Разработка технологии этилового спирта из ржи с применением метода ударно-дезинтеграторно-активаторной обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат наук Алимова, Диана Сергеевна

• Алимова, Диана Сергеевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Алимова, Диана Сергеевна

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА В ТЕХНОЛОГИИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

1.1 Роль технологической стадии обработки зерна в технологии этилового спирта

1.2. Способы получения высокодисперсных помолов

1.3. Устройство и принцип действия дезинтеграторов

1.4. Химический состав ржи и особенности ее переработки

1.5. Ферментативная система ржи и способы повышения ее активности

1.5.1 Ферменты зерновых культур

1.5.2 Способы повышения активности ферментов

1.6. Спиртовое брожение и способы его интенсификации

1.7. Выводы по первой главе

2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Материалы исследования

2.3 Методы исследования

2.3.1 Режимы измельчения на дезинтеграторе

2.3.2 Режим водно-тепловой обработки замесов по механико-ферментативной схеме

2.3.3 Режим внесения дополнительного азотистого питания

2.3.4 Режим брожения

2.3.5 Режим реактивации сухих дрожжей

2.4 Методы определения

3. ОБРАБОТКА РЖИ УДАРНО-ДЕЗИНТЕГРАТОРНО-АКТИВАТОРНЫМ -МЕТОДОМ

3.1 Исследование влияния режимов УДА - обработки на структуру и гранулометрический состав ржаных помолов

3.2 Определение влияния УДА - обработки на активность ферментов ржи

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УДА ОБРАБОТКИ В ТЕХНОЛОГИИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

4.1 Исследование влияния УДА - обработки ржи на параметры получения гидролизатов

4.2 Исследование процесса сбраживания сусла из ржи, обработанной на УДА-установке

5 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВО

ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ РЖИ, ОБРАБОТАННОЙ НА УДА - УСТАНОВКЕ

6. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ПРИМЕНЕНИЯ УДА -ОБРАБОТКИ В ТЕХНОЛОГИИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

85

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии этилового спирта из ржи с применением метода ударно-дезинтеграторно-активаторной обработки»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Перспективным сырьем в технологии этилового спирта является рожь. Рожь характеризуется меньшими требованиями к условиям произрастания, высокой зимостойкостью, меньшей стоимостью по сравнению с другими зерновыми культурами, что позволяет снизить себестоимость готовой продукции.

С целью интенсификации технологии этилового спирта из ржи в работе Андриенко Т.В (Москва, 2008) было установлено положительное влияние ИК-обработки ржи на выход этилового спирта и его качественные показатели, в работе Смирновой И.В (Москва, 2005) - влияние ультразвука [59, 62], в работе Лихтенберга Л.А. (2007) - применение линии гидродинамической обработки ржи, в работе Сотников В.А. (Казань, 2002) - применение виброкавитационного способа обработки ржаных замесов.

Одним из способов интенсификации технологии этилового спирта может также стать обработка зернового сырья на установках ударно-дезинтеграторно-ативаторного типа (далее - УДА-обработки), обеспечивающая получение не только высокодисперсных помолов, но и активацию химических компонентов, входящих в состав зерновых культур. Высокая скорость соударения, число ударов и интервал времени между последними ударами обуславливают активацию материалов, обрабатываемых на данных типах установках.

Механохимический метод широко применяется в фармакологической промышленности при получении лекарственных препаратов, при получении пигментов и косметических средств, при переработке отходов органического синтеза. Применение УДА-обработки зерна в технологии этилового спирта может дать положительные результаты.

Особенностью химического состава ржи является высокое содержание в ней некрахмалистых полисахаридов, таких как пентозаны, наличие которых обусловливает высокую вязкость замесов, снижая при этом степень ферментативного гидролиза компонентов зернового сырья, затрудняя процесс перемешивания и перекачивания замесов. Одним из способов решения данной

проблемы может стать применение в технологии спирта новых сортов низкопентозановой ржи, выведенных в ГНУ ВНИИИР им. Вавилова. Ранее была установлена эффективность применения данных сортов ржи в хлебопечении и производстве комбикормов, исследования по применению низкопентозановой ржи в технологии этилового спирта не проводились.

Цель и задачи исследования. Цель работы - исследовать эффективность применения УДА - обработки ржи в технологии этилового спирта и разработать технологию этилового спирта из УДА-обработанной ржи.

В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:

- исследовать влияние УДА - обработки на структуру и гранулометрический состав ржаных помолов;

- определить влияние УДА-обработки на активность ферментов ржи;

- изучить влияние УДА-обработки ржи на параметры получения гидролизатов;

- исследовать процесс сбраживания сусла из ржи, обработанной на УДА-установке;

- разработать техническую документацию на производство этилового спирта из ржи, обработанной на УДА - установке;

- рассчитать экономический эффект применения УДА - обработки в технологии этилового спирта.

Научная новизна работы:

-обоснована и экспериментально доказана эффективность применения УДА - обработки ржи в технологии этилового спирта;

- установлено, что при обработке ржи на УДА- установке нецелесообразно увеличивать количество проходов (стадий измельчения);

- показано, что обработка ржи на УДА-установке приводит к увеличению активности а- и Р-амилаз и протеаз, и к разрушению крахмала до сбраживаемых углеводов;

- обосновано применение озимой низкопентозановой ржи сорта Янтарная в технологии этилового спирта.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- установлено, что обработка ржи на установке УДА - типа за счет активации собственных ферментов ржи и глубокой деструкции крахмала позволяет в технологии этилового спирта не использовать ферментные препараты;

- установлено, что обработка ржи на установке УДА - типа позволяет снижать температуру и сокращать время водно-тепловой обработки замесов;

- внесение дополнительного азотистого питания в сбраживаемое сусло, приготовленное из УДА-обработанного зерна, увеличивает выход спирта на 0,50,8 %;

- разработана технология этилового спирта из зерна ржи, обработанной на установке УДА-типа;

- техническое решение, на основании которого в технологии этилового спирта разработан новый способ обработки ржи, защищен положительным решением на изобретение № 2017143750 от 16.08.2018.

Технология этилового спирта из ржи с применением УДА-обработки апробирована в опытно - промышленных условиях на спиртовом заводе ООО «Казачье» (г. Элиста). Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной технологии этилового спирта из зерна фуражной ржи, обработанного на установке УДА-типа на спиртовом заводе мощностью 1 000 дал/сутки составит 18,6 млн. руб. в год.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований влияния УДА-обработки на структуру, химический состав, активность ферментов зерна ржи;

- результаты эффективности применения технология этилового спирта из зерна ржи, обработанного на УДА-установке.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на XLV и XLVI Научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО (г. Санкт-Петербург, 2016 г., 2017 г.), Международной

конференции "Генетические ресурсы растений и здоровое питание: потенциал зерновых культур"(г. Санкт-Петербург, 2018 г.).

Достоверность научных достижений подтверждена применением традиционных технологий, специальных методов исследований и методов исследований по ГОСТ, сравнением результатов с ранее опубликованными экспериментальными данными, а также положительной оценкой на научно-практических конференциях.

Внедрение результатов работы. Проведены испытания на спиртовом заводе ООО «Казачье» (г. Элиста). По результатам проведения опытно-промышленных испытаний установлено, что технология производства этилового спирта из ржи с применением ударно-активаторной обработки может быть рекомендована на спиртовых предприятиях.

Публикации по теме работы. Основные научные результаты опубликованы в 8 печатных трудах, в том числе 4- в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 положительное решение на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, включающего 93 источника, из них 14 -иностранных, и 2 приложения. Диссертация содержит 114 страницы машинописного текста, 18 иллюстрацию и 15 таблиц.

Благодарности

Автор признательна своему научному руководителю к. т. н. Бараковой Н. В. и благодарит Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей» имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» за помощь при проведении лабораторных исследований и лично Самоделкина Е. А.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА В ТЕХНОЛОГИИ

ЭТИЛОВОГО СПИРТА

1.1 Роль технологической стадии обработки зерна в технологии этилового

спирта

Неотъемлемым технологическим процессом в производстве этилового спирта из зернового сырья является технологическая стадия обработки зерна с целью высвобождения крахмала, содержащегося в зерне, для последующей водно-тепловой обработки. Для этого применяются различные способы измельчения зернового сырья [81]. На измельчение зернового сырья расходуется около 15-20% электроэнергии от всех производственных энергозатрат, в связи с чем, выбор способа измельчения является одной их важных задач [24].

В работах [67, 68] показано, что использование мягких режимов водно-тепловой обработки (далее - ВТО) зерна положительно влияет на качество получаемого этилового спирта.

1.2. Способы получения высокодисперсных помолов

В современной технологии этилового спирта переработка зернового сырья проводится по механико-ферментативной схеме при температуре, не превышающей 1000С [1, 2, 67]. Такая схема приводит к уменьшению потерь сбраживаемых сахаров благодаря снижению интенсивности химических реакций, протекающих в течении водно-тепловой обработки замеса [42, 67, 78]. В связи с чем при брожении накапливается меньше побочных, а также сложно выводимых в процессе брагоректификации вредных веществ [5, 11, 25, 33, 60, 61, 64].

Тем не менее опыт использования механико-ферментативной обработки замесов выявил, что она не дает возможность целиком перевести крахмал сырья в растворенное состояние. Обеспечить условия для более эффективной экстракции

крахмала можно применив технологические приёмы, позволяющие создать условия для более глубокой деструкции структуры зерна.

Поэтому, на сегодняшний день важной задачей представляется создание технологии этилового спирта из зерна, позволяющей кроме разрушения крахмала, позволить расщепить некрахмалистые полисахариды до низкомолекулярных углеводов, и улучшать реологические характеристики зернового сусла и ускорить биохимические процессы сбраживания сусла [75, 71].

Переработка зернового сырья по низкотемпературной схеме предъявляет высокие требования к степени деструкции зернового сырья. Основная задача при разрушении зерна-максимально извлечь крахмал - основной источник сбраживаемых углеводов. Для извлечения крахмала используют различные способы физического, химического, биологического воздействия на зерно. В зерне крахмал находится в клетках, и чтобы извлечь из них крахмал, необходимо разрушить клеточную стенку.

Рассмотрим разные виды обработки зерна для повышения степени экстракции крахмала из зерна, при этом необходимо учитывать, для каких технологических целей извлекается крахмал.

Замачивание зерна является способом гидротермической обработки зернового сырья для размягчения роговидной части эндосперма, разрыва и разрушения белковой матрицы, которая удерживает крахмальные зерна в эндосперме, экстракция растворимых веществ зерна в замочную воду самый старый и наиболее широко используемый способ изменения и ослабления структуры зернового сырья.

Замачивание зернового сырья в воде - главный метод воздействия на структуру зерна, но данный метод приводит только к деструкции водорастворимых белков, в следствии чего полный разрыв связей крахмальных зерен с другими компонентами сырья осуществляют с применением растворов сернистой кислоты и щелочи или их соли, которые выбирают в зависимости от состава белков в зерне.

Для замачивания зерна в качестве реагентов применяют: растворы сернистой кислоты (сернокислотный способ),едкого натра (щелочной способ)или комбинированный реагент, состоящий из серной и сернистой кислот.

Применение с целью избирательного разрушения структуры крахмалсодержащего сырья, на практике, только одного способа замачивания используют достаточно редко. В основном используют комплексную обработку сырья.

Применение замачивания как биологическая обработка зернового сырья эффективно только для определенной кислотности замочной воды, чего добиваются использованием химических реагентов нужной концентрации с предварительным измельчением зерна, при необходимости вплоть до муки. Например, при общем действии целлюлолитических ферментов и пиросульфита натрия на ржано - и пшенично-мучную суспензии при замачивании значительно снижается вязкость суспензии и одновременно возрастает коэффициент извлечения крахмала, обусловленные разрушением белковой матрицы одновременно с образованием комплексов некрахмальных полисахаридов (пентозанов) с растворимыми белками.

Для наиболее полного разрушения структуры сырья и уничтожения связей крахмальных зерен с другими его составляющими применяют разные методы измельчения зерен.

Если ставится задача извлечь крахмал с максимальным сохранением структуры крахмала, используют машины истирающего действия. Для получения муки с высокими хлебопекарными качествами требуется получить достаточно мелкий помол (менее 250 мкм) и сохранить, при этом, структуру крахмальных грану. Для этого используют вальцовые станки.

В настоящее время истирающий способ обработки крахмалсодержащего сырья вытесняется ударными и ударно-истирающими методами, которые обеспечивают выборочное разрушение структуры сырья с высвобождением крахмальных зерен и незначительным измельчением оболочек, волокон и других его структурообразователей. Плюсами ударного способа обработки является то,

что частицы крахмалсодержащего сырья могут вести себя как пакеты, наполненные суспензией. При ударе их о жесткую поверхность оболочки разрываются, освобождая содержимое при незначительном разрушении этих оболочек.

Измельчение ударным способом, чаще всего, используется при измельчении хрупких материалов. В последнее время этот способ применяют и для разрушения упруго-пластичных и упруго-вязких материалы, из-за того, что при высоких скоростях их нагружения пластические и вязкие деформации не успевают сформироваться, а их разрушение носит характер разрушения хрупкого тела.

Крахмалсодержащее зерновое сырье относится к упруго-пластичным материалам, но при определенной обработке оно приобретает и упруго-вязкие свойства.

К ударному способу измельчения зернового сырья относится, например, кавитационный способ, в основу которого лежит резкий перепад давления жидкости, находящейся в сырье.

При снижении давления происходит вскипание и образование пузырьков; при увеличении давления пузырьки лопаются с возникновением гидравлических ударов.

Наиболее частым и отрицательным эффектом кавитации является возникновение в центробежных насосах разрыва струи в разгонной проточной части. Данным принцип был далее применен для разработки кавитационных мельниц и диспергаторов, получивших широкое распространение в пищевой индустрии. Тем не менее, тонкое измельчение мучных суспензий подобными диспергаторами не обеспечивает абсолютное отделение белковых частиц от зерен крахмала.

Еще одним методом диспергирования, заключающемся в продавливании расплава материала через отверстие в экструдере [36], является экструзионный метод. При экструзии происходит процесс, который совмещает термо-, гидро- и механохимическую обработку сырья для получения продуктов с новой структурой и свойствами.

К основным физико-химическим процессам, протекающим при экструзионном методе, являются увлажнение и пластификация сырья, получение расплава биополимеров, денатурация белков и клейстеризация крахмала, структурирование расплава под действием сил сдвига и растяжения, его охлаждение и формование. Главное при этом - получение расплава биополимеров, то есть переход биополимеров в условиях экструзии в вязкотекучее состояние.

Наиболее распространенный на сегодняшний день способ измельчения зерна - это механический.

Некоторые заводы проводят измельчение зерна по двухступенчатой схеме для получения высокодисперсных равномерных помолов [22]. Сначала зерно обрабатывают на молотковой дробилке. Затем получившийся помол переносят на сита для разделения его на две части (фракции) с различным размером частиц -более и менее 1 мм. На второй стадии помол с размером частиц более 1 мм (крупная фракция) направляют на вальцовые станки для повторного измельчения.

При применении низкотемпературных схем, в сравнении с классической технологией, применяемой на заводах, требуется более тонкое измельчение зернового сырья с однородным составом получаемого помола.

Наиболее подходящим способом разрушения зернового сырья при низкотемпературных схемах производства этилового спирта является механохимическая деструкция.

При механохимической деструкции зерна в первую очередь происходит механическая деформация полимерных соединений углеводной составляющей

При диспергировании во всем объеме вещества образуются дефекты, которые являются источником образования новой поверхности. Оболочка зерна разрушается при использовании немалых усилий.

Содержание влаги в зерне в значительной степени регулирует механические свойства зерна. Так, если зерно сухое, то оно ведет себя как хрупкое тело, влажное - как пластическое.

При интенсивном механическом измельчении крахмала наблюдается понижение его молекулярного веса, он разрушается до своих мономеров [69].

Имеются работы, в которых исследована эффективность применения различных способов обработки сырья и приготовления замесов таких как ультразвук, ИК - нагрев, механокавитационная обработка [27, 74, 79] и др.

В работах Л.В. Крикуновой [38-42, 64] с соавторами установлено, что при воздействии ИК-нагрева в сырье изменяются структурно-механические и биохимические свойства, микробиологические характеристики зерна. Инфракрасные лучи быстро нагревает зерно, и влага, имеющая равномерное распределение внутри зерновки, начинает по порам и капиллярам передвигаться в центр. Из-за высокой скорости в ходе процесса влага не успевает выйти наружу, и из-за этого превращается в пар, скапливающийся в порах и микрокапиллярах зерна. Увеличение температуры вызывает увеличение давления водяных паров, приводя к «взрыву» зерновки изнутри, и разрушая структурный каркас зерна [38 -42].

Микробиологическая чистота технологических процессов в следствии высокой температуры и давления, создаваемого водяным паром, повышается, происходит гибель микроорганизмов [4, 38 - 42].

В работе [27] с целью обработки высококонцентрированных ржаных замесов предложено применять механокавитационную обработку, в основном в роторно-пульсационных машинах, которые сочетают в себе основы работы центробежного насоса, дезинтегратора, коллоидной мельницы и дисмембратора,. Авторами работы выявлена перспективность применения роторно-пульсационных машинпри приготовлении замеса, так как при их примененииможно использовать помолы с неодинаковым гранулометрическим составом частиц зернаи совмещать технологические функции диспергирования и гомогенизации.

Дезинтеграторы и дисмембраторы относятся к мельницам ударного действия. [22].

К достоинствам дезинтегратора следует отнести простоту конструкции, возможность измельчения материала с влажностью до 8-10 %, а некоторых материалов до 30 %.

Особенность дезинтеграторов — хорошее перемешивание измельчаемого материала, что положительно влияет на качество помола зернового сырья, придавая помолу однородность.

При применении дезинтегратора можно получить зерновой помол с очень мелкими частицами [44]. Кроме этого, применение дезинтегратора подвергает зерно механической активации [12]. Таким образом, применение УДА-обработки зернового сырья для производства этилового спирта является новым перспективным способом и представляет интерес выяснение его влияния на технологию получения этилового спирта.

1.3. Устройство и принцип действия дезинтеграторов

С целью извлечения крахмалсодержащей частей зернового сырья используют разные методы механической обработки. Механическая обработка является самым популярным методом обработки зерновых продуктов на вальцовых станках, при котором происходит деформация сдвига (среза) и сжатия. Совместно с данными аппаратами, но не так часто, применяют аппараты ударного типа действия (дезинтеграторы и дисмембраторы), штифтовые разрыхлители, кольцевые измельчители. Особый интерес представляют дезинтеграторы.

Известно, что на этих установках (биодиспергатор АУ-8) обрабатывался широкий спектр материалов, в том числе зерновые, крупы, вода [4, 5, 6, 7, 8,].

ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» совместно с АОЗТ «Племенной завод «Гражданский» проводили измельчение зерна на дезинтеграторе и экспериментально было выявлено, что такой способ измельчения зерна позволил повысить степень усвояемости злаков. Исследования, проведенные при вскармливании молодняка крупного рогатого скота и при кормлении поросят ЗАО

ПЗ Рапти, показали, что среднесуточный прирост массы поросят, которых кормили продуктами полученными после обработки зерна на дезинтеграторных установках, увеличил массу поросят на 19,5%, при их кормлении по стандартной схеме. Проведенные исследования при кормление телят по одной и той же схемы эксперимента показали среднесуточный привес группы животных. Масса телят, которых кормили переработанным зерном, увеличилась на 25%, по сравнению с массой телят, которых кормили по обычной схеме [11]. Полученные данные напрямую можно связать с глубокой деструкцией зерна, полученной благодаря его обработке на дезинтеграторах.

1.4. Химический состав ржи и особенности ее переработки

Высокая адаптивная способность озимой ржи обуславливает низкую требовательность к плодородию, структурному составу и кислотности почвы, высокую зимостойкость и засухоустойчивость, стабильность урожая зерна, что позволяет считать рожь культурой пониженного экономического риска.

Применение ржи в качестве сырья в производстве спирта осложнено трудностями ее переработки, связанной с химическим составом.

Высокие концентрации некрахмалистых полисахаридов в составе ржи обуславливают высокую вязкость получаемого из него сусла по сравнению с вязкостью сусла из пшеницы или кукурузы с тем же гидромодулем [14, 88].

Сусло с высокой вязкостью затрудняет не только перекачивание между аппаратами на производстве, а также является проблемой для гидролиза и сбраживания крахмала, так как значительно снижает активность воды в среде повышенной вязкости [88].

В таблице 1.1 показан средний химический состав ржи по данным Помозовой В.А. [56].

Таблица 1.1 - Средний химический состав ржи, %

Показатель, % Рожь

Крахмал 54,0

Моно- и ди-сахариды 1,0

Белок 10,0

Клетчатка 2,6

Зола 1,7

Жиры 2,2

Повышенное содержание антипитательных веществ - пентозанов и Р-глюканов, создавая высокую вязкость в зерновых замесах, препятствуя набуханию крахмала, тем самым снижая атакуемость его ферментами, и снижая выход экстрактивных и сбраживаемых веществ [26].

Для эффективного снижения вязкости замесов на стадии получения гидролизатов, а потом и осахаренного сусла может явиться применение сортов ржи с пониженным содержанием пентозанов до уровня содержания их в пшенице методами селекции.

Профессором Campbell в Канаде создана методология целенаправленной селекции озимой ржи на экстрагируемую вязкость [92]. Целенаправленная селекция с выявлением сортов с разным уровнем содержания пентозанов определяет направление к использованию продукции культуры веществ [26].

В ГНУ ВНИР им. Вавилова доктором биологических наук В.Д. Кобылянским разработан метод получения сортов ржи с низким содержанием водорастворимых пентозанов, сравнимым с их количеством в пшенице и в 5-7 раз ниже, чем в обычных сортах ржи.

Пентозаны в слизях водной вытяжки зерна озимой ржи составляют 20-38% по отношению к другим моносахаридам. Они не сбраживаются дрожжами[85, 90].

Пентозаны делятся на водорастворимые (1,5-4,5% в ржи) и не водорастворимые. Общее содержание пентозанов в зернах ржи 7-13%, в пшенице 5-7% из них водорастворимых 0,5-1,0% [86].

В результате исследований, проведённых В.Д. Кобылянским, было создано несколько селекционных образцов озимой ржи с низким содержанием

водорастворимых пентозанов в зерне (0,31% - 0,68%)[32]. Наиболее изученный из полученных сортов - Янтарная.

Новый сорт озимой ржи Янтарная характеризуется стабильной и высокой урожайностью. В неблагоприятных условиях 2017 года урожайность изучаемого сорта Янтарная была выше стандарта на 0,74 т/га [16]. По количеству растений к уборке и числу продуктивных стеблей новый сорт озимой ржи Янтарная регулярно превосходил стандарт.

Рядом проведенных экспериментов было установлено, что новые сорта обладают хорошими хлебопекарными и кормовыми свойствами [31]. В таблице 1.3 представлено сравнение характеристик стандартного сорта Паром и сортом Янтарный [33].

Таблица 1.2- Характеристика сорта Янтарная в сравнении со стандартным сортом Паром, урожая 2013 года. __

Показатель Ст. Паром Янтарная

Урожайность, т/га 6,03 6,34

Масса 1000 зерен 34,6 38,1

Натура зерна, г/л 777 786

Содержание ВАК в зерне, % 3,0 0,53

Содержание сырого протеина,% 11,3 11,5

Крахмалистость, % 42,1 47,3

1.5. Ферментативная система ржи и способы повышения ее активности

1.5.1 Ферменты зерновых культур

Для рационального использования зерновых культу и определения оптимальных режимов их переработки необходимо учитывать не только химический состав зерна, но и содержание и активность собственных ферментов [92, 93]. В составе злаковых культур содержатся оксидазы, трансферазы, гидролазы. К окислительным ферментам злаковых культур относятся:

монофенол-монооксигеназа, аскорбатоксилаза, пероксидаза, каталаза и липоксигеназа [25].

Темный цвет ржаных помолов объясняется активностью монофенол-моно-оксигеназой, которая окисляет аминокислоту тирозин до темноокрашенных соединений-меланинов. Аскорбатоксидаза окисляет аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую. Пероксидаза играет важную роль в дыхании растений, каталаза играет защитную роль, препятствуя накоплению перекиси водорода. Липоксигеназа катализирует процесс окисления кислородом воздуха некоторых ненасыщенных высокомолекулярных жирных кислот и играет решающую роль в процессе хранения зерновых помолов, вызывая их прогоркание.

Трансферазы катализируют процесс переноса атомных группировок от одного соединения к другому, например, под действием фосфототрансфераз остатки фосфорной кислоты переносятся от аденозинтрифосфата на глюкозу или фруктозу, при этом образуются фосфорные эфиры соответствующего сахара. Под действием соответствующей фототрансферазы происходит фосфорилирование пировиноградной кислоты - одно из важнейших продуктов дыхания зерна и спиртового брожения. Аминотрансфераза играет существенную роль в переаминировании аминокислот, которая заключается в межмолекулярном переносе аминогруппы с аминокислоты на кето-кислоту.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алимова, Диана Сергеевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамова, И.М. Особенности переработки пшеничного сырья, обеспечивающие производства спирта с высокими показателями качества / И.М. Абрамова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2012. - № 1 -С.4-5. - ISSN 2073-3550.

2. Агафонов Г. В. и др. Сравнительная характеристика возможных технологий по переработке послеспиртовой барды //Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2012. - №. 3.

3. Андреев, Н.Р. Структура, химический состав и технологические признаки основных видов крахмалсодержащего сырья/ Н.Р. Андреев, В.Г. Карпов//Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999. - № 7. - с. 30-33.

4. Андриенко, Т. В. Получение осахаренного сусла из ИК-обработанного зерна ржи / В.А. Полякова, Л.Н. Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. - №7. - С. 59-62. - ISSN 2072-9669.

5. Андросов А. Л., Елизаров И. А., Третьяков А. А. Промышленные технологии переработки послеспиртовой барды //Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2010. - Т. 16. - №. 4.

6. Баракова, Н.В. Исследование влияния ферментных препаратов на вязкость высококонцентрированных замесов из ячменя при производстве этилового спирта /Н.В. Баракова, В.Б. Тишин, А.В. Леонов// Производство спирта и ликёроводочных изделий. - 2010. - № 4. - С. 24-26. - ISSN 2073-3550.

7. Баракова, Н.В. // Исследование влияния степени диспергирования зерна на технологические параметры при производстве спирта из пшеницы./ Н.В.Баракова, А.С.Устинова // Материалы 3-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с Международным участием 28-30 апреля г.Бийск. Технологии и оборудование

химической, биотехнологической и пищевой промышленности. Часть 1.Бийск: БТУ С.220-224.

8. Баракова, Н.В. Исследование эффективности действия ферментных препаратов при получении высококонцентрированных гидролизатов изо ржи при производстве этилового спирта / Н.В.Баракова, О.Н.Солощенко // Сборник трудов молодых ученых СПбГУНиПТ 3-я научно-техническая конференция. СПб: СПбГУНиПТ, 2010. С.90-93.

9. Баракова, Н.В. Разработка технологии этилового спирта при пониженных температурных режимах водно-тепловой и ферментативной обработки высококонцентрированных замесов из ячменя. Автореферат. СПб: СПбГУНиПТ, 2010, -16с.

10. Биохимия: сб. лаборатор. работ / В.В.Шапкарин, А.П. Королёв, С.Б. Гридина [и др.]. - Кемерово, 2005. - 84 с.

11. Бирагова, И.Ф. Перспективные способы обработки зерна при производстве спирта / И.Ф. Бирагова// Производство спирта и ликероводочных изделий.- 2003.- № 1.- С. 17-18. - ISSN 2073-3550

12. Болдырев В.В. Механохимия и механохимическая активация твердых веществ // Успехи химии. 2006. № 75 (3). С. 203-212.

13. Братерский Ф.Д. Ферменты зерна. - М.: Колос, 1994. - 196 с.

14. Василенко, З. В. Влияние видовых особенностей зерновых культур на выход и качество пищевого этилового спирта / З. В. Василенко, Е. А. Цед, С. В. Волкова и др. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2010. - №1. -С. 26-29.

15. Гамаюрова, В.С., Зиновьева, М.Е. Ферменты: лабораторный практикум. - Федер.агенство по образованию, казан.гос.технол. ун-т-Казань: КГТУ, 2010.-272 с.

16. Галимов К.А. «Янтарная» - новый сорт озимой ржи фуражного направления/К.А.Галимов, Г.Н. Потапова, А.В. Безгодов, Т.В. Скаковская// Интерактивная наука - 2017. - № 11 (21) - С. 61 - 65.

17. Гончаренко А. А. Перспективы улучшения кормовой ценности зерна ржи методами селекции //Достижения науки и техники АПК. - 2010. - №. 11.

18. Гридина, С.Б. Ферментативная активность зерновых культур/ С.Б. Гридина, Е.П.Зникевич, Т.А. Владимирцева, К.А. Забусова//Вестник Крас ГАУ.2014 №8.- с.57-60.

19. Громов, С.И. Исследование режимов приготовления высококонцентрированного сусла / С.И. Громов, С.В. Пыхова, Л.Д. Голубева // Ликёроводочное производство и виноделие. - 2006. - № 3. - С. 9-11.

20. Емельянова И. З. Химико-технический контроль гидролизных производств //М.: Лесная промышленность. - 1976. - Т. 328.

21. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства. - М.: ДеЛипринт, 2007. - 480 с.

22. Интенсификация спиртового производства / В.А. Маринченко [и др.]. - К.: Техника, 1983. - 128 с.

23. Йенсер, Э. Снижение вязкости при сбраживании сусла высокой концентрации /Э. Йенсер [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2007. - №4. -С. 23-26. -ISSN 2073-3550.

24. Кабылкин Д.С., Коротков В.Г. Методика автоматизированного расчета технико-экономических показателей измельчения зернового сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2014. № 7. С. 51 -54.

25. Кайшев А.Ш. Послеспиртовая зерновая барда - перспективный источник биологически активных веществ / Кайшев А.Ш., Кайшева Н.Ш., Челомбитько В.А., Василенко Ю.К. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2011. - № 2.т - с. 30.

26. Казаков, Е.Д. Биохимия зерна и хлебопродуктов / Е.Д. Казаков, Г.П. Карпиленко. - СПб.: ГИОРД, 2005. - 512 с.

27. Калинина, О.А. Разработка высокоэффективной, малоотходной технологии этанола из зерна ржи на основе механокавитационной обработки. Стадия приготовления замеса / О.А. Калинина, В.П. Леденев, Л.Н. Крикунова// Хранение и переработка сельхозсырья.- 2002. - № 6. - С. 35-40. - ISSN 2072-9669.

28. Калинина, О.А. Разработка ресурсосберегающей технологии

получения этанола из зерна ржи.......: автореферат дис.....канд.тех.наук: 05.18.07/

Калинина Ольга Анатольевна.- М.,2002.-26с.

29. Карпов, В.Г. Разработка технологии новых видов крахмалопродуктов экструзионным способом: дис. ...д-ра техн. наук: 05.18.05 / Карпов Владимир Георгиевич. - М., 2000.- 348 с.

30. Качмазов, Г.С. Дрожжи бродильных производств Практическое руководство: Учебное пособие / Г.С. Качмазов. - СПб.: Лань, 2012. - 224 с.

31. Кобылянский В.Д. Селекция зернофуражной озимой ржи / В.Д. Кобылянский, О.В. Солодухина // Достижения науки и техники АПК. -2012. - № 6. - С.31 - 34.

32. Кобылянский В.Д. Теоретические основы селекции зернофуражной ржи с низким содержанием водорастворимых пентозанов/ В.Д. Кобылянский, О.В.Солодухина // Сельскохозяйственная биология. -2013 - № 2. - С. 31 - 39.

33. Кобылянский В.Д. Изучение инновационной зернофуражной низкопентозановой озимой ржи / В.Д. Кобылянский, О.В. Солодухина, Г.Н. Потапова, И.В. Ткаченко, К.А. Галимов// Пермский аграрный вестник. - 2014.- № 1(5) - С. 10-15.

34. Кошевая В.Н. Содержание и некоторые физико-химические свойства некрахмальных сахаридов ржи/ В.Н. Кошевая, Н.А. Емельянова, Л.С. Салманова, П.М. Мальцев// Прикладная биохимия и микробиология.-1978. -Т.4-№5. - С.742-745.

35. Козьмина Н.П. Биохимия зерна и продуктов его переработки М.: Колос, 1976. — 374 с.

36. Краус, С.В. Совершенствование технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья:дис. .д-ра техн. наук: 05.18.01 / Краус Сергей Викторович. - М., 2004. - 428 с.

37. Кретович В.Л. Биохимия растений М.: Высш. шк., 1986. — 503 с. Учеб. — 2-е изд., перераб. и доп.

38. Крикунова Л.Н., Рябова С.М. Низкотемпературные способы получения ржаного сусла// Производство спирта и ликероводочных изделий,-2011.- №4. - С. 14-16.

39. Крикунова Л.Н., Повышение эффективности производства этанола из ржи разделением фракции полисахаридов/ Л.Н. Крикунова, Е.М. Максимова// производство спирта и ликероводочных изделий. - 2001. - №4. - с. 20-22.

40. Крикунова, Л.Н. Технология этанола на основе получения и сбраживания концентрированного сусла из ИК-обработанного ячменя. Часть I. Подбор мультиэнзимной композиции / Л.Н. Крикунова, Л.И. Сумина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - № 2. -С. 51-54. - ISSN 2072-9669.

41. Крикунова, Л.Н. Технология этанола на основе получения и сбраживания концентрированного сусла из ИК-обработанного ячменя. Часть II. Оптимизация процесса получения спирта / Л.Н. Крикунова, Л.И. Сумина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - № 4 - С. 49-54. - ISSN 2072-9669.

42. Крикунова, Л.Н. Энергосберегающая технология переработки зерна ржи / Л.Н. Крикунова, Т.В. Андриенко// Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2007. - №3. -С. 14-15. - ISSN 2073-3550.

43. Кузнецова, К.А. Выбор способа подготовки сухих спиртовых дрожжей к сбраживанию ячменного сусла повышенной концентрации / К.А. Кузнецова, Н.В. Баракова, М.Ю. Зайцева, Д.С. Алимова, М.А. Начетова // Пиво и напитки. - 2017. - № 3. С. 18-22.

44. Материалы пятого Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Таллин, 1975 г.

45. Маринченко В.А. Интенсификация спиртового производства/ В.А. Маринченко/ Киев: Техника.-1983.-128 с.

46. Мартыненко, Н. Н. Влияние углеводного состава среды на реактивацию сухих винных и спиртовых дрожжей / Н. Н. Мартыненко, В. В. Верченов, Л. В. Римарева // Производство спирта и ликероводочных изделий. -2006. - №1. - С: 34-35.

47. Мудрак, Т.Е. Использование фильтрата барды в технологии спирта / Т.Е. Мудрак, Р.Г. Кириленко, Я.А. Боярчук, С.С. Ковальчук // Scientific works volume LX «Foodscience, engineering and technologies» - 2013. - С. 777-780.

48. Начетова, М. А. Разработка технологии этилового спирта из эктрудированной пшеницы: дис. ...кан. техн. наук: 05.18.07 / Начетова Мария Александровна. - М., 2014.- 106 с.

49. Наймушин А.А. Экспериментальное исследование процесса измельчения зерна на зубчато-роликовом измельчителе // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. №12 (110). С. 108-113.

50. Ненайденко, Н. Г. Агрохимические и агроэкологические оценки утилизации послеспиртовой барды / Н. Г. Ненайденко [и др.]. - Иваново: ПресСто, 2013. - 224 с.

51. Ненайденко, Н. Г. Инновационные направления утилизации послеспиртовой барды / Н. Г. Ненайденко, Л. И. Ильин. - М., 2012. - 244 с.

52. Николаева М.Г., Обручева Н.В. (ред.) Физиология и биохимия покоя и прорастания семян Пер. с англ. Н.А. Аскоченской, Н.А. Гумилевской, Е.П. Заверткиной и Э.Е. Хавкина. — М.: Колос, 1982. — 496 с.

53. Петров, К.П. Методы биохимии растительных продуктов / К.П. Петров. - Киев: Вища школа, 1978. - 224 с.

54. Полыгалина, Г.В. Технохимический контроль спиртового и ликероводочного производства / Г.В. Полыгалина. - М.: Колос, 1999. - 336 с.

55. Полуянова, М.Т. Интенсификация спиртового производства путём повышения концентрации сусла / М.Т. Полуянова, Б.А. Устинников // Ферментная и спиртовая промышленность. - 1975. - №1. - С.8-11. - ISSN 03673197.

56. Поляков, В.А. Научное обеспечение инновационного развития спиртовой отрасли на пути интегрирования в мировую экономику / В.А. Поляков, Л.В. Римарева //Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2013. - № 1 -С.4-8. - ISSN 2073-3550.

57. Помозова, В. А. Технология спиртового и ликеро-водочного производств: учебное пособие / Помозова В.А.; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2005. - 124 с.

58. Смирнова, И.В. Интенсификация технологии спирта с использованием ультразвука в процессе водно-тепловой обработки пшеницы: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.18.07 / Смирнова Ирина Витальевна. - М., 2007. — 26 с.

59. Соседов Н.И. Сообщения и рефераты ВНИИЗ, 1953, вып. 4,4.

60. Сотников В. А. Способ низкотемпературного разваривания крахмалистого сырья в производстве спирта / В.А. Сотников, А.Д. Федоров, В.С. Гамаюрова, Н.И. Котельникова, М.В. Котельников. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2002. - № 1. - С. 13 - 15.

61. Способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве спирта: пат. 2252257 Рос. Федерация МПК C12P7/06/ Смирнова И.В., Кречетникова А.Н., Гернет М.В./ заявитель и патентообладатель - ФГБОУ ВПО МГУПП. № 2004118816/13; заявл. 23.06.2004; опубл. 20.05.2005, Бюл. № 14.

62. Способ получения гидролизата из крахмалсодержащего сырья: пат. 2382082 Рос. Федерация: МПК C13K1/06 / Степанов В.И. [и др.]; заявитель и патентообладатель - ГНУ ВНИИПБТ Россельхозакадемии. № 2009101669/13; заявл. 21.01.2009; опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5. 7 с.

63. Способ получения спирта:пат. 2407798 Рос. Федерация: МПК С12Р 7/06 / Ревин В.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель - ООО «Наука - Сервис -С». № 2009115345/13; заявл. 22.04.2009; опубл. 27.12.2010,Бюл. № 36. 2 с.

64. Способ производства этилового спирта из зернового сырья. Крикунова Л.Н., Максимова Е.М., Мельников Е.М., Орешкина Л.Ю. Патент РФ №2162103, 2001.

65. Степанов, В.И. Комплексная переработка зернового сырья и фильтрата барды по одностадийной экструзионно-гидролитической технологии/ В.И. Степанов [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2011. -№ 1 - С. 4-6. - ISSN 2073-3550.

66. Римарева, Л.В. Повышение эффективности биотехнологических процессов спиртового производства / Л.В. Римарева // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2003. - № 4 - С.13-18. - ISSN 2073-3550.

67. Римарева, Л. В. Технологические аспекты получения высококачественного спирта // Л. В. Римарева, М. Б. Оверченко, Н. И. Игнатова, А. Т. Кадиева, Т. М. Шелехова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2002. - №3. - С. 16-19.

68. Рухлядева А. П., Полыгалина Г. В. Методы определения активности гидролитических ферментов. - Легкая и пищевая промышленность, 1981.

69. Тагер,А. А. Физико-химия полимеров // М.:Химия, 1968,-545с.

70. Тананейко, Т.М. Оптимизация режимов механико-ферментативной обработки ржаного сусла повышенных концентраций / Т.М. Тананайко, Л.Г. Сергеенко; В.Н. Аникеев // Инновационные технологии в пищевой промышленности: материалы VIII Международной научно-практической конференции (8-9 октября 2009 г.)/РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск: ИВЦ Минфина, 2009. - С. 19-21.

71. Тезисы докладов восьмого Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Таллин, 1981 г.

72. Теоретические и практические основы совершенствования технологии спирта: сборник научных трудов / под ред. В.А. Полякова, Л. В. Римаревой. - М.: ВНИИПБТ, 2008. - 264 с.

73. Технология экструзионных продуктов / А.Н. Остриков, Г.О. Магомедов, Н.М. Дерканосова, В.Н. Васиенко, О.В. Абрамов, К.В. Платов. СПб: «Проспект Науки», 2007. - 202 с.

74. Технологическая инструкция по использованию ферментных препаратов фирмы «ERBSLOH» при производстве спирта из крахмалсодержащего сырья ТИ 10-10370. - М.: ВНИИПБТ, 1999. - 14 с.

75. Токарь, А.И. Курс лекций по кормлению животных: Учебник / А. И. Токарь, Г. Н. Вяйзенен.- Новгород: НовГУ, 2007. - 161 с.

76. Трегубов Н. Н., Костенко В. Г. Технохимический контроль крахмалопаточного производства //М.: Агропромиздат. - 1991. - Т. 7.

77. Филиппович Ю. Б., Егорова Т. А., Севастьянова Г. А. Практикум по общей биохимии: Учебное пособие. - Просвещение, 1975.

78. Цед, Е.А. Исследование биохимических особенностей получения и сбраживания спиртового сусла с использованием ферментных препаратов / Е.А. Цед, С.В. Волкова, Л.М. Королева // Производство спирта и ликёроводочных изделий. - 2007. - №4. С. 27-29. - ISSN 2073-3550.

79. Шабурова, Л.Н. Микробиологические характеристики сырья спиртового производства / Л.Н. Шабурова, М.Э Сидякин, Л.Н. Крикунова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2010. - № 3 - С. 24-26. - ISSN 2073-3550.

80. Устинова А.С. Разработка технологии сбраживания высококонцентрированного сусла из ячменя: дис. ...кан. техн. наук: 05.18.07 / Устинова Алиса Сергеевна. - М., 2013.- 122 с.

81. Яровенко, В.Л. Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов. - М.: Колос-Пресс, 2002. - 465 с.

82. Bafmcova P. Improvement of very high gravity ethanol fermentation by media supplementation using Saccharomyces cerevisiae / Bafrncova P., Smogrovicova D., Slavikova I., Patkova J. // Biotechnology letters. - 1999. - № 21. - pp. 337-341.

83. Bayrock, D.P. Application of multistage continuous fermentation for production of fuel alcohol by very-high-gravity fermentation technology / D.P. Bayrock, W.M. Ingledew // Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. -2001. - № 27. - pp. 87-93.

84. Delcour J.A., Vanhamel S., De Geest C. Physico-chemical and functional properties of rye non-starch polysaccharides. I. Colorimetric analysis of pentosans and their relative monosaccharide compositions in fractionated (milled) rye products. // Cereal Chem. - 1989. - 66. - No2. - P.107-111.

85. Henry R. J. Pentosan and (1^ 3),(1^ 4)- в -glucan concentrations in endosperm and wholegrain of wheat, barley, oats and rye //Journal of Cereal Science. -1987. -Т. 6. -№. 3. -С . 253-258.

86. Mounfield J.D. 1936 u. 1938. The proteolytic enzymes of sprouted wheat

I.II.III. Biochem. J. 30, 549, 1778, 32, 1675.

87. Lee J., Ronalds J. 1972. Glycosidase and glucanase of wheat flour doughs. J.Sci. Fd. Adr. 23, 2, 199-205.

88. Lehmann S. Archele F. 1931. Keimungsphysiologie der Gräser (Graineen). Fine Lebensgeschichte des reifenden, ruhenden und keimendenGrassmens. Stuttgart; Enke Избранные труды по химии и биохимии Наука Памятники отечественной науки. ХХвек 2007 316 стр.

89. NilssonM. etal. Nutrient and lignan content, dough properties and baking performance of rye samples used in Scandinavia //Acta Agriculturae Scandinavica B— Plant Soil Sciences. - 1997. - Т. 47. - №. 1. - С. 26-34

90. Process for providing ethanol from plant material: US Patent № 2011/0020891A1 / Steiner M.., Dreier U., Beckers R., Steiner W. / SYNGENTA PARTICIPATIONS AG (2011).

91. Ragaee S. M. etal. Studies on rye (Secalecereale L.) lines exhibiting a range of extract viscosities. 1. Composition, molecular weight distribution of water extracts, and biochemical characteristics of purified water-extractable arabinoxylan //Journal of agricultural and food chemistry. - 2001. - Т. 49. - №. 5. - С. 2437-2445.

92. Thomas, K. C. Production of fuel alcohol from hull-less barley by very high gravity technology / K. C. Thomas, A. Ghas, B. G. Rossnagel, W. M. Ingledew // Cereal Chemistry. - 1995. - Vol. 72(4). - P. 360-364.

93. Wang S. Optimization of Fermentation Temperature and Mash Specific Gravity for Fuel Alcohol Production / Wang S., Ingledew W.M., Thomas K.C. // Cereal Chemistry. - 1999. - № 76. - pp. 82-86.