Бензин из картофеля

Бензин из картофеля

Рапс не единственная биотопливная культура, уверены ученые. В России одним из основных видов сырья для «зеленого бензина» может стать также картофель, считают во ВНИИ картофельного хозяйства. «Эта культура вполне годится для производства биоэтанола, – уверяет Старовойтов. – Во-первых, у нас есть соответствующая сельхозтехника и большой опыт возделывания картофеля. Во-вторых, он хорошо растет: предприятия, выращивающие его по современным технологиям, получают в среднем по 30–40 т/га». По его данным, из 10 кг картофеля можно получить 1 л биоэтанола и 1–2 кг сухих кормов для животных. «Себестоимость биоэтанола [из картофеля] – 35–45 руб./л, – подсчитывает он. – А поскольку его добавка к бензину будет составлять всего 5%, на цене топлива это почти не отразится, зато токсичность резко снизится».

Для производства биоэтанола лучше брать высокоэнергетические сорта картофеля, в которых содержится больше сухих веществ, таких как крахмал и сахар, объясняет Старовойтов. Лучше всего подходят не ранние, а средние по срокам созревания сорта, например Лорх, Голубизна, Бронницкий и другие. В них этих компонентов больше 20%. Не менее перспективным сырьем ученый называет топинамбур. «У нас разработана технология, которую можно использовать для его переработки, – рассказывает он.- Преимущество топинамбура в высокой урожайности (до 400 ц/га и столько же зеленой массы). Значит, и выход спирта будет в 1,5–2 раза выше, а себестоимость ниже». По данным Старовойтова, в Канаде уже перешли на производство биоэтанола из топинамбра.

Аблаев лишь частично разделяет идею производства биоэтанола из картофеля. «Здесь единственный минус – экономика: картофель плохо хранится и нелегко убирается, – добавляет он. – Да и крахмала в нем всего 15%, остальное – вода, которую еще и отделить надо. А ведь спирт, как известно, производится из сельхозпродукции, содержащей крахмал или сахар: кукурузы, зерновых или сахарного тростника. Например, в кукурузе до 70% сахара». Чтобы получить этанол, придется переработать очень много картофеля, делает он вывод. А из тонны кукурузного крахмала получится до 410 л этанола, а также побочные продукты, приносящие производителю дополнительную прибыль: кукурузное масло, сироп, клейковина, глютен и барда. Поэтому картофель лучше рассматривать как дополнительный источник сырья, резюмирует Аблаев.

Картофель широко используют не только для технической, но и домашней переработки (на крахмал, спирт и  пр.), а также для переработки  на продукты питания (чипсы, крекеры, сухое  пюре, повидло, напитки и пр.). Общая  тенденция развития картофелеводства в Западной Европе и США характеризуется  переработкой клубней на пищевые  полуфабрикаты.

Ассортимент продуктов переработки  картофеля условно делят на четыре группы: сушеные (для длительного  хранения, не менее одного года); замороженные (для непродолжительного хранения, не менее трех месяцев); обжаренные (для краткосрочного хранения не более  трех месяцев); консервированные (для  краткосрочного хранения не более трех месяцев). Для каждого вида переработки  требуются клубни определенного  сорта, размера, формы, содержащие оптимальное  количество сухого вещества и редуцирующих сахаров. Так, для переработки на крахмал и спирт необходимы сорта  с высоким содержанием крахмала (13-18% и более). Для переработки  на продукты питания в большей  степени подходят сорта с повышенным содержанием сухого вещества и низким редуцирующих сахаров.

Технология получения  крахмала на линии по переработке  картофеля следующая. Картофель  из картофелехранилища или с поля поступает в камнеловушку-мойку, где от общей массы отделяются тяжелые примеси (камни, песок) и  проводится грубая мойка. Отмытые клубни измельчаются на картофелетерке, и  образовавшаяся кашка через промежуточный  сборник попадает в самоочищающийся  фильтр, затем на гидроциклонную установку.

На фильтре из картофельной кашки отделяются неизмельченные части  клубней и посторонние примеси. На гидроциклонной установке кашка  разделяется на крахмальную суспензию  и мезгу с картофельным соком. Суспензия поступает на дуговое  сито, где происходит ее рафинирование  – отделение крахмальных зерен  от мелкой мезги, которая направляется в предыдущую смесь мезги с  картофельным соком.

Крахмальная суспензия сгущается  и подается в сборник перед  центробежной сушилкой. Затем включается в работу центрифуга, сушильная труба, циклон-разгрузитель, калорифер и вентилятор. Крахмал влажностью 50% поступает в сушильную трубу, где высушивается под действием горячего воздуха из калорифера и накапливается в циклоне. Оттуда он поступает на упаковку.

Выделяемая на установке  смесь мезги с жидкостью (картофельным соком), содержащая 6-8 % сухого вещества, – хороший корм для скота. В 1 кг его содержится 0,08 корм. ед., 12,6 г сырого протеина, 7,9 кг перевариваемого белка, 35 г углеводов, 5 г клетчатки. Эту мезгу можно скармливать животным: бычкам на откроме до 30 кг/сутки, дойным коровам 20, свиньям на откорме 2. При таком корме, по сравнению с рационом без мезги, среднесуточный привес бычков на 140 г выше, дойные коровы дают молока на 1 л больше.

Процесс превращения крахмала, содержащегося в картофеле, заключается  в переводе его в растворимое  состояние и осахаривании при помощи диастаза, имеющегося в проросших зернах злаков, а затем его сбраживают в спирт. Процесс получения спирта проводят в несколько этапов. Первоначально приготавливают солод для осахаривания крахмала.

Ячмень в количестве 6-9 кг на каждые 100 кг картофеля, очищают  о пыли и других загрязнений. Затем  его промывают и замачивают в  воде до разбухания. После этого  ячмень рассыпают невысоким слоем  на плоскую поверхность и помещают в хорошо вентилируемый подвал или  темное помещение для проращивания. Затем проросший ячмень измельчают на вальцевой дробилке.

Приготовление крахмалистого  клейстера заключается в следующем. Картофель тщательно моют, удаляют  глазки и гнили. Затем развариванием картофеля готовят затор до образования крахмального клейстера. С этой целью при значительных объемах переработки картофель помещают в специальный запарник, где действует на него паром при давлении 2,5-3 атмосферы в течение 1 часа, затем разваренный картофель под давлением выпускают через отверстие запарника, снабженное решетками. При этом происходит измельчение картофеля и разрушение клеток крахмала. Этот способ обеспечивает высокий выход продукта, однако требует изготовления специального оборудования и особых мер предосторожности при работе с ним.

Следующий тап в получении спирта – приготовление бражки. В полужидкую массу крахмального клейстера, охлажденную до +50…+56ºС, при обязательном интенсивном перемешивании вводят солод, полученный заранее, в количестве 6-9 кг на 100 кг перерабатываемого картофеля. По окончании процесса содержимого охлаждают до +20ºС и прибавляют к нему при интенсивном перемешивании, дрожжи в количестве 300-600 г на 100 кг картофеля. Дрожжи разводят в 3-4 л воды при температуре + 20ºС.

Процесс брожения проходит в течение двух-трех суток. При  этом первые 10-12 ч жидкость остается спокойной, а затем интенсивно бурлит и пенится, может повышаться температура  бродящей жидкости. Поскольку при  температурах выше +25…27ºС процесс брожения замедляется, то следует поставить сосуд с бражкой в проточную воду, однако охлаждение ниже +20ºС также нежелательно.

В процессе брожения выделяется углекислый газ, который увлекает из бродильного сосуда до 4 % спирта. Для  предотвращения потерь бродильный сосуд  накрывают крышкой с отверстием, в которое вставляют трубку. Трубку на крышке закрепляют пластилином. Другой конец трубки помещают в 3-х литровую банку с двумя литрами воды, так, чтобы газ проходил через  воду. По окончании брожения воду из банки выливают в бродильный сосуд.

Когда брожение закончилось, осветленную жидкость сливают и  направляют на перегонку. Бражка при  соблюдении технологии содержит 8-10 % спирта. Осадок, полученный при брожении, промывают  водой, процеживают и полученную жидкость так же направляют на перегонку.

Перегонка бражки производится по широкоизвестной технологии, применяемой при изготовлении самогона. При соблюдении технологии переработка 100 кг картофеля позволяет получить 9-10 л спирта.

Сушеными продуктами являются картофельное пюре (крупка, хлопья, гранулы, порошок, агломерат), сушеный картофель (кубики, ломтики, столбики), взорванные кусочки, пористый картофель, пищевые  концентраты и др.

Замороженные продукты –  гарнирный картофель и чипсы, котлеты, биточки, крекеры, печеный  картофель, картофель в сухарях, картофельный пирог.

Консервированные продукты – картофель очищенный стерилизованный  в банках или пленочной упаковке, картофель для супов и тушения.

Химический состав клубней зависит от сорта, условий выращивания (климатических, погодных, типа почвы, применяемых удобрений, агротехники возделывания), зрелости клубней, сроков и условий хранения и др.

В среднем картофель содержит (в %): воды 75 %; крахмала 18,2; азотистых веществ (сыройбелок) 2; сахаров 1,5; клетчатки 1; жиров 0,1; титруемых кислот 0,2; веществ фенольной природы 0,1; пектиновых веществ 0,6; прочих органических соединений (нуклеиновых кислот, гликоалкалоидов, гемицеллюлоз и др.) 1,6; минеральных веществ 1,1. Ориентировочно различают сорта картофеля с высоким содержанием сухих веществ (более 25 %), средним (22—25 %) и низким (менее 22 %).

Крахмал составляет 70—80 % всех сухих веществ клубня. Находится крахмал в клетках в виде слоистых крахмальных зёрен размером от 1 до 100 мкм, но чаще 20—40 мкм. Содержание крахмала зависит от скороспелости сортов, которое выше у позднеспелых.

В процессе хранения количество крахмала в клубнях уменьшается в результате гидролитического распада его до сахаров. В большей мере снижается  содержание крахмала при низкой температуре (1—2 °C). Сахара в картофеле представлены глюкозой (около 65 % к общему сахару), фруктозой (5 %) и сахарозой (30 %), в незначительном количестве встречается мальтоза, обычно при прорастании картофеля. Наряду со свободными сахарами в картофеле имеются фосфорные эфиры сахаров (глюкозо-1-фосфат, фруктозо-6-фосфат и др.).

Клубни содержат в среднем

• воды — 76,3 %
• сухого вещества — 23,7 %, в том числе
• крахмала — 17,5 %
• сахаров — 0,5 %
• белка — 1-2 %
• минеральных солей — около 1 %

Максимальное содержание сухого вещества в клубнях 36,8 %, крахмала 29,4 %, белка 4,6 %, витаминов С, B1, B2, B6, PP, К икаротиноидов.

Клубень картофеля (Solanum tuberosum) с развивающимися из пазушных почек молодыми боковыми побегами — модифицированный подземный побеграстения, утолщённый и с редуцированнымилистьями. Клубни развиваются, как правило, на концах столонов — боковых побеговкорневища. Как и на большинстве вегетативных побегов, на клубне можно обнаружить пазушные почки (у картофеля их обычно называют «глазки»). Клубни содержат богатые запасы питательных веществ, в основном, крахмала.

В зрелом картофеле сахаров немного (0,5—1,5 %), но они могут накапливаться (до 6 % и более) или исчезать полностью, что наблюдается при длительном хранении. Решающим фактором при этом является температура. Биологической основой изменения содержания сахароз служит различная скорость одновременно протекающих в клубнях трёх основных процессов углеводного обмена: осахаривания крахмала, синтеза крахмала из сахаров и окислительного распада сахаров при дыхании. Эти процессы регулируются соответствующими ферментными системами. Установлено, что при температуре 10 °C в 1 кг клубней образуется 35,8 мг сахара и столько же расходуется, при меньшей температуре (0-10 °C) — наблюдается накопление сахара в клубне (по достижении определённого уровня содержание сахаров остаётся постоянным), а при температуре большей 10 °C сахар больше расходуется, чем образуется. Таким образом, накопление сахара можно регулировать, изменяя температуру хранения. Накопление сахаров в клубнях во время хранения значительно зависит и от сорта картофеля.

Повышение содержания сахаров более  чем на 1,5—2 % отрицательно сказывается на качестве картофеля (при варке он темнеет за счёт образования меланоидинов, приобретает сладкий вкус и др.).

Сырой клетчатки в клубне содержится около 1 %, примерно столько же и гемицеллюлоз, главным образом пентозанов, составляющих вместе с клетчаткой основную массу клеточных стенок. Наибольшее количество клетчатки и пентозанов находится в перидерме, значительно меньше их в коре и ещё меньше в зоне сосудистых пучков и сердцевине.

Пектиновые вещества являются полимерными соединениями с большой молекулярной массой. Они построены из остатков галактуроновой кислоты, являющейся продуктом окисления галактозы. Среднее содержание пектиновых веществ в картофеле составляет 0,7 %. Эти вещества неоднородны и встречаются в виде протопектина, пектина, пектиновой и пектовой кислот. Последние три соединения обычно называют пектинами (пектином).

Протопектин нерастворим в воде и находится в связанном состоянии, образуя межклеточную прослойку  в растительных тканях. Он служит как  бы цементирующим материалом для  клеток, обусловливая твёрдость тканей. Существует мнение, что протопектин  состоит из молекул пектиновых кислот, цепочки которых связаны между  собой через ионы кальция, магния и фосфорнокислые «мостики»; при этом молекула протопектина может образовывать комплексы с целлюлозой и гемицеллюлозами.