2. 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]
3. 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].
4. 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 spirytusu
źródło: opracowanie własne na podstawie DOBROSZ-TEPEREK I DASIEWICZ, 2008.
Proces destylacji
źródło: http://www.destylacja.info/
5. 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].
6. 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 2380
Pszenica 60 – 67 4,2 330 – 340 1300
Pszenżyto 58 – 66 3,6 320 – 330 1190
Żyto 54 – 61 2,7 310 – 320 890
Ziemniak 13 - 23 19 120 2280
Burak cukrowy 15 – 19 54 100 5400
Wydajność surowców rolnych w produkcji alkoholu
źródło: opracowanie własne na podstawie WIWAŁA, 2011.
7. STRUKTURA
CENY BUTELKI
WÓDKI
DANE W ZŁ
3,93
VAT
9,92
Akcyza
5,35
marża
producenta
i dystrybutora
1,80
koszty
produkcji
21
Cena brutto
półlitrowej butelki
40% wódki
Cena butelki wódki
źródło: 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
8. 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]
9. 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.
10. Slajd 10 z 23
NIETYPOWE SUROWCE GORZELNICZE
• Sorgo
Ziarno 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.
• Topinambur
Skład 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]
11. Slajd 11 z 23
Surowiec
Wilgotność
(%)
Zawartość
tłuszczu (%)
Zawartość
węglowodanów
(%)
Wydajność z
tony surowca
(litry)
Sorgo 8,9 3,5 62,7 (skrobia) 404
Topinambur fioletowy 78,0 0,1 10,3 (inulina) 60,2
Topinambur biały 77,0 0,1 10,6 (inulina) 62,0
Orzechy włoskie 5,5 61,6 7,4 (skrobia) 48,5
Amarantus 13,0 7,8 52,5 (skrobia) 351
Charakterystyka surowców
źródło: opracowanie własne na podstawie CZUPRYŃSKI I INNI., 2010.
12. 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.
13. 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
14. Slajd 14 z 23
INŻYNIERIA METABOLICZNA
Zasadniczym 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].
15. Slajd 15 z 23
SUPLEMENTACJA PODŁOŻA FERMENTACYJNEGO
Wywar 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]
16. 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].
17. Slajd 17 z 23
PODZIAŁ BIOPALIW
Biopaliwa 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 generacji
biometanol
biowodór
Czwartej generacji
Podział biopaliw na generacje
źródło: opracowanie własne na podstawie BIERNAT , 2010.
18. 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]
19. Slajd 19 z 23
BIOPALIWA
Do 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]
20. 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 naftowej
źródło: opracowanie własne na podstawie BRODA I LEJA, 2008.
21. 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
22. 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 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]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)