Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных этапов спиртового производства, определяющих технико-экономические показатели завода, выход и качество конечного продукта, является процесс получения зернового сусла. Эффективность данной стадии зависит от глубины и направленности протекания биохимических процессов в сырье, в качестве которого на отечественных спиртовых заводах в последнее время используют преимущественно пшеницу, рожь, реже ячмень. Данные виды сырья относятся к крахмал со держащему. В них в количественном отношении преобладает полимер глюкозы - крахмал, находящийся в сырье в виде крахмальных гранул. Известно, что нативный нерастворимый крахмал в очень небольшой степени может подвергаться деполимеризации, поэтому в технологии этанола при переработке крахмалсодержащего сырья проводят процесс водно-тепловой и ферментативной обработки смеси, состоящей из размолотого зерна и воды. При этом гидролиз полимеров зерна осуществляется в процессе получения сусла под действием эндогенных и микробных амилаз, протеаз и других ферментов. Известно, что активность отдельных ферментов определяется целым рядом факторов. Существенную роль на процесс деструкции основных компонентов зерна может оказать и минеральный состав технологической воды. Исследований по влиянию последнего фактора на процесс получения зернового сусла для спиртовой отрасли до последнего времени не проводилось.
Вместе с тем, в других отраслях, к примеру, в пивоварении установлены оптимальные концентрации отдельных макро- и микроэлементов в среде, позволяющие иігтенсифицировать процесс, сократить расход сырья и повысить качество конечного продукта. Однако данные исследования не учитывают специфики спиртового производства, в частности особенностей биохимического состава используемого сырья, изменений в нем в ходе переработки, а также характеристик применяемых в отрасли ферментных препаратов амилолитического и протеолитического действия.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение влияния минерального состава технологической воды на процесс получения зернового сусла и разработка на основе полученных новых научных данных рекомендаций но повышению эффективности процесса для Ардымского спиртового завода.
В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:
- изучить влияние ионов Са2+ и Mg2+ содержащихся в технологической воде на
активность микробных и зерновых амилаз при иснользонании стандартного н зернового
субстратов;
- исследовать реологическое поведение замесов в зависимости от концентрации ионов
Са~+ и Mg"+ в воде;
изучить влияние катионов на активность микробных и зерновых протеаз; определим» минеральный состав основного сырья спиртовой отрасли, на основании которого выявить различия по видам зерна (пшеница, рожь, ячмень);
провести оценку показателей качества образцов воды, в том числе по содержанию в ней основных катионов;
исследовать процесс получения зернового сусла с применением разных по минеральному составу образцов технологической воды; выполнить анализ образцов технологической воды, используемой в производстве ганола на Ардымском спиртовом заводе в соответствии с СаНПиН 2.1.4 1074-01 лтьевая вода. Контроль качества.
обосновать выбор основных направлений исследований по изучению процесса эвышения эффективности получения осахаренного сусла на предприятии;
- разработать рекомендации по повышению эффективности процесса получения сусла
на Ардымском спиртовом заводе;
- апробировать процесс в условиях промышленного производства и рассчитать
экономическую эффективность от внедрения данных рекомендаций.
Научная новизна. На основании модельных опытов выявлено влияние ионов Са "" и Mg , содержащихся в воде, на амилолитическую способность мезофильных (Ликвамил 1200 и БАН 480L) и термостабильных (Амилаза НТ 4000 и Термамил 1201.) ферментных препаратов при действии на стандартный и зерновой субстраты.
Впервые выявлена взаимосвязь между степенью гидролиза крахмала сырья под действием микробных и зерновых амилаз и концентрацией ионов Са2+ и Mg2+ в воде, а также вариантом получения замеса (гидромодулем сырье : вода).
Получены новые научные данные о реологическом поведении замесов в зависимости от концентрации ионов Ca2f и Mg24 в воде с использованием прибора «Амилотест AT - 97» по показателю "Число падения".
Изучено влияние ионов Са+2, Mgf2, Мпнг и Znf2, содержащихся в воде, на протеолитическуцю активность ферментных препаратов бактериального (Максазим NNP и Алкалаза 2.4 L FG) и грибного (Протеаза GC--106 и Дистицим Протацид Экстра) происхождения, а также протеаз пшеницы, ржи и ячменя при изучении их действия на стандартном и зерновом субстратах.
Научно обоснованы различия во фракционном составе белков осахаренного сусла в зависимости от вида сырья и минерального состава технологической воды.
Впервые с использованием метода атомно-абсорбционной спектрофотомстрии изучен минеральный состав водной фракции зольных элементов пшеницы, ржи и ячменя, позволяющий оценить влияние вида сырья на содержание отдельных ионов в замесе.
Выявлена корреляционная зависимость между минеральным составом технологической воды и основными показателями качества осахаренного сусла при использовании основных видов сырья: пшеница, рожь, ячмень.
Практический значимость. Определены оптимальные концентрации основных катионов в технологической воде, при которых активность широко применяемых в спиртовой отрасли ферментных препаратов амилолитического и протеолитического действия зарубежного производства возрастает в среднем на 20-30%, что позволяет, во-первых, целенаправленно их выбирать из предлагаемого спектра; во-вторых, сокращать их расход.
Разработаны и утверждены в МГУПП рекомендации по повышению эффективности получения осахаренного сусла на Ардымском спиртовом заводе, учитывающие характеристики используемого сырья и технологической воды.
Проведена опытно-промышленная проверка предложенных рекомендаций, на основании которой специалистами Ардымского спиртового завода рассчитана условно-годовая экономия от снижения себестоимости продукции, которая при мощности завода 3000 дал/сут. составила 35 млн. рублей (акт прилагается).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференции «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва, 2010г.); на XI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань 2010г.); гга III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2010г.).
Публикация. Основные результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях, включая 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников из 174 наименований и приложений. Основное содержание изложено на 147 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков и 47 таблицы.
