Введение к работе
Актуальность темы. Среди приоритетных в спиртовой отрасли активно развивается направление, посвященное совершенствованию технологий, основанных на подготовке сырья к сбраживанию с использованием низкотемпературных схем его переработки Имея несомненные преимущества, данные технологии характеризуются своими сдерживающими их широкое внедрение факторами.
Во-первых, жесткие требования к качественным характеристикам помолов.
Во-вторых, для достижения хорошей подготовленности крахмала в схемах механико-ферментативной обработки сырья требуется применение достаточно высоких норм дозировок ферментных препаратов, при этом процесс проходит многоступенчато, а это связано с усложнением аппаратурно-технологической схемы производства
В-третьих, классическая технология механико-ферментативной обработки сырья не предусматривает способов, повышающих микробиологическую чистоту исходного сырья Вместе с тем общеизвестно, что на спирт перерабатывается фуражное зерно, характеризующееся повышенным содержанием бактериальной и грибной микрофлоры
Решение перечисленных проблем может быть осуществлено при внедрении в спиртовое производство стадии высокотемпературной микронизации зерна Данный способ нашел широкое применение при производстве продуктов в ряде отраслей пищевой промышленности. Для его осуществления отрасль имеет про-мышленно выпускаемое отечественное оборудование, постоянно совершенствующееся как с позиции энергоемкости, так и достигнутой производительности аппаратов
Метод ИК-обработки позволяет целенаправленно изменять исходные технологические свойства сырья Причем, глубина и характер данных изменений зависят от режимных параметров нагрева, характеристик обрабатываемого материала и требований конкретной отрасли. В технологии спиртового производства способу ИК-нагрева зерна до настоящего времени не уделялось должного внимания
Учитывая все вышеперечисленное, исследования по разработке научно-практических основ создания новой ресурсосберегающей технологии этанола из ИК-обработанного зерна пшеницы, несомненно, актуальны и перспективны
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка ресурсосберегающей технологии этанола из зерна пшеницы с целенаправленно измененными при установленных режимах ИК-обработки технологическими
свойствами, позволившими получать осахаренное сусло повышенного качества по одноступенчатой низкотемпературной схеме переработки сырья. В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи
провести сравнительную характеристику методов оценки прочностных свойств зерна,
исследовать влияние исходной влажности зерна и режимов ИК-обработки пшеницы на процесс измельчения контрольных и опытных образцов зерна с использованием приставки-твердомера к фаринографу,
провести оценку состояния углеводно-амилазного комплекса зерна по амилограммам;
оценить влияние режимов ИК-обработки зерна на его биохимические характеристики, в том числе ферментативную атакуемость крахмала и белка пшеницы;
установить влияние режимов ИК-обработки зерна на содержание эпифитной и субэпидермальной микрофлоры пшеницы;
разработать низкотемпературный одноступенчатый способ получения сусла и установить влияние дозировок ферментных препаратов разжижающего и осахариваю-щего действия, а также микробных протеаз на основные показатели его качества,
определить факторы, влияющие на процесс сбраживания сусла, полученного из ИК-обработанной пшеницы, провести сравнительный анализ образцов зрелой бражки на содержание этилового спирта и вредных летучих примесей,
оптимизировать процесс сбраживания пшеничного сусла из ИК-обработанного зерна;
- разработать аппаратурно-технологическую схему производства этанола из
пшеницы с включением стадии высокотемпературной микронизации зерна
Научная новизна. Проведена сравнительная характеристика методов оценки прочностных свойств зерна, по результатам которой рекомендованы ранее не используемые в спиртовой отрасли методы по исследованию гранулометрического состава помолов и определению по кривым дробления «Условной работы дробления»
Впервые исследован процесс измельчения пшеницы с использованием приставки-твердомера к фаринографу и показано, что энергозатраты на получение мелкого помола зависят от исходной влажности зерна и температур его ИК-обработки.
Получены новые данные по оценке состояния углеводно-амилазного комплекса контрольных и опытных проб пшеницы по основным параметрам амило-грамм (энергия деструкции крахмала, в том числе фракций амилозы и амилопек-тина, а также максимальное усилие перемешивания и соответствующая ему температура клейстеризации)
Установлено влияние глубины и характера процессов деструкции в углеводном и белковом комплексах пшеницы от режимов ИК-обработки зерна.
Научно обоснованы различия в воздействии способов конвективного и ИК-нагрева зерна на эпифитную и субэпидермальную микрофлору пшеницы
Выявлена корреляционная зависимость между реологическими, биохимическими и микробиологическими характеристиками ИК-обработанной пшеницы и качественными показателями полупродуктов спиртового производства
Исследованы процессы и научно обоснованы режимы при получении и сбраживании сусла из ИК-обработанного зерна пшеницы, на основании которых предложен новый способ производства этилового спирта, защищенный Патентом РФ № 2265663
Практическая ценность. Экономически обоснована перспективность включения в технологическую схему производства этанола из зерна аппаратов по ИК-обработке сырья, позволяющих, в зависимости от режимных параметров процесса, целенаправленно изменять технологические свойства сырья, а именно,
снижать прочность зерна и, как следствие, получать мелкие и равномерные помолы из пшеницы со сниженными на 40-50 % против контроля энергозатратами,
повышать за счет деструкции ферментативную атакуемость крахмала и белка сырья,
значительно снижать содержание в зерне эпифитной и субэпидермальной микрофлоры, в результате чего получать возможность перерабатывать сырье по низкотемпературным схемам без ухудшения микробиологических показателей бражки
Разработана ресурсосберегающая технология этанола из ИК-обработанного зерна пшеницы, позволяющая
совместить стадии водно-тепловой обработки замеса и осахаривания разваренной массы, что значительно упрощает технологический процесс;
снизить энергозатраты при получении сусла за счет обработки замеса при более низких температурах (58-60 С, вместо пауз при 65-70 С и 95-98 С),
уменьшить дозировки осахаривающих ферментных препаратов в среднем на 20-25 %,
увеличить выход спирта из 1 т условного крахмала сырья на 0,3 дал и снизить на 20 % содержание в бражке летучих примесей
Разработан опытно-промышленный регламент получения этилового спирта из зерна, подвергнутого ИК-обработке ОПР 013-06.
Проведена опытно-промышленная проверка новой технологии этанола из ИК-обработанного зерна пшеницы в условиях спиртзавода «Ариана-С».
По результатам опытно-промышленной проверки рассчитана условно-годовая экономия от снижения себестоимости продукции по проектируемому ва-
рианту, которая для спиртового завода мощностью 3000 дал/сут составила 3,61 млн руб при сроке окупаемости капитальных затрат 1 год и 3 месяца
Апробация работы Результаты работы докладывались на студенческой научной конференции «НИРС-2004» (М, 2004 г.), на II Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (М, 2004 г ), на III Юбилейной международной выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (М, 2005 г ), на V Ежегодной международной молодежной конференции «ИБХФ РАН-ВУЗЫ» (М, 2005 г ), на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России» (Оренбург, 2005г ), на VI Международной научно-практической конференции «Перспективные направления научно-технического развития спиртовой и ликероводочной отрасли пищевой промышленности» (М, 2007 г)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 13 публикациях, включая 4 статьи и 1 патент
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной и экономической частей, выводов, списка литературы из 198 наименований и приложений Основное содержание работы изложено на 164 страницах машинного текста, содержит 23 рисунка и 41 таблицу
