Производство спирта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Когда средневековые алхимики впервые отогнали спирт из виноградного вина, они назвали полученную жидкость Spiritus vini, т. е. духом вина. Отсюда и возникло название «спирт», которое вошло во многие языки мира. Долгое время спирт получали исключительно из вина. Затем был найден способ сбраживания зерна. В настоящее время зерно занимает видное место в сырьевом балансе спиртовой промышленности наряду с картофелем и мелассой и даже считается наиболее распространенным сырьем для получения спирта.

Характеристика зернового сырья

На спирт можно перерабатывать любое зерно - здоровое, а также малоценное, дефективное и непригодное для пищевых целей. Наиболее часто поступает на переработку рожь и пшеница - преимущественно дефективные ячмень кукуруза, просо, овес, реже гречиха, вика, горох, рис.

Основную ценность зерна в спиртовом производстве определяет крахмал. Наиболее выгодным сырьем из зерновых культур в производстве спирта является кукуруза. Содержание крахмала в кукурузе наибольшее (56-65%),а содержание клетчатки наименьшее(2%),больше жира (что повышает кормовое достоинство барды). Урожайность кукурузы в 2...3 раза выше урожайности других зерновых культур. В России кукурузу возделывают на Северном Кавказе, Нижней Волге, в Воронежской и Курской областях.

Рожь, пшеница, ячмень и овес. Рожь (Secale), пшеница (Triticum), ячмень (Hordeum) и овес (Avena) широко возделываются в России: рожь (преимущественно озимая) - в северных, северо-западных и центральных районах, во многих районах Сибири и Урала; пшеница - в Западной и Восточной Сибири, Поволжье; ячмень (преимущественно яровой) и овес - повсеместно - от субтропиков до Заполярья.

В здоровом зрелом зерне пшеницы содержится крахмала 48-57%,в зерне ржи 46-55%,ячменя 42-55%, овса 43-40%,проса 42-60%. Кроме крахмала в зерне содержится сахар от 2 до 4%(во ржи 4-7%), клетчатка до 6%,пентозаны 9%,азотистые вещества 11%. Содержание воды в зерне колеблется в широких пределах от 7 до 30%.

Содержание влаги зависит от свойств зерна, его зрелости и условий хранения. Зерно во влажности (%) классифицируют следующим образом: сухое - до 13,5-14,0 ; средней сухости - от 13,5 -14,0 до 15-16; влажное -от 15-16 до 17-18; сырое свыше 17-18.

Засоренность товарного зерна (содержание в нем сорной примеси) характеризуется следующими величинами (в %); чистое - до 1-2; средней частоты от 1-2 до 2-4; сорное выше 2-4. Предельные показатели влажности и сорности даны для различных культур зерна.

Базисные кондиции зерновых культур

Таблица 1.

Культура зерна	Натура, г/л	Влажность, %	Содержание примеси, %
			сорной	зерновой
Пшеница : Яровая мягкая	730-755	14-17	1	2
Озимая	730-755	14-17	1	3
Яровая твердая	760	14-17	1	2
Неклассная
Рожь	680-715	14-17	1	1
Ячмень	570-610	14-15	2	2
Овес	460	14-18	1	2
Кукуруза в зерне	-	22	1	2
Просо	-	13-15	1	1

Зерно состоит из трех основных частей: зародыша, эндосперма и оболочки. Внешнюю оболочку зерна образуют плодовая и семенная оболочки, далее лежит алейроновый слой, богатый белками и жиром. Под ним расположены эндосперм (крахмалистая часть зерна) и зародыш. Зерна ржи, пшеницы и кукурузы не содержат цветочных пленок и относятся к голозерным культурам, зерна овса, проса и большинства сортов ячменя имеют цветочные пленки- эти культуры называются пленчатыми.

Соотношение основных частей зерна, % масс.

Таблица 2.

Культура зерна	Эндосперм	Цветочные пленки	Плодовые и семенные оболочки	Алейроновый слой	зародыш
Пшеница	83-85	0	4-7	7-10	1,5-3,0
Рожь	70-75	0	11-15	11-12	2,5-3,5
Ячмень	65-68	7-18	5-7	11-13	2,5-5,0
Овес	61-65	23-45	2,5-4,0	4-6	3-4
Кукуруза	61-77	0	7-14	7-9	8-15

Химический состав зерна зависит от культуры, сорта, почвенно-климатических условий, агротехники, срока и условий хранения и других факторов.

Средний химический состав зерна, %масс

Таблица 3.

Культура зерна	Белки	Углеводы	Клетчатка	Жир	Зола
Пшеница : озимая	10,0	7,0,0	1,6	1,7	1,7
Яровая	13,2	66,1	1,8	2,0	1,9
Рожь	7,2	73,2	1,6	1,5	1,5
Ячмень	9,5	67,0	4,0	2,1	2,5
Овес: С пленками	10,3	56,4	10,3	4,8	3,6
Без пленок	13,0	61,6	1,4	7,0	2,0
Кукуруза	9,0	69,2	2,2	4,4	1,3
Просо :с пленками	10,6	58,6	8,1	3,9	3,8
Без пленок	10,5	65,1	2,5	4,2	2,7
Рис без пленок	7,4	75,6	0,8	0,4	0,8
Гречиха без пленок	8,9	71,3	1,5	1,6	1,7

Безазотистые экстрактивные вещества в зерне

В зернах злаков наиболее велико содержание безазотистых экстрактивных веществ. Оно колеблется для разных злаков от 56 до 70% от веса зерна. Основную массу безазотистых веществ в зерне, как и в картофеле, составляют крахмал, сахар, декстрины. Содержанием этих веществ и определяется ценность зерна для спиртового производства. Под понятием «крахмалйстость» зерна объединяют процентное содержание в нем крахмала, сахаров и декстринов.

К группе безазотистых экстрактивных веществ наряду с углеводами, переходящими в процессе осахаривания разваренного зерна в осахаренную массу, относятся и другие несбраживаемые вещества: пентозы, пентозаны, камеди, пектиновые вещества, кислоты и красящие вещества

Переработанные за последние годы на спиртовых заводах виды зерна имели следующую крахмалистость

Культура	Максимум	Минимум	Среднее
Ячмень	47,2	44,3	46,0
Овес	39,9	32,9	36,9
Рожь	50,5	45,3	47,9
Кукуруза	57,6	45,5	51,3
Просо	48,0	43,8	45,9

Азотистые вещества зерна

Азотистые вещества зерна подразделяются на неорганические и органические. Неорганические азотистые вещества -- аммиачные соли и соли азотной кислоты -- содержатся в зерне в очень небольшом количестве. Основное количество составляют органические азотистые вещества.

Содержание азотистых веществ в хлебном зерне в среднем 11 -- 12% (причем наиболее велико оно у пшеницы) и так же, как и количественный состав растения, оно сильно изменяется в зависимости от сорта и климатических и почвенных условий. Высокое содержание азотистых веществ определяет хлебопекарную ценность данного зерна. Особый интерес при этом представляют нерастворимые в воде белки, объединяемые для пшеницы под названием клейковины, главную массу которой образуют глиадин (проламин) и глютенин (глютелин).

Кроме нерастворимых белков, составляющих 98,2% всех белков, находящихся в хлебном зерне, в его состав входит растительный альбумин (1,8% от веса белка зерна), коагулирующий подобно животному альбумину при нагревании водного раствора.

В табл. 5 приведены данные о содержании этих групп белков в зернах некоторых хлебных злаков.

Белковый состав зерна злаков (в %)

Таблица 5.

Группы белков	Пшеница	Рожь	Ячмень	Овес
Альбумины	0,39	0,43	0,30	-
Глобулины	0,62	1,76	1,95	1,5
Проламины	3,96	4.00	4,00	1,5
Глютеины	4,68	2,4	4,50	-
Итого	9,65	8,63	10,75	3,0

Жиры, являющиеся триrлицеридами жирных кислот, содержатся в зерне в относительно небольших количествахот 1,8 до 2,5% (в кукурузе 5-7%, oвce 5-6%, просе 3,5-5%) и сосредоточены главным образом в зародыше.

В зерне содержатся следующие важнейшие ферменты, имеющие значение для технолоrии спирта: карбогидразы, гидролизующие yглеводы (-амилаза и появляющаяся при прорастании зерна а-амилаза, сахараза, мальтаза); протеазы, гидролизующие белковые вещества (протеин азы, полипептидазы); липазы, расщепляющие жиры на rлицерин и жирные кислоты.

В зерне различных культур содержатся витамины А, В и О, в небольшом количестве имеются витамины С, Е и РР. Содержание минеральных веществ (золы, остающейся после полнoгo сжигания зерна) колеблется у разных культур от 1,24 до 2,95%



В зерне имеются также незначительные количества микроэлементов: 1, Со, Ag, Ni, Ti, В, Си, Se, Мп и др. Из органических кислот в зерне содержатся щавелевая, яблочная,молочная. Общая титруемая кислотность зерна составляет 1,5-2,5 мл 1 н. раствора NaOH на 100 г зерна, активная кислотность соответствует величине рН 5,56,5. В некондиционном зерне при caмocoгpeванин, плесневении, прорастании кислотностьповышается.

Характеристика степени дефектности зерна

К 1-ой степени дефектности (зерно с солодовым запахом) относятся партии зерна, вышедшего из стадии биологического покоя и проявляющие усиленные физиологические процессы (дыхание), в результате которых образуется благоприятная среда для жизнедеятельности плесневых грибов на поверхности зерен. Зерно, являясь нестойким без соответствующей подработки к дальнейшему хранению, вполне пригодное к использованию для производственных целей.

К зерну 2-ой степени дефектности (зерно с плесенно-затлым запахом) относятся партии с разными степенями воздействия на них плесневых грибов и, таким образом, с разными оттенками запаха плесени. Такое зерно, в зависимости от степени поражения плесневыми грибами, может быть после соответствующей подработки, обеспечивающий удаление как цветочных так и плодовых оболочек приведено в состояние, годное для продовольственных целей. При поражении плесневыми грибами эндосперма и зародыша можно использовать для кормовых и технических целей.

К зерну 3-й степени дефектности (зерно с гнилостно- затхлым запахом) относятся партии, в которых наблюдается интенсивный процесс разложения, главным образом белковых веществ и жиров под влиянием не только плесневых грибов, но и сильно развившихся бактерий. Зерно 3-й степени дефектности может быть использовано только для технических целей.

К зерну 4-й степени дефектности (зерно с совершенно изменившейся оболочкой бурно - черного или черного цвета) относятся партии, подвергшиеся самосогреванию вследствие влажности и чрезвычайно быстрого происхождения процесса самосогревания при высоких температурах. Используется только для технических целей.

Солод и ферментные препараты.

Для осахаривания крахмала па спиртовых заводах используется солод и ферментные препараты.

Солодом называют зерно, которое проросло в определенных условиях. При прорастании в зерне образуются амилолитические, протеолитические и другие ферменты. Солод па спиртовых заводах получают из ячменя, ржи, пшеницы, овса и проса по следующей схеме:

1) очистка зерна;

2) замачивание;

3) проращивание;

4) измельчение;

5) смешивание с водой.

Для осахаривания крахмала в спиртовом производстве кроме солода используются ферментные препараты, получаемые из культур мицелиальных грибов и бактерий. Выпускаемые специальными заводами или специализированными цехами спиртовых заводов ферментные препараты представляют собой либо жидкости с содержанием сухого вещества не менее 50%, либо порошки с определенной стандартной ферментативной активностью. Ферментные препараты, используемые в спиртовой промышленности, получают из мицелиальных грибов рода Aspergillus, бактерий Вас. mesentericus, Вас. subtilis и других. Эти микроорганизмы образуют а-амилазу, а некоторые глюкоамилазу (фермент, расщепляющий крахмал до глюкозы). Применение ферментных препаратов микробного происхождения в спиртовой промышленности взамен солода позволяет существенно снизить расход высококачественного зерна на получение солода и способствует повышению выхода спирта.

Характеристика продуцента

Спиртовые дрожжи относятся к виду Saccharomyces cerevisiae, представляющие собой одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу аскомицетов (сумчатых грибов).

Дрожжевая клетка (рис. 1) состоит из оболочки, цитоплазмы и ядра. Наружная часть оболочки образована полисахаридами типа гемицеллюлоз, преимущественно маннаном и небольшим количеством хитина, внутренняя часть -- белковыми веществами, фосфолипидами и липоидами. Оболочка регулирует состояние клеточного содержимого и обладает избирательной проницаемостью, чем существенно отличается от обычных полупроницаемых мембран.



Рис. 1. Электронная микрофотография дрожжевой клетки:

1 -- клеточная стенка; 2 -- цитоплазматическая мембрана; 3 -- цитоплазма; 4 -- ядро; 5 --митохондрии; 6 -- почка.

Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) имеет толщину 7...8 нм, расположена под клеточной стенкой и отделяет ее от цитоплазмы. Плазмалемма -- основной барьер, определяющий осмотическое давление в клетке, -- обеспечивает избирательное движение питательных веществ из среды в клетку и вывод метаболитов из клетки. Плазмалемма состоит из бимолекулярного слоя липидов, в который включены белковые молекулы. Липиды ориентированы неполярными концами внутрь, друг к другу, а полярными -- наружу.

Перемещение веществ через цитоплазматическую мембрану происходит вследствие молекулярной диффузии (по градиенту концентрации) и в результате активного движения, в котором участвуют специфические ферменты, и в этом случае вещества могут поступать в клетку и против градиента концентрации. Например, аминокислоты легко проникают в клетку из среды, даже если их концентрация в цитоплазме в 100...200 раз выше, чем в питательной среде.

Цитоплазма имеет гетерогенную структуру и вязкую консистенцию. Коллоидный характер ее обусловлен белковыми веществами. Кроме них в цитоплазме содержатся рибозонуклеопротеиды, липоиды, углеводы и значительное количество воды. Цитоплазма молодых клеток внешне гомогенна. При старении в ней появляются вакуоли, равномерная зернистость, жировые и липоидные гранулы. В цитоплазме с ее органоидами (хондриосомами, микросомами, вакуолями) и включениями протекают важнейшие ферментативные процессы.

Митохондрии (хондриосомы) имеют форму зернышек, палочек или нитей. Митохондриальные мембраны состоят из белков (80 %) и липидов (20 %). В состав митохондрий входят также полифосфаты, РНК и ДНК. Митохондрии размножаются самостоятельно, реплицируя собственную митохондриальную ДНК и продуцируя собственные белки. Питательные вещества, проникающие в клетку, адсорбируются и аккумулируются хондриосомами и подвергаются быстрым превращениям вследствие концентрации в этих участках клетки соответствующих ферментов. В митохондриях полностью осуществляются цикл трикарбоновых кислот и важнейшая энергетическая реакция -- окислительное фосфорилирование. Поэтому их рассматривают как основную «силовую станцию» клетки. Здесь же происходят реакции активирования аминокислот в процессе синтеза белка, липидов и других соединений.

Микросомы (рибосомы) представляют собой включения в виде субмикроскопических зернышек, состоящих из липидов, белков и рибонуклеиновых кислот (РНК), которые обеспечивают синтез белков за счет активированных аминокислот, поступающих из митохондриальной системы.

Ядро -- небольшое шаровидное или овальное тело, окруженное цитоплазмой и нерастворимое в ней. В ядерных структурах обособлены в виде включений дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и ее протеид (ДНКП), содержится большое количество РНК. ДНК способствует передаче наследственной информации, сохранению свойств микроорганизмов. В ядре осуществляются транскрипция (синтез молекул информационных РНК путем считывания информации с ДНК с помощью фермента РНК -- полимеразы), а также репликация ДНК при делении клетки.

Обязательный органоид клетки вакуоли -- полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. Форма вакуолей изменяется вследствие движения и контракции цитоплазмы. Вакуоль в молодых клетках состоит из множества мелких полостей, в старых -- из одной очень большой. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных солей, углеводов, белков, жиров и ферментов. В вакуолях сосредоточиваются различные соединения, которые должны подвергаться ферментативным превращениям, образуются продукты жизнедеятельности и отбросы.

В молодых дрожжевых клетках жира обычно нет, в зрелых он содержится лишь в немногих клетках в виде мелких капелек, в старых -- крупных капель.

Гликоген -- запасное питательное вещество дрожжей, накапливающееся при культивировании дрожжей на средах, богатых сахаром, и при недостатке его быстро расходуется. В молодых клетках гликогена мало, в зрелых -- значительное количество (до 40 %).

По внешнему виду клеток можно определить физиологическое состояние дрожжей. В производственных средах одновременно присутствуют молодые, зрелые, почкующиеся старые и отмершие клетки. Наибольшей бродильной энергией обладают зрелые клетки.

Спиртовые дрожжи должны иметь высокую бродильную активность на средах с достаточным количеством сбраживаемых углеводов, анаэробный тип дыхания, быть устойчивыми к продуктам своего обмена и к посторонней микрофлоре.

Спиртовые дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, по окончании брожения формируют легко взмучивающийся рыхлый осадок на дне, что затрудняет их отделение от среды.

Оптимальными условиями для их развития являются: температура 28-30С, рН 4,8-5.

В качестве источников углеродного питания спиртовые дрожжи потребляют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, мальтотриозу, галактозу. Пентозы не сбраживаются. Могут потреблять глицерин, некоторые органические кислоты (молочную, уксусную, яблочную и др.).

Углеводы потребляются последовательно: сначала моносахара (глюкоза, фруктоза), затем дисахара после предварительного гидролиза. В процессе брожения образуется спирт, , выделяется енергия,которая необходима клетке для поддержания жизнедеятельности.

В процессе брожения углеводов дрожжи расходуют на образование спирта 46-47,6%, на образование 44-45%, на побочные продукты 3,6-6,4%, на биомассу 1,8-4%, потери 2,1-2,8 % от всех содержащихся в среде углеводов.

В качестве азотного питания дрожжи используют аммиачные азот (соли аммония) и азотистые органические вещества (аминокислоты, некоторые дипептиды, амины, амиды) которые используют для построения собственных белков.

В качестве минерального питания дрожжам необходим фосфор, который ассимилируется в начальный период брожения. Дрожжи используют фосфор в виде фосфорной кислоты и ее солей.

Отрицательно влияют на дрожжевые клетки нитриды, свободный хлор, диоксид серы. В качестве активаторов размножения и брожения использованы ультразвук, УФ-лучи, соединения с сульфогидрильными группами (глютатион, цистеин)

Технология производства спирта

Технология спирта включает в себя следующие процессы: подготовка сырья к развариванию, разваривание зерна водой для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживания сахаров дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию.

Очистка и подготовка сырья к переработке

Подготовка заключается в доставке сырья на предприятие, отделении примесей и измельчении. Все виды зерна, поступающего в производство, очищают от пыли, земли, камней, металлических и других примесей. Далее сырье необходимо измельчить (смолоть) так, что бы проход (просеивание) через сито с размером отверстий 1 мм составляло 85-95%, а для кукурузы - не менее 90-95%. Можно использовать готовую муку. В зерне, идущем на варку, после очистки не должно содержаться металлических примесей. Содержанне сорных примесей допускается в количестве не более 1 %.

При непрерывном способе разваривания зерно после очистки измельчают на молотковых дробилках или размалывают на вальцовых станках.

В случае переработки одноrо овса рекомендуется eгo предварительно обрушить на бичевых рушках, т. е. отделить от цветочных и плодовых пленок так, чтобы содержание их в овсе не превышало 30%. При обрушивании овса потери углеводов с шелухой не должны превышать 1,5%. В смеси с тонкокожурным зерном допускается применение крупки из предварительно необрушенноrо овса в количестве не более 20%.

При периодическом и полунепрерывном разваривании зерно перерабатывают в целом виде. Для устранения покровноrо брожения пленчатое зерно (овес, ячмень, просо) необходимо перерабатывать в смеси с беспленочным зерном или картофелем в таком соотношении, чтобы количество пленок не превышало 8% от массы зерна в сусле. При отсутствии беспленочноrо зерна ячмень и просо развариваются обязательно в дробленом, а овес в обрушенном виде.

При дроблении ячменя и проса полученный продукт разделяют на плоских виброситах на две фракции, которые разваривают раздельно. При этом в измельченном ячмене и просе не должны содержаться целые зерна, а количество мучки не должно превышать 5%.

Потери крахмала на распыл при дроблении проса и ячменя не должны превышать 0,30/0.

Поступающий на разваривaние обрушенный овес предварительно просеивают. После отделения от пленок в крупке и мучке количество необрушенных зерен не должно превышать 15%, а общее содержание свободных пленок, не отделенных от зерен, 68%.Зерно, используемое для приготовления солода, очищают от металлических и сорных примесей на зерноочистительной машине с мaгнитным устройством, а для удаления мелких щуплых зерен, половинок, куколя, вики и других семян пропускают eгo через триер. Просо, предназначенное для солодоращения, пропускают только через зерновой и магнитный сепараторы. В очищенном солодовом зерне количество сорных примесей не должно быть более 0,5%.

При измельчении зерна, поступающего на варку, качество дробления должно характеризоваться следующими показателями: остаток на сите 3 мм не более 0,3% при использовании молотковой дробилки и 58% при размоле на вальцовом станке. При измельчении кукурузы на молотковой дробилке весь продукт размола должен полностью просеиваться через сито 2 мм и на 90% через сито 1 мм; при измельчении на вальцовом станке 95% продукта размола кукурузы должно просеиваться через сито 2 мм и 7580% через сито 1 мм.

Разваривание сырья

Цель разваривания - подготовка сырья к осахариванию амилолитическими ферментами солода или микробных препаратов. Разваривание крахмалсодержащего сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением 400 - 500 кПа.

Процесс разваривания можно разделить на несколько последовательных стадий:

-приготовление замеса и его подваривание

-нагрев замеса до температуры разваривания

-выдержка замеса

-отделение пара

Зерно дробят на молотковых дробилках или вальцовых. Для увеличения степени измельчения зерна рекомендуется применять двухступенчатое дробление с промежуточным рассевом помола: на первой ступени зерно измельчают на молотковой дробилке, а затем на вальцовом станке. При этом получается помол с проходом через сито 1 мм 75-80%,что позволяет снизить температуру в процессе разваривания.

Измельченное зерно смешивают с водой при температуре не более 50С в соотношении 1:2,5…3,5 в зависимости от содержания крахмала, чтобы в последствии получить осахаренное сусло с содержанием сухих веществ 16-18%. Замес готовят в смесителях с мешалкой.

Рекомендуется для экономии тепла нагревать замес в смесителе или контактной головке вторичным паром до температуры не более 55…65 С, чтобы не допустить полной клейстеризации для сохранения его транспортабельности, кроме того, не допускается накопление сахаров за счет воздействия на крахмал собственных амилолетических ферментов зерна. Такая обработка замеса называется подвариванием.

На стадии подваривания эффективно использовать бактериальную -амилазу, которую вносят в смеситель при температуре 75…80С. В результате ее действия начинается деструкция крахмала с образованием декстринов, благодаря чему можно снизить температуру разваривания. Декстрины не подвергаются термическому разложению, поэтому такая обработка ведет к потерям сбраживаемых веществ.

Подогрев замеса до температуры разваривания проводится в контактных головках острым паром до температуры 138-170 С в зависимости от способа разваривания.

Способы разваривания в зависимости от организации процесса различают:

-периодические

-непрерывные.

Периодические способы проводятся в установках, состоящих из нескольких аппаратов, в каждом из которых протекает одна из стадий разваривания. Загрузка и выгрузка сырья периодическая. Они малопроизводительны, поэтому периодические способы на отечественных заводах заменены на непрерывные.

Непрерывные способы разваривания более эффективны, они характеризуются тем, что подготовительный замес непрерывно проходит ряд аппаратов установки при определенных режимах и выводится в готовом виде.

Осахаривание крахмалсодержащего сырья

Основной целью осахаривания разваренной массы является получение осахаренного сусла оптимального состава для сбраживания и культивирования дрожжей. Основной процесс на стадии осахаривания - гидролиз крахмала амилолитическими ферментами солода или микробных ферментных препаратов. Гидролиз крахмала в той или иной степени проходит на нескольких стадиях производства спирта.

Первая ступень гидролиза осуществляется при использование термостабильной амилазы на стадии подваривании замеса, где крахмал гидролизуется частично до высокомолекулярных декстринов, но не образуются низкомолекулярные углеводы, которые разрушаются при высоких температурах разваривания.

Более глубоко гидролиз крахмала идет на стадии осахаривания, которую можно считать второй ступенью. На этой стадии крахмал под действием -амилазы и -амилазы и декстриназы солода или бактериальной амилазы и глюкоамилазы ферментных препаратов разлагается до сбраживаемых сахаров и низкомолекулярных декстринов, не окрашиваемых йодом.

На третьей ступени гидролиза на стадии брожения декстрины доосахариваются ферментами,внесенными на стадии осахаривания до сбраживаемых сахаров: глюкозы, мальтозы, мальтотриозы.

В спиртовой промышленности используются периодические и непрерывные способы осахаривания. Первые уже мало распространены, как устаревшие и неэффективные.

Непрерывные способы более эффективные, высокопроизводительны, могут быть автоматизированы.

Технолоrия непрерывноrо осахаривания

Способы непрерывного осахаривания с момента из возникновения претерпели значительные изменения, но все их варианты до сих пор применяют на спиртовых заводах.

Различают несколько видов непрерывного осахаривания.

-одноступенчатое осахаривание. По этому способу охлаждение разваренной смешивается с солодовым молоком (микробной культурой) и осахаривание ведет в одном аппарате-осахаривателе, а сусло охлаждают в теплообменнике.

- двухступенчатое осахаривание. Это осахаривание отличается от предыдущего варианта тем, что процесс ведут последовательно в двух аппаратах с различным количеством солодового молока и при разных температурах.

-осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением. При этом способе разваренную массу до поступления в одноступенчатый осахариватель охлаждают до 62..63 С в вакуум-испарительной камере, затем в осахаривателе смешивают с солодовым молоком, в результате чего температура снижается до 57..58 С.

-осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением. Сущность способа заключается в том, что не только разваренную массу перед осахариванием, но и сусло охлаждают до температуры брожения в результате создания вакуума в испарительных камерах первой и второй ступеней. Разрежение в испарительной камере второй ступени образуется пароэжекторным вакуум-насосом. При этом способе полностью исключаются громоздкие теплообменники, и появляется возможность вторичного использования воды для охлаждения.

Контроль процесса осахаривания

Из сусла отбирают пробы: при непрерывном осахаривании 6-8 раз в смену через специальный кран на суслопроводе между теплообменником и бродильным баком - в случае двухступенчатого процесса или из осахаривателя - в случае одноступенчатого; при периодическом процессе - от каждого заторного аппарата в конце осахаривания. Из отдельных проб составляют средние.

Пробы сусла фильтруют через плотную хлопчатобумажную ткань и в прозрачном фильтрате определяют концентрацию сухих веществ (сахаромером или рефрактометром), кислотность (титрованием едким натром в присутствии метилового красного как индикатора) и полноту осахаривания (по йодной пробе). Если окраска сусла с йодом не изменяется - осахаривание прошло нормально; красная окраска свидетельствует об избытке декстринов, сине-фиолетовая - о присутствии неосахаренного крахмала. Такое изменение окраски с йодом характерно только при получении сусла осахариванием разваренной массы солодом; при осахаривании ферментными препаратами плесневых грибов окраска может оставаться сине-фиолетовой и исчезает при брожении.

Технологические показатели качества сусла

Основными технологическими показателями качества сусла являются: содержание сухих веществ (концентрация), степень осахаривания, доброкачественность и кислотность.

Концентрация характеризует общее содержание растворимых сухих веществ в сусле. Концентрация фильтрата затора должна быть 16-18%, в том числе сбраживаемых веществ (мальтоза + декстрины) около 13-15% и несбраживаемых 2-3%. При пониженной концентрации затора в зрелой бражке будет содержаться меньшее количество спирта, что снижает производственную мощность бродильного отделения и брагоректификационного аппарата и увеличивает расход пара на перегонку. При повышенной концентрации дрожжи могут не сбродить весь содержащийся в заторе сахар, что увеличивает потери с несбраживаемыми сахарами.

Сбраживание осахаренной массы

Основной целью брожения является максимальное сбраживание сахаров и накопление спирта.

При сбраживании осахаренного сусла одновременно идут два основных процесса:

-сбраживание сахаров с образованием спирта, диоксид углерода и побочных и вторичных продуктов брожения; процесс брожения сопровождается выделением тепла.

-доосахаривание декстринов ферментами, внесенными на стадии осахаривания.

Процесс брожения можно разделить на несколько стадий:

Первая стадия - возбраживание, в течение этого периода практически нет убыли сахаров. Эта стадия соответствует лаг-фазе размножения дрожжей которая характеризуется тем, что происходит адаптация дрожжей к среде, синтез необходимых ферментов для жизнидеятельности.

Вторая стадия - главное брожение, в процессе которого наблюдается максимальная скорость сбраживания сахаров, так как сусло содержит достаточно питательных и ростовых веществ.

Третья стадия-дображивание. Скорость сбраживания сахаров уменьшается за счет 2-х основных лимитирующих факторов:

1) недостаток сахаров и других веществ, необходимых дрожжам, дрожжи сбраживают сахара, образующиеся при доосахаривание декстринов за счет гидролитической активности и глюкоамилазы;

2) накопление спирта в значительных концентрациях, который тормозит процесс брожения.

В зависимости от организации проведения всех этих стадий используются три основных способа брожения:

-периодический

- циклический

-непрерывно-поточный

Наиболее совершенным и эффективным является непрерывнопоточный метод, осуществляемый па установке, состоящей из двух дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно соединенных переточными трубами. Дрожжанки и взбраживатель предназначены для приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Вместимость каждой дрожжанки составляет 25-30% от вместимости возбраживателя, в свою очередь eгo вместимость составляет 30-40% от вместимости головного чана.

Наиболее подробно рассмотрим схему непрырывного производство спирта из крахмалистого сырья.

В этой схеме используются варочные аппараты колонного типа, двухступенчатое вакуум-охлаждеиие разваренной массы до температуры осахаривания и сусла до температуры складки при двухпоточном способе осахаривания и непрерывно-поточном способе сбраживания. Схема рекомендуется для заводов, имеющих технологический пар давлением до 0,5-0,8 МПа.

По этой схеме зерно, доставленное со склада автомашиной, с помощью автопогрузчика ссыпается в приемный бункер 2, из котopoгo элеватором подается в бункера 4, вмещающие 1,5 2-суточный запас зерна. Из бункеров 4, которые обычно располагаются около подработочного отделения, зерно винтовым конвейером и элеватором 6 транспортируется через контрольные весы на зерновой и электромагнитный сепараторы. Очищенное от посторонних примесей зерно взвешивается на автоматических весах и поступает на молотковую дробилку 12.

Измельченное зерно, характеризующееся 50-65%-ным проходом частиц через сито 1 мм, элеватором отводится на рассев, где на ситах с отверстиями 1,0-0,8 мм от помола отделяются частицы диаметром более 1 мм. Эти частицы через промежуточный бункер 14 направляются на вальцовый станок 15, после которого собираются в сборнике для тонкоизмельченного зерна. Сюда же поступают частицы размером 1 мм и менее, прошедшие сразу через ситовую поверхность рассева 13. После рассева рекомендуется устанавливать сборник (бункер), рассчитанный на его заполнение в течение 2-3 ч. По заполнении сборника включают вальцовый станок, и весь продукт до измельчается в течение 1,0-----1,5 ч, после чего подача зерна на станок прекращается.

Сборник снова заполняется зерновой фракцией с размерами частиц более 1мм, которая через 2-3 ч также поступает на вальцовый станок. При использовании зерна влажностью до 14-15% схема двухстадийного измельчения зерна упрощается за счет исключения рассева. В этом случае измельченное зерно после молотковой дробилки направляется, минуя рассев, в сборник 14, находящийся над вальцовым станком. По такой упрощенной схеме степень измельчения зерна, характеризуемая проходом через сито 1 мм, может достигать 85-86%, а при измельчении кукурузы необходимо иметь проход до 94-95%. При большем содержании влаги в зернах необходимо двухстадийное измельчение, так как в этом случае резко снижается производительность и ухудшается качество измельчения зерна на молотковой дробилке и вальцовом станке.

Тонкоизмельченное зерно из бункера 16 с помощью шиека-дозатора подается в смеситель-предразварник, где оно смешивается с теплой водой в соотношении 1: (2,5-3,0). Вода в смеситель дозируется с таким расчетом, чтобы концентрация сусла в осахаривателе находилась в пределах 16-18% по сахарометру. Чтобы обеспечить хорошее смешивание воды с тонкоизмельченным зерном, температуру замеса в смесителе не следует поднимать выше 40-45 С, продолжительность пребывания замеса в смесителе-предразварнике при этой температуре должна составлять 15-16 мин.

При переработке картофеля отмытые от земли отделенные от посторонних примесей клубни элеватором 18 транспортируются на автоматические весы и затем из бункера с лотковым питателем 19 дозируются на дробилку 20, после чего кашка направляется во второй отсек смесителя-предразварника 21, где нагревается вторичным паром до 40-450С.

Замес или кашка из смесителя-предразварника насосом закачивается в подогреватель 23, нагревается в нем вторичным паром до температуры 80-85С и быстро перекачивается в контактную гoловку 25, где мгновенно нагревается острым паром до температуры разваривания, после чего поступает в варочную колонну 1 ступени разваривания 26. Острый пар имеет избыточное давление 0,5 МПа, температуру 158,08 С, теплосодержание 2756 кДж/кг. Разваривание зерна ведется при температуре 134-136° С в течение 45-50 мин, тонко измельченная кукуруза с 92-94%-ным проходом разваривается при температуре 144-150° С в течение 45-50 мин. Развариваемая масса из колонны 26 по нижней переточной коммуникации поступает в первую колонну II ступени разваривания 27, проходит ее и через верхний переточный штуцер отводится во вторую колонну 11 ступени, движется по ней сверху вниз, после чего через нижнюю переточную коммуникацию поступает в третью колонну, из которой с помощью регулятора уровня и системы выдувания автоматически отводится в паросепаратор 28. Для обеспечения равномерного перетока массы по колоннам аппарата они соединены поверху уравнительной линией, по которой неконденсирующиеся газы и пар непрерывно отводятся и направляются для предварительиоrо нагрева замеса.

В паросепараторе от разваренной массы отделяется вторичный пар, который направляется на подогрев замеса. Масса в процессе сепарирования выдерживается 25-30 мин при температуре 107-108 С и давлении 0,03-0,04 МПа, после чего разваренная масса разделяется на два потока и направляется на установки с двухступенчатым вакуум-охлаждением.и промежуточным двухпоточным осахариванием.

При работе по двухпоточному способу осахаривания охлажденная разваренная масса, разделенная на два равных по объему потока, по двум трубопроводам поступает в вакуум-испарительные камеры 1 ступени 31, в которых постоянно с помощью барометрических конденсаторов и вакуум-насосов поддерживается разрежение 0,080-0,081 МПа (600-610 мм рт. ст.). Такое же разрежение создается в трубопроводах, соединяющих паросепаратор 28 с испарительными камерами 31, поэтому самоиспарение массы начинается сразу после ее разделения на два потока.

Пар, выделившийся в испарительных камерах и поступивший в барометрические конденсаторы, охлаждается холодной водой. Конденсат пара вместе с водой сливается в барометрические сборники 35.

В барометрической воде систематически определяется наличие крахмала по йодной пробе. При нормальной работе испарителя (без уноса частиц крахмала) йодная реакция на крахмал должна быть отрицательной.

Из испарительных камер масса с температурой 60-61 С по спускным трубам поступает в осахаривателе 34. Высота спускной трубы над поверхностью охлажденной массы в осахаривателях должна быть не менее 9,5-10,Ом. Одновременно в осахариватели из сборников 32 через дозаторы поступает осахаривающий материал: солодовое молоко, суспензия поверхностных культур плесневых грибов, препараты глубинных культур микроорганизмов. При двухпоточном осахаривании 2/3 осахаривающеrо материала подается, например, на поток № 1 через один осахариватель 34, а 1/3 на поток № 2 через второй осахариватель 34. Продолжительность осахаривания в каждом осахаривателе при температуре 56-59 С составляет не менее 10-15 мин.

Осахаренная масса через ловушки 36 подается в две испарительные камеры 11 ступени 37, в которых с помощью барометрических конденсаторов 11 ступени и двух пароэжекторных вакуум-насосов поддерживается разрежение 0,09-0,0975 МПа (745-750 мм рт. ст.), что обеспечивает охлаждение сусла до 22-24 С. Пар, выделившийся в испарительной камере 37, охлаждается в конденсаторе холодной водой. Конденсат пара вместе с водой сливается в барометрический сборник. Пар на пароэжекторную установку подается из коллектора, а конденсат с водой отводится также в барометрический сборник, часть воды из котopoгo направляется насосом на повторное использование.

Сусло, охлажденное до температуры складки (22-24 С, из барометрических сборников 38 перекачивается насосами в бродильное отделение и для приготовления дрожжей в возбраживателе. Сбраживание зерного сусла осуществляется непрерывно-поточным способом в бродильных чанах, соединенных переточными коммуникациями в батарею.

Для приготовления дрожжей используется сусло температурой 600 С с большим количеством осахаривающего материала, которое периодически откачивается из осахаривателя и по отводной коммуникации поступает в дрожжанки. Для приготовления дрожжей предназначены маточник вместимостью 25% от объема дрожжанки и три дрожжанки 44 каждая вместимостью по 25% от объема возбраживателя. Вместимость возбраживателя составляет не менее 50% от вместимости бродильного чана. Для приготовления дрожжевого сусла предусмотрена подача в дрожжанки серной кислоты и питательных солей.

Маточиик 41 используется для приrотовлеиия дрожжей в начале производства, а также для периодической очистки засевных дрожжей. Сначала чистая культура дрожжей из пробирки разводится до объема одной дрожжанки согласно режиму. В процессе производства приготовление дрожжей в дрожжанке ведется на пастеризованном, подкисленном сусле по методу естественно чистой культуры. Температура во время сбраживания дрожжевого сусла не должна подниматься выше 30 С.

Дрожжи, созревшие в первой дрожжанке, используются в качестве засевных для двух других дрожжанок, которые должны быть наполовину заполнены предварительно пастеризованным, подкисленным и охлажденным до температуры 300 С суслом. Засевные дрожжи из первой дрожжанки перекачиваются во вторую и третью дрожжанки (50% в одну и 50% в другую).

Освободившаяся первая дрожжанка и коммуникации тщательно промываются и пропариваются. Дрожжанка заполияется суслом, перекачиваемым по свободной коммуникации их осахаривателя. Сусло выдерживается в ней в течение 60 мин при температуре 57-60С, пастеризуется при температуре 78-80 С в течение 30 мин, после чего охлаждается до температуры 500 С и подкисляется серной кислотой до 0,7-1,0С (рН среды 3-3,8). Подкисленное сусло охлаждается до температуры 30С, затем в негоo из одной дрожжанки (второй или третьей) вносятся засевные дрожжи в количестве 15% по объему сусла. Срок приготовления дрожжевого сусла в первой дрожжанке координируется с таким расчетом, чтобы к моменту созревания дрожжей в остальных двух дрожжанках оно прошло все стадии обработки и было охлаждено до 30 С. Продолжительность созревания дрожжей в первой дрожжанке регулируется температурой складки таким образом, чтобы зрелые дрожжи были готовы ко времени складки второй и третьей дрожжанок. Зрелые дрожжи из второй и третьей дрожжанок используются в качестве засевных для первой дрожжанки и возбраживателя.

Готовые дрожжи из возбраживателя самотеком подаются в головной чан бродильной батареи 46, куда одновременно поступает охлажденное сусло. Освободившийся возбраживатель промывается, пропаривается, заполняется засевными дрожжами и охлажденным суслом. Сусло подкисляется до 0,40 и оставляется на брожение при температуре 30 С.

Периодически, не реже чем один раз в 10 дней, дрожжи, отбираемые в качестве засевных для первой дрожжанки, обрабатываются в маточнике 41 серной кислотой при рН 2,7-2,9 в течение 2 ч. График работы дрожжевого отделения должен составляться с учетом тoгo, чтобы каждые 30-36 ч зрелые дрожжи из возбраживателя спускались в один из головных чанов. Концентрация дрожжевых клеток в зрелых дрожжах должна быть 100 млн./мл. Концентрация сухих веществ составляет примерно 1/3 от исходной. Не допускаются перебраживание зрелых дрожжей и их простой.

Для осуществления непрерывно-поточного метода брожения с двухпоточным осахариванием в бродильном отделении необходимо

иметь батарею, состоящую из 8-10 последовательно соединенных чанов. Желательно, чтобы вместимости чанов были равными. Для перекачивания бражки с целью освобождения чанов на профилактическую стерилизацию устанавливаются два центробежных насоса: один для освобождения головных чанов, другой для всех последующих.

Все бродильные чаны через верхнюю коммуникацию, отводящую диоксид углерода, присоединяются к спиртоловушке 48. Для предотвращения развития инфекции и более надежной дезинфекции чанов предусматриваются специальные запорные устройства 49 на всех переточных коммуникациях. Первые 4-5 чанов оборудуются выносными или внутренними теплообменниками. Температуру брожения в первом чане поддерживают в пределах 26-27 С, во втором 27, в третьем 29-30, в последующих 27-280С.

Зрелая бражка из последнего бродильного чана насосом перекачивается в передаточную емкость 50, откуда также насосом подается на брагоректификацию.

зерно спирт производство брожение

Биохимия спиртового брожения

Анаэробный распад углеводов

Ферментативная диссимиляция углеводов в анаэробных условиях, происходящая с выделением энергии и приводящая к образованию продуктов неполного окисления, называется брожением.

При брожении акцептором водорода служат органические соединения, получающиеся в реакциях окисления (например, уксусный альдегид при спиртовом брожении); кислород в этих реакциях не участвует.

На рисунке приведена схема химических превращений при спиртовом брожении глюкозы.

1. Образуются фосфорные эфиры Сахаров. Под действием фермента гексокиназы и адениловых кислот, являющихся донаторами и акцепторами фосфорной кислоты, глюкоза превращается в глюкопиранозо-6-фосфат. Адениловые кислоты в дрожжах содержатся в виде аденозинмонофосфата (АМФ), аденозиндифосфата (АДФ) и адеыозинтрифосфата (АТФ). Гексокиназа катализирует перенос одной фосфорной группы с АТФ на глюкозу. При этом АТФ превращается в АДФ, а остаток фосфорной кислоты присоединяется по месту шестого углеродного атома. Действие фермента активируется ионами магния. Подобным образом происходит превращение D-фруктозы и D-маннозы. Глюкокиназная реакция определяет скорость процесса брожения.

2. Глюкозо-6-фосфат под действием фермента глюкозофосфат -- изомеразы подвергается изомеризации -- превращению в фруктозо-6-фосфат. Реакция обратима и сдвинута в сторону фруктозо-6-фосфата.

3. Фруктозо-6-фосфат под действием фермента фосфофруктокиназы присоединяет по месту первого углеродного атома второй остаток фосфорной кислоты за счет АТФ и превращает в фруктозо-1,6-дифосфат. Эта реакция практически необратима. Молекула сахара переходит в оксоформу и становится лабильной, способной к дальнейшему превращению, так как ослабляется связь между третьим и четвертым углеродными атомами.

4. Под действием фермента альдолазы (активируемой ионами Zn2+, Со2+ и Са2+) фруктозе-1,6-дифосфат распадается на две фосфотриозы -- З-фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Эта реакция обратима.

5. Между фосфотриозами происходит реакция изомеризации, катализируемая ферментом триозофосфатизомеразой. Равновесие устанавливается при 95% 3-фосфоглицеринового альдегида и 5% фосфодиоксиацетона.

6. В индукционный период, пока в качестве промежуточного продукта не образовался уксусный альдегид, между двумя молекулами 3-фосфоглицеринового альдегида под действием фермента альдегидмутазы при участии молекулы воды происходит реакция дпсмутации. При этом одна молекула фосфоглицеринового альдегида восстанавливается, образуя фосфоглицерин, другая окисляется в 3-фос-фоглицериновую кислоту. Фосфоглицерин в дальнейших реакциях не участвует н после отщепления фосфорной кислоты является побочным продуктом спиртового брожения.

При установившемся процессе окисление 3-фосфоглицеринового альдегида в 3-фосфоглицериновую кислоту происходит сложным путем. Вначале он превращается в 1,3-дифосфоглицериновый альдегид, присоединяя остаток неорганической фосфорной кислоты, затем под действием фермента триозофосфатдегидрогеназы в присутствии НАД (никотинамидадениндинуклеотида) окисляется в 1,3-дифосфо-глицсриновую кислоту. НАД, вступая в соединение со специфическим белком, образует анаэробную дегидрогеназу, обладающую способностью отнимать водород непосредственно от фосфоглицеринового альдегида и других органических соединений.

7. При участии фермента фосфотрансферазы остаток фосфорной кислоты, содержащий макроэргическую связь, передается с 1,3-дифосфоглицериновой кислоты на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты. Энергия, освобождающаяся при окислении фосфоглицеринового альдегида, резервируется в АТФ.

8. Под действием фермента фосфоглицеромутазы 3-фосфоглицериновая кислота изомеризуется в 2-фосфоглицериновую кислоту.

9. В результате отдачи воды, вызываемой перераспределением внутримолекулярной энергии, 2-фосфоглицериновая кислота превращается в фосфоэнолпировиноградную кислоту, содержащую макроэргическую связь. Реакцию катализирует энолаза, активируемая ионами Мg2+, Мn2 + и Zn2+.

Максимальное действие энолазы проявляется в интервале рН 5,2--5,5. При рН 4,2 молекулы энолазы агрегируются, при рН 3--4 необратимо денатурируются.

10. Под действием фермента фосфотрансферазы в присутствии ионов К+ остаток фосфорной кислоты передается от фосфоэнолпировиноградной кислоты на АДФ, резервируя энергию в АТФ.

11. Образовавшаяся энолпировшюградная кислота превращается в более стабильную кетоформу.

12. Под действием фермента карбоксилазы от пировиноградной кислоты отщепляется диоксид углерода и образуется уксусный альдегид.

13. Фермент алкогольдегидрогеназа переносит водород с восстановленного НАД-Н2 на уксусный альдегид, в результате чего образуется этиловый спирт и регенерируется НАД.

Обращение гликолиза

Возможность обращения гликолиза определяется обратимостью действия большинства ферментов, катализирующих его реакции. Однако реакции фосфорилирования глюкозы и фруктозы, а также реакция образования пировиноградной кислоты из фосфоенолпирувата, осуществляемые с помощью киназ, необратимы. На этих участках процесс обращения идет благодаря использованию обходных путей. |Там, где функционируют гексокиназа и фруктокиназа, происходит дефосфорилирование -- отщепление фосфатных групп фосфатазами.

Превращение пирувата в фосфоенолпируват также не может осуществиться путем прямого обращения пируваткиназной реакции вследствие большого перепада энергии. Первая реакция обращения гликолиза на этом участке катализируется митохондриальной пируваткарбоксилазой в присутствии АТР и ацетил-СоА (последний выполняет функции активатора).

(Образующаяся щавелевоуксусная кислота (ЩУК), или оксалоацетат, восстанавливается затем в митохондриях до малата при участии NAD-зависимой малатдегидрогеназы (МДГ). Затем малат транспортируется из митохондрий в цитоплазму, где окисляется NAD-зависимой цитоплазматической малатдегидрогеназой снова до ЩУК. Далее под действием ФЕП-карбоксикиназы из оксалоацетата образуется фосфоенолпируват. Фосфорилирование в этой реакции осуществляется за счет АТР

Регуляция гликолиза

Интенсивность гликолиза контролируется в нескольких участках. Вовлечение глюкозы в процесс гликолиза регулируется на уровне Фермента гексокиназы по типу обратной связи: избыток продукта реакции (глюкозо-6-фосфата) аллостерически подавляет деятельность фермента.

Второй участок регуляции скорости гликолиза находится на уровне фосфофруктокиназы. Фермент аллостерически ингибируется высокой концентрацией АТФ и активируется неорганическим фосфатом и АДФ. Ингибирование АТФ предотвращает развитие реакции в обратном направлении при высокой концентрации фруктозо-6-фосфата. Кроме того, фермент подавляется продуктом цикла Кребса -- цитратом и через положительную обратную связь активируется собственным продуктом -- фруктозо-1,6-дифосфатом (самоусиление).

Высокие концентрации АТФ подавляют активность пируваткиназы, снижая сродство фермента к фосфоенолпирувату. Пируваткиназа подавляется также ацетил-СоА.

Наконец, пируватдегидрогеназный комплекс, участвующий в образовании ацетил-СоА из пирувата, ингибируется высокими концентрациями АТФ, а также НАДH и собственным продуктом -- ацетил-СоА.

Эффект Пастера и фосфофруктокиназа

Эффект Пастера- торможение гликолиза дыханием. Эффект обьясняется тем, что между системами фосфорилирования в дыхательной цепи и на уровне субстрата существует конкуренция за ADФ и неорганический фосфат. Известно, что расщепление гексоз по гликолитическому пути контролируется путем аллостерической регуляции активности фосфофруктокиназы.

Аллостерическим ингибитором Фосфофруктокиназы является АТФ. В присутствии АТФ увеличивается сигмоидность кривой насыщения фермента субстратом. Очень важно то, что, хотя 5'-трифосфаты инозина, гуанозина и цитозина и могут служить вместо АТФ донорами фосфатных групп, они не выполняют ни ингибирующей, ни регулирующей функции. Это означает, что аллостерический центр фермента обладает высокой специфичностью в отношении АТФ и что его сигнал однозначен. Напротив, специфичность каталитического центра незначительна. AMФ действует как положительный эффектор и снимает торможение, вызываемое АТФ. Другие моно- и дифосфаты не действуют совсем или действуют очень слабо.. Фосфофруктокиназа ингибируется также цитратом; при этом АТФ усиливает этот эффект, а фруктозо-6-фосфат ослабляет его.