Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 10
1.1 Приоритетные направления научных исследований в 10
спиртовой промышленности
1.1.1 Получение этанола из традиционных видов сырья по новым технологиям 10
1.1.2 Переработка зерна с получением этилового спирта и пищевых белковых продуктов 14
1.2 Характеристика основного сырья для производства спирта 16
1.2.1 Химический состав зерна и его анатомических частей 16
1.2.2 Физико-химические свойства и структурные особенности белков пшеницы, ржи, ячменя 19
1.3 Способы извлечения белков из продуктов переработки зерна и пути их совершенствования 27
1.4 Функциональные свойства, качество белковых продуктов и здоровье человека 32
1.5 Микробиологические показатели зерновых продуктов и способы детоксикации белков 38
1.6 Заключение по литературному обзору 43
2 Экспериментальная часть 45
2.1 Объекты и методы исследований 45
2.2 Результаты и их обсуждение 49
2.2.1 Получение дифференцированных фракций зерна из ржи и ячменя 49
2.2.2 Химический и биохимический состав дифференцированных фракций зерна ржи и ячменя 51
2.2.3 Разработка технологических параметров выделения белков из фракций зерновых культур 56
2.2.4 Получение белковых композитов из дифференцированных фракций зерновых культур 64
1 2.2.4.1 Определение выхода и баланс белка при переработке смесей фракции зерна 65
2.2.4.2 Фракционный и аминокислотный состав белковых композитов 69
2.2.4.3 Микробиологические показатели белковых продуктов и способы их улучшения 73
2.2.4.4 Функциональные свойства белковых продуктов 78
2.2.5 Химический состав вторичных продуктов переработки фракций зерна 80
. 2.2.6 Приготовление сусла с возвратом вторичных продуктов переработки фракций зерна 87
2.2.6.1 Выбор ферментных препаратов для приготовления сусла 87
2.2.6.2 Подбор дозировок ферментных препаратов разжижающего и осахаривающего действия 90
2.2.6.3 Разработка температурно-временных параметров механико-ферментативной обработки сырья 92
2.2.6.4 Приготовление сусла с использованием промывных вод 94
2.2.7 Исследование процесса сбраживания сусла 97
2.2.7.1 Изучение динамики сбраживания сусла 97
2.2.7.2 Сравнительная характеристика состава зрелой бражки 99 2.8 Разработка аппаратур но-технологической схемы и нормативной документации 105
3 Экономическая часть 112
4 Выводы 120
5 Литература
- Получение этанола из традиционных видов сырья по новым технологиям
- Способы извлечения белков из продуктов переработки зерна и пути их совершенствования
- Получение дифференцированных фракций зерна из ржи и ячменя
- Фракционный и аминокислотный состав белковых композитов
Введение к работе
Среди приоритетных научных направлений для спиртовой и ликеро-водочной отрасли пищевой промышленности на период до 2010 года концепцией развития науки и техники выделяются технологические проблемы производства этилового спирта из традиционных видов сырья по новым технологиям и получение биологически активных веществ из вторичных ресурсов их переработки. К широко зарекомендовавшим и перспективным таким веществам относятся белки.
Учитывая, что, с одной стороны, традиционная технология спирта характеризуется относительно низкой эффективностью использования основных компонентов зерна (белки, углеводы), а с другой — в мире и в стране существует огромный дефицит белкового нутрицевтика (25-40%), то решение проблемы рационального использования ресурсов сырья спиртовой отрасли должно осуществляться через комплексные технологии, интенсифицирующие процессы путем дифференцированной его переработки. В целях повышения эффективности работы спиртзаводов и одновременного создания продуктов питания, содержащих белки, целесообразно выделять грубые, некрахмалистые фракции полисахаридов зерновых культур, отрицательно влияющих на качество этанола.
Работами российских и зарубежных ученых (Красильников В., Толстогузов В., Браудо Е., Иванова Л., Богатырев А., и др.) разработаны теоретические и практические основы выделения пищевых белков, но они относятся не к зерновому сырью. В развитие научных исследований выделения белков из пшеничных отрубей (зерновое сырье) (Дудкин М., Кол пакова В., Капрельянц Л.) во МГУ 1111 уже создана технология этанола, предусматривающая переработку дифференцированных периферических фракций зерна пшеницы с получением белковых препаратов пищевого назначения (Дубовицкий Ю.). Однако, несмотря на все достоинства, технология не предусматривает переработку таких видов зерновых культур
как рожь и ячмень, т.е. не доказана возможность переработки смеси дифференцированных фракций из разных видов зерна и получения соответствующих белковых продуктов. В то же время известно, что зерновые культуры отличаются по химическому составу, и прежде всего особенностями белкового и углеводного комплексов.
Технологические процессы получения белковых продуктов из нетрадиционных видов сырья с комплементарным аминокислотным составом относятся к критически важнейшим технологиям приоритетного направления пищевых и перерабатывающих отраслей АПК «Технология живых систем». Через такие процессы имеется возможность повышать и регулировать биологическую ценность белковых продуктов и обеспечить им заданные функциональные свойства за счет различий в генетической природе и физико-химических свойствах белков. Учитывая, что в структуре питания населения России существует дефицит высококачественного белка, а разработанная технология переработки зерна пшеницы на спирт и белковый продукт не давала оснований, без специальных исследований, использовать резервы химического состава другого вида зернового сырья (рожь, ячмень), то совершенствование комплексной технологии производства этанола, предусматривающей эффективное использование не крахмалистых дифференцированных фракций зерна, но с выделением уже белковых композитов, следовало считать актуальной. К тому же в известной технологии переработки зерна пшеницы не были исследованы функциональные свойства препаратов, не решены вопросы их санитарно-гигиенической безопасности и, как следствие этого, не определены направления и пути использования белковых продуктов в пищевой промышленности.
Цели и задачи исследований
Целью настоящей работы являлось совершенствование комплексной технологии переработки зерна пшеницы на этиловый спирт и белковый продукт путем вовлечения в процесс переработки трех видов зерновых
культур (пшеница, рожь, ячмень), получения из них белковых композитов с более высокой биологической ценностью и интенсификации стадии механико-ферментативной обработки сырья. В задачу исследований входило:
выделение и исследование химического состава дифференцированных фракций зерна пшеницы, ржи, ячменя;
исследование аминокислотного и фракционного состава белков зерновых культур и их дифференцированных фракций (крупка, шелуха);
разработка технологических режимов выделения белков из различных фракций зерна ржи и ячменя;
выделение двух- и трехкомпонентных белковых композитов, определение выхода и составление баланса распределения белка по продуктам переработки фракций;
исследование микробиологических показателей качества сырья, белковых продуктов и разработка способов их улучшения;
определение функциональных свойств белковых продуктов;
анализ химического состава вторичных продуктов переработки дифференцированных фракций зерна;
- приготовление сусла с использованием вторичных продуктов
- переработки зерновых фракций;
осуществление выбора и определение оптимальных дозировок ферментных препаратов разжижающего и осахаривающего действия;
определение температурных режимов механико-ферментативной обработки сырья;
исследование целесообразности использования промывных вод белка в производстве спирта;
изучение процесса сбраживания сусла и определение качественных характеристик бражки;
проведение опытно-промышленной апробации процесса переработки фракций из разных видов зерновых культур;
разработка аппаратурно-технологической схемы процесса и проектов нормативной документации;
расчет экономической эффективности нового способа переработки фракций зерна на спирт и белковые композиты.
Научная новизна
Получены новые теоретические сведения и закономерности, направленные на совершенствование процесса переработки зерна на этиловый спирт и белковый продукт за счет использования смеси пшеницы, ржи,'ячменя с получением белковых препаратов и композитов, возврата вторичных продуктов, включая промывные воды белка, и интенсификации стадии механико-ферментативной обработки сырья.
С учетом данных химического и биохимического составов
дифференцированных фракций ржи и ячменя доказана целесообразность
удаления их из технологии спирта как содержащих повышенное содержание
белка и некрахмалистых полисахаридов. Получены закономерности влияния
режимов выделения белков жидкостным методом (рН осаждения, время,
гидромодуль экстракции) на их выход. Установлены отличия в выходе белка в
зависимости от вида зерновых культур. /
Впервые теоретически обоснована целесообразность переработки фракций зерна ржи и ячменя на спирт для получения белковых препаратов и композитов с улучшенным (аминокислотным) составом, по сравнению с пшеницей. Определены оптимальные соотношения фракций, с точки зрения выхода белка (54-57%) и биологической ценности, для композиций: пшеница-рожь; пшеница-ячмень и пшеница-рожь-ячмень. Получены сравнительные данные аминокислотного состава композитов и выявлен ингибирующий эффект 0,1%-ного раствора лимонной, 0,05%-ного - соляной кислот и 1%-иого
раствора тиосульфата натрия на содержание плесневых грибов, дрожжей и показателя общей обсемененности белковых продуктов.
Установлена взаимосвязь выхода и фракционного состава белка: чем больше сумма проламинов и глютелинов в сырье, тем выход белка выше. Отмечен синергетический эффект белков ячменя на стадии осаждения в смеси с белками ржи и пшеницы за счет различий в их физико-химических свойствах и направлен он на повышение общего выхода белка.
Впервые определены функциональные свойства двух- и трехкомпонентных белковых композитов и показана возможность их регулирования промывкой осажденного белка растворами соляной, лимонной кислот и тиосульфата натрия.
Получены новые данные преимущественного использования крупки из смеси состава пшеница-ячмень в двухпродуктовой технологии спирта с учетом особенностей химического состава вторичных продуктов ее переработки (крахмало-белковый продукт и нерастворимый остаток), в результате чего установлена возможность переработки 50% пленчатого сырья от общей его массы, против 30% известных.
Определена последовательность внесения вторичных продуктов от выработки белка (крахмало-белкового, сыворотки, промывных вод) на стадии приготовления замеса и сусла и установлены оптимальные условия для действия ферментных препаратов разжижающего и осахаривающего действия. Получены новые данные по обоснованию оптимальных температурно-временных пауз на стадии водно-тепловой обработки замеса.
Впервые доказана возможность использования в двухпродуктовой схеме процесса одноступенчатого измельчения зерна с низкотемпературным механико-ферментативным способом обработки затора.
Новизна технологии переработки смеси зерна пшеницы, ржи, ячменя на этиловый спирт и белковые препараты и композиты защищена Патентом РФ №2210595
Практическая значимость
Разработана новая комплексная технология переработки зерна пшеницы, ржи и ячменя на этиловый спирт, пищевые белковые препараты и композиты. Технология обеспечивает получение высококачественного спирта и белковых продуктов повышенной биологической ценности для применения их в производстве пищевых изделий. Преимуществом технологии является эффективное использование основных компонентов зернового фуражного сырья путем предварительного выделения дифференцированных фракций (крупка, шелуха) с повторным возвратом продуктов их переработки, включая промывные воды белка, в основное производство этанола.
Технология переработки фракций зерновых смесей обеспечивает:
сокращение стадии механико-ферментативной обработки сырья на 30-40мин;
экономию расхода ферментных препаратов разжижающего действия на 25-50%;
повышение выхода этанола из 1 т условного крахмала сырья на 3,1-4,0дал; из 1т зерна для смеси пшеница-ячмень - на 0,6 дал, для смеси пшеница-рожь -на 0,2 дал;
- выработку пищевых белковых композитов повышенной биологической
ценности в количестве 25-38 кг на 1 т зерна, без снижения выхода этанола.
Проведена опытно-промышленная проверка разработанных режимов выделения пищевых белковых препаратов и композитов, обеспечивающих нормативные микробиологические показатели, и уточненных режимов механико-ферментативного способа переработки сырья в условиях Мичуринского экспериментального завода. Процесс выделения белков из крупки апробирован в опытно-экспериментальных условиях фирмы «ЭТНА».
Разработана технологическая инструкция по производству белковой муки из продуктов переработки зерновых культур и проект ТУ на белковую муку.
Условно-годовая экономия от снижения себестоимости продукции, рассчитанная для спиртового завода мощностью 3000 дал/сут, составит 20,74 млн. руб при сроке окупаемости 1 б месяцев.
Получение этанола из традиционных видов сырья по новым технологиям
В зарубежной практике нашли широкое распространение комплексные технологии переработки зерна пшеницы с получением этилового спирта, глютена и крахмала (176, 181, 193).К примеру, различными фирмами Германии в настоящее время широко предлагаются производственные установки для изготовления спирта, клейковины и глюкозо-фруктозных сиропов. Типичная схема такого процесса включает следующие комплексы (стадии): Комплекс I: Прием пшеницы, хранение, сухой размол. Получают отруби и муку.
Комплекс 2: Крахмальная фабрика. Из пшеничной муки получают крахмал А, крахмал Б, витальную клейковину и корм. Последний представляет собой остатки производства крахмальной фабрики, смешанные с отрубями из комплекса I. Комплекс 3: Отделение, где осуществляется ферментативное осахаривание крахмала А и изомеризация глюкозы во фруктозу (при необходимости).
Крахмал Б и часть крахмала А применяются для изготовления спирта. Осахаренный крахмал сбраживается, бражку ректифицируют и получают этиловый спирт. Остаточный продукт выпаривают, высушивают и используют в качестве корма.
Выход продуктов от массы зерна в % составляет: 14 3% - спирт; 25,5% — сироп; 6,8%- клейковина и 30,9%- корм.
Сравнение экономических показателей данного процесса переработки зерна пшеницы с традиционным технологическим потоком производства спирта в России показывает, что выход спирта в последнем случае в среднем по стране выше в 2-2,5 раза, что в целом является положительным для спиртовой отрасли. При этом важно отметить, что предлагаемые технологические решения налагают достаточно жесткие требования к показателям качества исходного зерна пшеницы, в частности, к составу белков сырья и их количеств. Только из пшеницы с клейковиной высокого качества и определенным ее содержанием возможно получение «витальных» белковых продуктов с надлежащим выходом (33).
Альтернативным вариантом переработки зерна пшеницы на спирт и белковые продукты может служить технология, разработанная специалистами МГУ! 111 и защищенная патентом РФ (135). В ее основе лежит дифференцированное разделение зерна на две фракции: фракцию эндосперма и фракцию некрахмалистых полисахаридов. Последняя получается в виде крупки или шелухи и служит сырьем для производства белкового продукта пищевого назначения (52). Вторичные продукты от технологии белка в виде крахмало-белково го продукта и сыворотки возвращаются в основной процесс производства этанола.
Данная технология позволяет перерабатывать зерно пшеницы без требований к показателям качества белков. Она обеспечивает получение этилового спирта и белкового продукта без снижения выхода этанола из 1 т зерна, по сравнению с классической однопродуктовой схемой переработки сырья, и одновременное снижение в бражке вредных летучих примесей на 10-20% (29).
Однако, в предлагаемой двухпродуктовой схеме, осуществляемой по механико-ферментативному способу переработки зерна, не исчерпаны все вопросы совершенствования технологического процесса производства этанола, не решен вопрос микробиологической чистоты белковых продуктов, хотя на спиртзаводы преимущественно поступает зерно не продовольственного, а фуражного назначения.
Кроме того, спиртовые заводы все чаще перерабатывают смесь зерновых культур (пшеница, рожь, ячмень и др.), что также требует новых исследований.
К основному крахмалсодержащему сырью спиртового производства в настоящее время относятся различные виды зерна. Преобладающими культурами при этом являются пшеница, рожь и ячмень(15, 86, 89, 109, 145, 194, 199).
Строение, состав и соотношение анатомических частей зерна исследовались на протяжении многих десятков лет как отечественными, так и зарубежными учеными, поэтому хорошо изучены (35,37, 38, 68). Установлено, что зерно хлебных злаков имеет принципиально одинаковое строение и состоит из трёх основных частей, различных по химическому составу и физиологическому назначению: зародыша, эндосперма и оболочек (плодовой и семенной). Зерно ячменя содержит, кроме того, цветочные плёнки, покрывающие зерновку сверху, поэтому относят его к плёнчатым культурам, а рожь и пшеницу - к голозёрным.
Для спиртового производства наибольшую ценность представляет эндосперм, в котором сосредоточена основная масса крахмала зерна (7, 15, 23) и на долю которого приходится 70-80% от массы зерновки. Большая часть тканей эндосперма построена из тонкостенных клеток, и в связи с этим содержание клетчатки, гемицеллюлоз и зольных элементов в них минимально. Вместе с тем, такие анатомические части зерна как оболочки и зародыш, напротив, характеризуются повышенным содержанием некрахмалистых полисахаридов, липидов и белков. Эти соединения в технологии спирта являются балластными веществами, так как не повышают его выход из 1 ед. сырья, а напротив, могут снизить данный показатель или ухудшить качественные параметры этанола (93, 169, 170, 190). При переработке зерна по традиционной технологии все анатомические части зерновки поступают в технологический процесс и последовательно проходят стадии измельчения, водно-тепловой обработки замеса, приготовления и сбраживания сусла, выделения из бражки этилового спирта. Поэтому данный способ переработки сырья является нерациональным, особенно, если в производстве, помимо пшеницы, используются рожь и ячмень.
Технологическую сложность при переработке зерна ржи обеспечивают гемицеллюлозы, которые по своему физиологическому значению занимают промежуточное место между запасными углеводами и опорной тканью (198, 201). Большая часть их остается незатронутой при классической переработке, и лишь около 25% может быть прогидролизована под действием цитолитических ферментов с образованием растворимых в воде веществ, повышающих вязкость растворов (13,20, 72, 73). Однако, в настоящее время эти препараты, вследствие высокой стоимости спиртовыми заводами отрасли, практически не используются.
Способы извлечения белков из продуктов переработки зерна и пути их совершенствования
Процесс получения белковых препаратов из растительного сырья оценивается по выходу продукта, содержанию белка, функциональным свойствам, биологической ценности и степени использования отходов (51,91, 148, 165). Исходя из этих требований, ниже приводится оценка способов и технологий извлечения различных форм белков из побочных продуктов переработки зерна.
Существует две основные группы способов выделения и получения белковых продуктов из зернового сырья: сухие и жидкостные (118). Внешние слои эндосперма содержат больше белка, чем внутренние (раздел 1.2,1.), поэтому измельчением и просеиванием побочных фракций можно получить продукты с повышенным содержанием белка. При этом важную роль для обеспечения и выхода белкового продукта играют тип побочного продукта, его химический состав, влажность и степень измельчения. Продукты первоначального размола вновь подвергаются помолу с получением муки и крупных остатков (118).
Последовательное измельчение и просеивание побочных продуктов из пшеницы позволяет достигать выход белковой муки до 30-40% с содержанием белка до 25% (175). Такие продукты обогащены витаминами (В(, РР, ЕЕ) и пищевыми волокнами. Однако, несмотря на то, что пищевая и биологическая ценность белковой муки и концентратов, полученных измельчением зерна, просеиванием и воздушной сепарацией продуктов помола выше, чем у обычной муки, сухие способы редко применяют из-за низкого выхода и содержания белка в препаратах.
При жидкостных способах извлечения белков предусматриваются: экстракция белков, отделение нерастворимой части от экстракта, выделение белков, отделение сыворотки от белка и сушка продукта.
Экстракция белков. Экстракция является наиболее важной и определяющей стадией выделения белков, на которой необходимым условием является подбор растворителя, гидромодуля, рН среды, температуры и времени экстрагирования.
Водная и солевая экстракция не обеспечиваог удовлетворительного выхода белков, так как фракционный состав их представлен более чем на половину спирто- и щелочерастворимыми фракциями (Раздел 1.2.2). Отсюда с учетом фракционного и компонентного составов зернового сырья для получения белковых продуктов чаще используют процесс щелочного (46, 52, 53, 92, 112, 118) и реже - кислотного экстрагирования (112), подобно получению концентратов и изолятов из масличного и другого вида сырья (10, 34, 148, 165).
Щелочная экстракция пшеничных, ржаных отрубей, сечки, отрубей из тритикале (127) позволяет получать продукты с более высоким содержанием белка (45,0-88,0%), чем при сухих способах. Максимальное содержание белка в экстракте наблюдается при рН 10,5-12,5.
Чтобы установить влияние температуры, гидромодуля и времени экстрагирования на выход белка, пшеничные отруби первоначально обрабатывались при рН 8,5 при различном значении времени. При 4 ч, 1ч и 15 мин выход белка был практически одинаковым (58-64%) и сделан вывод, что более половины белка переходило в раствор, независимо от времени экстрагирования (51,112).
Влияние условий экстрагирования белков из смеси мелких и крупных отрубей показало, что при увеличении значений рН от 7 до 12 выход белков повышался, а максимальное его значение (31-55%) наблюдалось при рН 11-12 (46). Саундерс с соавторами (127) пришли к выводу, что оптимальными условиями выделения белков следует считать рН 8,6-9,0, время экстракции — 15 мин, гидромодуль - 5:1, а температуру - 23С. Концентраты получены с невысоким выходом белка (15-25%), однако учитывали то, что биологическая ценность препаратов при таких условиях была оптимальной.
При более длительном экстрагировании белка и повышении температуры выход белка увеличивался незначительно, а повышение рН свыше 9 приводило к перерасходу щелочи.
Иная картина наблюдалась в работах В, Колпаковой (46,59) в опытах на пшеничных отрубях, полученных с различных систем технологического процесса переработки зерна. Оказалось, что оптимальными условиями для выделения белка из отходов зерноперерабатывающей промышленности являются: рН — 10,5-11,0, время экстрагирования - 1ч; гидромодуль - 1:12-1:15, температура - 50-60С. Биологическая ценность белков оставалась высокой, разрушения аминокислот практически не наблюдалось, а выход белка превышал 50% от общего количества в сырье.
Для получения белковых продуктов, наряду со щелочными, реже применяют растворы кислот (соляная, серная, фосфорная и другие) (34, 174). Следствием низкой растворимости белков в кислой среде является невысокий выход белка (5-10% от массы отрубей).
Выделение белка. Из щелочного или кислого экстракта белки выделяют достижением изоэлектрической точки. По одним данным (173), значение рН, при котором больше всего выпадает белка в осадок, равно 5,5, по другим (112) 4,0-5,0 или 6,0. Следовательно, значение изоэлектрической точки, вероятно, зависит от вида побочного продукта и всегда требует специальных исследований и уточнений.
Сушка. Для сушки белковых продуктов используют вакуумный, распылительный, сублимационный и в виброкипящем слое способы (55, 57, 112, 127, 174). Способ сушки очень сильно влияет на цвет белковых препаратов и их функциональные свойства (57). Наилучшие свойства, с точки зрения пригодности белков для целей производства пищевых продуктов, отмечены для препаратов, высушенных в виброкипящем слое инертного материала и распылительным способом (58).
Получение дифференцированных фракций зерна из ржи и ячменя
В качестве объектов исследования использовали зерно пшеницы, ржи и ячменя урожаев 1999-2002 гг., поступившее на переработку на КорыстовскиЙ спиртовой завод. Качество образцов определяли в соответствии с ГОСТами 10840-64, 10847-74,13586.5-85,13586.2-81.
Сырьем для выделения белковых препаратов из зерна ржи и ячменя служили дифференцированные фракции, выделение которых осуществляли путем помола зерна с последующим рассевом (крупка) или снятия периферических частей посредством шелушения (шелуха). Модуль крупности дифференцированных фракций определяли по ГОСТ 13496.8-96.
Сырьем для выделения белковых композитов служили дифференцированные фракции пшеницы, ржи и ячменя, взятые в определенных соотношениях.
На стадии механико-ферментативной обработки использовали ферментные препараты разжижающего действия, характеристика которых приведена в табл. 2.1. Для осахаривания затора использовали ферментный препарат Сан-Ультра (Дания) — источник глюкоамилазы. Оптимальные условия действия: рН=5,0-5,5; температура 50-55С. Каталитическая активность 3480 ед ГлС/см3 (146),
Массовую долю влаги в зерне и его фракциях определяли методом высушивания до постоянной массы, в белковых препаратах и нерастворимом остатке - на приборе Чижовой (113). Массовую долю белка в зерне, продуктах его переработки и нерастворимом остатке определяли по методу Къельдаля (ГОСТ 10841-91), в белковых препаратах и жидких средах - по методу Лоури (157). Массовую долю крахмала в зерне анализировали по методу Эверса (ГОСТ 7698-78), во фракциях переработки, белковых препаратах и нерастворимом остатке - химическим методом с получением глюкозы (161).
Содержание клетчатки и общих гемицеллюлоз определяли методами, описанными в руководстве (100). Массовую долю жира определяли по ГОСТ 29033-01, золы — по ГОСТ 27494-87, свободных восстанавливающих Сахаров
(B.C.) - по методу Шомодьи-Нельсона (125), аминный азот - медным способом, описанным в руководстве (157).
Аминокислотный состав зерна и фракций определяли по методике, опубликованной в работе (147). Гидролиз белков осуществляли 6 Н НС1 в течение 24 часов при 110 С. Разделение аминокислот осуществляли на анализаторе марки Хитачи — Д-500. Аминокислотный скор белков рассчитывали при сравнении с эталонным белком.
Фракционный состав белков исследовали в соответствии с классификацией по Осборну (69), применяя исчерпывающую экстракцию навески различными растворителями. Для этого 2 г материала помещали в центрифужную пробирку, добавляли 40 см 0,5 М раствора NaCl в 0,02 М фосфатном буфере, содержимое встряхивали при t=18-20C в течение 1 часа. Затем содержимое центрифугировали 15 мин при 5000 об/мин. Центрифугат сливали в мерную колбу, а экстракцию альбуминов, глобулинов повторяли еще дважды. Центрифугаты объединяли и определяли в них белок по Лоури.
К осадку, полученному после удаления растворимых в соли белков, добавляли 20 см3 70%-ного этанола, встряхивали 1 ч и пробирку оставляли на ночь при комнатной температуре. Суспензию вновь встряхивали 1 ч и центрифугировали при тех же условиях. Экстракцию проламинов повторяли еще 1 раз в течение 1 ч. Центрифугаты объединяли и определяли в них белок.
К осадку материала в пробирке добавляли 40 CMJ 0,1 Н раствора NaOH и встряхивали 1 ч при t=18-20C. Экстракт центрифугировали, а экстракцию осадка повторяли еще раз. В объединенных экстрактах определяли белок глютелинов по методу Лоури. Белок фракций выражали в % от общего содержания белка в исходном материале.
Изоэлектрическую точку белков определяли весовым методом после осаждения их при изменении рН раствора и методом изоэлектрического фокусирования в градиенте рН 3-Ю на шведском оборудовании марки ЛКБ. Использовали градиент сахарозы при концентрации до 30% (116). Выход белковых препаратов определяли весовым способом и выражали в процентах к исходному сырью.
Функциональные свойства белков определяли но методикам, описанным в статьях (50, 54), микробиологические показатели - на кафедре «Биотехнология» МГУПП и в лаборатории ИПЛ «Омега-3 цис» Хладокомбината №3 по ГОСТ 10444.15-94 (КМАФАнМ, КОЕ/г) и по ГОСТ 104444.12-88 (дрожжи, плесени, КОЕ/г).
Сумму сбраживаемых и несбраживаемых углеводов в сыворотке и промывных водах определяли после кислотного гидролиза с последующим определением восстанавливающих Сахаров по методу Шомодьи-Нельсона (125), сбраживаемые углеводы - фотоэлектроколориметрическим методом с применением реактива Антрона (113).
Приготовление сусла контрольных вариантов осуществляли механико-ферментативным способом, технологические параметры которого описаны в руководстве (145).
Амилолитическую активность (АС) и глюкоамилазную активность (ГлС) ферментных препаратов определяли по ГОСТ 20264.4-89. При этом уточнение активности препаратов осуществлялось непосредственно перед проведением эксперимента.
Качественные показатели сусла включали определение сухих веществ — пикнометрическим методом, сбраживаемых углеводов - фотоэлектроколориметрическим методом с применением реактива Антрона и видимой чистоты - по методикам, изложенным в руководстве (113). Декстрины определяли в присутствии амилозы по методу Попова и Шаненко (77), растворимые белки — по методу Лоури, аминныЙ азот - медным способом (157).
Сбраживание сусла проводили периодическим способом в соответствии с Регламентом (121), Засев сусла осуществляли спиртовыми дрожжами S.cerevisiae расы XII. Начальная концентрация дрожжевых клеток соответствовала 100 млн/см . Процесс осуществляли при температуре 28-30 С в течение 3-х суток.
Фракционный и аминокислотный состав белковых композитов
Суспензия, образующаяся при экстрагировании крахмало-белковых » веществ, при помощи насоса 20 поступает в центрифугу 21. Нерастворимый остаток дифференцированной фракции направляется в сборник нерастворимого остатка 22 и далее, после объединения с бардой в сборник 24 и используется на кормовые цели.
Неосветленный экстракт после центрифуги, через промежуточный сборник 23, поступает в сепаратор 25 для разделения на крахмало-белковый продукт и осветленный экстракт.
Крахмало-белковый продукт из промежуточной емкости 26 при помощи дозатора 26а направляется в смеситель 39 для приготовления затора, а осветленный экстракт - в емкость 27 для осаждения белка. Сюда же из мерника 28 направляют раствор 10%-ной соляной кислоты в качестве осадителя.
Из осадителя 27 белковая суспензия поступает на сепаратор 29, с помощью которого суспензия белка отделяется от сыворотки. Сыворотка через промежуточную емкость 30 и насос 31 подается в смеситель 39, а сгущенная суспензия белка в смеситель 32, в который из поз. 33 для ее промывки поступает 0,1%-ный раствор лимонной или 0,05%-ный раствор соляной кислот при гидромодуле 1:7. Промытая суспензия поступает на сепаратор 34, промывные воды от которого направляются в осахариватель 56. Сгущенная белковая суспензия направляется в нейтрализатор 36, куда из емкости 37 поступает для нейтрализации раствор гидроксида натрия или воды. Нейтрализованная и промытая белковая суспензия с помощью насоса 38 перекачивается в гомогенизатор 40, из которого суспензия направляется на сушку 41 и потребителю.
В смеситель 39, наряду с фракцией эндосперма, степень измельчения которой характеризуется 100%-ным проходом через сито 0 1 мм (поз. 12), крахмало-белковым продуктом (поз. 26) и сывороткой (поз. 30) при необходимости для достижения нужного значения гидромодуля, подается вода из сборника 42, а также из расходного сборника 43 с помощью пневматического дозатора задается раствор ферментного препарата альфа-амилазы. Полученный замес насосом 44 подается на контактную головку 45, где нагревается острым паром до требуемой температуры, после чего масса направляется в аппарат 48 гидроферментативной обработки I ступени (АФО-1) где осуществляется растворение сухих веществ зерна. АФО-1 снабжен циркуляционным контуром, включающим контактную головку 46 и циркуляционный насос 47.
Из аппарата 48 насосом 49 масса подается на вторую ступень ферментативно-тепловой и гидродинамической обработки, осуществляемой в аппарате 50 вертикального или горизонтального типа (АФО-П), после чего насосом 51 закачивается на контактную головку 52, из которой направляется в трубчатый стерилизатор 53, снабженный редуцирующим клапаном, далее в выдерживатель 54.
Простерилизованная масса через паросепаратор 55 поступает в испаритель-осахариватель 56, в который поступают промывные воды (поз. 34), из сборника 57 дозируется раствор ферментного препарата глюкоамилазы. Пар, образующийся в испарителе-осахаривателе, поступает в конденсатор 58, и вакуум-насосом 59 конденсат закачивается в сборник 60. Барометрическая вода собирается в сборнике. Пар, отделенный в паросепараторе 55 в свою очередь, подается для обогрева воды, предназначенной для приготовления замеса в смесителе 39.
Осахаренное сусло, выходящее из осахаривателя, проходит через ловушку 61, где отделяются механические примеси (крупные частицы). Далее оно антисептируется формалином, подаваемым непосредственно в трубопровод из расходного сборника и мерника. При необходимости формалин может дозироваться в суспензию ферментных препаратов.
После чего сусло насосом 62 закачивается в теплообменник 63 или непосредственно поступает в дрожжевое отделение для приготовления производственных дрожжей.
Охлажденное в теплообменнике сусло поступает в бродильные чаны 64, куда предварительно вводятся дрожжи из дрожжанок 65. В начале процесса (в период пуска) используются засевные дрожжи, выращенные в маточнике. Для обеспечения дрожжевых клеток достаточным азотистым питанием предусмотрена подача в дрожжанки раствора карбамида.
В бродильных чанах 64 происходит процесс сбраживания сусла периодическим способом в течение 72 часов, после чего готовая бражка насосом 66 перекачивается в передаточный чан, откуда подается в отделение брагоректификации.
Пары спирта, выделяющиеся из бродильных чанов вместе с диоксидом углерода, улавливаются спиртоловушкой 67 и в виде спиртоводной жидкости возвращаются в передаточный чан через сборник 68. Кроме того, для гашения образующейся в процессе брожения пены в бродильные чаны в случае необходимости может подаваться олеиновая кислота.
