Способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты

Способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты.

Известен способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве спирта, предусматривающий смешивание его с водой, нагревание до температуры клейстеризации и растворения крахмала, обработку полученной массы ультразвуком при температуре 90-100°С в течение 40-60 мин, осахаривание и сбраживание [1]. Недостатками данного способа являются недостаточно высокие показатели качества сусла, так как текучесть массы при 90-100°С увеличивается только в 3 раза; большие энергозатраты за счет применения высоких температурных режимов обработки сырья в течение 60 мин при 90-100°С; обработка ультразвуком сырья при 90-100°С позволяет сократить время разжижения крахмала только до 40 мин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве спирта, предусматривающий измельчение сырья, ферментативный гидролиз, обработку сырья ультразвуком с частотой 22 кГц [2].

Недостатком данного способа является то, что повышение температуры водной суспензии измельченной пшеницы до 68°С до внесения ферментного препарата Амилосубтилина вызывает клейстеризацию пшеничного крахмала (температура клейстеризации пшеничного крахмала: 58-64°С), что затрудняет ферментативный гидролиз и снижает показатели качества гидролизатов.

Техническим результатом данного изобретения является улучшение качества гидролизатов крахмалсодержащего сырья и интенсификация их получения в качестве сырья для биосинтеза лимонной кислоты за счет повышения эффективности извлечения из растительного сырья полисахаридов.

Технический результат достигается тем, что в способе подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты, включающем измельчение сырья, ферментативный гидролиз, обработку сырья ультразвуком, измельчение сырья осуществляют до фракции 700±40 мкм, обработку ультразвуком проводят после измельчения сырья с частотой 18-24 кГц и интенсивностью 50-100 Вт/см² в течение 0,5-2 минут при температуре 20-25°С, далее смешивают с водой в соотношении измельченное сырье-вода 1:3 и выдерживают полученную массу в течение 12 часов при температуре 20-25°С, затем проводят ферментативный гидролиз с использованием препаратов целлюлазы в количестве 2 ед. КМЦС/г условного крахмала, протеиназы - 1 ед. ПС/г условного крахмала и амилосубтилина - 0,5 ед. АС/г условного крахмала и последующую ферментацию полученного гидролизата в лимонную кислоту.

Измельчение сырья до размеров частиц 700±40 мкм позволяет уменьшить длительность ультразвуковой обработки до 0,5-2 минут и повысить доступность растительных полимеров для действия ферментного препарата. Частота 18-24 кГц и интенсивность ультразвука 50-100 Вт/см² обеспечивают повышение эффективности извлечения из растительного сырья полисахаридов, необходимых для роста и развития продуцента лимонной кислоты гриба Aspergillus niger. Соотношение измельченного сырья и воды 1:3 и выдерживание полученной массы в течение 12 часов при температуре 20-25°С способствует максимальной экстракции из обработанного ультразвуком измельченного сырья сухих веществ, в том числе и полисахаридов, являющихся субстратами для последующего ферментативного гидролиза. Ферментативный гидролиз препаратами целлюлазы в количестве 2 ед. КМЦС/г условного крахмала, протеиназы - 1 ед. ПС/ г условного крахмала и амилосубтилина - 0,5 ед. АС/г условного крахмала обеспечивает достижение массовой доли ферментируемых углеводов до уровня, обеспечивающего ферментацию полученного гидролизата в лимонную кислоту с наиболее высокими показателями.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве крахмалсодержащего сырья используют зерно ржи, ячменя, овса.

Пример 1. Зерно ржи измельчают до размера частиц 660 мкм, обрабатывают ультразвуком с частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см² в течение 2 минут при температуре 20°С. Затем готовят суспензию в соотношении измельченная рожь-вода 1:3 и выдерживают полученную массу в течение 12 часов при температуре 20°С. Далее проводят ферментативный гидролиз с внесением ферментного препарата целлюлазы и протеиназы из расчета соответственно 2 ед. КМЦС/г условного крахмала и 1 ед. ПС/г условного крахмала при температуре 45°С в течение 1 часа и амилосубтилина из расчета 0,5 ед. АС/г условного крахмала при температуре 80°С в течение 1 часа. Гидролизаты анализируют на содержание сухих веществ, редуцирующих углеводов, белка и используют для ферментации в лимонную кислоту.

Пример 2. Способ осуществляют, как указано в примере 1, за исключением того, что зерно ржи измельчают до размера частиц 700 мкм, обрабатывают ультразвуком с частотой 18 кГц и интенсивностью 75 Вт/см² в течение 1,5 минут при температуре 22°С.

Пример 3. Способ осуществляют, как указано в примере 1, за исключением того, что зерно ржи измельчают до размера частиц 740 мкм, обрабатывают ультразвуком с частотой 24 кГц и интенсивностью 100 Вт/см² в течение 0,5 минут при температуре 25°С.

Пример 4. Способ осуществляют, как указано в примере 1, за исключением стадии ультразвуковой обработки сырья.

Показатели качества гидролизатов представлены в таблице 1. Показатели их ферментации в лимонную кислоту представлены в таблице 2.

Использование предлагаемого способа обеспечивает улучшение качества гидролизатов, а именно увеличение содержания сухих веществ в 1,2-1,5 раза и сахаров (глюкоза и мальтоза), непосредственно ферментируемых в лимонную кислоту на 57,5-62,6%; снижение на 6,9-15,7% содержания декстринов, для ферментации которых продуценту необходимо синтезировать амилолитические ферменты, что может привести к изменению направленности биотехнологического процесса и снижению показателей процесса, а именно массовой доли лимонной кислоты, конверсии сахаров в лимонную кислоту, интенсивности биосинтеза лимонной кислоты, воздушно-сухой биомассы (ВСБ); снижение расхода сырья и длительности его подготовки к стадии ферментации в лимонную кислоту.

Таблица 1
Показатели качества гидролизатов из зерна ржи
№ примера	Массовая доля, %
сухие вещества	ферментируемые углеводы
глюкоза	мальтоза	декстрины
1	19,0	1,1	6,9	8,6
2	19,7	1,3	7,2	9,2
3	22,6	1,5	7,6	9,5
4	15,2	0,8	2,6	10,2

Таблица 2
Показатели процесса ферментации гидролизатов зерна ржи
№ примера	Массовая доля лимонной кислоты, %	Конверсия сахаров в лимонную кислоту, %	Интенсивность биосинтеза лимонной кислоты, г/(дм3·сут)	ВСБ, г/дм3
1	91,1	80,6	16,4	14,2
2	92,8	80,9	16,4	14,1
3	93,6	81,3	16,5	14,0
4	87,8	64,8	15,6	16,3

Источники информации

1. Бирагова Н.Ф. Перспективные способы обработки зерна при производстве спирта // Ж. Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2003. - №1. - 17 с.

2. Патент RU №2252257, кл. С12Р 7/06, заявл. 23.06.2004, опубл. 20.05.2005.

Способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты, включающий измельчение сырья, ферментативный гидролиз, обработку сырья ультразвуком, отличающийся тем, что измельчение сырья осуществляют до фракции 700±40 мкм, обработку ультразвуком проводят после измельчения сырья с частотой 18-24 кГц и интенсивностью 50-100 Вт/см² в течение 0,5-2 мин при температуре 20-25°С, затем готовят суспензию в соотношении измельченное сырье:вода 1:3 с последующим выдерживанием полученной массы в течение 12 ч при температуре 20-25°С и далее проводят ферментативный гидролиз с использованием препаратов целлюлазы в количестве 2 ед. КМЦС/г условного крахмала, протеиназы - 1 ед. ПС/г условного крахмала и амилосубтилина - 0,5 ед. АС/г условного крахмала и последующую ферментацию полученного гидролизата в лимонную кислоту.