CC BY
35
663.45:66.048.95
ВОЗМОЖНОСТЬ ВОЗВРАТА КУБОВОГО ОСТАТКА ПОСЛЕ СБРАЖИВАНИЯ ОСВЕТЛЕННОГО ЗЕРНОВОГО СУСЛА НА СТАДИЮ ЗАТИРАНИЯ
с.в. востриков,
Е.В. КОНЧАКОВА,
О.Ю. МАЛЬЦЕВА, Е.В. ФЕДОРОВА
Воронежская государственная технологическая академия
Основную часть жидких отходов спиртовых заводов составляет барда. В пересчете на 1 тыс. дал спирта в образующейся барде — не менее 130 м3 — по сухому веществу сырья обходы составляют около 35% и могут быть использованы как источник кормового белка [1].
В настоящее время изучаются вопросы, связанные с использованием осахаренного зернового сусла, разделенного на твердую и жидкую фазы, которое может интенсифицировать производство этанола за счет целого ряда технологических решений. После разделения твердая фаза направляется в виде спиртовой дробины на утилизацию, осветленная жидкая фаза подается на брожение. После сбраживания из бражки выделяют дрожжи и затем направляют на перегонку [2]. Продуктом перегонки обездрожженной и освобожденной от взвешенных частиц бражки является так называемый кубовый остаток бражной колонны, принципиально отличающийся по физико-химическому составу от традиционной барды.
В состав органических веществ послеспиртовой барды входят белки, бетаин, глутаминовая кислота и другие аминокислоты, пентозы, глицерин, органические кислоты (муравьиная, уксусная и др.), гуминовые соединения, минеральные вещества (соли калия, натрия, кальция), микроэлементы (кобальт, медь, железо, марганец, бор и др.), витамины (рибофлавин, пантотеновая и никотиновая кислоты, пиридоксин, биотин, фолиевая кислота) [3]. Кубовый остаток содержит тот же спектр органических соединений.
Представляло интерес исследовать возможность рециклирования кубового остатка на стадию приготовления замеса для полной или частичной замены воды, а также с целью определения количества кубового остатка, оказывающего стимулирующее действие при биосинтезе этанола, так как в нем содержатся многие вещества, участвующие в метаболизме дрожжей.
В эксперименте использовали осветленное оса-харенное зерновое сусло с концентрацией сбраживаемых углеводов 14,5 г/ 100 мл, pH 5,2 и спиртовые дрожжи Saccharomyces cerevisiae XII расы, засеваемые в количестве 160 млн/см3 (что соответствует 20 г/дм3 в пересчете на прессованные дрожжи с влажностью 75%). Сбраживание проводили в емкостях объемом 1,5 дм3 с гидрозатворами при температуре 30 °С в течение 30 ч.
Осуществляли серию последовательных брожений и затем простую перегонку зрелой бражки. Кубовый остаток после каждого предыдущего брожения использовали в различных количествах для замены воды при приготовлении замеса, после чего его разваривали, осахаривали, центрифугировали и получали осветленное сусло, которое затем сбраживали.
Было осуществлено три рециркуляции, в качестве контроля использовали осветленное зерновое сусло без добавления кубового остатка. При рециркуляции кубовый остаток добавляли в количестве 20, 40, 60, 80 и 100% от объема воды, необходимой для затирания при гидромодуле 1:3.
Концентрацию спирта определяли на газовом хроматографе ЛХМ-80 методом внутреннего стандарта, количество сбраживаемых углеводов — колориметрическим антроновым методом [4], активную кислотность — на рН-метре, скорость выделения углекислого газа измеряли манометром Варбурга, количество дрожжевых клеток определяли путем подсчета на камере Горяева под микроско пом [5].
[1
\
Рис, 1
Эр**«Я брО**К*л, ч
Рис. 2
По результатам проведенных экспериментов построены графики влияния количества задаваемого при затирании кубового остатка на интенсивность выделения углекислого газа при 1, 2 и 3-й рециркуляциях (рис. 1, 2 и 3), а также количества накапливаемого этилового спирта и примесей в процессе сбраживания.
При 1-й рециркуляции (рис. 1) наиболее интенсивно сбраживание происходит при возврате на стадию затирания 40% кубового остатка от контрольного брожения. Максимальная скорость выде-
и
і
\1
LG
га
LL
d
Рис. 3
Контроль 20% «0% 60% №4 100*
Количество ауДового оси тк»
Рис. 4
ления С02 в этом случае составляет 18,7 см3, в контроле — 16,8 см3 в 1 мин.
В опыте с возвратом 80 и 60% кубовой жидкости скорости выделения С02 близки к контролю — 17,2 и 16,3 см3 С02 в 1 мин. При добавлении 2( и 100% кубового остатка скорость выделения С02 гораздо меньше, чем в контроле, ее максимумы составляют соответственно 11 и 12,1 см С02 в 1 мин.
Можно считать, что для 1-й рециркуляции оптимальное количество кубового остатка, возвращаемого на приготовление сусла, — 40%.
Анализируя ход кривых 2-й рециркуляции (рис. 2), можно сказать, что при возврате 80% кубового остатка сбраживание протекает интенсивнее, чем в контроле: максимумы выделения углекислого газа 16,8 и 16,5 см3 С02 в 1 мин соответственно. Значительно сокращается время главного брожения — с 15 до 10 ч. При замене 100% воды кубовым остатком скорость выделения С02 такая же, как и в контроле. В остальных опытах процесс сбраживания протекает слабее, чем в контроле. Для 2-й рециркуляции оптимальным количеством возвращаемого кубового остатка следует считать 80%.
График 3-й рециркуляции (рис. 3) свидетельствует, что при возврате на затирание 60% кубового остатка максимальная скорость выделения С.02 близка к контрольной — 16,5 см3 в 1 мин, но наступает на 1 ч позднее. В остальных опытах эта цифра значительно меньше — от 12 до 14,6 см3 С02 в 1 мин. Следовательно, при 3-й рециркуляции можно считать целесообразным возврат в производство 60% кубовой жидкости.
На рис. 4 представлена зависимость конечного накопления этилового спирта от количества рецир-
куляций на стадию затирания различного количества кубового остатка. При 1-й рециркуляции максимальное количество этанола накапливается при возврате 40 и 60% кубового остатка — 7,85 и 7.,25 % об. соответственно, тогда как в контрольном опыте 7,1 % об. При 2-й рециркуляции максимум наблюдался в опыте с возвратом 80% кубовой жидкости — 7,4 % об. (контроль 7,1 % об.). При 3-й рециркуляции количество этанола максимально для контроля и возврата на затирание 60% кубового остатка — 7,1 и 6,7 % об. соответственно. В остальных пробах количество накапливаемого этилового спирта близко к последнему показателю.
Таблица 1
Концентрация кубового остатка, % Концентрация сбраживаемых углеводов в зрелой бражке при рециркуляции
1-й 2-й 3-й
0 (контроль) 2,4 2,4 2,4
20 2,5 2,8 3,0
40 2,3 3,0 3,0
60 "2,5 2,6 2,8 '
80 2,6 2,5 2,7
100 2,7 2,7 . 2,9
Анализ данных рис. 4 и табл. 1 показывает, что наиболее полно и с большим накоплением этанола сбраживание происходит при 1-й рециркуляции в опыте 40% кубового остатка, при 2-й — в контроле и с 80%, при 3-й — с 60% кубового остатка, что можно объяснить стимулирующим эффектом компонентов, вносимых с кубовой жидкостью (белки, бетаин, витамины, аминокислоты, минеральные и другие вещества).
Было изучено конечное накопление суммы примесей головной (ацетальдегид и этилацетат) и хвостовой (пропиловый, изобутиловый, изоамило-вый спирты) фракций при рециркуляции различного количества кубового остатка на стадию затирания. Результаты отражены в табл. 2.
Таблица 2
Рецир- Концентрация кубового остатка, %
куля- ция 0 20 40 60 80 100
1-я 0,0065520,00491 0,0056880,005589 0,0046 0,005533
2-я 0,0065520,0066990,0068470,0065520,00843 0,007861
3-я 0,0065520,0076630,0075120,0089060,00861 0,007805
На основе анализа полученных данных можно
судить о том, что максимальное количество примесей накапливается в опытах с наибольшим количеством этанола и большей скоростью выделения С02, что не противоречит общепринятым представлениям о процессе брожения и метаболизме дрожжей. Однако при увеличении количества рециркулируемого кубового остатка и числа рециркуляций концентрация примесей, образовавшихся при
предыдущем брожении и перегонке, увеличивается, что, на наш взгляд, связано накоплением ингибиторов процесса брожения, таких как глицерин, муравьиная, уксусная и другие органические кислоты.
ВЫВОДЫ
1. Добавление различного количества кубового остатка для приготовления замеса в течение трех рециркуляций не ухудшает процесс сбраживания осветленного зернового сусла. При концентрации 40% для 1-й, 80% для 2-й рециркуляций процесс протекает интенсивнее, чем в контроле, и повышается выход этанола. Для 3-й рециркуляции при 60% возвращаемого кубового остатка показатели брожения наиболее близки к контрольным.
2. При возврате кубового остатка на стадию приготовления замеса может быть утилизировано 60-80% кубовой жидкости, что позволит заменить около 70 из 90 т воды, расходуемой на приготовление замеса на спиртовом заводе производительностью 1 тыс. дал/сут.
3. Частичная замена воды кубовым остатком может решить экологическую проблему утилизации последнего и обеспечить экологическую безопасность на принципиально новом уровне.
ЛИТЕРАТУРА
1. Комплексная переработка крахмалистого сырья на спирт с
получением белково-углеводных кормопродуктов в концентрированном и сухом виде. — М.: АгроНИИТЭИПП, 1992. ,
2. Пат. РФ № 2107096 МКль С 12 Р 7/06. Опубл. в Б.И. — 1998. — № 8.
3. Кравец Ю.М., Витковская В.А., Каранов Ю.А. Сточные воды спиртовых заводов и пути их обезвреживания. — М., 1977.
4. Рухлядева А.П., Филатова Т.Г., Чередниченко B.C.
Справочник для работников лабораторий спиртовых заводов. — М.: Пищевая пром-сть, 1979.
5. Методические указания к лабораторным занятиям по технической микробиологии: Для студентов специальностей 270100, 270300, 270400, 270500, 270900, 271100 / Сост. B.C. Григсров, Г.П. Шеламова, О.С. Корнеева и др. — Воронеж: Изд-во ВГТА, 1S96. — С. 31.
Кафедра технологии бродильных производств и виноделия
Поступила 26.11.98
[633.88+634.6 ].004.14
РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СУБТРОПИЧЕСКОГО И ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В ПИТАНИИ
Г.И. КАСЬЯНОВ, И.Е. КИЗИМ
Кубанский государственный технологический университет
Известно, что минеральные вещества находятся в растениях в легко усвояемой для организма форме, в них содержится также ряд микроэлементов, редко встречающихся в других продуктах, наконец, большая часть минеральных веществ растений, в отличие от мяса и белого хлеба, представлена солями основного характера, что очень важно для поддержания щелочности в крови [1].
Кроме того, минеральные элементы растений являются факторами изменения состояния коллоидов и непосредственно влияют на обмен веществ клетки. Они во многих случаях выполняют функции катализаторов биохимических реакций, а также участвуют в изменениях тургора и проницаемости протоплазмы [2].
Систематический недостаток минеральных веществ в пище вызывает различные заболевания. Для полноценного питания человека необходимы продукты, которые содержат минеральные микро-и макроэлементы в достаточном количестве. К таким продуктам относится субтропическое растительное сырье — чай, кофе, пряности.
В чае минеральные вещества находятся в растворимой и нерастворимой формах. С потребительской точки зрения наиболее важными являются растворимые элементы, переходящие в водный экстракт чая и поступающие с ним в организм человека. Количество этих веществ около 50-60% от их общего содержания.
Самыми важными зольными элементами в чае являются фосфор, калий, железо, медь, сера, магний и фтор. Наибольшее количество (50—60%) приходится на долю калия, который имеет огром-
ное значение не только в общем обмене веществ, но и в синтезе углеводов и белковых соединений. Фосфор и сера входят в состав белков, нуклеопро-теидов и других физиологически важных соединений. Железо и медь, содержание которых в чайном листе мало, входят в состав ферментов пероксида-зы (железо) и ортофенолоксидазы (медь), принимающих непосредственное участие в окислительно-восстановительных процессах. Существенная роль в этих процессах принадлежит и марганцу, содержащему 1-4% общего количества минеральных веществ. Большое влияние на формирование иммунных систем организма человека оказывает содержание в пище микроколичеств селена и кремния.
Сырые кофейные зерна содержат 3-4,5% минеральных веществ. Их количественный состав следующий, мг%: калий 1712-1750; магний 142— 176; кальций 76-120; натрий 2,3-17,0; железо 2,1-10,0; марганец 1,1-9,8; рубидий 0,6-4,2; цинк 0,5-3,2; медь 0,6-2,3 и стронций 0,4-1,3. Обнаружены также следы хрома, ванадия, бария, никеля, кобальта, свинца, молибдена, титана и кадмия. Считается, что содержание цинка, марганца и рубидия в сырых зернах кофе обусловливает лучшие свойства кофейного напитка.
Пряные субтропические растения не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы. Поэтому их можно использовать в диетическом питании. Ведь диетическая пища в основном безвкусна, так как содержит мало экстрактивных веществ и поваренной соли. Наибольшее распространение в общем и диетическом питании получили такие пряно-ароматические растения, как укроп, петрушка, кориандр, лавровый лист, мелисса и др.
