Ефективні дріжджі для спиртового зброджування глюкозо-фруктозного сиропу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ефективні дріжджі для спиртового зброджування глюкозо-фруктозного сиропу

Вступ

біотехнологія етиловий спирт дріжджі

Основними видами сировини для біотехнології етилового спирту в Україні та багатьох інших країнах світу є зернові культури (кукурудза, жито, пшениця) та цукровмісна сировина - цукробурякова та тростинна меляса [1, 2]. На жаль, останнім часом в Україні спостерігається стійка тенденція до підвищення цін на традиційні види сировини для біосинтезу спирту, що призводить до підвищення собівартості етилового спирту та ослаблення його конкурентоспроможності на зовнішньому ринку. У зв'язку з цим, актуальним напрямком для вітчизняної спиртової галузі є розширення сировинної бази шляхом використання для біосинтезу етанолу нових, більш дешевих видів джерел вуглеводів. Сировина для виробництва спирту повинна відповідати таким вимогам: бути дешевою і добре зберігатися, мати високий вміст вуглеводів або крохмалю, які за допомогою існуючих технічних засобів та життєдіяльності дріжджів можна перетворити у спирт етиловий.

Враховуючи те, що на сьогоднішній день цукровмісні крохмалопродукти (патоки, глюкозні і глюкозо-фруктозні сиропи) є багатотоннажними продуктами харчової промисловості та мають стійкий і стабільно зростаючий попит, в Україні, як і в усьому світі, значно зростає інтерес до використання для біосинтезу етилового спирту вищевказаних продуктів. Ці продукти широко використовують у виробництві безалкогольних напоїв, морсів, сиропів, кондитерських виробів, пивоварінні [3-5]. З огляду на це, одним з перспективних видів сировини для виробництва етилового спирту в Україні у промисловому масштабі є глюкозо-фруктозний сироп (ГФС).

1. Постановка завдання

Метою нашої роботи було дослідження складу і біотехнологічних властивостей ГФС з точки зору придатності його для спиртового зброджування, оптимізація складу середовища та підбір ефективних дріжджів для одержання максимального виходу спирту.

Матеріали та методи досліджень. Об'єктами досліджень були ГФС-42, процеси спиртового зброджування сусла, яке було приготовлено з ГФС-42 та дозріла бражка. У дослідах по зброджуванню сусла з ГФС-42, використовували чисті культури дріжджів з музею УкрНДІспиртбіопрод: Saccharomyces cerevisia раси В, У-563, ХІІ та штам М-5. Ці культури дріжджів традиційно використовують у спиртовому виробництві для зброджування цукрота крохмалевмісної сировини. Дріжджі для дослідів розмножували за технологічним режимом, що застосовується у спиртовому виробництві. Показники ГФС-42 аналізували за методиками, прийнятими у практиці спиртового виробництва [6]: концентрацію сухих речовин (СР) - ареометричним методом, масову частку суми зброджуваних цукрів - поляриметричним методом, величину рН - потенціометричним методом, масову часту загального азоту - за методом К'єльдаля, масову частку фосфору - колориметричним методом Бригса. В лабораторних умовах досліджували процес спиртового зброджування сусла з ГФС-42 за методом «бродильної проби» [7]. Розрахункову наважку сиропу ГФС-42 зважували на вагах з точністю до 0,01 г, готували сусло шляхом розведення наважки сиропу стерильною водопровідною водою та вносили необхідну кількість азотистого і фосфорного живлення (у вигляді діамонійфосфату та карбаміду з розрахунку, відповідно, 0,2% і 0,1% до маси сухих речовин сиропу). Зброджування проводили у колбах об'ємом 250 см3. В кожну колбу вносили дріжджі з розрахунку 5 г/л, закривали колби сірчанокислими затворами та ставили на бродіння. Зброджування проводили у термостаті за температури 30°С впродовж 96 годин. Контроль процесу зброджування проводили за кількістю СО2, що виділявся під час бродіння. У дозрілій бражці визначали видиму густину та істинні сухі речовини СР - ареометричним методом, вміст незброджених цукрів - методом з резорциновим реагентом [7]. В бражних дистилятах визначали концентрацію етилового спирту ареометричним методом [6]. Біомасу дріжджів визначали ваговим методом.

2. Результати та їх обговорення

Досліджено фізикохімічний склад ГФС-42, який було одержано безпосередньо з ТОВ «ТД«Крахмалопродукт», який є виробником даного продукту згідно з ТУ У 15.6-3216426-009:2005. Результати досліджень основних показників ГФС-42 наведено в табл.1.

Таблиця 1. Показники сиропу глюкозно-фруктозного (ГФС-42)

Як показують дані табл. 1, за показниками вміст СР, рН та масовою часткою суми зброджуваних цукрів ГФС-42 є сировиною, яка придатна для спиртового зброджування. Але вміст загального азоту на рівні 0,27%, а особливо фосфору (0,0014%), дає змогу зробити висновок про те, що сусло з ГФС-42 не буде мати необхідну кількість азоту та фосфору для нормальної життєдіяльності дріжджів та здійснення біосинтезу етилового спирту. З огляду на одержані дані, для забезпечення дріжджів достатньою кількістю азотного та фосфорного живлення при приготуванні з ГФС-42 сусла для спиртового зброджування необхідно вносити додаткові джерела азоту та фосфору. Згідно з прийнятими нормами у практиці спиртового зброджування живлення для дріжджів вносили у вигляді діамонійфосфату (ДАФ) та карбаміду. Результати спиртового зброджування сусла з ГФС-42 різними спиртовими дріжджами наведено у табл. 2.

Таблиця 2. Результати спиртового зброджування ГФС-42

Як видно з даних табл. 2, незалежно від раси дріжджів, процес спиртового зброджування сусла, приготовленого з ГФС-42 без додавання ростових речовин, гальмується, основний продукт метаболізму - етиловий спирт накопичується на низькому рівні (6,4-7,1% об.), хоча у середовищі є достатня кількість цукру. Кількість накопиченої біомаси дріжджів свідчить про те, що дріжджі відчувають дефіцит ростових речовин, тобто середовище не має достатньої кількості амінокислот та вітамінів, які необхідні для розвитку дріжджових клітин та сприяють підвищенню питомої швидкості росту, а також їх ферментативній та спиртоутворюючій здатності. Тому в подальших дослідах для оптимізації середовища крім азотного та фосфорного живлення як ростову речовину для дріжджів використовували кукурудзяний екстракт (КЕ). Найкращі результати зброджування сусла, приготовленого з ГФС-42, було одержано при використанні КЕ у кількості 1% від об'єму середовища (табл.3).

3. Результати спиртового зброджування ГФС-42 з використанням КЕ

Таблиця 3

Як видно з даних табл. 3, найкращі результати спиртового зброджування сусла, приготовленого з ГФС-42 при внесенні КЕ у кількості 1% від об'єму середовища, досягнуто при використанні дріжджів Saccharomyces cerevisia У-563. За однакових умов (температура бродіння на рівні 30-32°С при тривалості процесу 96 годин) цей штам дріжджів накопичує максимальну кількість спирту (12,2% об.) при мінімальному рівні залишкового цукру в дозрілій бражці. Також результати досліджень показують, що використання КЕ позитивно впливає на накопичення біомаси дріжджів, яка збільшується майже у 2 рази у порівнянні з варіантами зброджування сусла без КЕ.

Висновки

Проведені дослідження складу та біотехнологічних властивостей ГФС-42 показали придатність цієї сировини для спиртового зброджування. Встановлено, що для біосинтезу максимальної кількості спирту у дозрілій бражці необхідно вносити у сусло, яке готують з ГФС-42, ростові речовини для дріжджів у вигляді кукурудзяного екстракту з розрахунку 1% до об'єму середовища. Встановлено, що найбільш ефективними дріжджами для зброджування ГФС-42 є дріжджі Saccharomyces cerevisiaе У-563.

Література

1. Янчевський В.К. Спиртова галузь: проблеми вітчизняної технології [Текст] / В.К. Янчевський, С.Т. Олійнічук // Харчова і переробна промисловість. -- 1999. -- № 3. -- С. 19--20.

2. Шиян П.Л. Інноваційні технології спиртової промисловості. Теорія і практика [Текст]: моногр. / П.Л. Шиян, В.В. Сосницький, С.Т. Олійнічук. -- К.: Асканія, 2009. -- 424 с.

3. Коваленко Г.А. Современные технологии переработки растительного сырья в сахаристые крахмалопродукты (патоки, сиропы) [Текст] / Г.А. Коваленко, Л.В. Перминова // Фундаментальные исследования. -- 2008. -- № 1 -- С. 80.

4. Бондаренко Ю. Вплив глюкозно-фруктозного сиропу на споживчі властивості цукристих виробів [Текст] / Ю. Бондаренко, В. Дробот // Хлібопек. і кондит. пром-сть України. -- 2009. -- № 6. -- С. 8--10.

5. Ладур Т.А. Глюкозо-мальтозные сиропы в пивоварении [Текст] / Т.А. Ладур // Пиво и напитки. -- 1997. -- № 4. -- С. 8.

6. Инструкция по технохимическому контролю спиртового производства. -- М.: Агропромиздат, 1986. -- 400 с.

7. Полыгалина Г.В. Технологический контроль спиртового и ликеро-водочного производства [Текст] // Г.В. Полыгалина. -- М.: Колос, 1999. -- 336 с.

Размещено на Allbest.ru