Роль эндогенных и микробных фитаз в процессе получения и сбраживания ржаного сусла

Вид материала

Содержание

Вариант получения сусла
3.7. Исследование процесса сбраживания ржаного сусла
Серии 1 (С1) для подкисления среды использовали раствор H2SO4. В Серии 2
3.8. Анализ зрелой бражки по содержанию этилового спирта
Вариант получения сусла
Летучие примеси, мг/дм безводного спирта

Подобный материал:

1 2 3 4

Получение сусла с использованием микробной фитазы

В связи с длительностью процесса гидролиза фитина зерна ржи под действием эндогенных фитаз в работе исследовали возможность ускорения стадии предобработки фракции шелухи путем использования микробных фитаз.. Норма внесения препарата Кормофит составила 0,2 ед.FTU/г шелухи или 0,03 ед.FTU/г зерна; гидромодуль: сырье : вода варьировался в пределах от 1 : 4 до 1 : 10. Процесс гидролиза проводили при температуре 40 – 45 ⁰С, рН 5,0 – 5,2.

Анализ данных, представленных на рисунке 6, позволяет сделать следующие выводы:

Дополнительное внесение в смесь шелухи с водой микробной фитазы в рекомендуемой дозировке интенсифицирует процесс гидролиза фитина ржи. При равном гидромодуле (1 : 10) в контрольном образце степень гидролиза фитина через 6 часов составляет около 40%, тогда как в опытном уже через 2 часа превышает 80%.
Снижение гидромодуля замедляет процесс деструкции фитина ржи. Вероятнее всего, данный факт может быть связан с высокой вязкостью проб, полученных при низком гидромодуле.
Оптимальными условиями протекания процесса предобработки фракции шелухи на основе гидролиза фитина ржи под действием эндогенной и микробной фитаз являются : гидромодуль 1 : 8 ÷ 1 : 10; продолжительность – 2-3 часа.

Рисунок 6 Гидролиз фитина ржи под действием эндогенной и микробной фитазы

На следующем этапе работы исследовали влияние способа получения сусла, которое получали по двум вариантам: Вариант А – классический метод переработки зерна в соответствии с режимами Регламента; Вариант Б – дифференцированный метод переработки зерна с выделением фракции шелухи и ее предварительной предобработки при 40 – 45 ⁰С в течение 3-х часов, а также стадии и норм внесения микробной фитазы на отдельные показатели качества сусла.

Установлено (табл. 6), что внесение ферментного препарата с активной фитазой на стадию осахаривания разваренной массы независимо от варианта его получения не приводит к повышению массовой доли сухих веществ в сусле (даже в случае увеличения нормы в 2 раза). Определяющим является норма внесения фитазы на стадию предобработки шелухи. Так, уменьшение количества препарата Кормофит с 0,03 ед.FTU/г зерна (оптимальная доза) до 0,015 ед.FTU/г зерна сопровождается снижением содержания сухих веществ в сусле с 16,1% до 15,5%.

Таблица 6 – Изменение содержания сухих веществ и свободных сахаров

в зависимости от варианта получения осахаренного сусла

Вариант получения сусла	Норма внесения фитазы, ед FTU/г зерна	Массовая доля в сусле, %
на стадию предобработки шелухи	на стадию осахаривания	С.В.	Р.В.
Вариант А 1. 2. 3. 4.	– – – –	– 0,015 0,030 0,060	14,8 14,8 15,0 14,9	5,5 5,6 5,8 6,7
Вариант Б 5. 6. 7. 8. 9.	0,030* 0,015 0,015 0,015 0,015	– – 0,015 0,030 0,060	16,1 15,5 15,4 15,6 15,5	6,4 5,3 5,7 6,0 6,9

* – оптимальная доза внесения микробной фитазы, позволяющая гидролизовать

фитин ржи примерно на 90%

Показано, что целесообразнее вносить препарат полностью на стадию предобработки фракции шелухи, а не в два приема.

3.7. Исследование процесса сбраживания ржаного сусла,

полученного с использованием зерновой и микробной фитазы

Предложенная схема переработки ржи, основанная на выделении фракции шелухи и стадии ее предобработки позволяла:

проводить глубокий гидролиз фитина сырья, являющегося ингибитором ряда ферментов;
накапливать в осахаренном сусле остатки фосфорной кислоты;
повышать показатели качества сусла, в том числе увеличивать массовую долю в нем сбраживаемых углеводов, свободных сахаров, аминного азота и др.

Для выявления влияния на процесс сбраживания сусла каждого из перечисленных факторов и установления наиболее значимого в работе была изучена динамика выделения диоксида углерода на модельных опытах.

В качестве основного сырья для приготовления сусла, предназначенного к сбраживанию, для выявления влияния первых двух факторов, в данной серии экспериментов использовали фракцию эндосперма, выбор которой основывался следующими причинами. Во-первых, в ней содержалось минимальное количество фитина и фитазы ржи, что позволяло, при необходимости, исключить их влияние на процессы, протекающие при получении сусла и его сбраживании. Во-вторых, рядом исследователей установлено, что фракция эндосперма в отличие от исходного зерна ржи характеризуется существенным снижением количества некрахмальных полисахаридов. Последние влияют не только на вязкость сред на отдельных этапах переработки зерна, но могут играть и экранирующую роль, снижающую доступность крахмала сырья к ферментативному воздействию.

Для получения сопоставимых результатов по сериям был выбран следующий режим переработки сырья. Помол, полученный после дробления фракции эндосперма, которая представляла собой зерновку после удалении 15 % внешних поверхностных слоев, разделяли на две части. Меньшую (15 % от общей массы помола) смешивали с водой (гидромодуль 1 : 10), подкисляли раствором H₂SO₄ (или смесью двух кислот H₂SO₄ и H₃PO₄) до рН = 5,0 и проводили обработку при 40-45 ⁰С в течение трех часов.

При получении опытных образцов сусла к помолу добавляли определенное количество сухого рисового фитина.

В Серии 1 (С1) для подкисления среды использовали раствор H₂SO₄.

В Серии 2 (С2) подкисление также осуществляли раствором H₂SO₄. В смесь добавляли ферментный препарат Кормофит с дозировкой 10 ед FTU/г фитина сырья, что позволяло проводить полный гидролиз фитина

В Серии 3 (С3) для подкисления среды использовали растворы H₂SO₄ и H₃PO₄. Последний вносили в количествах, соответствующих 100%-ному гидролизу фитина, содержащегося в пробе.

Далее предварительно обработанную часть помола направляли на соединение с основной частью (85% от общей массы измельченного сырья) и проводили механико-ферментативную обработку и осахаривание разваренной массы по режиму Регламента. Всего было получено десять образцов сусла:

К – контроль (без внесения фитина);
О1 (С1); О1 (С2); О1 (С3) – опыт с внесением 0,5 % фитина к массе помола;
О2(С1); О2 (С2); О2 (С3) – опыт с внесением 1,0 % фитина к массе помола;
О3 (С1); О3 (С2); О3 (С3) – опыт с внесением 2,0 % фитина к массе помола.

В образцы сусла вносили спиртовые дрожжи. Сбраживание контролировали по выделению СО₂. Анализ, полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

Процесс сбраживания зависит от присутствия фитина в сусле, причем, с увеличением его массовой доли в пределах от 0,5 % до 2,0 % закономерно снижается как интенсивность брожения, так и абсолютное количество выделившегося СО₂. К примеру, через 24 часа сбраживания контрольного образца образовалось 7,25 г СО₂ на 100 г сусла, а в опытных – соответственно 7,00; 6,25 и 5,80 г СО₂ на 100 г сусла. Процесс сбраживания контрольного образца завершался на 10-15 часов раньше, чем опытных.
Ферментативный гидролиз фитина, осуществленный под действием микробной фитазы, повышает эффективность сбраживания ржаного сусла. Причем, наибольшая интенсивность сбраживания соответствовала пробе О3 (С2), в которой на стадии получения сусла использовали максимальное количество фитина. Вместе с тем, уровень различий в динамике выделения диоксида углерода в опытных образцах сусла, подвергнутых гидролизу фитина не столь существенный, как для образцов без гидролиза.
Дополнительное внесение в сусло H₃PO₄ в концентрациях, соответствующих полному гидролизу фитина, в количествах близких к его содержанию в зерне – проба О1 (С3) практически не влияет на процесс сбраживания; при больших концентрациях H₃PO₄ сбраживание незначительно интенсифицируется на первых этапах.

Для получения более наглядной зависимости влияния варианта получения сусла на интенсивность сбраживания сусла был рассчитан часовой прирост СО₂ на 100 г сусла. На рисунке 8 приведены данные по сбраживанию контрольного и опытных образцов сусла, полученных с максимальным количеством фитина, внесенным в замес (2,0 % к массе помола). Лучшим по динамике часового прироста СО₂ являлся образец сусла О3(С2) в котором при его получении использована микробная фитаза.

Рисунок 8 Интенсивность сбраживания ржаного сусла в зависимости от варианта его получения

Таким образом, среди первых двух факторов более значимым является ингибирующее действие фитина на отдельные группы ферментов как эндогенного, так и микробного происхождения. В меньшей степени на процесс сбраживания влияет дополнительное накопление в сусле остатков фосфорной кислоты. Возможно, данный факт связан с тем, что зерновое сусло с позиции фосфорного питания для дрожжей и так является полноценным.

На следующем этапе работы выявлено влияние расы спиртовых дрожжей на динамику выделения дрожжей диоксида углерода при сбраживании сусла, полученного с использованием эндогенной и микробной фитаз. Для сбраживания применяли спиртовые дрожжи S. cerevisiae расы XII, а также сухие дрожжи “Angel” (Китай) и “Фермиол” (США). Последние относятся к термотолерантным и работают при температуре 33–35 ⁰С.

Установлено, что получение сусла из ржи по дифференцированной схеме переработки зерна с использованием фитаз (опытный вариант), по сравнению с классической схемой (контрольный вариант) интенсифицирует процесс сбраживания. Длительность брожения сокращается в среднем на 12 – 18 часов.

Также показано, что в контрольном варианте за первые 18 – 24 часа исследуемые расы дрожжей по уменьшению интенсивности сбраживания располагаются в следующий ряд: Раса XII → “Angel” → “Фермиол”.

При сбраживании опытных образцов сусла данная зависимость меняется (рис. 9). Максимальная интенсивность выделения СО₂ выявлена при сбраживании сусла дрожжами “Фермиол”. В целом за первые 12 – 18 часов исследуемые расы дрожжей по уменьшению интенсивности сбраживания располагаются в следующий ряд: “Фермиол” → “Angel” → Раса XII.

Рисунок 9 Влияние расы дрожжей на интенсивность сбраживания ржаного сусла опытного варианта (Вариант III)

Таким образом, установлено, что гидролиз фитина ржи под действием эндогенной и микробной фитаз оказывает большее позитивное действие в случае сбраживания сусла (по показателю выделения СО₂) сухими спиртовыми дрожжами.

Вместе с тем известно, что сухие спиртовые дрожжи более чувствительны, по сравнению с традиционными к присутствию в сбраживаемой среде ингибиторов, так как важнейшей их особенностью является повышенная проницаемость мембран.

3.8. Анализ зрелой бражки по содержанию этилового спирта

и летучих примесей

Полученные образцы зрелой бражки были проанализированы на содержание этилового спирта (табл. 7). Установлено, что концентрация этилового спирта в дистилляте зависит от: расы используемых дрожжей и способа получения осахаренного сусла.

Максимальный выход спирта обнаружен в пробах бражки, полученных с использованием сухих дрожжей. Так, для контрольного варианта крепость дистиллята при сбраживании сусла дрожжами “Angel” и “Фермиол” составила 7,07 – 7,10 об.%, против 6,92 об.% для образца, где использовали дрожжи расы XII.

Таблица 7 – Содержание этилового спирта в зрелой бражке

№	Вариант получения сусла	Раса дрожжей	Продолжительность брожения, час.	Концентрация спирта, об.%
1	Вариант I	Чистая культура расы XII	72	6,92
2	Вариант II	Чистая культура расы XII	66	7,23
3	Вариант III	Чистая культура расы XII	66	7,19
4	Вариант I	Сухие дрожжи “Angel”	72	7,10
5	Вариант II	Сухие дрожжи “Angel”	66	7,29
6	Вариант III	Сухие дрожжи “Angel”	66	7,24
7	Вариант I	Сухие дрожжи “Фермиол”	66	7,07
8	Вариант II	Сухие дрожжи “Фермиол”	48	7,30
9	Вариант III	Сухие дрожжи “Фермиол”	48	7,26

В опытных вариантах значения соответственно составляют 7,29 – 7,30 об.% и 7,24 – 7,26 об.%. Причем можно отметить, что в случае продолжительного гидролиза (10 часов) фитина ржи под действием собственной фитазы (Вариант II) накапливается больше этилового спирта, чем при более кратковременном (2 часа) гидролизе под действием эндогенной и микробной фитаз (Вариант III). Возможно, данный факт связан с более глубоким гидролизом гемицеллюлоз фракции шелухи под действием ферментного комплекса ржи и, как следствие, с улучшением технологичности получаемых сред. Кроме того, он может быть следствием накопления повышенного количества аминокислот, что способствует снижению уровня потребления дрожжами сбраживаемых углеводов. Однако, с технологической точки зрения предпочтителен Вариант III получения сусла.

На завершающем этапе работы проведены исследования по анализу зрелой бражки на содержание вредных примесей. Полученные данные (табл. 8, 9) позволили сделать следующие выводы:

Минимальное количество примесей содержат образцы бражки, полученные с применением дрожжей расы XII и “Фермиол”. Сухие дрожжи “Angel” накапливают значительно больше примесей за счет фракции сивушных масел;
Метаболизм дрожжей расы XII характеризуется накоплением в бражке ацетальдегида. Этой фракции накапливается примерно 2,5 – 3,0 раза больше, чем при использовании сухих дрожжей;
Основная доля примесей приходится на фракцию сивушных масел, причем в ней преобладает изоамилол.

Таблица 8. – Сравнительный анализ содержания летучих примесей в контрольных образцах бражки (получение сусла по Варианту I)

Летучие примеси, мг/дм³ безводного спирта	Чистая культура раса XII	Сухие дрожжи
“Angel” *	“Фермиол” **
Ацетальдегид	747,50	304,15	345,80
Этилацетат	140,09	211,08	165,19
Метанол ( об.%)	0,0080	0,0061	0,0044
1-Пропанол	401,92	904,77	301,27
2-Пропанол	1,90	5,30	4,01
Изобутанол	1390,21	1540,15	1080,75
1- Бутанол	7,00	10,16	5,03
Изоамилол	3400,18	6009,5	4681,13
Общее количество примесей	6088,80	8985,11	6583,18

Blog

Роль эндогенных и микробных фитаз в процессе получения и сбраживания ржаного сусла

Содержание