Биохимические превращения под действием ферментов на различных стадиях производства

Ферментные препараты, вносимые при подваривании крахма­листого сырья, прекращают свое действие на последующих стади­ях технологического процесса, так как при повышенной темпера­туре (136...170 °С) они инактивируются, однако вызванные ими биохимические превращения оказывают влияние на все последу­ющие процессы спиртового производства, способствуя главным образом углублению гидролитических процессов.

Действие ферментных препаратов, вносимых на стадии осаха­ривания, продолжается также при брожении и приготовлении дрожжевого сусла, что еще больше сказывается на протекании ферментативного гидролиза и последующего сбраживания.

Стадия водно-тепловой обработки крахмалистого сырья. Исполь­зование α-амилазы на стадии разваривания целесообразно только при переработке измельченного сырья по схемам непрерывного разваривания.

Хорошая подготовленность сырья на стадии подваривания ха­рактеризуется полным набуханием его и клейстеризацией крахма­ла, что позволяет значительно смягчить режим разваривания и снизить потери сбраживаемых веществ.

Нагрев массы при подваривании до максимальной температу­ры способствует увеличению степени использования вторичного пара и уменьшению расхода теплоты на варку, однако это приво­дит к повышению вязкости замеса, что затрудняет проведение дальнейших операций. Совершенствование режима подваривания сырья невозможно без применения средств и приемов, направлен­ных на понижение вязкости.

При переработке картофельной кашки и тонкоизмельченного зернового сырья даже кратковременный нагрев замеса до темпера­туры выше 60 °С приводит к быстрой клейстеризации крахмала и резкому повышению вязкости, вследствие чего перекачивание мас­сы становится невозможным. Применение бактериальной ос-ами­лазы (в дозе 0,8—1 ед. АС на 1 г крахмала) приводит к резкому снижению вязкости клейстера, которая при охлаждении практи­чески не повышается, поскольку крахмал переходит в растворен­ную форму и при охлаждении не ретроградирует, поэтому такая масса лучше подготовлена к осахариванию.

В процессе нагревания водно-мучных замесов может происхо­дить накопление сахаров за счет гидролиза крахмала ферментами самого зерна (самоосахаривание). Этот процесс при различных температурах идет по-разному. При 55...65 °С преобладает осахаривание, при более высоких температурах (75...95°С) интенсив­нее идет накопление декстринов.

Применение термостойкой бактериальной α-амилазы позволяет проводить процесс разжижения при относительно высоких темпе­ратурах (85...95 °С), что не только способствует полному использо­ванию вторичного пара на предварительный подогрев, но и направ­ляет процесс в сторону большего накопления высокомолекулярных декстринов и меньшего — сбраживаемых сахаров. На интенсив­ность накопления сахаров при подваривании оказывает влияние не только природа применяемой α-амилазы, но и режим нагрева, а также степень измельчения самого сырья (поверхность контакта).

При быстром нагреве, как с применением бактериальной α-ами­лазы, так и без нее, образуется меньше спирторастворимых угле­водов.

Сочетание разжижения α-амилазой и медленного нагрева при­водит к наиболее интенсивному накоплению сахаров, видимо, в результате совместного действия ферментов самого сырья и бакте­риальной амилазы.

Общая закономерность накопления спирторастворимых углево­дов наблюдается как при крупном, так и при мелком помоле зерна.

Полученные данные о возможности повышения выхода спир­та при смягчении режима благодаря разжижению замесов перед развариванием легли в основу разработки ВНИИПБТ технологи­ческого режима и усовершенствованной аппаратурно-технологической схемы непрерывной водно-тепловой обработки крахмали­стого сырья в производстве спирта.

Режим водно-тепловой обработки характеризуется следующи­ми основными показателями: степень измельчения сырья — 100%-й проход через сито с отверстиями диаметром 1 мм; смеши­вание измельченного сырья с водой и препаратом α-амилазы при 30...40 °С из расчета 0,8—1 ед. АС на 1 г крахмала; мгновенное на­гревание смеси до 90...95 °С и выдерживание при этой температу­ре 20—25 мин (с перемешиванием).

Количество нерастворенного крахмала в осахаренном сусле — 1,3 % введенного, в зрелой бражке — 0,25 %.

Эффективность применения бактериальной α-амилазы скла­дывается из снижения расхода острого пара на разваривание в результате повышения температуры предварительного нагрева за­меса за счет теплоты вторичного пара с 65 до 95 °С и снижения температуры разваривания со 140 до 133 °С.

В результате снижения потерь при разваривании по смягченно­му режиму выход спирта увеличивается не менее чем на 0,4 дал из 1 т условного крахмала.

Стадии осахаривания и брожения крахмалистого сырья. Если на стадии разваривания внесение ферментов ограничивается только разжижением замесов при минимальном накоплении сахаров и ами­нокислот и продолжительность процесса не превышает 20 мин, то на стадии осахаривания и брожения роль ферментных препаратов слож­нее и процесс протекает более продолжительное время. Так как по условиям технологического режима воздействие ферментов на сырье должно распространяться на стадии осахаривания, брожения и дрожжегенерации, то и диапазон их действия должен учитывать темпе­ратурные условия этих процессов и возможные колебания рН.

Основная отличительная особенность осахаривания крахмалис­тых заторов ферментами микробного происхождения по сравнению с зерновым солодом — более глубокое осахаривание конечных декстринов, что объясняется наличием в применяемых препаратах фермента глюкоамилазы.

При использовании в качестве осахаривающих материалов пре­паратов глюкоамилазы происходит небольшое накопление маль­тозы и значительное — глюкозы.

При осахаривании солодом накапливается 71 % мальтозы и 24—28 % глюкозы, а при осахаривании микробными ферментны­ми препаратами — 14—20 % мальтозы и 80—85 % глюкозы.

При дображивают скорость гидролиза конечных декстринов до сбраживаемых сахаров опережает скорость гидролиза их фер­ментами зернового солода, в результате чего дображивание сусла происходит быстрее, независимо от накопления сахаров на первой стадии гидролиза.