Роль минерального состава воды в технологии производства зерново

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

0560280140 70357Мезофильные

Ликвамил 12002800224023802380252028002800БАН 480L3000240025502550270030003000Термостабильные

Амилаза НТ 4000700400490490650700700Термамил 120L550230260320400550540

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 α-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 1-3,5÷1-4,0 (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)

05602801407035720I0,1220,4300,2700,1430,1590,1230,140II0,1040,0590,0860,1900,2020,1550,11040I0,1400,4200,2700,1740,1640,1380,150II0,1300,0850,1140,2530,2400,1860,15760I0,1510,4070,2910,2330,1790,1670,160II0,1620,1220,1280,2840,2950,2120,170

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.

EMBED Excel.Chart.8 \s 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 β-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 α-амилазу и Термамил 120L – источника термостабильной α-амилазы.

Установлено, что внесение в замес микробных амилаз приводит к снижению показателя «Число падения». К примеру (рисунок 2), при равной норме внесения мезофильной α-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.

EMBED Excel.Chart.8 \s 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

040020010050255Бактериальные

Максазим NNP270230240300270270270Алкалаза 2.4 L FG450340430450520450450Грибные

Протеаза GC-106450540650540500500470Дистицим Протацид Экстра200220220200200190190

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



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст