CC BY
14
RAW MATERIALS AND ADDiTiVES
УДК 663.531.1:663.531.2
DOI: 10.24411/0235-2486-2020-10074
Показатели качества зерновых заторов при сбраживании спиртового сусла
М.Б. Хоконова*, доктор с.-х. наук, профессор; О.К. Цагоева, аспирант Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. в.м. Кокова, г. нальчик
Дата поступления в редакцию 06.05.2020 Дата принятия в печать 03.07.2020
* [email protected] © Хоконова М.Б., Цагоева О.К., 2020
Реферат
Использование ферментных препаратов микробного происхождения в промышленности имеет устойчивую тенденцию к увеличению, причем 2/3 текущего объема составляют ферменты для пищевой промышленности, а их основная доля приходится на спиртовую отрасль. При этом потребность спиртовой отрасли России в комплексных ферментных препаратах составляет около 7 тыс. т, доля отечественных препаратов - менее 15 %. Работа посвящена изучению ферментов микробного происхождения и солода и дальнейшему их использованию при осахаривании и брожении в спиртовом производстве. Данные таблицы показали, что лучшие результаты получены за 72 ч при расходе 4 % глубинной культуры. Увеличение количества ферментов показало, что количество несброженных углеводов до гидролиза уменьшается и составляет минимум в варианте использования его в количестве 12 % у фермента Aspergillus usamii 45. Сопоставление результатов сбраживания зерновых заторов, осахаренных ферментами глубинной культуры и солода, выявило преимущество ферментного комплекса микробного происхождения. Выяснилось, что при одинаковом внесении сбраживаемых углеводов с применением ферментов выделилось больше спирта, а количество остаточного крахмала было меньше, чем в варианте с использованием солода. Также все показатели брожения при использовании грибной культуры оказались лучшими, чем с солодом. Установлено, что ферменты грибной культуры практически полностью гидролизуют крахмал перерабатываемого сырья, в зрелой бражке его остается 0,08 % к весу исходного сырья, а при использовании активной культуры он совершенно отсутствует. При сбраживании заторов, осахаренных солодом, содержание остаточного крахмала в зрелой бражке составляет уже 1,9 % к весу перерабатываемого сырья.
Ключевые слова
ферменты, солод, крахмалистое сырье, осахаривание, брожение, показатели качества Для цитирования
Хоконова М.Б., Цагоева О.К. (2020) Показатели качества зерновых заторов при сбраживании спиртового сусла // Пищевая промышленность. 2020. № 7. С. 41-43.
The use of enzyme preparations of microbial origin in industry has a steady tendency to increase, with 2/3 of the current volume being enzymes for the food industry, and their main share is in the alcohol industry. At the same time, the need of the alcohol industry in Russia for complex enzyme preparations is about 7 thousand tons, the share of domestic preparations is less than 15 %. The work is devoted to the study of enzymes of microbial origin and malt and their further use in saccharification and fermentation in alcohol production. The data in the table showed that the best results were obtained in 72 hours and at a flow rate of 4 % deep culture. An increase in the number of enzymes showed that the amount of non-fermented carbohydrates before hydrolysis decreases and the minimum on the use case is 12 % in the Aspergillus usamii 45 enzyme. A comparison of the results of the fermentation of grain congestion, saccharified by enzymes of deep culture and malt, showed the advantage of the enzyme complex of microbial origin. It was determined that with the same application of fermentable carbohydrates using enzymes, more alcohol was released, and the amount of residual starch was less than in the case of malt use. Also, all indicators of fermentation using mushroom culture turned out to be better than with malt. It was found that mushroom culture enzymes almost completely hydrolyze starch of processed raw materials, 0,08 % of the raw material remains in mature mash, and when using an active culture it is completely absent. When fermentation of congestion, sugared with malt, the content of residual starch in a mature mash is already 1,9 %, by weight of the processed raw materials.
Key words
enzymes, malt, starchy raw materials, saccharification, fermentation, quality indicators For citation
Khokonova M.B., Tsogoeva O.K. (2020) Grain quality indicators congestion during the fermentation of alcohol wort // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2020. No. 7. P. 41-43.
Grain quality indicators congestion during the fermentation of alcohol wort
M.B. Khokonova*, Doctor of Agricultural Sciences, Professor; O.K. Tsogoeva, graduate student Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov
Received: May 6, 2020 Accepted: July 3, 2020
* [email protected] © Khokonova M.B., Tsogoeva O.K., 2020
Abstract
issn 0235-2486 пищевая промышленность 7/2020
41
СЫРЬЕ И ДОБАВКИ
Введение. Микроорганизмы представляют собой богатый источник получения ферментов, использование которых открывает новые перспективы и возможности дальнейшего совершенствования технологических процессов ряда отраслей пищевой промышленности, повышения выхода и качества продукции, улучшения условий труда.
Для наиболее полного использования и управления микроорганизмами необходимо хорошо знать их потребности, условия жизнедеятельности, обмен веществ [7].
Использование ферментных препаратов микробного происхождения в промышленности имеет устойчивую тенденцию к увеличению, причем 2/3 текущего объема составляют ферменты для пищевой промышленности, а их основная доля приходится на спиртовую отрасль [8].
При этом потребность спиртовой отрасли России в комплексных ферментных препаратах составляет около 7 тыс. т, доля отечественных препаратов - менее 15 %.
Биохимическим основанием для замены солода ферментами микробного происхождения послужило то, что микроорганизмы образуют наиболее богатый и активный комплекс ферментов, обеспечивающий глубокий гидролиз составных частей крахмалистого сырья [6]. Если смешать культуры различных микроорганизмов, то ферментативный комплекс можно дополнительно усилить. Наконец, наиболее экономичное, чем приготовление солода, производство по выращиванию микроорганизмов позволяет эффективно использовать механизацию и автоматизацию [2].
В производстве спирта применяют плесневые грибы из рода аспергиллов, являющихся типичными аэрофилами [5]. При поверхностном методе выращивания на пшеничных отрубях культивируют Aspergillus oryzae и Aspergillus awamori, при глубинном методе - Aspergllus niger, Aspergillus usamii и Aspergillus batatae.
В производственных и даже лабораторных условиях активность грибной культуры колеблется в заметных пределах вследствие физиологического состояния и активности самой посевной культуры [4].
Цель исследования. В связи с этим целью данной работы являлось изучение ферментов микробного происхождения и солода и дальнейшее их использование при осахаривании и брожении в спиртовом производстве.
Объектами исследований служили ферменты микробного происхождения, сусло спиртового производства.
Результаты исследований и их обсуждение. Данные по ферментативной активности глубинной культуры и о расходе ее на осахаривание крахмалистого сырья приведены в табл. 1.
Установлено, что осахаривание крахмалистых заторов глубинной культурой гриба Aspergillus niger S-4 с активностью амилазы 14, декстриназы 475 и мальтазы 83 ед./100 мл в количестве даже 20 % не обеспечивает нормальных технологических показателей. После трехсуточного
брожения бражка содержала 1,34 редуцирующих веществ без пентоз, а остаточного крахмала 0,23 г/100 мл.
Состав питательной среды также не бывает постоянным [3]. Возникают затруднения в установлении оптимальной дозировки глубинной культуры для осахарива-ния сырья. Кроме того, даже увеличенный расход малоактивной культуры часто не обеспечивает хороших показателей брожения. Такое «несоответствие» сохраняется и при расходе разных культур, дозировки которых выровнены по единицам активности (табл. 2).
Если вести осахаривание той же культурой, но с активностью по амилазе 37, декст-риназе 1205 и мальтазе 240 ед./100 мл
в количестве 10, 15 и 20 %, то во всех трех вариантах опыта в зрелой бражке отсутствует остаточный крахмал; содержание редуцирующих веществ без пентоз по мере повышения расхода культуры соответственно снижается, а при расходе 20 % культуры редуцирующие сахара в бражке вообще отсутствуют. При указанных нормах расхода глубинной культуры гриба осахаривание проходит полностью, но за 72 ч не все сахара успевают сбродить. Осахаривание заторов при внесении 8 % глубинной культуры гриба Aspergillus usamii 45 с активностью по амилазе 56, декстриназе 2680 и мальтозе 720 ед./ 100 мл обеспечивает брожение по показателям (табл. 3).
Таблица 1
Ферментативная активность глубинной культуры и ее расход на осахаривание
крахмалистого сырья
Состав Активность, ед./100 мл Расход куль-
Культура гриба питательной среды Амилазы Декстриназы Мальтазы туры на оса-харивание, % по объему
Aspergillus niger S-4 Барда+2 % муки 14 475 83 22
Aspergillus niger Барда овсяная 25 800 - 23
Aspergillus niger Сусло 50 880 - 23
Aspergillus niger S Барда ячменная 35 650 - 24
Aspergillus niger S-5 Барда ячменная 25 1070 - 24
Aspergillus niger S Барда зерно-картофельная 50 570 97 25
Aspergillus niger S-4 Барда зерно-картофельная 40 1060 256 25
Aspergillus oryzae M Барда 80 250 550 20
Aspergillus niger S Барда 10 800 250 15
Aspergillus niger S-4 Барда + 2 % муки 37 1205 240 10
Aspergillus niger S-4 Барда 25 1400 300 10
Aspergillus niger S-4 Барда + 2 % муки 15 1680 360 5
Aspergillus niger S-4-10-3 Барда 50 2000 400 5
Aspergillus niger S-4-10 Барда + 4 % овсяной муки 15 1800 370 5
Aspergillus batatae 3859 Барда + 2 % муки 27 1820 600 4
Aspergillus usamii 45 Барда + 2 % муки 56 2680 720 4
Таблица 2 Норма расхода и показатели качества различных ферментных препаратов
Ферменты Количество культуры, % к объему Активность фермента, ед. Сухое вещество бражки, % по сахарометру I ср Кислотность, Д РВ, г/100 мл РВ без пентоз, г/100 мл Остаточный крахмал, г/ 100 мл Выделилось СО2, г
Амилаза 15
Декстриназа 5 1680 1,3 5,2 0,3 1,51 0,33 0,03 11,2
Мальтаза 350
Амилаза 37
Декстриназа 10 1205 1,1 5,1 0,3 1,46 0,24 0,00 11,3
Мальтаза 240
Амилаза 14
Декстриназа 20 475 2,5 5,1 0,3 2,48 1,34 0,23 9,4
Мальтаза 83
42 7/2020 пищевая промышленность issn 0235-2486
RAW MATERiALS AND ADDiTiVES
Таблица 3
Осахаривание заторов различными ферментными препаратами
Культура гриба Процент грибной культуры для осахаривания Выделилось СО2 Содержание спирта Кол-во несбро-женных углеводов, г/100 мл
До гидро-лизаза После гидроли-заза
65 ч 72 ч 65 ч 72 ч 72 ч 65 ч 72 ч
Asperg lus usamii 45 15,5 15,7 15,4 15,7 0,62 1,2 1,1
Asperg lus batatae 3859 4 14,5 14,8 14,6 15,0 0,64 2,0 1,4
Asperg lus niger S-4 14,2 14,9 13,4 14,3 0,71 2,2 1,8
Asperg llus usamii 45 15,9 16,1 15,8 16,0 0,53 1,0 1,0
Asperg llus batatae 3859 8 15,0 15,5 14,8 15,5 0,62 1,8 1,2
Asperg llus niger S-4 14,5 14,7 14,8 15,3 0,62 1,9 1,1
Asperg llus usamii 45 15,6 16,4 16,4 16,5 0,53 0,9 0,8
Asperg llus batatae 3859 12 14,9 15,5 15,5 15,8 0,58 1,4 1,1
Asperg lus niger S-4 14,4 15,1 14,8 15,5 0,60 1,4 1,2
Таблица 4
Показатели качества при сбраживании зерновых заторов, осахаренных ферментами
глубинной культуры и солода
Внесено Вы- Сухие веще- Сахар-глюкоза Оста-
Источники амилазы сбраживаемых углеводов делилось СО2 Спирт ства бражки, % по сахарометру Без гидролиза После гидролиза точный крахмал
Культура Aspergillus niger (25%) 31,8 14,8 15,2 0,4 1,95 1,98 0,04
Солод (ячменный и просяной) 31,8 14,6 14,8 0,7 1,50 1,90 0,94
Данные таблицы показали, что лучшие результаты получены за 72 ч и при расходе 4 % глубинной культуры. Увеличение количества ферментов с 4 до 12 % показало, что количество несброженных углеводов до гидролиза уменьшается и составляет минимум в варианте использования его в количестве 12 % у фермента Aspergillus usamii 45.
По результатам исследований был проведен корреляционно-регрессионный анализ между процентом грибной культуры и продолжительностью осахаривания (см. рисунок).
В результате выявлена прямая зависимость между процентом грибной культуры и продолжительностью осахаривания.
Сопоставление результатов сбраживания зерновых заторов, осахаренных ферментами глубинной культуры и солода, показало преимущество ферментного комплекса микробного происхождения (табл. 4).
По данным таблицы, при одинаковом внесении сбраживаемых углеводов, при применении ферментов выделилось больше спирта, а количество остаточного крахмала было меньше на 0,9 %, чем в варианте с использованием солода. Также все показатели брожения при использовании грибной культуры оказались лучшими, чем с солодом [1].
Заключение. Таким образом, ферменты грибной культуры практически полностью гидролизуют крахмал перера-
батываемого сырья, в зрелой бражке его остается 0,08 % к весу исходного сырья, а при использовании активной культуры он совершенно отсутствует. При сбраживании заторов, осахаренных солодом, содержание остаточного крахмала в зрелой бражке составляет уже 1,9 % к весу перерабатываемого сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ашапкин, В.В. Контроль качества продукции физико-химическими методами: учебное пособие для студентов вузов. - М.: ДеЛи принт, 2005. -124 с.
2. Ашхотов, Э.Ю. Экономические и экологические проблемы выбора технологии переработки (утилизации) отходов производства биоэтанола: научное издание. - Нальчик: издательство М. и В. Котляровых, 2009. - 172 с.
3. Биохимия / под. ред. Е.С. Северина 5-е издание, исправленное и дополненное. -М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 316 с.
4. Качмазов, Г.С. Дрожжи бродильных производств: практическое руководство. - СПб.: Лань, 2012. - 224 с. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: р11±р://е.1апЬоок.сот
5. Технология спирта / под ред. В.Л. Яровен-ко. 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Колос, 1996. - 464 с.
6. Фараджева, Е.Д. Общая технология бродильных производств: учебное пособие / Е.Д. Фараджева, В.А. Федоров. - М.: Колос, 2002. - 408 с.
7. Хоконова, М.Б. Качественные показатели зерновых заторов, осахаренных ферментами глубинной культуры и солода / М.Б. Хоконова, О.К. Цагоева // Актуальная биотехнология. -Воронеж, 2019. - № 3 (30). - С. 244-248.
8. Хоконова, М.Б. Качественные показатели продуктов брожения в спиртовом производстве / М.Б. Хоконова, О.К. Цагоева // Известия Кабардино-Балкарского ГАУ. - Нальчик: КБГАУ, 2019. - № 1 (23). - С. 52-55.
REFERENCES
1. Ashapkin VV. Kontrol' kachestva produkcii fiziko-himicheskimi metodami: uchebnoe posobie dlja studentov vuzov [Product quality control by physicochemical methods: textbook for university students]. Moscow: DeLi print, 2005. 124 p. (In Russ.)
2. Ashhotov E Yu. Ekonomicheskie i ekologicheskie problemyi vyibora tehnolo-gii pererabotki (utilizatsii) othodov proizvodstva bioetanola: nauchnoe izdanie [Economic and environmental problems of choosing the technology for processing (utilization) of bioethanol production wastes: scientific publication]. Nalchik: Publishing House of M. and V. Kotlyarovyih, 2009. 172 p. (In Russ.)
3. Biohimiya [Biochemistry], pod red. ES Severina, 5-e izdanie [edited by ES Severin, 5th edition]. Moscow: GeOTAR-Media, 2008. 316 p. (In Russ.)
4. Kachmazov GS. Drojji brodilnyih proizvodstv: prakticheskoe rukovodstvo [Fermentation Yeast: a practical Guide]. Saint Petersburg: Lan', 2012. 224 p. [Electronic resourse]. - Access mode: http://e.1anbook.com (In Russ.)
5. Tekhnologiya spirta [Alcohol technology], pod red. VL Yarovenko. 2-e izdanie [edited by VL Yarovenko. 2th edition]. Moscow: Kolos, 1996. 464 p. (In Russ.)
6. Faradzheva ED, Fedorov VA. Obshhaja tehnologija brodil'nyh proizvodstv: uchebnoe posobie [General fermentation technology: textbook]. Moscow: Kolos, 2002. 408 p. (In Russ.)
7. Hokonova MB, Cagoeva OK. Kachestvennye pokazateli zernovyh zatorov, osaharennyh fermentami glubinnoj kul'tury soloda [Qualitative indicators of grain congestion saccharified by enzymes of deep culture and malt]. Aktual'naja biotehnologija. Voronezh, 2019. No. 3 (30). P. 244-248 (In Russ.).
8. Hokonova MB, Cagoeva OK. Kachestvennye pokazateli produktov brozhenija v spirtovom proizvodstve [Qualitative indicators of fermentation products in alcohol production]. Izvestija Kabardino-Balkarskogo GAU [Kabardino-Balkarian State Agrarian University news]. Nal'chik: KBGAU, 2019. No. 1 (23). P. 52-55 (In Russ.).
Авторы
Хоконова Мадина Борисовна, доктор с.-х. наук, профессор, Цагоева Ольга Константиновна, аспирант Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова, 360030, Россия, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, пр-т Ленина, д. 1в, [email protected], [email protected]
Authors
Madina B. Khokonova, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Ol'ga K. Tsogoeva, graduate student
Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov, 1V, Lenin avenue, Nalchik, Kabardino-Balkarian Republic, Russia, 360030, [email protected], [email protected]
issn 0235-2486 пищевая промышленность 7/2020
43
