CC BY
54
УДК 663.1.001.4:006.354
С"
Требования к технологическом адекватности ячменного сырья
И.М. Абрамова, канд. техн. наук, В.А. Поляков, д-р техн. наук, профессор, академик РАСХН, В.Б. Савельева, канд. техн. наук, Т.Г. Воробьева
ВНИИ пищевой биотехнологии
Основной экономически выгодный источник для получения этилового спирта в России - крахмал и са-харсодержащее сырье, к которому относят зерновые культуры, картофель и мелассу.
Пшеница - лучшее сырье среди зерновых культур для спиртовой промышленности. Это связано с тем, что переработка пшеницы не вызывает особых затруднений при ведении технологического процесса, при этом выход спирта из 1 т сырья выше, чем из других зерновых культур.
В меньшей степени в спиртовой промышленности перерабатывают ячмень, в основном в смеси с другими зерновыми культурами, что объясняется затруднениями при его использовании в процессе подготовки к сбраживанию. Количество ячменя в смеси влияет на органолепти-ческие показатели этилового спирта, что особенно проявляется при переработке пленчатого зерна. Оболочки при гидротермической обработке выделяют вещества, которые придают спирту горечь во вкусе. Поэтому предпочтение отдается голозерным сортам ячменя.
При производстве спирта ячмень, овес и просо применяли для выращивания ферментированного зеленого солода, используемого в качестве источника амилолитических ферментов для гидролиза крахмала. В регионах произрастания этих культур ячмень, овес и просо перерабатывают на спирт в качестве основного сырья наряду с другими традиционными источниками. Указанные культуры зерна - пленчатые, что вызывает затруднения при их переработке. В настоящее время в качестве сырья для производства солода их используют крайне редко, так как для осахаривания применяют культуры микроорганизмов, продуцентами которых служат плесневые грибы и бактерии или концентрированные ферментные препараты. Ячмень в виде проросшего ферментированного солода применяют в основном в пивоваренном производстве.
Ключевые слова: этиловый спирт; зерновые культуры; ячмень; крахмал; сахара; выход спирта.
Key words: ethyl alcohol; crops, barley starch, sugar, alcohol yield.
Зерно хлебных злаков состоит из трех основных частей, различных по химическому составу и физиологическому назначению: зародыша, эндосперма и оболочек (плодовой и семенной). Зерно ячменя содержит также цветочные пленки и относится к пленчатым культурам.
Как и все зерновые культуры, ячмень имеет сбалансированный состав органических веществ - белков, углеводов, липидов, минеральных веществ, витаминов и т. д. В зависимости от климатических условий, применяемого сорта и агротехнических приемов выращивания, физико-химический состав ячменя может меняться. В состав ячменя входят различные ферменты, липиды, минеральные вещества, витамины и т.д.; содержание в зерне ячменя (% на СВ): крахмал - 58-68; белки -11,0-13,0; сахара - 3-5; клетчатка -1,9-8,0; гемицеллюлозы - 6,0-12,0; липиды - 4,5-7,0; зола - 3,5.
По составу зерновки все злаки относят к группе крахмалистого растительного сырья, так как в них количественно преобладает крахмал, составляя 56-76 % от массы зерна. Содержание крахмала в продовольственном ячмене и идущим на кормовые и технические цели составляет 58-68 % (в пленках). Соотношение амилозы и амилопектина в ячмене - 25-30 % к 70-75 % соответственно. Но у некоторых сортов ячменя встречаются мутанты, состоящие на 100 % из амилопектина. Такие сорта называют восковидными.
Гидролиз крахмала осуществляется под действием амилолитических ферментов - в-амилазы и глюко-амилазы - с образованием декстри-
нов, олигосахаридов, мальтозы, глюкозы. Использование пулланазы способствует интенсификации процесса сбраживания зернового сусла [1].
Второй важный компонент зерна для спиртового производства - сахара, большая часть которых сосредоточена в зародыше. Они представлены, в основном, сахарозой, а также глюкозой, фруктозой, мальтозой, арабинозой. Их содержание составляет 3-6 %. Под воздействием высоких температур простые сахара могут разрушаться или вступать в реакцию с аминокислотами, что приводит к потерям сбраживаемых углеводов.
В последнее время наиболее актуальным и перспективным направлением в совершенствовании технологии производства спирта становится эффективное использование некрахмальных полисахаридов зерна - клетчатки (целлюлозы), геми-целлюлоз, гуммивеществ (слизей).
Клетчатка составляет основную оболочку зерна и построена из глю-козных остатков, связанных друг с другом Р-1,4-глюкозидной связью. Набухаемость целлюлозы чрезвычайно низка. Повышенное содержание целлюлозы характерно для ячменя (до 8 %). В зерне ячменя гум-мивещества способны поглощать до 800 % воды от массы сухого вещества, белковые вещества - до 180, крахмал - до 70, а целлюлоза -только до 30 % воды. Целлюлоза присутствует в алейроновом слое и входит в состав клеточных стенок зародыша, в стенках клеток эндосперма ее нет.
Стенки клеток эндосперма состоят из гемицеллюлозы и гуммивеществ. Гемицеллюлоза - их главная составная часть, так как служит скелетным материалом. Гемицеллюлозы и гум-мивещества не различаются значительно между собой химическим строением индивидуальных полисахаридов, входящих в их состав. Гемицеллюлозы объединяют большую группу высокомолекулярных полисахаридов - гексозанов (в-глюкан, маннаны, галактаны) и пентозанов
SAFETY OF FOOD PRODUCTION
(арабиноксиланы). В состав слизей входят также глюкоза (до 20 %) и небольшие количества фруктозы и галактозы. Рожь и ячмень содержат в 2-4 раза больше некрахмальных полисахаридов, чем пшеница [2]. Растворимая в воде фракция некрахмальных полисахаридов характеризуется высокой вязкостью, что затрудняет технологию производства спирта [3].
К вредным компонентам сырья следует отнести слизи. Они способны набухать в воде и давать вязкие растворы. Слизи препятствуют набуханию крахмала и понижают атакуе-мость его ферментами. Таким образом, данный компонент сырья не только ухудшает технологичность производственных сред из ячменя, но и требует повышенных расходов амилолитических ферментов.
Средние данные по содержанию некрахмальных полисахаридов в различных злаках приведены в табл. 1.
Содержание гуммивеществ в ячмене подвержено большим колебаниям. Оно зависит от сорта, погодных условий и условий произрастания и может составлять 6,2-6,7 %.
При переработке трудно сбраживаемого сырья, такого как ячмень, следует использовать ферменты направленного спектра действия -целлюлазу, Р-глюканазу, ксиланазу, а также ферменты протеолитическо-го действия. Гидролиз этих веществ может дать дополнительный выход этилового спирта на 2-3 % [3].
Белки, аминокислоты и другие азотистые вещества - важная составная часть зерна. В зерне белковые вещества содержатся в меньшем количестве, чем углеводы.
Для оценки пищевого достоинства зерна большое значение имеет аминокислотный состав белков. Биологическая ценность белков определяется сбалансированностью состава незаменимых аминокислот. Она сравнивается с аминокислотным составом идеального белка по аминокислотной шкале Комитета ФАО ВОЗ. В табл. 2 приведено среднее содержание незаменимых аминокислот в различных культурах зерна.
Содержание отдельных групп белков в зерне ячменя колеблется в значительных пределах в зависимости от места и условий выращивания, а также от сорта. В процентном отношении содержание белка в крупном зерне ячменя всегда меньше по сравнению с мелким. По сумме незаменимых аминокислот белок ячменя более полноценен, чем белок зерна пшеницы.
Для целей спиртового производства показатель содержания белка в
зерне и его качественная характеристика немаловажны, так как продукты гидролиза белков служат источниками питания для дрожжей. В этом случае снижается потребность дрожжей в углеводном питании, что приводит к увеличению выхода спирта.
Однако известна и отрицательная роль белков. Повышение температуры клейстеризации крахмала и уменьшение вязкости водных дисперсий объясняются взаимодействием белков с полисахаридами крахмала, снижением гидратации и степени набухания крахмальных зерен. Белки зерна способны к набуханию, образуя вязкий коллоидный раствор, который при производстве спирта может оседать на стенках технологического оборудования и коммуникаций в виде белковых отложений. Отрицательное влияние белков может быть снято протеолитически-ми ферментами [4].
Технология получения пищевого спирта из зернового сырья основана на ферментативном катализе высокомолекулярных полисахаридов с образованием сбраживаемых углеводов, которые превращаются дрожжами в этиловый спирт.
Технологическим регламентом производства спирта рекомендуется применять ячмень в смеси с другими зерновыми культурами в размере 20-30 % к общему количеству перерабатываемого сырья.
Ячмень вызывает затруднения при ведении технологического процесса получения этилового спирта по следующим причинам:
он относится к пленчатым зерновым культурам, в нем содержится от 7,5 до 15,0 % пленок, наличие которых приводит к покровному брожению и снижению выхода спирта;
голозерный ячмень обладает большей твердостью, поэтому труднее и значительно дольше измельчается, что приводит к увеличению затрат на электроэнергию;
большое содержание некрахмалистых полисахаридов (гемицеллюлоз, клетчатки и слизей) ухудшает состав сырья с позиции доступности крахмала воздействию ферментных препаратов;
хотя ячмень и перерабатывается в смеси с другими зерновыми культурами, получение нормативных технологических показателей практически всегда вызывает затруднения: при приготовлении замеса, дрожжей, перекачивании сусла, брожении.
Несмотря на эти недостатки, исследователи и специалисты находят эффективные приемы и способы для
Таблица 1
Содержание некрахмальных полисахаридов в различных видах зернового сырья
Злаки Целлюлоза, % Гемицел- люлоза, % Гумми-вещества, % р-гпю-кан,% Араби-но-кси-лан, %
Ячмень 8,0 6,2-10,2 6,2-6,7 0,8 0,29
Пшеница 3,0 3,1-4,4 1,1-1,8 0,06 0,35
Рожь 2,2 8,4-14,4 2,5-7,4 0,18 0,65
Таблица 2
Среднее содержание незаменимых аминокислот в различных культурах зерна
Аминокислота, г/100 г белка Эталон ФАО ВОЗ Пшеница Рожь Тритикале Ячмень
Лизин 5,5 3,0 4,09 3,42 3,54
Треонин 4,0 5 0 2,68 4 11 3,06 4 55 3,13 4 55 3,95 5 68
Изолейцин 4,0 3,53 3,57 3,32 3,86
Лейцин 7,0 6,38 6,36 6,49 8,32
Триптофан 1,0 1,07 1,00 1,11 1,24
Фенилаланин 2,6 4,48 4,62 4,92 4,93
оптимизации переработки ячменя, поскольку выход спирта, получаемый из 1 т ячменя, пока стоит на четвертом месте после ржи, пшеницы и тритикале. Кроме того, ячмень дешевле пшеницы и ржи.
Наиболее успешные приемы переработки ячменя при производстве спирта: использование его в смеси с другими зерновыми культурами, преимущественно с пшеницей; применение на стадии приготовления замеса протеолитических и амило-литических ферментов; использование для гидролиза некрахмалистых полисахаридов ферментов направленного действия - Р-глюканазы, ксиланазы и целлюлазы.
Специалистами МГУПП изучена возможность получения концентрированного сусла из ИК-обработан-ного ячменя [5].
Для обеспечения нормативных показателей спирта и улучшения его качественных показателей при использовании в производстве ячменя на основе существующих национальных стандартов на зерно были разработаны требования к качеству ячменя, которые должны будут соблюдать поставщики зерна и контролировать покупатели.
Требования к зерну ячменя представлены в табл. 3. Предложенные требования и нормы показателей качества ячменя оптимальны для выработки спирта сорта «Люкс», «Альфа» и «Экстра».
Только в том случае, когда зерно будет удовлетворять определенным характеристикам, предъявляемым к нему в части состояния, цвета, запаха, влажности, состава сорных и
Таблица 3
Требование к качеству ячменя
Показатель Характеристика и ограничительная норма
Типовой состав Состояние Запах Цвет Первого класса В здоровом, не греющемся состоянии Свойственный здоровому зерну, без плесневелого, солодового, затхлого и других посторонних запахов Желтый с разными оттенками 5 5
Сорная примесь.%, не более, 5,0
минеральная и органическая (по совокупности) 1,0 0 5
фузариозные зерна испорченные зерна 2,5 1,0
Зерновая примесь, %, не более 5,0
Зерна других злаковых культур, %, не более Натура, г/дм3 , не менее Зараженность вредителями 15,0 570 Не допускается, кроме зараженности клещем не выше II степени
зерновых примесей и т. д., обусловленных биотехнологическими и микробиологическими процессами производства этилового спирта, возможно получение спирта высокого качества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Римарева, Л.В. Теоретические и практические основы биотехнологии дрожжей/Л.В. Римарева. - М.: ДеЛи принт, 2010. - 251 с.
2. Римарева, Л.В. Ферментные препараты, эффективные для биокатализа полимеров зернового сырья в производстве спирта: Сб. «Теоретические и практические основы совершенствования технологии спирта»/Л.В. Римарева. - М.: ВНИИПБТ, 2008. - С. 61-86.
3. Римарева, Л.В. Микробные биокатализаторы и перспективы развития ферментных технологий в перерабатывающих отраслях АПК/ Л.В. Римарева, М.Б. Оверченко. -М.: Пищепромиздат, 2004.-С. 209-215.
4. Теоретические и практические основы ферментативного катализа полимеров зернового сырья в спиртовом производстве/Л.В. Римарева [и др.]//Производство спирта и ли-кероводочных изделий. - 2008.-№ 3. - С. 4-9.
5. Сулина, Л.И. Исследование процесса получения сусла из ИК-обработанного ячменя/Л.И. Сулина, Л.Н. Крикунова//Производ-ство спирта и ликероводочных изделий. - 2007. - № 4. - С. 18-21.
1ПП БАД
а достоверную информацию
для потребителем
Некоммерческое партнерство производителей «Биологически активных добавок к пище, лечебного и профилактического питания» (НПП БАД) поддерживает проект Федерального закона «О внесении изменений в Федеральный закон «О рекламе» и статью 14.3 Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях». Требование сопровождать рекламу БАД предупреждением «Не является лекарством» уже вошло в практику размещения рекламы в печатных СМИ, а также в радио- и телепрограммах. Введение этой нормы вполне обосновано и целесообразно. Инициатива ФАС, касающаяся усиления ответственности рекламодателя за недостоверную рекламу и введение ответственности рекламораспростра-нителя, в целом выглядит актуально.
Исполнительный директор НПП БАД Марина Пономарева уточняет: «Введение ответственности рекламо-распространителя должно подвигнуть добросовестных крупных рекла-мораспространителей на усиление входного контроля рекламных материалов рекламодателей. Хотя суще-
ствует риск повышения цен на рекламу, основным ожиданием, связанным с законопроектом, является все-таки снижение количества недобросовестной рекламы БАД в СМИ.
На фоне обсуждения данного законопроекта, уже одобренного на заседании Правительства 14 марта 2013 г., в СМИ также проходили сообщения о законодательных инициативах, связанных с полным запретом рекламы БАД. На круглом столе «БАД: лекарство или средство профилактики?», прошедшем 18 марта в пресс-центре «Парламентской газеты», член комитета Государственной Думы РФ по охране здоровья Федот Тумусов подтвердил, что последний законопроект официально отозван. Законопроект, касающийся запрета рекламы лекарственных средств -это отдельный документ; поскольку согласно нормам российского законодательства, БАД к пище не являются лекарством.
В настоящее время речь должна идти о том,что БАД (именно «биологически активным добавкам к пище», а не «пищевым добавкам», как ошибочно могут называть БАД в
разговорной речи люди, не знакомые с достоверной информацией по вопросу) нужен технический регламент, гармонизированный с законодательной базой, применимой в условиях Таможенного союза.
Технический регламент должен стать документом, который объединит требования по регулированию производства и оборота БАД в России, в настоящее время разрозненные. Новый документ, над созданием которого предстоит работать многим экспертам, поможет избежать дальнейшей путаницы и смешения понятий в отрасли, не выгодных ни добросовестным производителям, ни потребителям, ни государству.
Постановление Главного государственного санитарного врача « О надзоре за биологически активными добавками к пище» от 17 января 2013 г. изменило правила регистрации биологически активных добавок к пище. В частности, к регистрации теперь не допускаются БАД, содержащие ингредиенты, не имеющие традиции пищевого применения.
С момента выхода Постановления НПП БАД, получило большое количество запросов от компаний с просьбой разъяснить, что означает термин «традиции пищевого применения», можно ли регистрировать БАД в составе которых есть ингредиенты, включенные в государственную фармакопею.
