Tomczuk Paweł

Postęp i nowoczesne trendy w gorzelnictwie

Slajd 2 z 23

PLAN PREZENTACJI

I. Współczesne gorzelnictwo

II. Surowce w polskim gorzelnictwie

III. Surowce gorzelnicze na świecie

IV. Nietypowe surowce gorzelnicze

V. Trendy i postęp gorzelnictwa

VI. Biopaliwa

VII. Podsumowanie

VIII. Literatura

IX. Spis obrazów

[1]

Slajd 3 z 23

WSPÓŁCZESNE GORZELNICTWO

Współczesne gorzelnictwo obejmuje zarówno gorzelnictwo rolnicze reprezentowane przez niewielkie gorzelnie produkujące spirytus z surowców zbożowych i ziemniaków, jak również gorzelnictwo przemysłowe, w którym najczęściej stosowanym surowcem jest trzcina cukrowa, kukurydza i melasa. W gorzelni proces fermentacyjny prowadzony jest w zamkniętych kadziach fermentacyjnych i przebiega zazwyczaj dwie lub trzy doby w trzech fazach (zafermentowanie, fermentacja burzliwa i dofermentowanie). Temperatura fermentacji zależy przede wszystkim od zastosowanego szczepu drożdży (powszechnie stosuje się Saccharomyces cerevisiae) i w fazie burzliwej powinna odpowiadać maksymalnej temperaturze wzrostu danego szczepu. Wynosi ona najczęściej 30–36°C [DOBROSZ-TEPEREK i DASIEWICZ , 2008].

Slajd 4 z 23

Przejście skrobi nierozpuszczalnej do formy

rozpuszczalnej

Hydroliza enzymatyczna skrobi

Otrzymanie cukrów fermentujących

Fermentacja

Destylacja spirytusu surowego

PROCES TECHNOLOGICZNY OTRZYMYWANIA SPIRYTUSU SUROWEGO

Schemat otrzymywania spirytusuźródło: opracowanie własne na podstawie DOBROSZ-TEPEREK I DASIEWICZ, 2008.

Proces destylacjiźródło: http://www.destylacja.info/

Slajd 5 z 23

SUROWCE W POLSKIM GORZELNICTWIE• Komisja Europejska rozpoczęła prace nad zdefiniowaniem terminu „wódka”.

Kraje „pasa wódki”), wyraziły niezadowolenie z nowej dyrektywy. Ich zdaniem wódkę powinno się produkować z ziemniaków, zboża (głównie z żyta) lub buraków cukrowych. Tymczasem Komisja dopuszcza także inne surowce, np. kukurydzę, winogrona, banany i inne owoce a nawet marchew.

• Unia Europejska 25 maja 2012 przyjęła definicję Polskiej wódki:„Polska Wódka/Polish Vodka to otrzymana z alkoholu etylowego pochodzenia rolniczego uzyskanego z żyta, pszenicy, jęczmienia, owsa lub pszenżyta albo ziemniaków, uprawianych na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej, której wszystkie etapy wyrobu odbywają się na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej i która może być leżakowana w celu nadania jej szczególnych właściwości organoleptycznych” [POKRYWKA, 2012]

• Żyto, kukurydza, pszenżyto i pszenica to główne surowce wykorzystywane przez krajowe gorzelnie na cele spożywcze.

• Obecnie wódki ziemniaczane są wyrobami niszowymi [WIWAŁA, 2011].

Slajd 6 z 23

Gatunek Zawartość skrobi (%)

Średni plon w 2009 r. (ton z

hektara)

Wydajność alkoholu (litry

z tony)Ilość alkoholu

(litry z hektara)

Kukurydza 68 - 70 6,2 370 – 390 2380Pszenica 60 – 67 4,2 330 – 340 1300Pszenżyto 58 – 66 3,6 320 – 330 1190Żyto 54 – 61 2,7 310 – 320 890Ziemniak 13 - 23 19 120 2280Burak cukrowy 15 – 19 54 100 5400

Wydajność surowców rolnych w produkcji alkoholu źródło: opracowanie własne na podstawie WIWAŁA, 2011.

STRUKTURA CENY BUTELKI WÓDKIDANE W ZŁ

3,93VAT

9,92Akcyza

5,35marża

producenta i dystrybutora

1,80koszty

produkcji

21Cena brutto

półlitrowej butelki 40% wódki

Cena butelki wódkiźródło: opracowanie własne na podstawie WIWAŁA, 2011 oraz http://tnij.org/t2h8

Kraje pasa wódki – Szwecja, Norwegia, Finlandia, Polska, Litwa, Łotwa, Estonia, Rosja, Białoruś i Ukraina.źródło: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/VodkaBelt.png

CIEKAWOSTKI

Slajd 8 z 23

SUROWCE GORZELNICZE NA ŚWIECIE• Trzcina cukrowa (sok lub melasa) - wykorzystywana do produkcji

rumu oraz wódki w Indiach i Brazylii

• Śliwka węgiereka – z jej przefermentowanego zacieru produkowana jest śliwowica

• Czarna i białą morwa – po destylacji owoców otrzymuje się Morwówkę.

• Agawa zielona – a dokładnie z całego rdzenia otrzymuje się destylat pod nazwą Mezcal, do butelki wkłada się gąsienice gusanos

• Agawa niebieska - z jej sfermentowanego soku otrzymujemy Tequile

[2]

Slajd 9 z 23

NIETYPOWE SUROWCE GORZELNICZE• W gorzelnictwie rolniczym poszukuje się surowców tanich, zawierających węglowodany

podlegające fermentacji bezpośrednio lub po uprzedniej hydrolizie do cukrów prostych. Ze względu na niestabilność cen rynkowych głównych surowców gorzelniczych, gorzelnicy poszukują surowców alternatywnych.

• Dlatego w gorzelniach rolniczych w takiej sytuacji do produkcji spirytusu wykorzystywane są surowce odpadowe, przeterminowane. W praktyce do produkcji spirytusu można użyć każdy surowiec, w skład którego wchodzą monosacharydy i disacharydy w ilości gwarantującej opłacalność ekonomiczną procesu. Surowce odpadowe są atrakcyjne ze względu na niską cenę.

• W gorzelniach rolniczych są przerabiane takie produkty odpadowe, jak: przeterminowane kompoty, czerstwy chleb, czekolada, orzechy, dżemy, odpady przemysłu ziemniaczanego, młynarskiego i inne. Liczne produkty wycofane ze sklepów i hurtowni ze względu na przekroczony termin ważności do spożycia zawierają węglowodany nadające się do biokonwersji na etanol. Niekiedy jest to jedyny racjonalny sposób utylizacji przeterminowanych produktów spożywczych.

Slajd 10 z 23

NIETYPOWE SUROWCE GORZELNICZE• SorgoZiarno sorgo z powodzeniem może być wykorzystane w gorzelnictwie rolniczym, ponieważ skrobia i cukry fermentujące stanowią od 65 do 72% jego masy. Składem chemicznym sorgo przypomina kukurydzę.

• TopinamburSkład chemiczny suchej masy bulw topinamburu jest porównywalny ze składem bulw ziemniaka. Istnieje jedynie wyraźna przewaga zawartości sodu, żelaza i krzemu na korzyść tego pierwszego gatunku. Koszty prowadzenia plantacji topinamburu są pięciokrotnie niższe niż ziemniaków.

• Amarantus

• Orzechy włoskie [CZUPRYŃSKI I INNI., 2010]

[3] [4]

Slajd 11 z 23

Surowiec Wilgotność (%)

Zawartość tłuszczu (%)

Zawartość węglowodanów

(%)

Wydajność z tony surowca

(litry)Sorgo 8,9 3,5 62,7 (skrobia) 404Topinambur fioletowy 78,0 0,1 10,3 (inulina) 60,2Topinambur biały 77,0 0,1 10,6 (inulina) 62,0Orzechy włoskie 5,5 61,6 7,4 (skrobia) 48,5Amarantus 13,0 7,8 52,5 (skrobia) 351

Charakterystyka surowcówźródło: opracowanie własne na podstawie CZUPRYŃSKI I INNI., 2010.

Slajd 12 z 23

TRENDY I POSTĘP GORZELNICTWA• Proces STARGEN opracowany przez firmę Genencor eliminuje etap

kleikowania i wysokotemperaturowego upłynniania skrobi.

• Skrobia, w postaci kryształków, jest degradowana przez specjalne enzymy w temperaturach poniżej wartości kleikowania.

• Taki proces charakteryzuje się szeregiem zalet. Jest to przede wszystkim znacząca redukcja zapotrzebowania energetycznego, jako że temperatura w całym procesie nie przekracza z reguły 50-55°C. A zatem zdecydowanie mniejsza ilość energii cieplnej jest konieczna do podgrzania zacieru, a w konsekwencji do odebrania na etapie studzenia. Kolejną istotną korzyścią jest możliwość pracy przy wyższych gęstościach, gdyż brak kleikowania skrobi oznacza jednocześnie brak kłopotów z wysoką lepkością gęstych zacierów. Następuje również wzrosty wydajności produkcji etanolu względem metody klasycznej.

Slajd 13 z 23

STARGEN

Zdjęcia umieszczone powyżej prezentują kolejne etapy przemian, jakim podlega skrobia w procesie konwencjonalnym (poszczególne stadia kleikowania) i w procesie STARGEN. Obraz z mikroskopu elektronowego wyraźnie pokazuje otwory "wywiercane" przez enzym w kryształkach skrobi i jej postępującą degradację. źródło: http://www.agroenzym.pl/index.php?id=131&lang=1

Proces kleikowania skrobi pod wpływem temperatury

Proces degradacji skrobi w technologii STARGEN

Slajd 14 z 23

INŻYNIERIA METABOLICZNAZasadniczym celem inżynierii metabolicznej producentów etanolu z lignocelulozy, która stanowi główny składnik strukturalny biomasy, jest konstruowanie drobnoustrojów zdolnych efektywnie fermentować chociażby główne cukry lignocelulozy: glukozę, inne heksozy i ksylozę. Z fermentacją glukozy i innych heksoz na ogół nie ma problemów. Trzeba jednak skonstruować szczepy, które mogłyby równie wydajnie fermentować ksylozę (i L-arabinozę), czyli poszerzyć zakres fermentowanych substratów. Znane są bakterie i drożdże zdolne do fermentacji glukozy i ksylozy. Są one jednak niedostatecznie odporne na etanol i wykazują niską wydajność fermentacji. Istnieją dwa główne kierunki badań w zakresie ulepszenia obecnie znanych szczepów. Większość naukowców pracuje z tradycyjnymi producentami etanolu (Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis), wprowadzając do nich geny metabolizmu ksylozy i arabinozy z innych organizmów. W ten sposób można polepszyć wydajność syntezy etanolu u tych gatunków. Inni próbują polepszyć parametry fermentacji heksoz i pentoz przez drobnoustroje, których – jak dotąd – nie wykorzystywano do przemysłowej produkcji alkoholu etylowego – bakterie Escherichia coli, Klebsiella oxytoca, drożdże Pichia stipitis, Hansenula [SYBIRNY I INNI, 2007].

Slajd 15 z 23

SUPLEMENTACJA PODŁOŻA FERMENTACYJNEGOWywar gorzelniczy w postaci mokrej lub wysuszonej DDGS przeznaczony jest głównie jako dodatek do pasz. W praktyce technologicznej wykorzystuje się niekiedy ciekłe frakcje wywaru jako zamiennik wody technologicznej w procesie zacierania.

Ze względu na zawartość aminokwasów może on być źródłem azotu α-aminowgo. Ten z kolei jest niezbędny dla prawidłowego metabolizmu drożdży. Ponadto dodatkowa hydroliza polisacharydów nie skrobiowych w wywarze może zwiększyć pulę cukrów fermentujących w podłoży fermentacyjnym.

W rezultacie suplementacji podłóż fermentacyjnych polepsza się dynamika fermentacji, szybkość tworzenia etanolu przez drożdże, a co za tym idzie skrócenie czasu fermentacji [KAWA - RYGIELSKA I PIETRZAK, 2012].

[5] [6]

Slajd 16 z 23

PREPARAT SUSZONYCH DROŻDŻY GORZELNICZYCH I-7-43

I-7-43 zostały stworzone w wyniku elektrofuzji protoplastów między S. cerevisiae a S. diastaticus i posiadają cechy szczepów użytych do fuzji.

Charakteryzują się następującymi cechami:• alkoholoodpornością – podwyższona odporność na działanie alkoholu, • osmofilnością – tolerancja na podwyższone ciśnienie osmotyczne środowiska fermentacji , • termofilnością – prowadzenie fermentacji w wysokim zakresie temperatury,• acidofilnością – zdolność adaptacji w silnie ukwaszonym środowisku (pH ok. 3),• zdolnością wytwarzania glukoamylazy do środowiska – możliwość zaoszczędzenia preparatu

glukoamylazy w procesie zacierania (do 30%).Na szczególną uwagę zasługuje ostatnia cecha, gdyż zdolność do biosyntezy enzymów amylolitycznych jest bardzo pożądaną cechą drożdży gorzelniczych, fermentujących zaciery skrobiowe, ponieważ wpływa bezpośrednio na obniżenie kosztów produkcji spirytusu.

Zastosowanie drożdży suszonych zachowujących aktywność biologiczną znacznie upraszcza proces technologiczny w gorzelni:

• stwarza możliwość rozpoczynania fermentacji w dowolnym czasie• pozwala na różne sposoby ich propagacji (szczepienie przycierków lub każdorazowe bezpośrednie

szczepienie zacierów) [KOTARSKA, 2008].

Slajd 17 z 23

PODZIAŁ BIOPALIWBiopaliwa pierwszej generacji paliwa, które są wytwarzane bezpośrednio lub pośrednio z surowców żywnościowych procesami fermentacyjnymi lub transestryfikacyjnymi

Biopaliwa drugiej generacji ‒ paliwa otrzymywane z biomasy

Biopaliwa trzeciej generacji otrzymywane podobnymi metodami co paliwa drugiej generacji, ale ze zmodyfikowanego na etapie uprawy surowca przy pomocy molekularnych technik biologicznych np. rozwój upraw z wbudowanymi odpowiednio enzymami [BIERNAT, 2010]

Biopaliwa

Pierwszej generacji

etanol

biogaz

biodiesel

czyste oleje roślinne

Drugiej generacji

biodiesel syntetyczny

syntetyczne paliwa

bioetanol

Trzeciej generacjibiometanol

biowodórCzwartej generacji

Podział biopaliw na generacjeźródło: opracowanie własne na podstawie BIERNAT , 2010.

Slajd 18 z 23

BIOPALIWA

W ostatnich latach, w związku z wyczerpywaniem się zasobów paliw kopalnych, rośnie również zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii, w tym produkcją biopaliw takich, jak bioetanol. Do jego produkcji do tej pory wykorzystywano głównie rośliny uprawne (zboża, trzcina cukrowa, kukurydza, buraki cukrowe oraz inne rośliny zawierające cukry podatne na fermentację). Wytwarzanie bioetanolu z tych roślin wiąże się jednak z dużymi kosztami, które wynikają głównie z cen surowca [BRODA I LEJA, 2011].

[7] [9]

Slajd 19 z 23

BIOPALIWADo produkcji biopaliw używa się materiałów odpadowych, takich jak niejadalne części roślin uprawnych (np. łodygi zbóż, kolby i łodygi kukurydzy), makulatura czy różnego typu odpady przemysłowe.

Bioetanol to odwodniony alkohol etylowy otrzymywany w fermentacji alkoholowej. Może być stosowany jako paliwo samochodowe w specjalnie przystosowanych silnikach lub mieszany z benzyną i używany w samochodach z silnikiem tradycyjnym.

[8]

Slajd 20 z 23

ZALETY BIOETANOLU

Zalety względem

ropy

wyższa liczba

oktanowa mniej

toksyczny

niższa emisja

CO2

mniej wybuchowy

pełniejsze spalanie

zmniejszenie efektu

cieplarnianego

tworzenie nowych miejsc pracy

zmniejszenie skali importu

ropy

Zalety bioetanolu względem ropy naftowejźródło: opracowanie własne na podstawie BRODA I LEJA, 2008.

Slajd 21 z 23

PODSUMOWANIE• Branża gorzelnicza jest szybko rozwijającym się sektorem przemysłu

• Ciekawym pomyłem jest stosowanie w produkcji etanolu surowców o dużej wydajności takich sorgo czy amarantus

• Wiele możliwości daje prężnie rozwijająca się inżynieria metaboliczna stosowana w procesie fermentacji frakcji lignocelulozowej

• W ostatnich latach zauważyć można wzrost zainteresowania konsumentów biopaliwami.

• Duży nacisk stawiany jest na otrzymywanie alkoholu z odpadów przemysłu spożywczego jednocześnie utylizując je

Slajd 22 z 23

LITERATURA• DOBROSZ-TEPEREK K. DASIEWICZ B., 2008. Procesy fermentacyjne, Przemysł Chemiczny, 9, 87.

• WIWAŁA L., 2011. Znaczenie surowców rolnych w produkcji wódki. Wpływ zawirowań na rynku zbóż na branżę spirytusową, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo – Warzywny, 9, 14.

• POKRYWKA T., 2012. Polskie specjalności - Polska Wódka/Polish Vodka, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo – Warzywny, 3, 34.

• CZUPRYŃSKI B., KOTARSKA K., KŁOSOWSKI G., SIELIWANOWICZ B., 2010, Wykorzystanie nietypowych surowców i odpadów spożywczych w gorzelnictwie rolniczym (cz. I), 4, 50 – 52.

• CZUPRYŃSKI B., KOTARSKA K., KŁOSOWSKI G., SIELIWANOWICZ B., 2010, Wykorzystanie nietypowych surowców i odpadów spożywczych w gorzelnictwie rolniczym (cz. II), 5, 28 – 30.

• BRODA M., LEJA K., 2011. Utylizacja odpadów – alternatywne surowce do produkcji bioetanolu, Aura, 3, 11 – 12.

• SYBIRNY W., PUCHALSKI CZ., SYBIRNY A., 2007. Metaboliczna inżynieria drobnoustrojów do konstruowania wydajnych producentów bioetanolu z lignocelulozy, Biotechnologia, 4, 38–54 .

• KAWA-RYGIELSKA J., PIETRZAK W., 2012. Zastosowanie suszonego wywaru gorzelniczego (DDGS) w produkcji bioetanolu, Przemysł Chemiczny, 91/9, 1876 – 1878.

• BIERNAT K., 2010. Biokomponenty i biopaliwa – możliwości rozwoju i zastosowania - http://www.czystaenergia.pl/pdf/poleko2010/25.pdf

• KOTARSKA K., 2008. Nowy preparat suszonych drożdży gorzelniczych I-7-43 w technologii produkcji spirytusu, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo – Warzywny, 12, 34 – 35.

Slajd 23 z 23

SPIS OBRAZÓW1. http://historia-alkoholu.pl/wp-content/uploads/2011/11/1232435.jpg

2. http://3.bp.blogspot.com/_2FCMDcSGO0A/TN-0jZf89XI/AAAAAAAAARk/NLC9RG4t2H4/s400/vaso%2Bmezcal%2Bcon%2Bgusano.jpg

3. http://bi.gazeta.pl/im/9/10901/z10901549Q,Topinambur.jpg

4. http://www.ua.all.biz/img/ua/catalog/1355852.jpeg

5. http://www.wheatflour.com/img/upPhotos/text/296414383corn_distillers_dried_grans_ddgs.jpg

6. http://www.agroekspress.pl/public/userfiles/products/standard/31/1.jpg

7. http://www.petrolnet.pl/getmedia/a4d6247b-c3ef-48cb-bfb8-c0da3949b859/biopaliwo_kukurydza_shutterstock.JPG?width=300

8. http://www.thegreenage.co.uk/img/uploaded/techs/images/1347472741_b_dreamstime_l_9541578.jpg

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ