Глава Литературный обзор
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
жүктеу/скачать 309 Kb.
|
ÆÑÕ¡«½«ú¿´ ß»¿ÓÔ«ó«ú« »Ó«¿ºó«ñßÔóá
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОРДолгое время в качестве основного источника ферментов для гидролиза крахмала использовали зерновой солод. Первые глубокие исследования по составу солодовых ферментов и научному обоснованию применения смеси солодов из ячменя, проса и овса в качестве осахаривающих средств провели специалисты ВНИИ спиртовой промышленности В.И. Родзевич и С.П. Сташко под руководством профессора Д.Н. Климовского. Зерновой солод гидролизовал крахмал до сбраживаемых углеводов, служил источником азотистого питания дрожжей и частично деструктировал клеточные стенки и белковые вещества сырья. Однако при применении солода из-за ограниченной возможности создания высокой концентрации ферментов скорость осахаривания оставалась низкой, что затрудняло интенсификацию брожения. В связи с этим важной задачей стала эффективная замена солода ферментами микробного происхождения. В ряде стран Европы были предприняты попытки применения в спиртовом производстве некоторых видов мукоровых грибов (например, Mucor boulard) по способу амило. При этом развитие гриба проходило на жидкой среде из кукурузной муки при продувании воздухом в течение суток. Размноженную культуру гриба направляли в кукурузный затор, куда заливали и дрожжи. Развитие гриба и брожение заканчивались за 3 – 3,5 суток. (Преснякова О.П., 2002). Технология полуфабрикатов спиртового производства представляет собой комплекс процессов получения солода и культивирования микроорганизмов – продуцентов ферментов. Для осахаривания крахмала зерно-картофельного сырья применяется смесь ячменного, просяного и овсяного солодов, причём сумма просяного и овсяного солодов должна быть не менее 30%. Допускается применять смесь из двух солодов: ячменного и овсяного или просяного. Ячменный солод можно заменять ржаным (или пшеничным) полностью или частично, а просяной – солодом из чумизы. Запрещается использовать солод из одной культуры при производстве спирта из зерна той же культуры (Смирнов В.А., 1981). Основное требование, предъявляемое к солоду, - способность как можно быстрее и полнее осахаривать крахмал, для чего он должен накопить три фермента: α-амилазу, β-амилазу и декстриназу. В солоде, приготовленном из зерна различных злаков, содержатся неодинаковые количества каждого из ферментов. Исходя из этого, все злаки делят на 4 большие группы: ячменя, проса, овса и кукурузы. Группа ячменя, объединяющая ячмень, рожь и пшеницу, дает солод с высокой α- и β-амилолитической и относительно низкой декстринолитической активностью. Группа проса, включающая его разновидности – могар, чумизу, гаолян, пайдзе и другие, дает солод с очень слабой β-амилолитической, средней α-амилолитической и очень сильной декстринолитической активностью. Группа овса, в которую входит только этот злак, занимает промежуточное положение между предыдущими группами. Группа кукурузы, также состоящая только из одного злака, дает солод, совершенно не обладающий β-амилолитической активностью, имеющий слабую α-амилолитическую, но значительную декстринолитическую активность (Яровенко В.Л., 1999). Основными видами зернового сырья, перерабатываемого на спирт, являются рожь (Secale cereale L.), ячмень (Hordeum sativum L.), овес (Avena sativa L.), пшеница (род Triticum), кукуруза (Zea mays L.) и просо (Panicum miliaceum L.). Иногда в небольших количествах на заводы поступают гречиха и рис. Зерно ценных хлебных (пшеницы) и крупяных (риса, гречихи, проса) культур поступает часто лишь дефектное, не пригодное для использования по прямому назначению (Устинников Б.А., 1981). Так, в Республике Северная Осетия – Алания для приготовления солода расходуется около 2,5 – 2,8% кондиционного высококачественного зерна к количеству картофеля, или 7 – 9% к количеству зерна. На наших спиртовых заводах издавна наряду с ячменным применяли овсяные и просяные солода, получившие за рубежом название «русские солода». В настоящее время готовят смесь, как правило, из трех солодов – ячменного, просяного и овсяного. При необходимости ячменный солод заменяют ржаным (Маринченко В.А., 1981). Ячмень – самый старый и до сих пор основной вид солодовенного сырья, что объясняется его ценными технологическими свойствами: плотные цветочные пленки предохраняют зерно от слеживания во время соложения; относительно крупный размер зерна обеспечивает скважистость. Согласно ГОСТу 7510-55, ячмень должен быть светло-желтого или желтого цвета с запахом, свойственным нормальному зерну; иметь влажность не выше 15,5%; содержать сорных примесей не более 2,0%. Всхожесть, то есть число зерен, проросших за весь период солодоращения, должна быть не менее 92%; энергия прорастания 85%, натура - не менее 565г/л. Овес (7757-55) – белого или желтого цвета, с чистым зерновым запахом; натура – не менее 420г/л. Влажность должна быть не более 16,0%, зерновой примеси – не более 3,0%, всхожесть – не менее 92%, энергия прорастания на третьи сутки – не менее 85%. Солод, получающийся из проса, характеризуется очень слабой β-амилазной, средней α-амилазной и очень низкой декстринолитической активностью. Допустимая влажность зерна (просо) – не выше 15,0%, сорность – не более 3,0%, всхожесть на пятые сутки – не менее 92%, энергия прорастания на третьи сутки – не менее 85% (Климовский Д.Н., 1967). Технология солода складывается из следующих основных процессов: замачивание и проращивание зерна; сушка солода и удаление ростков. На отечественных спиртовых заводах для осахаривания используют сырцовый – несушеный солод. Этот солод не может долго храниться, поэтому на каждом спиртовом заводе его готовят в количествах, необходимых для текущей работы. В спиртовой промышленности США, Германии и некоторых других стран применяют сухой ячменный солод, вырабатываемый специализированными солодовенными заводами (Стабников В.Н., 1976). При солодоращении теряется 16 – 18% крахмала и часть крахмала солода в процессе производства остается и, следовательно, не сбраживается. Кроме того, с солодом вносятся в сусло посторонние микроорганизмы, вследствие чего в большей или меньшей мере протекают и другие виды брожения, отрицательно отражающиеся на выходе спирта. Применение смеси солодов из различных злаков с целью более полного осахаривания крахмала усложняет работу солодовни (Грачева И.М., 1980). При проращивании зерна происходит накопление достаточного количества активных ферментов амилолитического комплекса для обеспечения возможно более полного осахаривания крахмала. Поэтому спиртовый солод должен иметь активные α- и β-амилазы и декстриназу. Фермент α-амилаза расщепляет крахмал до декстринов, β-амилаза – до мальтозы и предельных декстринов, которые могут расщепляться до сахаров только декстриназой. В зерновых культурах различных видов при проращивании эти ферменты образуются в различных соотношениях, поэтому применяют смесь солодов из двух или трех культур, с тем, чтобы солод содержал достаточное количество ферментов. При проращивании солод перемешивают и аэрируют, температуру поддерживают в первые двое суток 19 – 20˚С, а к концу проращивания снижают до 13 – 14˚С. Длительность проращивания ячменя, овса и пшеницы – 10-12 суток, ржи – 7-8 суток. Конечная влажность ячменного и овсяного солода 44-45%, ржаного и пшеничного – 40-41%. Главные условия нормального проращивания – определенные температура, влажность зерна, достаточные аэрация и удаление диоксида углерода. Это достигается главным образом продуванием кондиционированного воздуха и поливанием зерна водой. Во избежание подсушивания зерна относительная влажность воздуха должна быть не ниже 95%. При очень низкой температуре воздуха зерно переохлаждается и неравномерно прорастает, поэтому температуру воздуха поддерживают на 4 – 5˚С ниже заданной по режиму проращивания. Воздух продувают 2 – 3 раза в сутки, для чего открывают клапана на воздуховоде. Чтобы снизить температуру до заданной, обычно достаточно 20 – 30-минутного продувания. Так как нижние слои солода охлаждаются быстрее верхних, то температуру контролируют в верхней трети слоя. Для равномерного охлаждения очень важно, чтобы зерно лежало на сите ровным слоем, иначе воздух пойдет по пути наименьшего сопротивления. При проращивании корешки соседних зерен переплетаются, образуя сплошную войлокообразную массу, которую невозможно транспортировать. Чтобы этого не произошло прорастающее зерно 2 – 3 раза в сутки перебрасывают вручную деревянными лопатами («перелопачивают») или механическими ворошителями, причем зерно охлаждается и аэрируется. За 30 мин до каждого перелопачивания или ворошения зерно поливают водой (4 – 5 дал на 1 т). За 24 часа до конца солодоращения поливку прекращают. Для лучшего растворения крахмала осахариваемой массы и полного извлечения амилолитических ферментов из солода его измельчают на дробилках. Для осахаривания крахмала в спиртовом производстве кроме солода используют ферментные препараты микробного происхождения, которые готовят из жидкой культуры плесневых грибов, концентрированных и сухих препаратов. При замене солода ферментными препаратами микробного происхождения в производстве спирта снижается расход высококачественного зерна на получение солода и повышается выход спирта (Тихомиров В.Г., 1998). Важным показателем зерна, предназначенного для приготовления солода, является всхожесть, выражаемая количеством зерен в процентах, проросших на пятые сутки, и увеличение ферментативной активности в конце солодоращения. При проращивании ячменя амилолитическая активность должна возрастать не менее чем в 2,5 раза, при проращивании проса декстринолитическая – в 3 – 5 раз. Крахмал непроросших зерен при технологических процессах плохо осахаривается, составляя прямые потери, при брожении способствует развитию бактерий, вызывающих чрезмерное нарастание кислотности, отрицательно отражающейся на активности амилаз. Низкая прорастаемость может быть вызвана неблагоприятными условиями вегетации, повреждением насекомыми, самосогреванием даже в первой стадии, высокой температурной подсушки и другими причинами. Пониженная всхожесть проса иногда объясняется тем, что в метелке нижние колоски поспевают раньше верхушечных, особенно у сортов пониклого проса. Поэтому уборку надо проводить при созревании колосков в середине метёлки, не дожидаясь зрелости верхушки, иначе зерна нижней части метелки осыпятся. Недозрелые верхушечные зерна не прорастут. Низкую всхожесть имеет и свежеубранное зерно, в котором кажущаяся невсхожесть может быть обнаружена простыми методами, например кипячением ячменя с водой в течение 30 минут (прорастать не будут потемневшие зерна); по поведению зерен проса при бросании на раскаленную сковородку (не прорастут зерна, обуглившиеся и только пошевелившиеся), (Фукс А.А., 1951). Биохимические изменения в зерне при проращивании происходят следующим образом: ферменты синтезируются в вегетативных частях растения – листьях и стеблях – и уже из них мигрируют в созревающее зерно. По исследованиям А.Н. Баха и А.И. Опарина, активность ферментов в зерне вначале увеличивается, достигает максимума в период молочной спелости, снижается в период восковой спелости и, наконец в вполне созревшем зерне еле проявляется. При проращивании зерна активность ферментов вновь увеличивается, достигая даже значительно большей величины, чем в период молочной спелости. Понижение активности амилаз при созревании зерна объясняется связыванием их с белками. В таком зимогенном состоянии амилазы нерастворимы и потому неактивны. Активность их восстанавливается после воздействия протеаз, освобождающих амилазы из зимогена. В созревающем зерне ячменя, ржи, пшеницы и овса присутствуют α- и β-амилазы, но в зрелом зерне обнаруживаются лишь следы β-амилазы. Заметное содержание свободной α-амилазы найдено в зерне ржи и овса. В пророщенном зерне всех этих культур содержание β-амилазы не превышает таковое при действии папаина на исходное зерно, то есть β-амилаза накапливается в солоде в результате освобождения из зимогена. Полагают, что α-амилаза накапливается таким же путем и частично синтезируется. К концу проращивания в зерне накапливаются довольно активные липаза и фосфатаза (фитаза, нуклеотидаза). Активность последней тем выше, чем ниже температура солодоращения. По данным А.Н. Баха и А.И. Опарина, в зерне активность ферментов дыхания – оксидазы, пероксидазы и каталазы – выше активности гидролитических ферментов. Проращивание повышает активность обеих групп ферментов, но соотношение их активности резко изменяется в обратную сторону и тем сильнее, чем ниже температура. Поэтому в процессе солодоращения накапливается значительное количество гидролитических ферментов при сравнительно небольших тратах крахмала на дыхание. В дореволюционной России готовили 16-суточный ячменный солод, в настоящее время в результате повышения температуры проращивания продолжительность сокращена до 10 суток. Этим достигается увеличение производительности солодовен в 1,6 раза при некотором проигрыше в тратах сбраживаемых углеводов на дыхание. Как правило, при низких температурах солодоращения получается солод с наибольшей амилолитической активностью при минимальных тратах сбраживаемых углеводов. В последние годы в спиртовой промышленности для ускорения процесса солодоращения и повышения ферментативной активности солода нашли применение биостимуляторы, преимущественно, гиббереллин. Расход гиббереллина составляет для ячменя, ржи и овса 600мг, для проса – 400 мг 100-процентного препарата на 1 т солодуемого зерна (Богданов Ю.П., 1981). В лабораторных условиях солод получали из следующего крахмалсодержащего сырья, характеристика которого приводится далее. Ячменный солод. Сорт – Добрыня 3. Патентообладатель: Краснодарский НИИСХ имени П.П.Лукьяненко. Родословная: [Циклон х 200 (1 х Джефферсон)] х [Метеор х 52 М1 (Фагельзангер гольд х НЭМ)]. Включен в Госреестр по Северо-Кавказскому (6) региону. Рекомендован для возделывания в Краснодарском и Ставропольском краях, Ростовской области. Разновидность параллелум. Куст промежуточный. Влагалища нижних листьев без опушения. Восковой налет на влагалище слабый. Антоциановая окраска ушек флагового листа очень слабая. Растение среднерослое. Колос полупрямостоячий, цилиндрический, плотный, со слабым восковым налетом. Ости зазубренные, с сильной антоциановой окраской кончиков. Зигзагообразность расположения сегментов слабая. Зерновка полуудлиненная, средней крупности, с неопушённой брюшной бороздкой и фронтальной лодикулой. Масса 1000 зерен 37 – 43 г. Средней урожайности 45,6 ц/га. Среднеспелый, вегетационный период 215 – 250 дней Устойчивость к полеганию высокая. Зимостойкость на уровне стандарта. Зернофуражный. Содержание белка 9,1 – 13,9%. Сильновосприимчив к пыльной головне, восприимчив к мучнистой росе, септориозу (Характристика…, 2001). Кукурузный солод. Сорт – Краснодарский 5. Происхождение. Двойной межлинейный гибрид Краснодарского научно-исследовательского института сельского хозяйства. Материнская форма – простой гибрид Краснодарский 3 (линия В 155 х линия Ж 23), отцовская форма – простой гибрид Казбек (линия WF9 х линия Н4). Зерно – желтое, зубовидное, удлинённое. Вес 1000 зерен 220-300 г. Початок крупный, весом 220 – 280 г, длиной 20 – 24 см, диаметр в средней части 50 – 55 мм. Рядов зерен на початке чаще 18 – 20. Цветочные чешуи на стержне початка красные. Выход зерна при обмолоте початков очень высокий – до 85%. Растение высокорослое (220 – 280 см), некустящееся; листьев на стебле чаще 20 – 21; початки расположены на высоте 80 – 100 см. Устойчивость к полеганию высокая. Вегетационный период. Гибрид сравнительно позднеспелый, вызревает только в самых теплых районах Северного Кавказа, Закавказья и в Средней Азии. Поражаемость болезнями. Устойчивость к поражению пузырчатой головнёй очень высокая. Урожайность. Гибрид высокоурожайный в условиях теплого и длинного вегетационного периода и при хорошем увлажнении. Районирован в Грузинской, Азербайджанской, Киргизской и Туркменской ССР для посевов преимущественно при орошении. (Калинин М.С.,1961). Пшеничный солод. Сорт – Донская-Юбилейная. Патентообладатель: Краснодарский НИИСХ имени П.П.Лукьяненко, и Северо-Кубанский филиал Краснодарского НИИСХ. Разновидность лютесценс. Зерно крупное, удлиненное, темно-красное. Масса 1000 зерен 42 – 44 г. Средняя урожайность в регионе составила 37,9 ц/га на уровне среднего стандарта. Среднеранний, вегетационный период 234 – 268 дней. Зимостойкость низкая. Высота растений 60 – 78 см. Устойчивость к полеганию на уровне стандарта. Средневосприимчив к твёрдой и пыльной головне. (Характеристика…, 2001). Целью данной работы являлось, получение солода, его технологическая оценка при производстве спирта. Для этого были поставлены следующие задачи: - определить химический состав растительного сырья до и после замачивания; - дать технологическую оценку полученного солода по определению амилолитической и декстринолитической активности; - провести расчет экономической эффективности производства солода. жүктеу/скачать 309 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|