Введение к работе
Актуальность работы. Проблема получения этанола всегда остается актуальной в связи с его широкой востребованностью. При разработке новых и совершенствовании существующих биотехнологий важно без значительных материальных затрат повысить качество и выход конечного продукта, снизить потери сырья и энергозатраты. В последние годы в качестве зернового сырья, перерабатываемого на этанол, широко используется рожь, что объясняется ее способностью расти на почвах, непригодных для выращивания пшеницы, неприхотливостью к условиям произрастания, стабильной урожайностью, возможностью к возделыванию в различных областях РФ.
Однако, в отличие от пшеницы, рожь достаточно проблемное сырье для его биотехнологической переработки, что связано с ее химическим составом. Высокое содержание (3-глюканов и пентозанов увеличивает вязкость развариваемой массы, потерю сбраживаемых углеводов на стадии водно-тепловой обработки, требует снижения концентрации сухих веществ (СВ) сусла до 13,5 - 14,5%, что увеличивает себестоимость готового продукта. В связи с этим, наиболее актуальным направлением в биотехнологии этанола из ржи является применение более совершенных схем водно-тепловой обработки сырья с использованием высокоэффективных ферментных препаратов, действующих на некрахмалистые полисахариды, с целью сокращения расхода амилолитических ферментов, теплоэнергоресурсов, увеличения производительности технологического оборудования и выхода спирта. Данной проблемой занимались ученые Устинников Б.А., Римарева Л.В. Востриков СВ. и др.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является интенсификация технологии этанола из ржи путем применения мульти-энзимной композиции (МЭК) на стадии водно-тепловой обработки сырья. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
выбор эффективного ферментного препарата (ФП) для гидролиза ге-мицеллюлозной фракции ржаного сырья;
очистка и изучение физико-химических свойств р-глюканазы и кси-ланазы, входящих в комплексный препарат Брюзайм BGX;
определение субстратной специфичности ферментов МЭК с целью обоснования его использования в биотехнологии этанола для гидролиза некрахмал ышх полисахаридов;
оптимизация условий проведения водно-тепловой обработки и осаха-ривания ржаного замеса при использовании мультаэнзимного комплекса;
- исследование динамики изменения метаболической активности
дрожжей при сбраживании ржаного сусла;
- разработка эффективной биотехнологии этанола из ржи на основе
применения мультиэнзимной композиции.
Научная новизна. Впервые получены высокоочищенные р-глюканаза и ксиланаза, входящие в состав комплексного ферментного препарата Брюзайм BGX, изучены их физико-химические свойства и субстратная специфичность. Установлено, что Р-глюканаза гидролизует р-1,3-1,4-глюкозидньіе связи, а ксиланаза - (3-1,4-гликозидные связи в молекуле субстрата, на основании чего научно обоснована целесообразность применения ФП Брюзайм BGX для гидролиза гемицеллюлозной фракции ржаного сырья.
Установлены основные закономерности изменения вязкости ржаных замесов от параметров их водно-тепловой обработки и влияния МЭК.
Оптимизированы условия проведения водно-тепловой обработки и оса-харивания ржаного замеса при использовании мультиэнзимного комплекса.
Определена динамика метаболической активности дрожжей при сбраживании ржаного сусла.
Научная новизна технических решений подтверждена паїентом РФ «Способ получения этилового спирта» №2344175 от 18 июня 2007г.
Практическая значимость работы. Разработана биотехнология этанола из ржи с использованием МЭК на стадии водно-тепловой обработки ржаных замесов, позволяющая увеличить содержание глюкозы в сусле на 34,7% по сравнению с контролем, повысить выход спирта на 1,4 дал/т усл. крахмала, сократить продолжительность процесса брожения на 10-12 ч. и уменьшить содержание примесей в зрелой бражке на 10%.
Даны рекомендации по снижению дозировки а -амилазы и глюкоамила-зы при использовании мультиэнзимного комплекса на стадии водно-тепловой обработки ржаных замесов. Предложенная технология апробирована в условиях ООО «Зернопродукг» Тульской области.
Экономический эффект при внедрении данной биотехнологии на заводе производительностью 3000 дал. абсолютного алкоголя в сутки составит 10360,9 тыс.рублей в год.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2007 по 2010 г); VI международной научно - технической конференции «Техника и технология
пищевых производств» (г* Могилев, Беларусь, 2007); VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологию) (КГТУ, Казань, 2007); ЕХ международной конференции молодых ученых «Пищевые технолопш и биотехнологии» (КГТУ, Казань, 2008,); научно - практической конференции «Актуальные проблемы развития технологии и производства продуктов питания» (ВГАУ, Воронеж, 2008); всероссийской научной и научно-технической конференций «Современные промышленные технологии» ( Нижний Новгород, 2009)-
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 18 работ, в том числе пять в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, характеристики объектов и методов исследований, трех экспериментальных глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 143 страниц машинописного текста, 29 таблицы, 52 рисунка. Библиография включает 137 наименований.
