CC BY
32
этого раствора заметно уменьшается. Данный эффект можно объяснить тем, что протеолитическая активность амило-субтилина ГЗх слишком мала, вследствие чего коллаген сырья практически не де-структируется и желатин не экстрагируется.
Протепсин и протосубтилин ГЗх мягко гидролизуют белки коллагенсодержаще-го сырья, обеспечивают более высокий выход желатина, чем при использовании амилосубтилина ГЗх и панкреатина.
Деструкцию белковых веществ осуществляли с помощью ферментного препарата протеолитического действия Про-тосубтилина ГЗх, взятого в количестве 1,0% к массе чешуи. Экстракцию проводят водой на водяной бане при температуре 55...60 °С в течение 2,5-3 ч при соотношении вода: чешуя 1:1. Полученный экстракт после прессования и фильтрации направляют на желатинизацию в холодильной камере при температуре 2.4 °С в течение 8-10 ч. Остаток после первой экстракции повторно подвергают экстрагированию водой на водяной бане в течение 1,5-2 ч, гидромодуле
1:1 при температуре 65 °С, затем его фильтруют и направляют на концентрирование вымораживанием в морозильной камере при температуре -4. - 6 °с в течение 8-10 ч с последующей желатинизацией. Студни желатина сушат до конечного содержания влаги в продукте не более 12%, затем желатин дробят до размера частиц не более 5 мм, фасуют, упаковывают и направляют на хранение и реализацию.
Таким образом, сравнительное исследование свойств желатина, полученного из чешуи прудовых рыб, и желатина животного происхождения установило их существенную идентичность по исследованным показателям. Это свидетельствует о возможности использования желатина рыбного происхождения в разных отраслях промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипова, Л.В. Рыбоводство. Основы разведения, вылова и переработки рыб в искусственных водоемах / Л.В. Антипова и [др.]. - СПб.: ГИОРД, 2009. - 472 с.
2. Антипова, Л.В. Исследование возможности применения протеолитических ферментных препаратов в технологии желатина из новых видов сырьевых источников / Л.В. Антипова, Л.Х. Нам До // Вестник ВГТА. - 2011. - № 3. - С. 26-31.
3. Антипова, Л.В. Методы исследования мяса и мясных продуктов / Л.В. Антипова, И. А. Глотова, И. А. Рогов. - М.: Колос, 2001. - 376 с.
REFERENCES
1. Antipova, L.V. Rybovodstvo. Osnovy razvedenija, vylova i pererabotki ryb v iskuss-tvennyh vodoemah / L.V. Antipova i [dr.]. -SPb.: GIORD, 2009. - 472 s.
2. Antipova, L V. Issledovanie vozmozhnosti primenenija proteoliticheskih fermentnyh preparatov v tehnologii zhelatina iz novyh vidov syr'evyh istochnikov / L.V. Antipova, L.H. Nam Do // Vestnik VGTA. - 2011. -№ 3. - S. 26-31.
3. Antipova, L.V. Metody issledovanija mjasa i mjasnyh produktov / L. V. Antipova, I. A. Glotova, I. A. Rogov. - M. : Kolos, 2001. -376 s.
Авторы
Сторублевцев Станислав Андреевич, канд. техн. наук, Антипова Людмила Васильевна, д-р техн. наук, профессор, До Ле Хыу Нам, Акимбай Дилшат Алтаевна
Воронежский государственный университет инженерных технологий, 94036, г. Воронеж, пр-т Революции, д. 19, post@vsuet.ru, a.di1shat95@mai1.ru
Authors
Storublevtsev Stanislav Andreyevich, Candidate of Technical Sciences Antipova Lyudmila Vasilievna, Doctor of Technical Sciences, Professor, Do Le Khyu Nam, Akimbay Dilshat Altaevna
Voronezh State University of Engineering Technologies, 19, Revolution avenue, Voronezh, 394036, post@vsuet.ru, a.di1shat95@mai1.ru
УДК 663.44/45 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10053
Совершенствование процесса биосинтеза этилового спирта при производстве зерновых дистиллятов
т.м. тананайко, канд. техн. наук
Белорусский государственный технологический университет, Республика Беларусь, г. Минск
A.A. пушкарь, канд. техн. наук; в.и. соловей
Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию, Республика Беларусь, г. Минск реферат
разработка ресурсосберегающих приемов ведения технологического процесса производства зерновых дистиллятов на основе высококонцентрированного сусла является одним из перспективных способов, обеспечивающих снижение себестоимости конечного продукта. поэтому проведение исследовательских работ, базирующихся на отечественной сырьевой базе, с установлением технологических параметров, учитывающих синергетическое взаимодействие энзимов зерна, солода и микробных экзоферментных препаратов при сбраживании сусла повышенных концентраций, является важным и актуальным.
Ключевые слова
брожение, высококонцентрированное сусло, дрожжи, зерновой дистиллят, оптимизация, ферментные препараты
Цитирование
Тананайко Т.М., Пушкарь А.А., Соловей В.И. (2019) Совершенствование процесса биосинтеза этилового спирта при производстве зерновых дистиллятов // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 105-108.
Improving the process of ethanol biosynthesis in the production of grain distillates
T.M. Tananaiko, Candidate of Technical Sciences Belarusian State Technological University, Republic of Belarus, Minsk A.A. Pushkar, Candidate of Technical Sciences; V.I. Solovei
Scientific and Practical Center for Foodstuffs of the National Academy of Sciences of Belarus, Republic of Belarus, Minsk
Abstract
The development of resource-saving methods of technological process in the production of grain distillates based on highly concentrated wort is one of the promising ways to reduce the cost of the final product. Therefore, conducting research based on the domestic raw material base, with the establishment of technological parameters that take into account the synergistic interaction of the enzymes of grain, malt and microbial exoenzyme preparations during the fermentation of wort increased concentrations, is important and relevant.
Key words
grain distillate, highly concentrated wort, yeast, fermentation, enzyme preparations, optimization Citation
Tananaiko T.M., Pushkar A.A., Solovei V.I. (2019) Improving the process of ethanol biosynthesis in the production of grain distillates // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost. 2019. № 4. P. 105-108.
В последние годы в Республике Беларусь широкий интерес проявляется к производству зерновых дистиллятов. Анализ современных технологий производств зерновых дистиллятов позволяет утверждать, что процессы приготовления сусла из зернового сырья проводятся по низкотемпературным режимам водно-тепловой обработки, при которых температура процесса не превышает 90 °С, а видимая концентрация сухих веществ сусла, как правило, не превышает 18,0-19,0%. При этом отмечается низкий выход конечного продукта, высокий уровень накопления побочных продуктов брожения, что обусловлено несовершенством процессов ферментативного гидролиза сырья и особенностями культивирования дрожжевых клеток при брожении.
Эффективность процесса сбраживания концентрированного сусла зависит от множества факторов: химического состава и реологических характеристик сусла; степени гидролиза биополимеров зернового сырья, в первую очередь крахмала, некрахмальных полисахаридов, белков; от особенностей метаболизма используемых рас дрожжей; от физиологического состояния дрожжевой биомассы; от продолжительности сбраживания, температурных режимов ведения процесса и т. д. [1-3].
цель исследований - изучение протекания процесса сбраживания высококонцентрированного сусла с применением различных рас дрожжей и оптимизация процесса сбраживания сусла повышенных концентраций при производстве зерновых дистиллятов.
методы исследований. Объектом исследований выступили образцы различных рас дрожжей, зерновое сырье (тритикале, как базовая культура спиртового производства в Республике Беларусь) и ячменный солод, высоко концентрированное сусло. При постановке экспериментов использовали следующие соотношения сырья: тритикале - 75 % и ячменный солод - 25%.
При проведении экспериментальных работ были использованы технологические параметры, подтвердившие свою эффективность на предыдущих этапах работы [4, 5].
На первом этапе научно-исследовательской работы было изучено протекание
процесса сбраживания высококонцентрированного сусла с применением различных рас дрожжей. Для оценки эффективности сбраживания сусла концентрацией 21,0±0,1 % была поставлена серия экспериментов с использованием 5 рас различных дрожжей, применяемых в спиртовой, винодельческой и пивоваренной отраслях. Постановку бродильных проб осуществляли без внесения препарата глюкоамилазы.
Для оценки эффективности протекания процесса сбраживания с применением различных рас дрожжей была исследована динамика выделения диоксида углерода. Результаты по контролю выделения диоксида углерода при сбраживании сусла приведены на рис. 1.
Анализ полученных данных по динамике выделения диоксида углерода в процессе сбраживания высококонцентрированного сусла различными расами дрожжей позволяет сделать вывод о высокой эффективности дрожжей рас Oenoferm C2, LittoLevure CHA, Safspirit Malt. На 66 ч брожения количество выделившегося углекислого газа этими образцами находилось в диапазоне 8,15-11,75 г/200 см3 и превышало показатели образцов Danstar Nottingham Ale Yeast и «Дрожжи спиртовые сушеные».
Процесс брожения у всех образцов дрожжей длился до 44 ч, а затем постепенно выравнивался, полностью затухая к 66-72 ч. При этом с применением дрожжей Safspirit Malt отмечено максимальное накопление диоксида углерода -11,75 г / 200 см3, из чего следует, что в дальнейшем эта раса может рассматриваться как наиболее перспективная для сбраживании высококонцентрированного сусла при получении зерновых дистиллятов.
Эффективность процесса сбраживания сусла оценивали также по накоплению этилового спирта в зрелой бражке к 66 ч ферментации. Результаты по контролю концентрации этилового спирта в зрелой бражке представлены на рис. 2.
Анализ данных рис. 1 и 2 позволяет сделать вывод о том, что достигнутая концентрация спирта в бражке коррелирует с количеством выделявшегося диоксида углерода при сбраживании высококонцентрированного сусла. Наибольшая
концентрация спирта к 66 ч брожения зафиксирована в образцах с использованием рас дрожжей Oenoferm C2, LittoLevure CHA, Safspirit Malt, при этом значение данного показателя находилось в диапазоне 7,1-9,2 %ооб. Максимальное накопление спирта было достигнуто при использовании дрожжей расы Safspirit Malt - 9 %об. Таким образом, при производстве зерновых дистиллятов для сбраживания высококонцентрированного сусла перспективно применение дрожжей Safspirit Malt, обладающих ферментативными системами, обеспечивающими без применения препарата глюкоамилазы, наиболее полное сбраживание углеводов технологической среды,
На втором этапе научно-исследовательской работы была проведена оптимизация
s U
й о 9 оо
S CN
С
QJ , 6
0,
1,7 5 8,4
7, -6 3 —
35 8,5 7
..... ■"6 2
Ii 0 .... 8 2,4
0 15 17 20 22 24 36 42 44 46 48 60 66 72 Продолжительность брожения, ч --Oenoferm C2 —Nottingham
LittoLevure CHA Сухие спиртовые —Safspirit Malt дрожжи
Рис. 1. Динамика выделения диоксида углерода при сбраживании сусла различными расами дрожжей
9,2
7, 5 7,1
5,6
>
10 Т
ЕЕ 9 -
§ 9 -¡^7 -
m 6 -s га 5 -Ü4 -
i 5 3 -£ 2 -
0 I
I-01 2 3 4 5
1 - Oenoferm C2 2 - Nottingham
3 - LittoLevure CHA 4 - Safspirit Malt 5 - Сухие спиртовые дрожжи
Рис. 2. Содержание этилового спирта в зрелой бражке при сбраживании сусла различными расами дрожжей
12
Y, % 10,5i^ 10 9,5 9 8,5
Y, %
8,75-99,0 9,25-9,5
ВД-та.К
2 з 4
Х2,ед. ГлС/г
Рис. 3. Графики поверхности отклика для показателя крепости зрелой бражки: а) при Х3 = 25,0 млн кл./см3; б) при XI = 19,0%
5
Y, % ■3,37-0,45 35
■ 0,45-0,53 »,53-0,61 31
0,67-0,69 ■ 0,69-0,77 /С л 27
0,77-0,85 ■ ,85-0,93 ■ 0,93-1,01 Ч ,е ,X 23
1,01-1,09 19
■ ,09-1,17
■ ,17-1,25 15
19 X, %
Y, %
■0,37-0,45 10,45-0,53 10,53-0,61 0,67-0,69 10,69-0,77 0,77-0,85 0,85-0,93 0,93-1,01 1,01-1,09 1,09-1,17 1,17-1,25
19 X, %
а б
Рис. 4. Контурные графики поверхности отклика для показателя растворимых несброженных углеводов: а) при начальной концентрации клеток Х3 = 25,0 млн кл./см3; б) при Х2 = 4,0 ед. ГлС/гусловного крахмала
б
а
6
4
процесса ферментации с целью достижения максимального уровня накопления этилового спирта в бражке и изучения влияния концентрации сухих веществ, дозировки ферментного препарата глю-коамилазы и начальной концентрации дрожжевых клеток на эффективность протекания процесса сбраживания. Для совершенствования процесса биосинтеза этилового спирта было выполнено планирование эксперимента, которое позволило варьировать исследуемые факторы, оценивать вклад каждого из них и получать количественные оценки эффектов их взаимодействия.
В качестве основных факторов, влияющих на оптимизацию процесса брожения, были выбраны X - видимая концентрация сухих веществ сусла, %; Х2 - дозировка глюкоамилазы, используемой на стадии брожения, ед. ГлС/г условного крахмала; Х3 - начальная концентрация дрожжевых клеток (в сбраживаемом сусле), млн кл./см3.
Пределы варьирования факторов были выбраны на основании ранее проведенных исследований [5] и анализа литературных данных по переработке высококонцентрированного сусла в спиртовом производстве [1-3].
Критериями оценки глубины протекания процесса сбраживания высококонцентрированного сусла под влиянием изменения выбранных факторов являлись крепость зрелой бражки (У %, об.) и содержание растворимых несброженных
углеводов (у, г / 100 см3) по окончании процесса брожения.
Графическое влияние факторов на уровень накопления этилового спирта в зрелой бражке представлено в виде поверхностей отклика на рис. 3.
Изучение поверхности отклика позволило установить, что для ресурсосберегающего ведения технологического процесса с максимальным уровнем накопления этанола в бражке дозировка ферментного препарата глюкоамилаза должна находиться в пределах 4,0-6,0 ед. ГлС / г условного крахмала, начальная концентрация дрожжевых клеток - 23,035,0 млн кл./см3.
Массовая концентрация растворимых несброженных углеводов в бражке считается допустимой, если она находится в пределах 0,40-0,65 г / 100 см3. Эти данные были ориентиром при более детальном рассмотрении графических зависимостей функции отклика (рис. 4) от варьируемых факторов, позволившие уточнить дозировки препарата глюкоами-лазы и начальную концентрацию дрожжевых клеток при сбраживании сусла повышенных концентраций сухих веществ.
Установлено, что для сбраживания высококонцентрированного сусла с обеспечением наибольшего уровня накопления этилового спирта в зрелой бражке в диапазоне концентраций 15,6-22,4 % оптимальной является видимая концентрация сухих веществ 19,8-21,0%. Обеспечение эффективной переработки сусла данных
повышенных концентрации с накоплением спирта в бражке 10,0-10,5 %об. достигнуто при начальной концентрации дрожжевых клеток в сбраживаемом сусле 30,0-35,0 млн кл./см3, дозировке ферментного препарата глюкоамилазы в количестве не более 5,0 ед. ГлС/г условного крахмала, при этом содержание растворимых несброженных углеводов составит 0,53-0,69 г/100 см3.
выводы.
1. Исследование динамики изменения физико-химических показателей сбраживаемого зернового сусла с применением различных рас дрожжей показало, что с экономической точки зрения в качестве основной расы дрожжей необходимо рассматривать дрожжи Safspirit Malt (Saccharomyces üerevisiae SM).
2. Обобщая полученные экспериментальные результаты, базирующиеся на анализе математических зависимостей и графического материала биосинтеза этанола и концентраций несброженных углеводов по окончании технологического процесса, можно сделать вывод о том, что при проведении процесса сбраживания сусла с видимой концентрацией сухих веществ 19,0-21,0% концентрация посевного материала дрожжевых клеток должна быть не менее 30,0 млн кл./см3, при этом норма расхода ферментного препарата глюкоамилазы - не более 5,0 ед. ГлС/г условного крахмала. Применение данных технологических параметров обеспечит накопление спирта в зрелой бражке до 10,0-10,5 %об. при уровне несброженных углеводов в пределах 0,530,69 г/100 см3. Данные параметры оптимизации позволят заложить основу для ресурсосберегающего ведения технологического процесса при совершенствовании технологии изготовления зерновых дистиллятов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Оганесянц, Л.А. Сравнительная характеристика способов получения сусла для производства зерновых дистиллятов / Л.А. Оганесянц [и др.] // Пиво и напитки. - 2014. - № 3. - С. 44-47.
2. Оганесянц, Л.А. Технико-экономическое обоснование выбора сырья для производства зерновых дистиллятов / Л.А. Оганесянц [и др.] // Пиво и напитки. - 2014. № 2. - С. 10-13.
3. Оганесянц, Л.А. Влияние вида сырья на процесс сбраживания сусла для производства зерновых дистиллятов / Л.А. Оганесянц, Л.Н. Крикунова, В.А. Песчанская, // Пиво и напитки. - 2014. - № 4. - 22-25.
4 Технологическая инструкция по производству зерновых дистиллятов: ТИ BY 190239501.15.110-2015/ Т.М. Тананайко: утв. Научно-практическим центром НАН Беларуси по продовольствию 09.11.2015. Введ. 09.11.2015. - Минск, 2015. - 24 с.
5. Исследование биотехнологических процессов производства зерновых дистиллятов из различных видов сырья и установление
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И КОРМОВ
их качественных показателей: отчет о НИР (заключение)/Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию, руководитель темы Т.М. Тананай-ко. - Минск, 2015. - 186 с. № ГР 20141583.
REFERENCES
1. Oganesjanc, L.A. SravniteL'naja harakteris-tika sposobov poluchenija susla dlja proizvods-tva zernovyh distiUjatov / L.A. Oganesjanc [i dr.] // Pivo i napitki. - 2014. - № 3. - S. 44-47.
2. Oganesjanc, L.A. Tehniko-jekonomicheskoe obosnovanie vybora syr'ja dLja proizvodstva zernovyh distiLLjatov / L.A. Oganesjanc [i dr.] // Pivo i napitki. - 2014. № 2. - S. 10-13.
3. Oganesjanc, L.A. VLijanie vida syr'ja na process sbrazhivanija susLa dLja proizvodstva zernovyh distiLLjatov / L.A. Oganesjanc, L.N. Krikunova, V.A. Peschanskaja, // Pivo i napitki. - 2014. - № 4. - 22-25.
4 Tehnologicheskaja instrukcija po pro-izvodstvu zernovyh distiLLjatov: TI BY 190239501.15.110-2015 / T.M. Tananajko:
utv. Nauchno-prakticheskim centrom NAN BeLarusi po prodovoL'stviju 09.11.2015. Vved. 09.11.2015. - Minsk, 2015. - 24 s.
5. Issledovanie biotehnoLogicheskih pro-cessov proizvodstva zernovyh distiLLjatov iz razLichnyh vidov syr'ja i ustanovLenie ih kachestvennyh pokazateLej: otchet o NIR (zakLjuchenie)/ Nauchno-prakticheskij centr NacionaL'noj akademii nauk BeLarusi po prodovoL'stviju, rukovoditeL' temy T. M. Tananajko. - Minsk, 2015. - 186 s. № GR 20141583.
Авторы
Тананайко Татьяна Михайловна, канд. техн. наук, Белорусский государственный технологический университет, 220006, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Свердлова, д. 13а Пушкарь Александр Александрович, канд. техн. наук, Соловей Вадим Иванович
Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию,
220037, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Козлова, д. 29
Authors
Tananaiko Tatiana Mikhaiiovna, Candidate of Technical Sciences Belarusian State Technological University, 13a, Sverdlov str., Minsk, Republic of Belarus, 220006
Pushkar Alexander Aiexandrovich, Candidate of Technical Sciences, Soiovei Vadim Ivanovich
Scientific and Practical Center for Foodstuffs of the National Academy of Sciences of Belarus, 29, Kozlov str., Minsk, Republic of Belarus, Minsk, 220037
УДК 577.2: 606 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10054
Сравнительная характеристика свойств рекомбинантной фитазы 5.1 Ра^оеа sp. 3, полученной в различных экспрессионных системах
Д.С. Трошагина, аспирант; М.Р. Шарипова, д-р биол. наук, профессор Казанский (Приволжский) федеральный университет
Реферат
Проводили сравнение свойств рекомбинантной фитазы AgpP Pantoea sp. 3.5.1, полученной на основе экспрессион-ной системы Е.гоМ (AgpP-E), Yarrowia lipolytica (AgpP-Y) и Pichia pastoris (AgpP-P). Фитазы обладали pH-оптимумом и pH-стабильностью при кислых значениях рН. Температурный оптимум AgpP-Y, AgpP-P и AgpP-E составил 45 С, 50 С и 60 С соответственно. Фитаза AgpP-P обладала высокой термостабильностью (до 70 °С). Активность фитаз ингибировалась ионами Fe2+, Zn2+ и Cu2+ и активировалась Ca2+, Ип2+ и Mg2+.
Ключевые слова
гетерологичная экспрессия, кормовые добавки, фитаза Цитирование
Трошагина Д.С., Шарипова М.Р. (2019) Сравнительная характеристика свойств рекомбинантной фитазы 5.1 РаМоеа sp. 3, полученной в различных экспрессионных системах // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 108-110.
Comparative characteristics of the properties of recombinant phytase 5.1 Pantoea sp. 3, obtained in various expression systems
D.S. Troshagina, graduate student; M.R. Sharipova, Doctor of Biological Sciences, Professor Kazan (Volga region) Federal University
Abstract
A comparative characteristic of the properties of recombinant phytase AgpP Pantoea sp. 3.5.1, obtained on the basis of bacterial E. coli (AgpP-E) and yeast Yarrowia lipolytica (AgpP-Y) and Pichia pastoris (AgpP-P) expression systems, was carried out. Phytases possessed pH-optimum and pH-stability at acidic pH values. The temperature optimum of AgpP-Y, AgpP-P and AgpP-E was 45 °C, 50 °C and 60 °C, respectively. Phytase AgpP-P had a high thermostability (up to 70 °C). Phytase activity was inhibited by Fe2+, Zn2+ and Cu2+ and activated by Ca2+, Mn2+ and Mg2+.
Key words
phytase, heterologous expression, feed additives Citation
Troshagina D.S., Sharipova M.R. (2019) Comparative characteristics of the properties of recombinant phytase 5.1 Pantoea sp. 3, obtained in various expression systems // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost. 2019. № 4. P. 108-110.
