Влияние технологических параметров на процесс осахаривания при производстве этанола из ячменя

DOI: –1202–2016–1–211–214

Ковалева Т.С., Яковлева С.Ф., 2016

For cite

В технологии этанола процесс осахаривания является одним из основных. В его основе лежит гидролиз крахмала разваренной массы под действием ферментов. Главной целью осахаривания является получение сусла с высоким содержанием сбраживаемых углеводов.

От процесса осахаривания зависит качество получаемого этанола, выход продукта и полнота сбраживания крахмала.

Осахаривание разваренной ячменной массы проводили ферментным препаратом глюкоамилазы Биозим 800 Л из расчета 6,0 ед ГлС на г крахмала. Контролем являлась разваренная масса, полученная с применением одного ферментного препарата Альфаферм 3500 Л с дозировкой 1,0 ед АС на 1 г крахмала. Осахаривание протекало при температуре 50–65 0С и рН 4,0–5,5 в течение 120 мин. рН разваренной массы регулировали путем внесения в нее серной кислоты.

На осахаривание разваренной массы влияют температура, рН, дозировка глюкоамилазы и продолжительность процесса. От этих факторов зависят техникоэкономические показатели производства.

В процессе осахаривания изучали динамику накопления глюкозы в ячменном сусле в зависимости от температуры, рН и дозировки глюкоамилазы. Пробы для определения глюкозы отбирали каждые 30 минут. Результаты экспериментов представлены на рисунках 1 – 3.

Огромное влияние на процесс осахаривания оказывает температура. С повышением температуры повышается реакционная способность молекул крахмала и кинетическая энергия. При температуре (рисунок 1) 65 0С в первые 30 минут накопление глюкозы идет быстро, затем резко замедляется, что возможно связано с инактивацией глюкоамилазы вследствие изменения структуры молекулы фермента. Максимальное количество глюкозы накапливается при температуре 60 0С и составляет 11,1 г/см3, что соответствует оптимуму действия применяемого ферментного препарата глюкоамилазы. Оптимальная температура действия глюкоамилазы (60 0С) не совпадает с оптимальной температурой для сохранения ее активности [2, 3], но на глюкоамилазу при осахаривании оказывает интенсивное защитное действие крахмал и продукты его неполного гидролиза. Частичная инактивация глюкоамилазы при осахаривании компенсируется ускоряющим действием температуры. Так как при осахариваниии крахмал гидролизуется не полностью и его гидролиз продолжается при сбраживании сусла, то для стабилизации активности фермента температура при осахаривании не должна быть выше оптимальной, лучше, если она будет на 1–20С ниже ее. С другой стороны проведение процесса осахаривания при повышенной температуре обеспечивает микробиологическую чистоту, получаемого сусла.

Рисунок 1. Накопление глюкозы в процессе осахаривания в зависимости от температуры, 0С: 1 – 50;

2 – 55; 3 – 60; 4 – 65.

Рисунок 2. Накопление глюкозы в процессе осахаривания при температуре 60 0С в зависимости от рН: 1 – 5,5; 2 – 5,0; 3 – 4,5; 4 – 4,0.

Концентрация водородных ионов (рН) оказывает многостороннее действие на процесс осахаривания. С одной стороны Н+ изменяют ионизацию активного центра и конформационное состояние глюкоамилазы, с другой стороны влияют на стабильность третичной структуры глюкоамилазы [1].

Максимальное накопление глюкозы наблюдается при рН 4,5 (рисунок 2) и составляет 11,9 г/см3. С увеличением дозировки глюкоамилазы возрастает образование эффективных фермент-субстратных комплексов, а, следовательно, и скорость гидролиза крахмала (рисунок 3).

Рисунок 3. Накопление глюкозы в процессе осахаривания в зависимости от дозировки глюкоамилазы при температуре 60 0С и рН 4,5, ед ГлС на г крахмала: 1 – 4,0; 2 – 5,0; 3 – 6,0; 4 – контроль.

При применении мультиэнзимного комплекса наблюдается увеличение количества глюкозы на 34,7 % по сравнению с контролем. Степень гидролиза крахмала увеличивается, так как он становится более доступным для действия осахаривающих ферментов за счет гидролиза белковых веществ и оболочек зерна ячменя, содержащих гемицеллюлозы. Из рисунка 3 очевидно, что применение мультиэнзимной композиции позволяет сократить расход глюкоамилазы до 4,0 ед ГлС на 1 г крахмала, вместо 6,0 ед ГлС на 1 г крахмала в контроле.