Разработка высокоэффективной технологии этанола из ржи с использованием янтарной кислоты. Часть I. Стадия получения сусла

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 664. 73

Разработка высокоэффективной технологии этанола из ржи с использованием янтарной кислоты

Часть I. Стадия получения сусла

Л. Н. Крикунова,

д-р техн. наук, профессор; С. М. Рябова

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

В. Г. Костенко,

канд. техн. наук ВНИИ крахмалопродуктов

Характер и глубина процессов, происходящих на стадии получения осахаренного сусла при переработке зерна в этанол, зависят от способов и режимных параметров переработки сырья, а также в значительной степени определяются его технологическими свойствами. В случае использования в качестве сырья ржи и получении осахаренного сусла по низкотемпературному способу, так называемому способу «холодного затирания», в технологическую схему производства этанола целесообразно ввести дополнительную стадию, основанную на частичном шелушении зерновки (5% снятия шелухи) [1-3].

В связи с тем, что шелушение зерна приводит к увеличению массовой доли крахмала в сырье, для получения сопоставимых результатов расчет гидромодуля целесообразно проводить не только по массе сырья, но и по содержанию крахмала в пробе. Принималось, что при равном содержании крахмала в пробе гидромодуль, соответствующий, 1:4 при применении не шелушенной ржи должен составлять 1:4,2 в случае переработки шелушенной ржи.

Предложенные параметры получения сусла по методу «холодного затирания» при использовании шелушенной ржи позволяют по ряду показателей (концентрация сусла, редуцирующие вещества, растворимый белок) превысить значения для контрольного образца сусла, полученного по

механико-ферментативному способу [4]. Однако при увеличении гидромодуля по 1:4,2 не удается достичь по основному показателю качества сусла (содержание общих редуцирующих веществ) значение контроля. Поэтому в работе рассмотрен вариант с применением дополнительных нетрадиционных технологических приемов, а именно, использования янтарной кислоты на стадии производства сусла.

Для этих целей были получены и проанализированы по основным показателям качества следующие образцы сусла:

контроль I (К1) — сусло, полученное по схеме механико-ферментативной обработки сырья по режиму Регламента с использованием исходной ржи (помол, характеризующийся 80-85 %-ным проходом через сито 1 = 1 мм, ферментные препараты Термамил БС — 0,2 ед. АС / г и Глюкомил Л — 6,5 ед. ГлС / г условного крахмала, гидромодуль 1:4);

контроль II (К11) — сусло, полученное по схеме механико-ферментативной обработки сырья по режиму Регламента с использованием шелушенной ржи (процесс вели аналогично контролю I, предварительно исходное зерно ржи подвергали шелушению со снятием 5 % шелухи, гидромодуль 1:4,2);

опыт I (01) — сусло, полученное из шелушенной ржи по схеме «холодного затирания» в соответствии с разработанными режимами (помол, характеризующийся

26 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2014

ТЕХНОЛОГИЯ

100%-ным проходом через сито d = 1 мм, ферментные препараты Термамил SC — 0,1 ед. АС/ г и Глюкомил Л — 4,0 ед. ГлС / г условного крахмала; температурный режим: 1-я пауза — при t = 45...50 °С — 2 ч, 2-я пауза — при t = 60.65 °С — 2 ч, гидромодуль 1:4,2);

опыт II (ОН) и опыт III (OUI) — сусло, полученное аналогично опыту I, на замес использован раствор янтарной кислоты с концентрациями соответственно 0,005 и 0,01 %. Выбор концентрации янтарной кислоты был сделан по результатам ее влияния на активность эндогенных и микробных амилаз [5].

Сравнительная характеристика показателей качества сусла приведена в таблице. Данные таблицы позволяют сделать основной вывод — разработанные режимы метода «холодного затирания» и применение янтарной кислоты при замесе позволяют, несмотря на вывод из основного технологического процесса фракции шелухи в количестве 5% от общей массы перерабатываемого сырья, получить сусло из шелушенной ржи с качественными характеристиками не ниже контрольных значений, а в ряде случаев их превосходящими.

Для обоснования эффективности использования янтарной кислоты

в технологии этанола и механизма ее действия на процесс гидролиза крахмала ржи в работе были проведены исследования с применением двух образцов крахмалов, полученных в лаборатории ВНИИ крахма-лопродуктов. Контрольный образец перед выделением крахмала из зерна подвергали замачиванию с применением воды; опытный — с использованием 0,01%-ного раствора янтарной кислоты.

Зерно ржи массой 200 г замачивали в воде (контроль) или 0,01%-ном растворе янтарной кислоты (опыт) при гидромодуле 1:2,5, в течение 24 ч при температуре 48.50 °С. По окончании времени замачивания зерно отделяли от экстракта и направляли на измельчение. Полученную массу разделяли на мезгу и жидкую фазу, которую направляли на желоб. На данной стадии отделяли глютен и растворимые вещества, проводили осаждение и промывку крахмала. Полученный сырой крахмал направляли на обезвоживание и дальнейшую сушку.

Микрофотографии выделенных образцов крахмала с использованием системы для микроскопии приведены на рис. 1. Подготовка проб включала нанесение и равномерное распределение крахмальной суспензии с подобранным гидромодулем (1:20) на предметное стекло

Показатель качества KI KII Образцы сусла 0I 0II 0III

СВ, % 16,2 15,9 16,0 16,0 16,0

РВ, % 9,8 10,8 11,5 11,6 11,7

ОРВ, % 14,5 14,2 13,8 14,5 14,8

Белок, мг% 38,5 40,2 119,0 119,6 121,6

Аминный азот, мг% 19,1 20,6 51,6 60,9 61,8

и микроскопирование с фиксацией изображения на цифровой фотоаппарат при увеличении х500.

Графический материал дает возможность увидеть визуальную разницу в крахмале контрольного и опытного образцов. Контрольный образец характеризуется крахмальными гранулами с плотной оболочкой, причем объединенными в конгломераты.Опытный образец крахмала имеет гранулы с более тонкой оболочкой, представленных в основном в виде отдельных зерен. Возможно, выявленная разница — это следствие гидролиза полимеров оболочки крахмала опытного образца под действием собственных ферментов ржи, активированных янтарной кислотой. Кроме того, это может быть результатом специфического воздействия янтарной кислоты на белковые вещества ржи и отдельные группы некрахмальных полисахаридов.

После исследования свойств проб крахмала, полученных из шелушенной ржи, с применением при замачивании воды или янтарной кислоты была выполнена серия экспериментов и снята динамика гидролиза контрольного и опытного образцов(рис.2,3)с использованием ферментного препарата Термамил БС.

Из представленных на рис. 2 и 3 фотографиях видно, что механизм гидролиза крахмала, полученного с применением янтарной кислоты, принципиально отличается от контрольного образца. Гидролиз контрольного образца в течение 30 мин сопровождается разрушением только единичных крахмальных гранул. Увеличение длительности процесса до 60 мин позволяет увеличить количество крупных гранул, имеющих разрушенную оболочку. Мелкие крахмальные зерна остаются незатронутыми. Напротив, гидролиз опытного образца крахмала проходит более интенсивно. Уже после 30 мин гидролиза в большей части крупных гранул отсутствует оболочка, разрушение крахмальных гранул проходит по-другому. Разрушение идет по всей поверхности крахмальной гранулы. На фотографиях, соответствующих 60-минутному гидролизу, четко видны «внутренние сферы» с так называемыми крестообразными структурами, что свидетельствует

4 • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 27

Рис. 2. Микрофотографии контрольного образца крахмала после гидролиза

Рис. 3. Микрофотографии опытного образца крахмала после гидролиза

о глубине гидролиза. Частично под- В целом, показана эффективность вергаются гидролизу крахмальные получения сусла из шелушенной зерна среднего и мелкого размера. ржи применения янтарной кислоты

по разработанным режимам низкотемпературного способа «холодного затирания», перспективного для реализации в практике отечественных спиртовых предприятий и учитывающего исходное качество фуражной ржи, используемой для производства пищевого этилового спирта в Российской Федерации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Крикунова, Л. Н. Низкотемпературный способ получения ржаного сусла/Л. Н. Крикунова, С. М. Рябова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2011. — № 2. — С. 14-16.

2. Крикунова, Л. Н. Шелушение зерна в технологии этанола / Л. Н. Крикунова, С. М. Рябова, О. С. Журба // Производство спирта и ликероводочных изделий. —

2012. — № 1. — С. 14-16.

3. Крикунова, Л. Н. Влияние шелушения ржи на процесс ферментативного гидролиза крахмала сырья/Л. Н. Крикуно-ва, С. М. Рябова // Пиво и напитки. —

2013. — № 4. — С. 48-52.

4. Рябова, С. М. Ресурсосберегающий способ переработки ржи в спиртовой отрасли/С. М. Рябова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2013. — № 4.

5. Рябова, С. М. Влияние янтарной кислоты на активность эндогенных и микробных амилаз/С. М. Рябова, Л. Н. Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2013. — № 12.

Разработка высокоэффективной технологии этанола из ржи с использованием янтарной кислоты. Часть I. Стадия получения сусла

Ключевые слова

гидролиз; крахмал; низкотемпературный способ получения сусла; рожь; спирт; шелушение; янтарная кислота.

Реферат

В статье описывается получение осахаренного сусла из шелушенной ржи по способу «холодного затирания» с применением янтарной кислоты. Для обоснования эффективности применения янтарной кислоты в технологии этанола и механизма ее действия на процесс гидролиза крахмала ржи в работе были проведены исследования с применением двух образцов крахмалов. Показано, что сусло получено по низкотемпературному способу с предложенными температурно-временными режимами и использованием на стадии замеса вместо воды раствора янтарной кислоты позволяет улучшить его качественные показатели.

Авторы

Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн, наук, профессор; Рябова Светлана Михайловна

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, institute@vniinapitkov.ru Костенко Владимир Георгиевич, канд. техн. наук ВНИИ крахмалопродуктов,

140051, Московская обл., Люберецкий р-н, пос. Красково, ул. Некрасова, д. 11

Development of High-Performance Technology of Ethanol From Rye Using Succinic Acid. Part I. The Step of Producing Wort

Key words

hydrolysis; starch; low-temperature process for producing wort; rye; alcohol; peeling; succinic acid.

Abstract

The article describes the preparation of wort saccharified hulled rye by the method of "cold mashing" with the use of succinic acid. To justify the effectiveness of succinic acid in ethanol technology and mechanism of its action on the hydrolysis of starch in the rye studies were conducted using two samples of starches. It is shown that the wort obtained by low-temperature process for the proposed time-temperature regimes and using the step of mixing a solution of water instead of succinic acid can improve its quality indicators.

Authors

Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor; Ryabova Svetlana Mihailovna

All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries, 7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, institute@vniinapitkov.ru Kostenko Vladimir Georgievich, Candidate of Technical Science All-Russian Research Institute of Starch

11 Nekrasova st., Kraskovo, Liuberetsky district, Moscow region, 140051

28 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2014