Комплексная переработка растительного крахмалосодержащего сырья в России

Физико-химические показатели полученных напитков приведены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-химические показатели крепкоалкогольных напитков

Показатель Рецептура №1 Рецептура №2 Рецептура №3 Рецептура №4

Крепость, % 40,0 40,0 40,0 40,0

Щелочность, см3 0,10 0,10 0,10 0,10

Массовая концентрация альдегидов в 1 дм3 безводного спирта, мг 1,32 1,33 1,12 1,12

Массовая концентрация сивушного масла в 1 дм3 безводного спирта, мг 1,15 1,15 0,95 0,95

Массовая концентрация сложных эфиров в 1 дм3 безводного спирта, мг 2,73 2,73 4,36 4,36

Объемная доля метилового спирта в пересчете на безводный спирт, % 0,0001 0,0001 0,00005 0,00005

Физико-химические показатели полученных напитков соответствуют ГОСТ Р 51355-99 «Водки и водки особые. Общие технические условия».

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что использование дикорастущих плодов морошки и голубики обыкновенной, произрастающих на территории Красноярского края, представляет значительный интерес для производства крепкоалкогольной продукции.

Литература

1. Шапиро, Д.К. Дикорастущие плоды и ягоды. - 3-е изд., перераб. и доп. / Д.К. Шапиро. - Минск: Ураджай, 1988. - 234 с.

2. Цапалава, И.Э. Экспертиза дикорастущих плодов, ягод и травянистых растений / И.Э. Цапалава, М.Д. Губина, В.Л. Поздняковский. - Новосибирск, 2000. - 180 с.

3. Петрова, В.П. Дикорастущие плоды и ягоды / В.П. Петрова. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 248 с.

----------♦'-------------

УДК 639.087.7.085.15 В.В. Аксёнов

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА РАСТИТЕЛЬНОГО КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ В РОССИИ

В статье рассмотрены вопросы глубокой переработки крахмалосодержащего сырья местного происхождения, в первую очередь, зерна пшеницы. Такая переработка позволяет получить ассортимент востребованной на рынке продукции, что делает высокорентабельным производство зерна. Внедрение глубокой переработки зерновых позволит наладить выпуск импортзамещающей продукции, повысит устойчивость АПК и увеличит продовольственную безопасность России.

В последние годы в России складывается неудовлетворительное положение с реализацией зерна, особенно пшеницы, что обрушивает цены на этот вид сырья. Так, например, весной 2005 г. цена за 1 т зерна фуражной пшеницы в Новосибирской области составляла 1500-3000 руб., что не окупало затраты хозяйств на его производство.

Такое положение обусловлено многими факторами, один из основных - отсутствие в России глубокой переработки собственного зерна. Традиционно продовольственное зерно перерабатывается, главным образом, на муку, крупы и макаронные изделия, фуражное зерно частично используется в откормочных целях.

Во всех наиболее развитых странах налажена глубокая переработка собственного крахмалосодержащего сырья. В США и Латинской Америке - это кукуруза, в Европе - пшеница, картофель, в ЮгоВосточной Азии - тапиок, Японии и Китае - рис. Принципиальная схема комплексной переработки зернового крахмалосодержащего сырья представлена на примере пшеницы (рис.). Из представленной на рисунке схемы в результате глубокой переработки можно получать широкий спектр востребованной продукции более 23 наименований, ассортимент которых можно менять в зависимости от потребностей рынка.

Производство крахмала и крахмалопродуктов в мире непрерывно возрастает и занимает одно из ведущих мест в экономике промышленно развитых стран [1-3]. Это связано как с резким ростом в последние десятилетия выработки сахаристых продуктов из крахмала, в том числе глюкозы и глюкозно-фруктозных сиропов, химически модифицированных крахмалов, так и с появлением новых сфер использования крахмалов и крахмалопродуктов: мальто- и циклодекстринов, биоразлагаемых полимеров, кровезаменителей и т.д.

Принципиальная схема комплексной переработки зернового сырья

Основными мировыми производителями крахмала и сахаристых крахмалопродуктов являются такие страны, как США, Канада, Германия, Франция, Дания, Голландия, Япония, Таиланд, где выработка крахмала на душу населения составляет более 20 кг. В США с учетом производства сахаристых продуктов из крахмала эта цифра составляет более 50 кг [1]. В России сейчас производится 2,5 кг крахмала и крахмалопродуктов на душу населения.

Крахмал и его производные широко используются для пищевых целей как углеводные продукты, а также как студнеобразователи, загустители, эмульгаторы, обладающие высокой водоудерживающей способностью. В медицине крахмал применяется как наполнитель при таблетировании лечебных средств, как основа для получения кровезаменителей, а продукт полного гидролиза крахмала - глюкоза - является незаменимым и широко используемым медицинским препаратом. Крахмалосодержащее сырье также используется в производстве этилового спирта - пищевого, медицинского и технического назначений. Ввиду многообразия свойств, крахмал и его модификации нашли широкое применение в технических целях: в бумажной и текстильной индустрии, для приготовления формовочных смесей в литейном производстве, для стабилизации глинистых растворов при нефтебурении и др.

В отличие от полимеров, получаемых из природного невозобновляемого сырья - нефти и газа, крахмал является ежегодно возобновляемым биоразрушаемым полимером, который может широко использоваться для производства упаковочных, укрывочных материалов и посуды разового пользования.

Получение биоразлагаемых полимеров и сополимеров на основе крахмалов в последнее время приобретает все более актуальное значение, важность которого в условиях постоянного ухудшения экологической ситуации все время возрастает [4].

В настоящее время биоразрушаемые полимеры используются как упаковочные материалы для пищевых и непищевых продуктов, для получения волокон различного назначения.

При переработке, помимо крахмала, из зерна пшеницы извлекается ценный пищевой продукт - клейковина, которая является натуральным белковым полимером. Ее применение позволяет значительно повысить вкусовые и потребительские свойства широкого ассортимента мучных продуктов. Так, внесение сухой клейковины в муку низких сортов при выпечке хлебобулочных изделий в объеме не более 4% повышает сортность муки вплоть до высшего, увеличивает объемный выход хлеба на 20-25%, улучшает внешний вид хлебобулочных изделий и продлевает сроки хранения продукции.

Практически все страны мира при производстве пшеничной муки более 25 лет назад отказались от смешения зерна пшеницы с разным содержанием клейковины в целях получения муки улучшенного качества. В России практикуется смешение зерна с различным содержанием клейковины, что приводит к усреднению количественных показателей клейковины в муке, но не обеспечивает получения необходимых хлебопекарных свойств муки. Мукомолы передовых европейских и американских стран в процессе производства муки в качестве корректирующей добавки широко используют сухую пшеничную клейковину. При этом для каждого типа исходного зерна подбирается соответствующая клейковина. Производство пшеничной клейковины в России отсутствует.

Нативная пшеничная клейковина, вероятно, может быть также использована вместо соевого белка при изготовлении колбас, пельменей, фаршей и других продуктов.

Потребители клейковины: мукомольные предприятия, макаронные фабрики, хлебобулочная промышленность, мясоперерабатывающие предприятия.

Еще одной важной гаммой продуктов, получаемых из крахмала, являются сахаристые крахмалопро-дукты: патоки различного назначения, глюкозно-фруктозные сиропы, глюкоза пищевая и медицинская, фруктоза пищевая и медицинская.

В ряду основных и социально значимых продуктов питания сахар и сахаристые вещества стоят на одном из первых мест и при современном уровне покупательной способности населения являются наиболее доступными продуктами в рационе россиян.

Так, в 2000 г. сахарные заводы России выработали 6072,8 тыс. т белого сахара, в том числе из отечественной сахарной свеклы 1568 тыс. т, а из импортируемого тростникового 4504,8 тыс. т сахара-сырца. Таким образом, доля импортного сахара составила 74%, что ставит Россию в абсолютную зависимость от стран экспортеров сахара и делает ее одним из самых крупных мировых импортеров сахара-сырца, на что затрачиваются большие финансовые средства.

Ликвидировать такое положение в сахарной промышленности только наращиванием его производства из отечественной сахарной свеклы невозможно, в связи с неблагоприятными климатическими условиями для выращивания этой культуры во многих областях России. Одним из возможных перспективных способов получения сахаристых продуктов является получение их из крахмалосодержащего сырья зерна ржи, кукуру-

зы, пшеницы, ячменя, сорго, проса и т.д. По зарубежным данным, производство сахаристых крахмалопро-дуктов из зернового сырья рентабельнее на 30-45% производства сахара из сахарной свеклы [5].

В последнее время в промышленно развитых странах свекловичный и тростниковый сахар в рационе питания и при промышленной переработке все больше заменяется сахаристыми крахмалопродуктами. К ним относятся: мальтодекстрины, низкоосахаренная, карамельная, глюкозо-мальтозная и некоторые другие виды крахмальных паток. К продуктам полного гидролиза крахмала относятся глюкоза кристаллическая моногид-ратная и глюкоза ангидридная, в том числе медицинская, фруктоза кристаллическая, сиропы глюкозные и глюкозо-фруктозные с различным содержанием фруктозы (от 42 до 95%).

В США, ведущей стране по производству сахаристых крахмалопродуктов, соотношение потребляемых объемов тростникового сахара и сахаристых крахмалопродуктов с 1980 по 1990 г. изменилось с соотношения 1:1 до соотношения 1:2 и продолжает изменяться в сторону увеличения выпуска сахаристых крахмалопродуктов. Сейчас в США производится около 10 млн т глюкозо-фруктозных сиропов в год. Мировое производство глюкозо-фруктозных сиропов в конце прошлого столетия составило около 15 млн т, и оно постоянно растет высокими темпами [2; 5].

Прогнозируемый объем потребления сахаристых крахмалопродуктов на начальном этапе в России около 1 млн т в год. В настоящее время российскими производителями вырабатывается 150-170 тыс. т крахмалопродуктов в основном из импортной кукурузы и кукурузного крахмала [6].

Сахаристые крахмалопродукты очень широко используются в разных отраслях пищевой промышленности и успешно заменяют традиционные сахара в безалкогольных напитках на 100%, в кондитерских изделиях до 50%, при консервировании на 70%, хлебобулочных изделиях - 25%, молочных продуктах - 35% и т.д.

Реализация глубокой переработки зерна позволяет получать не только муку и крупы, а широкий ассортимент востребованной рынком продукции. Причем этот перечень продукции можно менять в зависимости от спроса и потребностей рынка. Так, например, перечень наиболее востребованной в настоящее время продукции приведен в табл. 1 и общая стоимость этой продукции, полученной из 1 т зерна, в ценах начала 2006 г. составила от 17200 до 22480 руб. При более глубокой переработке, а именно при получении химически модифицированных крахмалов (стоимостью от 30 до 50 руб./кг), глюкозы пищевой или микробиологической (стоимостью 35-55 руб/кг), суммарная стоимость продукции возрастает в 2,0-2,5 раза.

Альтернативными кукурузе крахмалосодержащими источниками являются пшеница, ячмень, рожь, просо, сорго и т.д.

По-нашему мнению, эти источники крахмала являются более перспективными по сравнению с кукурузой относительно для районов Уральского, Сибирского и Дальневосточного округов России. Особенно интересны, как источники сахаристых крахмалопродуктов, фуражная пшеница и рожь.

Таблица 1

Ассортимент и стоимость некоторых видов продукции, получаемой из 1 т зерна пшеницы

№ п/п Наименование выпускаемой продукции Количество и стоимость продукции, получаемой из 1 т зерна

1 Масло зародыша пшеницы 30 кг Ч100 руб.=3000 руб.

2 Отруби (5 видов) 200 кг Ч5 руб.=1000 руб.

3 Клейковина нативная 120 кг Ч40 руб.=4800 руб.

4 Крахмал нативный 600 кг Ч14 руб.=8400 руб.

5 Крахмалы химически модифицированные -

6 Молочная кислота -

7 Биоразлагаемые полимеры -

8 Кровезаменители -

9 Этиловый спирт (пищевой) -

10 Биоэтанол -

11 Декстрины, циклодекстрины -

12 Патоки пищевые

13 Глюкоза пищевая, медицинская, микробиологическая -

14 Глюкозо-фруктозные сиропы (3 вида) -

15 Фруктоза -

ИТОГО 17200 руб.

Озимая рожь в Сибири дает стабильные и высокие урожаи (до 40-50 ц/га). Она является хорошим предшественником для других культур и сроки ее уборки на 2-3 недели раньше, чем пшеницы. Содержание крахмала в ржи составляет 57-66%. Все эти факторы делают эту культуру перспективной с целью переработки на крахмал и сахаристые крахмалопродукты.

В институте ведутся работы по ферментативной биоконверсии крахмалов, полученных из местного

сырья.

Переработка зернового крахмалосодержащего сырья является многоуровневой системой.

На первом уровне целесообразно перерабатывать зерновое сырье на углеводные кормовые добавки (УКД). Такая переработка проводится без стадии отделения крахмала от белка, что позволяет вовлечь в переработку зерновое сырье низких продовольственных кондиций, а также фуражное зерно.

В институте разработана и запатентована [8] принципиально новая технология глубокой переработки зерновых крахмалоносов на кормовые сахаропродукты с содержанием легкоусвояемых сахаров от 16 до 31% .

Технологическая линия переработки зерновых крахмалоносов на кормовые добавки состоит из 5 этапов: подготовка зерна, подготовка воды, получение зерновой суспензии, ферментативное разжижение этой суспензии, ферментативное осахаривание крахмала.

Проведены испытания в хозяйствах Новосибирской области и показано, что использование УКД в рационах лактирующих коров приводит к увеличению удоя с 13,7 кг в контроле до 14,9 кг в опытной группе, т.е. на 8,7%,а в пересчете на молоко 3,5% жирности на 15,9%. При этом затраты корма снижаются на 8,2%. Следует отметить, что скармливание животным УКД приводит к нормализации содержания глюкозы в крови, а также улучшения других биохимических показателей сыворотки крови.

В результате проведенных исследований в ЗАО «Племзавод «Ирмень», которое является одним из лучших хозяйств в России, установлено, что скармливание лактирующим коровам УКД из пшеницы способствовало повышению жирности молока, а вместе с тем и увеличению на 15,1% выхода молока 3,5% жирности. При реализации молока в перерасчете на молоко 3,5% жирности получено дополнительно 719,1 тыс. руб. дохода.

При получении пищевых паток одной из главных проблем биоконверсии крахмалов является обеспечение эффективного массопереноса по всему объему реактора без образования застойных зон. Это особенно важно для сред, вязкость которых меняется в ходе протекания процесса. К таким средам относятся водные растворы крахмалов, которые при ферментативном гидролизе на стадии клейстеризации образуют особо вязкие смеси.

Нами предлагается использование в этих процессах биореактора нового типа - безградиентного газовихревого биореактора (ГВР). В ГВР была проведена ферментативная биоконверсия пшеничного и ржаного крахмалов (табл. 2).

Таблица 2

Результаты биоконверсии крахмалов в ГВР

№ п/п Сырье Длительность процесса, ч Среда Выход глюкозы, %

1 Пшеничный крахмал 6,0 Дистиллированная вода 36,0

2 16,0 66,0

3 26,0 87,0

4 42,0 98,0

5 6,0 Электроактивированная вода 89,0

6 12,0 95,0

7 16,0 98,0

8 --«--«--«--«-- 22,0 92,0

9 Ржаной крахмал 3,0 Дистиллированная вода 74,0

10 --«--«--«--«-- 6,0 96,0

11 9,0 94,0

12 24,0 76,0

13 3,0 Электроактивированная вода 82,0

14 6,0 99,0

15 9,0 97,0

16 24,0 90,0

Перемешивание реакционной массы осуществляется путем создания в реакторе трехмерного движения типа «вращающегося вихревого кольца» или «управляемого торнадо». Такой газовый вихрь формируется в реакторе центробежным активатором специальной конструкции.

Преимуществами таких аппаратов являются их универсальность, высокая экономичность, относительная простота эксплуатации, масштабируемость без потери качества технологического процесса. Г азо-вихревой биореактор успешно работает с вязкими жидкостями, а также с суспензиями, вязкость которых меняется десятки раз, что делает возможным его использование для производства сахаристых крахмалопро-дуков различного назначения.

Для России, обладающей огромными территориями и различными почвенно-климатическими условиями регионов, увеличение производства крахмала и крахмалопродуктов является важным элементом восстановления и подъема экономики. Это необходимо как для восполнения сахарного баланса страны, так и для производства других видов востребованной импортзамещающей продукции. При этом рост объемов выработки крахмала и сахаристых крахмалопродуктов должен базироваться на использовании прогрессивных инновационных технологий переработки местного сырья, выбор вида которого должен определяться условиями самообеспечения регионов.

Следует отметить, что за Уралом вообще отсутствуют какие-либо производства по получению сахаристых крахмалопродуктов.

Еще одним важным аспектом данной технологии является возможность получения пищевого этилового спирта, а из некачественного зерна - биоэтанола, в качестве горючего для автомобильного транспорта. Запасы невозобнавляемого природного сырья - нефти и газа - стремительно уменьшаются. Бензин и другая продукция, получаемая их этих источников, будет все время дорожать. Поэтому налаживание производства альтернативного горючего является актуальной задачей, тем более, если такое производство будет из возобновляемого сырья. На наш взгляд, таким перспективным источником горючего могут быть отходы лесоперерабатывающей и сельскохозяйственной промышленности.

Строительство комплексных предприятий по глубокой переработке крахмалосодержащего сырья позволит:

- дать гарантированный спрос на зерно в течение всего года, что стабилизирует цены на этот вид сельскохозяйственной продукции;

- повысить устойчивость всего агропромышленного комплекса;

- приведет к выпуску новых видов импортзамещающей продукции;

- даст толчок к развитию новых высокотехнологичных производств;

- приведет к появлению дополнительных рабочих мест на селе;

- уменьшит социальную напряженность в обществе;

- увеличит наполняемость местных и федерального бюджетов;

- повысит продовольственную безопасность России.

Литература

1. Андреев, Н.Р. Основы производства нативных крахмалов / Н.Р. Андреев. - М.: Пищепромиздат, 2001. -289 с.

2. Нахапетян, Л. Получение глюкозно-фруктозных сиропов из крахмалосодержащего сырья / Л. Нахапе-тян, И. Меняйлова // Биотехнология. - 1988. - Т. 4. - № 5. - С. 564-574.

3. Андреев, Н.Р. Эффективность производства сахаристых продуктов из кукурузы / Н.Р. Андреев, Л.Н. Баратова, В.Д. Гончаров // Пищевая пром-сть. - 1989. - № 1. - С. 46-48.

4. Фомин, В.А. Биоразлагаемые полимеры, состояние, перспективы использования / В.А. Фомин, В.В. Гузеев // Пластические массы. - 2001. - № 2. - С. 42-46.

5. Трегубов, Н.Н. Технология крахмала и крахмалопродуктов / Н.Н. Трегубов [и др.]. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. - 472 с.

6. Андреев, Н.Р. Прогнозные оценки развития крахмалопаточного производства / Н.Р. Андреев, Н.Д. Мукин, Л.Н. Медведева // Пищевая пром-сть. - 1999. - № 12. - С. 34-35.

7. Виноградов, К.И. Будущее российского крахмала / К.И. Виноградов // Пищевая пром-сть. - 2005. - № 8. -С. 46-47.

8. Патент РФ №2285725 от 20.10.2006 г. «Способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья».

----------+-------------