Kvasný priemysel

- zaoberá sa výrobou etanolu, piva, vína, droždia a octu, ako aj inými látkami ako výrobou kyseliny mliečnej, antibiotík, prípadne rozpúšťadlami.
- najznámejší druh kvasenia, ktorý sa využíva v tejto oblasti výroby, je alkoholové kvasenie, ktoré vyvolávajú drobné mikroorganizmy – kvasinky, ktoré rozkladajú daný cukor na alkohol a oxid uhličitý za prítomnosti enzýmov, ktoré sa nachádzajú v telách mikroorganizmov. Kvasenie je proces, pri ktorom sa organická látka mení na jednoduchšie zlúčeniny.

VÝROBA ETANOLU

Etanol, etylalkohol (nesprávne lieh) je surovinou na výrobu kyseliny octovej, acetalaldehydu a liečív. CH3 – CH2 – OH

- je to bezfarebná kvapalina s teplotou varu 78,3 oC, využíva sa tiež ako rozpúšťadlo. S vodou sa mieša neobmedzene a je jedovatý. Etanol sa vyrába väčšinou synteticky, pre potravinárske účely kvasným procesom v liehovaroch. Vyrába sa teda alkoholovým kvasením cukorných roztokov, pričom sa z glukózy mení na etanol a oxid uhličitý.

C6 H12 O6 ––> 2 CH3 – CH2 – OH + CO2

- túto premenu spôsobujú enzýmy, ktoré produkujú kvasinky. Keďže glukóza je drahá vstupná surovina, na výrobu etanolu sa využíva napr. škrob alebo melasa. Škrob, ktorý sa použije na výrobu etanolu ako vstupná surovina sa priamo neskvasuje, ale pôsobením enzýmu amylózy sa premení na maltózu, ktorá sa ďalej štiepi na 2 molekuly glukózy a až tá sa vplyvom enzýmov rozloží na etanol a oxid uhličitý.
- zo škrobových surovín sa najviac spracúvajú zemiaky, ktoré sa v tlakovom paráku rozvaria pri teplote 110 – 150 oC, aby sa v nich obsiahnutý škrob skvapalnil.
- vzniknutá zmes – zápara sa mieša so studenou vodou, po dosiahnutí 70 oC sa do nej pridá sladové mlieko (pripravuje sa naklíčením jačmeňa), ktoré obsahuje amylázu, ktorá je potrebná na štiepenie škrobu na glukózu. Sladové mlieko umožňuje scukornatenie zápary. Zápara sa následne naočkuje liehovarníckymi kvasnicami (droždie).
- kvasenie scukornatenej zápary prebieha 3 dni pri teplote 30 oC v sterilnom prostredí, aby neprebehli žiadne iné biochemické procesy. Počas kvasenia sa zápara rozdelí na plynnú zložku (CO2), kvapalnú zložku (roztok etanolu) a tuhú zložku (neskvasený zvyšok).
- pretože skvasená zápara obsahuje okrem etanolu aj vedľajšie produkty (glycerol, prípadne metanol, ktorý je zdraviu škodlivý), tak sa destiluje, čím sa získa surový etanol (95,53% -ný), ktorý sa opäť destiluje v rektifikačnej kolóne = destilačná rafinácia. Po rektifikácii získame takmer 100% etanol a zvyšok – liehovarnícke výpalky, ktoré sa používajú ako prísady do krmiva.VÝROBA VÍNA

Víno je alkoholový nápoj, ktorý sa vyrába kvasením ovocných alebo hroznových štiav. Základnou surovinou na jeho výrobu je hrozno. Stopka hrozna dodáva vínu horkú chuť, preto sa pred spracovaním odzrňuje, šupka bobúl obsahuje farbivá a aromatické látky.

Očistené a odzrnené hrozno (bobule) sa melie, čím sa získava rmut, ktorý sa následne lisuje, čím sa získava mušt. Hlavnou zložkou muštu je voda, z cukrov je to glukóza a fruktóza, ktoré sa vplyvom enzýmov skvasujú na etanol a oxid uhličitý (ak mušt obsahuje málo cukru, pridáva sa do neho sacharóza). Dôležitou súčasťou muštu sú organické kyseliny, ktoré podporujú činnosť kvasiniek a konzervujú víno (Ak je vo víne vyšší obsah kyselín, hovoríme o tvrdom víne. Ak je vo víne nižší obsah kyselín, hovoríme o mäkkom víne). Z týchto kyselín je tu zastúpená najmä kyselina vínna, ktorá sa počas kvasenia viaže na draslík (vo forme hydrovínanu draselného), ktorý je málo rozpustný, preto sa v sudoch, v ktorých tento proces prebieha vo forme vínneho kameňa – vytvára vhodné prostredie na dozrievanie vína.

Ďalšou kyselinou je kyselina jablčná, ktorá reguluje obsah kyselín vo víne. Okrem týchto látok sa v mušte ešte nachádzajú aj bielkoviny, triesloviny, farbivá, tuky, minerálne látky, vitamín C a vitamíny skupiny B, kvasinky. Tie môžu byť divé – nie sú moc žiadané a ich činnosť sa obmedzuje sírením muštu, alebo kultúrne kvasinky, ktoré obsahujú enzýmy, ktoré spúšťajú kvasenie.

Víno sa kvasí v drevných sudoch alebo v smaltových tankoch pri teplote 15 – 20 oC, toto obdobie kvasenia je dosť búrlivé – rýchlejšie z neho unikajú aromatické látky, preto by malo prebiehať pomalšie. Po hlavnom kvasení víno dokvasuje, pričom sa kvasinky usádzajú a víno sa tak čistí (tiež sa môže tento proces dokvasenia urýchliť filtráciou). Po niekoľkých týždňoch sa víno stáča do sudov a nechá sa dozrieť.

Červené víno – vyrába sa z modrých druhov hrozna, postup je rovnaký, len s tým rozdielom, že hrozno sa po rozdrvení niekoľko dní nakvása, aby sa z neho vylúhovali farbivá a triesloviny, ktoré zlepšujú jeho chuť.

Pri šumivom víne sa čiastočne vykvasené víno po pridaní cukru nechá kvasiť v hrubostenných fľašiach. Po dokvasení sa kvasnice vypustia, fľaše sa doplnia koňakom a zazátkujú. Dnes sa takýto druh vína vyrába tak, že sa víno sekundárne skvasuje v tlakových nádobách, pričom sa v ňom viaže vznikajúci oxid uhličitý.VÝROBA PIVA

Pivo je alkoholový nápoj, ktorý vzniká kvasením scukorneného sladového výluhu s prídavkom chmeľu. Základnými surovinami na výrobu piva sú voda, slad a chmeľ.

Výroba sa uskutočňuje v troch procesoch:

1.sladovanie – príprava a výroba mladiny

Slad je základná surovina na výrobu piva a má veľký vplyv na jeho kvalitu. Používa sa naklíčený, usušený alebo upražený. Obsahuje dusíkaté látky a cukry. Slad môže byť svetlý, ktorý sa používa na výrobu svetlého piva alebo tmavý, ktorý sa používa na výrobu tmavého piva. Slad sa pripravuje máčaním jačmeňa vo vode vo veľkých kónických nádobách – náduvníkoch. Máčaním sa jačmeň napučiava, čím sa zvyšuje jeho vlhkosť. Navlhčený jačmeň sa potom rozhrnie a nechá sa voľne klíčiť s občasným prehadzovaním. Uskutočňuje sa to pri teplote 18 oC, čím vzniká škrob a maltóza. Slad sa potom suší teplým vzduchom, čím sa znižuje obsah vody (odstraňuje sa vlhkosť) a získava tak charakteristickú vôňu a farbu. Napokon sa slad zbavuje klíčkov, pretože by pivu dodávali nepríjemnú príchuť.

2.varenie piva

Pivo sa varí vo veľkých miestnostiach, ktoré nazývame varne. Slad sa rozdrví a mieša s teplou vodou, aby sa vylúhovali rozpustené látky (scukornený škrob a maltóza). Táto masa (stierka) sa rmutuje a zohrieva na teplotu 50 – 70 oC, aby sa dokončilo scukornatenie škrobu na maltózu. Rmut sa následne scedí, čím sa zbaví nerozpusteného sladu (je to odpad, ktorý sa nazýva mláto a používa sa ako prísada do krmiva). Takto získame sladinu, čo je roztok sladového cukru.

Sladina sa následne varí s chmeľom, ktorý pivo konzervuje a dodáva mu horkú chuť. Vzniká tak mladina, ktorá sa filtruje, čím sa zbaví zvyškov chmeľu a chladí na teplotu 6 oC.

Chmeľ alebo humulus lupulus je tiež neoddeliteľnou súčasťou piva. Predstavuje sušené hlavičky rastlín, ktoré dávajú pivu horkú chuť.

3.kvasenie

Ochladená mladina sa následne vedie do kvasných nádob – kvasiarne. Hlavné kvasenie prebieha v otvorených nádobách a trvá 7 – 12 dní. U nás sa používajú dva druhy kvasenia:

- spodné kvasenie, ktoré vyvolávajú kvasinky typu Saccharomyces carlsbergensis, kvasinky pri konci kvasenia sedimentujú, pričom utvoria na dne nádoby tuhú vrstvu.
- vrchné kvasenie spôsobujú kvasinky typu Saccharomyces cerevisiae, kvasinky pri ňom nesedimentujú, ale utvárajú na povrchu kvasnej nádoby hustú penu.

Počas kvasenia prebiehajú rôzne enzymatické deje. Enzým maltáza štiepi maltózu na glukózu, ktorá sa skvasí na etanol a oxid uhličitý. Po skončení hlavného kvasenia sa pivo pri 2 oC dokvasuje, pričom sa nasycuje oxidom uhličitým. Pivá 7 - 100 dokvasujú 20 – 30 dní, ležiaky 3 mesiace a exportné pivo 6 – 9 mesiacov.

Neskvasený zvyšok obsahuje cukry, dextríny, bielkoviny a iné látky, ktoré tvoria tzv. výživnosť piva. Hodnota piva sa udáva v stupňoch, stupňovitosť piva vyjadruje množstvo extraktu v %, ktoré sa nachádzalo v mladine pred zakvasením (nevyjadruje obsah alkoholu). Napr. 100 pivo obsahuje 10 g extraktných látok v 100 g mladiny. Percento alkoholu je menšie ako tretina udávanej stupňovitosti.

Dobré pivo má byť jasné, rezké, príjemnej chuti a má sa dobre peniť. Pena má byť hustá a trvanlivá. Optimálna teplota piva má byť 10 – 12 oC.VÝROBA OCTU

Ocot je 5 – 15% kyselina octová, ktorá sa vyrába biochemickou oxidáciou etanolu. Výroba prebieha v ocotniciach – je to drevená kaďa (8 m vysoká, 2 m široká). Má dve sitové dná, spodné dno sa používa na privádzanie vzduchu do ocotnice. Pred začiatkom octenia sa náplň poleje octom, ktorý obsahuje octové baktérie.

Alkoholový roztok (10 – 12% etanolu) sa privádza a nechá sa pomaly stiecť až na spodok ocotnice proti prúdu vzduchu. Alkohol sa pritom oxiduje cez acetaldehyd až na kyselinu octovú.

CH3CH2OH + O2 ––> CH3COOH + H2O

Pretože jedným pretečením sa nezoxiduje všetok alkohol, vracia sa späť do ocotnice a cyklus sa opakuje. Vyrobený ocot sa aromatizuje a prifarbuje. Používa sa v domácnostiach na úpravu jedál, v konzervárenskom priemysle a inde.

VÝROBA KYSELINY MLIEČNEJ

Vyrába sa kvasením cukrov alebo scukorneného škrobu, u nás sa používa melasa, ktorá sa riedi na 10 – 12% roztok s prídavkom živín, uhličitanu vápenatého a baktérií. Uhličitan vápenatý neutralizuje vznikajúcu kyselinu mliečnu pri teplote 45 – 50 oC bez prístupu vzduchu počas 8 – 10 dní. Skvasená zápara obsahuje 8 – 12 % kyseliny mliečnej vo forme mliečnanu vápenatého. Ten sa rozkladá kyselinou sírovou, odfiltruje sa (vzniknutá sadra) a kyselina mliečna sa zahusťuje. Na potravinárske účely sa vyrobená technická kyselina mliečna musí rafinovať kryštalizáciou cez mliečnan vápenatý alebo extrakciou.

ANTIBIOTIKÁ

Sú to organické látky, ktoré majú schopnosť usmrcovať alebo potláčať rast mikroorganizmov.

Najpoužívanejším antibiotikom je penicilín, ďalej streptomycín a skupina tetracyklínových antibiotík.

Antibiotiká sa získavajú hĺbkovou fermentáciou – rast plesne, ktorá vylučuje do živného roztoku príslušné antibiotikum. U penicilínu je to pleseň Penicillium notatum, ktorá sa najskôr rozmnoží za prístupu vzduchu pri sterilných podmienkach a potom sa očkuje. Následne nastáva pri teplote 25 oC, sterilných podmienkach a dostatočnej vlhkosti kvasenie na pôde, ktorá obsahuje kukuričný extrakt, laktózu a uhličitan vápenatý. Vyrastené plesne sa odfiltrujú a filtrát sa extrahuje. Extrakt sa potom zráža roztokom octanu draselného, pričom vznikne draselná kryštalická soľ, ktorá sa odfiltruje a vysuší.