CC BY
18
3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ
УДК 663.531:577.152.3 Доц. С.Р. Мельник, д-р техн. наук;
доц. Л.1. Шевчук, д-р техн. наук; доц. Ю.Р. Мельник, канд. техн. наук;
студ. О Л. Бойчук - НУ "Лbeiecbm полтехшка"
ОТРИМАННЯ РО3Р1ДЖЕНО1 МАСИ 3 Р13НИХ ЗЛАКОВИХ13 ВИКОРИСТАННЯМ ФЕРМЕНТНОГО ПРЕПАРАТУ FILTRASE BRX
Наведено результати дослiдження впливу ферментного препарату Filtrase BRX на 3aK0H0MÍpH0CTÍ отримання розрщжено! маси з рiзних зернових культур: ячменю, вiвса i пшеницi. Визначено вшив ферментного препарату Filtrase BRX на в'язюсть розрщже-но'1 маси, приготовано!' зi зазначених зернових культур за сшввщношень зерно: вода -1: (3-10). Показано, що використання Filtrase BRX сумюно iз ферментним препаратом Amilex 4T, насамперед, впливае на зменшення кiнематичноi в'язкостi розрiдженоi маси i, меншою мiрою, - на змшу вмiсту сухих речовин. Встановлено, що застосування ферментного препарату Filtrase BRX дае змогу зменшити витрату електроенергп в одному апарат термоферментативного оброблення у разi розрщження замiсу з вшса на 29,8 %, а в разi розрщження замiсу з ячменю - на 12,1 %.
Ключовг слова: ферментний препарат, ксиланаза, амiлаза, глюканаза, в'язкiсть, су-хi речовини, ячмшь, овес, пшениця.
Вступ. В'язкiсть е одним з найважливiших технологiчних показниюв се-редовищ спиртового виробництва, оскшьки впливае на вихiд спирту, вмкт нез-броджених цукрiв i iншi технiко-економiчнi показники. Висока в'язкiсть розрь джено!' маси, отримано!' водно-тепловим обробленням зернового замiсу, зумов-люе збшьшення енергетичних витрат на ii транспортування трубопроводами i перемiшування, сприяе утворенню застiйних зон та погiршенню умов ферментативного гiдролiзу крохмалю i його похвдних. Застосування ферментних пре-паратiв (ФП) розрiджувальноi' до (бактерiальноi' a-амiлази) на стадп водно-теп-ловго оброблення замку дае змогу поряд з шдвищенням концентрацп сухих речовин сусла зменшити в'язккть сусла та штенсифшувати процеси оцукрювання й бродшня. Водночас, використання рiзного типу глюканаз i ксиланаз, якi здат-нi розщеплювати гумi-речовини, також дае змогу ктотно зменшити в'язккть се-редовища [1].
Аналiз останшх дослщжень i публiкацiй. Реологiчнi властивостi замь сiв залежать, насамперед, вiд концентрацп крохмалю, розмiру частинок подаб-нено!' сировини, швидкостi нагрiвання та виду використовуваних ФП. За ввдсут-ност ферментiв вiдбуваеться повне набрякання й клейстеризащя крохмалю сировини, в'язккть замку зростае, вш втрачае текучкть i важко транспортуеться [2]. Зокрема, у робот [3] дослiджено вплив концентрацп зернових замiсiв на ре-ологiчнi властивостi розрiдженоi' маси. Показано, що замк iз спiввiдношенням жито: вода - 1:2 е в'язкопластичним середовищем, а замiси з нижчою концен-трацiею сухих речовин е практично ньютошвськими рiдинами за температури до 60 °С, хоча за подальшого шдвищення температури вiдбуваеться розварю-вання зерна, замiс змiнюе властивосп, а за 80 °С маса набувае властивостей в'язкопластичних середовищ.
Використання розрвджувальних концентрованих ФП на стадп приготу-вання 3aMÍcÍB дае змогу знизити пдромодуль до 2,0-2,5, на 60-75 % розчинити cyxi речовини, зменшити в'язкiсть замiсу внаслiдок гiдролiзу полiсахаридiв до олiгосахаридiв [4]. Результати дослщження впливу гiдромодyля замiсiв i компо-зицiй ФП на перебк процесiв гiдроферментативного оброблення спельти та зброджування сусла показали, що за використання препарапв Амiлекс 4Т i Дь азим ССФ оптимальним значениям пдромодуля замiсy е 1: 2,5 [5].
У робот [6] запропоновано послiдовне проведення трьох технолопчних стадiй процесу виробництва етанолу в кожухотрубному струменево-шжекцшно-му бродильному апарат (КС1БА). Автор виконав комплекснi дослвдження реоло-гiчних характеристик водно-ячмiнноi суспензп у процесi водно-теплового оброблення на лабораторий стадп та у КС1БА з використанням ФП Дистицим БА-Т i Дистицим XL. Встановлено, що отримана водно-зернова суспенз1я мае власти-востi псевдопластичних рiдин, що позначаеться на умовах ii перероблення. Бага-то промислових ФП потребуе детального вивчення 1х до на рiзнi субстрати з метою уточнення технологiчного режиму застосування цих ферментiв.
Тому мета дослiджень - визначення впливу ФП Filtrase BRX, який зас-тосовують у пивоварнш промисловостi для зменшення в'язкостi пивного сусла i покращення показникiв стадп його фшьтрування, на закономiрностi отримання розрвджено! маси з рiзних зернових культур.
Матерiали та методи. У дослвдженнях використано ФП термостабшь-но1' бактерiальноl а-амшази - Amylex 4Т [7], та ендо-1,3-1,4-ксиланази i бактерь ально'' ендо-1,3(4)-1,3-глюканази - Filtrase BRX [8]. Як субстрати використано замки iз пшенищ, ячменю та вкса, крохмалистiсть i вологiсть яких становили 64,0 i 12,4 %, 51,4 i 13,9 %, 47,1 i 10,4 %, вiдповiдно.
Замiс зi зазначених зернопродyктiв готували у сшввщношенш зерно: во-допровiдна вода - 1:(3-10). До нього додавали потрiбнy кiлькiсть ФП Amylex 4T (до робочого i контрольного замку) i Filtrase BRX (до робочого замку), роз-мщали колбу iз замком на киплячш водяшй банi (~98 °С) та витримували масу при перемшуванш протягом 2 год. Шсля першо'' години i пiсля завершення часу оброблення частину розрвджено! маси фiльтрyвали крiзь марлю, складену у 6-8 разiв i в отриманому грубому фiльтратi сусла визначали в'язкiсть (вккози-метром) i вмкт сухих речовин (рефрактометром) [9, 10].
Результати та i'x обговорення. Встановлено, що в разi зменшення пдромодуля замку ввд 10 до 3 у присутност тiльки розрвджувального ФП Amilex 4T кiнематична в'язккть розрiдженоi' маси iз пшеницi збшьшуеться в 4 рази -ввд 2,06 до 8,29 мм2/с пкля першо'', i в 4,4 раза - ввд 2,58 до 11,33 мм2/с пiсля друго'' години оброблення (табл. 1). За додавання до замку додатково ФП Filtrase BRX та зменшення гiдромодyля замiсy ввд 10 до 3 в'язкiсть розрщжено! маси збiльшyеться в 3,2 раза - ввд 1,8 до 5,9 мм2/с (1 год оброблення), i у 2,9 раза - вщ 2,33 до 6,86 мм2/с (2 год оброблення). Загалом, кшематична в'язкiсть розрвджено! маси iз пшенищ найбшьше зростае за першу годину оброблення, незалежно вiд гiдромодyля замку i дозування використовуваних ферментiв. Як-що прийняти початкову кiнематичнy в'язккть замку ркною в'язкостi води за температури 20 °С (1,01 мм2/с [11]), то очевидно, що за годину оброблення в'яз-
ккть розрщжено! маси збшьшуеться у 2,0-8,3 рази у присутност тшьки препарату Amilex 4T i в 1,8-5,9 разiв за одночасно! дц ФП Amilex 4T i Filtrase BRX, а за наступш 60 хв - тшьки на 25-37 та 16-31 %, вiдповiдно (табл. 1).
Табл. 1. Змта юнематичноИ в 'язкост1 (мм2/с) розрiдженоi маси Í3 зернових культур за р 'ишп тривалостт оброблення 3amicy. Розр1джувальний ФП Amilex 4T
Дозування ФП, дм3/т зерна Пдро-модуль Тривалкть оброблення
1 год 1 год, зФП Filtrase BRX 2 год 2 год, з ФП Filtrase BRX
Пшениця
2,0 10 2,06 1,83 2,58 2,33
1,0 5 4,16 2,95 5,20 3,86
0,6 3 8,29 5,90 11,33 6,86
Ячмшь
2,0 10 2,02 1,60 3,73 1,75
1,0 5 9,49 2,49 19,15 2,83
0,6 3 17,30 4,75 27,90 5,29
Овес
2,0 10 3,13 2,00 4,20 2,60
1,0 5 9,42 2,50 24,94 3,10
0,6 3 29,00 4,00 47,93 4,41
У присутност тшьки ФП Amilex 4T кшематична в'язккть розрщжено! маси з ячменю у разi зменшення пдромодуля замку вщ 10 до 3 збшьшуеться у 8,6 раза - вщ 2,03 до 17,30 мм2/с пiсля першо!, та у 7,5 раза - вщ 3,73 до 27,90 мм2/с шсля друго! години оброблення, а в разi додавання до замiсу ФП Filtrase BRX в'язкост маси збшьшуеться в 3 рази - вщ 1,60 до 4,75 мм2/с (1 год оброблення), як i за другу годину оброблення - вщ 1,75 до 5,29 мм2/с (див. табл. 1). Порiвняно з в'язкктю замку, кшематична в'язккть розрщжено! маси з ячменю за присутност тшьки препарату Amilex 4T за першу годину оброблення збшьшуеться у 2,0-17,3 рази, за одночасно! дй' ФП Amilex 4T i Filtrase BRX -в 1,6-4,7 разiв, а за наступш 60 хв у 3,7-27,9 та 1,7-5,3 рази, вщповщно (див. табл. 1).
Шд час оброблення замку з вiвса у присутност тшьки ФП Amilex 4T eí-нематична в'язккть розрщжено! маси у разi зменшення пдромодуля замку вщ 10 до 3 збшьшуеться у 9,3 раза - вщ 3,13 до 29,0 мм2/с шсля першо! години, i в 11,4 раза - вщ 4,20 до 47,93 мм2/с шсля друго! години оброблення (див. табл. 1), а з додаванням до замку ФП Filtrase BRX в'язккть збшьшуеться всього у 2 рази - вщ 2,00 до 4,00 мм2/с за першу годину, i в 1,7 раза - вщ 2,60 до 4,41 мм2/с -за другу годину оброблення. Поргвняно з в'язкктю замку, кшематична в'язккть розрщжено! маси за першу годину водно-теплового оброблення у присутност тшьки препарату Amilex 4T збшьшуеться у 3,1-29,0 разiв i тшьки в 2,0-4,0 рази за одночасно! дй' ФП Amilex 4T i Filtrase BRX, а за наступш 60 хв - у 4,2-47,9 та 2,6-4,4 рази, вщповщно (див. табл. 1). У присутносл ФП Filtrase BRX найбшьша змша в'язкост розрщжено! маси з вгвса, як i з ячменю, вщбуваеться за першу годину оброблення, а за наступш 60 хв в'язккть збшьшуеться тшьки на 3-10 %.
Загалом, у разi використання ФП Filtrase BRX кшематична в'язккть розрщжено! маси е ктотно нижчою для всх культур i практично близькою для
bcíx дослщжених значень гiдромодуля замюу. Також n0Tpi6H0 зазначити, що найменше змiнюeться кшематична в'язкiсть за розрiдження замiсy Í3 пшеницi, а найбiльше - з вiвса та ячменю (рис.). Тому можна рекомендувати додавання ФП Filtrase BRX до замiсiв з таких культур, як ячм^ та овес. Шд час перероб-лення пшениц ефективнiсть застосування цього препарату буде мЫмальною.
Вмiст розчинених сухих речовин, як i кшематична в'язкють, у розрщже-нiй масi з уах культур максимально збiльшyeться за першу годину оброблення (табл. 2). Сумюне використання обох ФП практично не впливае на динамiкy змiни вмюту сухих речовин у розрiдженiй мас1 Отже, ФП Filtrase BRX додатко-во гiдролiзyе розчиннi сyхi речовини розрщжено! маси, якi зумовлюють високу в'язкють замюу.
50 ^40 *30
л
20
и
со
-■—пшениця
■■о- пшениця, Filtrase BRX -♦- - яч vii нь
-О— ячмшь, Filtrase BRX -А—овес
-л—овес, Filtrase BRX
пдромодуль
2 4 6 8 10 замюу
Рис. Задежтсть ктематичног в 'язкост1 розрiджено'iмаси зpÍ3Hux культур eid zidpoMody/ля 3aMÍcy. Тривалкть оброблення - 2 год
Табл. 2. Змта eMicmy сухих речовин (%) у розрiдженiй Maci Í3 зернових культур
Дозування ФП, дм3/т зерна Пдромодуль Тривалють оброблення
1 год 1 год, з ФП Filtrase BRX 2 год 2 год, з ФП Filtrase BRX
Пшениця
2,0 10 7,75 7,67 8,00 8,10
1,0 5 13,45 13,65 14,72 14,82
0,6 3 20,10 20,80 21,90 21,60
Ячмшь
2,0 10 7,17 6,97 8,00 8,10
1,0 5 12,90 13,00 19,20 19,00
0,6 3 18,52 17,51 20,10 20,20
Овес
2,0 10 5,23 5,33 6,47 7,38
1,0 5 10,31 10,31 12,29 13,39
0,6 3 14,00 18,50 16,40 19,00
Орiентовний розрахунок витрати електроенерги на перемiшyвання розрщжено! маси зпдно з [11] показав, що застосування ФП Filtrase BRX дае змогу економити вщ 12,1 % до 29,8 % електроенерги тд час перероблення замюу з ячменю та вiвса, вщповщно (табл. 3). Для розрахунку використано вихщш данi: продyктивнiсть виробництва - 2000 дал умовного спирту-сирцю за добу; дь аметр апарата - 1,6 м; чотирилопатна мшалка з лопатями шириною 0,25 d пiд кутом 60 о; дiаметр мiшалки - d=1,6/3=0,53 м; частота обертання - п=3 об/с.
Культура Filtrase BRX Кшематич-на в'язюсть, мм2/с Вщцентровий критерш Рейнольдса, Re = nd2ln Критерш потужнос- TÍ [11] Потужтсть у стацюнарно-му режим^ кВт Вщносне зменшення витрати електроенергп, %
Ячмшь + 5,29 159300 0,7 0,87 12,1
- 27,9 30204 0,88 0,99 -
Овес + 4,41 191088 0,7 0,87 29,8
- 47,9 17593 1,0 1,24 -
Висновки. Отже, використання ФП Filtrase BRX дае змогу зменшити kí-нематичну в'язккть розрiдженоi маси з пшеницi в 1,65 раза, з ячменю - у 5,3 раза, а з вiвса - у 10,9 раза за пдромодуля замку 3 i дозування ФП Amilex 4T i Filtrase BRX по 0,6 дм3/т зерна. На вмкт розчинених сухих речовин у розрщже-нш маа з пшеницi та ячменю використання ФП Filtrase BRX практично не впливае, як i зменшення у 3,3 раза витрати ФП. Водночас, використання ФП Filtrase BRX дае змогу шдвищити вмкт розчинених сухих речовин у розрщже-нш маа з вгвса вiд 16,4 до 19,0 % (пкля двох годин оброблення). За результатами виконаних дослiджень, можна рекомендувати додавання ФП Filtrase BRX до зам^в з ячменю та вгвса, що дасть змогу зменшити витрату електроенергп в одному апаратi термоферментативного оброблення у разi розрiдження замiсу з вiвса на 29,8 %, а в разi розрiдження замiсу з ячменю - на 12,1 %.
Лггература
1. Маринченко В.О. Технологи спирту / В.О. Маринченко, В.А. Домарецький, П.Л. Шиян та ia; за ред. проф. В.О. Маринченка. - Вшниця : Вид-во "Подшля - 2000", 2003. - 496 с.
2. Яровенко В.Л. Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов и др.; под ред. В.Л. Яровенко. - М. : Изд-во "Колос", "Колос-прес", 2002. - 464 с.
3. Ловкис З. В. Влияние концентрация зерновых замесов на реологические свойства / З.В. Ловкис, А.А. Садовский // Науковi пращ Одесько! нащонально! академи харчових технологий : зб. наук. праць. - 2012. - Вип. 41(1). - С. 45-48.
4. Шиян П.Л. 1нновацшш технологи спиртово! промисловостi. Теорiя i практика : моногра-фiя / П.Л. Шиян, В.В. Сосницький, С.Т. Олшшчук. - К. : Вид. дiм "Асканiя", 2009. - 424 с.
5. Паляниця Л.Я. Гiдроферментативне оброблення спельти / Л.Я. Паляниця, Н.1. Березовсь-ка, Р.Б. Коив, О.В. Швабюк, Н.О. Панькiв // Вюник Национального ун1верситету "Львiвська поль технжа". - Сер.: Хiмiя, технологи речовин i !х застосування. - Львш : Вид-во НУ "Львгвська по-лiтехнiка". - 2013. - № 761. - С. 104-107.
6. Ибрагимов Тимур Сафарович. Совершенствование машинно-аппаратурной схемы производства этилового спирта : дисс. ... канд. техн. наук: спец. 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств / Т.С. Ибрагимов. - СПб, 2014. - 131 с.
7. 1нтернет-ресурс. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://mags.datagraf.dk/epub/files/ brewing%20 e-guide/amylex_4 t.pdf.
8. 1нтернет-ресурс. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://dsm.ingredientsnetwork.com/ Product/2719/Filtrase_BR_X.
9. ГОСТ 33-2000. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической в'язкости. - 18 c.
10. Полыгалина В.Г. Технохимический контроль спиртового и ликеро-водочного производств / В.Г. Полыгалина. - М. : Изд-во "Колос". - 1999. - 334 с.
11. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - Л. : Изд-во "Химия", 1987. - 575 с.
Мельник С.Р., Шевчук Л.И., Мельник Ю.Р., БойчукО.Л. Получение разжиженной массы из разных злаковых с использованием ферментного препарата Filtrase BRX
Приведены результаты исследования влияния ферментного препарата Filtrase BRX на закономерности получения разжиженной массы из разных зерновых культур: ячменя, овса и пшеницы. Определено влияние ферментного препарата Filtrase BRX на вязкость разжиженной массы, приготовленной из указанных зерновых культур при соотношениях зерно: вода - 1: (3-10). Показано, что использование Filtrase BRX совместно с ферментным препаратом Amilex 4T, прежде всего, влияет на уменьшение кинематической вязкости разжиженной массы и, в меньшей степени - на изменение содержания в ней сухих веществ. Установлено, что применение ферментного препарата Filtrase BRX позволяет уменьшить расход электроэнергии в одном аппарате термоферментативной обработки при разжижении замеса из овса на 29,8 %, а при разжижении замеса из ячменя - на 12,1 %.
Ключевые слова: ферментный препарат, ксиланаза, амилаза, глюканаза, вязкость, сухие вещества, ячмень, овес, пшеница.
Melnyk S.R., Shevchuk L.I., Melnyk Yu.R., Boychuk O.L. Obtaining Rarefied Mass of Various Crops Using Enzyme Preparation Filtrase BRX
The article contains some results of investigation of influence of enzyme preparation Filtrase BRX on regularities of obtaining a rarefied mass of various crops such as barley, oats and wheat. The effect of influence of enzyme preparation Filtrase BRX on the viscosity of rarefied mass obtained from these crops with the ratio grain to water - 1: (3-10) is studied. The use of enzyme preparation Filtrase BRX compatible with the enzyme preparation Amilex 4T primarily is proved to reduce the kinematic viscosity of rarefied mass and to a lesser extent change the content of dry matter. It is found that the use of enzyme preparation Filtrase BRX allows reducing power consumption in a single unit of the heat treatment during obtaining rarefied mass of oats on 29,8 %, while of barley on 12,1 %.
Keywords: enzyme preparation, xylanase, amylase, glucanase, viscosity, dry matter, barley, oats, wheat.
УДК 667.64:678.026 Ст. препод. А.В. Акимов -
Херсонская государственная морская академия
ПРИМЕНЕНИЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПЛАСТИФИЦИРОВАННОЙ ЭПОКСИДНОЙ МАТРИЦЫ
Проведено исследование влияния мелкозернистых огнеупорных наполнителей различной физической природы на физико-механические свойства и структуру пластифицированных трихлорэтилфосфатом эпоксидных композитов на основе эпоксидно-ди-ановой смолы ЭД-20. В результате анализа полученных данных выбран оптимальный наполнитель, обеспечивающий снижение горючести композита, а также подобрана оптимальная концентрация, при которой обеспечиваются оптимальные значения ударной вязкости, разрушающих напряжений и модуля упругости при изгибе, а также структура композита.
Ключевые слова: эпоксидный композит, пластификатор, мелкозернистый наполнитель, физико-механические свойства, структура.
Постановка задачи. Формирование конструкционных материалов с улучшенными свойствами является актуальной проблемой современного материаловедения [1]. В данном аспекте перспективными и конкурентоспособными являются полимерные композитные материалы (КМ) на основе эпоксидных связующих. Применение таких материалов в различных сферах промышленнос-
