Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время среди актуальных направлений развития спиртовой промышленности можно выделить снижение себестоимости спирта за счет экономии энергоресурсов и применения более дешевого вида сырья.
Эффективным и не требующим капитальных затрат способом снижения потребления электроэнергии является использование технологии сбраживания высококонцентрированного зернового сусла. Однако применение технологии переработки высококонцентрированных сред осложняется проблемой неполного сбраживания углеводов.
Во время сбраживания высококонцентрированного зернового сусла необходимо, чтобы дрожжи были осмотолерантными и устойчивыми к продуктам своей жизнедеятельности - этиловому спирту, кислотам, а также к повышению температуры питательной среды, поэтому при переработке высококонцентрированных сред необходимо применять специальные штаммы дрожжей.
В работах И. Трофимовой (Трофимова, И. И. Исследование и разработка способа сбраживания высококонцентрированного сусла из крахмалистого сырья: Автореферат дис. ...канд. техн. наук. - Москва, 1979) было показано, что при производстве спирта при сбраживании высококонцентрированных сред на степень их сбраживания влияет доброкачественность сусла, т.е. отношение суммарной концентрации сбраживаемых углеводов к концентрации растворенных в сусле соединений, причем высокое содержание редуцирующих веществ в сусле негативно сказывается на степени его сбраживания.
В работах Н. Бараковой (Баракова, Н. В. Исследование влияния степени диспергирования зерна на технологические параметры при производстве спирта из пшеницы / Н. В. Баракова, А. С. Устинова // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности. Материалы 3-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием 28-30 апреля 2010 года, г. Бийск, часть 1. -2010. - С. 220-222) и соавторов было установлено, что на степень сбраживания высококонцентрированного пшеничного сусла влияет не только его доброкачественность, но и соотношение концентраций различных сбраживаемых углеводов, одним из способов формирования которой является механическая деструкции сырья.
Поэтому важным аспектом при решении вопроса полного сбраживания углеводов помимо правильного выбора штаммов дрожжей является вопрос формирования состава питательной среды.
Один из эффективных способов регулирования углеводного состава питательной среды - внесение ферментных препаратов, содержащих глюкоамилазу.
Таким образом, повышение степени сбраживания
высококонцентрированного сусла, а следовательно, снижение концентрации несброженных углеводов в зрелой бражке, представляет собой актуальную задачу, стоящую перед спиртовой промышленностью. Особенно важно исследовать все перечисленные аспекты на примере получения и сбраживания высококонцентрированного ячменного сусла, так как ячмень является более дешёвой зерновой культурой по сравнению с другими видами злаков и может существенно повлиять на снижение себестоимости спирта.
Цель исследования. Разработка технологии сбраживания высококонцентрированного ячменного сусла на основе регулирования состава питательной среды и выбора штамма дрожжей.
В соответствии с целью решались следующие задачи:
провести скрининг штаммов спиртовых дрожжей с целью выбора осмо- и спиртоустойчивых культур дрожжей;
изучить влияние штаммовых особенностей дрожжей на накопление примесей в бражке из высококонцентрированного ячменного сусла;
исследовать влияние углеводного состава высококонцентрированного сусла на бродильную активность спиртовых дрожжей;
выявить влияние компонентов культуральной среды на ее осмолярность и бродильную активность дрожжей;
разработать режим осахаривания высококонцентрированного ячменного сусла, обеспечивающий наиболее полное сбраживание углеводов;
разработать проект технической документации по технологии сбраживания высококонцентрированного сусла из ячменя.
Научная новизна работы:
установлено, что штаммовые особенности дрожжей при сбраживании высококонцентрированного сусла из ячменя влияют на содержание несброженных углеводов и количество примесей в зрелой бражке;
показано, что гранулометрический состав помола ячменя влияет на степень сбраживания полученного из него высококонцентрированного сусла;
получено уравнение регрессии, устанавливающее корреляцию между осмолярностью среды, концентрацией глюкозы и мальтозы в питательной среде;
- установлено, что дробное внесение ферментных препаратов
осахаривающего действия на стадии брожения снижает количество
несброженных углеводов в бражке, увеличивает выход спирта и снижает
концентрацию летучих примесей.
Практическая значимость.
разработан режим внесения ферментных препаратов осахаривающего действия на стадии сбраживания высоко-коцентрированного ячменного сусла;
разработана технология сбраживания высококонцентрированного сусла из ячменя и проект технической документации;
проведены испытания на заводе ООО «МЕДОВ АРУ С» (г. Санкт-Петербург).
Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии на спиртовом заводе мощностью 6000 дал/сутки составит 18,6 млн. руб. в год.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Конгрессе молодых ученых (СПб, НИУ ИТМО ИХиБТ, 2013), на XLII научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО и на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
выбор осмотолерантного штамма дрожжей для сбраживания высококонцентрированного ячменного сусла методом скрининга штаммов;
зависимость степени сбраживания высококонцентрированного сусла из ячменя от гранулометрического состава помола сырья;
влияние углеводного состава среды и содержания в ней этанола на ее осмолярность;
результаты исследования влияния углеводного состава питательной среды на бродильную активность дрожжей;
режим осахаривания высококонцентрированного ячменного сусла, обеспечивающий снижение концентрации несброженных углеводов в зрелой бражке.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, экономического расчета, выводов, списка литературы, включающей 102 источника, из них 41 - иностранный. Диссертация содержит 113 страниц машинописного текста, 17 иллюстраций и 21 таблицу.
