bobule s porušeným povrchem v různém stupni

Transkript

1 Důležité vstupní parametry: >>cukernatost potenciální alkohol >>asimilovatelný dusík amonné ionty a volné aminokyseliny, výživa kvasinek během fermentace Biovýroby -výroba vína - bez vstupů (neporušené, zdravé hrozny) - s nízkými vstupy (antioxidant k. askorbová zabránění rozvoje mikroorganismů k. vinná) - s vysokými vstupy (prášek síry na hrozny...) -odstopkování -mletí -síření -macerace (od jednotek dnů-krátká (před vlastní fermentací) až po několik týdnů (po ukončení bouřlivého kvašení)-velmi dlouhá) -scezení moštu -školení vína - síření (ochrana před nežádoucími bioprocesy) - čiření (odstranění kalících částic a nestabilních látek, čiřící látka např. vaječný bílek) - filtrace (odstranění mikroorganismů a kalících částic) - zrání (skleněné, dřevěné nebo nerezové nádoby) bobule s porušeným povrchem v různém stupni

2 Biovýroby -výroba vína -odstopkování

3 Biovýroby -výroba vína -mletí mletí hroznů zdroj: Vinium - muzeum

4 Biovýroby -výroba vína Principy macerace (operace před fermentací i během ní, někdy rovněž po...): -optimalizace extrakce žádaných látek proti látkám negativně ovlivňujících víno -přiměřená doba macerace -nízké tlaky lisování (zachování nedrcených jader) -postupné pomalé zvyšování tlaku lisování -co nejvyšší objem extrahovaného moštu při nízkých teplotách (méně než 20 C) -omezení mechanicky zatěžujících operací -minimalizace kontaktu se vzduchem fermentace (kvašení): C 6 H 12 O 6 (cukr) = 2 C 2 H 5 OH (alkohol) + 2 CO 2 (oxid uhličitý) + teplo

5 Biovýroby -výroba vína lisování -pomletých hroznů >> vyšší využití kapacity lisu (o 30-50%) - rychlejší plnění -lisování celých hroznů >> čistější mošty (nižší turbidita) - čistější vína z hlediska rostlinných lisování hroznů - tónů -ruční -pneumatické/hydraulické (membrána naplňovaná tlak. vzduchem nebo vodou)

6 Biovýroby -výroba vína oxidace moštu -snaha o minimální oxidaci moštu -oxidace ničí aromatické látky (ovocné) oxidační enzymy tyrosináza a lakáza (Botritis ) zabránění oxidaci -udržení rmutu bez kontaktu se vzduchem -siření moštů (eliminace oxidačních enzymů, antioxidant) -snížení teploty macerace (zpomalení aktivity ox. enzymů, např. suchý led) -přídavek kyseliny askorbové (silný antioxidant!) -zvýšení teploty na 60 C na několik minut (zničení oxidáz) -po vylisování odkalení (navázání oxidačních enzymů na tuhé částice moštu)

7 Biovýroby -výroba vína odkalení: -zchlazení 5 10 C -sedimentací (při nízké turbiditě nízkém ph, spíše nižší cukernatosti, nízké množství pektinů - enzymy) -čiřící prostředky (snižují budoucí plnost a částečně výživu), použití v případě brzkého čeření (není vhodné v kombinaci se zráním na kvasničních kalech) -filtrace, odstředění, flotace

8 Biovýroby -výroba vína -odstředění

9 Biovýroby -výroba vína Rozdíly v technologických postupech, např.: Hlavní rozdíl ve výrobě bílých a červených vín: -nakvášení celých hroznů -přesun bobulí do kádě, kde začne mošt polečně se slupkami kvasit (u některých velkých vín i několik týdnů) >>vyluhování barviva spolu s tříslovinami do vína. Také u některých bílých vín se používá velmi krátké nakvášení. Záleží na odrůdě, typu vína a daném vinaři. = prestižní vína z vynikajících ročníků vrstva pevných součástí rmutu vynesených vyvíjeným CO 2 = matolinový klobouk pro optimální maceraci nutno zanořovat nebo skrápět kvasícím vínem Postup výroby bílého vína (základní faktory) Sběr hroznů (vinobraní) Odstopkování a drcení hroznů Lisování Fermentace Jablečnomléčná fermentace (v některých případech) Školení vína Lahvování Postup výroby červeného vína (základní faktory) Sběr hroznů (vinobraní) Odstopkování a drcení hroznů Nakvášení hroznů Fermentace Lisování (v některých případech) Jablečnomléčná fermentace Školení vína Lahvován přeměna kyselé kys. jablečné na kys. mléčnou mírné chuti

10 Biovýroby -výroba vína Barrique -dubový sud (optimální poměr povrch / objem pro styk vína se dřevem 225 l) -duby evropské nebo americké s výraznějším charakterem (z rodu Genus Quercus) -látková výměna mezi vínem a dřevem, víno absorbuje řadu látek (laktony, aldehydy nebo třísloviny) >> lze použít pouze 3 x, pak již jen jako obal

11 Biovýroby -výroba piva šrotování sladu -poruší obalu zrna pro snadnější extrakci potřebných látek (obalová část zrn - Pluchy pomáhají při scezování) vystírání - mísení sladu s vodou při určité teplotě (poměr sladu a vody určuje stupňovitost piva) rmutování - postupné zvyšování teploty vystírky >> získávání rozdílných látek ze sladu a jejich následné štěpení na zkvasitelné cukry scezování - sladina (roztok zkvasitelných cukrů a ostatních látek ze sladu) odděluje od sladového mláta ve scezovací kádi chmelovar - přidávání chmele do sladiny přivedené k varu (delší doba varu chmele zvyšování hořkosti, úbytek aroma) >> potřeba postupného přidávání chmele- chmely aromatické pár minut před koncem kvašení - zchlazení mladiny na 8-20 o C podle druhu kvasinek ležení a dozrávání - dotváření charakteru piva (od řádu týdnů u lehkých přes měsíce u poctivých ležáků po až rok či roky u speciálních várek v ležáckém tanku filtrace, pasterace, stáčení

12

13 Výroba bioethanolu Bioethanol: motorové palivo z obnovitelných zdrojů Suroviny: škrob (brambory, obilí, kukuřice) Produkce: cca 80 mil. tun Výroba: fermentace prostřednictvím kvasinek Saccharomyces cerevisiae Podmínky: anaerobní prostředí (v přítomnosti kyslíku nevzniká ethanol) teplota: C (maximální výtěžnost ethanolu) přítomnost enzymů (glukoamyláza) enzymy štěpí škrob na glukózu glukóza slouží jako surovina (živina) pro kvasinky C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 průběžné odebírání vzniklého ethanolu koncentrace nad cca 14 obj. % je toxická i pro kvasinky

14 odebírání ethanolu Výroba bioethanolu membránové separace ethanol je od fermentační břečky oddělován prostřednictvím selektivní membrány pomalé, ale šetrné ke kvasinkám vakuová destilace břečky fermentor je udržován pod tlakem 6,7 kpa při tomto tlaku vře směs ve fermentoru teplota varu nepřekročí 40 C nepoškozuje kvasinky varem je odebíráno CO 2, voda i ethanol voda je průběžně doplňována společně se surovinami zvýšení koncentrace ethanolu kvasinky vyrobí vodný roztok ethanolu o koncentraci max. 14 % vzniklý produkt je třeba zbavit vody destilací systém ethanol-voda tvoří tzv. azeotropickou směs (páry azeotropické směsi mají stejné složení jako vroucí kapalina) o složení 95,5 hm % ethanol směs nelze dále dělit prostou destilací

15 4,5 % vody v palivu je nepřípustné tzv. velejemný líh je třeba dále sušit v dnešní době se používá metoda azeotropické destilace s přídavkem extrakčního činidla jako extrakční činidla se používají benzen, heptan, či cyklohexan voda odchází v destilátu v podobě ternární azeotropické směsi Výroba bioethanolu čistý (suchý) ethanol je odebírán z vařáku destilační kolony ternární azeotrop je dále zkondenzován extrakční činidlo je nemísitelné s vodou a rozsadí se vodná fáze se dále předestiluje, aby se zbavila zbylého extrakčního činidla a ethanolu organická fáze se vrací zpět do kolony

16 Výroba bioethanolu

17 Výroba kyseliny citronové Použití: potravinářství pufrační a konzervační prostředek ochucovadlo (až 50 g/litr v citronové štávě) metalurgie (pasivace povrchů kovů) čisticí činidlo, chelatační činidlo odvápnění, odstranění rzí kosmetika Produkce: 1,6 mil. tun/rok Suroviny: 10-15% sacharóza, glukóza, fruktóza nebo laktóza, řepná melasa Výroba: fermentace prostřednictvím plísně Aspergillus niger Podmínky: ph média < 3,5 (udržováno amoniakem = dotování dusíkem) přívod vzduchu - plíseň je aerobní a také fixuje CO 2 (karboxylace pyruvátu na oxalacetát)

18 Výroba kyseliny citronové Provedení: hladinová fermentace: kultivace plísně na povrchu sacharidického substrátu submerzní postup: kultivace plísně v míchaném vzdušněném reaktoru Izolace: filtrace, srážení kyseliny citrónové vápenným mlékem jako citronan vápenatý, promývání horkou vodou na rotačních filtrech rozložení citrátu pomocí H 2 SO 4, filtrace sádry na pískových filtrech čistění aktivním uhlím, rekrystalizace zahuštění ve vakuové odparce sušení při 30 C

19 Výroba kyseliny citronové

20

21 Výroba kyseliny mléčné Použití: potravinářství konzervační činidlo laktát vápenatý dopování potravin výroba barviv metalurgie výroba plastů (PLA polylaktát) odbouratelný polymer výroba vláken, obalových materiálů chirurgický materiál vstřebatelné nitě, dlahy, šrouby etc. nejpoužívanější materiál pro 3D tisk zrychlené odbourávání bakteriemi Produkce: 0,8 mil. tun/rok ( ) stále rostoucí

22 Výroba: Výroba kyseliny mléčné zkvašování melasové sacharozy mléčnými tyčinkovými bakteriemi Lactobacillus delbrückii sacharoza se enzymatickým systémem zkvašuje na kys. pyrohroznovou CH 3 - CO - COOH, ta se dále enzymově hydrogenuje na k. mléčnou 1) namnožení tyčinkových bakterií v propagačních nádobách na sterilní l2% melasové zápaře 2) přivádění namnožené kultury do fermentačního tanku s l4% melasou 3) kvašení po několik dnů při t = 48 C, ph 6,7

23 Výroba kyseliny mléčné 4) postupné přidávání hydroxidu vápenatého do kvasicího roztoku (prokvašená zápara obsahuje l0% k. mléčné v podobě převážně mléčnanu vápenatého) 5) dokončení neutralizace k. mléčné, odstranění kalu filtrací (kalolis nebo rotační filtr) 6) napouštění filtrátu do rozkladné kádě s přívodem k. sírové 7) oddělení uvolněné kys. mléčné od síranu vápenatého (kalolis) 8) rafinace k. mléčné opakovanou krystalizací přes mléčnan vápenatý nebo zinečnatý, moderněji též extrakcí etherem v extraktorech

24 Výroba kyseliny mléčné Kontinuální fermentace (nepřetržitá): melasový kvasící roztok plynule protéká 3 fermentory: 1. je rozkvasný (přivádí se do něj zákvas a živiny), ve 2. probíhá vlastní kvašení, ve 3. izolace k.mléčné Do všech tří fermentorů se dávkuje uhličitan vápenatý, následná rafinace se provádí krystalizací a extrakcí kosmetika konzervace V průmyslu konzervace a regulace ph - úprava ph piva, pečiva, limonád a ovocných džusů Tvorba kyselé chuti a konzervace - cukrovinkářský průmysl, výroba džemů, sirupů, ovocných konzerv, mlékárenských výrobků, v masném průmyslu odstraňování vodního kamene

25 Výroba kyseliny askorbové vitamínovou aktivitu má kyselina L-askorbová příklad chemické syntézy doplněné biotechnologickým krokem: Reichsteinova syntéza: D-glukóza D- sorbitol (katalytická hydrogenace) D- sorbitol L-sorbóza mikrobiální oxidace, Bacterium xyllinum L-sorbóza diacetonsorbóza (k ochraně primárně alkoholických skupin) diacetonsorbóza diaceton-2-keto-l-gulonová kyselina (oxidace) L-askorbová kyselina (hydrolýza, laktonizace a enolizace) Alternativa: L-sorbóza 2-keto-L-gulonová kyselina přímá oxidace pomocí Acetobacter

26 Výroba droždí Droždí = kvasinky Saccharomyces cerevisiae Suroviny: řepná melasa s přídavkem amonných solí a fosfátů, potřebným způsobem naředěná a okyselená Provedení: kultivace kvasinek za aerobních podmínek v podmínkách ideálních pro jejich množení po ukončení kultivace se kvasinky oddělují od média odstředěním a promývají se, aby se odstranil zbytek melasy, nadbytek vody se odstraňuje lisováním, droždí se může sušit bez ztráty aktivity (fluidní sušárny) Použití: výroba kynutého pečiva kvasná výroba ethanolu biotransformace: - vitamín D, - efedrin

27 Výroba papíru Papír: lisovaná (zhutněná) přírodní vlákna, nejčastěji celulóza Produkce: cca 400 mil. tun/rok zahrnuje obalový papír kartony Suroviny: dřevo recyklovaný papír Výroba 1) buničina: kmeny se zbaví kůry a naštěpkují (kůra jako palivo) dřevo celulóza + lignin (lignin zpevňuje celulózová vlákna a je třeba jej odstranit) biologické narušení struktury ligninu ve dřevě (skladováním štěpky) chemické narušení ligninu: kyselý způsob prostředí SO 2, Ca(OH) 2, ph 1-2, t = 140 C zásaditý způsob prostředí Na 2 S, NaOH, ph 13, t = 170 C případně bělení ClO 2

28 Výroba papíru 2. úprava vláknoviny vlákna jsou obvykle příliš dlouhá, je nutné je zkrátit mletím v mokrých diskových mlýnech k upravené buničině se přidávají aditiva upravující vlastnosti papíru: škrob (savost papíru) barvivo klížidlo (snížení rozpíjivosti papíru) plnidla (uhličitan vápenatý) snížení průsvitnosti, bělost 3. lisování vláknovina se nechá rovnoměrně natékat na nekonečné síto, kde vlákna vytvoří souvislou vrstvu voda odtéká do sběrných van vrstva vláknoviny se opakovaně lisuje na válcových lisech odstranění vody, komprese vláken po vylisování je vlhký papír sušen na dalších válcích vytápěných parou finální úprava povrchu papíru hlazení, impregnace, natírání 4. řezání do archů vyrobený papír je obvykle v podobě dlouhých pásů pro koncové použití je třeba jej nařezat buď na standardizovaný rozměr, nebo dle přání zákazníka

29

30