Сравнительный анализ способов гидролиза пивной дробины

УДК 664

В. Я. Пономарев, Э. Ш. Юнусов, Р. Р. Ахметшин, Л. Р. Самигулина

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ГИДРОЛИЗА ПИВНОЙ ДРОБИНЫ

Ключевые слова: пивная дробина, щелочной и кислотный гидролиз, гидротермическая обработка.

С целью обоснования перспектив использования пивной дробины в технологии продуктов питания была изучена возможность предварительной обработки пивной дробины под действием кислот и щелочей. Установлено, что наиболее целесообразным способом гидролиза дробины является обработка 0,1 % раствором гидроксида натрия в течение 1 часа при температуре 90 °С. В результате гидролиза отмечено увеличение количества сахаров, снижение содержания белка, увеличение количества безазотистых экстрактивных веществ.

Keywords: brewer's grain, alkaline and acid hydrolysis, hydrothermal treatment.

In order to justify the use of brewers' grains s prospects in food technology has been explored previously treating spent grains under the action of acids and alkalis. It found that the most practical way is to treat grains of hydrolysis of 0.1% sodium hydroxide solution for 1 hour after the temperature at 90 C. Hydrolysis marked increase in the number of sugars, reduced protein content, increase of nitrogen-free extractives.

Введение

Проблема загрязнения окружающей среды является наиболее актуальной на современном этапе развития промышленности, в том числе и пищевой. Отходы производственных предприятий влияют на процессы, происходящие в экосистемах, и могут приводить к нарушениям развития отдельных видов биоценозов и даже к их гибели.

Среди предприятий пищевой промышленности отдельно стоит выделить пивоваренную отрасль, которая является источником большого количества отходов, до 80% которых составляет пивная дробина. Пивная дробина, остающаяся в результате выработки ячменного сусла, представляет собой массу, содержащую частички ядер и оболочки зерен. Утилизация данного отхода на полигонах сопряжена с рядом трудностей, учитывая, что сырая дробина, содержащая растительные и микробные белки, сложные углеводы и органические кислоты выделяет токсичные продукты гидролиза уже на третьи сутки. Пивоваренным заводам РФ не целесообразно с экономической точки зрения утилизировать дробину на свалках и полигонах, однако ее переработка или реализация потенциальным потребителям осложняется отсутствием проработанных технологических решений по переработке пивной дробины [1].

В настоящее время область утилизации пивной дробины, помимо ее складирования на полигонах, лежит в сферах животноводства, при откорме сельскохозяйственных животных, растениеводства, при производстве удобрений и подкормки для растений.

Тем не менее, пивная дробина является высокоценным с пищевой точки зрения продуктом, содержащим около 20% протеина, а по содержанию витаминов и макроэлементов приближается к злаково-бобовым культурам. Имеются данные [2] о положительном влиянии пивной дробины на качество пищевой продукции при производстве хлеба, однако в мясной промышленности данный продукт практически не используется в силу низких

органолептических свойств получаемого продукта. Имеются сведения об использовании пивной дробины при производстве рубленых полуфабрикатов в качестве заменителя растительного белка.

Исследования, проводимые на кафедре технологии мясных и молочных продуктов КНИТУ, показали перспективность использования пивной дробины при производстве колбасных изделий с целью повышения функционально-технологических свойств фаршевых систем и частичной замены мясного сырья. Однако целесообразным представляется проведение предварительной обработки пивной дробины для более полного раскрытия ее пищевого потенциала.

Целью данного исследования явилось изучение влияния различных способов проведения гидролиза для предварительной обработки пивной дробины с перспективой ее дальнейшей биотехнологической модификации и использования при производстве пищевой продукции.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служила сухая пивная дробина (ТУ 9184 -001-74860681-2008). Пивная дробина представляет собой высушенный отход пивоваренного производства в виде сухого измельчённого порошка светло желтого цвета с включениями растительных компонентов. Данный продукт является экологически чистым, стоек при хранении и транспортабелен.

Гидролиз пивной дробины вели согласно методике [3] . Эффективность гидролиза оценивали по содержанию сахаров антроновым методом [4]. В процессе гидролиза определяли содержание белка, соединений кальция и фосфора, а также безазотистых экстрактивных веществ.

Микроструктурные исследования проводили согласно литературным источникам [5].

Результаты исследований и обсуждение

В ходе работы пивная дробина была подвергнута высокотемпературной обработке водой для

удаления водорастворимых арабинанов и примесей, которые в дальнейшем могут мешать ферментативной обработке. Одновременно осуществляли гидролиз пивной дробины, опираясь на имеющиеся литературные данные [3].

В качестве способа обработки были выбраны кислотный и щелочной гидролиз. Результаты оценки количества сахаров, образующихся в процессе гидролиза, представлены на рисунке 1.

значительному снижению содержания белка до 1 % к 3 часам обработки.

Рис. 1 - Содержание сахаров в процессе гидролиза пивной дробины

Было отмечено, что у контрольного образца пивной дробины количество сахаров было не значительным и составляло приблизительно 0,9 г/л. Гидротермическая обработка дробины без внесения гидролизующих агентов привела к увеличению содержания сахаров до 3,8 г/л.

Как видно из представленных данных кислотный и щелочной гидролиз дробины приводит к увеличению сахаров, однако наблюдаемые зависимости имеют различный характер.

При обработке пивной дробиной раствором соляной кислоты наблюдалось постепенное увеличение количества сахаров до 3,7 г/л, что соответствует количеству сахаров, в дробине прошедшей гидротермическую обработку в течении 3 часов.

При внесении гидроксида натрия наблюдаемая картина резко изменилась. Было отмечено резкое увеличение количества сахаров в течении первого первого часа обработки, которое составило 9,9 г/л. Дальнейшая обработка в присутствии щелочи привела к постепенному снижению количества сахаров до 1,1 г/л к 3 часам эксперимента.

Наблюдаемая картина может быть объяснена путем анализа механизма воздействия различных гидролизующих агентов на компоненты пивной дробины.

Для дальнейших исследований был выбран щелочной гидролиз, как наиболее эффективный и предпочтительный способ обработки компонентов пивной дробины с целью облегчения ее дальнейшего использования.

Результаты исследования влияния щелочного гидролиза на содержание белковых веществ в пивной дробине представлены на рис. 2.

Как видно из представленных данных, в контрольном образце пивной дробины содержание белка составило 3%. Совместное действие гидротермической обработки и ШОН привело к

Рис. 2 - Содержание белка в пивной дробине

Щелочной гидролиз привел к снижению содержания в пивной дробине соединений как фосфора, так и кальция. Снижение количества микроэлементов в пивной дробине для фосфора составило с 1,5% до 0,2%, а для кальция с 5% до 0,5% к 3 часам обработки. Следует отметить, что наиболее значительное изменение содержания фосфора отмечено в последний час проведения гидролиза.

Оценивая количество безазотистых

экстрактивных веществ в полученных гидролизатах было отмечено увеличение БЭВ с 20% для контрольного образца до 38% к 3 часам щелочного гидролиза. Полученные данные хорошо согласуются с результатами, полученными при изучении содержания сахаров в процессе гидролиза пивной дробины (рис. 3.1) и косвенно подтверждают вывод об эффективном воздействии щелочи на компоненты пивной дробины.

Также нами было установлено снижение количества золы в пивной дробине с 8% до 2,5% к 3 часам обработки ШОН.

Оценку эффективности обработки пивной дробины провели путем гистологических исследований, позволяющих наглядно на микроструктурном уровне определить

эффективность воздействия гидролизующих агентов на компоненты пивной дробины. Препараты фиксировали, окрашивали метиленовым синим и микроскопировали при увеличении х 400.

Результаты представлены на рис. 3-5.

Рис. 3 - Микроструктура нативной пивной дробины

Рг «к

ч \ ' '

Рис. 4 - Микроструктура пивной дробины, подвергнутой кислотному гидролизу

Рис. 5 - Микроструктура пивной дробины, подвергнутой щелочному гидролизу

Исследование морфологии изучаемых образцов гидролизованной пивной дробины показало, что контрольные образы имеют четко выраженные границы крупных растительных элементов, отсутствует фрагментация и разволокнение. В

образцах дробины, прошедшей обработку кислотой, была получена сходная картина, отмечалось некоторое разволокнение и нарушение целостности структурных элементов. Щелочной гидролиз привел к фрагментации компонентов дробины, края структурных элементов были нечеткими, наблюдалось разволокнение.

Резюмируя результаты проведенных

исследований можно сделать вывод, что обработка пивной дробины гидроксидом натрия является целесообразным способом предварительной обработки, который в сочетании с гидротермическим развариванием позволяет эффективно удалить водорастворимые арабинаны и примеси, провести разволокнение и частичное разрушение ее структурных элементов.

Литература

¡.Пономарев В.Я., Юнусов Э.Ш., Ежкова Г.О., Тюрина Т.А., Вестник Казанского технологического университета. 18

2.Доронина А. С., Лиходумова М. А., Прохасько Л. С. Актуальные решения утилизации отходов пивоваренной промышленности // Молодой ученый. — 2014. — №9. — С. 133-135.

3.Руденко, Е.Ю. Современные тенденции переработки основных побочных продуктов пивоварения / Е. Ю. Руденко // Пиво и напитки. - 2007. - №2. - С. 66-68

4.Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Колос, 1972.

5.Никитина Е.В. Вестник технологического университета. 7

© В. Я. Пономарев - к.т.н., доцент кафедры ТММП КНИТУ, v.y.ponomarev@gmail.com; Э. Ш. Юнусов - к.б.н., доцент той же кафедры, ed.yunusov@gmail.com; Р. Р. Ахметшин - аспирант той же кафедры; Л. Р. Самигулина - магистрант той же кафедры ТММП КНИТУ.

© V. Y. Ponomarev, Ph.D., assistant professor. Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU, v.y.ponomarev@gmail.com; E. Sh. Yunusov, Ph.D., assistant professor. Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU, ed.yunusov@gmail.com; R. R. Akchmetshin, graduate student Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU; L. R. Samigulina, undergraduate Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU.