Z hodin chemie známe vzorec ethylalkoholu – C2H5OH. V praxi si mnozí ověřili, že jde o bezbarvou kapalinu štiplavého zápachu. Ethylalkohol (ethanol) se získává zpracováním sacharózy nebo škrobu. Výtěžnost alkoholu je objem alkoholu v litrech, který lze získat z 1 kg cukru obsaženého v surovině.
Ethanol se vyrábí následujícími způsoby:
- fermentace mladiny;
- hydrolýza rostlinných materiálů – v důsledku interakce s vodou se některé sloučeniny rozkládají s následnou tvorbou dalších;
- hydratace ethylenu je přidání molekul vody k molekulám nejprodukovanější organické sloučeniny na světě – ethylenu C2H4.
Vzniklý alkohol se následně podrobí rektifikaci – čištění. K dosažení dobrých věcí synteticky výtěžek alkoholu velmi obtížné. Výsledkem je technický rektifikovaný produkt obsahující obrovské množství škodlivých a zdraví škodlivých nečistot. Ponechme tuto metodu průmyslovým podnikům a obraťme svou pozornost k procesu, který je mnohým dostupný a známý – fermentaci.
Výtěžek alkoholu z různých surovin fermentací
Pro domácí vinařství se nejlépe hodí technologie fermentace. Spočívá v tom, že kvasinky za určitých podmínek začnou zpracovávat cukr na ethylalkohol. Tak vznikají všechna přírodní vína. Není divu, že výsledný alkohol se nazývá „víno“.
Chemický vzorec vypadá takto:
C12H22O11 (molekula cukru) + H20 (voda) = 4 C2H5OH (alkohol) + 4 CO2 (oxid uhličitý) + TEPLO
Reakce probíhá za účasti kvasinek. Vzorec ukazuje, že během života kvasinek se z molekuly cukru vyrábí alkohol, uvolňuje se oxid uhličitý a teplo.
Výpočet výtěžnosti alkoholu z cukru
V chemii existuje něco jako molární hmotnost; je úměrná molekulové hmotnosti. Každý chemický prvek má svou vlastní hmotnost, pro její zjištění se stačí podívat do periodické tabulky.
Atomové hmotnosti prvků přítomných ve vzorci:
- H – vodík – 1;
- C – uhlík – 12;
- O – kyslík – 16.
Nahraďte písmenná označení ve vzorci pro výrobu alkoholu těmito čísly:
(12×12 + 1×22 + 16×11) + (1×2 + 16×1) = 4x(12×2 + 1×5 + 16×1 + 1×1) + 4x(12×1 + 16×2)
360 = 184 (alkohol) + 176 (oxid uhličitý)
Ukazuje se, že se 180 kg cukru výtěžek alkoholu bude 92 kg. Chcete-li zjistit, kolik alkoholu získáte z jednoho kg cukru, musíte vydělit: 92/180 = 0.511 kg. Když známe hustotu alkoholu (ρ = 0,8 kg/l), převedeme 0.511 kg na litry. Můžete to zkontrolovat, nebo tomu můžete věřit z 1 kg cukru je výtěžnost alkoholu 0.64 litru (0.511 / 0.8).
Jak vypočítat výtěžnost alkoholu z různých surovinobsahující cukr?
Braga se nevyrábí z čistého cukru, ale ze surovin, které jej obsahují: hrozny, jablka, řepa atd.) Existují speciální tabulky obsahu cukru pro různé produkty. Takže v jablkách tvoří cukr 12 % hmoty. Cukernatost řepy je 16 %. Existují také tabulky průměrné výtěžnosti šťávy z bobulí a ovoce. Všechny tyto tabulky lze nalézt na internetu.
Výpočet výtěžnosti alkoholu z jablek:
Z 1 kg jablek vznikne 0.7 kg šťávy (tabulková hodnota). Při cukernatosti 12 % (také z tabulky) je cukernatost 0.084 kg (to je 12 % z 0.7 kg).
1 kg cukru dává 0.64 litru alkoholu
0.084 kg dává X l lihu
0.084 x 0.64 / 1 = 0.054 litru – výtěžek alkoholu z 1 kg jablek.
Výtěžek alkoholu ze škrobových surovin
Často se kaše klade na brambory, pšenici a další suroviny obsahující škrob. V technologii výroby etanolu se objevuje další proces – zcukernatění škrobu. Chemicky to vypadá takto:
(C6H10O5)n (škrobový vzorec) + nH2O = nC6H12O6 (glukóza)
Jedná se o reakci hydrolýzy škrobu na cukr a probíhá za přítomnosti speciálních enzymů. Poté začíná fermentace výsledného cukru. Nyní, když nahradíte chemické prvky v tomto vzorci jejich molárními hmotnostmi, ukáže se, že ano 1 kg škrob se zpracuje na 1.11 kg cukru. Obsah škrobu v konkrétní surovině lze snadno zjistit na internetu a následně spočítat výtěžnost alkoholu.
Výtěžek alkoholu z pšenice
Pšenice obsahuje 60 % škrobu. Provádíme výpočet výtěžnosti alkoholu:
Z 1 kg pšenice je 60 % škrobu 0.6 kg.
Z 1 kg škrobu se získá 1.11 kg cukru (viz výše), z 0.6 kg škrobu pak 0.666 kg cukru
Z 1 kg cukru získáte – 0.64 litru alkoholu (viz výše), poté z 0.666 kg cukru – 0.426 litru alkoholu
Po provedení tohoto řetězce výpočtů jsme to zjistili Výtěžnost alkoholu z 1 kg pšenice je 0.426 litru.
Praktický výtěžnost alkoholu z různých surovin
Vše výše uvedené je teoretické nebo vypočítané výtěžek alkoholu. V praxi se to ukazuje o 10-15% méně.
Příčiny ztráty alkoholu:
- špatná kvalita – část cukru nebyla zpracována na alkohol a zůstala v rmutu;
- nesprávné kvašení, při kterém se cukr nepřeměňuje na alkohol, ale na jiné látky;
- alkohol se odpařuje při kvašení, destilaci a rektifikaci.
V jaké koncentraci cukru výtěžek alkoholu nejoptimálnější?
Alkohol je silný sterilizátor, který zabíjí všechny bakterie a mikroorganismy. Proto je v rmutu maximální koncentrace, při které kvasinky začínají odumírat. Hodnota této koncentrace je 13 %. Proto neexistují silnější vína, pouze vína obohacená. Pro dosažení 13% musí původní mladina obsahovat 20.3% cukru.
V rozmezí 10%-13% se fermentace výrazně zpomaluje. V lihovarech je čas výroby důležitým faktorem ovlivňujícím ziskovost. Proto kvasnicová kaše obsahuje pouze 14 % cukru, síla vín nepřesahuje 9 %, ale kvašení trvá pouze 72 hodin.
Pokud rmut obsahuje více než 20 % cukru, dojde ke špatné kvalitě, výtěžek alkoholu se sníží. Při koncentraci nižší než 10 % přejde alkoholové kvašení na octové kvašení. Veškerý alkohol se ztratí. Doma pro optimální výtěžek alkoholu Doporučuje se připravovat mladinu s koncentrací cukru 18 %.
