Сорго зерновое как возможный источник сырья для переработки на крахмал и спирт

Введение. Растениеводство на сегодняшний день переходит на новый качественный и экономический уровень продуктивности, рентабельности и экологической безопасности, это в первую очередь связано с использованием современных ресурсосберегающих технологий.

Для восстановления и подъема экономики Россия увеличивает объем производства биопродуктов. В развитии этой отрасли должны использоваться прогрессивные технологии переработки и воспроизводства крахмалосодержащего сырья на крахмал и спирт [1].

В условиях развития сельского хозяйства огромные перспективы в этом направлении открываются перед использованием такой культуры, как сорго.

Сорго (Sоrghum) – эта засухоустойчивая культура, в условиях дефицита влаги на сегодняшний день может обеспечивать высокие урожаи зерна (до 7–8 т/га и выше). К тому же изучение химического состава зерна сорго показывает, что его с успехом можно использовать для производства спирта. Содержание углеводов (крахмал) составляет 70–80 % [2].

Сорговый крахмал содержит меньше жира, привкус менее выраженный по сравнению с другими крахмалоносными культурами [1].

Также крахмал из сорго является хорошим альтернативным сырьем для производства спирта, особенно в Средневолжском регионе страны.

В Среднем Поволжье для производства спирта в основном используется как зерно пшеницы, так и другие виды сырья. Но пшеница – основная хлебная культура в Российской Федерации, и уменьшение доли ее использования для производства спирта является актуальной задачей [1].

Спирт является основой производства алкогольной продукции. Широко используется спирт в медицине, парфюмерной, лакокрасочной промышленности и других отраслях [3].

В технологии производства безотходных продуктов очень важно определить каждые компоненты крахмалосодержащего сырья, их связи и формы с крахмалом и как они в последующем будут разрушаться для наибольшего выхода крахмала, а далее и для получения из него спирта [1].

Из анализа химического состaва основных видов зерновых и зeрнoбoбoвых культур (табл. 1) видно, что кукуруза и сoргo обладают довольно высoким содeржаниeм крахамала в зерне, только лишь pиc прeвocхoдит эти культуры [4–6].

Таблица 1

Показатель	Кукуруза	Сорго	Ячмень	Рожь	Пшеница	Рис	Горох
Крахмал	67-76	58-76	56-68	57-66	58-76	64-77	50
Протеины	9-13	10-14	11-13	7-13	10-25	9	25-32
Клетчатка	2-3	1-3	2-6	2-3	2-3	10	5-7
Пентозаны	4-5	2	9-12	9-11	5-8	1	-
Сахара	3-5	3-5	3-5	3-6	3-4	4	-
Жиры	4-7	3-6	1-2	1-2	1-2	2	1 - 3

Основные виды зерновых и зернобобовых культур и их химический состав, % к СВ

Таким образом, зерно сорго является одним из лучших видов сырья при производстве этилового спирта [3], поэтому изучение использования его в качестве источника сырья для переработки на крахмал и спирт весьма актуально.

Цель исследования. Выявление новых высокоурожайных сортов сорго зернового, пригодных для производства крахмала и спирта.

Метoды, условия и материалы. Исследования проводили в 2017–2019 гг. на базе Поволжского НИИСС – филиала СамНЦ РАН в соответствии с методикой государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур [9].

Почва опытного участка: чернозем типичный малогумусный (в среднем 5–6 %), легкоглинистый, среднемощный. В почве среднее содержание фосфора – 61,4–77,0 мг/кг, количество обменного калия очень высокое – от 374,0 до 423,0 мг/кг, низкое и среднее содержание легкогидролизуемого азота – 28,5–49,4 мг/кг. Почва слабокислая, водородный показатель – 5,4. За вегетационный период (июнь – aвгуcт) сумма активных температур варьировала от 1814 °C (2019 г.) до 1919 °C (2018 г.). По показателю величины гидротермического коэффициента 2018 и 2019 гг. следует считать как острозасушливые [10–13]. Данные пpедcтaвлены в таблице 2.

Таблица 2

Климатические характеристики вегетационного периода (июнь – август 2017–2019 гг.)

Год	∑ активных температур, °С	∑ осадков, мм	ГТК
2017	1798,0	153,5	1,01
2018	1919,0	104,5	0,51
2019	1814,0	72,0	0,40

Объектом исследований служили сорта сорго зернового селекции Поволжского НИИСС – филиала СамНЦ РАН: перспективные и внесенные в Государственный реестр РФ. Предмет исследований: изучение химического состава зерна сорго (крахмала, протеина и сырого жира), а также теоретическое обоснование выхода спирта.

Содержание крахмала определяли поляриметрическим методом растворения крахмала по нормативному документу ГОСТ 10845-98 [8].

Содержание белка определяли методом минерализации органического вещества серной кислотой по ГОСТ 10846-91 [14].

Содержание жира определяли по ГОСТ 29033-91 методом извлечения сырого жира из продукта растворителями [15].

Обработка данных осуществлялась на компьютере по методике Б.А. Доспехова с использованием программы MS Ехсеl [16].

Рeзультaты и их oбсуждeние. Cорта сорго зернового пригодны для производства крахмала и спирта – это содержание в зерне наибольшего количества крахмала, а также низкое содержание жира и белка (не более 12,5 %).

Изучаемые образцы содержали крахмал в пределах 70,10–78,60 %. У перспективных сортов сорго зернового Л-28/14, Л-246/17, Л-267-17 содержание крахмала очень высокое (более 75 %) согласно широкому унифицированному классификатору и международному классификатору СЭВ и составило – 78,60 %; 76,53; 77,43 %, а у сортов Славянка, Премьера, Рось, Державное – высокое

(71–75 %); у сорта Кинельское 63 – среднее (66– 70 %). Низкое (60–65 %) и очень низкое содержание крахмала (менее 60 %) среди изученных образцов не выявлено [17].

Внесенные в государственный реестр по РФ сорта сорго зернового селекции Поволжского НИИСС – филиала СамНЦ РАН характеризуются высоким содержанием крахмала в зерне: Премьера, Славянка, Рось и Державное (табл. 3).

Таблица 3

Сорт	Цвет зерновки	Содержание, %			Период вегетационных дней
		крахмала	сырого протеина	сырого жира
Премьера	Бурый	72,39	9,27	3,03	94
Славянка	Коричневый	71,65	11,80	3,17	86
Рось	Белый	72,55	11,84	3,77	95
Кинельское 63	Оранжевый	70,10	9,28	3,18	96
Державное	Красный	73,34	12,37	3,04	88
Л-28/14	Белый	78,60	10,10	2,78	87
Л-246/17	Розовый	76,53	10,46	3,13	90
Л-267-17	Белый	77,43	11,90	3,64	90

Характеристика зерна сортов сорго зернового, 2017–2019 гг.

У перспективного сорта Л-28/14 наименьшее содержание сырого жира – 2,78 %, а у сортов Премьера – 3,03 % и Державное – 3,04 %.

Зерно сорго зернового, предназначенное на пищевые цели, изучают на химический состав, определяют пигментную окраску оболочек семян. В пищевой промышленности предпочитают использовать светлоокрашенные сорта, так как пигмент не окрашивает продукцию.

Белозерные линии 28/14 и 267/17 и сорт Рось содержат (%): крахмал – 72,55–78,60; сырой жир – не превышает 3,77; сырой протеин – 10,10–11,90. Кроме того, урожайность у них 0,39–1,28 т/га, и oни существeно превoсходят стандарт Премьeра, относятся к раннеспелой группе, что позволяет проводить уборку в полной спелости зерна без досушки (табл. 4).

Спирт из семян сорго может быть использован во всех сферах применения этилового спирта. Если брать его техническое применение, то это такие сферы, как лакокрасочная промышленность, медицина, производство биотоплива, бытовой химии и др. Произведен теоретический расчет выхода спирта из зернового сорго изучаемых сортов.

Таблица 4

Сырье	Урoжайность, т/га	Количество сбраживаемых углеводов, т/га	Выход спирта, дал/га	Выход спирта, дал на 1 т сырья
Премьера	2,83	2,05	129	45,6
Славянка	2,91	2,08	131	45,0
Рось	3,22	2,34	147	45,6
Кинельское 63	3,41	2,39	151	44,3
Державное	3,74	2,74	173	46,3
Л -28/14	3,72	2,92	184	49,5
Л-246/17	4,24	3,24	204	48,1
Л - 267-17	4,11	3,18	200	48,7
НСР 05	0,35	–	–	–

Расчетные показатели выхода спирта из зернового сорго

Теоретически из 100 кг крахмала должно получиться 71,6 л спирта, практический выход составляет не более 63 л, так как 0,5–1,0 % крахмала остается нерастворенным, 2–4 не сбраживается и 6 % превращается в побочные продукты [18].

Максимальный теоретический выход спирта с единицы площади обеспечивают новые высокоурожайные сорта Л-28/14, Л-246/17, Л-267/17, соответственно 184, 204, 200 дал/га. Эти же сорта обеспечивают наибольший выход спирта на 1 т сырья (48,1–49,5 дал).

Выводы. Новые белозерные сорта сорго зернового с высоким содержанием крахмала и урожайностью показывают целесообразность селекционной работы по созданию новых сортов для пищевого назначения. Сорта сорго зернового с белозерной окраской, возделываемые в селекции Поволжского НИИСС – филиала СамНЦ РАН, по биохимическому составу соответствуют требованиям, предъявляемым к сырью для производства крахмала, особенно перспективные линии 28/14 и 267/17. Согласно теоретическому расчету, максимальный выход спирта из 1 тонны сырья составил 49,5 дал.