Анализ технологических факторов, влияющих на качественный состав пищевой клетчатки при переработке зерна на спирт

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

УДК 663.52

DOI: 10.24411/2072-9650-2019-10003

Анализ технологических факторов, влияющих на качественный состав пищевой клетчатки при переработке зерна на спирт

М.В. Туршатов, канд. техн. наук; ВА. Кривченко, канд. техн. наук; А.О. Соловьев

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, Москва

Дата поступления в редакцию 30.07.19 Дата принятия в печать 20.12.2019

*lab78@mail.ru

© Туршатов М.В, Кривченко В.А., Соловьев А.0,2019

Реферат

В настоящее время сырьем для производства спирта на пищевые цели преимущественно служат зерновые культуры, такие как рожь, пшеница, кукуруза и т. д. В ходе технологического процесса используют только крахмалистую часть зерна. Нерастворимая часть, в том числе и клетчатка, транзитом проходит через весь процесс и остается в качестве побочного продукта, который, в свою очередь, имеет весьма высокую пищевую и кормовую ценность. В случае применения зерновой клетчатки в качестве источника пищевых волокон для обеспечения их безопасности необходимы более жесткие требования к качеству зерновых культур и способам их очистки. Существующие схемы очистки зерна обеспечивают в основном удаление макропримесей, что недостаточно. Для минимизации негативного влияния микропримесей необходима разработка актуальных способов более глубокой очистки зерна. Альтернативой глубокой очистке зерна для снижения микробиологической засоренности служит широкий ряд антибиотических средств. Данная полумера дает временный эффект, поскольку микрофлора эффективно адаптируется к применению одних и тех же препаратов и создает ряд других проблем, которые связаны с последующим обнаружением антибиотических средств в готовой продукции. В ряде государств ограничено применение антибиотиков для подавления развития посторонней микрофлоры в процессах спиртового производства, в России данная проблема изучена недостаточно. Более глубокий анализ и исследования, посвященные применению зерновой клетчатки на пищевые цели, позволят скорректировать режимы спиртового производства и разработать алгоритм управления качеством зерновой клетчатки, что позволит целенаправленно создавать ее свойства с учетом последующего применения.

Ключевые слова

антибиотики; зерновая клетчатка; микропримеси зерна; пищевые волокна; спиртовое производство. Благодарности

Исследования проведены за счет средств субсидии на выполнение государственного задания в рамках Программы Фундаментальных научных исследований государственных академий наук (тема № 0529-2019-0066).

Цитирование

Туршатов М.В, Кривченко В.А, Соловьев А.О. (2019) Анализ технологических факторов, влияющих на качественный состав пищевой клетчатки при переработке зерна на спирт // Пиво и напитки. 2019. № 4. С. 65-68.

Analysis of Technological Factors Affecting on the Qualitative Composition of Dietary Fiber in^Grain Processing for Alcohol

M. V. Turshatov, Candidate of Technical Science; VA. Krivchenko, Candidate of Technical Science; A.O. Soloviev

All-Russian Research Institute of Food Biotechnology - a branch of the Federal research Center of food, biotechnology and food safety, Moscow

Received: July 30,2019 Accepted: December 20,2019

*lab78@mail.ru

© Turshatov M. V,, Krivchenko VA, Soloviev A. O,2019

Abstract

Currently, for the production of alcohol for food purposes, mainly used feed crops, such as rye, wheat, corn, etc. During the process, only the starchy part of the grain is used. The insoluble part, including fiber, transits through the whole process and remains as a by-product, which in turn has a very high nutritional and feed value. In the case of the use of grain fiber as a source of dietary fiber, to ensure their safety, more stringent requirements are imposed on the quality of grain crops and methods for their purification. Existing grain cleaning schemes mainly provide for the removal of macro-impurities, which is not enough. To minimize the negative effects of micronutrients, it is necessary to develop topical methods for deeper cleaning of grain. An alternative to deep cleaning of grain, to reduce microbiological contamination using a wide range of antibiotic agents. This half-measure gives a temporary effect, since the microflora effectively adapts to the use of the same preparations and creates a number of other problems that are associated with the subsequent turnover of antibiotic drugs in the finished product and its consumers. In some states, the use of antibiotics to suppress the development of extraneous microflora in alcohol production processes is already limited and even prohibited. In Russia this problem has been studied extremely superficially. After more in-depth analysis and research on the use of grain fiber for food purposes, you can adjust the regimes of alcohol production and develop an algorithm for managing the quality of grain fiber, which will allow you to purposefully create its properties with regard to subsequent use.

Keywords

antibiotics; grain fiber; grain microimpurity; dietary fiber; alcohol production.

ISSN 2072=9650

4•2019

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 65

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА"

Acknowledgements

The studies were carried out at the expense of the subsidy for the fulfillment of the state task within the framework of the Fundamental Scientific Research Program of the State Academies of Sciences (topic No. 0529-2019-0066).

Citation

Turshatov M.V, Krivchenko V.A., Soloviev A.O. (2019) Analysis of Technological Factors Affecting on the Qualitative Composition of Dietary Fiber in Grain Processing for Alcohol // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2019. No. 4. P. 65-68.

Основным сырьем при производстве этилового спирта на пищевые цели служат зерновые культуры: рожь, пшеница, кукуруза, тритикале. Компонентный со-

став зернового сырья представлен в табл. 1.

В процессе водно-тепловой, ферментативной обработки сырья экстрактивные вещества переходят в

раствор, полисахариды гидролизуют-ся до моносахаров, которые спиртовыми дрожжами превращаются в спирт и углекислоту. Нерастворимая часть зерна, в первую очередь клетчатка, транзитом проходит через технологический цикл, дополнительно обогащаясь на стадии брожения дрожжевой биомассой [1].

После отгонки спирта из бражки остаются нерастворимые и растворимые части зерна, которые имеют значительную пищевую и кормовую ценность. Кормопродукты, получаемые на их основе, достаточно изучены и находят широкое применение в рационах сельскохозяйственных животных и птицы. Также известно о полезных свойствах клетчатки, отрубей, различных зерновых культур. Естественно, возникает вопрос о свойствах зерновой клетчатки, оставшейся в виде нерастворенного остатка при переработке зерна на спирт. Важным фактором служит качество исходного зерна. Отруби, как правило, образуются при переработке продовольственного зерна. Для получения спирта преимущественно используют фуражные зерновые культуры, включая некондиционные. В случае применения зерновой клетчатки в качестве источника пищевых волокон для обеспечения их безопасности необходимы более жесткие требования к качеству зерновых культур и способам их очистки [2].

В текущий период структура перерабатываемого спиртзаводами сырья имеет следующий вид: рожь — 20 %; пшеница — 35; кукуруза — 40; остальные культуры — 5 %. Зерно, поступающее в производство, содержит ряд примесей. Их состав и классификация представлены на рис. 1.

Проведенные ранее исследования [3] по влиянию вида зерна и его качества на образование побочных продуктов в этиловом спирте показывают, что вид зерна оказывает гораздо меньшее влияние, чем его качество, на состав побочных примесей. Существующие схемы очистки зерна в спиртовом производстве преимущественно обеспечивают удаление макропримесей, согласно представленной класси-

Таблица 1

Химический состав зерновых культур, %

Показатель Культура зерна

Рожь Пшеница Кукуруза Тритикале

Массовая доля влаги, не более 15,5 15,5 20,0 14,0

Крахмал 48,0-57,0 48,0-57,0 58,0-60,0 52,0-62,0

Сахара (на сухое вещество) 5,0 4,3 3,0 5,0

Жир 1,7 1,9 4,6 2,0

Пентозаны 10,0 6,2 6,0-8,0 6,5-10,0

Белок 9,0 12,1 9,9 14,5

Клетчатка 1,9 1,9 2,2 1,9

Зола 1,8-4,7 1,8 1,2-1,3 1,7-4,5

Гумми и слизи 1,7 1,9 4,4 1,8-2,1

Примеси

Макропримеси

Микропримеси

Зерновая примесь

Химические

Микробиологические

Битые, проросшие, объеденные зерна основной культуры

Зерна, поврежденные при сушке или в результате самосогревания

В пшенице зерна ржи и ячменя, во ржи - зерна ячменя

Морозобойные

Бактерии

Плесневые грибы

Давленые

Токсины

Минеральная

Металлическая

:

Зерна различной степени дефектности, пораженные плесневыми грибами

Органическая

Испорченное зерно пшеницы, ржи, ячменя

Изъеденное вредителями с выеденным эндоспермом

Вредные примеси

J

Семена дикорастущих растений

Грибы-паразиты

Рис. 1. Классификации примесей зерна

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES

4•2019

ISSN 2072=9650

Микропримеси

Микробиологические

Химические

Промывка

Дезинфекция

-

Промывка

Обработка паром

Обработка инфракрасными лучами

Обработка ультрафиолетовыми лучами

Обработка дезинфицирующим раствором

Обработка озоном

Рис. 2. Схема глубокой очистки зерна от микро- и макропримесей

Макропримеси

Зерновые примеси

Сорные примеси

Просеивание на ситах

¡Л

Разделение по магнитным свойствам

Разделение по аэродинамическим свойствам

Разделение по плотности

Разделение по размерам

Таблица 2

перечень антибиотических средств и их дозировка

препарат действующее вещество дозировка, г/м3

«Фриконт», ООО «Органика» (Украина) Бензилпенициллин калия/натрия, 60-80%; оксациллин натрия, 60-80%; феноксиметилпенициллин, 60-80%; бензоат натрия 20-40% 1-2

«Септрол», ООО «Биоспектр» (РСО-Алания), ТУ 9340-001-75944902-2007 Комплекс антибиотиков: 7ф-а-аминофенил-ацетамидо)-3-метил-3-цефем-4-карбоновой кислоты моногидрат; 5^ 6R)-3,3-диметил-7-оксо-6-[(фенилацетил) амино]-4-тиа-1-азабицикло[3.2.0] гептан-2-карбоксилат натрия 0,5-2

«Нобак» ТУ У 24.2-31339253.002-2003 Цитросайд А (экстракт грейпфрута С19 Н3008); 5^ 6R)-3,3-диметил-7-оксо-6-[(фенилацетил) амино]-4-тиа-1-азабицикло[3,2,5] гептан-2-карбоксилат натрия; бензоат натрия 1-2

«Бетасепт», «ПромАсептика» (г. Казань), ТУ 2381-001-92287788-14 Многокомпонентная смесь антисептирующих, транспортирующих веществ и веществ адсорбции 1-2

«Лактрол», РЫЬга №ет (США) Вирджиниамицин 1-3

фикации примесей зерна. Для минимизации влияния микропримесей на качество зерновой клетчатки необходима разработка дополнительных требований к перерабатытаемому зерну и способов более глубокой его очистки. На рис. 2 приведена структура способов очистки зерна от микро- и макропримесей [4].

Для снижения влияния микропримесей зерна, особенно микробиологических, в настоящее время достаточно широко применяют антисептические антибиотические средства. Как пока-зытает практика, это дает временным технологический эффект — снижается нарастание кислотности и, соответственно, уменьшаются потери углеводов. Но, из производственного опыта также хорошо просматривается тенденция к адаптации посторонней микрофлоры и снижению эффекта применяемык антибиотиков. Для обе-

спечения постоянного эффекта целесообразно применять поочередно различные антибиотики.

Перечень антибиотиков, применяемый на российских спиртовык заводах, приведен в табл. 2.

Но при этом возникают вопросы: Что происходит с антибиотиками в процессе переработки сырья? Каково их содержание в получаемых кормопродуктах, спирте, зерновой клетчатке? Результатами исследований ученык из США доказано наличие остаточнык количеств антибиотических препаратов в указанных продуктах, что стало основанием для ограничения применения антибиотиков с целью подавления развития посторонней микрофлоры в процессах спиртового производства [5]. Ситуация с применением антибиотиков на спиртовык заводах России требует изучения.

Помимо вида сырья, его качества и степени очистки, применяемы« вспомогательный материалов на качество зерновой клетчатки могут также оказывать влияние и технологические факторы: степень измельчения сырья, режимы водно-тепловой обработки, дрожжегенерации, брожения, браго-ректификации, переработки барды и особенно способ ее сушки.

Все вышеуказанные факторы служат предметом проводимых во ВНИИПБТ исследований, актуальность которык заключается в том, что несмотря на недостаточность даннык о физико-химическом составе зерновой клетчатки спиртового производства, уже имеется положительный опыт ее применения в хлебобулочном и кондитерском производстве в качестве пищевой добавки. Обладая высокой энтеросорбционной активностью, зерновая клетчатка способствует ослаблению действия различнык токсинов и выведению их из организма человека [6].

Результаты исследований сырья и режимов его переработки позволят разработать алгоритм управления качеством зерновой клетчатки и создавать целенаправленно ее свойства с учетом последующего применения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кононенко, В. В. О производстве и перспективах применения этилового спирта в России / В. В. Кононенко, М. В. Туршатов,

B. П. Леденев, [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2018. — № 2. —

C. 44-47.

2. Лукин, Н.Д. Зерновой экстракт как сырье для получения кормовых добавок / Н. Д. Лукин, В. Г. Гольдштейн, Р. В. Уланова,

ISSN 2072=9650

4•2019

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА"

[и др.] // Хранение и переработка сельхоз-сырья. - 2015. - № 12. - С. 6-10.

3. Туршатов, М. В. О микробиологической чистоте и безопасности продуктов спиртового производства / М. В. Туршатов,

B.А. Кривченко, А.О. Соловьев, [и др.] // Пищевая промышленность. — 2019. — № 4. —

C. 110-111.

4. Туршатов, М.В. Исследование влияния вида и качества зернового сырья на показатели барды, образующейся при производстве этилового спирта / М. В. Туршатов, А. О. Соловьев, В. В. Кононенко, [и др.] // Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». — Москва, 2019. — С. 530-532.

5. FDA sampling distillers grains for presence of antibiotic residues // National Grain and Feed Association. — Washington D. C., 2010. — p. 2.

6. Ивлева, А. Р. Адсорбционные свойства пищевой клетчатки, полученной из вторичных ресурсов переработки зерновых культур / А. Р. Ивлева, З. А. Канарская, В. М. Ге-

матдинова // Вестник Технологического университета. — 2016. — Т. 19. — № 16. — С. 118-120.

REFERENCES

1. Kononenko VV, Turshatov MV, Ledenev VP, [et al.]. O proizvodstve i perspektivah prime-neniya etilovogo spirta v Rossii [On the production and prospects for the use of ethyl alcohol in Russia]. Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya, 2018, no. 2, pp. 44-47.

2. Lukin ND, Gol'dshtejn VG, Ulanova RV, [et al.]. Zernovoj ekstrakt kak syr'e dlya polucheniya kormovyh dobavok [Grain extract as raw material for feed additives] Hranenie i pere-rabotka sel'hozsyr'ya, 2015, no. 12, pp. 6-10.

3. Turshatov MV, Solov'ev AO, Kononenko VV, [et al.]. Issledovanie vliyaniya vida i kachestva zernovogo syr'ya na pokazateli bardy, obra-zuyushchejsya pri proizvodstve etilovogo spirta [Investigation of the influence of the type and quality of grain raw materials on

the indices of bards, formed during the production of ethyl alcohol]. The proceedings of International congress «Biotechnology: state of the art and perspectives». Moscow, 2019.

4. Turshatov MV, Krivchenko VA, Solov'ev AO, [et al.]. O mikrobiologicheskoj chistote i be-zopasnosti produktov spirtovogo proizvod-stva [About microbiological purity and safety of distillery products] Pishchevaya promysh-lennost', 2019, no. 4, pp. 110-111.

5. National Grain and Feed Association. 2010. FDA sampling distillers grains for presence of antibiotic residues. National Grain and Feed Association, Washington D. C., 2010, p. 2.

6. Ivleva AR, Kanarskaya ZA, Gematdinova VM. Adsorbcionnye svojstva pishchevoj kletchatki, poluchennoj iz vtorichnyh resursov pererabot-ki zernovyh kul'tur [Adsorption properties of dietary fiber, obtained from the secondary resources of grain processing]. Vestnik Tekh-nologicheskogo universiteta, 2016, vol. 19, no. 16, pp. 118-120. (In Russ.) &

Авторы

Туршатов Михаил Владимирович, канд. техн. наук;

Кривченко Вера Александровна, канд. техн. наук;

Соловьев Александр Олегович

ВНИИ пищевой биотехнологии -

филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи,

111033, Россия, Москва, ул. Самокатная, д. 4б, lab78@mail.ru

Authors

Mihail V Turshatov, Candidate of Technical Science; Vera A. Krivchenko, Candidate of Technical Science; Aleksandr 0. Soloviev

All-Russian Research Institute of Food Biotechnology - a branch of the Federal Research Center of Food, Biotechnology and Food Safety 4-B, Samokatnaya Str., Moscow, 111033, Russia, lab78@mail.ru

68 ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES

4•2019

ISSN 2072=9650