,7 2,5 4,4 9,5

Subst.minerale % 1,5 1,9 1,8 2,8 3,4

Compoziţia chimică a cartofilor(după Kreipe,1972)

Tabelul 2

Compusul Valori medii Limite de variaţie

Umiditate, % 75 68-85

Subst.extractive neazotoase,din care amidon,% 20,85

18 19,5-23

14-22

Proteine,% 2 0,7-3,7

Lipide,% 0,15 0,04-1

Celuloză,% 1 0,3-3,5

Subst.minerale,% 1 0,5-1

La recepţia cerealelor şi cartofilor se determină conţinutul în amidon prin metoda polarimetrică(Ewers),în cazul cerealelor şi cu ajutorul balanţelor de amidon,în cazul cartofilor(Reimann,Parow,Eckert).În locul conţinutului în amidon se foloseşte,astăzi,”substanţa fermentescibilă”,prin hidroliza totală a materiei prime cu enzime adecvate şi determinarea glucozei formate prin metoda enzimatică.

b)Melasa

Compoziţia chimică a melasei variază în funcţie de materia primă folosită la fabricarea zahărului(sfeclă sau trestie de zahăr) şi de procesul tehnologic aplicat în fabricile de zahăr.

La recepţia melasei se determină conţinutul în zahăr prin metoda polarimetrică(directă sau cu invertirea zaharozei) sau prin metoda chimică(cu soluţie Muller),transformându-se melasa în melasă 50% zahăr.

3.Materiile auxiliare

Cele folosite la fabricarea alcoolului sunt malţul verde,preparatele enzimatice microbiene,sărurile nutritive şi factorii de creştere,acidul sulfuric,antispumanţii,antisepticele şi dezinfectanţii.

a)Malţul verde

Este folosit ca agent de zaharificare a plămezilor din cereale şi cartofi,datorită conţinutului său în enzime amilolitice.Se obţine după o tehnologie asemănătoare cu cea de producere a malţului pentru bere,cu deosebirea că durata de germinare este mai lungă,urmărindu-se acumularea unei cantităţi maxime de amilaze.

Aprecierea calităţii malţului verde se face atât după aspectul exterior,cât şi după activitatea enzimatică.Activitatea α-amilazică se exprimă în unităţi SKB,care reprezintă grame de amidon solubil dextrinizat de către 1 g malţ verde,în timp de 60 min.la temperatura de 20°C,în prezenţa unui exces de β-amilază.Activitatea β-amilazică se exprimă în unităţi Windisch-Kolbach,care reprezintă grame de maltoză rezultate prin acţiunea extractului provenit din 100 g malţ verde asupra unei soluţii de amidon solubil 2%,în timp de 30 min.,la 20°C şi la pH=4,3.

Calculul cantităţii de malţ verde necesar la zaharificarea plămezilor se face cu formula lui Pieper:

Unde:

=cantitatea de malţ verde necesară,în 100 kg cerea,e sau cartofi;

cifra de amilază,constantă specifică fiecărei materii prime;

A=conţinutul în amidon al materiei prime,în %;

α=activitatea α-amilazică a malţului verde,SKB.

Plecând de la această formulă,Pieper a întocmit tabele care indică cantităţile optime de malţ verde pentru diferite materii prime amidonoase,în funcţie de conţinutul în amidon şi de activitatea α-amilazică.

Înainte de utilizare,malţul verde este mărunţit pe cale umedă în mori cu disc sau cu ciocane şi transformat într-un lapte de slad.Cantitatea de apă care se adaugă este de 250-300 l /100kg malţ verde.Pentru a se evita infecţiike cu bacterii în cursul zaharificării,laptele de slad este dezinfectat prin adăugare de formalină 40%,în cantitate de 150-200 ml la 1000 l plămadă,astfel încât să rezulte o concentraţie de 0,015-0,02 %.Aldehida formică este eficientă numai în primele ore de fermentare,deoarece în continuare este oxidată la acid formic sau redusă până la metanol.

b)Preparatele enzimatice microbiene

Se obţin prin cultivarea în condiţii absolut pure a unor tulpini de bacterii şi mucegaiuri pe medii de cultură adecvate,urmată de purificarea preparatului brut rezultat.În comparaţie cu malţul verde,ele prezintă următoarele avantaje:

-activitate enzimatică standardizată,care se modifică puţin la depozitare;

-α-amilaza bacteriană se caracterizează printr-o termorezistenţă mult mai ridicată;

-sunt mai sărace în microorganisme dăunătoare;

-se oţin randamente mai ridicate ăn alcool,deoarece pot hidroliza şi alte poliglucide;

-sunt necesare spaţii mai reduse la depozitare şi transport;

-se economisesc cheltuielile legate de producerea şi mărunţirea malţului verde.

În afară de preparatele enzimatice amilolitice prezenate,se mai pot folosi,în funcţie de materiile prime prelucrate,şi alte preparate enzimatice:proteaze,β-glucanaze,pentozane etc.

4.Fabricarea alcoolului din cereale şi cartofi

Fabricarea alcoolului din cereale şi cartofi se poate face prin două grupe de procedee:

-cu fierbere sub presiune a materiei prime(HDV);

-fără fierbere sub presiune(DSA).