Требования, предъявляемые к ферментным препаратам, и их характеристика

В зависимости от целей применения ферментных препаратов в производстве спирта к ним предъявляются определенные требова­ния в отношении состава ферментативного комплекса, оптималь­ных условий их действия (рН и температура), степени очистки, содержания наполнителей, стоимости, определяющей эффектив­ность их использования, и ряда других факторов.

Ферментные препараты, применяемые в спиртовом производ­стве, представляют собой:

• нативные неочищенные глубинные или высушенные поверх­ностные культуры микроорганизмов;

• неочищенные концентрированные препараты;

• очищенные ферментные препараты.

Возможность применения неочищенных препаратов объясня­ется тем, что конечный продукт спиртового производства на за­ключительном этапе технологического процесса выделяют из бражки методом перегонки и затем очищают с помощью ректифи­кации, при которой путем многократной перегонки получают со­вершенно прозрачный и относительно гомогенный продукт. Все взвешенные, высокомолекулярные и нелетучие примеси, имею­щиеся в культурах микроорганизмов, не попадают в пищевой про­дукт — этанол.

Все составные части ферментного препарата практически оста­ются в барде, которую используют на корм скоту, поэтому фер­ментные препараты и полученная барда должны проходить спе­циальную проверку на токсичность, кроме того, на применение новых ферментов в производстве спирта из крахмалистого сырья необходимо разрешение соответствующих органов.

Микробные ферментные препараты для спиртовой промыш­ленности, как правило, являются комплексными, т. е. содержат больше одного фермента. Применение такого препарата для осу­ществления специфичного процесса, катализируемого одним фер­ментом, неизбежно сопровождается действием и других сопутствующих ферментов, входящих в этот препарат. Поэтому в зави­симости от задач, стоящих на определенной технологической ста­дии спиртового производства, осуществляют оценку каждого фер­ментного препарата.

В таблице 9.1 представлены требования к составу ферментов, которые наиболее часто встречаются в культурах микроорганиз­мов и препаратах, применяемых в спиртовом производстве.

Для разжижения крахмала целесообразно применять препа­раты термостабильной α-амилазы, с помощью которой можно осуществлять непрерывный процесс клейстеризации-разжижения, вплоть до температуры полной желатинизации крахмаль­ных гранул.

Максимальная эффективность действия термостабильных ами­лаз для эффективного гидролиза крахмала зернового сырья нахо­дится в интервале температур 60...95 °С.

Источники термостабильной α-амилазы — ферментные препа­раты Амилолихетерм, Термамил 120-Л (продуцент Bacillus licheni-formis), Термамил SC (продуцент Bacillus stearothermophilus); мезофильной амилазы — Амилосубтилин и БАН (продуцент Bacillus subtilis) различаются по уровню ферментативной активности при различных температурах. Так, уже при 60 °С амилолитическая ак­тивность термостабильной α-амилазы в препарате Термамил SC возрастает в 7,3 раза, при 70 °С — в 8,3 раза; активность термостабильной а-амилазы в препарате Амилолихетерм увеличивается в тех же условиях в 2,0 и в 2,7 раза соответственно.

Немаловажное значение имеет не только температурный ре­жим гидродинамической и ферментативной обработки сырья, но и рН водно-мучной суспензии, при котором происходят разжиже­ние и клейстеризация крахмала. Обычно этот показатель находит­ся в интервале 5,5—6,5 и соответствует оптимальным значениям действия ферментов. На спиртовых заводах значение рН водно-мучных замесов и зернового сусла варьирует в широком диапазо­не: от 4,5 до 11,0. В этом случае требуется корректировка рН для создания оптимальных условий действия ферментов или приме­нение ферментных препаратов с требуемым оптимумом рН.

Новые кислотоустойчивые препараты термостабильной а-ами­лазы выдерживают значения рН ниже 5,0, оптимальное значение рН 4,8—6,0 (продуцент В. stearothermophilus), для термостабильной а-амилазы (продуцент В. licheniformis) оптимальное значение рН 5,5-8,0.

Высокая термостабильность и рН-оптимум действия этих фер­ментных препаратов способствуют снижению их расхода для раз­жижения крахмала зернового сырья: для термостабильных препа­ратов по амилолитической активности 0,2—0,4 ед. АС на 1 г крах­мала; для мезофильных амилаз — 1,0—2,5 ед. АС на 1 г крахмала.

Осахаривание на предприятиях спиртовой отрасли РФ хорошо отработано и предусмотрено действующей технологической инст­рукцией по производству спирта с применением глубинной гриб­ной культуры. При трехсуточном брожении расход глубинной культуры A. batatae-61 должен быть таким, чтобы на 1 г перераба­тываемого крахмала приходилось 6 ед. ГлС.

Применение концентрированных препаратов ферментов спо­собствует улучшению технологических показателей, упрощению и облегчению процесса производства. Регулируя количество препа­рата глюкоамилазы на осахаривание, легко изменять продолжи­тельность брожения и, следовательно, производительность бро­дильного отделения.

В настоящее время на российском рынке появились сиропо­образные концентрированные ферментные препараты различных иностранных фирм для спиртовой отрасли, дающие хороший тех­нологический и экономический эффект.

Недостатком концентрированных препаратов а-амилазы и глю­коамилазы является отсутствие в них протеолитических ферментов, необходимых для накопления азотистого питания для дрожжей, а также ферментов, расщепляющих некрахмальные полисахариды растительного сырья, что в некоторых случаях приводит к сниже­нию выхода спирта (при переработке определенных видов сырья, например ячменя).

При замене солода препаратами ферментов полученный спирт должен обладать высокими дегустационными качествами и не со­держать вредных примесей.

Барда, полученная после переработки сырья с применением ферментных препаратов, не уступает по кормовой ценности бар­де, полученной с применением солода.