Механические и биотехнологические способы выделения фракции некрахмальных полисахаридов зерна, перерабатываемого в этанол

664.76

МЕХАНИЧЕСКИЕ И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ

ВЫДЕЛЕНИЯ ФРАКЦИИ НЕКРАХМАЛЬНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ЗЕРНА,

ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОГО В ЭТАНОЛ

ЕМ. МАКСИМОВА, ЛИ КРИКУНОВА,

ЕМ. МЕЛЬНИКОВ

Московский государственный университет пищевых производств

Традиционная технология получения пищевого этилового спирта, по которой до сих пор работают многие спиртовые заводы, уже не может отвечать требованиям жесткой конкурентной борьбы в условиях рыночной экономики. На протяжении ряда лет продолжается ее совершенствование. Усилия ученых направлены на процессы биотрансформации углеводов используемого сырья в искомый продукт [1, 2]. Другим направлением исследований является комплексная переработка зерна на несколько продуктов. В настоящей работе были изучены способы освобождения зерна от большей части некрахмальных полисахаридов перед переработкой на спирт с применением выделяемой фракции в производстве высококачественных комбикормов.

Исследование методов выделения фракции некрахмальных полисахаридов проводили по схеме (рисунок) на трех видах зерна — пшенице, ржи и ячмене. Известно, что рожь и ячмень содержат повышенное количество некрахмальных полисахаридов. Кроме того, в состав ржи входят слизи, которые образуют высоковязкие растворы и тем самым существенно влияют на ход технологического процесса. В выделенной фракции опре-

деляли содержание крахмала по редуцирующим веществам РВ. Таким образом, отделение некрахмальных полисахаридов связано с определенными потерями крахмала, причем величина потерь зависит как от применяемого оборудования, так и от структурно-механических особенностей каждого вида зерна.

Таблица 1

Зерно Проход Модуль крупности Содержание фракции. % Содержание РВ, %

1 0.8176 37.37 15,0

Пшеница 'У 0,7454 19,78 16,5

3 0.6654 12.68 27.0

1 0.8847 38,3 4,5

Ячмень 2 0,7666 25,4 5,5

А ‘ 3 0.7382 16,9 7,0

В табл. 1, 2 представлены результаты исследования выделения фракции некрахмальных полисахаридов способом дробления (на молотковой дробилке и вальцовом станке) с последующим рассевом помола через сито с диаметром отверстий 1 мм. Разрушение зерна в молотковой дробилке (табл. 1) происходит в результате ударов стальных молотков по зерну, ударов частиц о кожух дробилки и путем истирания их о штампованное сито. В вальцовом станке (табл. 2) зерно измельчается в клиновидном пространстве, разрушение частиц происходит

Зерн

Гііік

Рожі

Ям»

подд лено, муюс дробі вали, ных с ку. й прох< штам позве ридої дробі стий' лав З малы этот с

Вс

вальи

цовы

позво

ЛОЧК)

няя зг сниж< чинае жени фракі крахх однаь ня.

Др

харщ

вальн

Врег

64.76

[ веще-[ЫХ по-1крах-именя-ческих

Ьлица 1

жание

1%

.5.0

6.5 !7,0

5.5 7,0

ания )В спо-цовом сито с юлот-щаров /хдро-ито. В слино-:ходит

Таблица 2

Зерно Зазор Модуль крупности Содержание фракции. % Содержание РВ, %

0,10 0,3894 8,50 11.78

Пшеница 0,20 0,4090 12,10 11,97

0,25 0.4602 18,90 12,82

0.001 0,4319 10,50 13,76

Рожь 0,10 0.4802 16,10 21,75

0.20 0,5546 26,40 29,50

0.10 0,5106 8,66 5,40

Ячмень 0,20 0,6786 7,90 5,35

0,40 0.6824 17,58 5.75

0,60 0,8784 34,04 620

под действием деформации сжатия и сдвига. Установлено, что наибольшее количество крахмала в отделяемую фракцию переходит при дроблении на молотковой дробилке. В этом случае степень помола контролировали диаметром установленных в машине штампованных сит, а также количеством проходов через установку. Использовали сита диаметром 1 и 2 мм, количество проходов от 1 до 3. Мелкий помол с использованием штампованного сита с диаметром отверстий 1 мм не позволил выделить фракцию некрахмальных полисахаридов. В образцах зерна, прошедших через молотковую дробилку с штампованным ситом с диаметром отверстий 2 мм, некрахмальная фракция пшеницы содержала в 3 раза больше сбраживаемых углеводов, чем некрахмальная фракция ячменя (16,5 против 5,5%). Поэтому этот способ можно рекомендовать только для ячменя.

В случае применения рассева после дробления на вальцовом станке потери крахмала сокращаются. Вальцовый станок по сравнению с молотковой дробилкой позволяет в меньшей степени измельчать внешнюю оболочку зерна. Процесс дробления контролировали изменяя зазор между вальцами от 0,001'до 0,6. Для ячменя снижение содержания крахмала в дробленом зерне начинается с 25%-й фракции всего на 3,3%, а для ржи снижение содержания крахмала происходит уже с 10%-й фракции. Таким образом, данный способ выделения некрахмальных полисахаридов нецелесообразен для ржи, однако может применяться для зерна пшеницы и ячменя.

Другим способом выделения некрахмальных полисахаридов является шелушение на шелушильно-шлифовальной машине. В этом случае с зерна удаляется опре-

деленное количество наружных слоев по массе. Установлено, что с увеличением степени снятия оболочек закономерно увеличивается и содержание крахмала в выделенной фракции. При этом разные культуры имеют свои специфические различия при шелушении, как и в случае дробления. Рожь, как наиболее непрочная с точки зрения структурно-механических свойств зерновки, при шелушении образует отрубной продукт с повышенным содержанием сбраживаемых углеводов по сравнению с пшеницей и ячменем. При снятии 15% оболочек в шелухе ржи, пшеницы и ячменя содержание редуцирующих веществ составляет 15,08; 11,63 и 6,25% соответственно (табл. 3). Следовательно, из рассмотренных способов выделения некрахмальных полисахаридов шелушение является оптимальным.

Таблица 3

Зерно % снятия грубой фракции Содержание РВ, %

5 10.63

10 11,38

Пшеница 15 11,63

20 12,50

25 13.50

30 16,38

5 10.82

10 12,31

Рожь 15 15,08

20 17,38

25 19,25

30 20,05

5 4,50

10 5,50

Ячмень 15 6,25

20 7,50

25 8.25

30 9.75

Однако и в этом случае необходимо исследовать возможность сокращения потерь крахмала в отделяемой фракции. С этой целью был разработан способ биотехнологической обработки зерна ржи перед шелушением [3]. Он заключается в предварительной обработке зерна ферментами цитолитического комплекса на стадии гидротермической обработки. Было проанализировано влияние нескольких ферментных препаратов отечественного

Таблица 4

Изменение массы зерна в процессе шелушения, г

Время шелушения. с необработанного обработанного ГТО обработанного П10 х, ед./г

(контроль 1) (контроль 2) 10 20 50

15 94.5 93,5 96.0 95,0 94.0

30 90.5  90.0 92.0 90,5 89.0

45 87,7 86,5 88.5 87.5 87,0

60 85,0 83,5 85,0 84.0 80,0

75 83,5 80,0 82,0 82,0 78,0

90 80,0 78,0 79,0 79,0 75,0

105 75.5 75.5 76,0 75,5 7.1.5

и зарубежного производства. Наилучший эффект достигнут при использовании ферментного препарата кси-логлюканофоетидин ШОх при норме задачи 10 ед. на 1 г некрахмальных полисахаридов. В этом случаев 15%-ю фракцию шелухи переходит около 1,5% крахмала против 5—7% без обработки. Вероятно, в данном ферментном препарате совокупность активностей различного действия представлена в оптимальном соотношении.

Исследовали также влияние обработки зерна ржи ферментным препаратом на динамику шелушения. Изучали образцы зерна массой 100 г, обработанные разным количеством препарата (табл. 4). Полученные данные показывают, что оптимальный результат дает обработка зерна ксилоглюканофоетидином ШОх в количестве 10 ед. на 1 г некрахмальных полисахаридов. В случае снятия до 15% наружных слоев шелушение идет медленнее, чем в контроле, а при снятии более 15% зерно шелушится быстрее, т.е. после обработки ферментным препаратом наружные слои зерна уплотняются, а внутренние— разрыхляются. Такое изменение структурно-механических свойств в зерновке ржи способствует снижению потерь крахмала с шелухой [4]. Увеличение же количества ферментного препарата приводит к разрыхлению как наружных, так и внутренних слоев.

Таким образом, разработан принципиально новый способ обработки зерна перед шелушением с целью снижения потерь сбраживаемых углеводов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Губрий Г.Г. Исследование и разработка дифференцированного способа получения этанола из зернового сырья с использованием целлюлаз: Автореф. дис.... канд. техн. наук / ВНИИПБТ. —М., 1994.

2. Лукерченко В.Н. Некрахмальные углеводы зерна и их значение для спиртового производства // Пищевая пром-сть. —2000. — № 1.

3. Пат. РФ. Способ производства этилового спирта из зернового сырья / Л.Н.Крикунова, Е.М. Максимова, Е.М. Мельников, Л.Ю. Орешкина. — Реш. о выдаче от 14.09.2000 г., № 2000102798/13.

4. Казаков Е.Д. Изменение структуры и текстуры тканей зерна при гидротермической обработке// Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 2-3. — С. 8-10.

Кафедра процессов ферментации и промышленного биокатализа ;

Поступила 18.09.2000 г.

663.15:661.72

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОБРАЗОВАНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПРИ СБРАЖИВАНИИ ОСВЕТЛЕННОГО ЗЕРНОВОГО СУСЛА

СБ. ВОСТРИКОВ, ГГ. ГУБРИЙ, Е.А. ГОРШКОВ

Воронежская государственная технологическая академия

Накопление примесей этилового спирта в сбраживаемой среде зависит от видовой принадлежности дрожжей и условий процесса брожения. Создание оптимальных условий для действия многочисленных ферментативных комплексов определяет физиологическую активность дрожжей, а также качественный и количественный состав продуктов их обмена.

Исследовали образование примесей при сбражива-нии осветленного зернового сусла дрожжами БассНаготусез сегеу1$ше рас У-1986 и XII в зависимости от изменения температуры.

Для опытов использовали измельченную пшеницу крахмалистостью 56%. Замесы готовили так, чтобы концентрация сухих веществ СВ сусла после осветления составляла 16%.

Для разжижения при температуре 70°С в замес вносили ферментный препарат амилосубтилин АСГЗх из расчета 1 ед. А С/г крахмала. Активность препарата по АС составляла бООед./г [1]. Разваривание проводили при температуре 135°С в течение 40 мин. После разваривания содержимое охлаждали до 70°С и добавляли также 1 ед. АС/т крахмала. При температуре 60°С вносили ферментный препарат Кормей с глюкоамилазной активностью 3000 ед./г. Осахаривание проводили в тер-

мостате при температуре (59+ 1)°С в течение 1 ч, затем массу разделяли на твердую (дробина спиртовая) и жидкую (осветленное сусло) фазы на центрифуге марки ЛЗ-301 при факторе разделения 2000 и времени разделения 10 мин.

Охлажденное до температуры брожения осветленное зерновое сусло засевали суспензией дрожжей Басскаготусез сеге\і$іае расы У-1986 в количестве 10 г/дм3 сусла (в пересчете на прессованные дрожжи влажностью 75%.) Далее колбы с исследуемой сбраживаемой средой, закрытые затворами, объемами 0,5 и 1,5дм3 ставили на брожение в термостат при температурах 30, 35 и 40°С. Начальное значение сусла доводили во всех пробах до pH 5,2 серной кислотой.

В процессе сбраживания отбирали пробы бражки, перегоняли и определяли концентрацию этилового спирта, примесей (ацетальдегида, этилацетата, а также про-пилового, изобутилового, изоамилового спиртов) на газовом хроматографе ЛХМ-80,калибровку которого осуществляли методом внутреннего стандарта [2]. Содержание сбраживаемых углеводов и нерастворенного крахмала определяли антроновым методом ВНИИПрБ [3], накопление дрожжевых клеток— прямым подсчетом на камере Горяева под микроскопом [4].

Как известно из литературных данных [5], образование этанола не коррелирует с накоплением побочных продуктов обмена дрожжей, поэтому сброженные растворы, содержащие одинаковое количество этилового