Научная статья на тему 'Разработка комплексной технологии этанола из кукурузы. Часть 3. Характеристика бражки'

Разработка комплексной технологии этанола из кукурузы. Часть 3. Характеристика бражки Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
454
64
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Пиво и напитки
ВАК
Ключевые слова
ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ ФРАКЦИИ / КУКУРУЗА / СУСЛО / ТЕХНОЛОГИЯ ЭТАНОЛА

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Кузьменкова Наталья Михайловна, Крикунова Людмила Николаевна

Рассмотрены факторы, которые могут оказывать влияние на процесс сбраживания сусла, полученного по механико-ферментативной схеме из зерна кукурузы. В исследованиях использовано зерно кукурузы, прошедшее стадию биотехнологической предобработки и выделения фракции зародыша. В качестве факторов рассмотрены норма задачи дрожжей, норма внесения микробной протеазы, норма внесения мочевины и норма внесения ферментного препарата осахаривающего действия.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Кузьменкова Наталья Михайловна, Крикунова Людмила Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The Development of Complex Technology of Ethanol from Corn. Part 3. Characteristics the mash

In this paper we analyzed the impact of factors that could have an impact on the process of fermenting wort obtained by mechanical-enzymatic scheme of corn held biotechnology preprocessing stage and extract a fraction of the embryo.

Текст научной работы на тему «Разработка комплексной технологии этанола из кукурузы. Часть 3. Характеристика бражки»

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 663.5:664.784 (045)

Разработка комплексной технологии этанола из кукурузы

Часть 3. Характеристика бражки*

Н. М. Кузьменкова,

аспирант

Московский государственный университет пищевых производств

Л. Н. Крикунова,

д-р техн. наук, доцент

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной

и винодельческой промышленности

* Часть 1. «Получение сусла» см.: Пиво и напитки. — 2014. — № 1. — С. 32-35. Часть 2. «Сбраживание сусла» см.: Пиво и напитки. — 2014. — № 2. — С. 28-30.

В современных условиях жесткой конкуренции предприятия алкогольной отрасли могут успешно работать только при условии решения экологических проблем и выпуска конечной продукции, отвечающей требованиям потребителя одновременно по двум параметрам: качество и себестоимость. Несоответствие продукции хотя бы по одному из них делает ее неконкурентоспособной.В полной мере это относится и к пивобезал-когольной, винодельческой и спиртовой отраслям пищевой промышленности [1, 2].

Основные критерии качества конечной продукции — ее органолеп-тические и физико-химические показатели [3-5]. При этом характерные свойства напитков напрямую зависят от вида перерабатываемого сырья и особенностей его биохимического состава, микробиологических показателей, структурно-механических свойств, в том числе прочностных характеристик зерна; способов и режимных параметров переработки растительного сырья; особенностей протекания процесса сбраживания, в том числе от метаболизма развития применяемых рас дрожжей; схемы апаратурно-технологического оформления отдельных стадий производства. Все перечисленные факторы оказывают существенное влияние и на процесс производства пищевого этилового спирта из зернового сырья [6-8].

Завершающая стадия технологии этанола из зерна — сбраживание осахаренного сусла, в результате

которого под действием спиртовых дрожжей образуется зрелая бражка. Для оценки эффективности всего комплекса технологических процессов при переработке зерна с позиции стоимости конечного продукта и его качественных характеристик определяют крепость бражки и содержание в ней летучих примесей. В настоящей работе были получены и проанализированы по показателям содержания спирта и летучих примесей контрольные и опытные образцы зрелой бражки.

Контроль. Сусло, полученное по механико-ферментативному способу из зерна кукурузы в соответствии с режимами регламента: помол, характеризующийся 94-95%-ным проходом через сито d = 1 мм, ферментные препараты Термамил SC — 0,2 ед. АС/г, Сан Супер 360 Л — 7 ед. Глс / г условного крахмала; водно-тепловая обработка t = 55... 60 °С, т = 30 мин; t = 65.70 °С, т = 240 мин; t = 95.98 °С, т = 60 мин; гидромодуль 1:3,5. Норма задачи спиртовых дрожжей составляла 10,0 млн/см3 сусла. Процесс сбраживания проводили в течение 72 ч.

Опыт. Сусло, полученное из фракции эндосперма кукурузы, прошедшей стадию биотехнологической предобработки в соответствии с разработанными режимами: помол, характеризующийся 100 %-ным проходом через сито d = 1 мм, ферментные препараты Термамил SC — 0,2 ед. АС /г и Сан Супер 360 Л — 8 ед. Глс / г условного крахмала; водно-тепловую обработку проводили в соответствии

ПИВО и НАПИТКИ

3^ 2014

с регламентом переработки основных видов зернового сырья (пшеница, рожь, ячмень) (t = 45...50 °С, т = 30 мин; t = 65.70 °С, т = 120 мин; t = 95.98 °С, т = 120 мин; гидромодуль 1:3,5). В зависимости от образца норма внесения ферментного препарата Алкалаза 2,4 L FG на стадию сбраживания составляла 0,01 ед. ПС / г сырья, альтернативный вариант предусматривал использование мочевины в количестве 200 мг/ 100 см3 сусла; дозировка осахаривающего препарата Сан Супер 360 Л — 8,0 ед. Глс / г условного крахмала; норма задачи спиртовых дрожжей, используемых в виде чистой культуры, составляла 10 млн клеток / см3 сусла; длительность сбраживания составляла 66 и 72 ч.

Сравнительная характеристика бражки контрольного и опытных образцов по крепости дистиллята представлена в табл. 1.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

• крепость дистиллята опытных образцов по сравнению с контролем возрастает на 0,89-1,17 об. %. Данный факт связан с повышением крахмалистости сырья и обогащением сусла усвояемым азотом;

• источник азотного питания оказывает влияние на крепость дистиллята;

• максимальная крепость браж-ного дистиллята (10,19 об. %) соответствует пробе, в которой дополнительно вносился ферментный препарат протеолити-ческого действия Алкалаза 2,4 L FG, продолжительность сбраживания составляла 66 ч. Расчет выхода спирта (табл. 2)

показал, что разработанная технология этанола из фракции эндосперма кукурузы, прошедшей стадию биотехнологической предобработки, позволяет повысить уровень

Таблица 1

Крепость дистиллята, об. %

Время, ч Контроль Опыт

Алкалаза 2,4 L FG Мочевина

66 10,19 9,91

72 9,02 10,15 10,07

Таблица 2

Выход спирта, дал/т условного крахмала

Время, ч Контроль Опыт

Алкалаза 2,4 L FG Мочевина

66 65,2 63,4

72 62,1 64,9 64,4

Таблица 3

Опыт

Основные примеси, мг/дм3 безводного спирта ^нтроль Алкалаза 2,4 L FG Мочевина

Время сбраживания, ч

66 72 66 72

Ацетальдегид 361,97 170,59 244,90 168,97 168,84

Изобутеральдегид — — 1,15 — —

Этилацетат 278,85 271,04 284,33 233,33 254,25

Метанол, об. % 41,85 44,22 43,74 33,02 34,52

1-Пропанол 462,00 2329,03 2577,36 277,01 400,31

Изобутанол 1167,41 415,11 479,37 569,02 693,64

Изоамилацетат 5,03 — — 4,32 4,64

1-Бутанол 4,59 2,59 6,48 4,11 3,11

Изоамилол 3207,14 504,93 760,71 1998,96 2114,52

Гексанол 1,77 2,17 1,86 1,75 1,46

Этилкапроат 4,08 — 6,86 — —

Фенилэтиловый спирт 321,22 96,34 142,19 310,39 282,13

Суммарное количество примесей 5855,91 3836,02 4548,95 3600,88 3957,42

данного показателя по сравнению с классической технологией.

При изучении процесса брожения, кроме крепости дистиллята необходимо учитывать накопление в бражке вредных летучих примесей. Содержание спирта не всегда коррелирует с накоплением вредных летучих примесей в бражке [9, 10].

Установлено, что общее содержание летучих примесей в контрольном варианте превышает значения опытных на 20-30 % (табл. 3). При этом содержание фракции сивушных масел снижается в опытных образцах на 1231,0 и 1805,0 мг / дм3 при использовании Алкалазы 2,4 L FG и мочевины соответственно. Содержание метанола, являющегося самой токсичной и сложно выделяемой примесью, при использовании в качестве азотного питания мочевины уменьшается почти на 25%, а при применении Алкалазы 2,4 L FG находится на уровне контроля. В ранее выполненных работах также была отмечена данная тенденция [11]. Кроме того, выявлена закономерность повышения общего содержания примесей при увеличении длительности сбраживания, что совпадает с данными ряда авторов [7, 12].

Несмотря на сопоставимый уровень снижения общего содержания примесей в опытных образцах бражки, в них выявлены существенные различия в содержании отдельных компонентов. Так, количество 1-пропанола в опытном образце бражки, полученной с применением Алкалазы 2,4 L FG, превышает в среднем в 5 раз его значение для образцов, полученных с использованием мочевины. Обратная зависимость выявлена по содержанию в опытных образцах фенилэтилового спирта и изоамилола — проблемной с точки зрения удаления примеси.

Разработанная высокоэффективная технология этанола на основе разделения сырья на фракции и сбраживания сусла из фракции эндосперма позволяет повысить выход спирта из 1 т условного крахмала сырья на 2,3-3,1 дал по сравнению с контролем при снижении суммарного содержания примесей на 34% при применении Алкалазы 2,4 L FG и времени сбраживания 66 ч; на 32% при применении мочевины и времени сбраживания 72 ч (табл. 4). С учетом выделения из основного произ-

3^ 2014 ПИВО и НАПИТКИ 41

технология'

Таблица 4

Показатель бражки Образцы по вариантам

Контроль Алкалаза 2,4 L FG, т = 66 ч Мочевина, т = 72 ч

Крепость дистиллята, об. % 9,02 10,19 10,07

Суммарное содержание примесей, мг/дм3 безводного спирта 5855,91 3836,02 3957,42

Выход спирта из 1 т условного крахмала, дал 62,1 65,2 64,4

Выход спирта из 1 т зерна, дал 38,2 37,3 36,9

водства фракции зародыша, которая может быть реализована на масло-жировые предприятия, выход спирта из 1т сырья снижается на 0,9-1,3 дал, что связано с переходом части крахмала сырья во фракцию зародыша. Массовая доля данной фракции составляет 13,0-18,0%, при этом вывод крахмала сырья из основного технологического процесса производства этанола в среднем достигает 3-5% от его исходного содержания в кукурузе.

Таким образом, разработанная многопродуктовая технология этанола, основанная на биотехнологическом способе предобработки кукурузы, выделении дифференцированных фракций и их целевом применении, позволяет наиболее рационально использовать зерновые ресурсы. При средней годовой стоимости кукурузы в 2012 г. 6500-7000 руб./т отпускная цена на кукурузный зародыш достигает 10 000-15 000 руб./т. В целом с учетом приведенных данных и затраты на основное сырье в себестоимости этанола могут быть

снижены на 10-12%, что повысит

рентабельность спиртового предприятия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эффективность развития предприятий пивоваренной отрасли/Л. А. Оганесянц [и др.] // Пиво и напитки. — 2012. — № 3. — С. 4-8.

2. Оганесянц, Л. А. О состоянии виноградарства и виноделия Российской Федерации/Л. А. Оганесянц // Виноделие и виноградарство. — 2013. — № 1. — С. 4-6.

3. Исследование влияния органических кислот на физико-химические и органолеп-тические показатели ликеров/Л. А. Ога-несянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2013. — № 3. — С. 23-26.

4. Контролируемые показатели качества белых вин/А. Л. Панасюк [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2008. — № 4. — С. 8-10.

5. Панасюк, А.Л. Критерии качества белых вин Нового Света/А. Л. Панасюк, Л. В. Бабаева // Виноделие и виноградарство. — 2013. — № 5. — С. 22-24.

6. Крикунова, Л. Н. Современные подходы в оценке технологических свойств основ-

ного сырья спиртовой отрасли/Л. Н. Крикунова, В. А. Поляков, Т. В. Андриенко // Хранение и переработка сельхозсырья. —

2006. — № 10. — С. 37-41.

7. Поляков, В. А. Перспективные биотехнологические процессы для спиртовой промышленности / В. А. Поляков, Л. В. Римарева, Г. Б. Ксандопуло // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2002. — № 1. — С. 6-8.

8. Крикунова, Л. Н. Сравнительная характеристика методов оценки прочностных свойств зерна/Л. Н. Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. —

2007. — № 4. — С. 48-52.

9. Востриков, С. В. Динамика накопления примесей этилового спирта при сбраживании различных видов сусла/С. В. Востриков, О. Ю. Мальцева, Е. В. Федорова // Известия вузов. Пищевая технология. — 1999. — № 1. — С. 19-21.

10. Зависимость образования побочных продуктов в зрелой бражке от качества сырья/В. П. Леденев [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2002. — № 3. — С. 12-13.

11. Способы регулирования образования сивушного масла в процессе спиртового брожения/А. И. Сизов [и др.] // Ликеро-водочное производство и виноделие. — 2006. — № 5. — С. 5-7.

12. Крикунова, Л. Н. Режимы и технологические параметры получения и сбраживания осахаренного сусла из ИК-обработанного зерна пшеницы. Ч. II. Стадия сбраживания сусла/Л. Н. Крикунова, О. С. Стреб-кова, М. В. Гернет // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2008. — № 2. — С. 44-47. <&

Разработка комплексной технологии этанола из кукурузы. Часть 3. Характеристика бражки

Ключевые слова

дифференцированные фракции; кукуруза; сусло; технология этанола. Реферат

Рассмотрены факторы, которые могут оказывать влияние на процесс сбраживания сусла, полученного по механико-ферментативной схеме из зерна кукурузы. В исследованиях использовано зерно кукурузы, прошедшее стадию биотехнологической предобработки и выделения фракции зародыша. В качестве факторов рассмотрены норма задачи дрожжей, норма внесения микробной протеазы, норма внесения мочевины и норма внесения ферментного препарата осахаривающего действия.

Авторы

Кузьменкова Наталья Михайловна, аспирант

Московский государственный университет пищевых производств,

125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, nkuzmenkova@bk.ru

Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн. наук, доцент

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, institute@vniinapitkov.ru

The Development of Complex Technology of Ethanol from Corn. Part 3. Characteristics the mash

Key words

differentiated fractions; com; wort; ethanol technology. Abstract

In this paper we analyzed the impact of factors that could have an impact on the process of fermenting wort obtained by mechanical-enzymatic scheme of corn held biotechnology preprocessing stage and extract a fraction of the embryo.

Authors

Kuzmenkova Natalia Mihailovna, Post-graduate Student

Moscow State University of Food Production,

11 Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, nkuzmenkova@bk.ru

Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Associate Professor

All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries,

7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, institute@vniinapitkov.ru

42 ПИВО и НАПИТКИ 3 • 2014

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.