Исследование влияния степени дисперсности помола пшеничного зерна на накопление сахаров в сусле

УДК 604.2:661.722:663.531

Захаркин Д.О., Атыкян Н.А., Ревин В.В.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва”, г. Саранск, Россия
dio.zaharkin@yandex.ru

Резюме.
Проанализирована динамика накопления водорастворимых углеводов в сусле в зависимости от степени помола зерна при водно-ферментативной обработке зернового замеса в мягких условиях.

Ключевые слова:
дисперсные частицы, помол, крахмал, сусло, моносахариды

Введение
Рост спроса на спиртосодержащую продукцию пищевого и технического назначения, а также экономические условия жесткой конкуренции среди производителей вынуждают отказаться от классических энерго- и ресурсозатраных технологий. Ряд авторов [1,2] отмечают, что наибольший интерес в настоящее время представляет технология производства этилового спирта при мягких условиях водно-ферментативной обработки, в частности — из ультрадиспергированного сырья.
Разрабатываемая нами технология направлена на сбраживание сусла из ультраизмельченного пшеничного зерна, не подвергавшегося процессу разваривания. Для диспергирования зерна применялась планетарная шаровая мельница Retsch PM100 (Германия), которая позволяет при одностадийном помоле в течение 30 мин получить измельченную фракцию с размером частиц менее 1 мкм.

Материалы и методы исследования
Анализируемым объектом в нашем исследовании выступает зерновой замес с гидромодулем 1:3. Использовалось зерно пшеницы со средним содержанием влаги 11,3±0,3% и 57,5±0,5% условного крахмала. Водно-ферментативная обработка проводилась при температуре 60°С комплексом мультиэнзимных препаратов Мезомэй-2500 (Beijin Shifa Multi-Business Agency, КНР), Глюкомэй-8000 (Beijin Shifa Multi-Business Agency, КНР) и Ламинекс БГ2 (Genencor International Oy, Финляндия). Углеводный состав гидролизатов изучался методом ВЭЖХ на LC20 Prominence (Shimadzu, Япония) с использованием колонок SupelcoGel PB.

Результаты и обсуждение
Согласно проводимым ранее исследованиям [3, 4], наибольший выход продуктов разрушения крахмала наблюдается при уменьшении размеров осахариваемого материала. В проведенном исследовании, мы проводили измельчение образцов зерна до ультрадисперсных размеров за промежутки от 10 до 30 мин обработки. Помол свыше 30 мин неэффективен по причине агрегации частиц и потери части питательных веществ в ходе реакции Майара.
Зависимость между концентрацией водорастворимых сахаров и степенью помола наблюдается уже на этапе получасовой выдержки водно-зернового замеса в термостатируемых условиях. Как видно из данных, представленных в таблице, при увеличении продолжительности помола происходит не только незначительное увеличение экстракции некрахмалистых сахаров (сахароза, арабиноза, галактоза), но и увеличение концентрации глюкозы, мальтозы и более крупных углеводов, легкоутилизируемых дрожжами S.cerevisiae.
По мере обработки мультиэнзимными комплексами в первую очередь происходит разрушение растворимых декстринов и короткоцепочечных крахмалистых сахаров до мальтозы и глюкозы. При совместном внесении комплекса ферментов скорость процесса накопления глюкозы в спиртовом сусле в первую очередь зависит от концентрации высвобожденной мальтозы. В течение первых 10 мин в пробах концентрация детектируемой мальтотриозы и мальтотетрозы снижается до значений, менее 1 мг/мл и стабилизируется на этот уровне. Концентрация некрахмалистых сахаров стабилизируется по мере продолжения процесса осахаривания, быстрее выходя на максимальное значение по мере уменьшения размера частиц. Пиковая концентрация мальтозы (38,17 мг/мл для 30ти минутного помола выявлена на 20 мин обработки. После 20 мин обработки скорость накопления глюкозы во всех 3х пробах падает по мере распада высвобожденной мальтозы. К 30 мин процесса осахаривания максимальная концентрация глюкозы выявлена в пробе с 30 мин помолом и составляет 64,72 мг/мл при остаточной концентрации мальтозы 19,75 мг/мл.

Заключение
Таким образом, при проведении исследования выявлено, что увеличение степени помола зернового сырья позволяет проводить гидролиз крахмала в более мягких условиях. При этом в процессе водно-ферментативной обработки в достаточных количествах накапливаются низкомолекулярные сахара – основа для последующего сбраживания. Кроме того, такой подход позволяет ускорить и удешевить процесс приготовления сусла за счет сокращения времени и затрат энергии на предварительную обработку сырья, а также снизить образование ингибиторов.

Таблица 1.
Влияние степени измельчения пшеничного зерна на накопление водорастворимых углеводов в водно-зерновом замесе при 60°С при 30 мин. экстракции

ЛИТЕРАТУРА
1. Яровенко В.Л. Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов. – М.: Колос-Пресс, 2002. – 465 с.
2. Roehr M. The biotechnology of ethanol: classical and future applications. – Berlin: Wiley-VCH, 2001. – 232 p.
3. Патент РФ 2407798, МПК С12Р7/06. Способ получения спирта / Ревин В.В., Атыкян Н.А. (Россия). Опубл. 27.12.2010, Бюл. №36, 3 с.
4. Барнашова Г.С., Ревин В.В., Карпова Т.В. Углеводный состав зерна пшеницы в зависимости от помола при производстве спирта //Биотехнология начала III тысячелетия: Сборник тезисов Международной научной конференции, 2010. – С. 46-47.