Способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты
Владельцы патента RU 2424321:
Государственное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей (ГУ ВНИИПАКК) (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты. Способ предусматривает измельчение сырья до фракции 700±40 мкм. Далее сырье обрабатывают ультразвуком с частотой 18-24 кГц и интенсивностью 50-100 Вт/см2 в течение 0,5-2 минут при температуре 20-25°С. Затем готовят суспензию в соотношении измельченное сырье-вода 1:3 с последующим выдерживанием полученной массы в течение 12 часов при температуре 20-25°С. 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. Изобретение позволяет улучшить качество гидролизатов крахмалсодержащего сырья для биосинтеза лимонной кислоты за счет повышения эффективности извлечения из растительного сырья полисахаридов. 2 табл.
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.
