Інтенсифікація технологічних процесів виробництва спирту активацією гідролітичних ферментів - Автореферат

Одним із ефективних засобів інтенсифікації процесів оцукрювання і зброджування крохмалевмісної сировини у виробництві спирту є заміна зернового солоду ферментними препаратами (ФП) мікробного походження, що також сприяє підвищенню рівня використання сухих речовин сусла. Активність і стійкість - найважливіші показники якості ферментного препарату, які характеризують його здатність зберігати свої властивості протягом певного часу і більш повно оцукрювати розварену масу в процесі виробництва спирту. Зменшити собівартість спирту, отриманого з використанням ферментних препаратів, можна шляхом зниження їх витрати. Дослідження проводилися у відповідності з Державною програмою “Етанол”, яка виконується за дорученням Президента України № 1-14/385 від 05.05.1999р., за дорученням премєр-міністра України № 9677/2 від 07.05.1999 р., тематикою науково-дослідних робіт проблемної науково-дослідної лабораторії Національного університету харчових технологій (НУХТ) “Розробка наукових основ енерго-та ресурсозберігаючої технології і обладнання для виробництва спирту з некондиційної вуглеводовмісної сировини та відходів сільського господарства і харчової промисловості”, що виконувалася згідно з наказом Міністерства освіти України № 37 від 19 березня 1998 р. Мета досліджень полягала в інтенсифікації технологічних процесів одержання спирту на основі розробки способів активації гідролітичних ферментів та збереження їх стабільності.Обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета та завдання досліджень, визначено наукову новизну та практичну цінність роботи. Показано, що одним з ефективних способів інтенсифікації технології виробництва спирту з крохмалевмісної сировини є використання ферментних препаратів вітчизняного та закордонного виробництва. З цієї точки зору доцільним є підвищення питомої активності та стабільності ферментних препаратів, які використо вуються у виробництві, що сприятиме більш економічному їх використанню. Отже, необхідно дослідити вплив чинників різної природи (температури, ультразвуку та іонів металів) на зміну активності ферментів ферментних препаратів, а також проаналізувати вплив технологічних параметрів виробництва на активність та стабільність ферментних препаратів. Другий розділ “Обєкти та методи досліджень і аналізів” містить характеристику обєктів та методів досліджень, опис лабораторних і виробни чих установок, опис методів аналізів та умов проведення досліджень.Підвищення активності концентрованого ФП Сан Супер 240L проходить за коротший проміжок часу (20-40 хв) (рис.1,2) порівняно з ФП Амілоглюкаваморін Гх-466 (60-75 хв) при температурі 30ОС. Підвищення активності ферментів протягом певного часу при постійній температурі пояснюють існуванням декількох перехідних конформацій ферменту, які характеризуються різною активністю та звільненням активного центру молекули ферменту в умовах теплової обробки від різних біополімерів (крохмалю, целюлози, білків тощо). Проведені дослідження впливу ультразвуку (УЗ) на активність вище перелічених концентрованих ФП (КФП) показали, що ефективність дії кавітації на активність КФП залежить від інтенсивності УЗ (І, Вт/см3), тривалості обробки (t, хв), концентрації оброблюваного розчину ФП (С, М). При вивченні впливу концентрації розчину ФП на ефект УЗ активації при інтенсивності 0,9 Вт/см3, встановлено, що при більшому розбавленні препарат активується швидше (рис.5). При аналізі результатів досліджень термостабільності розчину ФП Сан Супер 240L встановлено, що при температурі 57ОС, яка є оптимальною при виробничому проведенні процесу оцукрювання, та із збільшенням тривалості витримки активність ферментів препарату знижується (рис.1, 2).Запропоновано ефективні способи інтенсифікації процесу виробництва спирту шляхом активації гідролітичних ферментів ферментних препаратів у присутності іонів металів та під дією кавітації, що дозволить підвищити вихід спирту на ~0,4-1% або знизити витрату оцукрюючого матеріалу на ~15-20% без погіршення технологічних показників дозрілої бражки. Методом математичного планування експерименту оптимізовано параметри активації гідролітичних ферментів концентрованих ферментних препаратів у присутності іонів металів це: температура - 30ОС, тривалість обробки - 20 хв, концентрація іонів Са2 і Zn2 - 1*10-3 і 1*10-4 М, відповідно. Встановлено підвищення активності протеолітичних ферментів ФП Сан Супер 240L, що дозволяє збільшити вміст амінного азоту в суслі на 11-14%. Встановлено зниження активності ферментів водного розчину ФП Термаміл 120L при 90ОС та Сан Супер 240L в умовах оцукрювання при температурі 57ОС та доведено доцільність внесення останнього у технологічному процесі безпосередньо у бродильний апарат.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Згідно з отриманими результатами роботи можна зробити такі висновки: 1. Запропоновано ефективні способи інтенсифікації процесу виробництва спирту шляхом активації гідролітичних ферментів ферментних препаратів у присутності іонів металів та під дією кавітації, що дозволить підвищити вихід спирту на ~0,4-1% або знизити витрату оцукрюючого матеріалу на ~15-20% без погіршення технологічних показників дозрілої бражки.

2. Науково та експериментально обґрунтовано підвищення активності ферментів препаратів Термаміл 120L, Сан Супер 240L і Амілоглюкаваморін Гх-466 під дією фізичних та фізико-хімічних чинників. Розроблено способи активації, що дозволяють підвищити активність ферментного препарату на 16-30%.

3. Методом математичного планування експерименту оптимізовано параметри активації гідролітичних ферментів концентрованих ферментних препаратів у присутності іонів металів це: температура - 30ОС, тривалість обробки - 20 хв, концентрація іонів Са2 і Zn2 - 1*10-3 і 1*10-4 М, відповідно. Доведено, що математична модель адекватно описує залежність активностей від вказаних факторів.

4. Встановлено підвищення активності протеолітичних ферментів ФП Сан Супер 240L, що дозволяє збільшити вміст амінного азоту в суслі на 11-14%.

5. Порівняно закономірності бродіння сусла з крохмалевмісної сировини, одержаного з використанням активованих і неактивованих ФП, склад дозрілої бражки та встановлено оптимальну витрату активованих ферментних препаратів.

6. Встановлено зниження активності ферментів водного розчину ФП Термаміл 120L при 90ОС та Сан Супер 240L в умовах оцукрювання при температурі 57ОС та доведено доцільність внесення останнього у технологічному процесі безпосередньо у бродильний апарат.

7. Механоактивація ферментів ФП Сан Супер 240L у виробничих умовах, досліджена на Вузлівському спиртовому заводі, підтвердила підвищення їх активності на 16-17%.

8. Виробничі випробування на Сторонибабському спиртовому заводі підтвердили ефективність запропонованого способу активації ферментів ФП Сан Супер 240L у присутності іонів металів. Економічна ефективність впровадження у виробництво розробленої технології активації становить 354200 грн. на рік для спиртового заводу потужністю 3000 дал на добу.

Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Мельник С.Р., Мокрий Є.М. Дослідження термостабільності ферментного препарату Амілоглюкаваморін Гх-466 // Вісник Держ. ун-ту “Львівська політехніка”. Сер: Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2000.- №414.- С.152-154.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Підвищення активності ферментних препаратів спиртового виробництва/ Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Колінська Д,Й., Мельник С.Р., Мокрий Є.М. // Вісник Національного ун-ту “Львівська політехніка”. Сер: Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2001.-№426. - С. 131-133.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Вплив активації ферментного препарату на процес спиртового бродіння / Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Труш С.М., Мельник С.Р., Піх З.Г. // Вісник Національного ун-ту “Львівська політехніка”. Сер: Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2002.- №461.- С.198-200.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Мельник С.Р., Маринченко В.О. Особливості оцукрювання крохмалевмісної сировини з використанням концентрованих ферментних препаратів / Харчова і переробна промисловість. -2003. - №1. - С.18-19.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Мельник С.Р., Маринченко В.О. Підвищення активності ферментних препаратів // Зб-к тез доповідей 67 наук. конференції молодих вчених, аспірантів, студентів. - К.: УДУХТ. - 2001.-С.26.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Мельник С.Р., Маринченко В.О. Фізико - хімічна активація ферментних препаратів спиртового виробництва // Пріоритетні напрямки впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання і нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення: Наукові праці УДУХТ №10 (спецвипуск за матеріалами VII Міжнародної науково-технічної конференції).-К.: УДУХТ.- 2001. -Ч.І. - С.131.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Маринченко В.О. Закономірності зброджування крохмалевмісної сировини у присутності активованого ферментного препарату // Зб-к тез доповідей Міжнародної наукової конференції молодих вчених, аспіратів і студентів “Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості”. - Ч.ІІ. - К.: НУХТ. - 2002. - С.129.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Крім того: 1. Спосіб активації амілолітичних ферментів: Заявка на винахід №2002076239. Дата подання заявки 26.07.2002. МПК 7 С12N9/34 / Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Мельник С.Р., Піх З.Г., Маринченко В.О. / Висновок про видачу деклараційного патенту на винахід за результатами експертизи на локальну новизну.

2. Спосіб одержання етилового спирту: Заявка на винахід №2002129583. Дата подання заявки 02.12.2002. МПК 7 С12N7/06 / Росолова Р.О. (Бліщ Р.О.), Лудин А.М., Мельник С.Р., Піх З.Г., Маринченко В.О., Серкез І.Р. / Висновок про видачу деклараційного патенту на винахід за результатами експертизи на локальну новизну.