The study of the rheological properties of the batch when obtaining alcohol from Jerusalem artichoke
Authors: Соловьев А.О. 
Published: April 2023

Топинамбур является многолетним травянистым растением с широким ареалом возделывания и богатым химическим составом. В пересчете на объем полисахаридов с 1 га посевной площади урожайность топинамбура в 1,5–3,0 раза превышает зерновые культуры. С точки зрения получения этилового спирта особую ценность представляет полифруктозан – инулин, который содержится в клубнях топинамбура в количестве до 20 % на абсолютно сухое вещество, что делает топинамбур достаточно перспективным сырьем. Для его переработки с получением этилового спирта клубни топинамбура можно рассматривать лишь в качестве сезонной культуры из-за ограниченного срока хранения. Рентабельным такой вариант производства может быть только при условии использования оборудования существующих заводов спиртовой отрасли. Однако для максимальной эффективности процессов массо- и теплообмена необходимо учитывать, что физические характеристики замесов из топинамбура должны соответствовать характеристикам перерабатываемого крахмалсодержащего сырья. Данных о влиянии ферментных препаратов, применяемых в спиртовом производстве, на реологические свойства замесов из топинамбура не обнаружено. В настоящей работе получены экспериментальные данные о зависимости вязкости и количестве растворимых сухих веществ от применения различных ферментных препаратов и их комплекса. Установлено, что для снижения вязкости наиболее эффективно применять ферментный препарат Viscoferm® HT FG, который позволяет снизить вязкость до 23,9 % относительно начальной. Однако, учитывая высокое содержание в клубнях топинамбура пектиновых веществ, данный ферментный препарат не способен максимально эффективно провести их гидролиз. Для повышения эффективности гидролиза пектиновых веществ применен комплекс ферментных препаратов, который содержит ксиланазную и пектиназную активности. Это позволяет снизить вязкость замеса до 22,0 % относительно начальной. В то же время присутствие полигалактуроназы позволяет максимально эффективно использовать пектиновые вещества сырья для повышения содержания потенциально сбраживаемых углеводов в сырье. Полученные данные показывают возможность эффективной переработки клубней топинамбура с получением этилового спирта на существующем оборудовании спиртовых заводов по переработке углеводсодержащего сырья.

Jerusalem artichoke is a perennial herbaceous plant with a wide area of cultivation and a rich chemical composition. In terms of the volume of polysaccharides per 1 ha of sown area, the yield of Jerusalem artichoke is 1.5–3.0 times higher than that of grain crops. From the point of view of obtaining ethyl alcohol, polyfructosan – inulin, which is contained in Jerusalem artichoke tubers in an amount of up to 20 % per absolutely dry substance, is of particular value, which makes Jerusalem artichoke quite a promising raw material. For its processing to obtain ethyl alcohol, Jerusalem artichoke tubers can only be considered as a seasonal crop due to the limited shelf life. Such a production option can be profitable only if the equipment of existing distillery plants is used. However, for maximum efficiency of mass and heat transfer processes, it must be taken into account that the physical characteristics of Jerusalem artichoke mixtures must correspond to the characteristics of the processed starch-containing raw materials. Data on the effect of enzyme preparations used in alcohol production on the rheological properties of mixtures from Jerusalem artichoke have not been found. In this work, experimental data were obtained on the dependence of viscosity and the amount of soluble solids on the use of various enzyme preparations and their complex. It has been established that to reduce the viscosity, it is most effective to use the enzyme preparation Viscoferm®HT FG, which allows to reduce the viscosity to 23.9 % relative to the initial one. However, given the high content of pectic substances in Jerusalem artichoke tubers, this enzyme preparation is not able to most effectively carry out their hydrolysis. To improve the efficiency of the hydrolysis of pectin substances, a complex of enzyme preparations was used, which contains xylanase and pectinase activities. This allows to reduce the viscosity of the mixture to 22.0 % relative to the initial one. At the same time, the presence of polygalacturonase makes it possible to use the pectin substances of the raw material as efficiently as possible to increase the content of potentially fermentable carbohydrates in the raw material. The data obtained show the possibility of effective processing of Jerusalem artichoke tubers with the production of ethyl alcohol on the existing equipment of distilleries for the processing of carbohydrate-containing raw materials.