Исследование эффективности ферментных препаратов при получении высококонцентрированных гидролизатов из ячменя для производства этилового спирта

Исследование эффективности ферментных препаратов при получении высококонцентрированных гидролизатов из ячменя для производства этилового спирта

Приготовление и переработка высококонцентрированных гидролизатов экономически выгодно, если повысить содержание сухих веществ сусле на 1,5−2% тем самым возможно повысить производительность завода на 15−20%.

Одной из проблем переработки замеса с повышенным содержанием сухих веществ является то, что с уменьшением гидромодуля замеса и повышением концентрации сухих веществ в нем, значительно возрастает вязкость замеса. В теплой воде крахмальные гранулы быстро поглощают воду и увеличиваются в объеме в десятки раз. Вода проникает в межклеточные пространства кристаллической структуры крахмала. При этом происходит процесс набухания крахмала, и под действием осмотических сил разрушение крахмальной сетки, клейстеризация крахмала.

Помимо крахмала в зерновом сырье содержатся некрахмалистые полисахариды, которые являются потенциальным источником сбраживаемых углеводов. Эндосперм ячменя содержит до 65% в-глюкана и до 20% пентозана от массы клеточных стенок, которые при тепловой обработке набухают с образованием гелеобразных структур, что также приводит к повышению вязкости гидролизатов. Максимальная вязкость замеса наблюдается в точке клейстеризации крахмала.

Снижение вязкости гидролизатов крахмалсодержащего сырья, вызванную состоянием крахмала, возможно путем нагрева замеса до высоких температур или применением амилолитических ферментов, а именно, б-амилазы разжижающего действия. Чтобы снизить вязкость гидролизата, вызванную присутствием высокомолекулярных некрахмалистых полисахаридов, необходимо применение ферментных препаратов, содержащих ксиланазы и в-глюканазы, осуществляющих их гидролиз.

Целью данной исследовательской работы было установить зависимость изменения вязкости высококонцентрированных гидролизатов из ячменя от дозы внесения ферментных препаратов указанного типа. Для получения высококонцентрированных гидролизатов готовились замесы с гидромодулем 1:2,5.

На первом этапе работы проводился эксперимент по определении вязкости замесов при нагреве от 50 до 90 °C с разной дозировкой разжижающих средств. Данный температурный режим был выбран в связи с тем, что точка клейстеризации крахмала ячменя находится в этом интервале. Минимальная дозировка ферментных препаратов была выбрана согласно рекомендуемым нормативным дозировкам внесения ферментов при производстве спирта и обработке замеса по низкотемпературной механико-ферментативной схеме с классическим гидромодулем 1:3−1:3,5. Интервал изменения дозировки ферментных препаратов был выбран в количестве 0,5 ед. на г крахмала.

Ферментные препараты вносились в воду при температуре 50 °C непосредственно до засыпи зернового помола. Степень измельчения сырья составила 90%-ный проход через сито диаметром 1 мм. Во время нагрева замеса вязкость фиксировалась через каждые 5 °C, а также определялась концентрация сухих веществ, перешедших в раствор. Измерение вязкости проводили на вискозиметре VISCO Basic Plus (Испания). Измерение концентрации сухих веществ в гидролизатах зерновых помолов осуществлялось рефрактометрическим методом на рефрактометре ИРФ-454Б2М.

В результате проведения экспериментов были получены зависимости, графики которых приведены на рисунок 1 и рисунок 2.

Рисунок 1 — Зависимость вязкости от температуры.

Из графиков видно, что точка максимальной вязкости, а следовательно и температура клейстеризации крахмала при дозировке ферментных препаратов 0,5ед.АС и 0,5ед.КС на г крахмала; 1,0ед.АС-1,0 ед. КС и 1,5ед.АС и 1,5 ед. КС на г крахмала находится в пределах 74−76 °С. Максимальная вязкость образца № 1, в котором была задана минимальная дозировка ферментных препаратов, составила 2.2 Па*сек., максимальной вязкость образца № 2? 1.3 Па*сек., образца № 3?1.17 Па*сек.

Увеличение дозировки ферментных препаратов до 2,0ед.АС и 2,0ед.КС на г крахмала (образец № 4) позволяет не только снизить вязкость замеса в 9,2 раза по сравнению с образцом № 1, но и уменьшить температуру клейстеризации крахмала до 70 °C, что дает предпосылки к снижению температурных режимов водно-тепловой обработки замесов при получении высококонцентрированных гидролизатов из ячменя.

Рисунок 2 — Зависимость содержания СВ от температуры.

Из графиков видно, что максимальное содержание сухих веществ было получено в образце № 4 (24% СВ) при максимальной дозе внесения ферментных препаратов 2,0ед.АС и 2,0ед.КС на г крахмала.

В рамках проведения исследовательской работы был поставлен эксперимент по исследованию возможности снижения температуры водно-тепловой обработки замесов. При этом готовились замесы зерновых помолов с различной дозой внесения ферментных препаратов: 2,0ед.АС и 2,0ед.КС на г крахмалаобразец № 1 и 1,5ед.АС и 1,5ед.КС на г крахмалаобразец № 2. Для определения времени обработки замесов с максимально возможным для данного гидромодуля и данной степенью измельчения зерна содержанием сухих веществ 24%, образцы нагревали от 50 до 70 °C, при этом определяли содержание сухих веществ в гидролизатах через каждые 5 минут.

Рисунок 3 — Зависимость содержания СВ от времени.

Из графика видно, что в образце № 1 максимальное содержание сухих веществ в фильтрате гидролизата было получено через 2,5 часа от начала водно-тепловой обработки и составило 24%. Далее температуру замеса повышали со скоростью 1 °/минуту до 90 °C, и выдерживали в течении 30 минут. Однако содержание сухих веществ не изменилось.

В случае, проведения водно-тепловой обработки при 70 °C с дозировкой ферментных препаратов 1,5 ед./ г крахмала (образец № 2), по истечению 2,5 часов содержание сухих веществ достигает 22,2%.Однако, если поднять температуру замеса до 90 °C и выдержать в течение 30 минут, то содержание сухих веществ, перешедших в гидролизат, достигает 24%.

Можно сделать вывод, что дозировка ферментных препаратов 2,0 ед. АС и 2,0 ед. КС на 1 г крахмала позволяет проводить водно-тепловую обработку замеса при температуре 70 °C в течение 2,5 часов с получением максимально возможным для указанной степени измельчения и гидромодуля выходом сухих веществ 24%.

Выводы

ферментный гидролизат ячмень При получении высококонцентрированных гидролизатов из ячменя эффективно применение ферментных препаратов амилолитического и целлюлолитеческого действия. Увеличение дозы внесения ферментных препаратов относительно установленных нормативных дозировок ферментных препаратов при получении не концентрированных гидролизатов позволяет снизить вязкость получаемых гидролизатов, увеличить выход сухих веществ в фильтрате гидролизата и снизить температурные режимы водно-тепловой обработки замесов.