способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве лимонной кислоты

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/см ² 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.