Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биоконверсия растительного сырья. Учебное пособие
.pdf
Твердофазные культуры имеют довольно высокую ферментативную актив-
ность - целлюлазную, гемицеллюлазную, пектиназную, которая сохраняется в кор-
мовом продукте. Для продуктов твердофазной ферментации часто используют
термин «белково-ферментный препарат», подчеркивая их биологическую активность. Добавление белково-ферментных препаратов к различным видам грубых
кормов способствует повышению переваримости последних. Это особенно важно в
кормлении жвачных животных и птиц. Другим преимуществом твердофазного
культивирования является простота его реализации в любом хозяйстве, при мини-
мальных затратах. И наконец, твердофазное культивирование практически не дает
стоков, подлежащих очистке.
В последнее десятилетие разработаны процессы культивирования смешан-
ного типа, когда продуценты белка выращивают попеременно в жидкой и твердой
фазе. Примером служит получение кормового продукта на щелочеобработанной
соломе культивированием гриба Т. viride и дрожжей Н. апотаlа. Сконструирован
биореактор комбинированного типа, где гриб выращивают в твердофазной культу-
ре, а дрожжи в глубинной, периодически циркулирующей через твердую фазу. При
этом культуральная жидкость обогащается продуктами ферментативного гидроли-
за полисахаридов соломы, образующимися под действием ферментов гриба. Твер-
дофазно-глубинная ферментация позволила повысить производительность конвер-
сии соломы в белок по сравнению с глубинной ферментацией в 1,7 раза, по сравне-
нию с твердофазной - в 1,6 раза. Содержание белка повышено с 3,6 % в щелочеобработанной соломе до 12,5 % в кормовом продукте.
2.7.3 Обезвреживание продуктов
Методы биоконверсий применяются для снижения токсичности пищевых и
кормовых продуктов. Токсичность может быть вызвана присутствием токсигенных
микроорганизмов или продуктов из жизнедеятельности, пестицидов, а также при-
родных растительных токсинов, содержащихся в сырье.
Для обезвреживания продуктов используют способность микроорганизмов
конкурентно подавлять развитие инородных форм, сорбировать и деградировать
91
токсические соединения. В качестве микроорганизмов-детоксикантов часто ис-
пользуют дрожжи. Различные виды сахаромицетов (пекарские, пивные, винные
дрожжи- киллеры) полностью обезвреживают среды, содержащие токсины
Citrobacter и Hafnia alvei. Эффективны как живые, гак и автолизированные и мерт-
вые дрожжевые клетки, что свидетельствует о сорбционном характере связывания
токсинов.
Среды с комбикормами, зараженными токсигенными бактериями (Aero-
inonas sp., Cedacea sp., Enterobacter cloacae) практически полностью обезвреживаются при ферментации различных видов дрожжей в течение 48 ч. Лишь культуры
Ps. aeruginosa не теряют токсигенности при совместном культивировании с дрожжами.
Детоксикация зараженных сред сопровождается снижением антиоксидант-
ной активности липидов токсигенных микроорганизмов. Роль окислителей играют
поверхностные структуры дрожжей. Детоксикация кормов проходит более успеш-
но в глубинной культуре, что объясняется повышенной интенсивностью массооб-
мена по сравнению с твердофазным процессом.
Дрожжи способны связывать токсины различной природы. Клеточные стен-
ки дрожжей активно сорбируют пестициды фосфор- и хлорорганической природы
(фосфамид, фозалон, кельтан). Препарат дрожжевых оболочек шампанской расы S.
vini 10 С, внесенный в виноградный сок в количестве 0,5 г/л, связывал 100 % фосфамида, 97-98 % фозалона, 98 % кельтана. Для обработки виноградного сусла из
винограда машинного сбора рекомендуется доза дрожжевого сорбента 0,1-0,3 г/л.
Дрожжи-продуценты каротиноидных пигментов обладают способностью
деградировать афлатоксины. Активный деструктор афлатоксинов Rhodotorula mu-
cilaginosa при выращивании на модельной среде разрушал афлатоксины В1 В2, G1 и
G2 соответственно на 98,6; 68,6; 76,8; 16,2 %. Наиболее опасные токсины В1 и G1
превращались в значительно менее токсичные производные В
и G2a.
2а
Для снижения содержания природного растительного токсина госсипола в
хлопковом шроте, получаемом после извлечения масла из семян, шрот ферментируют культурами микромицетов - мукоров и пенициллов (таблица 11). При этом
достигается снижение концентрации свободного госсипола до 65 раз, связанного -
92
до 88 раз. Микробная детоксикация позволяет использовать на корм скоту шрот
Способ выделения
масли из семян
Вариант обработки
шрота
Содержание госсипола, %
свободного
связанного
Форпрессование - экс-
тракция
Без обработки
0,017-0,021
0,35-0,47
Ферментация 48 ч
Mucor hiemalis
0,003-0,005
0,06-0,08
Pen. roquejortii
0,007-0,008
0,08-0,10
Прямая экстракция
Без обработки
0,37-0,59
0,09-0,11
Ферментация 60 ч
М. hiemalis
0,008-0,009
0,004-0,009
Pen. roquefortii
0,012-0,017
0,005-0,011
после прямой экстракции масла, содержащий изначально свободный госсиопол в
концентрации выше допустимой (0,02 %).
Таблица 11 - Микробиологическая детоксикация хлопкового шрота
3 Производство биотоплива
3.1 Биоэтанол
Производится путем сбраживания сырья дрожжами. От обычного спирта
отличается абсолютизацией и отсутствием стадии отбора сивушных масел и ЭАФ.
Для сахарсодержащего сырья подготовка сводится к разбавлению водой до
требуемого содержания сухих веществ и внесения необходимых питательных со-
лей (обычно - источники аммонийного азота и фосфора). [2,3,4]
Крахмалсодержащее сырье перерабатывается по двум схемам: сухой и мок-
рой. Если коротко, то при «мокром» процессе мы сначала выделяем глютен и
крахмал (который направляется на производство этанола), а при «сухом» процессе
глютен не выделяется, зерновой помол после осахаривания отправляется на произ-
водство спирта (рисунок 7).
До 1980 года «мокрая» технология позволяла производить спирт из крахма-
ла, остающегося после процесса выделения всех ценных компонентов зерновой
культуры (зародыша, глютена и клетчатки).
93
Рисунок 7 - Схема «сухого» процесса (рисунок GEAWiegand)
Ситуация поменялась в 1985 году, когда был реализован проект первого
крупномасштабного производства спирта по новой технологии «drymill», являю-
щейся долгое время инновационным технологическим решением спиртовой отрас-
ли (рисунок 8).
Низкие энергетические затраты, совершенная система автоматики, по-
стоянное снижение стоимости ферментов, новые расы дрожжей и появление моле-
кулярных сит, позволили сократить вдвое эксплуатационные расходы и увеличить
выход спирта. Это принесло большую популярность процессу производства спирта
по технологии «drymill» и позволило начать вкладывать денежные средства в
спиртовое производство с созданием новых рынков сбыта.
94
Рисунок 8 - Схема «мокрого» процесса (рисунок GEAWiegand)
3.2 Биоводород
Биоводород - водород, полученный из биомассы термохимическим или
биохимическим способом.
При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода
до температуры 500-800 °С (для отходов древесины), что намного ниже температу-
ры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется Н2, СО и СН
4
Себестоимость процесса 5-7 долларов за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до 1,0-3,0 долларов.
В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии,
например, Rodobactersperiodes, Enterobactercloacae.
Возможно применение различных энзимов для ускорения производства во-
дорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Про-
цесс проходит при температуре 30 °С и нормальном давлении. Себестоимость во-
дорода около 2 долларов за кг. [9,10,11]
95
.
Водородообразующие микроорганизмы широко распространены в природе.
Например, растущая культура Rhodopseudomonascapsulata выделяет 200-300 мл во-
дорода на 1 грамм сухой биомассы. Микробиологическое образование водорода
может идти из соединений углеводного характера (крахмал, целлюлоза).
В идеале биофотолиз представлен следующим уравнением
2H2О+hv2Н
2+О2
.
Одновременное выделение кислорода и водорода усложняет дело, так как
получаемая смесь является взрывоопасной, а также вследствие необходимости раз-
деления двух газов. В микроорганизмах образование водорода происходит при
участии гидрогеназы. Высшие растения не имеют этого фермента в своем фото-
синтетическом аппарате и не образуют водорода; однако внутриклеточный экс-
тракт из высших растений при добавлении активного препарата гидрогеназы выде-
ляет водород. Обычно фотолитическое образование водорода в природе не проис-
ходит, но оно может быть вызвано, например, азотным голоданием сине-зеленых
водорослей и манипулированием с бесклеточными системами. По литературным
источникам, получение водорода предполагает использование клеток или экстрак-
тов высших растений, сине-зеленых водорослей, зеленых и других водорослей, а
также фотосинтетических бактерий.
96
4 Лабораторный практикум
4.1 Лабораторная работа №1
Влияние комплексных улучшителей на качество хлеба
Цель работы: изучение теоретических основ влияния комплексных хлебо-
пекарных улучшителей на свойства теста и качество хлеба, практическим путем
выявить эти зависимости. Основной задачей работы является выпекание хлеба с
различным количеством хлебопекарных улучшителей окислительного действия,
сахара, жировых продуктов и определение их влияния на качество теста и хлеба.
Для проведения данной работы используется методики проведения лабора-
торных выпечек, разработанных на кафедре технологии хлебопекарного производ-
ства МГУПП.
4.1.1 Общие положения
Применение отдельных улучшителей при производстве хлебобулочных из-
делий интенсифицирует процессы, протекающие при приготовлении теста и улуч-
шает качество готовых изделий в большей степени, нежели их раздельное приме-
нение. Такое применение улучшителей позволяет также снижать их расход. По-
этому при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий у нас в стране и
за рубежом широко применяются добавки, получившие название комплексные
хлебопекарные улучшители (КХУ).
В рецептуру современных КХУ входят: улучшители окислительного дей-
ствия (аскорбиновая кислота, ферментный препарат глюкозооксидаза, фермента-
тивно-активная соевая мука, обладающая активной липоксигеназой и др.); фер-
ментные препараты, содержащие амилазы, пентозаназы, протеазы и другое фер-
ментативно-активное сырье – солод и др.; минеральные соли; эмульгаторы; моди-
фицированные крахмалы (окисленные, набухающие, экструзионные); органические
кислоты (лимонная, молочная и др.); ингибиторы развития плесеней и возбудите-
лей картофельной болезни хлеба; наполнители (пшеничная мука, соевая мука,
97
клейковина, крахмал и др.).
Комплексные хлебопекарные улучшители применяются для ускорения тех-
нологического процесса при производстве хлебобулочных изделий из муки со
средними и пониженными хлебопекарными свойствами (слабой и крепкой клейко-
виной, пониженной газообразующей способностью и т.д.), сдобных, мелкоштуч-
ных изделий, замороженных полуфабрикатов, изделий из слоёного теста с пони-
женным содержанием сахара и жира в их рецептуре и для корректировки качества
муки на мельницах.
Для хлеба из ржаной и смеси её с пшеничной мукой производятся пищевые
добавки, которые используются в качестве подкислителей при ускоренных техно-
логиях. Производятся КХУ в порошкообразном виде - растворимые и не раствори-
мые в воде. Отдельные фирмы предлагают использовать вырабатываемые ими
жидкие КХУ.
Расход порошкообразных комплексных улучшителей не растворимых в воде (для пшеничных хлебобулочных изделий) колеблется от 0,1 % до 1,5 % (в отдельных случаях 5,0 %) от массы муки, растворимых в воде - от 0,01 % до 0,1 %;
подкислителей - улучшителей для изделий, вырабатываемых с использованием
ржаной муки, - от 0,5 % до 2,5 %. Композитные добавки, вводимые в состав улучшителей, разработчики выбирают исходя из назначения улучшителя.
По заданию Российского Союза пекарей для хлебопекарной промышленно-
сти в нашей стране предложены высокоэффективные хлебопекарные улучшители
серии «Амилокс», «Шанс», «Топаз», «Отон», а также улучшители серии «БиоРос»
(«Классик», «Колорит», «Мастер», «Рекорд», «Поток», «Колос», «Гарант») и др.
В настоящее время хлебопекарные улучшители для отечественной про-
мышленности предлагают и производят также кампании из Германии, Великобри-
тании, Франции, Австрии, Турции и других стран. [12,13]
98
4.1.2 Порядок выполнения работы
Оборудование, приборы и реактивы. Сырье (мука, вода, соль, дрожжи, са-
хар, жир, КХУ БиоРос «Колорит», «Классик» и «Рекорд»), сосуд для брожения те-
ста, хлебопекарные формы (размерами: по основанию10×16 см, по верхнему краю
12×17, по высоте 10 см), железный лист диаметром не менее 20 см для расстойки и
выпечки хлеба, расстоечный шкаф и пароконвекционная печь марки UNOX.
Определение влияния комплексных улучшителей качества хлеба. Выпекают
хлеб из пшеничной муки высшего или первого сорта безопарным способом с до-
бавлением КХУ.
Серия опытов №1:
вариант 1 (контрольный) - без добавок;
вариант 2 - с добавлением КХУ БиоРос «Классик»;
вариант 3 - с добавлением КХУ БиоРос «Рекорд».
Серия опытов №2:
вариант 1 (контрольный) - с добавлением 3 % сахара и 5 % жира;
вариант 2 - с добавлением 3 % сахара, 5 % жира и КХУ БиоРос «Коло-
рит»;
вариант 3 - с добавлением 3 % сахара, 5 % жира и КХУ БиоРос «Ре-
корд».
КХУ можно применять и других производителей. Добавляются они в опти-
мальных дозировках с учетом хлебопекарных свойств (используемой) муки.
При приготовлении теста следят за ходом технологического процесса, его
свойствами, ходом расстойки, а по окончании выпечки и после остывания опреде-
ляют и сравнивают качество полученных проб хлеба.
99
4.2 Лабораторная работа №2
Растворы, вносимые в кювету
Холостой опыт
Проба
Буфер триэтаноламина, pH = 7,6, см3
1,00
1,00
NADP+, см3
0,10
0,10
АТР, см
3
0,10
0,10
Объем пробы, см
3
-
0,10
Вода, см
3
2,00
1,90
Перемешать, через 3-4 мин определить экстинки-
ию Е
1
, затем добавить HK/G-6-P-DH, см3
0,02
0,02
Перемешать, через 15 мин определить экстинкцию Е2. Если экстинкция продолжает увеличиваться, следует продолжить ее определение до тех
пор, пока прирост экстинкции в течение 5 мин
станет постоянным. Затем добавить P-G-I, см3
0,02
0,02
Перемешать, через 15 мин определить экстинкцию Е
3
.
Применение ферментных препаратов в кондитерском производстве
Цель работы: ознакомление с методами определения глюкозы, фруктозы,
галактозы, лактозы, сахарозы
4.2.1 Определение глюкозы и фруктозы
Реактивы. При анализе используют реактивы:буфер триэтаноламина pH =
7,6; раствор NADP+; раствор АТР; раствор гексокиназы/глюкозо-6-
фосфатдегидрогеназы (HK/G-6-P-DH); раствор фосфоглюкозоизомеразы P-G-I.
Проведение анализа (таблица 12). Определение проводят в кюветах с тол-
щиной слоя 1 см при 20-25 °С. После внесения растворов отдельных реагентов
смесь тщательно перемешивают пластмассовым шпателем. В пробе должно содер-
жаться 0,03-0,1 г/дм3 глюкозы и фруктозы. Величину экстинкции измеряют при
длинах волн 334, 340 или 365 нм. [13]
Таблица 12 - Проведение анализа
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]