Ускорение производственных процессов сбраживания крахмалистого сырья

2.1.1 Применение новых штаммов, рас и видов микроорганизмов

В диссертации «Разработка интенсивной технологии этанола на основе целенаправленного применения мультиэнзимных систем и новых рас спиртовых дрожжей» к.т.н. Кадиевой были сделаны следующие выводы:

1. Исследована зависимость степени деструкции высокомолекулярных полимеров пшеницы, ржи и ячменя от концентрации глюкоамилазы, протеазы, р-глюканазы, ксиланазы и целлюлазы. Установлены оптимальные дозировки ферментов, обеспечивающие высокую степень гидролиза крахмала до 85%, р-глюкана до 15%, белка до 26%.

2. Показано, что дополнительное введение в пшеничное сусло протеаз (0,3 ед ПС/г) и пуллуланазы(0,1 ед ПлС/г) позволяет сократить длительность брожения до 40 часов для 17 %-ного сусла, и до 48-60 часов для 24 %-ного сусла. Изучены закономерности влияния различных ферментативных систем и времени гидролиза крахмала на длительность спиртового брожения и выход спирта.

3. На основе теоретически обоснованных и экспериментально подтвержденных данных разработаны оптимальные ферментативные комплексы, обеспечивающие интенсификацию спиртового брожения на 20-30 % и увеличение выхода спирта на 2,1-2,9 % при сбраживании ржаного и ячменного сусла.

4. Проведен сравнительный анализ морфологических и физиолого- биохимических свойств различных рас спиртовых дрожжей. Установлено, что расы 985-Т и 987-0 наиболее устойчивы к высокому осмосу – до 30 %, к повышенным концентрациям спирта до 15 %; раса 985-Т устойчива к повышенной температуре – до 38 °С.

5. Впервые исследованы физиолого-биохимические особенности дрожжей рас 985-Т и 987-0 и установлено, что эти расы образуют в 1,4- 2,0 раза меньше побочных метаболитов, чем раса ХП. Показано, что дрожжи расы 985-Т синтезируют стабильный уровень метаболитов в диапазоне температур 30-37 °С и концентрации сусла 15-30 % СВ.

6. Подобраны оптимальный комплекс ферментов и расы дрожжей 985-Т и 987-0 для сбраживания высококонцентрированного сусла, что позволяет повысить реологические свойства сусла, снизить его вязкость, интенсифицировать процессы сбраживания различных видов зернового сырья в 1,2 раза, улучшить нормативно-технологические показатели бражки и сократить образование барды.

7. Научно обоснованы, разработаны и экспериментально подтверждены в производстве биотехнологические процессы интенсификации спиртового брожения на основе комплексного использования ферментативных систем целевого назначения и новых рас дрожжей, обладающих термотолерантными и осмофильными свойствами. Установлено, что использование подобранных ферментативных комплексов и отобранной расы дрожжей 985-Т позволяет интенсифицировать процессыосахаривания, дрожжегенерации и спиртового брожения в 1,5 раза с одновременным увеличением выхода спирта.

8. Разработаны Технологические Инструкции по применению дрожжей расы 985-Т и подобранных ферментативных комплексов в спиртовом производстве; проведены производственные испытания. Раса 985-Т внедрена более чем на 30 заводах отрасли. Экономическая эффективность от внедрения новой технологии на заводе производительностью 3000 дал/сутки составит около 5 млн. рублей в год.

Учеными Л.В. Римаревой, М.Б. Оверченко и Н.И. Игнатовой в научной работе «Перспективы применения селекционных рас дрожжей с осмофильными свойствами для повышения рентабельности спиртового производства» установлено, что отселекционированная раса дрожжей S. cerevisiaeY-3136, обладающая осмофильными свойствами, перспективна для сбраживания высококоицентрированногозернового сусла, что позволит повысить рентабельностьпроизводства и создать па ее основе ресурсосберегающую технологию получения пищевого спирта.

2.1.2 Оптимизация состава питательных сред и совершенствование подготовительных операций

Учеными А.Н. Ободовичем и А. Ю. Лымарем в своей научной работе «Интенсификация процесса осахаривания с применением метода дискретно-импульсного ввода энергии» установлено, что применение дискретно-импульсного ввода энергии в технологии производства спирта даст возможность сократить продолжительность процесса осахарива­ния от 15 минут до 8 минут, что повлияет на уменьшения энергозатрат. С помощью обработки ферментного пре­парата в РПА удалось увеличить его активность и соответственно уменьшить его затраты. Содержание сбраживаемых веществ в сусле с использованием ро­торно-пульсационных аппаратов повышается с 15 % до 19 %.

В диссертации «Разработка комплексной технологии получения этилового спирта и сухого кормопродукта повышенной усвояемости из ИК-обработанного зерна ржи» Т.В. Андриенко сделаны следующие выводы:

1. Установлено влияние режимов ИК-обработки зерна на физические, биохимические характеристики и структурно-механические свойства ржи. Определены допустимые температуры микронизации ржи в зависимости от исходной влажности зерна.

2.Оценены сравнительные характеристики механических способов выделения фракций периферийных частей из ИК-обработанного зерна ржи (рассев после дробления и шелушение). Установлено, что потери крахмала с выделяемой фракцией зависят от способа механического воздействия на сырье и исходной влажности ржи.

3.Впервые по кривым дробления изучен процесс и определены энергозатраты при получении мелкого помола из исходных проб зерна ржи с влажностью W=12,0-18,0 %, подвергнутых инфракрасной обработке при выбранных оптимальных температурах микронизации, а также проб, полученных после шелушения ИК-обработанного зерна. Выявлены различия в измельчении зерна пшеницы и ржи и предложены пути повышения эффективности дробления последнего.

4.Установлено влияние параметров механико-ферментативной обработки исходного зерна ржи, подвергнутого РЖ-нагреву и дополнительному шелушению на показатели качества осахаренного сусла (содержание растворимых сухих веществ, сбраживаемых углеводов; видимой доброкачественности; титруемой кислотности).

5.Определены оптимальные температурно-временные паузы на стадии получения разваренноймассы, дозировки ферментных препаратов амилолитического и цитолитического действия, соотношение в а-амилазах мезофильных и термостабильных форм.

6.Исследован процесс сбраживания ржаного сусла контрольного и опытных образцов в двух вариантах (без использования микробных протеаз и с их внесением). Показано, что при варианте с внесением Алкалазы процесс сбраживания сусла, полученного из РЖ-обработанного зерна, а также подвергнутого дополнительному шелушению протекает более интенсивно, чем исходного сырья, характеризуется накоплением большего количества этилового спирта и меньшего количества примесей.

7.Установлено, что выделение из основного технологического процесса производства этанола из ИК-обработанного зерна ржи шелухи в количестве от 10 % до 15 % позволяет интенсифицировать стадию сушки кормопродукта, а также повысить его качественные характеристики (усвояемость и питательность).

8.Разработана комплексная технология получения этанола на основе целенаправленного изменения технологических свойств ржи при микронизации зерна и его шелушении, позволяющая интенсифицировать процессы на стадии выработки конечных продуктов при одновременном повышении их качества.

9.Практическая ценность работы подтверждена производственными испытаниями на спиртовом заводе ОАО «Ариана-С». Условно-годовая экономия от снижения себестоимости производства этилового спирта для завода мощностью 3000 дал/сут составит 5,85 млн. руб.

2.1.3 Повышение физиологической активности дрожжей

Учеными Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН С.Ц. Котенко, Э.А. Халиловым и Э.А. Исламмагомедовой установлена возможность интенсификации биосинтеза этанола с повышенной степенью чистоты сброженного субстрата, улучшением биологической ценности дрожжей за счет витаминов, минеральных веществ, свободных аминокислот в результате изменения метаболизма дрожжей S.Сerevisiae Y-503 на основе влияния многофункциональных компонентов геотермальной воды.

В научной работе «Оптимизация процесса дрожжегенерации с целью интенсификации производства этилового спирта» учеными Т. М. Тананайко и А. А. Пушкарь установлено, что применение протеазы на стадии дрожжегенерации в оптиматизированных условиях значительно интенсифицирует процесс брожения (сокращение процесса брожения с 72 до 60 часов) в сравнении с использованием протеазы непосредственно на стадии сбраживания или контролем – без протеазы.

В научной работе «Интенсификация процессов дрожжегенерирования и брожения в технологии спирта с использованием ультразвуковой обработки засевных дрожжей» О.Ю. Бодровой сделаны следующие выводы:

1. Разработан способ интенсификации дрожжегенерирования и брожения в технологии спирта с использованием засевных дрожжей, активированных с помощью многофункционального действия ультразвука.

2. Исследовано влияние продолжительности воздействия ультразвука на суспензию дрожжей. Установлено, что 100 % количество мертвых клеток достигается после 35 минут воздействия ультразвука.

3. Изучен активирующий эффект ультразвука на морфологические признаки и физиологическое состояние дрожжей. Установлено, что обработка суспензии дрожжей в течение 4 минут способствует повышению синтеза биомассы на 35 % в процессе дрожжегенерирования и увеличению бродильной активности на 28 % в процессе брожения, по сравнению с контролем.

4. Исследована возможность получения дрожжевого экстракта дезинтеграцией клеток дрожжей ультразвуком в различных фазах роста. Установлено, что при обработке ультразвуком в течение 30 минут спиртовых дрожжей, в экспоненциальной фазе роста, по сравнению с латентной и стационарной фазами, способствует максимальному выходу аминокислот и витаминов из клетки.

5. Изучено влияние дрожжевого экстракта ДЭ2 на физиологическое состояние засевных дрожжей и процесс сбраживания ржаного сусла. Установлено, что наибольший прирост биомассы, превышающий контроль на 30 % в процессе дрожжегенерирования, наблюдался при внесении 2,5 % экстракта ДЭ2.

Показано, что при использовании активированных засевных дрожжей процесс дрожжегенерирования сокращается на 8 часов, процесс брожения на 12 часов. Количество летучих примесей спирта в бражном дистилляте снижается по сравнению с контролем на 38,7 %. Выход спирта увеличивается на 0,2 дал/т усл.крахмала.

6. Экономический эффект от внедрения разработанного способа составил 11576 тыс. рублей в год для завода производственной мощностью 2000 дал спирта в сутки.

В научной работе «Интенсификация процессов сбраживания сусла путем активации спиртовых дрожжей» сделаны следующие выводы:

1. Исследованы основные закономерности размножения спиртовых дрожжей при различном засеве дрожжей и разном уровне аминного азота в среде. Показано, что удельная скорость роста дрожжей увеличивается с увеличением концентрации аминного азота, но мало изменяется с ростом засева. Внесение дополнительного азотистого питания положительно сказывается на размножении дрожжей, однако, увеличение концентрации аминного азота более 35 мг/100 см³ не приводит к существенному приросту дрожжей.

Рассчитаны уравнения регрессии, связывающие удельную скорость роста, засев дрожжей и концентрацию аминного азота и кратность прироста дрожжей, засев и концентрацию аминного азота, которые определяют количественное влияние засева и концентрации усвояемого азота на размножение дрожжей.

2. Показана возможность активации дрожжей путем выдержки их в фильтрате барды в соотношении 10:1 при температуре 35 °С 20 минут. Это позволяет улучшить физиологическое состояние дрожжей и ферментативную активность дрожжевых клеток: увеличение зимазной активности составляет 2,8 раза, мальтазной – в 3,1 раза, сокращается продолжительность сбраживания сусла активированными дрожжами на 5 часов, меньше образуется высших спиртов в бражке.

3. Проведены исследования процесса размножения дрожжей при добавлении в дрожжевое сусло протеазы GC-106. Показано, что при внесении в дрожжевое сусло протеазы в количестве 0,01-0,02 см³/дм улучшается физиологическое состояние дрожжей, ускоряется процесс сбраживания сусла на 3-4 часа.

4. Проведена производственная оценка способа активации спиртовых дрожжей путем обогащения дрожжевого сусла азотистым питанием за счет использования протеолитических ферментов на стадии дрожжегенерации. Показано, что физиологическое состояние дрожжей при размножении с протеазой лучше, чем без внесения фермента. Технологические показатели процесса брожения опытными дрожжами находятся в пределах нормативных и практически не отличаются от показателей контрольного образца бражки, полученного при добавлении протеазы в бродильный чан в 3-6кратной дозе. Качество полученного спирта лучше в опытном варианте по сравнению с контролем.

5. Экономическая эффективность разработанного способа размножения дрожжей при внесении протеазы в дрожжевое сусло определяется сокращением общего расхода фермента на единицу объема спирта. На 1000 дал спирта экономия составит при внесении протеазы из расчета 10 см³ на м³ сусла – 596,02 руб.; при внесении 20 см³ на м³ сусла - 476,01 руб.

В научной работе «Практические результаты и перспективы применения комплексных пищевых добавок-подкормок для дрожжей при производстве пищевого этилового спирта» учеными Р.А. Петровым и С.И. Днепровским сделаны следующие выводы:

Внесение БЭТ-А в сусло на стадии дрожжегенерации стимулирует рост биомассы дрожжей на 40-50 %, а в отдель­ных случаях – до 100 % по сравнению с вариантами без внесе­ния препарата.

В проведенных опытах при относительно высокой кон­центрации сухих веществ в осахаренном сусле (19 %) в зрелой бражке достигнута высокая степень сбраживания: общие угле­воды – 0,36-0,46 г/100 мл, растворимые – 0,34-0,36 г/100 мл, при этом содержание спирта достигло 10,3 % об. Это свиде­тельствует о высокой продуктивности дрожжевой биомассы в присутствии препарата.

Хроматографический анализ отгонов бражки показал, что использование препарата БЭТ-А не влечет за собой дополни­тельного образования побочных продуктов брожения по срав­нению с обычными показателями, соответственно, не влияет отрицательно на качество получаемого спирта.

В научной работе «Использование растительного потенциала как стимулятора спиртового брожения при получении этилового спирта» Е.А. Цед на основании проведенных исследований сделала следующие выводы:

1. Установлена возможность и целесообразность использо­вания в спиртовом производстве растительных вытяжек из амаранта и ржаного ферментированного солода;

2. Использование растительных вытяжек в качестве добавки к спиртовому суслу стимулирует размножение дрожжевых клеток и усиливает их бродильную активность;

3. В сусле, обогащенном растительными добавками, наблю­дается интенсификация биохимических процессов при его сбраживании, что приводит к увеличению выхода этилового спирта; с учетом того, что затраты на получение вытяжек не­значительны, их применение в спиртовом производстве эконо­мически эффективно и обосновано.

Дата добавления: 2015-08-09