Alkoholové kvasenie a výroba etanolu

Prírodné vedy » Chémia

Autor: milena (25)
Typ práce: Referát
Dátum: 31.03.2020
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 632 slov
Počet zobrazení: 26 588
Tlačení: 764
Uložení: 761

Alkoholové kvasenie a výroba etanolu

3.1 Alkoholové kvasenie

Je proces založený na princípe pôsobenia enzýmov prítomných v bunkách mikroorganizmov kvasiniek. Enzýmy pôsobia na sacharidy, pričom dochádza k rozkladu jednoduchých sacharidov na etanol a oxid uhličitý. Celý proces je zložitý a prebieha cez mnoho medziproduktov ale zjednodušene ho znázorňujeme rovnicou:

C6H12O6
2 CH3CH2OH + 2 CO2

Proces prebieha bez prístupu vzduchu, čiže anaeróbne. Ako mikroorganizmy sa požívajú špeciálne šľachtené kvasinky ( napr. Saccharomyces cerevisiae, ktoré tvoria alkohol veľmi rýchlo a súčasne produkujú iba malé množstvá vedľajších metabolitov) ale v minulosti sa používalo aj pekárenské droždie.  

3.2 Výroba etanolu

Suroviny z ktorých sa etanol vyrába musia obsahovať dostatok skvasiteľných sacharidov, najlepšie  monosacharidy (glukóza, fruktóza) a disacharidy. Menej vhodné sú oligosacharidy a polysacharidy (škrob, celulóza, dextríny), pretože sa musia pomocou enzýmov alebo kyselín predpripraviť. Pentózy (xylóza, arabinóza, ribóza) sú neskvasiteľné.

Princípom celého procesu je kvalitná príprava tzv. zápary, jej kvasenie a následná destilácia, ktorej produktom je surový etanol. Ten následne prechádza rektifikáciou a rafináciou po ktorej získame čistý etanol. Ten potom prechádza filtráciou a dostávame konečný produkt, jemný etanol.

3.2.1 Príprava zápary

Pri surovinách, ktoré obsahujú priamo skvasiteľný cukor je príprava zápary jednoduchšia: stačí pridať vodu a kvasinky. Pri škrobnatých surovinách je to však komplikovanejšie. Najskôr je potrebné surovinu rozdrviť a napariť aby sa sprístupnili a zmazovateli škrobové zrná.

Tie sa pomocou enzýmov menia na oligosacharidy dextríny a tie na disacharid maltózu, ktorý sa ďalej štiepi na glukózu. Vzniknutá zápara sa potom presúva do bioreaktora, kde sa pridávajú kultúry kvasiniek (liehovarnícke kultúry alebo pekárenské droždie). Nasleduje kvasenie.

3.2.2 Kvasenie

Túto činnosť robia kvasinky alkoholového kvasenia. Ako sekundárny produkt vzniká CO2 a teplo. CO2 chráni kvas pred octovými baktériami a plesňami. Teplo je nevyhnutné pre aktivitu kvasiniek.

Unikajúci oxid uhličitý vynáša na povrch pevné časti zápary a vzniká tzv. klobúk alebo koláč. Je to pevná hmota na povrchu, ktorá pripomína kôru. Zabraňuje prístupu mikroorganizmov ku kvasu a takisto úniku etanolu.    
Teplo zohráva pri kvasení najdôležitejšiu úlohu. Najkvalitnejšie destiláty sa pripravujú pri teplotách od 16°C do 20°C. Pri vysokých teplotách kvasinky zastavujú svoju činnosť a pri teplotách nad 30°C sa začínajú produkovať octové kvasinky a dochádza k octovému kvaseniu, čím sa značne vyparuje alkohol. Pri nízkych teplotách prebieha kvasenie veľmi pomaly a môže dôjsť až k jeho zastaveniu.

Kvasenie sa delí na tri etapy: rozkvášanie, búrlivé kvasenie a dokvášanie. Pri rozkvášaní sa kvasinky množia až do množstva, ktoré im umožní dostatočne vykonávať svoju činnosť. V tomto čase môžeme počuť v nádobách jemné šumenie a kvasná látka začína prepúšťať bublinky. K búrlivému kvaseniu dochádza v čase, keď je už dostatok kvasiniek, ale hmota obsahuje ešte veľa cukru. V tejto etape sa hlavné množstvo cukru mení na alkohol a zväčšuje sa objem hmoty. Tretia etapa, dokvášanie, prebieha v čase, keď je už v kvase veľa alkoholu a kvasinky pomaly odumierajú, no niektoré ešte stále vytvárajú alkohol. K ukončeniu kvasenia dochádza, keď sa spotrebuje všetok cukor.  

3.2.3 Destilácia

Vykvasená zápara sa ďalej destiluje. Produktom destilácie je tzv. surový lieh, ktorý sa môže používať iba na technické účely, pretože obsahuje metylalkohol a určité množstvo pribudlín (vyššie alkoholy). Pre konzumáciu je potrebné, aby lieh prešiel rafináciou. Tu sa odstránia nežiaduce prísady a rektifikáciou sa etanol skoncentruje. Oba tieto procesy sú vlastne opakované destilácie a prebiehajú vo viacerých destilačných kolónach. V klasických rektifikačných kolónach sa vyprodukuje 95 – 98% rafinovaného liehu, zvyšok (2-5%) sú nežiaduce látky ako metanol, vyššie alkoholy, estery a  mastné kyseliny.

Zvyšky po destilácii sa nazývajú výpalky a je to hlavný odpad tohto procesu. Dajú sa využiť ako hodnotné krmivo alebo hnojivo. Destilačnou rafináciou získame azeotropickú zmes etanolu a vody, zloženú z 95,53 % etanolu a 4,47 % vody. Tento roztok etanolu je najpoužívanejším obchodným artiklom. Absolútny etanol (100 %) sa pripravuje azeotropickou destiláciou 95,53 % etanolu s prísadou 5 až 10 % benzénu. Najprv sa destiluje ternárna zmes etanolu, benzénu a vody (pri teplote 65 °C), pri teplote 68 °C sa destiluje binárna zmes etanolu a benzénu a napokon pri 78,15 °C absolútny etanol.

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Prírodné vedy » Chémia

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

0.019