Зброджування цукровмісних продуктів цукрового виробництва в біоетанол
Визначено фізико-хімічний склад напівпродуктів цукрового виробництва з точки зору придатності їх для зброджування в біоетанол. Досліджено динаміку накопичення спирту впродовж бродіння та якісні показники зрілої бражки. Встановлено доцільність перероблення відтоку другої кристалізації в біоетанол.
О.О. Коваль, провідний інженер, Інститут продовольчих ресурсів НААН України
С.Т. Олійнічук, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач відділом біоресурсів та переробки рослинної сировини, Інститут продовольчих ресурсів НААН України
Л.М. Хомічак, доктор технічних наук, професор, член-кор. НААН України, Інститут продовольчих ресурсів НААН України
Ю.О. Батог, науковий співробітник, Інститут продовольчих ресурсів НААН України
Т.І. Лисак, науковий співробітник, Інститут продовольчих ресурсів НААН України
Традиційно цукрова галузь України була спрямована на максимально можливе вилучення цукру із цукрового буряка, що досягалось впровадженням у виробництво дво- та трипродуктових технологічних схем. Особливістю даних схем є проведення багатостадійного концентрування напівпродуктів цукрового виробництва, що призводить до значних витрат теплової енергії, погіршення якості та підвищення собівартості готової продукції, та, відповідно, стає однією з причин невизначеності вітчизняного цукру на зовнішньому ринку.
Обмеження експорту цукру, неконтрольований імпорт та використання цукрозамінників, сезонне перенасичення ринку призвело до падіння внутрішнього споживчого попиту на цукор. Не останню роль у збільшенні собівартості цього продукту відіграли повільне впровадження інноваційних технологій, спрямованих на економію сировини, зменшення енерговитрат та раціональне використання відходів цукровиробництва [1]. Результатом стало зменшення рентабельності цукрових заводів, частина з яких припинила своє існування.
Одним із шляхів виведення цукрової промисловості з кризи є ефективне поєднання виробництва цукру з виробництвом біоетанолу. Необхідність розвитку даного напрямку визначається на лише високою залежністю країни від імпорту енергоресурсів, а й потребою мати резервні потужності для утилізації відходів та супутньої продукції цукроваріння, а також переробки надлишку вирощеної сировини, зважаючи на циклічний і ризиковий характер аграрного виробництва [2].
Основною цукровмісною сировиною для виробництва етанолу в Україні є меляса, однак не менш цікавими для використання є і такі напівпродукти, як дифузійний сік, відтік І та ІІ кристалізації. Дані продукти мають різний фізико-хімічний склад, однак досить високий вміст цукру в них дозволяє ефективно використовувати їх як альтернативну сировину для виробництва біоетанолу [3]. З економічної точки зору більш вигідним є використання тих напівпродуктів, які дають змогу одержати максимальний вихід етанолу та можуть довше зберігатися [4].
Метою досліджень було встановлення складу та біотехнологічних властивостей напівпродуктів цукрового виробництва з точки зору придатності їх для спиртового бродіння з одержанням максимального виходу етанолу.
Об’єктами досліджень були неочищений дифузійний сік, відтік другої кристалізації, меляса, дріжджі, дозріла бражка.
Напівпродукти цукрового виробництва аналізували за наступними методиками: концентрацію сухих речовин (СР) – рефрактометричним методом [5]; величину рН середовища – потенціометричним методом за допомогою рН-метра МР512; масову частку сахарози та інверсійну поляризацію в мелясі та відтоці – поляриметричним методом з використанням сахариметра СУ-5 [6]; масову частку сахарози в дифузійному соці – поляриметричним методом [7]; загальну суму цукрів, що зброджуються, в мелясі та відтоці другої кристалізації розрахували за прямою, інверсійною поляризацією та вмістом інвертного цукру [8]; масову частку загального азоту – за методом К’єльдаля [8]; масову частку фосфору – колориметричним методом Бригса [8].
Процес спиртового зброджування сусла в лабораторних умовах досліджували за методом «бродильної проби» [8]. Під час досліджень використовували дріжджі Saccharomyces cerevisiae раси У 5007 (К-7). Культивування дріжджів проводили за класичною схемою.
Зброджування проводили у термостаті за температури 30°С впродовж 72 годин. Для повноти зброджування цукрів подовжували процес доброджування на 12 годин. Напівпродукти готували шляхом підкислення до рН 4,8-5,0 од. за допомогою сірчаної кислоти молярною концентрацією 1 моль/дм3, збагачували азотним та фосфорним живленням у вигляді карбаміду та ортофосфорної кислоти. Контроль процесу зброджування здійснювали за кількістю СО2, що виділився під час бродіння. У дозрілій бражці визначали вміст незброджених цукрів фотоколориметричним методом з резорциновим реагентом [8]. В бражних дистилятах визначали концентрацію етанолу ареометричним методом [6].
Досліджено фізико-хімічний склад напівпродуктів цукрового виробництва – дифузійний сік, відтік ІІ кристалізації, меляса. Результати досліджень наведено в таблиці 1.
Узагальнюючи отримані дані, можна стверджувати, що напівпродукти мають необхідну кількість цукрів, придатних для зброджування, однак одночасно характеризуються і нестачею основних елементів живлення, необхідних для забезпечення нормального розвитку та життєдіяльності спиртових дріжджів. В процесі зброджування цукровмісних продуктів було визначено динаміку виділення вуглекислого газу, яку наведено в рис. 1.
Більше інформації читайте в журналі «Цукор України» № 2(98), 2014
 |