Влияние шелушения ржи на процесс ферментативного гидролиза крахмала сырья

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 664.73

Влияние шелушения ржи на процесс ферментативного гидролиза крахмала сырья

Л. Н. Крикунова,

д-р техн. наук; С. М. Рябова,

аспирант

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

Ключевые слова:

зерновые и микробные амилазы; ферментативный гидролиз крахмала; шелушение зерна. Keywords:

grain and microbial amylases; enzymatic hydrolysis of starch; scouring grains.

Реферат

В статье описывается влияние шелушения ржи на ферментативный гидролиз крахмала сырья. Показано, что частичное шелушение ржи (до 5% от общей массы сырья) повышает технологические свойства сырья: улучшает его микробиологические характеристики, снижает энергозатраты при получении качественных помолов, повышает ферментативную атакуемость крахмала.

Abstracts

The article describes the effect of scouring rye on the enzymatic hydrolysis of starch grains. It is shown that the partial scouring rye (up to 5% of the total weight of raw material) increases the technological properties of the raw material: it improves the microbiological characteristics, reduces energy consumption in the preparation of high-quality meal, increases the availability of enzymatic hydrolysis of starch.

Рожь (Беса1е сегеа1е) — злаковая культура, возделываемая преимущественно в странах Северного полушария. Лидеры по выращиванию ржи — Польша, Россия и Германия. В течение последних десяти лет объем мировой торговли рожью колебался в пределах от 0,7 млн до 2,4 млн т в год [1].

Рожь подразделяют на озимые и яровые сорта. Она считается культурой с пониженной урожайностью — 4,29— 4,93 т/га [2], однако ее преимущества заключаются в простоте обработки, низкой требовательности к почвам и удобрениям, а также хорошей морозоустойчивости. Высокая адаптационная способность ржи, стабильность получения урожая и зеленой массы, агротехническая значимость как хорошего предшественника ставят ее в ряд важнейших сельскохозяйственных культур.

В соответствии с ГОСТ 16990-88 рожь подразделяют на четыре класса: 1-3-й классы — продовольственная рожь, 4-й класс — фуражная рожь. Основной показатель, определяющий принадлежность ржи к определенному классу, — число падения. Данный показатель для ржи 1, 2, 3 и 4-го классов соответственно составляет более 200 с; 200-141 с; 140-80 с и менее 80 с. Число падения характеризует состояние углеводно-амилазного комплекса сырья, и в первую очередь активность а-амилаз ржи.

Известно, что основной потребитель продовольственной ржи — мукомольная промышленность, использующая для производства ржаной муки в основном рожь 1-го и 2-го классов. Продовольственная рожь 3-го класса, а также фуражная рожь 4-го класса традиционно применяется в качестве

ингредиента для производства комбикормов, однако потребности в ней данной отрасли ограничены из-за повышенного содержания в такой ржи так называемой сырой клетчатки, плохо усваиваемой животными. Также рожь широко используется при выработке кваса, безалкогольной продукции [3], отдельных видов спиртных напитков [4], в технологии пищевого этилового спирта [5].

Повышенная активность амилаз ржи, как известно, снижает качественные характеристики (сортность) ржаной муки. Напротив, в технологиях бродильных производств высокий уровень данного показателя — скорее позитивный фактор, так как позволяет при рациональных режимах переработки ржи проводить частичный гидролиз крахмала за счет собственных ферментов сырья, что особенно актуально при внедрении низкотемпературных способов получения зернового сусла. Другое преимущество использования ржи 3-го и 4-го классов в технологиях бродильных производств — стоимость. Так, по данным 2012 г., средняя цена ржи этих классов составила около 3,5-4,0 тыс. руб / т против 5,0-5,5 тыс. руб / т для фуражного зерна ячменя и пшеницы.

Несмотря на отмеченные преимущества, производство продукции из фуражного зерна, в том числе ржи, по перспективным энергосберегающим низкотемпературным схемам его переработки может быть сопряжено с проблемами микробиологического характера. Отечественными специалистами в последнее время предложен простой эффективный способ решения данной проблемы, основанный на частичном шелушении зерна [6]. Выявлена зави-

48 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2013

симость допустимой степени шелушения ржи (2-5% от общей массы) от влажности зерна, не влияющая на снижение выхода этанола из 1 т перерабатываемого сырья. Показано, что выделение внешних периферийных частей зерновки улучшает сырье и с позиции оценки его в качестве объекта дробления [7]. При равных энергозатратах получаемый из шелушеного зерна помол характеризуется повышенным содержанием мелких фракций и большей равномерностью гранулометрического состава.

Цель настоящей работы — исследования по выявлению влияния шелушения ржи на ферментативный гидролиз крахмала сырья зерновыми и микробными амилазами разжижающего и оса-харивающего действия.

Первый этап работы посвящен экспериментам по определению амилоли-тической активности (АС) в исходном зерне ржи и его фракциях, которую определяли с использованием калориметрического метода [8]. Цель постановки данных исследований состояла в том, чтобы выяснить, насколько существенно может быть снижение ферментативной активности сырья при дифференцированном разделении его на фракции. С использованием лабораторной шелушильной машины

марки А1-ЗШН-3 были получены следующие фракции:

• фракции I—IV — последовательное снятие с зерновки 5% внешних слоев;

• фракция V — чистая фракция эндосперма.

Данные, представленные в табл. 1 (приведенные на примере зерна с № = 10,5%), показывают, что максимальной активностью АС характеризуются фракции II и III. Вероятнее всего, при шелушении зерновой массы в эти фракции попадает часть зародыша и алейронового слоя, чем и объясняется установленный факт. Потери амило-литической способности при 5%-ном выделении фракции шелухи (рекомендуемой степени шелушения), напротив, минимальные (не превышают 3%).

Далее были проведены исследования, позволяющие выявить влияние 5%-ного снятия шелухи с зерна ржи на доступность крахмала действию ами лолитических ферментов.

Были выполнены две серии экспериментов:

• при гидромодуле сырье — вода 1:50, что исключало влияние реологических характеристик при получении сред с повышенной вязкостью;

• при гидромодуле 1:4, принятом в спиртовой отрасли при производстве сусла.

Таблица 1

Сырье Амилолитическая активность ед. АС/г сырья АС, % от общего содержания в зерне

Целое зерно 2,98 100

Фракция I 1,81 3,1

Фракция II 5,25 8,8

Фракция III 7,45 12,5

Фракция IV 3,02 5,1

Фракция V 2,47 66,3

Таблица 2

Продолжительность Содержание декстринов, мг/мл

гидролиза крахмала нешелушеная рожь шелушеная рожь

сырья, мин вариантI* вариант I** вариант II** вариантI* вариант I** вариант II**

20 0,186 0,139 0,114 0,204 0,176 0,134

40 0,254 0,156 0,135 0,231 0,185 0,171

60 0,248 0,149 0,220 0,247 0,182 0,201

* Гидромодуль 1:50. ** Гидромодуль 1:4.

Таблица 3

Продолжительность Содержание декстринов, мг/мл

гидролиза крахмала нешелушеная рожь шелушеная рожь

сырья, мин вариантI* вариант I* * вариант II** вариант I* вариант I** вариант II**

20 0,76 0,60 0,64 1,16 0,66 0,75

40 0,92 0,69 0,72 1,24 0,76 0,87

60 1,16 0,73 0,77 1,36 0,88 1,60

* Гидромодуль 1:50. ** Гидромодуль 1:4.

Гидролиз крахмала сырья осущест- I вляли как под действием собственных зерновых амилаз ржи (вариант I), так и при совместном действии зерно- I вых и микробных амилаз (вариант II). | В качестве ферментного препарата использовали Амил НТ 4000 N содержащий бактериальную мезофильную а-амилазу. Для получения сопоставимых результатов пробы после гидролиза, проведенные по варианту II, доводили до общего гидромодуля 1:50.

Установлено (табл. 2), что на процесс гидролиза крахмала при гидромодуле 1:50 практически не оказывает влияние вид сырья (нешелушеная или шелушеная рожь), что, скорее всего, связано с большим разведением технологической среды и отсутствием негативного воздействия экранирующих компонентов (гемицеллюлоз и отдельных фракций белков), содержащихся в поверхностных частях ржи, на гидролиз крахмала. Напротив, проведение процесса при принятом в спиртовой отрасли гидромодуле 1:4 зависит от биохимического состава используемого сырья. Содержание декстринов в пробах, полученных из шелушеной ржи, превышает их значение для проб, где в качестве сырья использовали нешелушеную рожь. Так, в образцах из шелушеной ржи, в которых гидролиз крахмала проходил под действием собственных амилаз (вариант I**), содержание декстринов по сравнению с пробами, полученными из нешелушеной ржи, в среднем возрастает на 20—25%.

Гидролиз крахмала сырья под действием зерновых и микробных амилаз (вариант II**) носит аналогичный характер, содержание декстринов возрастает на 10—25%.

Также в работе выявили влияние шелушения на доступность крахмала сырья процессу осахаривания, которое проводили с применением в-амилаз ржи, либо гидролиза зерновыми и микробными ферментами осахаривающего действия. В качестве последнего в данной серии использовали ферментный препарат Глюкомил Л 706.

Установлено (табл. 3), что на процесс осахаривания крахмала при гидромодуле, принятом в спиртовой отрасли, влияет вид сырья. В случае гидролиза крахмал под действием собственных ферментов ржи и микробной глюкоами-лазы (вариант II**) в пробе, подвергнутой 60-минутной выдержке, содержание сахаров возрастает примерно в 1,4 раза по сравнению с аналогичной пробой, полученной из нешелушеной ржи.

4 • 2013 ПИВО и НАПИТКИ 49

ТЕХНОЛОГИЯ'

Таким образом, проведенные исследования показывают, что частичное шелушение ржи (до 5% от общей массы) повышает технологические свойства сырья: улучшает его микробилогиче-ские характеристики, снижает энергозатраты при получении качественных помолов, повышает ферментативную атакуемость крахмала.

С аппаратурно-технологической точки зрения данный способ целенаправленного изменения технологических свойств зернового сырья не представляет трудностей для внедрения, так как требует дополнительного введения в схему только шелушильной машины — промышленно выпускаемого отечественного оборудования, широко используемого в крупяной отрасли. С энергетический точки зрения снятие до 5% фракции шелухи несущественно повышает затраты, которые компенсируются на стадии дробления сырья.

ЛИТЕРАТУРА

1. ййp••//www.uptrading.m/main/intemet_trejding_ па_АпашоууИ_гупкаИ / шТотамоппу^ blok_trejderamvestora/tovarnye_Iynki/rynok_ zernovyh_kultur/

2. Лаптева, Н. К. Современное производство и качество зерна ржи, новые сорта с улучшенными хлебопекарными свойствами муки/Н.К. Лаптева // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2000. — № 5. — С. 52—53.

3. Оганесянц, Л. А. Технология безалкогольных напитков: учеб. для вузов/Л. А. Оганесянц [и др.]. — СПб.: ГИОРД, 2012. — 344 с.

4. Ли, Э. Спиртные напитки: Особенности брожения и производства/Э. Ли, Дж. Пиготт (ред.); пер. с англ. под общ. ред. А. Л. Панасю-ка. — СПб.: Профессия, 2006. — 552 с.

5. Калинина, О.А. Разработка высокоэффективной малоотходной технологии этанола из зерна ржи на основе механокавитацион-ной обработки. Стадия приготовления замеса/О. А. Калинина, В. П. Леденев, Л. Н. Кри-кунова //Хранение и переработка сельхозсы-рья. — 2002. —№ 6. — С. 35-40.

6. Рябова, С. М. Способы повышения микробиологических характеристик сырья в спиртовом производстве/С. М. Рябова, Л. Н. Ша-бурова, И. С. Витол // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2013. — №2. — С. 11-12.

7. Крикунова, Л.Н. Сравнительная характеристика методов оценки прочностных свойств зерна/Л. Н Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2007. — № 4. — С. 48-52.

8. Полыгалина, Г. В. Технохимический контроль спиртового и ликероводочного производства/Г. В. Полыгалина. — М.: Колос. — 1999. — 334 с.

Общественный контроль параметров качества и безопасности российской пивоваренной продукции

I

т

г I

z « -

Национальному союзу производителей ячменя, солода, хмеля и пиво-безалкогольной продукции поручено до конца 2013 г. разработать и ввести систему постоянного общественного контроля параметров качества и безопасности российской пивоваренной продукции, а также сырья, используемого для производства пива., для проверки соответствия показателей российским и международным стандартам.

С этой целью представителями союза несколько раз в год в различных регионах Российской Федерации будет проводиться контрольная закупка пивоваренной продукции мелких, средних и крупных транснациональных производителей пива, а также производиться отбор образцов солода, хмеля и хмелепродук-тов, имеющих как российское, так и иностранное происхождение.

Любой отечественный потребитель пивоваренной продукции получит бесплатную возможность проверить качество приобретенной им пивоваренной продукции, отправив образец в адрес нашего союза. Образцы пива и сырья, используемого для производства пива, будут направляться в авторитетные международные научно-исследовательские учреждения, где будут исследованы по большому количеству параметров (к примеру: технологические процессы производства, содержание солода, несоложеного зерносырья и сахаросодержащих компонентов, органолептические, микробиологические и физико-химические свойства, соответствие заявленных на этикетке показателей пива и его состава содержимому, применение химических ферментных препаратов, карбонизация, сроки выдержки, альдегиды, наличие добавленного извне спирта и т.д.).

Через различные оптовые и розничные сети нами будут закупаться контрольные образцы, имеющие разные сроки розлива и реализации, упакованные в различные виды тары. Особое внимание будет уделено соответствию произведенных в Российской Федерации мировых пивных брендов их европейским и мировым аналогам, а также соответствию заявленных как «пшеничное», «безалкогольное», «темное» и пр. сортов пива предъявляемым к данной продукции международным требованиям.

Результаты системы общественного контроля будут регулярно предоставляться представителям СМИ, государственным органам федеральной и региональной исполнительной и законодательной власти, а также будут размещены на вебсайте Союза производителей ячменя, солода, хмеля и пивобезалкогольной продукции. Предприятиям, пивоваренная продукция которых будет признана соответствующей действующим нормам российского, а также международного законодательства, будет вручаться «Знак качества пивовара», а также сертификат соответствия.

Первая партия пивоваренной продукции будет закуплена представителями союза до конца августа 2013 г., результаты контрольной закупки будут доступны 20 сентября 2013 г.

Пресс-служба Национального союза производителей ячменя, солода, хмеля и пивобезалкогольной продукции

Г ПРОДАЕТСЯ

Фильтровальная установка для пива, тип ММS 050/075 manual

• Производство фирмы Handtmann.

• Выпуск 2011 года.

• Производительность 75 гл/ч.

• В комплекте — фильтры типа R-200, R-300.

• Была смонтирована на предприятии, но не эксплуатировалась.

Тел. (86196) 7-04-49, моб. +7-918-045-888-3

E-mail: golub@tihbeer.ru • www.tihbeer.ru

50 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2013