Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1 .Рожь - основное сырье для спиртового производства 8
1.1.1. Производство зерна ржи агропромышленные аспекты 8
1.1.2.Особенности переработки зерна ржи в спиртовом производстве 9
1.2. Строение и биохимический состав зерна ржи 10
1.2.1. Особенности строения и состава зерна ржи 10
1.2.2. Амилолитические ферменты 18
1.2.3. Протеолитические ферменты 22
1.3. Ферментные препараты, используемые в технологии спиртового производства 26
1.3.1. Амилолитические ферментные препараты 29
1.3.2. Протеолитические ферментные препараты 30
1.3.3. Цитолитические ферментные препараты 33
1.4. Фитазы - ферменты, гидролизующие фитин 34
1.4.1. Фитазы растений 34
1.4.2. Микробные фитазы 36
1.5. Способы подготовки крахмалосодержащего сырья к сбраживанию 44
1.5.1. Режимы механико-ферментативной обработки сырья 46
1.6. Влияние состава сусла на эффективность процесса его сбраживания ...51
1.6.1. Обмен углеводов 52
1.6.2. Обмен белков 53
1.6.3. Фосфорный обмен 55
2. Экспериментальная часть 59
2.1. Методы исследования 59
2.1.1. Определение физических и химических показателей зерна ржи 59
2.1.2. Определение массовой доли редуцирующих Сахаров 59
2.1.3. Определение белка по методу Лоури 60
2.1.4. Определение фракционного состава белков 61
2.1.5. Определение содержания фитина 62
2.1.6. Определение фитазной активности колориметрическим методом...64
2.1.7. Фракционирование белков методом гель-хроматографии 65
2.1.8. Определение видимой доброкачественности сусла 67
2.1.9. Исследование динамики сбраживания сусла 67
2.1.10. Определение концентрации спирта и массовой доли экстрактивных веществ в бражке 67
2.1.11. Определение побочных продуктов брожения методом газовой хроматографии 68
2.2. Характеристика исследуемого образца зерна ржи по физическим и химическим показателям 70
2.3. Исследование фитазного комплекса зерна ржи 71
2.3.1. Выделение фитазы из оболочек зерна ржи 74
2.3.2. Очистка фитазы ржи с помощью метода гель-хроматографии 77
2.3.3. Определение оптимальных условий действия зерновой фитазы 81
2.4. Характеристика ферментного препарата фитазы микробного происхождения 84
2.4.1. Фракционирование ферментного препарата фитазы методом гель-хроматографии 84
2.4.2. Определение оптимальных условий действия микробной фитазы...86
2.5. Получение ржаного сусла с использованием зерновой и микробной фитазы 90
2.5.1.Разработка метода оценки степени растворения крахмала 90
2.5.2.Получение сусла с использованием зерновой фитазы 97
2.5.3. Получение сусла с использованием микробной фитазы 109
2.6. Исследование процесса сбраживания ржаного сусла, полученного с использованием зерновой и микробной фитаз 115
2.6.1. Изучение динамики накопления диоксида углерода на модельных опытах 116
2.6.2. Влияние расы спиртовых дрожжей на динамику выделения диоксида углерода при сбраживании сусла, полученного с использованием эндогенной и микробной фитаз 127
2.6.3. Анализ зрелой бражки по содержанию этилового спирта 134
2.6.4. Анализ зрелой бражки по содержанию летучих веществ 137
Выводы 143
Литература 146
- Строение и биохимический состав зерна ржи
- Влияние состава сусла на эффективность процесса его сбраживания
- Характеристика исследуемого образца зерна ржи по физическим и химическим показателям
- Получение ржаного сусла с использованием зерновой и микробной фитазы
Введение к работе
U. Актуальность темы
Рожь, наряду с пшеницей, является основным сырьем, перерабатываемым на этиловый спирт. Она из-за проблем, связанных с получением в ряде случаев вязких технологических сред относится к трудно перерабатываемому сырью. Вместе с тем, рожь имеет, по сравпешпо с пшеницей, такие особенности биохимического состава, в частности, активный комплекс собственных ферментов, которые при определенных условиях можно рассматривать как позитивные.
Однако, существующие технологические режимы низкотемпературных механико-ферментативных схем переработки сырья, внедренные на отечественных спиртовых заводах, в должной степени не используют этот факт.
Известно, что кроме активных амилаз, протеаз, рожь обладаег и фитазиой активностью. Применение фитазы, как эндогенной, так и микробной приводит к разложению зернового фитина, который представляет собой смесь кальциевых и магниевых солей фитиновой кислоты и является преобладающей формой накопления фосфора в зерне.
Продукты гидролиза фитина - инозит и фосфорная кислота имеют большое технологическое значение для спиртового производства. Неорганические фосфаты, проявляют свое действие при стерилизации, сохраняя сахара в слабокислых условиях и при брожении, стабилизируя кислотность бражек. Фосфор необходим для роста и развития дрожжевых клеток. Гидролиз фитина способствует снижению расхода ферментных препаратов, так как фитин зернового сырья выступает как ингибитор многих ферментов. Кроме того он позволяет высвободить ценные микроэлементы, такие как кальций, цинк, магний и др.
Процесс гидролиза фитина может быть осуществлен под действием как эндогенных, так и микробных фитаз. Следует отметить, что в настоящее время исследователи проявляют значительный интерес к поиску микроорганизмов -продуцентов фитаз. О применении микробных фитаз в промышленных условиях в нашей стране говорить пока рано, однако, разработки зарубежных ученых свидетельствуют о перспективности их использования.
Выше изложенное свидетельствует о том, что исследования, посвященные разработке научных основ технологии этанола из зерна ржи, базирующейся на изучении данных о распределении фитина в зерне ржи и его гидролиза под действием эндогенных и микробных фитаз, являются актуальными и перспективными.
1.2. Цели и задачи исследования
Целью данной работы является исследование биотехнологических процессов деструкции фитина зерна ржи под действием эндогенной и микробной фитазы и выявлении их роли в процессах получения и сбраживания ржаного сусла.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
охарактеризовать фитазный комплекс фуражного зерна ржи и его фракций;
разработать схему выделения и очистки фитазы из фракции шелухи зерна ржи;
изучить действие зерновой и микробной фитазы на стандартном и зерновом
субстрате;
разработать процессуальную схему получения ржаного сусла с использованием фитаз, па основе дифференцированного способа переработки зерна;
исследовать процесс получения ржаного сусла с использованием фитаз;
исследовать процесс сбраживания ржаного сусла, полученного с использованием зерновой и микробной фитаз;
выявить влияние действия фитаз на содержание этилового спирта и летучих примесей в бражке.
1.3. Научная новизна
Впервые проведено комплексное исследование по изучению фйтазного комплекса сырья спиртового производства и выявлена роль эндогенной и микробной фитаз в технологии этанола из зерна ржи.
Разработана схема выделения и очистки зерновой фитазы. Получен препарат фитазы из зерна ржи со степенью очистки 105 раз. Определены оптимумы рН и температуры при действии эндогенной и микробной фитаз на стандартном и зерновом субстрате.
На основе изучения кинетики гидролиза фитина фракции шелухи зерна ржи, научно обоснована эффективность процесса получения ржаного сусла, предусматривающего дифференцированный способ переработки зерна.
В результате проведения модельных опытов установлено, что среди ряда факторов, зависящих от гидролиза фитина и влияющих на процесс сбраживания ржаного сусла, основным является ингибирующее действие фитина на ферменты ржи, ферментных препаратов и спиртовых дрожжей.
Впервые выявлено влияние качественных показателей ржаного сусла, полученного с использованием эндогенной и микробной фитаз, на процесс его сбраживания, содержание этанола и летучих примесей в зрелой бражке, в зависимости от используемой расы спиртовых дрожжей.
1.4. Практическая значимость
Данные, полученные в ходе проведения экспериментов, позволяют ращюпалыю использовать сырье и микробные ферментные препараты с активной фитазой в технологии этанола.
Предложенный дифференцированный способ переработки зерна ржи дает возможность эффективно гидролизовать фитин сырья и повысить качественные характеристики осахаренного сусла.
Рекомендуемые режимы и стадия внесения микробной фгггазы позволяет интенсифицировать процесс сбраживания, увеличить выход спирта, при одновременном снижении летучих примесей в бражке.
1.5. Апробация работы
Материалы диссертации представлены на V и VI Научно-практических конференциях с международным участием «Высокоэффективные технолопш, методы и средства их реализации» (Москва, 2007г., 2008г.); VII Международной научно-технической конференции «Техішка и технолопш пищевых производств» (Могилев, 2009г.).
1.6. Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в т. ч. 4 публикации в научных журналах, рекомендованных ВАК.
1.7. Структура и объем диссертации
Строение и биохимический состав зерна ржи
Зерновка ржи состоит из трех основных частей: зародыша, эндосперма и оболочек (49). Поверхность оболочек ржи более шероховатая, чем у других зерновых культур. Величины усилий, требующихся для разрыва оболочек ржи, определены В.А. Гиршсоном (1949); в своей работе автор отмечает, что сопротивление оболочек зерна ржи сухой и ржи кондиционной влажности как в продольном, так и в поперечном направлениях одинаково. Так, при влажности оболочек 7% разрывающее усилие, направленное по длине зерна, составляет 230 кг/см , поперек - 210 кг/см , а при влажности 20% эти -з значения соответственно равны 325 и 209 кг/см . Это обстоятельство отличает оболочки зерна ржи от оболочек других видов зерна. Кроме того, оболочки ржи более прочно связаны с эндоспермом, чем оболочки пшеницы (26). На основании вышеизложенного можно констатировать, что структура зерновки ржи не позволяет получать однородный, равномерный помол, поскольку при измельчении образуются мелкие частицы эндосперма и крупные фракции оболочек. Данный фактор необходимо учитывать при переработке ржи. В зерне ржи, как и других злаковых культур, преобладает крахмал. Его содержание по данным разных авторов колеблется от 46 до 53%, что сопоставимо с содержанием данного компонента в пшенице - 48...57% (10, 24,49,50,51,54,56,59,60). Наряду с крахмалом другие вещества зерна также играют важную роль в спиртовом производстве. Наличие большого количества свободных Сахаров в зерне от 2 до 9% традиционно считалось нежелательным показателем (26, 56, 150).
При разваривании затора под давлением сахара разлагаются с образованием фурфурола и оксиметилфурфурола, ухудшая тем самым качество готового продукта. Кроме того, это прямые потери сбраживаемых углеводов. Однако при ведении процесса без избыточного давления подобная проблема стоит не столь остро (128, 129). В целом по своему строению рожь мало отличается от пшеницы, но соотношение составных частей у зерна ржи иное. Рожь содержит меньший процент эндосперма (70 - 74%), но большую долю оболочек (11 - 15%) и алейронового слоя (10 - 12%). Кроме того, оболочки ржи более плотно связаны с эндоспермом, чем оболочки пшеницы (26, 37). Консистенция эндосперма, характеризуемая стекловидностью, у ржи отличается большей рыхлостью. Общая формируется она за счет полустекловидных зерен (24). Механические свойства ржи отличаются от свойств пшеницы. Это объясняется структурными особенностями и наличием в зерне ржи слизей, обуславливающих преобладание пластических деформаций (39). Многие авторы отмечают, что суммарное содержание слизей в зерновке ржи и ячменя выше, чем в пшенице (24, 49, 50, 56, 58, 170, 185, 191). Слизи злаков можно охарактеризовать следующим образом: пшеница содержит мало пентозанов, из гексозанов присутствуют в основном а— глюкан; рожь — богата пентозанами, которые в основном представлены арбаноксиланами, может совсем не содержать гексозанов; ячмень содержит очень мало пентозанов и большое количество (3-глюкана (136, 185). В.Ф. Голенков в своих исследованиях показал, что слизистые вещества ржи представляют собой не только сложный гетерополисахарид, но и углевод-белковый комплекс (гликопротеид).
При этом слизистые вещества, получаемые из различных образцов ржи, имели очень большую амплитуду колебаний относительной вязкости водных растворов, а также отличались по составу фракций (26). Слизеобразующие вещества зерна ржи очень гидрофильны: при комнатной температуре легко набухают и растворяются, образуя вязкие гелеобразные растворы. Наличие в этих веществах разветвленной арабано-ксилановой фракции способствует образованию их стойких комплексов с белковыми веществами, что повышает вязкость водно-мучных суспензий, а это в свою очередь приводит к ухудшению реологического поведения ржаной массы в ходе производства этанола (1, 3, 52). Особая роль в спиртовом производстве отводится белкам, продукты гидролиза которых (аминокислоты) необходимы для обеспечения дрожжей питанием. В процессе водно-тепловой обработки зерна в зависимости от технологического режима проведения процесса, количества и состава отдельных фракций белков, в растворимое состояние переходит от 20 до 50% азотистых веществ, содержащихся в сырье (83, 125). Вместе с тем вопросам изучения физико-химических свойств белков ржи посвящены лишь отдельные работы. Так, в работах Н.П. Дубодел и А.Б. Вакара (35, 36) показано, что глиадин, выделенный из клейковины ржи, состоит из восьми одноцепочечных и трех многоцепочечных белков. Главный компонент глиадина ржи - белок с молекулярной массой 40 тысяч Дальтон. Глютенины ржи представляют собой гетерогенный комплекс, состоящий из ряда компонентов, главным образом многоцепочечных, каждый из которых построен из нескольких субъединиц, соединенных межмолекулярными дисульфидными связями.
В составе глютенина обнаружены девять одноцепочечных компонентов с молекулярными массами от 12 до 104 тысяч Дальтон. Среди них выделяют фракцию «растворимого глютенина», которая составляет около 70% исходного глютенина. По количеству компонентов и их молекулярным массам «растворимый глютенин» похож на глиадин. «Нерастворимый глютенин» (30% от исходного) содержит субъединицы с молекулярной массой от 12 до 140 тысяч Дальтон (35). Молекулярные массы глобулиноподобных субъединиц глютенина лежат в диапазоне 13...26 тысяч; глиадиноподобных - 38...68 тысяч; и специфических - 44... 100 тысяч Дальтон и более. Отличие свойств белков ржи и пшеницы объясняют меньшей долей «растворимого глютенина» и меньшим количеством дисульфидных и водородных связей в клейковине ржи, по сравнению с пшеницей. По аминокислотному составу белки ржи обладают большей питательной ценностью, чем белки других злаковых культур, т.к. в них лизина - первой лимитирующей аминокислоты больше на 43%, чем в пшенице (83, 106). Характерной особенностью для ржи является высокое содержание растворимых в воде азотистых соединений. Их количество колеблется от 30 до 52% от общего содержания в зерне водорастворимых веществ, тогда как в пшенице - не больше 20% (26, 83). Содержание минеральных веществ в зерне злаков и распределение отдельных элементов по анатомическим частям зерновки представляет интерес, как в аспекте полной оценки питательных свойств, так и с точки зрения технологии переработки зерна и характеристики качества полученных продуктов. Содержание минеральных веществ в зерне злаков колеблется в довольно широких пределах в зависимости не только от культуры, но и от
Влияние состава сусла на эффективность процесса его сбраживания
Для того чтобы дрожжи могли выполнять свои физиологические, а следовательно, и технологические функции, а также для получения продукта высокого качества, нужно чтобы сусло содержало полный комплекс необходимых питательных веществ и чтобы были созданы прочие оптимальные условия для брожения. Обмен веществ дрожжей включает в себя все химические реакции, протекающие в процессе жизнедеятельности, в том числе при росте и размножении. Необходимую для этого энергию дрожжевые клетки получают в результате энергетического обмена веществ. Конструктивный и энергетический обмены веществ взаимосвязаны. Важнейшими в количественном отношении, а также наиболее известными продуктами обмена веществ дрожжей являются этиловый спирт и соответствующее количество углекислого газа. Наряду с ними образуется и небольшое количество других соединений, влияние которых на качество спирта в большинстве случаев отрицательное (57). Для непрерывного протекания процессов среда, то есть осахаренное сусло, должна содержать те основные вещества, из которых образуется большое число промежуточных продуктов и новых веществ. Если некоторые необходимые вещества отсутствуют, то дрожжи могут их синтезировать из других химических соединений. Из Сахаров в осахаренном сусле преобладает мальтоза. Сначала дрожжи расщепляют ее до двух молекул глюкозы. Дальнейшее расщепление глюкозы до этилового спирта и углекислого газа осуществляется в анаэробном процессе спиртового брожения по схеме Эмбдена-Мейергофа. При этом глюкоза, содержащая в молекуле 6 атомов углерода, расщепляется под действием ферментов дрожжей, и в результате двойного фосфорилирования образуются два трехуглеродных соединения, а именно 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Если в начале брожения в среде нет еще достаточного количества ацетальдегида, являющегося акцептором водорода, то диоксиацетон восстанавливается до глицерина. Пировиноградная кислота образуется в результате нескольких превращений из 3-фосфоглицеринового альдегида. После отщепления углекислого газа из нее образуется ацетальдегид, восстанавливающийся путем гидрогенизации до этилового спирта. При анаэробном брожении при расщеплении одной молекулы глюкозы выделяется 75,4 10 Дж тепла.
В присутствии кислорода (то есть в аэробных условиях) из пировиноградной кислоты при участии кофермента А (КоА) образуется активированная уксусная кислота, которая вступает в цитратный цикл. Энергетический баланс обратимого цитратного цикла скомпенсирован, но тем не менее отщепленные атомы водорода окисляются кислородом воздуха с помощью цитохромной системы до воды. Выделенная энергия аккумулируется в макроэнергитических связях. Из 2867,5 10 Дж, которые выделяются при окислении одной молекулы глюкозы, примерно 59% химически связываются и служат для клетки запасом энергии, необходимой для ее жизнедеятельности. И наконец, глюкоза может расщепляться еще и прямым окислением до углекислого газа через пентозофосфатный цикл. Полагают, что дрожжи могут таким образом перерабатывать до 30% глюкозы. Некоторые промежуточные продукты этого цикла, такие, как рибоза, рибулоза, ксилулоза и седогептулоза, имеют очень большое значение для дрожжей. Особенно важна рибоза, входящая в состав нуклеиновых кислот и простетических групп и соединений с высокоэнергетическими связями, например (рибофлавин, никотинамидадениндинуклеотид (НАД), никотинамидадениндинуклеотид фосфат (НАДФ)), аденозиндифосфат (АДФ), аденозинтрифосфат (АТФ) и т.п. В зависимости от того, каким путем протекают реакции расщепления глюкозы, в спирте остаются соответствующие промежуточные продукты, если они не используются ранее для синтеза других веществ.
Для сохранения белков, синтеза клеточного вещества и размножения дрожжи нуждаются в источнике ассимилирующего азота. Основным источником азота являются аминокислоты; при недостатке их в среде они синтезируются. Аминокислоты синтезируются из а-кетокислот, образовавшихся при аэробном обмене углеводов. Новые аминокислоты могут образовываться и в результате перестройки других аминокислот (путем переаминирования, дезаминирования по схеме Эрлиха, реакции Стикленда). При сбраживании сусла дрожжами аминокислоты (используемые в качестве единственного источника азота) дезаминируются.
При наличии смеси из нескольких аминокислот возможно осуществление реакции Стикленда, если две аминокислоты могут совместно выступать в качестве донора и акцептора водорода. В обоих случаях выделяется аммиак, который может быть использован таким же образом, как аммиак из аммиачных солей. Кроме того аминокислоты могут ассимилироваться также и непосредственно, чем сложнее их смесь, тем в большей степени они ассимилируются. Содержание ассимилируемых аминокислот в спиртовом сусле составляет 80% (при реакции Эрлиха расходуется 15%, а при реакции Стикленда - 5% всех аминокислот). Аммиачный азот, образующийся в результате обеих последних реакций, используется главным образом для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, имеющих большое значение для клетки. По Гопкинсу, в синтезе этих веществ могут участвовать также основные аминокислоты. Известный ученый Бартон-Райт (1963) установил, что сначала усваиваются алифатические аминокислоты, то есть метионин, лизин, лейцин, изолейцин и аспарагиновая кислота, затем ароматические аминокислоты -фенилаланин, тирозин, триптофан и гистидин. Из осахаренного сусла сначала ассимилируется аргинин, затем лейцин, валин и глютаминовая кислота. Метионин играет определенную роль в биосинтезе веществ дрожжевой клетки, так как содержит серу. Глютаминовой кислоты содержится на конечной стадии брожения примерно в два раза меньше, чем в исходном сусле. Из этих строительных элементов образуются пептиды и, в конце концов, белки. Если на начальной стадии брожения для дрожжей имеется полная смесь аминокислот, которые усваиваются непосредственно и превращаются в белок дрожжей, то высшие спирты образуются лишь в незначительном количестве или вовсе не образуются. На более поздней стадии брожения в истощенном сусле аминокислоты используются по схеме Эрлиха с образованием высших спиртов. Высшие спирты могут образовываться также в результате избыточного синтеза валина и изолейцина. Последней ступенью синтеза этих аминокислот является аминирование кетокислоты, осуществляемое только при
Характеристика исследуемого образца зерна ржи по физическим и химическим показателям
В таблицах 2.3 и 2.4 представлены данные, характеризующие физические и химические показатели качества исследуемого образца зерна ржи, которые имеют важное значение для оценки технологических достоинств зерна. Данные таблицы 2.3. показывают, что по физическим показателям исследуемое зерно ржи может быть отнесено не менее чем к 3 А классу в соответствии с ГОСТом 16991 — 71, который распространяется на рожь, поставляемую для переработки на солод в спиртовом производстве. Анализ химических показателей качества зерна ржи, представленных в таблице 2.4, позволяет отнести исследуемое зерно ржи к сухому (влажность не более 14%). Показатели содержание крахмала, белка и зольность исследуемого образца зерна находятся на уровне средних показателей для этой культуры. С целью теоретического прогнозирования режимных параметров процесса переработки зерна ржи, направленных на эффективный гидролиз фитина сырья необходимо было на первом этапе работы определить общее содержание данного компонента в зерна и его распределение в зерновке. В качестве объектов исследования использовали помол ржи, характеризующийся 85% проходом через сито d 1 мм, а также фракции периферических частей зерна.
Последние можно получать двумя способами: 1. рассевом помола с выделением крупки; 2. последовательным снятием с зерновки внешних оболочек с получением шелухи. В наших экспериментах количество выделяемой шелухи варьировалось от 5-20 %, соответственно были получены образцы Шелуха I, Шелуха II, Шелуха III, Шелуха IV. Данные по содержанию зольных соединений и фитина в зерне и его периферических частях приведены в таблице 2.5. Установлено, что в поверхностных частях зерновки концентрируются зольные элементы, в том числе фитин. Метод выделения периферических частей зерна оказывает существенное влияние на данные показатели. Так, содержание золы в крупке возрастает на 60% по сравнению с зерном. В шелухе увеличивается в 2,5-5 раз. Массовая доля фитина в зерне составляет 0,40%, а в периферических частях зерна повышается до 0,76-2,32%. Максимальное количество фитина выявлено в образце Шелуха III (15% снятия), в целом в данной фракции концентрируется около 90% от общего количества фитина сырья. Далее в работе определена фитазная активность зерна ржи и его периферических частей (табл. 2.6). Расчет фитазной активности проведен на 1 г сырья и на 1 г фитина сырья. Последний позволяет оценить норму фитазной активности аналогично расходу амилолитических и протеолитических ферментов на 1 г крахмала и Установлено, что исходное зерно ржи имеет незначительную фитазную активность равную 0,03 ед. FTU/r сырья. Однако из-за незначительного количества фитина в сырье (0,40% на СВ.) цифра в пересчете на 1 г фитина сырья значительно возрастает и достигает 7,50 ед. FTU. Периферические части зерна характеризуются различной фитазной активностью.
В крупке, она составляет 0,08 ед. FTU/r сырья и снижается до 5,61 ед. FTU/r фитина сырья. Фитазная активность в образцах шелухи в первую очередь определяется процентом снятия наружных частей зерна. Так в образце Шелуха I (5% снятия) фитазная активность практически неопределяется. В образце Шелуха II находится на уровне 0,06 ед. FTU/r сырья. Максимальная активность фитазы выявлена в образце Шелуха III (15% снятия), она превышает активность в целом зерне более чем в 6 раз. Именно поэтому данный образец использован для выделения зерновой фитазы. Изучение ферментов любого биологического материала начинается с их выделения и частичной очистки. Работа по выделению и очистке ферментов состоит из последовательных этапов, основными из которых являются следующие: 1. Разрушение клеточной структуры материала. В зависимости от природы исследуемого объекта применяются различные способы разрушения клеточной структуры материала, например, измельчение, растирание в ступке, гомогенизация с использованием гомогенизаторов различной конструкции, использование ультразвуковых дезинтеграторов и др. 2. Экстракция. Для экстракции белков используют различные экстрагенты (вода, солевые растворы, разбавленные растворы щелочей и кислот и др.); подбор режима экстракции позволяет избирательно перевести в раствор разные группы белков.
Получение ржаного сусла с использованием зерновой и микробной фитазы
Современная технология этанола из зерна предусматривает нетрадиционные способы подготовки сырья в ходе получения из него осахаренного сусла. Данными ряда исследователей (62, 125) показано, что исходное качество фуражного зерна, которое в спиртовой отрасли не регламентируется и оценивается только по массовой доли влаги и крахмала, а также по содержанию примесей, не позволяет рационально перерабатывать основное сырье, получая при этом конечный продукт высокого качества при низких материальных затратах. Вместе с тем, учеными предложены эффективные способы целенаправленного изменения технологических свойств зерна (55, 62, 67), либо перспективные технические решения, позволяющие учитывать химический состав компонентов зернового сырья, в том числе их видовые особенности, положенные в основу принципиально новых подходов к выбору способов переработки зерна и режимных параметров отдельных технологических стадий (117, 118). При этом у исследователей часто возникает необходимость оценить степень растворения крахмала на стадии получения осахаренного сусла. Известно, что крахмал является основным компонентом зерна, из которого в отрасли получают сбраживаемые углеводы. Вместе с тем, на общее содержание последних могут оказывать влияние и некрахмалистые полисахариды сырья, структурно состоящие из сбраживаемых моносахаридов (гексоз). Традиционно в спиртовой промышленности общие сбраживаемые углеводы в сусле определяют с использованием антронового метода.
Метод имеет ряд существенных преимуществ, но при этом требует использования дорогостоящих реактивов (серная кислота особой очистки и реактив антрона). Поэтому в работе была поставлена цель по созданию альтернативного метода определения общих сбраживаемых углеводов, основанного на полном ферментативном гидролизе крахмала сусла под действием разжижающих и осахаривающих ферментных препаратов. Образовавшиеся в результате гидролиза редуцирующие вещества далее определяли с использованием метода Бертрана. Разница между показателями «Массовая доля общих редуцирующих веществ» и «Массовая доля редуцирующих Сахаров» позволяет определить количество крахмала, перешедшего в растворимое состояние в виде фракций полисахаридов (ФРК). На первом этапе работы были получены три образца сусла (режимы приготовления в соответствии с Регламентом механико-ферментативного способа переработки сырья). В образцах сусла были определены (табл. 2.9) массовая доля сухих веществ, которая составила 16,2 — 18,0% и массовая доля общих сбраживаемых углеводов, определенных по антроновому методу. Расчет видимой доброкачественности сусла показал, что она составляет 71,1 - 79,2%. Для дальнейших исследований был выбран образец сусла 2, содержащий максимальное количество общих сбраживаемых углеводов.
Далее в работе значение 14,3% принимали за 100%. При разработке ферментативного метода определения ОРВ в качестве варьируемых параметров исследовали: — норму задачи осахаривающего препарата; — норму задачи разжижающего препарата; — продолжительность гидролиза; — концентрацию сусла (степень разбавления его до определенного значения). На рисунке 2.12 представлены данные по влиянию нормы задачи осахаривающего препарата Конверзим при внесении его в сусло, имеющего концентрацию сухих веществ 18%. Норма внесения препарата разжижающего действия составляла 0,2 ед.АС/мл сусла, а осахаривающего варьировалась от 5 до 25 ед.ГлС/мл сусла, что примерно в 3 - 15 раз больше, чем традиционные нормы при получении сусла. Установлено закономерное увеличение количества ОРВ в сусле при увеличении нормы задачи ГлС от 5 до 15 ед./мл сусла. Время гидролиза также оказывает влияние на процесс накопления ОРВ. Увеличение нормы задачи препарата до 20 - 25 ед.ГлС/мл сусла против 15 практически не влияет на процесс гидролиза, поэтому выбирается норма внесения 15 ед.ГлС/мл сусла. Гидролиз сусла в течение 60 мин с данной нормой внесения препарата соответствует значению общих сбраживаемых углеводов 12 мг в 100 мл сусла, что составляет 83,9% от определенных антроновым методом. На следующем этапе варьировали норму задачи препаратов разжижающего действия.
Гидролизовали сусло концентрацией 18 %, причем один вариант в течение 30 мин, другой - 60 мин. Препарат осахаривающего действия вносили в количестве 15 ед.ГлС/мл сусла. Данные по влиянию нормы задачи разжижающего препарата представлены на рисунке 2.13. Установлено, что увеличение нормы внесения Термамила свыше 0,2 ед.АС/мл сусла практически не влияет на процесс накопления редуцирующих Сахаров в среде. Также, как и в варианте с варьированием нормы внесения препаратов осахаривающего действия, максимальное количество определенных общих редуцирующих веществ составляет около 84% от их истинного значения в сусле На следующем этапе работы была снята динамика накопления Сахаров при нормах задачи Конверзима соответственно 10, 15, 20 ед.ГлС/мл сусла. Продолжительность гидролиза составляла от 15 до 120 мин. Максимальное количество ОРВ соответствует варианту двухчасового гидролиза. За данный период определяется около 90% сбраживаемых углеводов. Данные по динамике накопления Сахаров в процессе гидролиза крахмала представлены на рисунке 2.14.
