CC BY
65
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, [email protected]
Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн. наук, доцент
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности,
119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, [email protected]
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, [email protected]
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, [email protected]
42 ПИВО и НАПИТКИ 3 • 2014
