CC BY
42
9. Kozlova G.YA. Ocenka iskhodnogo i selekcionnogo materiala po kachestvu zerna // Selekciya sel'skohozyajstvennyh kul'tur na kachestvo: mat. nauch.-metod. konf. (g. Krasnoyarsk, 19-20 iyulya 2001 g.). - Novosibirsk, 2001. - S. 82-85.
10.Nettevich E.D., Denisova L.V., Ryzhkov G.F., Smolin V.P. Povyshenie kormovoj cennosti zerna yachmenya v Nechernozemnoj zone RSFSR selekcionnym putem // Doklady VASKHNIL.
- 1981. - № 11. - S. 2-4.
11. Torikov V.E., Mel'nikova O.V., Torikov V.V. Urozhajnost', kormovaya cennost' i mineral'nyj sostav zerna sortov yarovogo yachmenya // Zernovoe hozyajstvo Rossii. - 2012. - № 1. - S. 14- 24.
12.Kapinos A.I. Nauchnye osnovy formirovaniya urozhaya yarovogo yachmenya / Novosib. GAU.
- Novosibirsk, 2010. - 150 s.
13.Zavalin A.A., Pasynkov A.V. Azotnoe pitanie i prognoz kachestva zernovyh kul'tur. - M.: Izd-vo VNIIA, 2007. - 208 s.
14.Dospekhov V.A. Metodika polevogo opyta. - M., 1985. - 351s.
УДК 664.8.022.3 DOI 10.24411/2078-1318-2019-13069
Аспирант Д. НСЕНГУМУРЕМЫЙ
(Университет ИТМО, [email protected]) Канд. техн. наук, доцент Н.В. БАРАКОВА (Университет ИТМО, [email protected]) Доктор с.-х. наук А.С. МИТЮКОВ (Институт озероведения РАН, [email protected])
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА УЛЬТРАДИСПЕРСНЫМИ ГУМАТО-САПРОПЕЛЕВЫМИ СУСПЕНЗИЯМИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЗЕРНОВОГО СУСЛА И ЗРЕЛОЙ БРАЖКИ
Зрелая бражка - это продукт спиртового брожения, полученный в результате сбраживания дрожжами сусла, содержащего сбраживаемые углеводы и питательные вещества. Результатом жизнедеятельности дрожжей является этиловый спирт и первичные и вторичные метаболиты. Количественное значение этих веществ будет зависеть от множества факторов: от состава сусла, от штамма дрожжей, от технологических параметров получения сусла и его сбраживания, от степени микробной контаминации производства, в том числе и от степени чистоты зернового сырья [1].
Для профилактики микробной контаминации производства проводят стерилизацию и дезинфекцию сырья и оборудования паром, химическими реагентами, биологически активными веществами, антибиотиками, применяют различные физико-химические способы обработки сырья [2].
В последние годы активно ведутся поиски новых, эффективных и недорогих способов обеспечения безопасности спиртового производства. Сапропели, в состав которых входят гуминовые вещества, обладающие бактерицидными свойствами, можно рассматривать как одну из альтернатив при решении вопроса обеспечения микробиологической чистоты сусла [3].
На основе озерного сапропеля в НИИ Озероведения РАН разработан способ получения ультрадисперсных гумато-сапропелевых экстрактов (УДГСС).
УДГСС получают путем щелочной экстракции сапропеля под действием ультразвукового излучения частотой 35 кГц и давлением 2 Вт/см2 при температуре 40°С.
Цель данных исследований - установить влияние обработки зерна ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на качественные показатели зернового сусла и зрелой бражки.
Материалы, методы и объекты исследования. Объектами исследования служили зерна ячменя урожая 2017 года, влажностью 8,53%, крахмалистостью 52%. УДГСС были
получены из погребенного сапропеля месторождения «Середка» Псковской области. Анализ УДГСС, выполненный на анализаторе частиц, молекул и дзета-потенциала Zetasizer Nano ZS90 фирмы Malver [4], показал, что суспензии содержат частицы размером 86-89 нм, относящиеся к наночастицам. Для проведения экспериментов в УДГСС был снижен рН с 11 до рН 7. Для исключения микробиологической обсемененности УДГСС стерилизовали. Содержание сухих веществ в УДГСС составляло 20%, концентрация гуминовой кислоты -14,7%, содержание золы - 5,6%. Концентрацию гуминовой кислоты определяли по методике Ламара [5].
Обработку ячменя УДГСС проводили следующим образом: на 100 г зерна ячменя равномерно разбрызгивали 20 мл стерильной УДГСС, выдерживали в течение 24 часов и затем высушивали при температуре 50°С до влажности 8,5% (до влажности контрольного, не обработанного УДГСС образца зерна ячменя).
Приготовление сусла проводилось по схеме низкотемпературной обработки зерновых замесов: зерно ячменя измельчали до степени измельчения: проход через сито диаметром 1 мм - 90%, измельченное зерно смешивали с водой в соотношении 1:3 при температуре воды 50°С, вносили ферментные препараты фирмы ERBSLOEH: для предварительного разжижения крахмала Дистицим БА-Т, содержащий а-амилазу (доза внесения 2,5 ед.АС/г крахмала), для повышения степени ферментативного гидролиза крахмала и снижения вязкости замесов вносили Дистицим GL (доза внесения 1 ед.КС/г сырья) для гидролиза пентозанов. Внесение ферментных препаратов гемюцеллюлазного действия необходимо вследствие того, что перерабатывается зерновая культура - ячмень, которая характеризуется высоким содержанием пентозанов [6].
После внесения ферментных препаратов и перемешивания замеса в течение 30 мин. температуру замеса повышали до 70°С и выдерживали в течение 3,5 часа. По окончании водно-тепловой обработки замесов гидролизаты охлаждали до температуры 60°С и проводили осахаривание гидролизатов в течение 30 мин., для чего вносили расчетное количество ферментного препарата Дистицим АГ, содержащего глюкоамилазу (доза внесения 7 ед.ГлС/г крахмала). Далее сусло охлаждали до температуры 30°С и вносили реактивированные спиртовые дрожжи «DistilaMax HT» производства «Lallemand Biofuels & Distilled Spirits». Перед внесением дрожжей в субстрат проводили их реактивацию в воде (1 г дрожжей на 10 мл воды температурой 37°С) и выдержку суспензии в течение 10-30 минут. Реактивированные дрожжи вносили в осахаренное сусло из расчета 1 г дрожжей на 1 дм3 сусла. Брожение проводили при температуре 30°С в течение 72 часов.
Дистилляты зерновой бражки получали отгонкой зрелой бражки в роторном испарителе PE-100 D. В колбу объемом 0,5 дм3 заливали бражку объемом 0,1 дм3, нагревали на водяной бане при температуре 75°С, давлении 0,08 Мпа, при постоянном перемешивании. Перегонка длилась до получения дистиллята объемом 2/3 от исходного объема. Далее полученный дистиллят доводили водой до объема 100 см3.
Во время проведения эксперимента определяли ряд физико-химических показателей.
Крахмалистость зерна определяли поляриметрическим методом (метод Эверса) на полятиметре фирмы Optical Activity. Сущность метода заключается в растворении крахмала и других углеводов, содержащихся в зерне, горячим раствором разбавленной соляной кислоты, осаждением белковых веществ и измерением оптического угла вращения полученного раствора [7].
Концентрацию растворенных сухих веществ в гидролизатах определяли рефрактометрическим способом на рефрактометре PTR46 Index Instruments.
Содержание свободного азота аминокислот производится колориметрическим методом с нингидрином [8].
Оценка активности дрожжей проводилась по количеству выделившегося диоксида углерода. Содержание углекислоты во время брожения определяли как результат разности массы исходной колбы и величины веса колбы после 24, 48, 72 часов после начала брожения.
Число колонеобразующих единиц в мл-КОЕ/мл в сусле и зрелых бражках, полученных из зерна ячменя (обработанного и не обработанного УДГСС), определяли методом посева на питательной среде (чашечный метод). Сущность метода заключается в посеве определенного объема из серии десятичных разведений суспензии жизнеспособных микроорганизмов на плотную питательную среду, инкубации и подсчете образовавшихся колоний, учитывая, что каждая колония - результат размножения одной жизненной колонии микроорганизма. Сусло и зрелую бражку разводили, и 1 мл каждого из разведений 10-1, 10-2 и 10-3 отбирали в асептических условиях и инокулировали в агаровую среду с экстрактом говядины (ГМФ-АГАР) плюс глюкоза. Инкубирование проводили при 30°С в течение 48 часов. После 48 часов инкубации проводили подсчет колоний.
Крепость спирта в зрелой бражке и концентрации примесей, сопутствующих спирту, определяли газохроматографическим методом на хроматографе «Кристалл 5000.2» с капиллярной колонкой HP-FFAP (США) 50 х 0,32 мм х 0,52 мкм.
Полученные данные подвергали дисперсионному анализу (ANOVA) c использованием статистического программного обеспечения Origin (версия 8.1) с 5% значимостью. Все измерения были сделаны как минимум в трех повторностях. Результаты были представлены как среднее значение ± стандартное отклонение.
Результаты исследования. Чтобы установить влияние обработки зерна УДГСС на физико-химические показатели ячменя, была определена крахмалистость в обработанном и не обработанном зерне ячменя.
Таблица 1. Крахмалистость зерна ячменя
Степень обработки зерна ячменя Крахмалистость ячменя, %
Зерно не обработанное УДГСС 58,3 ±0,3
Зерно обработанное УДГСС 58,8 ±0,8
Из данных, представленных в табл. 1, следует, что обработка зерна ячменя УДГСС не привела к существенному изменению количества крахмала в зерне ячменя. Содержание крахмала в обработанном и контрольном образцах составляло 58,8 ± 0,2 и 58,3 ± 0,3 соответственно (табл. 1), с увеличением на 0,5% после обработки, которое достоверно не отличалось (Р> 0,05).
Для исследования влияния обработки зерна УДГСС на процесс экстрагирования сухих веществ в замесе была проведена водно-тепловая и ферментативная обработка зерна. Динамика накопления сухих веществ в ячменных гидролизатах показывает, что в гидролизате, полученном из зерна, обработанного УДГСС, содержание сухих веществ составляет 20,5%, а в гидролизате, полученном из зерна ячменя, не обработанного УДГСС,-21,2%. Снижение степени экстракции компонентов из зерна может быть обосновано тем фактом, что в УДГСС содержатся наночастицы, которые при определенных условиях и определенных концентрациях могут негативно влиять на активность собственных ферментов зерна и ферментов микробного происхождения - ферментных препаратов, содержащих а-амилазу и ксиланазу [9].
Таблица 2. Содержание а-аминного азота в ячменном сусле
Степень обработки зерна ячменя а-аминный азот мг/дм3
Из зерна, не обработанного УДГСС 41,42 ±0,01
Из зерна, обработанного УДГСС 35,14 ±0,02
На следующем этапе проведения эксперимента полученные гидролизаты охлаждали до температуры 60оС, вносили ферментный препарат, содержащий глюкоамилазу, и при постоянном перемешивании выдерживали сусло в течение 30 мин. По окончании процесса осахаривания в полученном сусле определяли количество а-аминного азота.
Снижение концентрации а-аминного азота в сусле, приготовленном из обработанного УДГСС зерна ячменя с 41,42±0,01 до 35,14 ±0,02 мг/дм3, может быть объяснено тем, что в УДГСС содержатся гуминовые вещества (гуминовые кислоты, фульвокислоты и гуматы), которые в определенных концентрациях могут ингибировать действие протеолитических ферментов зерна [10].
В процессе брожения измеряли количество выделившего диоксида углерода. Результаты представлены в табл. 3.
Таблица 3. Динамика выделения диоксида углерода в процессе брожения
Время, час Наименование бродящего сусла
сусло, приготовленное из зерна ячменя, не обработанного УДГСС сусло, приготовленное из зерна ячменя, обработанного УДГСС
24 6,95±0,03 6,87±0,02
48 7,44±0,02 8,50±0,02
72 7,84±0,04 8,84±0,01
Таблица 4. Содержание микроорганизмов на зерне, в сусле, в бражке
Наименование образца Ед.изм. Состояние обработки образца
не обработанное обработанное УДГСС
Зерно КОЕ / г зерна 31,45±0,33 105 1,145±0104
Зерновое сусло КОЕ /мл сусла 2,904±0,141104 1,55±0,212103
Бражка КТЕ /мл бражки 3,335±205 103 2,07±0,1271102
Из табл. 4 следует, что обработка зерна ячменя УДГСС снизила содержание микроорганизмов на зерне, в сусле, полученном после осахаривания, в зрелой бражке, что свидетельствует о бактерицидных свойствах УДГСС.
По окончании брожения был произведен газохроматографический анализ дистиллятов образцов зрелых бражек, полученных из сусла, приготовленного из зерна ячменя, не обработанного УДГСС, и сусла, приготовленного из зерна ячменя, обработанного УДГСС. Для сравнения приведены данные показателей дистиллятов зрелых бражек, полученных из ячменного высококонцентрированного сусла [5].
Из данных, представленных в табл. 5, следует, что в бражке, полеченной из зерна ячменя, обработанного УДГСС, содержание этилового спирта и примесей несколько выше, чем в бражке, приготовленной из зерна ячменя, не обработанного УДГСС. Полученные результаты можно обосновать тем фактом, что из зерна ячменя, обработанного УДГСС, было получено сусло, состав которого активизировал действие дрожжей Сетеу1$1ае. Полученные результаты коррелируют с результатами других исследовательских работ, в которых было показано, как гуминовые кислоты активизируют процессы прорастания зерна в технологии солода и при культивировании растений.
Если сравнивать содержание примесей в дистиллятах ячменных бражек, проведенных на ячмене урожая 2012 года (эти данные приведены в табл. 3), то содержание примесей в дистиллятах ячменных бражек, полученных из не обработанного и обработанного УДГСС зерна ячменя, сопоставимы.
В дальнейшем, при приготовлении пищевого этилового спирта, примеси, содержащиеся в зрелых бражках, удаляются при помощи системы ректификации. Если учитывать, что в бражке, полученной из зерна ячменя, обработанного УДГСС, больше образуется высших спиртов, то данный факт является полезным при получении биоэтанола из зернового сырья.
Таблица 5. Сравнительный анализ содержания примесей в образцах бражек, мг/дм2
Компонент бражки Бражка из зерна ячменя урожая 2012 года
не обработанного УДГСС обработанного УДГСС высококонцентрированное сусло
Ацетатальдегид 0,26 0,47 9,0 ±3,7
Этилацетат 0,28 0,96 1,54 ±3,37
Метанол 0,0002 0,0004 4,06 ±13,8
2-пропанол 16,16 30,00 0,52 ±0,97
Этанол 6,92 7,65 10,8 ±11,5
1-пропанол 16,16 30,00 16,2 ±23,9
Изобутанол 14,81 31,04 140 ±147
1-бутанол 0,25 - 1,34 ±2,01
Изоамилол 38,49 83,83 578 ±643
1-пентанол - 0,19 0,296 ±0,470
Гексанол - 0,45 1,57 ±3,94
Бензольдегид 14,37 17,55 -
2-фенилэтанол 34,49 33,92 -
Выводы. В работе показано, что обработка зерна ячменя ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями активизирует процессы жизнедеятельности дрожжевых клеток Saccharomyces Cerevisiae, при этом увеличивается количество продуцируемого спирта, альдегидов, высших спиртов. Перспективно в дальнейшем провести исследования по влиянию количества вносимого УДГСС при обработке зерна на жизнедеятельность дрожжевых клеток и продуцирование вторичных метаболитов.
Литература
1. Мальцева О.Ю. Образование примесей в процессе биосинтеза этанола при сбраживании осветленного зернового сусла: дис... канд. техн. наук: 03.00.23. - Воронеж, 1999. - 120 с.
2. Ямышев Т.А., Салехов Н.Р., Решетник О.А. Меры, предотвращающие развитие микроорганизмов-контаминантов в технологии бродильных производств// Вестник Казанского технологического университета. - 2003. -Т.16. -№9. - С. 158-161.
3. Румянцев В.А., Митюков А.С., Крюков Л.Н., Ярошевич Г.С. Уникальность свойств гуминовых веществ сапропеля //Доклады Академии наук. - 2017. - Т. 473. - № 6. - С. 1-4.
4. Румянцев В.А., Митюков А.С., Загребин А.О., Тонкопий В.Д., Крюков Л.Н. Инновационная технология переработки сапропеля, уникальная эффективность и безопасность новой продукции // Общество. Среда. Развитие. - 2016. - № 3 (40). - С. 120-124.
5. Lamar R.T., Olk D.C., Mayhew L., Bloom P.R. A New Standardized Method for Quantification of Humic and Fulvic Acids in Humic Ores and Commercial Products. Journal of AOAC International Vol. 97, No. 3, 2014.
6. Устинова А.С. Разработка технологии сбраживания высококонцентрированного сусла из ячменя: дис. канд. техн. наук: 05.18.07. - СПб., 2013. - 120 с.
7. ГОСТ Р 52934-2008. Зерновое крахмалсодержащее сырье для производства этилового спирта. Методы определения массовой доли сбраживаемых углеводов.
8. Heggart H.M., Margaritis A., Pilkington H., Stewart R.J., Dowhanick T.M., Russell I. Factors affecting yeast viability and vitality characteristics: A review. Master Brew. Assoc. Am. Tech. Q. 1999, 36, - P 383-406.
9. Карпенко Д.В. Влияние нанопрепаратов на активность амилаз светлого ячменного солода//Пиво и напитки. - 2017. - №6. - С. 18-21.
10.Goesaert H., Brijs C., Veraverbeke W.S., Courtin C.M., Gebruers K., Delcour J.A. Wheat constituents: How they impact bread quality, and how to impact their functionality. Trends Food Sci. Technol. - 2005. - 16. - P. 12-30.
Literatura
1. Mal'ceva O.YU. Obrazovanie primesej v processe biosinteza etanola pri sbrazhivanii osvetlennogo zernovogo susla: dis... kand. tekhn. nauk: 03.00.23. - Voronezh, 1999. - 120 s.
2. YAmyshev T.A., Salekhov N.R., Reshetnik O.A. Mery, predotvrashchayushchie razvitie mikroorganizmov-kontaminantov v tekhnologii brodil'nyh proizvodstv// Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. - 2003. - T.16. - №9. - S. 158-161.
3. Rumyancev V.A., Mityukov A.S., Kryukov L.N., YAroshevich G.S. Unikal'nost' svojstv guminovyh veshchestv sapropelya //Doklady Akademii nauk. - 2017. - T. 473. - № 6. - S. 1-4.
4. Rumyancev V.A., Mityukov A.S., Zagrebin A.O., Tonkopij V.D., Kryukov L.N. Innovacionnaya tekhnologiya pererabotki sapropelya, unikal'naya effektivnost' i bezopasnost' novoj produkcii // Obshchestvo. Sreda. Razvitie. - 2016. - № 3 (40). - S. 120-124.
5. Lamar R.T., Olk D.C., Mayhew L., Bloom P.R. A New Standardized Method for Quantification of Humic and Fulvic Acids in Humic Ores and Commercial Products. Journal of AOAC International Vol. 97, No. 3, 2014.
6. Ustinova A.S. Razrabotka tekhnologii sbrazhivaniya vysokokoncentrirovannogo susla iz yachmenya: dis... kand. tekhn. nauk: 05.18.07. - SPb., 2013. - 120 s.
7. GOST R 52934-2008. Zernovoe krahmalsoderzhashchee syr'e dlya proizvodstva etilovogo spirta. Metody opredeleniya massovoj doli sbrazhivaemyh uglevodov.
8. Heggart H.M., Margaritis A., Pilkington H., Stewart R.J., Dowhanick T.M., Russell I. Factors affecting yeast viability and vitality characteristics: A review. Master Brew. Assoc. Am. Tech. Q. 1999, 36, - P 383-406.
9. Karpenko D.V. Vliyanie nanopreparatov na aktivnost' amilaz svetlogo yachmennogo soloda//Pivo i napitki. - 2017. - №6. - S. 18-21.
10.Goesaert H., Brijs C., Veraverbeke W.S., Courtin C.M., Gebruers K., Delcour J.A. Wheat constituents: How they impact bread quality, and how to impact their functionality. Trends Food Sci. Technol. - 2005. - 16. - P. 12-30.
УДК 633.1: 633.19: 631.527 DOI 10.24411/2078-1318-2019-13074
Канд. с.-х. наук Ю.А. ЛАПШИН (Марийский НИИСХ - филиал ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока,
Доктор с.-х. наук, профессор С.И. НОВОСЕЛОВ (ФГБОУ ВО «Марийский государственный университет»,
[email protected]) Аспирант А.В. ДАНИЛОВ (ФГБОУ ВО «Марийский государственный университет»,
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОГО ТРИТИКАЛЕ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ МАРИЙ ЭЛ
В связи с интенсивно и поступательно развивающимся животноводством и птицеводством в Республике Марий Эл возрастает потребность в качественных зерновых кормах. Увеличению их производства сельхозтоваропроизводителями способствуют внедряемые адаптированные агроприемы возделывания зерновых культур [1] и агротехнологии [2, 3], а также интродукция нетрадиционной для республики культуры тритикале [4, 5]. Современные сорта тритикале вполне конкурентоспособны и хозяйственно востребованы благодаря их высокой адаптационной способности к условиям выращивания, большему уровню урожайности на низкоплодородных почвах, в сравнении с пшеницей, и способности производить качественное кормовое зерно [6, 7]. Качество зерна тритикале обуславливается биологическими особенностями сорта [8, 9] и условиями минерального питания культуры [10, 11, 12]. Несмотря на то, что районированные в республике сорта
