Новое использование побочных продуктов спиртовой промышленности

УДК 663.051

Новое использование побочных продуктов спиртовой промышленности

р.В. уЛАНоВА, канд. биол. наук; и.К. КрАВчЕНКС, канд. биол. наук

ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии», Институт микробиологии имени С. Н. Виноградского, Москва В.В. КОЛПАКОВА, д-р техн. наук, профессор; Н.Д. ЛУКИН, д-р техн. наук

ВНИИ крахмалопродуктов — филиал ФИЦ пищевых систем имени В. М. Горбатова, п. Красково, Московская обл.

Одна из главных задач спиртового производства — разработка технологий и способов практического использования многотоннажных жидких стоков. На спиртовых заводах средней производительности, вырабатывающих 3000 дал спирта в сутки, образуется 300—350 м3 барды, содержащей большое количество органических соединений, которые относятся к сильным загрязнителям окружающей среды.

Спиртовая барда, например, используется в комбикормовой промышленности в виде белково-витаминных добавок, однако она расходуется не в полной мере, значительная ее часть сливается в водоемы, сбрасывается на поля фильтрации, где разлагается с выделением токсичных веществ. Особую остроту проблема утилизации барды приобретает в густонаселенных промышленных регионах с высокотемпературными климатическими условиями. Современные технологии переработки барды, как правило, включают удаление жидкой части и высушивание твердого остатка для приготовления кормов. С использованием жидкой и твердой фаз барды предложен способ получения комплекса биологически активных веществ [1]. Разработан способ получения органо-минеральной кормовой добавки, смеси для компостирования и биотоплива. Для получения кормовой смеси из барды механически отделяют дробину, нейтрализуют и коагулируют кислую коллоидную взвесь щелочными реагентами при значении рН 7—9, затем вносят сорбенты, фильтруют пульпу, осадок соединяют с отделенной дробиной, а фильтрат направляется на технические цели [2]. Описана также комплексная микробная переработка ржаной послеспир-товой барды с получением белкового кормопродукта [3, 4], применение послеспиртовой барды! из топинамбура в

Рис. 1. Схема получения белково-кислотного концентрата на основе барды

технологии хлеба [5, 6]. Однако практической реализации перечисленные методы переработки барды пока не нашли. Следовательно, нужны новые подходы при переработке барды в хозяйственно важные продукты. Это позволит ограничить сброс стоков производства спирта и улучшить экологию окружающей среды.

Задачей исследований было изучение возможности получения из барды как побочного продукта спиртового производства пищевых добавок с новыми свойствами, обеспечивающими их дальнейшее применение.

В работе использовали бражку и барду, полученные с Янгиюльского биохимического завода Республики Узбекистан при переработке зерна пшеницы, и молочнокислые бактерии рода Lactobacillus. Количество белка в образцах определяли по методу Кьельдаля и методу Лоури, аминокислотный состав белка после кислотного гидролиза образцов — на аминокислотном анализаторе. Содержание влаги и золы определяли по методам, предусмотренным ГОСТ [7, 8]. Массовую долю углеводов рассчитывали по разнице, вычитая от 100% массовую долю углеводов, белка, липидов и золы.

Технология производства спирта включала подготовку сырья, осахаривание крахмала солодом или ферментными препаратами, сбраживание осахаренного сырья дрожжами и отгонку спирта. Образующаяся после перегонки спирта барда представляла собой водную суспензию измельчен-

Рис. 2. Схема получения белкового концентрата на основе барды

ного зерна, микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Барда состояла из твердой и жидкой фаз, на долю которых приходилось 4—8 и 92—96%, соответственно. Производство спирта на заводе основывается на ферментативном осахаривании крахмала разваренной массы зерна, охлаждении, сбраживании сусла дрожжами Saccharomyces cerevisiae с последующим выделением спирта из зрелой бражки при температуре 100 °С в течение 0,5—1,5 ч. Под-кисление сусла под действием молочнокислых бактерий рода Lactobacillus происходило до рН 3,8—4,0.

Была изучена возможность получения пищевых концентратов на основе:

♦ зрелой бражки 22-24-часового брожения, используемой перед отгонкой спирта;

♦ барды, отобранной после отгонки спирта. Последовательность получения пищевых концентратов

включала: отделение твердой фазы (дробины) от дрожжевой суспензии фильтрацией, упаривание и высушивание фильтрата. Установлено, что в составе бражки содержание дрожжевой биомассы выше, чем в барде, так как во время

60 -| 5550-О 45"

«-40-

§ 355 30-§ 258 20-I 15100

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ И ПРОДУКЦИИ АПК

Органолептические показатели концентратов

Белок

Жир

Углеводы

Зола

Незаменимые аминокислоты

Рис. 3. химический состав белково-кислотного концентрата из зерновой барды

25----------------------------------------------------------------------------------------------------------

" 20 -

о 10-1 S о

О ;

О

5-1 0

I

I-.11..1.11.1

+

ао лр

Рис. 4. Аминокислотный состав белково-кислотного концентрата из зерновой барды

20-, 181614-

ф

¡1 12 4 Ё. - 10-Я- Й 8-gg 6-ot 4 _ 20

I

............1т=

1 с^

ао лр

Щ Белково-кислотный концентрат Ц Шкала ФАО/ВОЗ Рис. 5. Незаменимые аминокислоты белково-кислотного концентрата из зерновой барды

Показатель Белково-кислотный концентрат Белковый концентрат

Вид Рассыпчатый порошок Рассыпчатый порошок

Цвет Светло-желтый Светло- кремовый

Запах Слабый дрожжевой Слабый дрожжевой

Вкус Нейтральный Кислый

перегонки спирта происходило разрушение дрожжевых клеток. Исследования показали, что получение концентратов на основе барды экономичнее, так как исключалась потеря целевого продукта — спирта.

Нами разработана технологическая схема получения белкового и белково-кислотного концентрата из зерновой послеспиртовой барды, включающая следующие операции (рис. 1, 2):

1) барда насосом подавалась на фильтрацию, где отделялась от дробины. Для отделения дробины от дрожжевой суспензии использовали фильтры, задерживающие примеси, входящие в состав бражки, но допускающие проход дрожжей;

2) после удаления твердых частей затора барду упаривали до содержания сухих веществ 40%;

3) упаренную массу, полученную после плазмолиза дрожжевых клеток, высушивали на распылительной сушильной установке в течение 30—40 мин при температуре 100.. .120 °С или на вальцовой сушилке.

При получении белкового концентрата для того, чтобы устранить кислый вкус, барду раскисляли водным аммиаком или углекислым аммонием до нейтрального значения рН, затем отделяли дробину, упаривали и массу высушивали. Упаривание барды при высокой температуре перед высушиванием способствовало дальнейшему разрушению дрожжевых клеток, повышало доступность питательных компонентов дрожжей для организма и устраняло нежелательную микрофлору. Два препарата, полученные по разработанному нами способу на базе Янги-юльского биохимического завода, обозначены как белко-во-кислотный концентрат и белковый концентрат. По органолептическим показателям концентраты не отличались друг от друга, они имели вид рассыпчатого порошка светло-желтого или светло-кремового цвета со слабым дрожжевым запахом и приятным вкусом. При этом бел-ково-кислотный концентрат обладал выраженным кислым вкусом (таблица). Срок хранения концентратов 6 мес.

По химическому составу оба концентрата были идентичные, влажность составила 94±2 %, они богаты белком, аминокислотами, в том числе незаменимыми, содержали липиды и зольные элементы (рис. 3, 4). Из аминокислот в белках концентратов преобладала глутаминовая кислота, а среди незаменимых аминокислот в большем количестве по сравнению с другими аминокислотами содержались лейцин и тирозин с фенилаланином (рис. 5). По сравнению со шкалой ФАО/ВОЗ возросло общее содержание всех аминокислот, кроме метионина с цистином. Важно то, что повысилась общая сумма незаменимых аминокислот, количество лизина и треонина, которые для большинства зерновых культур являются первой и второй лимитирующими аминокислотами [9].

Белково-кислотный концентрат, обладая подкисляющими свойствами, предназначается для использования в качестве регулятора кислотности в пищевых продуктах. Присутствие молочной кислоты придает концентрату не только вкусовые качества, но и консервирующие и антибактериальные свойства. Белковый концентрат может применяться как белковый наполнитель.

В связи с тем, что концентраты являются новым видом пищевых ингредиентов, а гигиенические нормативы в отношении данной группы продуктов в СанПиН не указаны, поэтому при оценке микробиологических и гигиенических показателей ориентировались на международные нормативы FAO /WHO JECFA [10]. Установлено, что показатели соответствовали гигиеническим нормативам безопасности для пищевого сырья и пищевых продуктов, принятых ФАО/ВОЗ. На пищевые концентраты получен медико-токсикологический паспорт. На основании заключения лаборатории технологии пищевых и диетических продуктов Центра диетологии 2-ТашГосМИ и лаборатории микробиологии и иммунологии ЦНИЛ 2-ТашГосМИ получен сертификат № 180-4/98, допускающий использование новых концентратов в пищевом производстве. Разработаны и утверждены технические условия на опытную партию концентратов.

Проведена оценка возможности применения белково-кислотного концентрата в качестве заменителя пищевых кислот и белкового концентрата как источника белковых соединений при производстве помадных конфет, вафель

Литература

1. Кайшева, Н. Ш. Способ комплексного получения биологически активных веществ из спиртовых отходов / Н. Ш. Кайшева, А Ш. Кайшев. Патент РФ № 2402242.

2. Ганжела, Н. С. Способ утилизации послеспиртовой барды / Н. С. Ганжела, В. А. Матанцев, В. А. Хихель. Патент РФ № 2435 837.

3. Кузнецов, И. Н. Микробиологическая переработка спиртовой барды / И. Н. Кузнецов, Н. С. Ручей // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2013. — № 3. — С. 7—10.

4. Кузнецов, И.Н. Комплексная микробиологическая переработка послеспиртовой барды с получением белоксодержащего кормового продукта / И. Н. Кузнецов, Н. С. Ручей // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 3. — С. 27.

5. Аширова, Ю. А. Использование послеспиртовой барды из топинамбура в технологии хлеба / Ю. А. Аширова // Хлебопродукты. — 2009. — № 10. — С. 46-47.

6. Османьян, Р. Г. Послеспиртовая барда из топинамбура в техно-логиии ржаных заквасок (химический и микробиологический состав, пищевая ценность, влияние на качество ржаного хлеба) / Р Г Османьян // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. — М.: Центральная научная сельскохозяйственная библиотека, 2011. — С. 97.

7. ГОСТ52610-2006 Концентраты пищевые. Гравиметрический метод определения массовой доли влаги. — М.: Стандартин-форм, 2008.

8. ГОСТ52416-2005. Концентраты пищевые. Гравиметрический метод определения массовой доли золы. — М.: Стандартин-форм, 2007.

и зефира. Промышленные испытания проведены на кондитерской фабрике «Уртак» Республики Узбекистан. В ходе промышленных испытаний разработаны и апробированы рецептуры кондитерских изделий с введением в технологию новых видов пищевых добавок, показано, что использование концентратов в составе кондитерских изделий в качестве заменителя пищевых кислот и белковой добавки не меняло последовательности и режимов технологического процесса. Изделия с концентратами имели ряд достоинств: повышенную пищевую ценность, вкусовые показатели и длительные сроки хранения.

В результате проведенных исследований разработана технология двух видов пищевых ингредиентов (добавок): белково-кислотного концентрата и белкового концентрата на основе спиртовой барды, полученной при переработке зерна пшеницы. Технология утилизации барды с получением пищевых концентратов отличается незначительными энергетическими и материальными затратами, позволяет использовать жидкую часть барды с ценными органическими соединениями по новому биотехнологическому направлению, тем самым снизить количество экологически вредных стоков. Белково-кис-лотный и белковый концентраты благодаря содержанию белков, незаменимых аминокислот и других соединений обладают высокой биологической и пищевой ценностью, что позволяет их использовать в кондитерской промышленности и других отраслях в качестве новых видов пищевых добавок.

References

1. Kaisheva N. Sh., Kaishev A. Sh. Sposob kompleksnogo polucheniya biologicheski aktivnykh veshchestv iz spirtovykh otkhodov [A method for the complex production of biologically active substances from alcohol waste]. Patent RF No. 2 402 242.

2. Ganzhela N. S., Matantsev V A., Khikhel' V A. Sposob utilizatsii poslespirtovoi bardy [The method of utilization of the post-alcohol bard]. Patent RF No. 2 435 837.

3. Kuznetsov I. N., Ruchei N. S. [Microbiological processing alcohol bard]. Proizvodstvospirta ilikerovodochnykh izdelii, 2013, no. 3, pp. 7-10.

4. Kuznetsov I. N., Ruchei N. S. [Complex microbiological processing the post-alcohol bard with obtaining a protein-containing feedstuff]. Sovremennyeproblemy nauki i obrazovaniya, 2013, no. 3, p. 27.

5. Ashirova Yu.A [Use of post-alcohol bard from Jerusalem artichoke in bread technology]. Khleboprodukty, 2009, no. 10, pp. 46-47.

6. Osman'yan R. G. [After-alcohol bard ofJerusalem artichoke in the technology of rye ferments

7. GOST 52610-2006 Food concentrates. Gravimetric method for determining the mass fraction of moisture. Moscow, Standartin-form, 2008.

8. GOST 52416-2005. Concentrates food. Gravimetric method for determining the mass fraction of ash. Moscow, Standartinform, 2007.

9. Нечаев, А П. Пищевая химия / А. П. Нечаев [и др.]. — 6-е изд. перераб. т доп. — СПб.: Гиорд, 2015. — 672 с.

10. Компендиум спецификаций пищевых химикатов. Положения Федерального акта по Пищевым продуктам Лекарствам и Косметике (секция 201. 409, 701 GRASP). — 3-е изд. — ФАО/ ООН, 1981. — С. 110.

Новое использование побочных продуктов спиртовой промышленности

Ключевые слова

белковые пищевые добавки; подкислители; спиртовая барда; способ переработки; экология.

Реферат

Разработана новая технология, позволяющая на основе барды получить белково-кислотный концентрат со свойствами подкисли-теля, предназначенный для использования в качестве регулятора кислотности, и белковый концентрат для применения в качестве биологически ценного наполнителя. На базе Янгиюльского биохимического завода Республики Узбекистан получены опытные образцы концентратов. По органолептическим показателям концентраты не отличались между собой, за исключением вкусовых показателей, но белково-кислотный концентрат также обладал выраженным кислым вкусом. Концентраты имели вид рассыпчатого порошка светло-желтого или светло-кремового цвета со слабым дрожжевым запахом и приятным вкусом. По содержанию белка, аминокислот, витаминов и других соединений концентраты идентичны, оба препарата богаты незаменимыми аминокислотами. В белке концентратов преобладала глутаминовая кислота, среди незаменимых аминокислот в большем количестве по сравнению с другими аминокислотами присутствовали лейцин и тирозин с фенилаланином. По сравнению со шкалой ФАО/ВОЗ, возросло содержание всех аминокислот, кроме метионина с цистином, отсутствовал триптофан, тогда как сумма незаменимых аминокислот высокая. На основании микробиологических и гигиенических исследований установлено соответствие новых концентратов гигиеническим нормативам безопасности для пищевого сырья, принятым ФАО/ВОЗ, получен медико-токсикологический паспорт и сертификат, допускающий его использование при производстве пищевых продуктов. Проведено тестирование новых концентратов в промышленных условиях на базе кондитерской фабрики «Уртак» Республики Узбекистан при производстве помадных конфет, вафель, зефира. В процессе промышленных испытаний разработаны и апробированы способы получения кондитерских изделий с введением в технологию их производства новых видов пищевых добавок. Кондитерские изделия отличались высоким качеством и повышенными сроками хранения.

Авторы

Уланова Рузалия Владимировна, канд. биол. наук; Кравченко Ирина Константиновна, канд. биол. наук Институт микробиологии имени С. Н. Виноградского ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии», 119071, Москва, Ленинский пр-т, д. 33, стр. 2, colodovnicova@rambler.ru, irinakravchenko@inbox.ru Колпакова Валентина Васильевна, д-р техн. наук, профессор; Лукин Николай Дмитриевич, д-р техн. наук ВНИИ крахмалопродуктов — филиал ФИЦ пищевых систем имени В. М. Горбатова, 140051, Московская область, Люберецкий район, п. Красково, ул. Некрасова, д. 11, val-kolpakova@rambler.ru, vniik@arrisp.ru

9. Nechaev A. P et al. Pishchevayakhimiya [Food Chemistry], 6th ed. St. Petersburg, Giord Publ., 2015. 672 p.

10. Compendium of specifications for food chemicals. Provisions of the Federal Act on Food, Medicines and Cosmetics (section 201. 409, 701 GRASP). 3rd ed. FAO / UN, 1981. P. 110.

New use of By-products of Alcohol industry Key words

protein supplements; acidifiers; distillers grains; technology of processing; ecology.

abstract

We have designed a new technology which allowed receiving on the basis of the brewing waste acidulating protein concentrate, intended for use as an acidity regulator; as far as another protein concentrate designed for use as biologically valuable filler. The test samples of the concentrates developed by this method were received on the Yangiyul biochemical plant in Uzbekistan. Organoleptic and chemical characteristics of the concentrates were studied. The both concentrates were looked light yellow or light cream loose powder with a faint yeast smell, pleasant taste, and acidulating protein concentrate had a pronounced acid flavor. Due to the adequate amino acid composition of protein and vitamins availability, the both concentrates were identical and have the high biological value. The glutamic acid was dominated in the protein concentrates, and the most abundant essential amino acids were leucine and tyrosine with phenylalanine. The content of all amino acids was higher than in the scale of FAO/ WHO except for methionine with cystine and tryptophan, and the amount of essential amino acids was significantly higher. On the basis of microbiological and hygienic studies, it was established that the new concentrates met the FAO/WHO hygienic standards for safety of raw food materials; medical-toxicological passport and a certificate permitting its use in food production were received. Testing of the new concentrates under industrial conditions was conducted on the confectionery «Urtak», in the production of fondant candies, waffles and marshmallow. It is found that the introduction of concentrates into the confectionery products have improved taste, increased shelf life and nutritional value of experienced products.

authors

Ulanova Ruzalia Vladimirovna, Candidate of Biological Sciences; Kravchenko Irina Konstantinovna, Candidate of Biological Sciences Institute of Microbiology named after S. N. Vinogradsky FIC «Fundamentals of Biotechnology», 119071, Moscow, Leninsky Prospect, 33, p. 2, colodovnicova@rambler.ru, irinakravchenko@inbox.ru Kolpakova Valentina Vasilievna, Doctor of Technical Sciences, Professor; Lukin Nikolai Dmitrievich, Doctor of Technical Sciences All-Russian Research Institute of Starch Products — a branch of the Federal Scientific Center for Food Systems named after V. I. Gorbatova,

11 Nekrasov st., Kraskovo, Luberetskiy district, Moscow region, 140051, Russia, val-kolpakova@rambler.ru, vniik@arrisp.ru