Расчет оптимальной дозы пропионовой кислоты при консервации зерна риса

Аналогичные данные получены для а-амилазы. При концентрации спирта 15% активность фермента за 48 ч в растворе с массовой долей его 1% снижается на 1-3% от исходной. При концентрации фермента 2-3% в тех же условиях активность его практически не изменяется. Другие концентрации спирта снижали активность к-амилазы в течение 72 ч инкубации не более чем на 1,5%.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования отечественных промышленных препаратов при совершенствовании технологии производства спирта. Осахаренное с использованием указанных препаратов сусло в объеме 900-930 см3 разделяли на твердую и жидкую фракции на центрифуге Л-301. Выход осветленного сусла с содержанием сухих веществ СВ 22-24% составил 58,0-58,5% от объема неосветленного осахаренного сусла. Выход дробины увеличился до 120-130% к массе введенного зернового сырья.

В целях нахождения оптимальных технологических параметров фракционирования дробину неоднократно промывали дистиллированной водой с температурой 80°С и центрифугировали. Характеристика промывных вод приведена в табл. 3.

Таблица 3

1.

Про- мывка I идро-модуль Сбраживаемые углеводы, г/100 см3 Содержание 2

плотность по сахаромеру, % раство- римые общие растворимого крахмала 3. г/100 см

1 1:(1-2) 8,0-9,5 6,0-8,2 6,1-8,4 0,05-0,19 4'

2 1:4 1,6-2,2 1,1-1,8 1,2-1,9 0;05-0,09 5-

3 1:3 0,5-1,0 0,4-0,5 0,4-0,5 6.

4 1:1 0,2-0,5 0,2 0,2 7. 8.

На основании полученных данных было решено 1-ю промывную воду добавлять в осветленное сусло, тем самым сокращая потери растворимого крахмала с утилизируемой дробиной и корректируя СВ

и сбраживаемые углеводы сусла. Гидромодуль 1-й промывной воды в зависимости от количества СВ начального сусла составляет 1:(1-2). После центрифугирования получаем 1-ю промывную воду с количеством СВ по сахаромеру 8-9,5% и содержанием растворимых сбраживаемых углеводов 6,0— 8,2 г/100 см . Выход дробины составил 91-95% к массе введенного зернового сырья. Влажность промытой дробины 75-79%.

После соединения 1-го осветленного сусла и 1-й промывной воды получили осветленное сусло с концентрацией СВ по сахаромеру 16-17% и содержанием сбраживаемых углеводов 12-14 г/100 см , которое далее ставили на брожение.

ВЫВОДЫ

1. Изучены промышленные препараты а-амилазы и глюкоамилазы и установлена возможность их применения для максимального осахаривания сусла в спиртовом производстве.

2. Показана целесообразность фракционирования осахаренного сусла с целью более полного использования крахмала, введенного с сырьем.

3. Предложен режим фракционирования сусла.

ЛИТЕРАТУРА

Технологический регламент для производства спирта из зерна (до брагоректификации) производительностью 6000 дал/сут. — М., 1993. — С. 29-30.

Рухлядева А.П., Полыгалина Г.В. Методы определения; активности гидролитических ферментов. — М.: Легкая и пищевая прбм-сть, 1981.

Книн Э. Амилазы, их свойства и производство. Химизм и технология крахмала. — М.: Пищепромиздат, 1956. — 338 с.

Микробные ферменты и биотехнология / Под ред. В.М. Фогарши. — М.: Агропромиздат, 1986. — С. 9-32.

Гугман Ф. Денатурация белков / Белки. Т. 2. / Под ред. Г. Нейрата и К. Бейли. — М., 1956.

Бекер М.Е. Введение в биотехнологию. — М.: Пищевая пром-ть, 1978.

Курс физической химии / И.Я. Герасимов, В.Н. Древинг, Е.М. Еременко и др. — М.: Химия, 1966.

Кретович В.Л., Яровенко В.Л. Ферментные препараты в пищевой промышленности. — М.: Пищевая пром-сть, 1975, — С. 445.,

Кафедра биотехнологии

Поступала 12.03.97

V..,,. ,.. 664.727.001.24

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗЫ ПРОПИОНОВОЙ КИСЛОТЫ ПРИ КОНСЕРВАЦИИ ЗЕРНА РИСА

Ю.Ф. РОСЛЯКОВ, И.А. ПАЛАГИНА

Кубанский государственный технологический университет Астраханский государственный технический университет

Пропионовая кислота ПК — поверхностно-активное вещество ПАВ, так как в состав ее молекулы входит полярная группа (—СООН—) и неполярная, состоящая из углеводородного радикала (СН3—СН2—). За счет полярной группировки ПК может гидратироваться и проявлять гидрофильные свойства. Неполярная часть молекулы гидрофобна и имеет сродство к неполярным растворителям, т.е. липофильна. За счет дифильных свойств ПК способна ориентироваться на поверхности в зави-

симости от полярности последней. Как и любое поверхностно-активное вещество, ПК на поверхности адсорбируется. Количество адсорбированной кислоты Г можно подсчитать по уравнению Ленг-мюра [1] '?

где Гж — предельная концентрация вещества, адсорбированного на 1 м2 поверхности, кмоль/м2;

Ь — константа, являющаяся мерой адсорбционной активности, характеризует сродство адсорбируемого вещества к поверхности адсорбента-с — концентрация раствора, кмоль/м .

П

лага

что

пове

зуль

ми і

нені

ют (.

груп

роди

пове

Лені

МИН]

Зі мож: одну на 1

01

С

Л. Д

п<

го пс где

М.

ства актиі <1о/1 ние,

где

При малой концентрации молекулы ПАВ располагаются на гидрофильной поверхности плашмя, что отвечает большей энергии взаимодействия с поверхностью. При большой концентрации в результате уменьшения расстояния между молекулами и взаимного отталкивания при полном заполнении мономолекулярного слоя молекулы образуют более плотную упаковку. При этом полярные группы обращены к воде, а неполярные углеводородные радикалы располагаются вертикально к поверхности, образуя так называемый ’’частокол Ленгмюра”. В таком положении они занимают минимальную площадь на поверхности.

Зная количество адсорбированного вещества Г, можно рассчитать площадь 5, приходящуюся на одну молекулу. Число адсорбированных молекул на 1м2 составляет /Ж, где — число Авогадро.

Отсюда

5 - 1

ГМ;

С увеличением Г величина 5 уменьшается и при Гх достигает минимального значения.

5 — *

“ г„К'

По Гх можно вычислить толщину д насыщенного поверхностного слоя

г^м

а - —

где М — молекулярная масса;

р — плотность адсорбированного вещества.

Между поверхностной концентрацией Г вещества и изменением поверхностного натяжения с активной концентрацией растворенного вещества йа/йс существует термодинамическое соотношение, выведенное Гиббсом:

г - £ ^

1 ЛТ йс ’

где /? — универсальная газовая постоян-

ная;

Т — абсолютная температура.

Зависимость поверхностного натяжения раствора ПК от ее концентрации представлена на рис. 1 (кривая /) и в табл. 1 [2].

Таблица 1

t=\Ь± 0,05 "С г = 25 ’С

С, моль/л (7, мн/м с, %(мол.) а, мн/м

0,0156 70,7 0,04 69,5

0,0312 69,5 0,11 67,7

0,0625 67,7 0,43 59,1

0,125 64,5 1,07 51,5

0,25 60,2 2,54 42,3

0,5 54,0

1,0 47,0

а„20 = 71,96-Ю-3 н/м при 25”С [3]

Рассчитывать значение Г удобнее всего графически [4]. Для этого в разных точках кривой

о = /(с) строят касательные и продолжают их до пересечения с осью ординат. Через точки, в которых проведены касательные, проводят прямые, параллельные оси абсцисс, и продолжают их до пересечения с осью ординат. Получают таким образом отрезок Z. Измеряют его длину. Величина отрезка X, выраженная в единицах поверхностного натяжения, равна

~ с

° йс '

Подставляя полученные значения Z в уравнение Гиббса, получим

Г -

_г_

ят

Данные, полученные по точкам 1, 2, 3, 4 (рис. 1, кривая /), заносим в табл. 2. Строим по ним изотерму адсорбции Г = /(с) (рис. 1, кривая 2).

«. 8«*Цс) —*-э.<*г*;с> -♦-2. г*сс)

Рис. 1

Таблица 2

С, моль/м3 г • ю3, н/м Г, моль/м2

60 21=71-67=4 г 4-10 3 , с, 1П_6 8,3143-298 Ш 10

150 22=69,75-62=7,75 г _ 7,75-Ю-3 6 '2 8,3143-298 '3’1'3 10

290 23=67-56,5=10,5 _ 10,5 -10 3 ,П_6 3 8,3143-298 ’

350 24=66,5- -54,75=11,25 _ 11,25-10 3 1Л-6 4 8,3143-298 ’

Так как кривая Г — /(с) при всех значениях концентраций не имеет точки перегиба, ее можно выразить уравнением Ленгмюра, для которого найдем постоянные Гх и Ь. Их можно рассчитать, подставив известные значения Г и с в уравнение Ленгмюра и решив систему уравнений с двумя неизвестными.

Г = Г

1 1 1 а

Г = г

1 4 1 а

Ьс,

I + Ьс1 Ьс4 1 + Ьс'

Из (1) уравнения

=

Г,(1 + Ц) Ьс.

Подставим полученное значение в уравнение

/^(1 + 6с,)6с4

Ьсх( 1 + Ьс4) ' ^

Сократив Ь в числителе и знаменателе, получим Г,(1 + Ьс{)с^

ГЛ =

с,

Подставим значение Г,, Г4, с, и с4 в уравнение (5) и найдем значение постоянной Ь:

А ** 1П-6 _ 1,6М0~6

4,54-10^-60 + 4,54-10~6-606-350 =

= 1,61-10_6*350( 1 + 606). 4,54-10~6-606-350 - ЬбМО^-бОб-ЗбО =

= 1,61 • 10-6-350 - 4,54-10~6-60.

Ь =

1,61-10“ -350-4,54-10“ -60

60-350

=К- = 4,73-10‘

Подставив полученное значение Ь в уравнение (3), найдем значение Г-

1,61 -10_6

2,07-10"

4,73-10“ -60

- = 7,29-10'

/ 2 моль/м .

0,2838

Можно определить постоянные Г я Ь графически. Для этого преобразуем уравнение Ленгмюра

г г Ьс

7 +Ьс Разделив концентрацию на оое части уравнения:

с_ _ с

Г ~ ГхЬс ' Получим уравнение

1

1

Г Гкь I\

Значения величин с/Г в зависимости от с представлены в табл. 3.

Таблица 3

с, моль/м3

с/Г. 1Д

60

150:

290

350

—------= 37,27-106

1,6-10-6 150-

3,13-10

290

4,24-10'

-6

= 47,92-10ь

= 68,4 • 10~6

= 77,09-10-6

Л - Ь

4,54-10

Построив график зависимости с/Г - /(с), получим прямую линию (рис. 1, кривая 3), отсекающую на оси ординат отрезок, равный } Соглас-

но графику

1

Г „Ь

28-105

Величину Г„ можно найти, определив ^а, где а — угол наклона линии к оси абсцисс. Построив прямоугольный треугольник, имеющий гипотенузой построенный график, и взяв в масштабе графика отклонение прилежащего катета к противолежащему, найдем значение Гх:

г + 305 150 7 „ 6

Г- ~ ° (70-50). 10ь = 7-75' Ю

Зная Гх, найдем величину Ь:

6 = 1 1

моль/ м2.

7,7-10~ь-28-10ь

4,6-10“

Г^-28-10

Определим толщину адсорбционного слоя

а =

Г„М 7,75-10_6- 74

Р

0,992-106

= 5,78- Ю“|0м - 5,78А,

где М — молярная масса ПК (74 г/моль);

р — плотность ПК при 25°С (0,992 г/см3, или 0,992-106 г/м3). Площадь, приходящаяся на долю одной адсорбированной молекулы, равна

5 = _1________=

ГХЫ. 7,75-10—6 - 6,02 • 1023

0о

= 21,4- Ю~20м2 = 21,4А Зная площадь, приходящуюся на долю одной адсорбированной молекулы ПК при плотной упаковке, можно рассчитать оптимальное количество ПК, необходимой для полного заполнения поверхности рисовой зерновки.

Зерновку риса можно представить как эллипсоид (рис. 2) [5].

Размеры рисовой зерновки: 2Ь 1,2-3,5 мм, 2а 4-10 мм.

2-3,14-1,75(1 +

0,936

arcsin 0,936) =

- 24,057мм" = 24,057 •10_6м2 . Определим, сколько молекул ПК может расположиться на поверхности зерновки, если образуется плотный слой из ее молекул:

5, 24,057-10-6 14

\ , - - —— = 1,124-10 молекул,

21,4-10

где 5 — площадь, приходящаяся на долю

одной адсорбированной молекулы ПК (21,4-Ш 20 м2).

По закону Авогадро 1 моль вещества содержит 6,02-1023 молекул. Отсюда найдем количество молей ПК х, в которых содержится 1,124-1014 моле-кул:

Г = 6 02^10^ = 0’1867'10"9 моль-1 моль ПК весит (округленно) 74 г. Следовательно, на одну зерновку потребуется 13,82-10~9 г ПК при условии образования монослоя:

Расчеты будем производить по максимальным размерам: 2а 10 мм, 26 3,5 мм.

Поверхность эллипсоида рассчитываем по формуле

5 = 2лЬ (1 + -^ агсэт Е) ,

Е

где Е — эксцентриситет эллипса.

Е эллипса находим по формуле

с\

Найдем значение Е: г у25-Х0Ш5 4,68

5 5 ' 5 ~ и,узь,

эгсвт 0,936 = 0,2226.

Поверхность рисовой зерновки равна:

0,1867 J_0 - 74

1

= 13,82-10 г.

Далее можно рассчитать, сколько зерновок содержится в 1 см3, 1 м3, и подсчитать, сколько потребуется ПК для защиты этого количества риса от микроорганизмов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дулицкая Р.А., Фельдман Р.И. Практикум по физической и коллоидной химии. Учеб. пособие для нехимических вузов. 2-е изд., перераб., испр. и доп. — М.: Высш. школа, 1978. — 296 с.

2. Поверхностно-активные вещества: Справочник / А.А. Аб-рамзон, В.В. Богданов, Г.М. Гаевой и др. / Под ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого. — Л.: Химия, 1979. — 376 с.

3. Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. Учеб. пособие для ин-тов. — М.: Высш. школа, 19/3. — 208 с.

4. Краткий справочник физико-химических величин. 8-е изд., перераб. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. — Л.: Химия, 1983. — 232 с.

5. Рывкин А.А., Рывкин А.З., Хренов JLC. Справочник по математике / Под общ. ред. Л.С. Хренова. — М.: Высш. школа, 1964. — 520 с.

Кафедра биохимии и технической микробиологии Кафедра органической, биологической и физколлоидной химии

Поступила 23.10.97

664.144:664.292.063.6

ОБРАЗОВАНИЕ ПЕКТИНОВОГО СТУДНЯ

А.В. ЗУБЧЕЫКО

Воронежская государственная технологическая академия

До сих пор механизм образования пектиновых веществ рассматривался как процесс коагуляции коллоидных частиц. Неправильно объяснялась роль в нем сахара и кислоты, а многие другие вопросы не раскрывались. В данной работе впервые сделана попытка объяснить механизм студне-образования при получении мармеладо-желейных масс на основе теории ДЛФО.

В горячей фруктово-желейной массе студнеобразующее вещество находится в растворенном состоянии. Его молекулы покрыты гидратными {сольватными) оболочками. Под действием теплового движения они беспорядочно перемещаются в дисперсионной среде, которой является водный раствор сахара, кислоты, экстрактивных веществ фруктово-ягодного пюре.

Карбоксильные группы пектиновых веществ способны диссоциировать на ионы, поэтому значи-

тельная часть молекул представляет собой высокомолекулярные анионы, так как несут на своей поверхности отрицательный заряд с величиной потенциала. Вокруг пектиновых молекул возникает электрическое поле, которое притягивает из раствора катионы и отталкивает анионы. Следовательно, в водной оболочке, покрывающей пектиновые молекулы, образуется двойной электрический слой толщиной 1/Х, где X — величина, обратная

дэс.

Водные растворы студнеобразователей относятся к лиофильным дисперсным системам. Их лио-фильность обусловлена тем, что на поверхности молекул пектиновых веществ, других студнеобразователей находится много полярных групп. На границе раздела таких веществ с водной фазой возникает низкое межфазное натяжение, поэтому высокомолекулярные вещества, к которым относятся студнеобразователи, не обнаруживают значительной тенденции к ассоциации, поскольку агрегирование мицелл не сопровождается значи-