CC BY
9
-□ □-
Вивчено можливгсть застосуван-ня дискретно-мпульсного введення енерги в технологи бродильного виробницт-ва. Встановлено, що використання такого методу в технологи виробництва спирту дозволить скоротити тривалгсть процесу оцукрювання розварено1 маси
Ключовг слова: оцукрювання, фермент-
ний препарат, зброджування
□-□
Изучена возможность применения дискретно-импульсного ввода энергии в технологии бродильного производства. Установлено, что использование такого метода в технологии производства спирта позволит сократить продолжительность процесса осаха-ривания разваренной массы
Ключевые слова: осахаривание, ферментный препарат, сбраживание
□-□
The possibility of using discrete pulse of energy input in the production of fermentation technology is studied. Established that the use of this method in the production technology of alcohol will reduce the time of saccharification process sodden mass
Keywords: saccharification, enzymes,
fermentation -□ □-
Развитие энергосберегающих технологий, отвечающих современным требованиям производства, базируется на разработке новых концепций, проведении комплексных научных исследований, детальном изучении сущности физических явлений. Это определяет возможность направленного управления технологическим процессом и обеспечение оптимальных условий его реализации.
Основываясь на данных фундаментальных исследований метода ДИВЭ, появилась возможность разработки новых и совершенствования существующих энерго- и ресурсосберегающих теплотехнологических процессов в различных отраслях промышленности, в частности, спиртовой промышленности.
Так, на стадии осахаривания разваренной массы для интенсификации процесса, был применен метод ДИВЭ.
Осахаривание заключается в обработке ох ла жден-ной разваренной массы ферментными препаратами для гидролиза полисахаридов, белков и других сложных веществ. Основным и наиболее важным процессом при этом является ферментативный гидролиз до сбражеваемых сахаров, поэтому процесс и называют осахариванием. В результате осахаривания разваренной массы получают полупродукт - сусло спиртового производства.
УДК663.031-038
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ОСАХАРИВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ДИСКРЕТНО-ИМПУЛЬСНОГО ВВОДА
ЭНЕРГИИ
А. Н. Ободович
Главный научный сотрудник, доктор технических наук, член-корр. Академии технологических наук* Контактный тел.: (044) 424-32-83. E-mail: icsushka@gmail.com
А.Ю. Л ымарь
Аспирант
*Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины ул. Булаховского Академика, 2, корп.2, г. Киев, 03164 Контактный тел.: (044) 424-32-83 E-mail: icsushka@gmail.com
Характерной особенностью процесса осахаривания в производстве спирта является то, что воздействие ферментов на составные вещества сырья осуществляется на нескольких технологических стадиях: стадии подваривания сырья, специальной стадии осахарива-ния крахмала при оптимальной температуре для действия амилолитических сахарогенных ферментов и, на конец, на стадии брожения, где создаются условия, оптимальные для жизнедеятельности дрожжей [1].
Сусло, полученное при осахаривании ферментным препаратом - содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 86% глюкозы.
Целлюлоза, гемицеллюлоза и другие некрахмале-стые полисахариды в большей степени гидролизуются ферментами микробного происхождения.
Когда разваренную массу осахаривают ферментными препаратами микробного происхождения, то определяющее значение в гидролизе крахмала имеет глюкоамилаза, а а-амилаза - вспомогательное.
а-Амилазы в зависимости от происхождения могут гидролизовать крохмал только до декстринов (декстриногенные амилазы) или наряду с декстринами образуют значительное количество сахаров. При гидролизе крахмала декстриногенной а-амилазой деполимеризация происходит на 30-40% и сахаро-генной - до 60%. Оптимальные температуры и рН
действия а-амилаз значительно различаются, поэтому на разных стадиях производства спирта применяют а-амилазы разного происхождения.
На стадии осахаривания целесообразно применять а-амилазы, которые кроме разжижающей способности обладают еще и сахарогенной активностью, оптимум действия рН для них равен 5,4-5,8.
Целлюлолитические ферменты в некоторой степени способствуют высвобождению крахмала, улучшая атакуемость его амилазами и повышая тем самым содержание сбражеваемых сахаров в сусле.
Протеолитические ферменты катализируют гидролиз белков и пептидов до аминокислот. В качестве источника протеолитических ферментов используют смесь ферментных препаратов из различных культур микроорганизмов, например Термамил 120L и Сан Супер 240L.
Основная задача осахаривания разваренной массы - наиболее полный и быстрый ферментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров. Процесс превращения крахмала в сбражеваемые сахара протекает в осахаривателе при оптимальной температуре (на 70-75%) и в бродильных аппаратах, где предельные декстрины медленно гидролизуются до сбражеваемых сахаров, что и лимитирует скорость сбраживания сусла.
В связи с вышесказанным целью данной работы является интенсификация процесса осахаривания с применением метода дискретно-импульсного ввода энергии (ДИВЭ). А именно, снижение продолжительности процесса осахаривания, и как следствие, уменьшение энергозатрат, а также уменьшение расхода ферментных препаратов за счет увеличения их активности, с помощью улучшения массообмена.
Для достижения поставленной цели в технологическом процессе на стадии осахаривания разваренной массы был применен метод (ДИВЭ). Суть метода заключается в том, что обрабатываемая среда подвергается пульсационному воздействию комплекса гидродинамических явлений: действию больших скоростей и ускорений, динамике роста и схлопывания парогазовых пузырьков, разрушению тонких пленок жидкости, созданию кавитационных каверн и мощной турбулентности на межфазной поверхности. Перечисленные процессы возникают при обработке сред в ротор-но-пульсационных аппаратах (РПА). Конструктивно роторно-пульсационный аппарат (РПА) состоит из бункера объемом 0,1 м3, роторно-пульсационного узла, насоса, электродвигателя, корпуса и трубопровода для рециркуляции готового продукта. Основным рабочим органом аппарата является роторно-пульсационный узел, который включает установленные на валу электродвигателя диск с лопатками - своеобразное рабочее колесо центробежного насоса и два статора, между которыми находится ротор. При вращении ротора происходит поочередное совпадение пазов ротора и статоров, что вызывает значительные знакопеременные перепады давления, высокоградиентные течения в зазорах, а также большие градиенты сдвиговых напряжений. Возникают локальные скорости сдвига потока обрабатываемой среды от (50 до 500) 103 1/с и частоты импульсов от 3 до 30 кГц [2,3].
При изучении процесса осахривания в спиртовом производстве путем роторно-пульсационной обработ-
ки исследования проводили следующим образом. В осахариватель подавали расчетное количество осаха-ривающих материалов при температуре 57-580С. После включения РПА смесь проходила через через ловушку, которая предохраняет аппарат от попадания в него посторонних включений, и поступала во внутреннюю полость РПА, где подвергалась высокочастотной обработке. Далее смесь рециркулировала по контуру и возвращалась в бродильный аппарат.
В ходе экспериментальных исследований осаха-ренное сусло подвергали химическому анализу. Полученные данные свидетельствовали о повышение активности ферментов от 2 ед. до 8 ед/г крахмала, что существенно увеличивает содержание сбраживаемых веществ в сусле от 13% до 20%. Экспериментальные данные представлены на рис.1.
12
ч
ш
«
10
8
6
4
2
0
60
^кратность)
Рис.1 Зависимость глюкоамилазной активности фермента от кратности обработки в РПА: 1 — скорость сдвига пото-
= 20*103 с-1; 2 - у = 30*103 с-1; 3 - у = 50*103 с-1
ка у :
Как видно, глюкоамилазная активность фермента значительно повышается от 2 ед. до 8 ед. после 40 циклов обработки со скоростью сдвига потока 50*103с-1 . При меньшей скорости сдвига потока такой результат можно достичь в приделах 50-60 циклов обработки. Поэтому, дальнейшее увеличение количества циклов обработки фермента практически не повышает его глюкоамилазную активность, а ведет лишь к дополнительным затратам.
Поскольку, одним из наиболее важных показателей эффективности работы РПА является частота пульсации среды в рабочем органе, то при дальнейших исследованиях определялась зависимость содержания сбражеваемых веществ в сусле от частоты пульсаций среды, проходящей через РПА различных модификаций. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что с повышением частоты пульсаций разваренной массы от 0 до 5 кГц, содержание сбражеваемых веществ в сусле увеличивается с применением аппаратов марок ТФ-2 - на 2%, БГ-3 - на 4%, ТФГ - на 5%. Увеличение частоты пульсаций свыше 5 кГц не приводит к дальнейшему увеличению количества сбражеваемых веществ (рис.2).
Анализируя кривые (рис.2), можно сделать вывод, что обрабатывать разваренную массу целесообразно с применением РПА марки ТФГ при частоте пульсаций 4 - 5 кГц, поскольку содержание сбражеваемых веществ в сусле увеличивается с 15% до 19%.
3
2
0
20
40
80
Рис. 2 Зависимость содержания сбражеваемых веществ в сусле ^ от частоты пульсаций f среды, проходящей через РПА различных марок: 1 - ТФГ; 2 - БГ-3; 3 - ТФ-2
Выводы
Применение дискретно-импульсного ввода энергии в технологии производства спирта даст возможность сократить продолжительность процесса осахарива-
ния от 15 мин до 8 мин, что повлияет на уменьшения энергозатрат. С помощью обработки ферментного препарата в РПА удалось увеличить его активность и соответственно уменьшить его затраты. Содержание сбражеваемых веществ в сусле с использованием ро-торно-пульсационных аппаратов повышается с 15% до 19%.
Литература
1. Мальцев П.М. Технология бродильных производств.
- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Пищевая про-сть, 1980.
- 257с.
2. Ободович А.Н. Разработка научно-технических основ процессов перемешивания и диспергирования жидкостных гетерогенных систем и их аппаратурное обеспечение: дис., доктор техн. наук / А.Н. Ободович - К., 2009. - 45с.
3. Ободович А.Н. Дискретно-импульсный ввод энергии для интенсификации биотехнологических процессов в спиртовом и хлебопекарном производстве/ Ободович А.Н., Чайка А.И.//Научный журнал Биотехнология -2011. - Т.4, №2. - С.70.
Розглянутг пдходи до тдвищення енергоефективност1 житловог будгвлг. Розроблена методика експрес-аналгзу ефективностг запропонованих ршень
Ключ о вi слова:
енергоефективтсть, вiдновлювальнi джерела енерги
Рассмотрены подходы к повышению энергоэфективности жилого здания. Разработана методика экспресс-анализа эффективности предлагаемых решений
Ключевые слова: энергоэффективность, возобновляемые источники энергии
The approaches energy efficiency of residential building. The method of analysis of the effectiveness of proposed solution
Key words: Energy efficiency, renewable energy sources
УДК 697.1
ДОСЛ1ДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ЗАСТОСУВАННЯ В1ДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГИ ДЛЯ П1ДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТ1 ЖИТЛОВО1 БУД1ВЛ1
А. С. Мних
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: 066-184-64-98 E-mail: mnikh.a@yandex.ru
О. Г. Бал юл i н
Мапстрант
*Кафедра електротехшки та енергетичного
менеджменту
Запорiзька державна шженерна академiя пр. Ленша, 226, м. Запорiжжя, УкраТна, 69006 Контактний тел.: 050-979-06-89 E-mail: strannik3000@mail.ru
