WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |

Этапы работыапробированы в условиях: ОАО «Ключанскийспиртзавод», Мичуринского, Бежецкого и«Ариана-С» спиртовых заводов.

По результатамопытно-промышленных проверокразработанных технологий рассчитанаусловно-годовая экономия, составляющая длязавода производительностью 3000 дал/сут, в зависимости оттехнического решения 3,61–19,87 млн. руб.

В диссертации обобщенырезультаты исследований, выполненных впериод с 1985 по 2007 годы лично автором или приего непосредственном участии в качестверуководителя диссертационных работ, атакже исполнителя НИР.

Апробация работы.Основные положения ирезультаты работы доложены на II Международномсеминаре «Экология человека: проблемы исостояние лечебно-профилактическогопитания», Пятигорск, 1993; Международной научно-техническойконференции, посвященной65-летию МГАПП, М., 1996; Международной научно-техническойконференции «Приоритетные технологии впищевой промышленности»,М., 1998; IIIМеждународной научно-техническойконференции«Пища.Экология.Человек»,М., 1999;Международнойнаучно-практической конференции«Индустрия продуктов здоровогопитания – третье тысячелетие»,М.,1999; Международной научной конференции«Прогрессивные пищевые технологии – третьемутысячелетию»,Краснодар,2000;III Международнойнаучно-практической конференции,посвященной 70-летию ВНИИПБТ, М., 2001;Юбилейной международнойнаучно-практической конференции «ПищевыепродуктыXXIвека», М.,2001; Всероссийскойнаучно-практическойконференции-выставке «Качество и безопасностьпродовольственного сырья и продуктовпитания», М., 2002;IVМеждународной научно-практическойконференции «Прогрессивные технологии и современноеоборудование–важнейшие составляющие успеха экономическогоразвитияпредприятий спиртовойпромышленности», М., 2003;Всероссийскойнаучно-практической конференции«Перспективы развития пищевой промышленностиРоссии», Оренбург, 2005; III Юбилейнойвыставке-конференции «Высокоэффективные пищевыетехнологии, методы и средства для ихреализации», М., 2005;Международной научно-практическойконференции «Рациональное использованиебиоресурсов в АПК», Владикавказ, 2006; VI Международнойнаучно-практической конференции«Перспективные направления научно-техническогоразвития спиртовой и ликероводочнойотрасли пищевой промышленности», М., 2007; V Юбилейнойшколе-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы исредства для их реализации»,М., 2007.

Публикации. Основные результаты работыизложены в 67 публикациях,включая 6отдельных изданий, 13 Авторскихсвидетельств и Патентов РФ, 48 статей.

Структура и объемдиссертации. Диссертационнаяработа состоит из введения, обзоралитературы, экспериментальной части,выводов, списка литературы из 425наименований и 18 приложений. Основноесодержание работы изложено на 278 страницахмашинного текста, содержит 35 рисунков и 68таблиц.

1. Обзор литературы

В обзоре литературыприведены данные о научно-практическихаспектах переработки крахмало- иинулинсодержащего сырья в спиртовомпроизводстве. Освещены вопросы исходныхсвойств зерна и способов ихцеленаправленного изменения. Рассмотренытехнологии переработки сырья по одно- имногопродуктовым схемам. Представленыматериалы о современных подходах коптимизации процесса сбраживания сусла. Раскрытыфакторы, определяющие перспективностьиспользования топинамбура в технологииэтанола и проблемы егопереработки.

2. Экспериментальнаячасть

2.1. Материалы, методыисследования и используемое оборудование

Объектами исследованийв работе являлось зерно урожаев 1998-2006 гг.,поступившеена спиртовые заводы РФ, а также клубнитопинамбура сорта Скороспелка урожаев1998-2000 гг. и 2003-2005 гг., выращенные вМосковской области.

Вкачествеосахаривающихматериалов применяли отечественныеи зарубежныеферментные препараты: Амилосубтилин Г3х,Амилолихитерм Г20х, БАН 240Л, Термамил 120Л,Ликвамил 1200,Спирицим БА-Т, Бирзим амил СТ, Бирзим амилХТ, Альфа–амилаза CORMEY AAL,Конверзим АМГ-300, САН Экстра Л.

На отдельных стадияхпереработки сырья использовали:Целловиридин Г3х, КсилоглюканофоетидинП10х, Kl mix (МГУ), Bl mix (МГУ), Пектофоетидин П3х,Бирзим Пента, Бирзим BG, Бирзим BG Супер,Спирицим BG, Целлюкласт 1,5Л, Шеарзим 500Л,Новозим 188Л, Нейтраза 0,5Л, Алкалаза 2,4ЛФГ.

Анализ физических,биохимических и микробиологическихпоказателей состава исходного сырья, прошедшегостадии обработки, полупродуктов и готовойпродукции проводили по методам анализарастительного сырья и принятым вспиртовой, комбикормовой промышленностях. Аминокислотный состав определяли на анализаторе марки Хитачи, аминокислотный скор белков рассчитывали сравнением с эталоннымбелком ФАО/ВОЗ. Фракционный состав белковисследовали по методике, в соответствии склассификацией по Осборну.Изоэлектрическую точку белков определяливесовымметодом и изоэлектрическимфокусированием.

При характеристикебелковых продуктов определялиаминокислотный состав белков ифункциональные свойства: водосвязывающая (ВСС),жиросвязывающая (ЖСС), жироэмульсионная (ЖЭС),пенообразующая (ПОС) способности,стабильность эмульсии (СЭ), стойкость пены(СП), по методам Колпаковой В.В.

Количество пектиновых веществв топинамбуре устанавливали кальций-пектатным методом, образцы пектинаанализировали титрометрическимиметодами.

Определениереологических характеристик включалоисследование: гранулометрического состава помола ирасчет модуля крупности; прочностных свойств зерна наприборе «Структурометр СТ-1»,приставки-твердомера к фаринографу, оценкисостояния углеводно-амилазного комплексана приборе «Амилотест АТ-97».

Активности ферментныхпрепаратов определяли по методикам МГУ иВНИИПБТ. Инулиназную активностьклубней–методом, предложенным немецкимиучеными, пектинэстеразную–химическимацидометрическим.

В работе использовалилабораторное и промышленное оборудование:молотковую дробилку QС-114 ЛАБ-МИЛЛ-1,вальцовый станок (лабораторная мельничнаяустановка фирмы «Nagema»),шелушильно-шлифовальную машину маркиА1-ЗШН-3, установку для термообработки зернамарки УТЗ-4.

2.2. Результатыисследований и их обсуждение

2.2.1. Обоснование выбораосновных направлений исследований

Настоящая работа проводилась в рамкахприоритетныхнаправлений, принятыхКонцепцией развитияспиртовой отрасли на период до 2010 г.и быласвязана сразработкойпяти технологий(рис. 1),в основувыбора которыхположены данныенаучно-технической,патентной информации, затраты в себестоимостиспирта рядастатей исобственныерезультаты автора.

При реализации первыхтрех технологий применен принципиальноновый подход к оценке технологическихсвойств и способам переработки зерна.

Классически всесоставляющие сырья проходят стадии,предусмотренные процессом производстваэтанола. Однако, как будет показано далее,определенная часть веществ зерна можетбыть отнесена к балластным соединениям,либо к негативно влияющим на процесс:снижающим выход спирта, ухудшающим егокачество и ограничивающим возможностьприменения вторичных продуктов.

Установлено, что приразработке рациональных способовиспользования зерна необходимо учитыватьраспределение химического состава сырьяпо анатомическим частям (рис. 2), а такжевлияние отдельных компонентов сырья наэффективность операций при полученииэтанола и выработке кормопродуктов.

I.Уровень

(приоритетное научное направление)

II.Уровень

(приоритетная научнаяпроблема)

III.Уровень

(приоритетный научный проект)

Рис. 1. Приоритетныенаправления, проблемы и проекты в рамкахразработанной Концепции развитияспиртовой и ликероводочной отрасли

Концентрация отдельных соединенийв анатомических частях

Рис. 2. Характеристикаосновных анатомических частей зерна

Основной ценныйкомпонент зерна – крахмал,который содержится, как видно из рисунка 2,в эндосперме, то есть во внутренней частизерновки. В поверхностных слояхконцентрируются другие химическиесоставляющие сырья:

– клетчатка – сосредоточена в оболочках,во-первых, повышает прочностные свойствазерна, что препятствует получениюкачественных помолов при фиксированныхэнергозатратах; во-вторых, требует дляподготовки к ферментациивысокотемпературной обработки, а поэтому вперспективных низкотемпературных схемах,практически не используется, то естьявляется балластным соединением;

– гемицеллюлозы– комплекссоединений,сосредоточенных в оболочках и алейроновом слое,свойства которых определяютсясоставоми зависятот видазерна. Отдельные группыгемицеллюлоз,во-первых, повышают прочностныесвойства зерна, таккак вних преобладают пластическиедеформации; во-вторых, высоковязкие гемицеллюлозысоздаютпроблемы припереработке;в-третьих, определенныегруппы обладают экранирующимсвойством, что отражается на доступности крахмала сырья к ферментативномувоздействию. Поэтому гемицеллюлозыследует отнести к соединениям, негативновлияющимна процессполучения этанола;

– белки – комплекс соединений,сосредоточенных в алейроновомслое иэндосперме.Отдельные группы белков в зависимостиот растворимости используютсяв технологииэтанола вкачестве азотного питания для дрожжей, либо переходятв отходпроизводства.Кроме того,определенная часть белков, как игемицеллюлозы,обладаетэкранирующимсвойством. Поэтомувыделение части белков из процессаполучения этанола и ихцелевоеиспользование для выработки дополнительных продуктов способствует повышению рентабельностиспиртовых заводов;

– сахара – группа соединений,сосредоточенных в зародыше, взависимости от состава (гексозы или пентозы) повышающих выход этанола, так как в низкотемпературных схемах менее подвержены разрушению,чем всхемах сразвариванием;

– липиды – группа соединений,сосредоточенных в зародыше, при жесткихрежимах переработки дающих акролеин,ухудшающий качество этанола. Поэтому липиды следует отнести к соединениям,негативно влияющим на процесс.

Исходя извышеперечисленного, предложены варианты II;IV и V, позволяющие обосновать основныерациональные способы использованиякрахмалосодержащего сырья в технологииэтанола (рис. 3).

Переработка исходногозерна по классической однопродуктовойсхеме (Вариант I) имеет ряд недостатков:пониженный выход этанола из-занедостаточной подготовленности крахмаласырья к ферментативному воздействию,проблемы на стадии сбраживания сусла,связанные с микробиологией зерна; высокиеэнергозатраты на стадии дробления, из-запрочностных свойств зерна, и на стадииректификации бражки с повышеннымсодержанием примесей. Решениеперечисленных проблем предлагается путемвнедрения стадии ИК-обработки сырья(Вариант II).

Переработка исходногозерна по многопродуктовой схеме свыработкой кормопродукта (Вариант III) имеетследующие недостатки: пониженный выходэтанола за счет, как будет показано далее,потерь крахмала с Фракцией I (периферийныхчастей зерна) при ее выделении; ограниченияпо использованию данной фракции дляпроизводства кормопродуктов. Решениеперечисленных проблем предлагается путемиспользования Фракции I в качестве сырьядля получения пищевого белкового продуктас возвратом в основной процесс вторичныхпродуктов от его производства (Вариант IV),либо специального биотехнологическогоспособа предобработки зерна (Вариант V),позволяющего целенаправленно изменитьреологические свойства сырья и улучшатьсостав и Фракции I (снижать в ней содержаниевысокомолекулярных некрахмальныхполисахаридов), и Фракции II (эндосперма),путем повышения ферментативнойатакуемости крахмала.

Основным обоснованиемвыбора технологий по получениюэтанола изинулинсодержащегосырья (топинамбура) в первую очередьявилось то,что данныйвид относится к самому дешевому, что весьма существенно,исходя иззатрат насырье (65-70%)в себестоимости спирта. При этомучитывалось, что, несмотря на полноценныйсостав (высокое содержаниесбраживаемыхуглеводов, азотистых, зольныхвеществ, витаминов), топинамбур мог быть рассмотрентолько ввиде дополнительногосырья. Крометого, из-заповышенногосодержанияпектиновых веществ в нем традиционныесхемы переработки приведут к получениюбражки сосверхнормативнымсодержанием метанола. Всевышеперечисленноеобосновало выбор решений при разработке новыхтехнологийэтанола изтопинамбура.

Недифференцированный способпереработкиДифференцированный способпереработки

(однопродуктоваясхема)(многопродуктоваясхема)

Производство

белка

ПроизводствоПроизводство ПроизводствоПроизводствоПроизводство

этанолаэтанолаэтанолаэтанола этанола

ПроизводствоПроизводство

кормопродуктакормопродукта

Вариант I Вариант IIВариантIIIВариантIVВариант V

Рис. 3. Вариантыпереработки крахмалосодержащего сырья вэтанол

2.2.2. Современные подходыв оценке технологических свойств сырья

Внастоящее время при оценке технологическихсвойств сырья, в первую очередьосновного (зерна), используютограниченный круг показателей,что непозволяет выявить резервы,скрытые вструктуре исоставе зерновых культур, и предложитьрациональные пути повышенияэффективности их переработкив этанол.

Такв отраслиочень узко,только спозиции вязкости сред,применяют реологические характеристики.Однако, как отмечено в работах Мачихина Ю.А., Мачихина С.А., Черныха В.Я., Максимова А.С. идр., реологическоеповедение материалов–достаточно емкое понятие. К примеру, с ихиспользованием можно оценитьструктурно-механическиесвойства, ответственныеза процессизмельчениязерна.

Сравнительнаяхарактеристика методов оценки прочностныхсвойств зерна

В настоящей работе вкачестве оценки прочностных свойств зернабыли выбраны: классический для спиртовойотрасли метод, метод определениягранулометрического состава помолов, атакже методыисследования прочностных свойств зерна наприборе «Структурометр СТ-1» и определениядоступности зерна к дроблению сиспользованием приставки-твердомера кфаринографу.

Показано, чтоклассический метод оценки помолов (проходпомола через сито с d=1,0 мм) не позволяетобъективно оценить прочностные свойствазерна.

Самыми точными являютсяметоды исследования гранулометрическогосостава помолов и определения доступностизерна к дроблению. Математическаяобработка экспериментальных кривыхдробления (рис. 4) дает показатель «Условнаяработа дробления (Адр)».

Выявлено, что Адр.характеризуется относительной ошибкой науровне 2–3% ипозволяет достоверно выявить влияниевлажности сырья на его прочностныесвойства.

Оценка состоянияуглеводно-амилазного комплекса зерна поамилограммам

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»