CC BY
76
5. Эфендиев, О. Ф. Электроочистка жидкости в пищевой промышленности [Текст] / О. Ф. Эфендиев. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 149 с.
6. Назаренко, I. П. Теоретичш дослщження взаемодй електричного поля з дiелектричними суспензiями в багатоелектродних системах [Текст] / I. П. Назаренко // Пращ Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету: наук. фах. видання. -2012. - Вип. 12, Т. 1. - С. 35-45.
7. Пат. 94810 Украша, МПК В 0Ш35/6. Споаб електрично! очистки дiелектричних рщин [Текст] / I. П. Назаренко, В. А. Дщур (Украша). - № а 200911592; заявл. 13.11.2009 ; опубл. 10.06.2011, Бюл. № 11.
8. Назаренко, I. П. Визначення електрофiзичних властивостей дiелектричних суспензiй [Текст] / I. П. Назаренко, М. О. Рубцов // Пращ Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету: наук. фах. видання. - 2011. - Вип. 11, Т. 3. - С. 167-175.
9. ДСТУ 5063:2008. Оли. Методи визначання нежирових домшок i вщстою [Текст] / Увед. 01.04.2009. - К.: Держспоживстан-дарт Украши, 2009. - 11 с.
10. ГОСТ 7824-80. Масла растительные. Методы определения фосфорсодержащих веществ [Текст] / Введ. 01.01.82. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 7 с.
-□ □-
Дослиджено можлив^ть використання активованог електрохiмiчним способом води у технологiчному процеы виробництва етано-лу зi спельти та гг вплив на показники сусла i бражки. Встановлено, що приготування зам^ су на основi активованог води дозволяв пгдви-щити вм^т сухих речовин у суспирту у бражщ i, вгдповгдно, вихгд спирту з тонни умовного крохмалю вгдносно контролю
Ключовi слова: електрохiмiчно активова-на вода, католт, анолт, спельта, сусло,
бродтня, бражка, спирт
□-□
Исследована возможность использования активированной электрохимическим способом воды в технологическом процессе производства этанола из спельты и ее влияние на показатели сусла и бражки. Установлено, что приготовление замеса на основе активированной воды позволяет повысить содержание сухих веществ в сусле, спирта в бражке и, соответственно, выход спирта из тонны условного крахмала относительно контроля Ключевые слова: электрохимически активированная вода, католит, анолит, спельты,
сусло, брожение, бражка, спирт -□ □-
УДК 663.53.531:546.212
|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.27593
ЗБРОДЖУВАННЯ ЗЕРНОВОГО СУСЛА, ОДЕРЖАНОГО НА ОСНОВ1 АКТИВОВАНО1
ВОДИ
Н. О. П а н ь к i в
Астрант* Е-mail: n.pankiv@i.ua Л. Я. Паляниця
Кандидат хiмiчних наук, доцент* E-mail: liubapal@ukr.net Р. Б. Koci в Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: r.kosiv@online.ua Н. I. Березовська Кандидат хiмiчних наук, доцент* E-mail: NBeresovska@gmail.com *Кафедра технологи оргашчних продуклв Нацюнальний ушверситет ^bBÍBCb^ полЬехшка» вул. С. Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013
1. Вступ
Основним завданням спиртового виробництва е розроблення i впровадження енерго- та ресур-созбер^аючих технологш, як зможуть забезпе-чити б^ьш глибоке i комплексне перероблення сировини [1]. Таю технологи слщ застосовувати на кожному еташ виробництва - при шдготовщ сировини, Ндроферментативному оброблент зерна, зброджувант сусла та подальшш ректиф^ацп бражки.
Мiнiмiзацiя виробничих втрат е основним напрям-ком роботи ресурсозбереження. Удосконалення техно-лопчних операцш з метою максимального скорочення втрат сировини, а саме невикористаних зброджуваних
©
вуглеводiв, натвпродукпв та продукпв на в«х ета-пах виробництва е ефективним заходом збереження ресурав [1].
Тому розроблення ефективних способiв глибшо! бюконверсп крохмалевмкшл сировини е актуальним завданням у напрямку ресурсозбер^аючих технологш виробництва спирту.
2. Лкературний огляд та постановка проблеми
У спиртовому виробництвi для тдвищення його ефективносп використовують рiзнi раси дрiжджiв, якi характеризуються високою продуктивнiстю, рiзною стiйкiстю до тих чи шших умов [2].
У робой [3] розглянуто виробництво етанолу з сумiшi попередньо оброблено! парою пшенично! соломи та попередньо оцукреного борошна грубого помелу з одночасним оцукрюванням та зброджуван-ням. Встановлено, що як i концентрацiя етанолу, так i вихiд етанолу зростае iз збiльшенням кiлькостi попередньо оцукреного пшеничного борошна в сумiшi з попередньо обробленою соломою пшенищ. Також отримано максимальний вихiд етанолу (99 % вщ теоретичного виходу, на основi наявних С6 цукрiв) з сумiшi попередньо оброблено! парою пшенично! соломи та попередньо оцукреного пшеничного бо-рошна, що мiстили 2,5 % твердих нерозчинних у водi речовин.
Важливим завданням е урiзноманiтнення сиро-винно! бази. Так, на сьогодш одним з альтернатив-них видiв сировини для одержання етанолу е спельта [4], яка володiе поживною цiннiстю та стiйкiстю до несприятливих клiматичних умов [5], тому все частше використовуеться для одержання харчових продукив.
Вода е середовищем, де вiдбуваються рiзноманiтнi бiохiмiчнi процеси. Вона здатна змшювати сво! вла-стивостi пiд впливом рiзних фiзичних чи хiмiчних чинникiв. Останнiм часом особливе мкце серед таких чинниюв займае електрохiмiчна активацiя води та водних розчишв [6].
Продуктами електрохiмiчно'i активацi'i води е като-ли з лужною реакцiею та анолгг - з кислою. Значення рН католиу та анолiту змiнюються в залежност вiд мiнерального складу вихвдно! води та величини елек-тричного струму, що проходить через електроди: чим щ значення е вищими, тим б^ьшою буде концентрацiя кислот в анолт та лугiв в католт [7].
Електроактивованi розчини можна з устхом вико-ристовувати в харчовш промисловостi та бютехнологп для створення кислих i лужних умов для рiзних ката-лiтичних процеав. Найбiльш перспективним застосу-ванням технологи електрохiмiчно! активацп водних розчинiв е безреагентний хiмiчний каталiз i безпека харчових продукпв [8, 9].
Вщомо, що електроактивованi воднi розчини мож-на використовувати як стимулятори росту при проро-щуванш зерен ячменю [10] та пшенищ [11].
Електрохiмiчно активовану воду застосовують у виробництвi напо!в бродшня, зокрема таких як пива та квасу, а також функщональних напо!в [12]. При отриманнi напо!в, приготованих на основi електрохь мiчно активовано! води з концентрату квасного та пивного сусла, тдвищуеться штенсившсть бродiння та кiлькiсть дрiжджових клиин, за рахунок покращення !хньо! життедiяльностi та фiзiологiчного стану. Зати-рання ячмшного солоду з активованою водою дозво-ляе прискорити процес оцукрювання i фiльтрування сусла та зб^ьшити вихiд [12], що розчини антиокси-дантiв, приготованi на обробленiй вод^ проявляють бiльшу стiйкiсть у порiвняннi з розчинами, де як роз-чинник використовували дистильовану воду.
У данш роботi, враховуючи властивосп електрохь мiчно активовано! води, запропоновано використання католиу та анолiту на стади гiдроферментативного оброблення спельти у технологи спирту з крохма-левмшно! сировини для ефективного використання зерна спельти.
3. Мета та задачi дослiдження
Метою роботи е дослщження процесу зброджуван-ня сусла, яке одержували на основi спельти та елек-трохiмiчно активовано! води.
Для досягнення мети поставлено таю задачi до-слщжень:
• проведення гiдроферментативного оброблення замшу зi спельти, приготованого з використанням рiзних зразкiв води, та дослвдження !х впливу на основнi показники сусла;
• зброджування одержаних сусел та аналiз бражок з визначенням основних хiмiко-технологiчних по-казникiв;
• проведення розрахунюв виходу спирту з тонни умовного крохмалю.
4. Результати аналiзiв сусел та бражок, приготованих
на основi електрохiмiчно активовано! води, та !х обговорення
Для приготування сусла та бражки з зерново! сировини використовували спельту (ТгШсит spel-ta) з такими показниками: волопсть 6-8 %, крохма-лиспсть 36,6-40,8 %, крупнiсть помелу - прохщшсть 81-90 % крiзь сито з дiаметром отворiв 1 мм. При пдроферментативному обробленнi замiсу джерелом а-ам^ази слугували ферментнi препарати Ату1ех 3Т, глюкоамiлази - Diazyme SSF, для гiдролiзу некрое хмальних полiсахаридiв використовували ФП целю-лол^ично! ди - Laminex BG2.
Замiси зi спельти готували на основi електрохiмiчно активовано! води - католiту та анолиу зi значеннями рН 10,7-11,1 та 2,1-2,8 вщповщно, у стввщношеннях спельта:вода - як 1:3 та 1:2,2. Для контрольного зразка використовували водопровщну воду з рН 7,4-7,8.
Розрщжування проводили при температурi 86-89 оС впродовж 2,5 год., оцукрювання - при 55-60 оС впродовж 30 хв. Як збудники спиртового бродшня використовували сухi спиртовi дрiжджi виду Sac-charomyces сетеюише. Зброджування сусла проводили при температурi 33 оС методом «бродильно! проби». Ди-намiку бродiння визначали за юльюстю видiленого СО2.
Аналiз сусла та бражки проводили, визначаючи !х основш показники. Видимий вмiст сухих речовин у су^ та бражщ визначали рефрактометрично, iстинний вмiст сухих речовин та вмкт спирту - тсля дистиляци пiкнометрично, титровану кислотшсть - титруванням, активну кислотнiсть та ОПВ - потенщометрично за допомогою рН метра рН-301. Динамiчну в'язюсть сусла - вiскозиметром ВПЖ-4. Визначення загального вмшту зброджуваних вуглеводiв, спирторозчинних та водо-розчинних вуглеводiв бражки проводили фотоелектро-колориметрично антроновим методом.
Аналгз сусла.
У результат проведених експериментальних роби встановлено, що при зменшенш гiдромодуля вщ 1:3 до 1:2,2 динамiчна в'язюсть сусла зростае у 1,8 разiв (табл. 1), проте залишаеться у межах норми, що е важ-ливим для технологи переробки зерна при тдвищених концентращях [1]. При однаковому гiдромодулi дина-мiчна в'язюсть сусел, одержаних на основi католиу та анолiту була нижчою у порiвняннi з контролем (табл. 1).
Таблиця 1
Показники сусла, приготованого на основi рiзних зразмв води
Вода для приготування замюу Гiдромодуль Динамчна в'язкють, Па^с Видимий вмют сухих речовин, % рН Титрована кислотшсть, 0К
Контроль (водопровщна) 1:3 0,0182 14,0 5,9 0,37
Католiт 1:3 0,0175 14,5 5,9 0,42
Анолiт 1:3 0,0167 14,6 5,7 0,44
Контроль (водопровщна) 1:2,2 0,0328 18,8 5,8 0,60
Катол^ 1:2,2 0,0316 19,4 5,8 0,62
Анолiт 1:2,2 0,0305 19,2 5,7 0,62
Вмкт сухих речовин у суслах (табл. 1), приготованих на католт та анолт при обох гвдромодулях був вищим, шж у контрольному зразку. Так, при використанш електрохь м1чно активовано1 води концентрация сухих речовин при гвдромоду.гп 1:3 збшыпилась на 3,5-4,3 % \ при пдромоду.и 1:2,2 на 2,1-3,2 % у пор1внянш з контролями.
Варто зазначити, що з1 зменшенням гщро-модуля титрована кислотшсть шдвшцувала-ся, а начення рН залишалося майже однако-вим (табл. 1).
Таким чином, можна зробити висновок, що використання електрох1м1чно активова-но! води у процесах приготування сусла зi спельти е дощльним, осюльки це забезпечуе хорош1 реолопчш показники сусел.
Аналгз бражки.
Для тдтвердження цього висновку надал1 сусло зброджували методом «бродильно! проби» у присут-ност1 сухих спиртових др1ждж1в та визначали масу вид1леного СО2 ваговим методом.
При г1дромодул1 1:3 маса вид1леного СО2 у зразках з католггом та анолиом незначно в1др1знялася в1д контролю, проте була дещо вищою (рис. 1). При гщро-модул1 1:2,2 (рис. 1) маса вид1леного СО2 у зразках з католггом та анол1том була б1льшою у пор1внянш з контролем на 12,0 % та 9,8 % ввдповвдно.
контрол
Гiдромодуль 1:3
Гiдромодуль 1:2,2
Рис. 1. Пстограма маси видтеного СО2 при зброджуваннi сусел з1 спельти з рiзним гiдромодулем
Концентращя етанолу в бражках, де використову-вали активовану воду, при пдромодул1 1:3 була вищою у пор1внянш з контролем на 3,7 % (табл. 2.), а при пдромодул1 1:2,2 вм1ст спирту у бражках з католггом та анол1том був вищим у пор1внянш з контролем на 11,4 % та 9,1 % вщповщно.
При обох значеннях пдромодуля при використанш електрох1м1чно активовано! води для приготування зам1су зменшуеться вм1ст неброджених цукр1в у пор1в-нянн1 з контролем (табл. 2).
Таблиця 2
Хiмiко-технологiчнi показники бражок
Характеристика зразка
Показники бражок Контроль Катол^ Анол^ Контроль КатолЬ Анол^
Гщромодуль 1:3 Гщромодуль 1:2,2
Видимий вмют сухих речовин, % 4,7 5,0 4,8 6,4 6,4 6,4
Вмют спирту, % об. 6,00 6,22 6,22 6,92 7,71 7,55
Вмют цу^в, г/100 см3:
Загальш 0,25 0,23 0,24 0,43 0,39 0,41
Водорозчинш 0,22 0,22 0,23 0,40 0,37 0,39
Спирторозчинш 0,19 0,18 0,17 0,25 0,22 0,23
Декстрини 0,03 0,04 0,06 0,14 0,14 0,14
Нерозчинений крохмаль 0,03 0,01 0,01 0,03 0,02 0,01
рН 5,1 5,1 5,0 5,2 4,2 4,1
Титрована кислотшсть, 0К 0,6 0,5 0,5 0,6 0,9 1,1
У результат проведених дослщжень за одержани-ми показниками бражок розраховано вихвд спирту (в дал на тонну умовного крохмалю) та побудовано ri-стограму, яка вiдображаe залежнiсть цього показника вщ природи використовувано! води для приготування замку.
Як видно з пстограми (рис. 2), при гiдромодулi 1:3 вихвд спирту у зразках з католиом та анолггом бiльший на 3,7 % у nopiBHHHHi з контрольним зразком.
е62
а
Ü 60 и
■Ii 58
s
cû
56
Контроль
Пдромодуль 1:3 Пдромодуль...
Рис. 2. Пстограма виходу спирту 3i спельти
Вихiд спирту при сшввщношенш спельта:вода як 1:2,2 у зразках з католиом та анолiтом б^ьший на 11,43 % та 9,11 %, вiдповiдно, вiдносно контролю (рис. 2).
5. Висновки
У данш робот дослiджено процес зброджування сусла, яке одержували на основi спельти та елек-трохiмiчно активовано! води, а саме католиу та анолиу. Для цього проведено гiдроферментативне оброблення замтв зi спельти, приготованих з використанням рiзних зразкiв води, та дослщжено !х вплив на основш показники сусел; проведено зброджування одержаних сусел та здшснено аналiз бражок.
У результат проведених дослiджень доведено до-цiльнiсть приготування замiсу зi спельти на основ1 електрохiмiчно активовано! води, осюльки за рахунок використання католиу та анолiту можна тдвищити вмiст сухих речовин на 2,1-4,3 % у сусл^ а також збшь-шити вмiст спирту у бражках на 3,7-11,4 % та, вщповщ-но, вихщ спирту.
Також варто використовувати електрохiмiчно ак-тивовану воду для приготування сусел з тдвищеними концентращями, оскiльки це забезпечуе нормативний вихiд спирту, як i при гiдромодулi 1:3.
Лiтература
1. Шиян, П. Л. Iнновацiйнi технологи спиртово! про-мисловостi. Теорiя i практика [Текст]: моногр. / П. Л. Шиян, В. В. Сосницький, С. Т. Олшшчук. - К. : Видавничий дiм «Аскашя», 2009. - 424 с.
2. Римарева, Л. В. Повышение эффективности спиртового производства с использованием термотолерантных и осмофильных рас дрожжей [Текст] / Л. В. Римарева, М. Б. Оверченко, Н. И. Игнатова, Е. В. Останина,
10.
11.
12.
Н. С. Погоржельская // Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности: сборник научных трудов, М. : ВНИИПБТ, 2006. - С. 39-43.
Erdei, B. Ethanol production from mixtures of wheat straw and wheat meal [Text] / B. Erdei, Z. Barta, B. Sipos, K. Reczey, M. Galbe, G. Zacchi // Biotechnol Biofuels.-2010. - Vol. 3. - P. 16. doi: 10.1186/1754-6834-3-16 Паляниця, Л. Я. Гщроферментативне оброблення спельти [Текст] / Л. Я. Паляниця, Н. I. Березовська, Р. Б. Коав, О. В. Швабюк, Н. О. Паньюв // Вюник Нащонального ушверситету «Льв1вська пол^ехшка». Хiмiя, технолопя речовин та i'x застосування . - 2013. -№ 761. - С. 104-107.
Lacko-Bartosova, M. Triticum spelta - a specialty grain for ecological farming systems [Text] / M. Lacko-Bartosova, J. Korczyk-Szabo, R. Razny // Research Journal of Agricultural Science. - 2010. - Vol. 42, Issue 1. -P. 143-147.
Al-Haq, M. I. Applications of Electrolyzed Water in Agriculture & Food Industries [Text] / M. I. Al-Haq, J. Sugiyama, S. Isobe // Food Sci. Technol. Res. -2005. - Vol. 11, Issue 2. - P. 135-150. doi: 10.3136/fstr.11.135 Прилуцкий, В. И. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия [Текст] / В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир. -М. : ВНИИИМТ, 1997. - 244 с.
Aider, M. Electro-activated aqueous solutions: Theory and application in the food industry and biotechnology [Text] / M. Aider, E. Gnatko, M. Benali, G. Plutakhin, A. Kastyuchik // Innovative Food Science & Emerging Technologies. - 2012. - V. 15. - P. 38-49. doi: 10.1016/ j.ifset.2012.02.002
Hung, Y.-R. Application of electrolyzed water in the food industry [Text] / Y.-R. Hung, Y.-C. Hung, S.-Y. Hsu, Y.-W. Huang, D.-F. Hwang // Food Control. - 2008. -Vol. 19, Issue 4. - P. 329-345. doi: 10.1016/ j.foodcont.2007.08.012
Плутахин, Г. А. Влияние способа активации водных растворов и концентрации в них кислорода на скорость прорастания ячменя [Текст] / Г. А. Плутахин, К. П. Федоренко, Я. Д. Молчанов // Научный журнал КубГАУ. - 2014. - № 06(100). - С. 760-771. Федоренко, К. П. Оценка качества пшеничного солода, выращенного с использованием электроактивированных водных растворов [Текст] / К. П. Федоренко, Г. А. Плутахин, Н. В. Беседина, Е. С. Яворская // Научный журнал КубГАУ. - 2014. - № 06(100). -С. 1494-1505.
Козлов, И. В. Разработка способа применения электрохимически активированной воды в технологии пива и безалкогольных напитков [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.18.07 / И. В. Козлов. -Биотехнология пищевых продуктов (пивобезалко-гольная, спиртовая и винодельческая промышленности) / Козлов Игорь Владимирович; МГУПП. - М., 2009. - 25 с.
* 68
: 66
54
