УДК 663.53

 

В статье приведены результаты исследований влияния дифференцированной переработки зерна на процессы приготовления замеса и его механико-ферментативной обработки. При переработке шелушенного зерна обеспечивается увеличение концентрации декстринизированного сусла до 22,6–23,2 % (для ржи), и 23,4–23,8 (для тритикале) % в то время как концентрация сусла на зерне без шелушения составляет 21,2 % (для ржи) и 22,9 % (для тритикале), что будет способствовать росту крепости зрелой бражки, и, как следует, снижение энергопотребления на стадии брагоректификации.

С увеличением процента снятия ржаной мучки (шелухи) до 5,06–7,25 %, отмечено улучшение подвижности технологической среды. Текучесть декстринизированного ржаного сусла уменьшилась с 21 до 19–18 с.

С увеличением выхода тритикалевой мучки до 5,15–6,92 %, так же отмечено улучшение подвижности технологической среды. Текучесть декстринизированного сусла при переработке шелушенного зерна тритикале уменьшилась с 3,3 до 2,9–2,8 с.

Полученный результат позволяет утверждать о возможности снижения расхода ферментных препаратов разжижающего действия: термостабильной α-амилазы и фермента гидролизующего некрахмалистые полисахариды.

 

Исследование влияния дифференцированной переработки зерна на процессы приготовления замеса и механико-ферментативной обработки

 

РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Республика Беларусь

 

Д.В. Хлиманков, научный сотрудник группы по спиртовой и ликеро-водочной отрасли отдела технологий алкогольной и безалкогольной продукции;

Т.М. Тананайко, кандидат технических наук, доцент, начальник отдела технологий алкогольной и безалкогольной продукции;

А.А. Пушкарь, кандидат технических наук, руководитель группы по спиртовой и ликеро-водочной отрасли, отдела технологий алкогольной и безалкогольной продукции

 

Перспективным направлением развития спиртовой отрасли Республики Беларусь является активное внедрение низкотемпературных механико-ферментативных схем обработки крахмалсодержащего сырья. Мировые тенденции развития производства этилового спирта из пищевого сырья показывают, что совершенствование технологий с целью повышения эффективности производства при одновременном сохранении качества продукции требует проведения комплекса исследований по выявлению превентивных решений оптимизации процессов производства спирта. В биотехнологии получения этанола по механико-ферментативной схеме водно-тепловой обработки наряду с совершенствованием процессов ферментативной деструкции крахмалсодержащего сырья, решающее значение приобретает дифференцированный подход к его переработке, что может стать решающим фактором, способствующим повышению концентрации перерабатываемого зернового сусла в спиртовом производстве и, как следствие, растущая суточная производительность конечного продукта, снижение топливно-энергетических ресурсов, водопотребление и т.д.

В лаборатории отдела технологий алкогольной и безалкогольной продукции РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию» было исследовано влияние дифференцированной переработки зерна на процессы приготовления замеса и его механико-ферментативной обработки. В качестве объектов исследования использовались образцы шелушенного и нешелушенного зерна ржи и тритикале.

Исследовательская работа выполнялась в рамках задания 5.19 «Усовершенствовать и внедрить ресурсосберегающую технологию производства этилового спирта с дифференцированным разделением биополимеров зерна» государственной научно-технической программы «Агропромкомплекс» подпрограмма «Агропромкомплекс – устойчивое развитие» на 2013–2015 гг. Внедрение данной технологии будет осуществлено на Ивацевичском спиртзаводе ОАО «Брестский ликеро-водочный завод «Белалко».

Процесс подготовки осахаренного сусла осуществляли по режимам принятым на Ивацевичском спиртзаводе ОАО «Брестский ликеро-водочный завод «Белалко»: степень помола зерна 94–95 % (проход через сито диаметром отверстий 1мм); приготовление замеса при гидромодуле 1:2,8 и рН 6,0–6,2; механико-ферментативную обработку сырья проводили  при температуре 67–69 0С в течение 40 мин, далее при температуре 86–88 0С в течение 2,5 ч. Частота вращения мешалки составляла 30–40 об/мин.

Механико-ферментативную обработку сырья проводили в лабораторном ферментере ЛР-1 (рис. 1).

 

ферментер

Рис. 1. Лабораторный ферментер ЛР-1

 

Для гидролиза некрахмалистых полисахаридов использовали ферментный препарат Талзим ХЛ75 (Talzyme XL75) производства Sunson industry group. Co. LTD. (Китай) (далее – Талзим ХЛ75), для гидролиза крахмала – ферментный препарат термостабильной α-амилазы Ликвафло (Liquoflow) производства Novozymes A/S (Дания) (далее – Ликвафло).

Эффективность данных препаратов были ранее подтверждена производственными испытания на концентрациях 20–22 % сухих веществ на ряде ведущих предприятий спиртовой отрасли Республике Беларусь.

Ферментный препарат Талзим ХЛ75 применяется в спиртовой отрасли для снижения вязкости сусла, путем гидролиза некрахмалистых полисахаридов. Препарат Талзим ХЛ75 это сбалансированная смесь ксиланазы и ß-глюканазы, полученная путем глубинного культивирования культуры гриба Trichoderma reesei. Талзим ХЛ75 обеспечивает активный гидролиз некрахмалистых полисахаридов (пентозанов и ß-глюканов) ржи, ячменя, тритикале до декстринов различной молекулярной массы. Пентозаны и ß-глюканы, содержащиеся в зерновом сырье, повышают вязкость замесов и сусла. Способность препарата снижать вязкость замесов и сусла значительно облегчает работу технологического оборудования при переработке зерна с высоким содержанием некрахмалистых полисахаридов, способствует более глубокому проведению и ускорению процесса гидролиза крахмала амилолитическими ферментами [1].

Фермент Ликвафло – препарат, содержащий бактериальную термостабильную α-амилазу, произведенный генетически модифицированным штаммом микроорганизма Bacillus licheniformis.

Ферментный препарат Ликвафло представляет собой эндоамилазу, которая гидролизует α-1,4-глюкозидные связи в амилозе и амилопектине, что приводит к быстрому снижению вязкости клейстеризованного крахмала. Продуктами распада являются декстрины с различной длиной цепи и олигосахариды.

Ферментный препарат Ликвафло используется для разжижения крахмалсодержащих замесов. Благодаря широкому рабочему диапазону рН и низким требованиям ферментного препарата к содержанию кальция (Са2+), процессы регулировки рН и добавления кальция можно исключить, что упрощает ведение технологического процесса [2].

Ферментативная активность препаратов определялась согласно: ксиланазная (КсА) по МВИ.МН 3225, амилолитическая активности (АС) по ГОСТ 20264.2. Активности ферментных препаратов и их характеристики согласно данным фирм-производителей [1, 2], представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Характеристика ферментных препаратов

Препарат

Фирма–производитель

Активность фермента

Эффективные условия действия

темпера-тура, °С

рН

Талзим ХЛ75

Sunson industry group. Co. LTD. (Китай)

8063,0

ед. КсА/ см3

30–70

3,0–7,0

Ликвафло

Novozymеs A/S (Дания)

1497,3

ед. АС/ см3

60–95

4,5–6,5

 

Дозировка ферментного препарата Ликвафло составляла 0,30 ед. АС/г условного крахмала, дозировка ферментного препарата Талзим ХЛ75 – 0,20 дм3/т сухих веществ.

В процессе экспериментов исследуемые образцы сусла изучали по следующим технологическим показателям: начальная рН, текучесть сусла определяли на Вискозиметре ВЗ-246, (рис. 2), видимая концентрация растворимых сухих веществ (СВ, %), концентрация редуцирующих веществ (РВ, %) [3].

C:\Users\user\Desktop\WP_20150217_003.jpg

Рис. 2. Вискозиметр ВЗ-246

 

Результаты испытаний физико-химических показателей сусла зафиксированные в процессе приготовления замеса и его механико-ферментативной обработки при дифференцированной переработке зерна ржи, приведены в табл. 2.

Анализ данных табл. 2 показывает, при одинаковом исходном гидромодуле (1,0:2,8) к 2,5 ч гидролиза при переработке шелушенного зерна обеспечивается увеличение концентрации декстринизированного сусла ржи до 22,6–23,2 %, в то время как концентрация сусла на зерне ржи без шелушения составляет 21,2 %. Содержание редуцирующих веществ по окончании процесса водно-тепловой и ферментативной обработки находится примерно на одном уровне 7,8–8,0 %.

 

Таблица 2. Физико-химические показатели сусла, зафиксированные в процессе приготовления замеса и его механико-ферментативной обработки при дифференцированной переработке зерна ржи

Наименование образца

Стадии технологического процесса

Приготовление замеса при температуре
67–69 0С

Механико-ферментативная обработка зернового сырья при температуре 85–86 0С

рН сусла (начало эксперимента)

40 мин экспозиции

90 мин экспозиции

120 мин экспозиции

150 мин экспозиции

СВ, %

текучесть, с

СВ, %

текучесть, с

СВ, %

текучесть, с

СВ, %

текучесть, с

РВ,%

Контроль (рожь без шелушения)

6,2

19,0

49,0

20,5

20,0

21,0

20,0

21,2

21

7,8

Рожь с шелушением 3,47 %

6,2

21,5

56,0

22,0

20,0

22,4

20,0

22,6

21

7,9

Рожь с шелушением 5,06 %

6,2

21,5

52,0

22,5

21,0

22,7

19,0

22,9

19

7,9

Рожь с шелушением 7,25 %

6,2

21,7

45,0

22,6

19,0

23,1

18,0

23,2

18

8,0

 

С увеличением процента снятия мучки (шелухи) до 5,06–7,25 % так же отмечено улучшение подвижности технологической среды. Текучесть декстринизированного сусла уменьшилась с 21 до 19–18 с. Полученный результат позволяет утверждать о возможности снижения расхода ферментных препаратов разжижающего действия как термостабильной α-амилазы, так и фермента гидролизующего некрахмалистые полисахариды.

Результаты испытаний физико-химических показателей сусла, зафиксированные в процессе приготовления замеса и его механико-ферментативной обработки при дифференцированной переработке зерна тритикале, приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Физико-химические показатели тритикалевого сусла при приготовлении замеса и его механико-ферментативной обработке

Наименование образца

Стадии технологического процесса

Приготовление замеса при температуре
67–69 0С

Механико-ферментативная обработка зернового сырья при температуре 85–86 0С

рН сусла (начало эксперимента)

40 мин экспозиции

90 мин экспозиции

120 мин экспозиции

150 мин экспозиции

СВ, %

текучесть, с

СВ, %

текучесть, с

СВ, %

текучесть, с

СВ, %

текучесть, с

РВ,%

Контроль (тритикале без шелушения)

6,3

19,0

7,6

22,2

3,8

22,7

3,7

22,9

3,3

8,0

Тритикале с шелушением 3,01 %

6,3

19,8

7,4

22,6

3,4

23,2

3,1

23,4

2,9

8,2

Тритикале с шелушением 5,15 %

6,3

20,9

7,0

22,7

3,4

23,5

2,9

23,7

2,8

8,1

Тритикале с шелушением 6,92 %

6,3

20,0

8,2

23,3

3,1

23,6

2,8

23,8

2,8

8,3

 

На основании изучения экспериментальных данных, представленных  в табл. 3, установлено, что при равном исходном гидромодуле при времени экспозиции 150 мин переработка шелушенного тритикале обеспечивает увеличение концентрации сухих веществ сусла с 22,9 % (контроль) до 23,4–23,8 %, что будет способствовать росту крепости зрелой бражки. Концентрация редуцирующих веществ по окончании процесса водно-тепловой и ферментативной обработки находится в пределах 8,0–8,3 %.

С увеличением выхода мучки до 5,15–6,92 %, так же отмечено улучшение подвижности технологической среды. Текучесть декстринизированного сусла при переработке шелушенного зерна тритикале уменьшилась с 3,3 до 2,9–2,8 с.

Следует отметить, что исходя из результатов по текучести зерна ржи (21,2–23,2 с) и тритикале (2,8–3,3 с), представленных в табл. 2 и 3, можно сделать вывод, что для снижения вязкости концентрированных технологических сред и оптимизации биотехнологических процессов при производстве этилового спирта целесообразно рекомендовать переработку ржи только в смеси с тритикале или другими зерновыми культурами.

По результатам экспериментальных работ установлено:

·                   при переработке тритикале образуется более подвижное декстринизированное сусло, чем при переработке зерна ржи, что согласуется с особенностями химического состава данных зерновых культур;

·                   снижение текучести ржаного и тритикалевого декстринизированного сусла позволяет утверждать о возможности снижения расхода ферментных препаратов термостабильной α-амилазы и фермента, гидролизующего некрахмалистые полисахариды при производстве этилового спирта из пищевого сырья по технологии с дифференцированным разделением биополимеров сырья.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.                 Тананайко, Т.М. Технологическая инструкция по применению ферментного препарата ферментного препарата Талзим ХЛ75 (Talzyme XL75) производства Sunson industry group. Co. LTD. (Китай) в спиртовой промышленности: ТИ BY 190239501.5.988-2013/ Т.М. Тананайко: утв. Науч. – практ. центр НАН Беларуси по продов. 08.02.2013. Введ. 08.02.2013. – Минск, 2013. – 13 с.

2.                 Тананайко, Т.М. Технологическая инструкция по применению ферментного препарата Ликвафло (Liquoflow) производства компании Novozymes A/S (Дания) в спиртовой промышленности: ТИ BY 190239501.5.890-2012/ Т.М. Тананайко: утв. Науч. – практ. центр НАН Беларуси по продов. 01.02.2012. Введ. 01.02.2012. – Минск, 2012. – 11 с.

3.                 Рухлядева,  А.П. Технохимический контроль спиртового производства / А.П. Рухлядева. – М. : Пищевая промышленность, 1974. – 355 с.

Рукопись статьи поступила в редакцию 20.02.2015

 

D.V. Khlimankov, T.M. Tananaika, А.А. Pushkar

 

INFLUENCE OF DIFFERENTIATED grain processing ON PROCESSES batch preparation and mechanical-enzymatic treatment

 

The results of studies of the effect of differential processing of grain on the processes and batch preparation mechanics and enzymatic treatment. When processing shelled grain concentration increase is provided dekstrinizition wort to 22,6–23,2 % (rye), and 23,4–23,8 % (for triticale) while the concentration of the wort on the grain without peeling was 21,2 % (rye ) and 22,9 % (for triticale), which will boost the fortress mature mash, and how to reduce energy consumption at the stage distillation.

With the increase in the percentage removal of rye departure (husk) to 5,06–7,25 %, marked improvement of mobility technology environment. Fluidity dekstrinizition rye mash decreased from 21 to 19–18 seconds.

With the increase in output triticale departure to 5,15–6,92 %, the same marked improvement in mobility technology environment. Fluidity dekstrinizition wort during processing shelled grain triticale decreased from 3.3 to 2,9–2,8 with.

These results suggest the possibility of reducing the consumption of enzyme preparations flushing action as a thermostable α-amylase, and the enzyme hydrolyzing non-starch polysaccharides.