Могилев, Беларусь
Могилев, Беларусь
Могилев, Беларусь
В производстве этилового спирта Республики Беларусь наибольший удельный вес в валовой переработке зерновых культур и государственных заготовках занимает тритикале, при переработке которой основная трудность обусловлена образованием вязких технологических сред из-за наличия в химическом составе некрахмальных полисахаридов. Все мероприятия по решению данной проблемы сводятся к подбору эффективных ферментных препаратов, гидролизующих полимеры зерна в низкомолекулярные соединения, способные утилизироваться дрожжевыми клетками с образованием этилового спирта. Собственные ферменты зерна при этом не задействованы. Решение данной проблемы возможно путем биологической активации, использование которой позволит активировать ферментные системы зерна и частично гидролизовать полимеры зерна до низкомолекулярных соединений. В работе изучены общие и специальные технологические показатели шести сортов тритикале белорусской селекции: Антось, Кастусь, Дубрава, Рунь, Прометей, Импульс. Выявлено, что наиболее перспективными сортами для процесса биоактивации и производства пищевого этилового спирта являлись сорта Антось и Дубрава. Исследована возможность использования горячего замачивания зерна тритикале для его биологической активации. Показана целесообразность внесения при горячем замачивании зеленой массы амаранта в количестве 8 % для снижения микробиологической обсемененности зерна. Изучено изменение технологических свойств тритикале сортов Антось и Дубрава после биоактивации с зеленой массой амаранта. Отмечено улучшение микробиологических характеристик зерна, повышение активности зерновых ферментов, увеличение количества низкомолекулярных соединений. Исследованы процессы, протекающие при получении сусла и бражки из биоактивированного зерна тритикале. Установлено, что переработка биоактивированного зерна тритикале приводила к получению сусла с высокой концентрацией сухих веществ, что позволило увеличить содержание этанола в зрелой бражке из сорта тритикале Антось на 19,5 %, из сорта тритикале Дубрава – на 29,3 % и снизить суммарное количество основных примесей в дистиллятах.
Тритикале, амарант, биоактивация, сусло, зрелая бражка, этанол
Введение
В настоящее время сдерживающим фактором снижения материалоемкости и увеличения рентабельности производства в спиртовой отрасли является низкая эффективность использования зернового сырья. При производстве спирта
среди всех зерновых культур наибольший удельный вес в валовой переработке и государственных заготовках Республики Беларусь занимает тритикале. Помимо высокого содержания ценных биополимеров (крахмала, белка) и комплекса гидролитических ферментов зерно тритикале характеризуется высоким содержанием некрахмальных полисахаридов, из-за наличия которых могут формироваться такие вязкие технологические среды, как замес
и сусло, тяжело подвергаемые ферментативному гидролизу, а продукты гидролиза не усваиваются либо усваиваются дрожжевыми клетками частично [1–3].
Показано, что повысить продуктивность перера-ботки всех составных частей зерна тритикале возможно путем применения биологической активации – влагонасыщения зерен, сопровожда-ющегося под действием воды, тепла и воздуха эмбриональным пробуждением, в ходе которого в зерне происходит синтез и активация ферментов, частичный гидролиз высокомолекулярных веществ до низкомолекулярных продуктов расщепления
[4, 5]. Использование биоактивации применительно к сырью спиртового производства будет способство-вать его глубокой технологической переработке и конверсии веществ зерна в этанол, сокращению расхода ферментных препаратов за счет действия собственных ферментов зерна. Поэтому исследова-ние возможности использования биоактивации применительно к зерновому сырью спиртового производства является актуальным.
Целью работы стало обоснование применения биоактивированного зерна тритикале в спиртовом производстве для повышения выхода и качества пищевого этилового спирта.
Объекты и методы исследований
В качестве объектов исследований были выбраны шесть сортов тритикале, селекциони-рованных в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» (г. Жодино) и внесенных в Государственный реестр Республики Беларусь: Антось, Кастусь, Дубрава, Рунь, Прометей, Импульс. В качестве антисептирующего средства использовали искусственно высушенную зеленую массу амаранта (Amaranthus).
При выполнении работы применялись общепринятые и специальные органолептические, физические, физико-химические, микробиологиче-ские, хроматографические методы оценки и анализа свойств зерна тритикале, биоактивированного зерна тритикале, зерновых замесов, осахаренного сусла, зрелой бражки и ее дистиллятов [6]. Исследования проводились в лаборатории кафедры технологии пищевых производств МГУП.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе работы проводили комплексную оценку зерна тритикале по общим
и специальным показателям качества с целью выявления наиболее перспективных сортов. Общие показатели зерна тритикале регламентированы
СТБ 1522, специальные показатели качества характеризуют технологические свойства зерна для получения пищевого этилового спирта [7].
Из табл. 1 видно, что по органолептическим показателям все сорта тритикале соответствовали требованиям СТБ 1522. Зерно имело здоровое негреющееся состояние, свойственные нормальному зерну запах и цвет. По содержанию влаги все сорта относились к категории «сухое», содержание сорной и зерновой примеси находилось в пределах установленных значений. Зараженности вредителями не выявлено. Наибольшее значение натуры (объемной массы), влияющей на содержание эндосперма зерна, отметили в зерне сортов Импульс и Прометей, наименьшее – в зерне сорта Кастусь.
Таблица 1 – Общие показатели качества зерна тритикале различных сортов
Table 1 – General quality parameters of different triticale grain cultivars
|
Наименование показателей |
Сорта тритикале |
|||||||
|
Антось |
Кастусь |
Дубрава |
Рунь |
Импульс |
Прометей |
|||
|
Состояние |
здоровое, негреющееся |
|||||||
|
Цвет |
свойственный нормальному зерну тритикале |
|||||||
|
Запах |
||||||||
|
Влажность, % |
10,0 ± 0,2 |
10,6 ± 0,2 |
11,0 ± 0,2 |
9,2 ± 0,2 |
10,8 ± 0,2 |
9,7 ± 0,2 |
||
|
Натура, г/дм3 |
705,5 ± 5,0 |
665,2 ± 5,0 |
717,0 ± 5,0 |
688,3 ± 5,0 |
757,6 ± 5,0 |
724,0 ± 5,0 |
||
|
Сорная примесь, % |
0,3 ± 0,002 |
0,3 ± 0,002 |
0,2 ± 0,002 |
0,2 ± 0,002 |
0,3 ± 0,002 |
0,3 ± 0,002 |
||
|
Зерновая примесь, % |
0,8 ± 0,004 |
0,7 ± 0,004 |
0,8 ± 0,004 |
0,6 ± 0,004 |
0,9 ± 0,004 |
0,8 ± 0,004 |
||
|
Зараженность вредителями |
не обнаружено |
|||||||
Дальнейшие исследования были направлены на изучение специальных показателей качества, представляющих собой комплекс физико-химических, физиологических свойств, химического состава, ферментативных способностей и микробиологических показателей зерна. Результаты исследований представлены в табл. 2.
Данные, представленные в табл. 2, свидетель-ствуют о высокой крупности сортов тритикале Антось и Импульс, что указывает на большой запас питательных веществ в зерне данных сортов. Наименьшую величину абсолютной массы сформировали сорта тритикале Рунь и Кастусь.
Оценка сортов тритикале по наиболее важному показателю – содержанию крахмала, от величины которого зависит количество сбраживаемых веществ и выход этилового спирта, выявила его высокий потенциал у большинства сортов. Максимальное количество крахмала отмечали в сортах Антось, Импульс и Дубрава. Указанные сорта также отличались наибольшим содержанием редуцирующих сахаров, что имеет важность в процессах сбраживания спиртового сусла. За счет данных веществ спиртовые дрожжи получают необходимую энергию для обеспечения жизненных процессов [8]. Несбалансированность состава сусла за счет избыточного содержания глюкозы или других легко усваиваемых источников углеводов тормозит рост дрожжевых клеток и приводит к образованию летучих примесей спирта [9]. Минимальным содержанием крахмала и редуцирующих сахаров характеризовались сорта Кастусь и Рунь.
Исследования показали, что зерно всех сортов имело высокое содержание белка, с преобладанием в сортах Кастусь, Рунь и Дубрава. Содержание белка в зерне играет важную технологическую роль при сбраживании спиртового сусла, т. к. продукты гидролиза белка являются потенциальными источниками питания для спиртовых дрожжей [9].
По содержанию аминного азота, главный компонент которого – аминокислоты, которые поступают в сусло и бражку при последующих технологических процессах, превосходили сорта тритикале Рунь, Дубрава и Кастусь. Известно, что наиболее благоприятным путем потребления азота дрожжами является прямая ассимиляция аминокислот из сбраживаемой среды, при этом обеспечивается низкий уровень образования высших спиртов, что немаловажно в ходе получения этилового спирта с высокими органолептическими характеристиками. Также недостаток азотистого питания снижает бродильную активность дрожжей, а полный аминокислотный состав, напротив, ускоряет рост дрожжей и увеличивает выход спирта благодаря экономии сахара на питание клеток. Кроме того, с помощью свободных аминокислот дрожжевая клетка регулирует также синтез ферментов [9, 10].
Обращает внимание высокое содержание жира во всех исследуемых сортах тритикале, показатель которого влияет на кормовое достоинство отхода спиртового производства – барды. Содержание минеральных веществ во всех сортах тритикале варьировалось незначительно. Титруемая кислотность зерна всех сортов, от величины значения которой зависит качество зерна, его сохранность, а также качество полупродуктов спиртового производства – сусла и бражки, лежала в пределах нормативных значений [11].
При переработке тритикале могут возникать проблемы, обусловленные высокой вязкостью замесов из-за наличия в составе зерна некрахмальных полисахаридов. Высокое содер-жание некрахмальных полисахаридов затрудняет перемешивание замесов, перекачивание их по производственным коммуникациям, влияет на эффективность ферментативной обработки и последующего сбраживания сусла [12]. Выявлено, что содержание некрахмальных полисахаридов в сортах тритикале варьировалось незначительно с преобладанием в сорте Прометей. Минимальным значением данного показателя характеризовалось зерно сортов Импульс, Антось и Дубрава.
Таблица 2 – Специальные показатели качества зерна тритикале различных сортов
Table 2 – Specific quality parameters of different triticale grain cultivars
|
Наименование показателя |
Сорта тритикале |
|||||
|
Антось |
Кастусь |
Дубрава |
Рунь |
Импульс |
Прометей |
|
|
Абсолютная масса, г |
43,9 ± 1,6 |
34,4 ± 1,6 |
39,3 ± 1,6 |
35,0 ± 1,6 |
42,6 ± 1,6 |
37,3 ± 1,6 |
|
Содержание крахмала, % |
62,8 ± 0,4 |
52,5 ± 0,4 |
60,0 ± 0,4 |
56,6 ± 0,4 |
62,6 ± 0,4 |
58,3 ± 0,4 |
|
Редуцирующие сахара, г/100 см3 |
0,59 ± 0,02 |
0,39 ± 0,02 |
0,52 ± 0,02 |
0,43 ± 0,02 |
0,57 ± 0,02 |
0,47 ± 0,02 |
|
Содержание белка, % |
11,92 ± 0,08 |
12,72 ± 0,09 |
12,38 ± 0,09 |
12,53 ± 0,09 |
11,65 ± 0,08 |
11,85 ± 0,08 |
|
Аминный азот, мг/100 см3 |
11,08 ± 0,06 |
11,35 ± 0,06 |
11,49 ± 0,06 |
11,56 ± 0,06 |
10,27 ± 0,05 |
10,63 ± 0,05 |
|
Содержание жира, % |
2,91 ± 0,20 |
2,83 ± 0,20 |
2,43 ± 0,20 |
2,53 ± 0,20 |
2,61 ± 0,20 |
3,15 ± 0,20 |
|
Зольность, % |
1,95 ± 0,05 |
1,78 ± 0,05 |
1,83 ± 0,05 |
2,01 ± 0,05 |
1,94 ± 0,05 |
1,85 ± 0,05 |
|
Титруемая кислотность, град. |
2,20 ± 0,2 |
2,00 ± 0,2 |
1,80 ± 0,2 |
2,20 ± 0,2 |
2,20 ± 0,2 |
2,00 ± 0,2 |
|
Энергия прорастания, % |
94,0 ± 5,0 |
93,0 ± 5,0 |
93,0 ± 5,0 |
92,0 ± 5,0 |
91,0 ± 5,0 |
91,0 ± 5,0 |
|
Способность прорастания, % |
98,0 ± 5,0 |
96,0 ± 5,0 |
97,0 ± 5,0 |
95,0 ± 5,0 |
95,0 ± 5,0 |
96,0 ± 5,0 |
|
Суммарное содержание гемицеллюлозы и пентозанов, % |
13,4 ± 1,3 |
14,1 ± 1,4 |
13,7 ± 1,4 |
14,4 ± 1,4 |
13,4 ± 1,3 |
14,5 ± 1,5 |
|
Содержание пентозанов, % |
5,6 ± 0,1 |
6,9 ± 0,1 |
6,3 ± 0,1 |
5,2 ± 0,1 |
5,4 ± 0,1 |
5,8 ± 0,1 |
|
АС, ед./г |
0,90 ± 0,02 |
1,20 ± 0,03 |
1,20 ± 0,03 |
1,20 ± 0,03 |
0,80 ± 0,02 |
1,10 ± 0,03 |
|
ЦС, ед./г |
0,80 ± 0,02 |
0,70 ± 0,02 |
0,90 ± 0,02 |
0,70 ± 0,02 |
0,70 ± 0,02 |
0,70 ± 0,02 |
|
ПС, ед./г |
0,07 ± 0,02 |
0,06 ± 0,02 |
0,08 ± 0,02 |
0,06 ± 0,02 |
0,06 ± 0,02 |
0,05 ± 0,02 |
С точки зрения механизма биологической активации зерна большой интерес представляли такие показатели, как способность и энергия прорастания. Анализируя данные таблицы, следует отметить, что в представленных сортах тритикале способность и энергия прорастания находились на высоком уровне. Максимальная энергия и способность прорастания была у зерна сортов Антось и Дубрава.
Так как основной целью биологической активации являлась активация и синтез собствен-ных ферментативных систем зерна, были определены ферментативные способности тритикале различных сортов: амилолитическая, цитолитическая, протеолитическая. Как показали экспериментальные данные, самую высокую амилолитическую способность имели сорта Кастусь, Дубрава и Рунь, по цитолитической и протеолитической способности сорта Антось и Дубрава превосходили прочие сорта.
Известно, что высокая поверхностная обсемененность зернового сырья может оказывать негативное влияние на процесс производства этилового спирта: микроорганизмы-контаминанты утилизируют питательные вещества сусла
и образуют метаболиты, токсичные для дрожжей,
в результате чего происходит снижение выхода спирта и ухудшение его качества [13]. Поэтому на следующем этапе работы провели оценку степени микробиологической обсемененности тритикале различных сортов по физиологическим группам микроорганизмов. Показано (рис. 1), что зерно всех сортов имело высокую степень микробиоло-гического загрязнения. Причем в большей степени было контаминировано зерно сорта Кастусь, наиболее биологически чистое зерно было у сортов Дубрава и Рунь.
Обобщая результаты оценки общих и специальных технологических показателей шести сортов тритикале белорусской селекции, можно констатировать, что наиболее перспективными сортами, имеющими максимальный потенциал для процесса биоактивации и производства пищевого этилового спирта, являются сорта Антось и Дубрава.
Далее зерно наиболее перспективных сортов Антось и Дубрава подвергали биоактивации. Для биоактивации нами был выбран наиболее простой метод – замачивание зерна до начальной стадии проращивания, характеризующейся минимальным образованием новых вегетативных органов («проклевывание» зерна). Известно, что режимы замачивания могут варьироваться в широких пределах. Температура замачивания может колебаться от 8 до 45 °С, продолжительность процесса при этом составляет от 3 до 48 ч, влажность зерна достигает 30–50 % [14]. При замачивании зерно из состояния покоя переходит в состояние биологической активности – начальную фазу прорастания, когда начинается активизация биохимических процессов (синтез новых белков, витаминов, гормонов, перестройка ферментов) [15]. С целью ускорения процесса активации был использован горячий режим замачивания, характеризующийся повышенной температурой замочной воды.
Известно, что высокая температура замочной воды активизирует ферменты, но до определенного предела. Обычно при температуре 45–55 °С активность ферментов максимальная [16]. Профес-сором Ф. Д. Братерским с сотрудниками показано, что при тепловой обработке зерна с повышением температуры до 55–65 °С увеличивается активность функциональных групп белков вследствие разворачивания пептидных связей и обнажения новых функциональных групп, эти условия называются границами термоактивации. Однако
в случае тепловой обработки зерна необходимо учитывать его влажность. Так, для зерна с высокой влажностью оптимальным режимом нагревания является температура до 40–45 °С [17].
Зерно тритикале сортов Антось и Дубрава подвергали горячему замачиванию при температуре замочной воды (40 ± 2) °С при гидромодуле 1:1 до достижения зерном влажности 42–44 %. Продолжительность замачивания составляла в среднем 4 ч, за указанный период времени влажность зерна сорта Антось достигала (42,4 ± 0,2) %, сорта Дубрава – (44,8 ± 0,2) %.
Рисунок 1 – Микробиологическая обсемененность зерна тритикале различных сортов
Figure 1 – Microbial contamination of different triticale grain cultivars
Учитывая высокую начальную обсемененность зерна и благоприятные условия для развития
и роста микрофлоры, проводили оценку микробиологического состояния зерна тритикале после замачивания. Определено, что при заданном режиме замачивания количество МАФАнМ
в зерне тритикале возрастает в среднем в 8,7 раза (до 3,0 · 104 КОЕ/г) по сравнению с исходным зерном, количество дрожжей и плесневых грибов увеличивается в 7,9 раза (до 348,0 КОЕ/г) соответственно. Полученные результаты указали на необходимость повышения микробиологи-ческой чистоты зерна путем подбора антисептиков.
Основываясь на литературных данных и ранее проводимых нами исследованиях, для антисепти-рования выбрали искусственно высушенную зеленую массу амаранта, так как известно, что алкалоиды амаранта обладают антибактериаль-ными и фунгицидными свойствами [18–19].
Искусственно высушенную зеленую массу амаранта вносили при биоактивации тритикале
в замочную воду в диапазоне концентраций
от 2 до 10 % и подвергали выдержке до достижения зерном требуемой влажности. Результаты микробиологической оценки состояния зерна после замачивания с зеленой массой амаранта, представленные на рис. 2, показывают выраженное антимикробное действие амаранта по отношению к поверхностной микрофлоре зерна тритикале.
Установлено, что оптимальной концентрацией амаранта при биоактивации является 8 %, увеличение концентрации до 10 % нецелесообразно из-за отсутствия видимого усиления антисеп-тического эффекта. Внесение оптимальных концентраций амаранта позволило снизить количество МАФАнМ в тритикале в среднем по сортам на 69,7 %, дрожжей и плесневых грибов – на 92,5 % по сравнению с контролем.
|
|
|
|
|
Рисунок 2 – Влияние зеленой массы амаранта на микробиологическую обсемененность биоактивированного зерна тритикале сорта Дубрава Figure 2 – Influence of amaranth green mass on microbial contamination of bioactivated triticale grain (Dubrava cultivar)
|
|
Рисунок 3 – Влияние внесения зеленой массы амаранта Figure 3 – Influence of amaranth green mass introduction during bioactivation on amylolytic activity of triticale grain
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4 – Влияние внесения зеленой массы амаранта активность зерна тритикале Figure 4 – Influence of amaranth green mass introduction during bioactivation on proteolytic activity of triticale grain |
|
Рисунок 5 – Влияние внесения зеленой массы амаранта активность зерна тритикале Figure 5 – Influence of amaranth green mass introduction during bioactivation on cytolytic activity of triticale grain |
Так как высокая микробная обсемененность зерна может угнетать процессы синтеза и активации ферментов, авторы считали необходимым проанализировать изменение ферментативных способностей тритикале после замачивания
с выбранной оптимальной концентрацией амаранта.
С этой целью после замачивания отбирали навески зерна и определяли в них активности амилолитических, протеолитических и цитолитических ферментов.
Согласно полученным данным (рис. 3–5), горячее замачивание зерна с амарантом сопровождалось повышением активности гидролитических ферментов: амилолитическая активность тритикале увеличивалась в среднем в 1,7 раза по сравнению с замачиванием зерна без амаранта; активность цитолитических ферментов повышалась в зерне тритикале в 1,8 раза; активность протеаз возрастала в 2,3 раза. Максимальные значения амилолитической и протеолитической активности наблюдали в замоченном зерне тритикале сорта Дубрава.
Наблюдаемое повышение активности всех групп ферментов в зерне объясняется активизацией метаболических процессов экстрактивными биологически активными веществами амаранта, выступающими в качестве природных стимуляторов роста.
Далее исследовали химические изменения в зерне тритикале, подвергнутом горячему замачиванию с амарантом, для этого отбирали навески замоченного зерна, измельчали на лабораторной мельнице и определяли специальные показатели качества, влажность зерна тритикале сорта Антось при этом составляла (42,2 ± 0,2) %, сорта Дубрава – (44,0 ± 0,2) %.
Изучение химического состава зерна тритикале, показало (табл. 3), что в зерне происходили сложные биохимические изменения, которые сопровождались частичным гидролизом биополимеров с образованием и накоплением низкомолекулярных, водорастворимых веществ: редуцирующих сахаров, аминного азота и пентозанов. Характер и глубина протекания данных процессов, вероятнее всего, связаны с активностью комплекса зерновых ферментов: прослеживалась корреляция между высокими ферментативными способностями замоченного зерна сорта Дубрава, максимальным снижением содержания в нем крахмала, белка, некрахмальных полисахаридов и увеличением продуктов их гидролиза.
Комплексный анализ микробиологических показателей, ферментативных способностей, химического состава показал, что горячее замачивание зерна тритикале сортов Антось и Дубрава с зеленой массой амаранта приводит к биологической активации зерна. Благодаря использованию биоактивации возможно целенаправленное изменение технологических свойств зерна: улучшаются его микробиологи-ческие характеристики, повышается активность зерновых ферментов, обеспечивается частичный гидролиз крахмала, белка, некрахмальных полисахаридов.
Представляло интерес изучить эффективность применения биоактивированного зерна тритикале перспективных сортов в дальнейших технологи-ческих процессах получения пищевого этилового спирта.
С этой целью готовили опытные образцы замесов из дробленого биоактивированного зерна Антось и Дубрава и контрольные замесы с использованием исходного зерна. Дробленое зерно смешивали с водой при гидромодуле 1:3,5, учитывая влажность зерна опытных образцов. Полученные замесы подвергали водно-тепловой и ферментативной обработке по классической механико-ферментативной схеме с исполь-зованием разжижающего ферментного препарата Ликвафло и целлюлолитического ферментного препарата Вискоферм в стандартных дозировках. Затем замесы охлаждали до температуры 56 °С, вносили в них ферментный препарат глюкоамилазы Сакзайм Плюс 2Х и осуществляли процесс осахаривания, полноту осахаривания определяли по йодной пробе. В полученных образцах спиртового сусла определяли наиболее значимые показатели качества.
Таблица 3 – Химический состав биоактивированного зерна тритикале
Table 3 – Chemical composition of bioactivated triticale grain
|
Наименование показателей |
Сорта тритикале |
||
|
Антось |
Дубрава |
Среднее отклонение |
|
|
Содержание крахмала, % |
61,7 ± 0,4 |
59,1 ± 0,3 |
−1,6 |
|
Редуцирующие сахара, г/100 см3 |
1,04 ± 0,02 |
1,15 ± 0,02 |
+97,29 |
|
Содержание белка, % |
11,24 ± 0,09 |
11,69 ± 0,08 |
−5,64 |
|
Аминный азот, мг/100 см3 |
11,96 ± 0,06 |
12,38 ± 0,06 |
+7,84 |
|
Зольность, % |
1,92 ± 0,05 |
1,69 ± 0,05 |
−1,75 |
|
Титруемая кислотность, °Т |
2,4 ± 0,2 |
2,1 ± 0,2 |
+9,68 |
|
Суммарное содержание |
11,9 ± 1,2 |
12,0 ± 1,3 |
−11,8 |
|
Содержание пентозанов, % |
6,0 ± 0,1 |
6,7 ± 0,1 |
+6,7 |
Таблица 4 – Физико-химические показатели качества спиртового сусла
Table 4 – Physicochemical quality parameters of alcohol mash
|
Наименование показателей |
Образцы сусла |
Образцы сусла |
||
|
контроль |
опыт |
контроль |
опыт |
|
|
Содержание сухих веществ, % |
18,6 ± 0,2 |
21,4 ± 0,2 |
18,4 ± 0,2 |
22,0 ± 0,2 |
|
Содержание редуцирующих веществ, г/100 см3 |
6,42 ± 0,02 |
9,26 ± 0,02 |
6,59 ± 0,02 |
10,64 ± 0,04 |
|
Содержание растворимых углеводов, г/100 см3 |
14,65 ± 0,03 |
17,14 ± 0,06 |
14,86 ± 0,03 |
17,68 ± 0,06 |
|
Содержание аминного азота, мг/100 см3 |
16,22 ± 0,80 |
20,53 ± 1,00 |
17,43 ± 0,90 |
21,69 ± 1,10 |
|
Титруемая кислотность, °Т |
0,19 ± 0,02 |
0,18 ± 0,02 |
0,19 ± 0,02 |
0,18 ± 0,02 |
|
Вязкость, Па·с |
4,03 ± 0,08 |
2,47 ± 0,05 |
3,74 ± 0,07 |
2,93 ± 0,06 |
Анализ опытных данных показал (табл. 4), что образцы сусла из биоактивированного тритикале характеризовались более высокими показателями качества по сравнению с контрольными образцами. Использование биоактивированного тритикале позволило увеличить в среднем на 17,3 % содержание сухих веществ, на 52,9 % – содержание редуцирующих веществ, на 18,0 % – содержание растворимых углеводов, на 25,5 % – аминного азота. Наиболее высокие показатели сусла отмечали в образце из биоактивированного тритикале сорта Дубрава, что, вероятно, вызвано совместным действием внесенных ферментных препаратов и ферментов зерна, активность которых в зерне данного сорта после биоактивации была максимальной.
Следует отметить, что снижение доли некрахмальных полисахаридов в биоактивирован-ном зерне, дальнейшее совместное действие зерновых ферментов и ферментных препаратов
на стадии приготовления сусла обеспечивало хорошие реологические характеристики опытных образцов, вязкость которых снижалась в среднем в 1,3–1,6 раза по сравнению с контрольными образцами.
На следующем этапе работы изучали процессы, протекающие при сбраживании опытных и контрольных образцов сусла. Для этого осахаренные образцы сусла охлаждали до начальной температуры брожения, задавали разводку дрожжей Saccharomyces cerevisiae расы XII в количестве 10 % от объема сусла. Брожение осуществляли в течение 72 ч при температуре (30 ± 2) °С. По истечении брожения отбирали лабораторные пробы, в которых определяли показатели, характеризующие ход процесса сбраживания.
Как видно из данных, представленных в табл. 5, процесс спиртообразования зависел как от вида переработанного зерна, так и от его сорта.
При сравнении значений показателей зрелых бражек необходимо отметить высокую эффективность применения биоактивации зерна для производства пищевого этилового спирта: в опытных образцах отмечали наибольшее накопление спирта и дрожжевой биомассы, меньшее количество мертвых клеток, максимальное снижение содержания сухих, редуцирующих веществ и несброженных углеводов. Переработка биоактивированного тритикале позволила увеличить содержание этанола в зрелой бражке из сорта Антось на 19,5 %, из сорта тритикале Дубрава – на 29,3 %. При этом лучшими показателями характеризовался опытный образец из биоактивированного тритикале Дубрава. Вероятно, это связано с более высоким начальным содержанием в сусле низкомолекулярных продуктов гидролиза биополимеров зерна, создающих наиболее благоприятные условия для проявления бродильной активности, а также стимулирующих дрожжевые клетки.
Таблица 5 – Физико-химические показатели качества зрелых бражек
Table 5 – Physicochemical quality parameters of ready worts
|
Наименование показателей |
Образцы зрелых бражек из тритикале Антось |
Образцы зрелых бражек |
||
|
контроль |
опыт |
контроль |
опыт |
|
|
Этиловый спирт, % об. |
8,2 ± 0,2 |
9,8 ± 0,2 |
8,0 ± 0,2 |
10,6 ± 0,2 |
|
Видимые сухие вещества, % |
1,8 ± 0,1 |
1,0 ± 0,1 |
2,2 ± 0,1 |
0,8 ± 0,1 |
|
Действительные сухие вещества, % |
3,2 ± 0,1 |
2,6 ± 0,1 |
3,4 ± 0,1 |
2,4 ± 0,1 |
|
Содержание редуцирующих веществ, г/100 см3 |
0,11 ± 0,01 |
0,09 ± 0,01 |
0,13 ± 0,01 |
0,10 ± 0,01 |
|
Содержание растворимых несброженных углеводов, г/100 см3 |
0,53 ± 0,01 |
0,50 ± 0,01 |
0,52 ± 0,01 |
0,48 ± 0,01 |
|
Содержание аминного азота, мг/100 см3 |
9,24 ± 0,50 |
11,43 ± 0,60 |
7,70 ± 0,40 |
10,27 ± 0,50 |
|
Титруемая кислотность, ° Т |
0,66 ± 0,02 |
0,53 ± 0,02 |
0,64 ± 0,02 |
0,56 ± 0,02 |
|
Общее количество дрожжей, млн/см3 |
96,5 ± 4,0 |
108,5 ± 5,0 |
94,0 ± 4,0 |
112,0 ± 5,0 |
|
Содержание мертвых клеток, % |
16,5 ± 0,3 |
14,3 ± 0,3 |
17,7 ± 0,3 |
15,2 ± 0,3 |
Установлено, что титруемая кислотность опытных образцов бражек находилась в пределах нормативных значений. Титруемая кислотность контрольных образцов, напротив, несколько их превышала. Это свидетельствует о том, что использование зеленой массы амаранта в качестве антисептика при биоактивации позволяет добиться высоких микробиологических характеристик зерна и обусловливает высокие технологические показатели бражки. Вместе с тем результаты анализа контрольных образцов показали тесную взаимосвязь между высокой начальной обсемененностью зерна тритикале и ухудшением показателей зрелых бражек. Очевидно, присутствие большого количества микроорганизмов вызывает переход продуктов их метаболизма в спиртовое сусло, тем самым подавляется жизнедеятельность дрожжевых клеток при брожении, что сказывается на снижении концентраций спирта, пониженном общем количестве дрожжевых клеток и высоком содержании мертвых клеток в контрольных образцах бражек.
На завершающем этапе работы был проведен хроматографический анализ бражных дистиллятов, который показал, что суммарное содержание примесей, образуемых в процессе биосинтеза этанола из биоактивированного сырья, ниже по сравнению с использованием исходного зерна. Суммарное содержание примесей по отношению к этанолу в образцах бражек из биоактивированного тритикале составляло в среднем по сортам 3,51 %, а в образцах бражек из исходного зерна – 3,89 %.
Таким образом, проведена комплексная оценка показателей качества шести сортов тритикале белорусской селекции, выявлены наиболее перспективные для процесса биоактивации и получения пищевого этилового спирта сорта – Антось и Дубрава. Показана эффективность использования искусственно высушенной зеленой массы амаранта в качестве антисептирующего средства при горячем замачивании зерна тритикале. Установлено, что горячее замачивание с амарантом приводит к биологической активации тритикале, при этом повышается амилолитическая, цитолити-ческая, протеолитическая способности, происходит частичный гидролиз биополимеров зерна. Исследованы показатели качества сусла и бражки из биоактивированного тритикале. Выявлена целесообразность переработки биоактивированного тритикале в спиртовом производстве, способству-ющая повышению степени чистоты сброженного субстрата, улучшению микробиологических характеристик дрожжей при брожении, увеличению выхода спирта из зрелой бражки, полученной из сорта Антось на 19,5 %; из сорта Дубрава – на 29,3 %, а также снижению количества сопутствующих примесей в среднем на 0,38 %.
1. Effect of growing conditions on starch and protein content in triticale grain and amylose content in starch / I. Burešová [et al.] // Plant, Soil and Environment. - 2010. - Vol. 56, № 3. - P. 99-104.
2. Balcerek, M. Effect of simultaneous saccharification and fermentation conditions of native triticale starch on the dynamics and efficiency of process and composition of the distillates obtained: simultaneous saccharification and fermentation of native triticale starch / M. Balcerek, K. Pielech-Przybylska // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. - 2013. - Vol. 88. - P. 615-622.
3. Wang, S. Grain pearling and very high gravity (VHG) fermentation technologies for fuel alcohol production from rye and triticale / S. Wang [et al.] // Process Biochemistry. - 1999. - Vol. 34, № 5. - P. 421-428.
4. Афонасенко, К. В. Ржаные хлопья из биоактивированного зерна / К. В. Афонасенко, Г. Н. Панкратов, Т. Г. Богатырева // Хлебопродукты. - 2014. - № 11 - С. 64-65.
5. Бастриков, Д. Н. Изменение биохимических свойств зерна при замачивании / Д. Н. Бастриков, Г. Н. Панкратов // Хлебопродукты. - 2006. - № 1 - С. 40-41.
6. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства / В. А. Поляков [и др.]. - М. : ДеЛи принт, 2007. - 480 с.
7. СТБ 1522-2005. Тритикале продовольственная. Требования при заготовках и поставках. - Минск : Госстандарт, 2011. - 12 с.
8. Технология и оборудование для производства спирта и ликероводочных изделий: в 2 ч. Ч. 1. Производство спирта / В. А. Шаршунов [и др.]. - Минск : Мисанта, 2013. - 783 с.
9. Лихтенберг, Л. А. Производство спирта из зерна / Л. А. Лихтенберг. - М. : Пищевая промышленность, 2006. - 324 с.
10. Булгаков, Н. И. Биохимия солода и пива / Н. И. Булгаков. - М. : Пищевая промышленность, 1976. - 358 с.
11. Козьмина, Н. П. Теоретические основы прогрессивных технологий (Биотехнология). Зерноведение (с основами биохимии растений) / Н. П. Козьмина, В. А. Гунькин, Г. М. Суслянок. - М. : Колос, 2006. - 464 с.
12. Теоретические и практические основы ферментативного катализа полимеров зернового сырья в спиртовом производстве / Л. В. Римарева [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2008. - № 3. - С. 4-9.
13. Ямашев, Т. А. Микробная контаминация сырья и полупродуктов бродильных производств / Т. А. Ямашев, Н. Н. Симонова, О. А. Решетник. - Казань : КГТУ, 2010. - 252 с.
14. Нарцисс, Л. Пивоварение. Т. 1. Технология солодоращения / Л. Нарцисс. - СПб. : Профессия, 2007. - 584 с.
15. Корячкина, С. Я. Технология хлеба из целого зерна тритикале / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, Л. В. Черепнина. - Орел : Госуниверситет - УНПК, 2012. - 177 с.
16. Егоров, Г. А. Гидротермическая обработка зерна / Г. А. Егоров. - М. : Колос, 1968. - 96 с.
17. Братерский, Ф. Д. Ферменты зерна / Ф. Д. Братерский. - М. : Колос, 1994. - 196 с.
18. Фармакологические свойства растений рода Amaranthus L. / С. И. Кадошников [и др.] // Аграрная Россия. - 2001. - № 6. - С. 39-42.
19. Миронцева, А. А. Сравнительный анализ эффективности использования в спиртовом производстве различных видов субстратных добавок / А. А. Миронцева, Е. А. Цед, С. В. Волкова // Молодежь в науке - 2009: прил. к журн. Весцi НАН Беларусi. Серыя біялагічных навук: в 5 ч. Ч. 3. Серия аграрных наук. - 2010. - С. 436-440.
