CC BY
27
2-3,2001
80
= 6 И
меси, цования колонне сходной олонны. зимесей льчатых !льчатой быстрое орая за ?тствует рта при на этой житель-за кото-эобходи-рта 1-го стадии и произ-щентра-шьшать-едленно с только з норму
■сколько
|ется не одолжи-/ в этом рации с эдегидов а увели-юнцент-Зто при-
Таблица 3
фракции
овой
60,91
20,67
19,63
15,89
6.51
70 ■ .............. ... 1
8 6.5 7 7.5 8 8,3 9 9,5 10
Флегмовое число
Рис. 4
. Рис. 5
водит к увеличению выхода спирта в 80-тарелъча-той колонне по сравнению с 30-тарельчатой. Влияние числа тарелок на количество отбираемого спирта представлено на рис. 3 и в табл. 3. Графики показывают, что с увеличением числа действительных тарелок выход спирта возрастает, асимптотически приближаясь к 100%. Время отбора спирта при этом несколько увеличивается (табл. 3). На 60-тарельчатой колонне также проведено исследование влияния флегмового числа на выход спирта (рис. 4, табл. 3) и на время его отбора (рис. 5, табл. 3;. Данные показывают, что при увеличении # до 10 выход спирта не приблизился к получаемому на 80-тарельчатой колонне, однако время отбора спирта возросло в 1,5 раза по сравнению с аналогичным периодом процесса в 80-тарельчатой колон-
не. Таким образом, можно отметить, что R = 6 слабо сказывается на выходе продукта и его увеличение свыше 6 приводит к значительному возрастанию времени процесса.
Экономические расчеты показывают, что годовой эффект от выработки спирта 1-го сорта и спирта высшей очистки при полученном оптимальном режиме работы составляет 14 млн р.
, ВЫВОД
Установлено, что процесс ректификации этилового спирта на периодически действующих установках целесообразно вести при содержании спирта в исходной смеси 60% об. при флегмовом числе. 6 на колоннах с 80 тарелками.
ЛИТЕРАТУРА
1. HUbner W. Der Einflu/J der Konzentration auf das VerstSrkungsverhaltnis von Rektifizierbcfden // Chemie-Ingenieur-Technik. — 1972. — Jg. 44. — № 8. — S. 546-552.
2. Плановский A.H., Артамонов Д.С., Орлов Б.Н. Сравнительная оценка эффективности ректификационной и абсорбционной аппаратуры / / Хим. пром-сть. — 1965. — № 4. — С. 53(293)-57(297).
3. Рукенштейн Э., Смигельский О. К вопросу эффекта Савистовского-Смита при ректификации смесей’/ / Журн. прикл. химии. — 1964. — 37. — № 7. — С. 1530-1537.
4. Малюсов В.А., Лотхов В.А., Бычков Е.В., Жаворонков Н.М. Тепло- и массообмен в процессе ректификации / / Теорет. основы хим. технологии. — 1975. — IX. — JYs 1.
— С. 3-10.
5. Александров И.А., Гройсман С.А. Тепло- и массообмен при ректификации в барботажном слое // Там же. — С. 11-19.
6. Умрихин Е.Д., Константинов Е.Н. Термические эффекты при ректификации пищевого этилового спирта / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1999. — № 1. — С. 55-59.
7. Умрихин Е.Д., Константинов Е.Н. Исследование сопряженного тепломассообмена при ректификации многокомпонентных спиртовых смесей с учетом термических эффектов // Там же. — № 4. — С. 57-61.
8. Умрихин Е.Д., Мамин В.Н., Константинов Е.Н. Идентификация математической модели ректификационной колонны по данным стендового эксперимента и промышленного внедрения // Там же. — № 5-6. — С. 107-108.
9. Ачмиз Б.М. Совершенствование процесса брагоректифи-кации с учетом массопередачи в многокомпонентных смесях: Дис. ... канд. техн. наук. — Краснодар, 2000. — 158 с.
10. ГОСТ 5962-67. Спирт этиловый ректификованный. Технические условия.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 05.12.2000 г.
663.15:577.154.33.004.14
ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТНОГО ПРЕПАРАТА ЦЕЛЛОБРАНИН ГЗх НА ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СБРАЖИВАНИЯ ОСВЕТЛЕННОГО ЗЕРНОВОГО СУСЛА ТЕРМОТОЛЕРАНТНОЙ РАСОЙ ДРОЖЖЕЙ 5АССНАРОМУСЕЗ СЕРЕУІЗІАЕ У-1986
С.В. ВОСТРИКОВ, Г.Г. ГУБРИЙ, М.; Е.А. ГОРШКОВ, Н.А. ТЕНЬКОВА
3. БОДНАРЬ,
Воронежская государственная технологическая академия
Проблема острого дефицита зерна для спиртовой промышленности с целью производства пищевого этанола обусловливает необходимость не только изыскания новых полноценных источников сырья,
но и рациональной переработки традиционных зерновых культур.
Известно, что в состав сухих веществ зерна, наряду с крахмалом, входят полисахариды некрахмалистой природы, представляющие собой потенциальные источники глюкозы: целлюлоза, /?-глю-. каны, гемицеллюлозы и пр. До настоящего времени эти углеводы, являясь существенным резервом
в спиртовом производстве, практически не использовались для выработки этанола.
Изучали влияние целлюлолитических ферментов на получение осветленного зернового сусла, включая одну из основных задач данного процесса
— разработку способов эффективного отделения жидкой фазы (первого сусла) от твердой (спиртовой дробины), а также на эффективность брожения и показатели зрелой бражки.
При проведении исследований использовали измельченную пшеницу крахмалистостью 56% с проходом через сито (диаметр отверстий 1 мм) 80%, ферментные препараты сг-амилазы и глюкоамила-зы фирмы "Кормей”,активностью соответственно 4500 и 2800 ед. /1 г [1], а также целлобранин ГЗх с активностью целлюлазы 50 ед./г (эндоглюканаз-ная активность 25 ед./г). Последний препарат,как источник целлюлолитических ферментов, обладает набором энзимов эндо- и экзодействия, необходимых для конверсии целлюлозы.
Согласно работам ВНИИПБТ, в спиртовом производстве дозирование целлюлолитических препаратов рекомендовано проводить по активности эн-доглюканазы, которая составляет 8-12 ед. /г целлюлозы зерна [2]. Осуществляли дозирование препарата по активности эндоглюканазы, входящей в комплекс и ответственной за первоначальное воздействие на нативный субстрат, в количестве 16 ед./г целлюлозы зерна. Для этого использовали термотолерантные дрожжи Sacch.arom.yces сегеуізіае расы У-1986 влажностью 75%.
Проводили три параллельных опыта: целлобранин ГЗх задавали на стадии осахаривания сусла — проба № 1; действовали этим ферментным препаратом на дробину, полученную в результате разделения традиционного сусла, при промывке — проба № 2; и не вносили его при получении этанола
— контроль.
После смешивания 150 г помола с горячей водой (75°С) в соотношении 1:3 вносили ферментный препарат, содержащий а-амилазу,для разжижения замеса из расчета 1 ед. АС/г крахмала. Разваривание проб проводили при температуре 125-130°С в течение 40 мин. Затем массу охлаждали до 60°С и вносили ферментные препараты а-амилазу и глюкоамилазу из расчета 1 ед. АС и 6,2 ед./г крахмала соответственно. Одновременно в пробу № 1 задавали целлобранин ГЗх —16 ед. эндоглюканазы на 1 г целлюлозы зерна, количество которой определяли универсальным методом—по Кюр-шнеру и ГанекуІЗ]. Осахаривание проб проводили в термостате при температуре(59±0’С в течение 1
ч. Затем пробы разделяли на твердую и жидкую фазы на центрифуге ЛЗ-ЗОІ: фактор разделения 2000, время разделения 10 мин. Дробину подвергали промывке с целью более полного извлечения углеводов, для чего ее смешивали с горячей водой (60°С) в соотношении 1:1.
В пробу № 2 вносили целлобранин ГЗх на стадии промывки дробины в том же количестве, что и в пробу № 1 при осахаривании. Полученную дробину выдерживали в течение 1 ч при температуре 60°С и затем отделяли ее на центрифуге при тех же параметрах. Первое сусло и промывную воду смешивали.
Во всех пробах доводили pH сусла до 5,2 серной кислотой. Дрожжи задавали из расчета 10 г/л сусла (в пересчете на прессованные дрожжи влажностью 75%), Брожение осуществляли в емкостях
18 24 30
Время брсмсния,ч
Рис. 1
объемами 0,5 и 1,5 дм с гидрозатворами при температуре 35°С. Во время брожения устанавливали динамику выделения диоксида углерода и накопления биомассы дрожжей [4]. В бражке определяли концентрацию этилового спирта и примесей на газовом хроматографе ЛХМ-80, калибровку проводили методом внутреннего стандарта 15].
Качественные и количественные показатели жидкой и твердой фаз при получении осветленного зернового сусла приведены в табл. 1.
Целлобранин ГЗх способствует увеличению выхода: первого сусла — на стадии осахаривания; промывной воды — на стадии промывки дробины. Максимальный выход осветленного сусла наблюдали в пробе № 2, где его увеличение составило 11% к контролю.
Таблица 1
Показатели Проба №1 Проба №2 Контроль
Выход, см3: первого сусла 235 226 226
промывной воды 115 135 114
Содержание СВ, %: ' ' ,
в первом сусле 21,5 20 20
в промывной воде 10 11,5 8,5 -■■■
в осветленном сусле 17,0 17,5 15,5
Выход дробины к введенному сырью, % 110 99 111
Потери углеводов с
дробиной к ■г"
введенному крахмалу после одной 1,06 0,9Г 1.41
промывки, %
Вместе с тем при соблюдении данной технологии на различных стадиях процесса получения спирта происходит некоторое увеличение содержания сухих веществ СВ в осветленном сусле. Так, на стадии осахаривания наблюдали повышение количества СВ в сусле на 1,5% по сравнению с пробами, где ферментный препарат не вносили. Увеличилось содержание СВ и в промывной воде пробы № 2. Здесь же наблюдали после смешивания первого сусла и промывной воды максимальное количество сухих веществ. Их увеличение в пробе № 2 — 2% относительно контроля и 0,5% относительно пробы № 1. На наш взгляд, это связано с
тем, чт контакт Из та на ГЗх массе в! как в ко дробині следней следов а' процесс
2,5
в 0.0
И
Выхо углевод потери роле. Н наблюд задавал к введеї потери Изуч тели пр На рі массы д В на тенсив концен тах. В биомас На і диоксщ зернове на разл получеі риод сб углерод ет о бо.
Макс лась в как в п Как пок ранина го проц нию нгі ние код 10.9%, Нами венные бражки ГЗх. Так
■11
з2
риь
1ЭМИ при :танавли-лерода и >ажке оп- : га и при-<алибров-дарта [5]. жазатели зетленно-
ению выживания; дробины. 1а н.аблю-:о ставило
Таблица I,
Контроль.-
226
114
20
8.5
15.5
111
1.41
техноло-олучения содержателе. Так, )вышение знению с вносили, шой воде шшвания имальное :е в пробе 10 относи-связано с
тем, что в данной пробе обеспечен наилучший контакт субстрата с ферментом.
Из табл. 1 видно, что под влиянием целлобрани-на ГЗх минимальный выход дробины — 99% к массе введенного сырья — в пробе № 2, в то время как в контроле — 111 %. Во всех опытах влажность дробины составляла 75%. Чем меньше выход последней, тем выше содержание СВ в сусле, а следовательно, и ферментов, которые участвуют в процессе брожения.
ных углеводов меньше, чем в контроле, а в пробе № 2 количество их минимально — 0,36 г/100 см3.
Уменьшалось также суммарное количество примесей, причем минимально их наблюдали в пробе № 2 на стадии промывки дробины (табл. 2).
Таблица 2
ь. ‘ Рис. 2 ' '
Выход дробины сказывается на потере с ней углеводов. Так, в пробах с целлобранином ГЗх потери углеводов с дробиной меньше, чем в контроле. Наименьшее количество теряемых углеводов наблюдали в пробе, где ферментный препарат задавали на стадии промывки дробины — 0,91% к введенному крахмалу, в то время как в контроле потери составили 1,41%.
Изучали действие целлобранина ГЗх на показатели процесса брожения.
На рис. 1 показана динамика накопления биомассы дрожжей в период главного брожения.
В начальный период сбраживания дрожжи интенсивно накапливали биомассу, максимумы ее концентрации наблюдали к 12-15 ч во всех опытах. В пробах с целлобранином ГЗх накопление биомассы выше, чем в контроле.
На рис. 2 представлена динамика выделения диоксида углерода при сбраживании осветленного зернового сусла с добавлением целлобранина ГЗх на различных стадиях технологического процесса получения сусла. В этих пробах в начальный период сбраживания скорость выделения диоксида углерода выше, чем в контроле, что свидетельствует о более интенсивном брожении.
Максимальная концентрация спирта накапливалась в бражке пробы № 2 — 8,8%об., в то время как в пробе № 1— 8,6, а в контроле — 8,4%об. Как показывают данные табл. 2, внесение целлобранина ГЗх на различных стадиях технологического процесса получения сусла приводит к увеличению накопления этанола. Относительное увеличение количества спирта составило: в пробе № ! — 10.9%, в пробе № 2 — 19,2% к контролю.
Нами получены и другие улучшенные качественные и количественные показатели зрелой бражки в пробах при использовании целлобранина ГЗх. Так, в образцах с ним содержание несброжен-
Показатели Проба №1 Проба №2 Конт- роль
Содержание несброжеьрых углеводов, г/100 см 0,43 0,36 0,45
Количеству дрожжевых клеток, млн/ см 205 225 210
Количество спирта, см3 28,3 30,4 25,5
,4 Объемная доля примесей, %-10 :
ацетальдегид 1,13 1,01 1,92
этилацетат 1,91 1,99 1,90
пропанол 4,91 2,63 6,36
изобутанол 6,87 5,46 7,85
изоамилол ./... ' 23,32 22,04 24,26
Сумма компонентов ГФЭС 7,95 5,63 10,18
Сумма компонентов сивушной фракции 30,19 27,50 32,11
Суммарное количество примесей 38,14 33,13 42.29
Увеличение выхода осветленного зернового сусла на стадиях осахаривания и промывки дробины, на наш взгляд, связано с тем, что под действием комплекса целлюлолитических ферментов происходит деструкция целлюлозы и целлобиозы, способствующая разделению смеси на твердую и жидкую фазы.
Тот факт, что внесение целлобранина ГЗх на стадии осахаривания способствует увеличению содержания СВ в сусле, связан, как мы считаем, с деструкцией целлюлозы до сахаров, которые переходят в растворимое состояние. По той же причине повышается количество СВ в промывной воде при внесении ферментного препарата на стадии промывки дробины.
Большая (по сравнению с контрольным опытом) интенсивность выделения диоксида углерода и накопление биомассы объясняется присутствием в сбраживаемой среде более сбалансированного комплекса ферментов, который оказывает положительное влияние на соотношение глюкоза—мальтоза — декстрины сусла, что во многом определяет рост и размножение дрожжевых клеток и, в свою очередь, влияет на динамику выделения диоксида углерода как показателя интенсивности брожения,
И наконец, увеличение накопления этанола в пробах по сравнению с контролем происходит в результате того, что в процессе гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы целлюлолитическими ферментами образуется дополнительное количество глюкозы, которая затем сбраживается дрожжами на спирт.
ВЫВОДЫ ’
.1. Для увеличения выхода жидкой фазы и уменьшения потерь углеводов с дробиной целесообразно применять ферментные препараты целлюлолити-ческого действия, в частности целлобранин ГЗх.
2. Улучшение качественных и количественных показателей процесса получения спирта из осветленного сусла происходит в результате добавления препаратов целлюлолитического действия на стадии промывки дробины.
3. Выход спирта увеличивается на 19,2%, количество примесей сокращается на 21,6% относительно контроля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рухлядева А.П., Полыгалина Г.В. Методы определения активности гидролитических ферментов. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. — 287 с.
2. Тиунова Н.А. Применение целлюлаз / Целлюлазы микроорганизмов. — М.: Наука, 1981. — С. 40-73.
3. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. 3-е изд,. перераб. и доп. — Л.: Агропромиздат, 1987.
4. Промышленная микробиология / Под ред. Н.С. Егорова. -- М.: Высш. школа, 1989.
5. Столяров Б.В., Савинов И.М., Витенберрг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. — М.: Химия, 1978. — С. 203-205,
Кафедра технологии бродильных производств
и виноделия
Поступила 07.02.01 г.
621.92:517
АНАЛИЗ РАБОТЫ ДОЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СМЕСИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЙ
Г.Е. ИВАНЕЦ, М.В. БАКАНОВ, Ю.А. МАТВЕЕВ
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности '■
Процесс приготовления однородных по составу композиций из дисперсных материалов путем их смешения в аппаратах различного типа широко используется в пищевой и других отраслях промышленности. Агрегаты, включающие смесители непрерывного действия СИД и дозирующие устройства, установлены на многих технологических линиях по производству комбинированных продуктов питания для определения качества готовых изделий. Среди этих смесительных агрегатов и конструкции — СНД, разработанные в КемТИПП, которые обеспечивают сглаживание погрешностей в работе дозирующих устройств.
Нами проведен математический анализ работы типовых дозирующих устройств объемного типа — шнекового и спирального. Полученные данные позволяют сделать вывод о целесообразности включения в состав смесительного агрегата дозирующих устройств объемного, а не весового типа в связи с их конструктивным преимуществом и надежностью в эксплуатации [1].
При исследовании динамической системы дозаторы—смеситель необходимо прежде всего дать математическую оценку неизбежных флуктуаций входных потоков, т.е. определить коэффициент вариации для оценки погрешности дозирования, а также выразить выходной сигнал, формируемый дозатором, в виде нормированной корреляционной функции.
Исследовали шнековый и спиральный дозаторы на материалах с различными физико-механически-ми свойствами.
В табл. 1 приведены основные технические характеристики объемных дозирующих устройств для материалов с насыпной плотностью 550-1100 кг/м3 и дисперсностью 30-1200 мкм.
Для выражения выходного сигнала в виде корреляционной функции весовое содержание отобранных проб представляли как последователь-
ность значении случайного стационарного процесса. Его обработку проводили по составленной нами программе в интегрированной системе ТигЬо РаБса1. Эта программа позволяет не только определить корреляционную и нормированную корреляционную функции входного сигнала в смеситель, но и вычислить статистические параметры процесса: математическое ожидание, дисперсию, средне-квадратическое отклонение и точность дозирования. ■ V. - ;
- ' Таблица 1
Техническая характеристика
Дозатор
спиральныи шнековый
Производительность, кг/ч
Погрешность дозирования, %
Частота врарения рабочего органа, с
Мощность привода, кВт
Габаритные размеры, м
Масса, кг
Для аппроксимации корреляционной функции были выбраны типовые зависимости [2]
Кх0(г) = О ехр(—Л |г!), (1)
Кх0(т) = О ехр(— А |т|) со5(Вг), (2)
15—20 45—230
1,1—3,5 2,3—5,2
5—12,5 0,5—1,25
0,14 0,75
,35х0,3*0,2 0,6*0,35x0,
12 60
где
КхЛг)
О
корреляционная функция выходящего из дозатора потока; значение корреляционной функции при г = 0;
А и В — коэффициенты информативности, характеризующие степень стабильности (однородности) изучаемого случайного процесса; г— интервал времени.
Результаты аппроксимации экспериментальных данных приведены в табл. 2.
Ма
Сухое « Крупа і Крахма, Крупа * Мука п Сахар-п Сода п* Соль пс
На | ретаци лов сш ских к лиз. П< мерой и 1(?2, оценш значен кции, і ционш ее сече значен Напрел частым сходит Так каї увелич протек; функці протек; измене реляцй стикой цесса.1 по свої ционно Пров смесит* ционно циклам
ПЕ
с.и. хо
Л.В. ПЕ
Кемерове, пищевой,
Важн
являютс
зованик
