Интенсификация процесса производства этилового спирта на основе целенаправленного использования протеолитического ферментного препарата

• Автор: Бушин, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 05.18.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Характеристика зерна основного сырья

для производства спирта

1.2 Влияние способов деструкции на качественный состав

зернового сусла и выход спирта

1.2.1 Механохимическая деструкция зерна.

1.2.2 Термическая деструкция

1.2.3 Ферментативная деструкция.

1.3 Вязкостные характеристики зерновых замесов

при воднотепловой подготовке.

1.4 Превращение веществ и изменение свойств сырья
при разваривании
1.5 Протеолитические ферменты. Характеристика отдельных
типов протеаз.
1.5.4 Факторы, влияющие на процесс протеолитического действия.
1.6 Применение протеолитических ферментов
в спиртовой промышленности
1.7 Роль аминокислот в процессе брожения
1.8 Влияние протеолитических ферментов на выход спирта
и образование побочных продуктов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
Глава 2. Материалы и методы исследований
2.1 Объекты исследований
2.2 Определение глюкоамилазной активности.
2.3 Определение амилолитической активности
2.4 Определение протеолитической активности.
2.5 Определение растворимых сбраживаемых углеводов
в полупродуктах из крахмального сырья.
2.6 Определение суммарного содержания сбраживаемых углеводов и нерастворенного крахмала
2.7 Определение массовой доли белка.
2.8 Определение белка по биуретовой реакции.
2.9 Определение активной кислотности
2. Определение редуцирующих веществ
методом ШомодьиНельсона
2. Определение содержания аминного азота
с нингидриновым реактивом.
2. Определение аминокислотного состава
2. Определение углеводов методом тонкослойной
хроматографии
2. Определение вязкости на лабораторной установке.
2. Методика хроматографического анализа на содержание этилового
спирта и примесей в зрелой бражке.
Глава 3. Выбор ферментных препаратов протеаз эффективно воздействующих па белковый комплекс зерна.
3.1 Выбор протеолитического ферментного препарата для эффективной деструкции белкового комплекса зернового замеса.
3.2 Очистка протеолитического ферментного препарата.
3.3 Определение молекулярной массы протеолитического
ферментного препарата.
3.4 Влияние и температуры на активность и стабильность
фермента.
3.5 Оптимизация условий гидролиза белкового комплекса пшеничного
Выводы
Глава 4. Применение протеолитического ферментного препарата на стадии воднотепловой обработки.
4.1 Изучение вязкостных характеристик зерновых замесов.
4.2 Реологические свойства замесов при затирании.
4.2.1 Изменение вязкости зерновых замесов в зависимости
от различного фракционного состава.
4.2.2 Изучение изменения клейстеризации крахмала зерна
в зависимости от температуры при различных гидромодулях
4.2.3 Разжижение замесов амилолитическими ферментами.
4.2.4 Изменение вязкости зерновых замесов при различной
скорости нагрева.
4.2.5 Изменение вязкости зерновых замесов при внесении протеолитических ферментов.
4.2.6 Изменение вязкости зернового замеса при совместном использовании а амилазы и протеазы.
4.2.7 Исследование изменения углеводного состава
зернового замеса в процессе воднотепловой обработки.
4.3 Определение удельных затрат на деструкцию крахмала
в процессе воднотепловой обработки
Выводы.
Глава 5. Исследование влияния протеолитического ферментного препарата га процесс осахариваиня и спиртового брожения.
5.1 Влияние протеолитического ферментного препарата на процесс осахаривания зернового сусла.
5.2 Влияние протеолитического ферментного препарата на
накопление растворимых сбраживаемых углеводов.
5.3 Влияние сбалансированного состава зернового сусла
на процесс биосинтеза дрожжевой биомассы
5.3.1 Влияние аминного азота на процесс биосинтеза
дрожжевой биомассы
5.3.2 Влияние ионов фосфора на процесс биосинтеза
дрожжевой биомассы.
5.3.3 Влияние неорганического азота на процесс биосинтеза
дрожжевой биомассы.
5.3.4 Влияние количествазасевных дрожжей на
процесс брожения.
5.4 Влияние продуктов протеолиза белкового комплекса на процесс брожения спиртового сусла
5.5 Влияние протеолитического ферментного препарата на выход и состав
этилового спирта.
Выводы.
Глава 6. Математическая модель деструкции зернового сырья под действием амилолитических и протеолитичсских ферментных препаратов.
6.1. Выбор путей синтеза модели
6.2. Вывод основных уравнений математической модели
6.3 Анализ численного эксперимента.
Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Это адекватно повышению реальной концентрации субстратов в реакционной среде и приводит к пропорциональному возрастанию скорости их превращений, в соответствии с законом действующих масс, которому подчиняются как химические, так и ферментативные реакции . Неоднородность смеси оказывала отрицательное влияние и на результаты разваривания. Перекачивание замеса из диспергированного зерна и воды практически затруднений не вызывает. Перерабатывая измельченное сырье, можно смягчить режим варки и тем самым снизить потери сбраживаемых веществ и увеличить выход спирта . Профессором Б. А. Устинниковым с сотрудниками установлена зависимость выхода спирта от среднего эквивалентного диаметра частиц сырья в режимах разваривания, оптимальных для каждой степени измельчения. Эта зависимость описывается уравнением. В настоящее время в спиртовой промышленности в основном применяются для механического измельчения зерна машины ударного действия молотковые дробилки и истирающего действия вальцовые станки. Степень измельчения с помощью этих машин характеризуется проходом через сито с диаметром отверстий 1 мм до зерна. Помол зерна, получаемый на молотковой дробилке, очень неоднороден частицы менее 0 мкм , от 0 до 0 мкм , от 0 до мкм , более мкм , в том числе количество деструктурированного крахмала составляет 9. В зависимости от принятой схемы воднотепловой обработки, такой замес разваривают при температурах 0 0С. Подвергаясь излишней тепловом обработке, они образуют значительное количество продуктов оксиметилфурфурольной и меланоидиновой реакции. Крупные частицы недовариваются, их крахмал не полностью переходит в растворимое состояние. Вследствие этого, имеют место значительные потери сбраживаемых веществ, достигающие . Двухступенчатый способ измельчения зерна сначала на молотковой дробилке, а затем на вальцевом станке или опять на молотковой дробилке с промежуточным рассевом позволяет получить более тонкий и равномерный помол. Это дает возможность смягчить условия разваривания и уменьшить потери сбраживаемых веществ. Однако использование этого способа усложняет технологическую схему, требует дополнительного оборудования и производственных площадей, увеличивает расход электроэнергии на измельчение зерна и транспортирование помола. Расход электроэнергии повышается до кВтчт зерна, а на молотковой дробилке составляет только 8 кВтчт. При сверхтонком измельчении сырья до размера частиц, меньшего, чем крахмальные гранулы, разрушается клеточная структура сырья и сами крахмальные гранулы. Происходит механохимическая деструкция сырья. При измельчении, затрагивающем целостность крахмальных зерен, можно проводить воднотепловую обработку при температурах ниже 0С и увеличить выход спирта на 2 3 дал из 1 т крахмала. В этом случае значительно снижается расход тепла, создаются безопасные условия работы, т. Теория механохимических процессов деструкции разработана еще недосгаточно. При измельчении зерна происходит механохимическая активация составных его частей за счт образования поверхностных и внутренних дефектов в структурных элементах, в том числе в крахмальных гранулах. Для тонкого диспергирования характерно создание большого количества дефектов, в результате чего нарушается кристаллическая решетка твердого тела. Увеличение в сотни раз плогцади поверхности частиц зерна при его механическом диспергировании способствует ускорению реакций, протекающих между веществами . Термическая деструкция. Разваривание главнейший технологический процесс спиртового производства от правильного проведения его в значительной мере зависит успешность последующих процессов и, в конечном итоге, выход спирта. При тепловой обработке происходят глубокие структурномеханические и физикохимические изменения сырья и химические превращения веществ, входящих в его состав . Необходимая подготовка крахмалсодержащего сырья к осахариванию при минимальных потерях нерастворенного крахмала и сбраживаемых углеводов достигается правильно выбранным соотношением температуры и продолжительности разваривания и равномерностью обработки массы. Iтемпература разваривания, С а и с коэффициенты, зависящие от состояния, вида и степени измельчения сырья даны в табл. Приведенное уравнение и значения коэффициентов а и с действительны для стационарных условий.