Роль минерального состава воды в технологии производства зернового сусла
На правах рукописи
Моисеенко Михаил Владимирович
Роль минерального состава воды в
технологии производства зернового сусла
Специальность 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов
и биологических активных веществ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Карпиленко Геннадий Петрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Траубенберг Светлана Евгеньевна
кандидат технических наук
Дячкина Алла Борисовна
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский
государственный университет
технологий и управления»
Защита состоится «___» декабря 2011 года в ___ч., ауд. _____ на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.04 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУПП».
Автореферат разослан «____» ноября 2011г.
Ученый секретарь
Совета Д 212.148.04,
кандидат технических наук Тимофеев Д.В.
Автореферат отправлен по адресу [email protected] для размещения в сети Интернет Министерством образования и науки РФ и размещен на сайте www.mgupp.ru.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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 крахмалсодержащему. 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 интенсифицировать 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 по повышению эффективности процесса для Ардымского спиртового завода.
В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:
– изучить влияние ионов Ca2+ и Mg2+ содержащихся в технологической воде на активность микробных и зерновых амилаз при использовании стандартного и зернового субстратов;
– исследовать реологическое поведение замесов в зависимости от концентрации ионов Ca2+ и Mg2+ в воде;
– изучить влияние катионов на активность микробных и зерновых протеаз;
– определить 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 этанола на Ардымском спиртовом заводе в соответствии с СаНПиН 2.1.4 1074-01 Питьевая вода. Контроль качества.
– обосновать выбор основных направлений исследований по изучению процесса повышения 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 Ca2+ и Mg2+, содержащихся в воде, на амилолитическую способность мезофильных (Ликвамил 1200 и БАН 480L) и термостабильных (Амилаза HT 4000 и Термамил 120L) 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 Ca2+ 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 Ca2+ и Mg2+ в воде с использованием прибора «Амилотест АТ – 97» по показателю “Число падения”.
Изучено влияние ионов Ca+2, Mg+2, Mn+2 и Zn+2, 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 спектрофотометрии 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.
Практическая 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 ХI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань 2010г.); на III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2010г.).
Публикации. 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.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 Обзор литературы
В обзоре литературы приведены данные о современных тенденциях развития отечественной спиртовой отрасли; дана характеристика углеводного комплекса зерна пшеницы, ржи, ячменя и приведены данные о физико-химических свойствах и структурных особенностей белков этих зерновых культур. Даны современные обобщающие материалы по характеристике ферментных препаратов амилолитического и протеолитического действия, используемых в технологии этанола из зерна. Представлены сведения о классификации природных вод и влиянии минерального состава технологической воды на биохимические процессы при переработке зерна в бродильных производствах.
2 Экспериментальная часть
2.1 Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлось зерно пшеницы, ржи и ячменя урожаев 2009-2011 гг., поступившее в производство на спиртовые заводы России, а также образцы воды, полученные, в том числе с Ардымского спиртового завода.
В работе применяли ферментные препараты зарубежного производства «Ликвамил 1200, «БАН 480L», «Амилаза HT 4000, «Термамил 120L», «Термамил SC», «Амил ЛН 608», «Глюкомил Л706», «Конверзим АМГ 300», «Максазим NNP», «Алкалаза 2.4 L FG», «Дистицим Протацид Экстра», «Протеаза GC–106».
Анализ показателей качества зерна проводили с использованием основных общепринятых биохимических методов исследований.
Минеральный состав пшеницы, ржи и ячменя определяли по методу пламенной атомной абсорбции.
При анализе образцов воды использовали методы определения общей жесткости, щелочности, перманганатной окисляемости, мутности по формазину, а также метод капиллярного электрофореза для определения отдельных ионов.
Активность микробных и зерновых амилаз определяли колориметрическим методом, протеаз – по методу Ансона.
Оценку реологического поведения замесов осуществляли с использованием прибора «АМИЛОТЕСТ АТ-97(ЧП-ТА)» по показателю «Число падения».
Анализ осахаренного сусла спиртового производства проводили с применением общепринятых методов в отрасли.
2.2 Результаты исследований и их обсуждение
- Влияние ионов Ca2+ и Mg2+ на активность микробных и
зерновых амилаз
Исследование микробных и зерновых амилаз с использованием стандартного
субстрата
В работе использовали четыре ферментных препарата, промышленно применяемых на отечественных спиртовых заводах с целью снижения вязкости сред при переработке зерна. Из них препараты Ликвамил 1200 и БАН 480L относятся к мезофильным, а Амилаза HT 4000 и Термамил 120L – к термостабильным.
В качестве стандартного субстрата использовали 1%-ный раствор крахмала. При изучении влияния концентрации ионов Ca2+ (внесение CaCl2), в пределах 7-35 мг в 1 л воды выявлено, что амилолитическая активность всех исследуемых ферментных препаратов практически не изменяется по сравнению с контролем (дистиллированная вода). При концентрации ионов Са2+ 70-560 мг/л активность микробных амилаз снижается в среднем на 15-50%. В меньшей степени теряют свою активность такие ферментные препараты как БАН 480L и Ликвамил 1200 (таблица 1).
Таблица 1 – Влияние ионов Ca2+ на амилолитическую способность
ферментных препаратов
| Ферментный Препарат | АС ед/см3 при концентрации ионов Са2+, мг/л | ||||||
| 0 | 560 | 280 | 140 | 70 | 35 | 7 | |
| Мезофильные | |||||||
| Ликвамил 1200 | 2800 | 2240 | 2380 | 2380 | 2520 | 2800 | 2800 |
| БАН 480L | 3000 | 2400 | 2550 | 2550 | 2700 | 3000 | 3000 |
| Термостабильные | |||||||
| Амилаза НТ 4000 | 700 | 400 | 490 | 490 | 650 | 700 | 700 |
| Термамил 120L | 550 | 230 | 260 | 320 | 400 | 550 | 540 |
Аналогичные эксперименты были проведены с внесением в дистиллированную воду MgCl2. Установлено, что ионы Mg2+ в исследуемых концентрациях в меньшей степени влияют на АС мезофильных и термостабильных -амилаз, чем ионы Ca2+. Термостабильные не изменяют свою активность, а у мезофильных при высоких концентрациях Mg2+ уровень снижения не превышает 20-25%.
В зависимости от режимов обработки сырья собственные ферментные системы зерна могут оказывать определенное влияние на процесс гидролиза крахмала, а поэтому в работе выявили влияние ионов Ca2+ и Mg2+ на активность амилаз пшеницы, ржи и ячменя. Установлено, что максимальная амилолитическая активность зерновых амилаз соответствует концентрации кальция в пределах 70-560 мг/л, магния соответственно 140-560 мг/л. В среднем активность амилаз зерна пшеницы, ржи, ячменя возрастает в зависимости от концентрации ионов Ca2+ соответственно на 40%, 25%, 40%; от концентрации ионов Mg2+ соответственно на 15%, 35%, 30%.
Исследование микробных и зерновых амилаз с использованием зерновых
субстратов
Представленные выше зависимости были установлены с использованием стандартного субстрата. Вместе с тем, в промышленных условиях в качестве последнего выступает сложная гетерогенная система, что приводит к изменению основных кинетических параметров ферментативной реакции.
В настоящей работе было изучено влияние ионов Ca2+ и Mg2+ в технологической воде на процесс ферментативного гидролиза крахмала зерновых субстратов (пшеница, рожь, ячмень), который оценивали по накоплению в среде высокомолекулярных декстринов. Эксперименты проводили в двух вариантах:
1) при гидромодуле сырье-вода 1:50, что исключало влияние реологических характеристик при получении сред с повышенной вязкостью;
2) при гидромодуле 1:4, принятом в спиртовой отрасли при производстве сусла. Опыты проводились с применением ферментного препарата Термамил 120L.
При изучении влияния концентрации ионов Ca2+ и Mg2+ на процесс гидролиза крахмала замеса, состоящего из помола пшеницы и воды, под действием собственных амилаз зерна выявлена четкая зависимость увеличения содержания высоко-молекулярных декстринов в пробах при повышении концентрации ионов, определяющих жесткость от 7 до 560 мг/л. Так же установлено, что дополнительное внесение в замес микробной амилазы с нормой 0,1 ед. АС на г условного крахмала сырья приводит к повышению содержания декстринов в среде. Однако, данное увеличение концентрации декстринов по сравнению с вариантом без использования ферментного препарата не существенно.
Проведение процесса гидролиза при гидромодуле, традиционном для спиртового производства равном 1-3,51-4,0 (Вариант II) выявило существенные отличия в характере влияния минерального состава технологической воды на глубину деструкции полимеров углеводного комплекса сырья. К примеру, при изучении влияния ионов Ca2+ на процесс гидролиза крахмала пшеницы показано (таблица 2), что приготовление замеса с уменьшенным гидромодулем снижает доступность крахмала сырья для действия и зерновых и микробных амилаз. Содержание декстринов уменьшается. Данный факт может быть связан с затруднением диффузионных процессов в достаточно густых средах.
Таблица 2 – Влияние ионов Ca2+ на процесс гидролиза крахмала при совместном действии зерновой и микробной амилаз
| Длительность гидролиза, мин | Вариант | Содержание декстринов, мг/см3 (концентрация ионов Ca2+, мг/л) | ||||||
| 0 | 560 | 280 | 140 | 70 | 35 | 7 | ||
| 20 | I | 0,122 | 0,430 | 0,270 | 0,143 | 0,159 | 0,123 | 0,140 |
| II | 0,104 | 0,059 | 0,086 | 0,190 | 0,202 | 0,155 | 0,110 | |
| 40 | I | 0,140 | 0,420 | 0,270 | 0,174 | 0,164 | 0,138 | 0,150 |
| II | 0,130 | 0,085 | 0,114 | 0,253 | 0,240 | 0,186 | 0,157 | |
| 60 | I | 0,151 | 0,407 | 0,291 | 0,233 | 0,179 | 0,167 | 0,160 |
| II | 0,162 | 0,122 | 0,128 | 0,284 | 0,295 | 0,212 | 0,170 | |
Таким образом, исследования по влиянию ионов Ca2+ и Mg2+, проведенные с использованием зерновых субстратов, выявили их существенное отличие от данных, полученных с использованием стандартного субстрата, что подтвердило перспек-тивность проведения экспериментов, приближенных к производственному процессу.
2.2.2 Исследование реологического поведения замесов при переработке зерна
в зависимости от концентрации ионов Ca2+ и Mg2+ в технологической воде
Важной реологической характеристикой сырья в спиртовом производстве является вязкость его водной суспензии, которая определяется, в основном, состоянием крахмала, т.е. способностью этого полисахарида набухать, клейстеризоваться и давать вязкие растворы. Эти свойства крахмала проявляются на стадии водно-тепловой обработки замеса и определяют его реологическое поведение. Последнее имеет большое значение, потому что от вязкости замеса зависят возможность использования вторичного пара, величина расхода электроэнергии на перемешивание технологических сред, а также дозировка ферментного препарата на разжижение.
В настоящей работе реологическое поведение технологических сред оценивали по показателю «Число падения» («ЧП») с использованием прибора «Амилотест АТ-97». Эксперименты проводились с использованием образцов муки пшеничной, ржаной, ячменной, характеристика которых приведена в таблице 3.
Таблица 3 – Содержание крахмала и активность амилаз в образцах муки
| Показатели | Пшеничная мука | Ржаная мука | Ячменная мука |
| Массовая доля крахмала, % | 59,3 | 57,9 | 60,8 |
| Активность, ед. АС/ г муки | 0,78 | 6,40 | 0,75 |
Установлено, что содержание крахмала в зависимости от вида муки изменяется незначительно, амилолитическая способность муки ржаной более чем в 8 раз превосходит данный показатель для муки пшеничной и ячменной. Влияние ионов Ca2+ на показатель «ЧП» при действии зерновых амилаз представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Влияние ионов Ca2+ на показатель «ЧП» при действии зерновых амилаз
Показано, что максимальным значением «Число падения» характеризуется зерновой субстрат, приготовленный из муки ячменной, минимальным – из муки ржаной. Установленные данные согласуются с уровнем активности амилаз в данных культурах. Кроме того, они могут быть связаны с биохимическим составом отдельных зерновых культур. Известно, что в ячмене и ржи содержится повышенное количество некрахмальных полисахаридов, в первой культуре -глюкана, обладающего повышенной вязкостью, во второй – вязких полимеров в виде гумми- и слизи веществ. Однако рожь характеризуется высоким значением амилолитической активности, с чем и связанно снижение «Числа падения» до уровня 164 ед. прибора.
Также показано, что концентрация ионов Ca2+ влияет на активность собственных амилаз зерна. Максимальная активность амилаз пшеницы, ржи, ячменя выявлена в случаях с использованием на замес воды с концентрацией 200 мг/л и выше.
Эксперименты по определению показателя «Число падения» были выполнены и с внесением дополнительных ферментных препаратов Ликвамил 1200, содержащего мезофильную -амилазу и Термамил 120L – источника термостабильной -амилазы.
Установлено, что внесение в замес микробных амилаз приводит к снижению показателя «Число падения». К примеру (рисунок 2), при равной норме внесения мезофильной -амилазы ее вклад в снижение показателя «Число падения» при использовании ржаной муки минимален и составляет всего 35 ед. прибора. Если в качестве сырья была ячменная и пшеничная мука данное значение увеличилось до 210-215 ед. прибора.
Рисунок 2 – Показатель «Число падения» в зависимости от используемого сырья и применяемых амилаз
Также можно отметить, что показатель «Число падения», определяемый действием зерновых амилаз, а также суммарным действием зерновых и микробных амилаз при использовании ячменя характеризуется большими значениями, чем при использовании пшеницы, хотя как ранее было показано, что активность амилаз ячменной и пшеничной муки близки (АС = 0,75-0,78 ед/г). Данный факт может быть связан с особенностями биохимического состава муки из ячменя.
2.2.3 Влияние катионов на активность микробных и зерновых протеаз
В работе использовали четыре ферментных препарата протеолитического спектра действия зарубежного производства, промышленно используемых на отечественных спиртовых заводах с целью накопления в сусле усвояемого азота, необходимого для эффективного процесса сбраживания, а также, повышения доступности крахмала сырья за счёт деструкции белковой составляющей оболочки крахмальной гранулы. Из них препараты Максазим NNP и Алкалаза 2.4 L FG относятся к бактериальным, а Протеаза GC-106 и Дистицим Протацид Экстра – к грибным.
Исследование микробных и зерновых протеаз с использованием стандартного
субстрата
В качестве стандартного субстрата использовали 0,5%-ый раствор бычьего сывороточного альбумина, pH субстратов для каждого ферментного препарата соответствовал оптимальному значению.
Установлено (таблица 4), что в зависимости от препарата выявлены концентрации ионов Ca+2, при которых активность протеаз возрастает в среднем на 10 – 40%. Максимальный прирост активности выявлен для ферментного препарата Протеаза GC-106 при концентрации ионов Ca+2 в технологической воде на уровне 200 мг/л.
Таблица 4 – Влияние ионов Ca+2 на протеолитическую способность ферментных препаратов
| Ферментный препарат | ПС ед./мл при концентрации ионов Са+2, мг/л | ||||||
| 0 | 400 | 200 | 100 | 50 | 25 | 5 | |
| Бактериальные | |||||||
| Максазим NNP | 270 | 230 | 240 | 300 | 270 | 270 | 270 |
| Алкалаза 2.4 L FG | 450 | 340 | 430 | 450 | 520 | 450 | 450 |
| Грибные | |||||||
| Протеаза GC-106 | 450 | 540 | 650 | 540 | 500 | 500 | 470 |
| Дистицим Протацид Экстра | 200 | 220 | 220 | 200 | 200 | 190 | 190 |
Аналогичные эксперименты были проведены с использованием стандартного субстрата на воде, приготовленной на основе дистиллированной с внесением MgCl2 и показано, что ионы Mg2+ в исследуемых концентрациях в большей степени влияют на протеолитическую активность отдельных ферментных препаратов. К примеру, активность Алкалазы при использовании воды умеренной жёсткости возрастает на 30-35%; Дистицим, напротив, проявляет максимальную протеолитическую активность при повышенном содержании ионов Мg2+ (вода соответствует типу – жёсткая).
Дополнительно в работе было изучено влияние ионов марганца и цинка в пределах от 0,25 до 5,0 мг/л на активность микробных и зерновых протеаз. Анализ полученных данных, свидетельствует о том, что при внесении ионов Mn2+ в концентрации 2,5 – 3,75 мг/л активность ферментных препаратов Максазим NNP и Алкалаза 2.4 L FG повышается соответственно на 18 и 24% относительно контроля.
Влияние ионов Mn2+ на активность грибных протеаз более выражено для ферментного препарата Протеаза GC-106, его активность увеличивается на 30% относительно контроля при концентрации ионов Mn+2 – 3,75-5,0, тогда как активность препарата Дистицим возрастает лишь на 10-15%. Влияние ионов Zn+2 на протеолитическую активность исследуемых ферментных препаратов различно. В среднем, активность протеаз увеличивается на 15-20%.
На процесс получения осахаренного сусла могут оказывать влияние и зерновые протеазы. Анализ литературных данных о наличии протеолитических ферментов в зерне пшеницы, ржи, ячменя показал, что в нем присутствует большой спектр разнообразных протеаз, отличающихся по своим свойствам. В спиртовом производстве при переработке зерна на стадии водно-тепловой обработки основная роль принадлежит протеазам, работающим в нейтральной среде, так как рН замеса обычно составляет 6,0 – 6,5. Оптимальные условия действия зерновых протеаз (нейтральных): температура 40 – 50°С; рН 6,5 – 7,0.
Проведенные исследования показали, что ионы Ca2+, Mg2+, Mn2+ и Zn2+ не активируют зерновые протеазы, что согласуется с имеющимися в литературе данными. Снижение активности при внесении СаСl2 и MgСl2 в достаточно высоких концентрациях скорее всего связано с ингибирующим действием ионов хлора.
Исследование микробных и зерновых протеаз с использованием зерновых
субстратов
В настоящей работе было изучено влияние ионов Ca2+ и Mg2+ содержащихся в технологической воде на процесс ферментативного гидролиза белка зерновых субстратов (пшеница, рожь, ячмень) по накоплению в среде растворимого белка (гидромодуль сырье – вода составлял 1:4).
Эффективность гидролиза оценивали по разнице содержания растворимого белка в нулевой и контрольной пробе(выдержка замеса в течении 20 минут при 500 С). Принимали, что данная разница, полученная в пробе с использованием дистиллированной воды составляет 100% (контроль). Опытные образцы, полученные с использованием воды с определённым содержанием ионов, выражали в процентах к контролю.
Изучение влияния ионов Са+2 на процесс гидролиза белков зерна под действием собственных протеаз показало (рисунок 3), что в зависимости от концентрации ионов Са+2 в технологической воде и вида зернового сырья при проведении процесса автолиза белков пшеницы и ячменя происходит незначительное накопление низкомолекулярных пептидов и аминокислот при концентрации ионов Са+2 на уровне 100 – 200 мг/л. При автолизе зерна ржи наблюдается снижение автолитической активности.
Рисунок 3 – Влияние ионов Са+2 на процесс гидролиза белков зерна под действием собственных протеаз
Выявленные зависимости не могут иметь однозначного объяснения, поскольку зерновое сырье представляет собой сложную гетерогенную систему с большим количеством протеолитических ферментов разного типа (сериновые, тиоловые, кислые протеиназы, амино- и карбокси-пептидазы, металлозависимые ферменты), а также различных веществ белковой природы (низко- и высокомолекулярных пептидов и белков), отличающихся по своим физико-химическим свойствам, которые к тому же могут находиться в агрегации с другими биополимерами клетки.
Данные по влиянию ионов Са+2 на гидролиз белков зерна под действием собственных протеаз и ферментного препарата Алкалаза 2.4 L FG имеют аналогичный характер.
2.2.4 Влияние минерального состава технологической воды
на фракционный состав белков осахаренного сусла
Для изучения влияния минерального состава технологической воды на процесс гидролиза белков зерна в ходе механико-ферментативной обработки сырья были поставлены эксперименты по получению осахаренного ржаного сусла трех образцов:
образец 1 (К) – классическая переработка сырья по механико-ферментативной схеме;
образец 2 (О1) – исходное зерно ржи смешивали с водой с оптимальными концентра-циями ионов Са+2 – 50мг/л, Mg+2 – 50мг/л, Mn+2 – 5мг/л. Далее процесс получения сусла проводили по режиму образца 1;
образец 3 (О2) – исходное зерно ржи смешивали с водой с худшими показателями качества: Са+2 – 400 мг/л; Mg+2 – 400 мг/л, Zn+2 – 5 мг/л. Далее процесс получения сусла проводили по режиму образца 1.
Профили элюции белков данных образцов представлены на рисунке 4. Полученные результаты показывают, что все анализируемые образцы осахаренного сусла характеризуются большим разнообразием белков различной молекулярной массы, варьируемой от 700000 до 1000 Дальтон. При этом можно выделить шесть основных пиков, которые характерны для белков определенной молекулярной массы.
При фракционировании Образца 2, в котором ионы Са2+, Mg2+, Mn2+ были добавлены в оптимальном количестве (по содержанию ионов жесткости используемая в этом варианте вода относится к умеренно жесткой), наблюдается увеличение содер-жания низкомолекулярной фракции пептидов и аминокислот на 45% по сравнению с Образцом 1, что можно рассматривать как позитивное изменение. При фракциониро-вании Образца 3 в котором ионы Са2+, Mg2+, Zn2+ были добавлены в количествах, дающих наихудшие показатели качества воды (по содержанию ионов жесткости используемая в этом варианте вода относится к очень жесткой), наблюдается снижение протеолиза примерно на 40 – 45%. Это относится и к переходу белков из нерастворимого состояния в растворимое, а также в снижении накопления средне- и низкомолекулярных пептидов и аминокислот.
Рисунок 4 – Фракционирование белков осахаренного сусла методом гель-хроматографии на колонке Toyopearl gel HW - 55 F
2.2.5. Влияние показателей качества исходного сырья на процесс получения
зернового сусла
В спиртовом производстве крахмалосодержащее сырье, к которому относят различные виды зерна и картофель, оценивают по узкому спектру показателей, к которым относятся влажность, засоренность и содержание крахмала. Столь ограниченный по количеству исследуемых показателей анализ не позволяет предложить рациональные пути повышения эффективности их переработки в этанол.
Так как, цель данного исследования заключалась в выявлении влияния минерального состава технологической воды на процесс получения осахаренного сусла, было определенно содержания в сырье отдельных макро- и микроэлементов, которые в зависимости от их количества и растворимости также могли являться причиной, определяющей ход деструкции биополимеров зерна.
В соответствии с методикой при изучении минерального состава сырья, проба зерна после озоления растворяется в растворе 1% HCl. В наших экспериментах дополнительно была осуществлена водная экстракция (навеска золы с водой смешивалась при соотношении 1:10, затем выдерживалась в течении 30 минут при 50оС, далее проводилась фильтрация). Анализ данных таблицы 5 позволил выявить влияние вида зерна на его минеральный состав. Установлено (с использованием кислотного метода – вариант I), что пшеница содержит примерно в два раза меньше Ca, чем рожь и ячмень. По содержанию микроэлементов последний существенно отличается от голозерных культур: в нем почти в 3 раза больше Na, в 2 раза больше Zn и в два раза меньше Mn.
Таблица 5 – Состав золы зерна
| Вид зерна | Содержание металла, % к массе золы ·10-2 | ||||||
| Вариант | Ca | Mg | K | Na | Zn | Mn | |
| Пшеница | 1 | 17,0 | 98,0 | 45,0 | 0,309 | 0,174 | 0,254 |
| 2 | 0,218 | 0,225 | 0,150 | 0,005 | 0,005 | 0,004 | |
| Рожь | 1 | 38,0 | 104,0 | 60,0 | 0,394 | 0,180 | 0,288 |
| 2 | 0,890 | 0,313 | 0,242 | 0,120 | 0,120 | 0,106 | |
| Ячмень | 1 | 33,0 | 94,0 | 53,0 | 0,959 | 0,322 | 0,120 |
| 2 | 0,700 | 0,300 | 0,301 | 0,206 | 0,095 | 0,029 | |
Результаты, полученные с использованием метода водной экстракции (вариант II), позволяют прогнозировать минеральный состав технологической среды (замеса из помола зерна и воды). Содержание металлов при переводе их в растворимое состояние из золы методом водной экстракции существенно меньше, чем при обработке раствором HCl. Так, содержание макроэлементов снижается для Ca, Mg, и K соответственно в 40-75 раз; в 300-400 раз; в 150-200 раз; микроэлементов падает в меньшей степени: для Na, Zn, и Mn соответственно в 3,0 - 4,5 раза; в 1,5 - 30,0 раз; в 3,0 - 60,0 раз.
В целом, полученные новые данные по минеральному составу водорастворимой фракции золы представляют научный и практический интерес для специалистов спиртовой отрасли, так как позволяют расчетным путем оценивать вклад сырья в содержании отдельных металлов при получении замеса.
2.2.6 Оценка показателей качества воды
В спиртовом производстве гидролиз полимеров зерна осуществляется под действием эндогенных и микробных амилаз, протеаз и других ферментов. 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.
В работе исследовали пять образцов воды. Образцы № 2, № 3 и № 5 получены со спиртовых предприятий. Вода образцов № 1 и № 4 представляла собой соответственно пробу образца № 2 разбавленную дистиллированной водой в соотношении 1:3 и пробу образца № 2 с дополнительным внесением солей CaCl2 и MgCl2. Было установлено, что образцы воды характеризовались существенным отличием в содержании катионов, определяющих жесткость воды (таблица 6). Так, содержание ионов Ca2+ менялось в пределах 12,0-173,5 мг/л; также установлено, что образец № 5 при примерно равном количестве ионов, определяющих жесткость воды отличался от образца № 2 содер-жанием Nа, Zn, Mn. В целом, количество ионов кальция и магния, варьировалось в пределах 20,0-231,0 мг/л, что соответствовало модельным растворам с содержанием ионов Ca2+ и Mg2+ в пределах 35-280 мг/л при изучении влияния минерального состава воды на активность амилаз и протеаз.
Таблица 6 – Минеральный состав технологической воды
| Образцы воды | Содержание катионов, мг/л | |||||
| Ca2+ | Mg2+ | K+ | Na+ | Zn2+ | Mn2+ | |
| № 1 | 12,0 | 8,0 | 2,5 | 1,3 | 0,001 | 0,001 |
| № 2 | 47,5 | 32,5 | 10 | 5,2 | 0,005 | 0,005 |
| № 3 | 110,5 | 45,0 | 6,2 | 5,2 | 0,005 | 0,005 |
| № 4 | 173,5 | 57,5 | 10 | 5,2 | 0,005 | 0,005 |
| № 5 | 51,0 | 33,5 | 1,2 | 3,7 | 0,200 | 0,200 |
В изученных образцах воды была определена общая жесткость и щелочность, а также pH (таблица 7). В соответствии с принятой классификацией, образец воды № 1 соответствовал типу мягкая, образцы № 2 и № 5 типу умеренно-жесткая, а образцы № 3 и № 4 соответственно к типам жесткая, очень жесткая.
Для оценки вклада сырья и технологической воды в минеральный состав замеса дополнительно были выполнены расчеты, в которых на 100 г помола зерна вносили 350 мл H2O (обычный для спиртовой отрасли гидромодуль 1:3,5). Полученные данные показывают, что содержание ионов Ca2+ и Mg2+ независимо от вида зерна и образца воды определяется преимущественно используемой технологической водой. А
Таблица 7 – Общая жесткость и щелочность воды, pH
| Образцы воды | Жесткость, мг-экв/л | Щелочность,мл 0,1 н HCl | pH |
| № 1 | 0,8 | 0,5 | 6,5 |
| № 2 | 3,5 | 1,5 | 7,7 |
| № 3 | 6,5 | 1,3 | 7,9 |
| № 4 | 10,5 | 1,5 | 7,2 |
| № 5 | 4,0 | 3,0 | 7,4 |
содержание в замесе ионов Zn2+ и Mn2+, напротив, зависит и от вида зерна и от образца технологической воды.
2.2.7 Исследование процесса получения зернового сусла с применением
разных по минеральному составу образцов технологической воды
Оценив минеральный состав основного сырья и технологической воды, далее в работе изучили некоторые показатели, характеризующие полупродукты спиртового производства, а именно, замес и сусло. В первой серии экспериментов в качестве ферментного препарата разжижающего действия использовали Термамил 120L, содержащий термостабильную -амилазу.
Данные приведенные в таблице 8 по переработке помола из пшеницы, показывают, что pH замеса почти во всех пробах, характеризуется сдвигом в более кислую зону, чем исходные значения pH для воды, что связано с переходом в растворимое состояние определенных соединений зерна. Титруемая кислотность замеса практически не зависит от характеристик используемой воды, но меняется в ходе получения сусла.
Таблица 8 – Характеристика полупродуктов спиртового производства
| Образцы воды | Замес | Сусло | ||||
| кислотность, Град | pH | СВ, % | кислотность, Град | pH | СВ, % | |
| Контроль | 0,06 | 6,9 | 1,1 | 0,27 | 6,5 | 15,7 |
| № 1 | 0,06 | 6,8 | 1,1 | 0,26 | 6,4 | 16,2 |
| № 2 | 0,06 | 6,8 | 1,2 | 0,22 | 6,3 | 17,0 |
| № 3 | 0,06 | 6,7 | 1,4 | 0,22 | 6,2 | 17,1 |
| № 4 | 0,07 | 6,6 | 1,4 | 0,21 | 6,2 | 17,3 |
| № 5 | 0,06 | 6,7 | 1,3 | 0,23 | 6,3 | 17,2 |
Установлено, что использование дистиллированной воды и воды типа мягкая дает сусло с кислотностью 0,26-0,27 град; воды умеренно-жесткой и жесткой - 0,22-0,23 град.; очень жесткой – 0,21 град. Также показано, что сусло полученное с использованием мягкой воды (образец № 1), и контрольная проба характеризуются пониженным содержанием сухих веществ (в среднем на 1,0-1,5%). Присутствие в технологической воде ионов Ca2+ и Mg2+ в концентрациях 47,5-173,5 и 32,5-57,5 мг/л дает возможность достичь содержания СВ на уровне 17,0-17,3%. Установлено, что выявленная на примере переработки пшеницы закономерность изменения отдельных показателей качества полупродуктов спиртового производства сохраняется и при получении замеса и сусла из ржи и ячменя. Повышение общего содержания растворимых сухих веществ при использовании воды повышенной жесткости может быть связано, не только с более оптимальным протеканием процесса гидролиза крахмала зерна, но и «выщелачиванием» балластных компонентов. Поэтому, в дальнейшем необходимо оценивать влияние минерального состава технологической воды на содержание в сусле сбраживаемых углеводов. Для этой цели были получены образцы двух серий.
Серия I – Контроль (дистиллированная вода); опыт 1 (вода образца № 2, жесткость 3,5 мг – экв/л.); опыт 2 (вода образца № 4, жесткость 10,5 мг- экв/л.); образцы воды № 2 и № 4 по ионному составу отличались только содержанием Ca2+ и Mg2+.
Серия II – опыт 1 (вода образца № 2, жесткость 3,5 мг – экв/л.); опыт 3 (вода образца № 5, жесткость 4,0 мг – экв/л.). Образцы воды № 2 и № 5 при близкой жесткости отличались показателем щелочности и содержанием микроэлементов (Na, Zn, Mn).
Данные по анализу образцов Серии I (рисунок 5) показали, что максимальной концентрацией сбраживаемых углеводов, оцененной по показателю ОРВ, обладает сусло, полученное с использованием воды типа умеренно-жесткая. Несмотря на большую концентрацию СВ образцов сусла приготовленных на жесткой воде они характеризуются снижением показателя ОРВ. Переработка зерна с использованием дистиллированной воды, т.е. не содержащей практически ни каких ионов, дает наихудшие результаты и по показателю СВ и ОРВ.
Рисунок 5 – Влияние минерального состава воды на содержание в сусле ОРВ
2.2.8 Разработка рекомендаций по повышению эффективности процесса
получения сусла на Ардымском спиртовом заводе
В работе использовались два образца технологической воды взятой на Ардымском спиртовом заводе в ноябре 2010г. и в феврале 2011г., показатели качества которых приведены в таблице 9. Реакция среды, определенная по показателю рН свидетельствует о том, что она относится к слабо щелочной, что в технологии спиртового производства могло негативно влиять на процесс.
Таблица 9 – Показатели качества технологической воды
| Показатель | Образец № 1 | Образец № 2 | Вода питьевая по СанПиН |
| Жесткость, мг·экв/л | 3,92 | 3,20 | 7,0 |
| Щелочность, мл 0,1н NaOH | 4,10 | 3,85 | 6,5 |
| рН | 8,14 | 7,59 | 6-9 |
| Окисляемость, мг/л | 4,65 | 4,80 | 5,0 |
| Взвеси, мг/л ЕМФ | 8,53 | 8,95 | 2,6 |
В соответствии с показателями жесткости образцы воды, полученные с Адрымского спиртового завода, следует отнести к мягкой, либо умеренно жесткой воде. Показатель мутности, выраженный в единицах мутности по формазину, более чем в 3 раза превышал значение для воды питьевой по СанПиН. Визуально образцы воды характеризовались наличием большого количества взвешенных коллоидных частиц. Пробы были отобраны из открытого источника. Состав взвесей, исходя из показателя окисляемости, не был органической природы.
На следующем этапе работ был определен минеральный состав образцов технологической воды (таблица 10).
Установлено, что образцы технологической воды характеризуются пониженным содержанием ионов Са2+ и Mg2+. Данный факт необходимо учитывать при разработке рекомендации по получению осахаренного сусла на Ардымском спиртовом заводе. В целом, анализ образцов воды показал, что они характеризуются существенными отличиями в ряде показателей от значений, оптимальных для переработки зерна в бродильных производствах.
Таблица 10 – Минеральный состав технологической воды
| Содержание катионов, мг/л | Образец № 1 | Образец № 2 | Вода питьевая по СанПиН |
| Кальций | 12,6 | 15,7 | 30-140 |
| Магний | 1,92 | 2,21 | 50 |
| Натрий | 2,35 | 8,70 | 200 |
| Калий | 1,78 | 2,04 | 400 |
| Железо | 0,98 | 1,87 | 0,3 |
| Медь | 0,04 | 0,03 | 1,0 |
| Марганец | 0,125 | 0,139 | 0,1 |
2.2.9 Выбор основных направлений исследований
Изучение информационно-патентного материала и данные, полученные по влиянию минерального состава воды на действие зерновых и микробных амилаз на стандартных и зерновых субстратах, а также материалы по оценке реологического поведения сред в спиртовом производстве дало возможность предложить три основных направления исследований (рисунок 6).
| Направления исследований |
| Получение замеса с использованием солей CaCl2; MgCl2 | Подбор ферментного препарата разжижающего действия | Получение замеса с подкислением среды до рН 6,0-6,2 |
Рисунок 6 – Основные направления исследований
Первое направление исследований
В данной серии экспериментов использовался ферментный препарат разжижающего действия Амил ЛН 608, применяемый на Ардымском спиртовом заводе, содержащий мезофильную -амилазу. Контрольный образец получали путем смешивания помола из зерносмеси (пшеница:рожь - 70:30) с образцом воды (№ 1) в соотношении 1:3,5.
В опытные образцы дополнительно вносили соли CaCl2 и (или) MgCl2: образец №2 - ионы Cа2+ – 50 мг/л (при этом учитывали кальций, имеющийся в исходной воде и в сырье); образец № 3- ионы Mg2+, до общего содержания в замесе – 50 мг/л; образец № 4 - Ca2+ – 50 мг/л, Mg2+ – 25 мг/л. Далее в замесы вносили ферментный препарат Амил ЛН 608 в количестве 2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья. На стадии осахаривания использовали ферментный препарат Глюкомил Л706 в количестве 7,0 ед. ГлС / г крахмального сырья. Данные, приведенные на рисунке 7 показывают, что дополнительное внесение ионов Са2+ в оптимальной концентрации приводит к повышению сухих веществ сусле и что особенно важно для спиртового производства, к увеличению концентрации общих сбраживаемых углеводов.
| Рисунок 7 – Содержание сухих веществ и общих редуцирующих веществ в сусле в зависимости от содержания ионов Ca2+ и Mg2+ в замесе |
Использование только ионов Мg2+ практически не влияет на процесс. Лучшие результаты получаются в варианте, где на замес вносится смесь ионов Са2+ и Мg2+ (образец № 4). Содержание ОРВ в сусле возрастало против контроля на 5,7%.
Таким образом, дополнительное внесение в замес солей кальция и магния позволяет получить более качественное сусло на Ардымском спиртовом заводе с используемыми в настоящее время ферментными препаратами. Однако, такой технологический прием связан с дополнительными затратами на покупку солей.
Второе направление исследований
Выбор данного направления базировался на материалах исследований, приведенных в разделе 2.2.1, в котором представлены данные о разной эффективности действия мезофильных и термостабильных -амилаз в зависимости от минерального состава воды. Получение осахаренного сусла вели по режиму Регламента. Соли CaCl2 и MgCl2 в данной серии опытов не вносили.
Установлено (таблица 11), что процесс получения сусла с использованием ферментных препаратов с мезофильной -амилазой практически не зависит от вида препарата: содержание СВ составляет 15,4 – 15,8%, ОРВ находится на уровне 10,2 – 10,6%. Напротив, использование ферментного препарата термостабильной -амилазы зависит от вида препарата. Наилучший результат получен при использовании ферментного препарата Термамил SC. Содержание общих сбраживаемых углеводов достигает для данного образца сусла 12,3%. Наибольшая эффективность действия ферментного препарата Термамил SС может быть связана с тем, что по данным производителя его применение не лимитируется концентрацией содержащихся ионов Ca2+ в растворе (концентрация ионов Ca2+ в водно-зерновых суспензиях составляет около 5 мг/л). Напротив, для устойчивого результата с применением препарата Термалил 120 L содержание кальция в субстрате должно быть не менее 40 мг/л.
Таблица 11 – Содержание СВ и ОРВ в сусле в зависимости от используемого ферментного препарата разжижающего действия (без подкисления)
| Название ферментного препарата | Норма ед. АС/г крахмала сырья | Концентрация, % | |
| СВ | ОРВ | ||
| Мезофильные | |||
| Амил ЛН 608 Ликвамил 1200 БАН 480 L | 2,0 2,0 2,0 | 15,8 15,4 15,5 | 10,6 10,2 10,4 |
| Термостабильные | |||
| Амилаза НТ 4000 Термалил 120 L Термамил SC | 0,2 0,2 0,2 | 16,7 16,5 17,3 | 11,8 12,0 12,3 |
Таким образом, считаем целесообразным для Ардымского спиртового завода вместо ферментного препарата Амил ЛН 608 использовать Термамил SС с термостабильной, кальций независимой -амилазой.
Третье направление исследований
Данная серия экспериментов была связана с тем, что используемая на предприятии технологическая вода обладает слабощелочными свойствами, а оптимальное действие ферментных препаратов разжижающего и особенно осахари-вающего действия проявляется в слабокислой среде.
Установлено, что подкисление замеса до рН 6,0-6,2 приводит к улучшению технологических показателей качества сусла в независимости от вида используемого ферментного препарата.
2.2.10 Сравнительная характеристика образцов осахаренного сусла
На завершающем этапе работы были получены шесть образцов осахаренного сусла. Эксперименты проведены с двумя ферментными препаратами:
– Амил ЛН 608 – используемый в настоящее время на заводе (образцы К, О1,О2)
– Термамил SC– рекомендуемый к применению (образцы О3, О4,О5).
В качестве варьируемых факторов выбраны:
1) внесение солей СаСl2 и MgСl2 до общего содержания ионов Са2+ – 50мг/л и Mg2+ – 25мг/л (образцы О1,О4)
2) подкисление замеса до рН 6,0-6,2(образцы О2,О5)
Сравнительная характеристика показателей качества сусла, представленная в таблице 12, показала, что по сравнению с контрольным все опытные образцы харак-теризуются лучшими показателями. Концентрация сухих веществ сусла возрастает на 0,5-1,7%, ОРВ на 0,4-2,1%, свободных сахаров на 0,5-2,4%, растет видимая доброкачественность сусла.
Таблица 12 – Сравнительная характеристика показателей качества сусла
| Показатели | Образцы сусла по вертикали | |||||
| К | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | |
| Концентрация, %: -СВ -ОРВ -РВ -аминный азот Видимая доброкачественность, % | 15,8 10,6 3,9 0,06 67,1 | 16,7 12,0 4,4 0,08 71,9 | 16,3 11,0 5,1 0,06 67,5 | 17,3 12,3 4,8 0,07 71,0 | 17,5 12,4 4,5 0,07 70,9 | 17,5 12,7 6,3 0,08 72,6 |
Из всех опытных образцов лучшие показатели имеет сусло образца 5, в котором в качестве фермента разжижающего действия используется Термамил SC с подкислением замеса до рН 6,0-6,2. В нем отмечено существенное возрастание свободных сахаров (РВ), что, скорее всего, может быть связано, с хорошей подготовкой крахмала на стадии водно-тепловой обработки и с созданием благоприятных условий по активной кислотности для действия микробной глюкоамилазы.
Таким образом, с целью повышения качественных характеристик сусла Ардымскому спиртовому заводу рекомендовано использовать ферментный препарат Термамил SC и подкислять замес до уровня рН 6,0 – 6,2.
Проведенная опытно-промышленная проверка в условиях предприятия и выполненный по ее результатам экономический расчет подтвердили эффективность разработанных рекомендаций, условно-годовая экономия для Ардымского спиртового завода производительностью 3000 дал/сут. составит 35 млн. рублей. Для их внедрения заводу не нужно менять технологический Регламент.
ВЫВОДЫ
- Выявлено влияние концентрации ионов Са2+ и Mg2+ в воде на амилолитическую способность микробных и зерновых амилаз при действии на стандартный субстрат. Показано, что при использовании воды повышенной жесткости, определяемой ионами Са2+, в меньшей степени снижают активность препаратов мезофильного действия; определяемой ионами Mg2+ – препаратов с термостабильной амилазой.
- Исследовано влияние концентраций солей жесткости в технологической воде на гидролиз зерновых субстратов под действием микробных и собственных амилаз зерна. Показано, что приготовление замеса с использованием воды повышенной жесткости негативно влияет на процесс (содержание декстринов снижается в 1,3–2,5 раза). Оптимальной концентрацией ионов Ca2+ и Mg2+ в технологической воде является уровень 7-140 мг/л.
- Исследовано реологическое поведение замесов в зависимости от концентрации ионов Ca2+ и Mg2+ в технологической воде по показателю «Число падения». Показано, что внесение в замес микробных амилаз приводит к снижению «Числа падения» для ячменя в 2 раза, пшеницы на 75%, ржи – 40%.
- Изучено влияние ионов Ca2+, Mg2+, Mn2+ и Zn2+ на активность микробных ферментных препаратов протеолитического действия бактериального и грибного происхождения. Показано, что при использовании воды повышенной жесткости целесообразно применять ферментные препараты грибного происхождения. Выявлены различия по влиянию ионов Ca+2 на процесс гидролиза белков пшеницы, ржи, ячменя при совместном действии собственных и микробных протеаз. Показано, что при концентрации ионов Ca+2 на уровне 100 – 200 мг/л степень гидролиза белков пшеницы и ячменя возрастает на 30 – 50%, а белков ржи – практически не меняется.
- Фракционирование белков осахаренного сусла, приготовленного на воде разной жесткости, свидетельствует об увеличении содержания низкомолекулярной фракции пептидов и аминокислот на 45% при использовании воды умеренной жесткости и снижении степени и глубины гидролиза при использовании очень жесткой воды.
- С использованием метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии изучен минеральный состав зерна (Ca2+; Mg2+;K+, Na+, Mn2+ и Zn2+) пшеницы, ржи, ячменя на основе кислотной и водной экстракции, а также образцов воды с жесткостью от 0,8 до 10,5 мг-экв/л.
- Выполнены расчеты, позволяющие оценить вклад сырья и воды в минеральный состав замесов, в результате которых показано, что содержание Ca2+ и Mg2+ независимо от вида зерна и образца воды определяется преимущественно последним. Показано, что содержание Zn2+ и Mn2+ напротив, зависит и от вида зерна и от образца технологической воды.
- Изучены основные показатели качества 2-х образцов технологической воды, взятых на Ардымском спиртовом заводе, и установлено, что вода относится к типу умеренно жесткой (жесткость 3,20-3,92 мг-экв/л) и обладает слабощелочными свойствами (рН 7,59-8,14). Содержит повышенное количество взвесей (в 3 раза превышающее значение воды питьевой по СанПиН). Исследован минеральный состав технологической воды и выявлено, что в ней содержание ионов Са2+ и Мg2+ ниже оптимального уровня 50-70 мг-экв/л. Железо напротив в 3-6 раз превышает показатели по СанПиН.
- Выявлено влияние солей СаСl2 и MgCl2 на используемый при замесе сырья ферментный препарат Амил ЛН608. Показано, что дополнительное внесение ионов Са2+, либо смеси ионов Са2+ и Mg2+ повышает содержание в сусле СВ и ОРВ; для лучшего варианта до 16,7% и 12,0% против 15,8% и 10,6% в контрольном образце.
- Проведены эксперименты с использованием при производстве сусла ферментных препаратов (мезофильные: Амил ЛН 608, Ликвамил 1200, БАН 480L; термостабильные: Амилаза НТ 4000, Термамил 120L, Термамил SC). Наилучший результат получен при использовании ферментного препарата Термамил SC.
- Показано, что подкисление замеса до рН 6,0-6,2 при получении сусла на Ардымском спиртовом заводе приводит к улучшению технологических показателей сусла в случаях использования и мезофильной, и термостабильной -амилазы.
- Разработаны рекомендации по повышению эффективности процесса получения сусла для Ардымского спиртового завода, апробированные в опытно-промышленных условиях предприятия. Условно-годовой экономический эффект от реализации предложенных рекомендаций на предприятии при мощности 3000 дал/сут. составил 35 млн.руб. в год.
Список работ, опубликованных по результатам диссертации
- Крикунова Л.Н., Моисеенко М.В. Исследование реологического поведения замесов при переработке зерна в спиртовой отрасли // Управление реологическими свойствами пищевых продуктов: сб. материалов конф., Москва, 2010. – С. 77 – 84.
- Моисеенко М.В., Крикунова Л.Н., Карпиленко Г.П. Влияние минерального состава технологической воды на процесс переработки зерна в спиртовой отрасли // Производство спирта и ликероводочных изделий. – 2010. – № 3. С. 16 – 18.
- Моисеенко М.В., Витол И.С. Влияние ионов кальция на активность микробных амилаз // Пищевые технологии и биотехнологии: сб. докладов ХI Международной конференции молодых ученых. – Казань, 2010. – С.20.
- Моисеенко М.В., Витол И.С., Карпиленко Г.П. Влияние концентрации ионов кальция и магния на активность зерновых и микробных амилаз // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2010. – № 10. – С. 42 – 45.
- Моисеенко М.В. Роль минерального состава технологической воды в процессе получения пшеничного сусла // Пищевые продукты и здоровье человека: сб. материалов III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Кемерово, 2010. – С. 40 – 42.
- Моисеенко М.В. Витол И.С., Карпиленко Г.П. Влияние минерального состава технологической воды на активность зерновых протеаз // Производство спирта и ликероводочных изделий. – 2011. – № 3. – С. 14 –16.
- Крикунова Л.Н., Моисеенко М.В., Попова Н.В., Карпиленко Г.П. Реологическое поведение замесов из зерна в зависимости от концентрации ионов Са2+ и Мg2+ в воде // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2011. – № 8. – С. 59 – 61.
