Аннотация
Полихидные алкогольные напитки, являющиеся продуктом тяжелого (основного) органического синтеза, широко используются во многих отраслях, особенно в медицине и пищевой промышленности. Среди полигидных спиртов особый интерес представляют продукты гидрогенизации моносахаридов. Большинство этих соединений имеют высокую биологическую активность, некоторые из которых используются в медицинской практике (ксилит, сорбитол и другие). Кроме того, полигидные алкоголики имеют широкий спектр используемых свойств, которые используются в производстве лаков, сушильных масел, смол, антифризов, косметики, взрывчатых веществ, поверхностно-активных веществ и др.
В настоящее время пивоваренная промышленность – динамично развивающаяся отрасль, занимающая важную роль в экономике республик СНГ. Это бюджетообразующая отрасль, в системе пищевой промышленности ее удельный вес составляет от 18 до 27%. Пивная дробина – отход пивоваренного производства, содержащая в своем составе клетчатку, протеин, жиры, гемицеллюлозы, крахмал и биологически активные вещества, представляет особый интерес как сырье для получения ряда ценных соединений, в том числе и в гидролизной промышленности. Создавшаяся экологическая ситуация остро требует решения вопроса утилизации многотонных отходов пивной дробины (1)
Солодовая дробина (ОСТ 18-341-79 «Дробина пивная сырая») образуется как остаток после отделения после жидкой фазы – пивного сусла в процессе фильтрации затора. Дробина состоит из жидкой (45%) и твердой (55%) фаз. Твердая фаза дробины содержит оболочку и нерастворимую часть зерна [2].
Дробина пивная сырая представляет собой гущу светло–коричневого цвета со специфическими запахом и вкусом. Дробина может содержать до 88% воды и храниться в течение 24ч при температуре окружающей среды. Химический состав дробины колеблется в зависимости от качества и ассор-тимента перерабатываемых зернопродуктов, сорта выпускаемого пива [3]. Для решения поставленных задач нас интересовало содержание пентозанов, поэтому в таблице 1 приведен состав дробины с учетом этого аспекта.
Таблица 1 - Химический состав пивной дробины
|
Наименование компонентов |
Содержание, % |
|
Зольные вещества |
5,50 |
|
Легкогидролизуемые полисахариды |
21,32 |
|
Трудногидролизуемые полисахариды |
24,66 |
|
Гекозаны |
17,68 |
|
Пентозаны (без уроновых кислот) |
28,03 |
Присутствие в легкогидролизуемой фракции ксилозы, арабинозы и маннозы свидетельствует о наличии в исследуемой дробине гемицеллюлоз типа ксиланов, арабоксиланов, маннанов, прочно связанных с целлюлозой. Высокое содержание глюкозы (18,65%) в трудногидролизуемой фракции свидетельст-
слизей и вращение +14,2о. L- веществ и
вует о наличии в составе пивной дробины целлюлозы, а также трудногидролизуемого β – глюкана. D- Манноза является составной частью различных высокомолекулярных полисахаридов – гемицеллюлоз. Маннозу можно получить при гидролизе гемицеллюлоз кислотой. Удельное водных растворов маннозы после установления равновесия между α- и β-формами равно Арабиноза содержится в зёрнах злаковых в виде составной части слизей, гумми, пектиновых гемицеллюлоз. Арабинозу получают путём кислотного гидролиза вишневого клея или свекловичного жома. Удельное вращение водных растворов после окончания мутаротации +104,5о. D-Ксилоза (древесный сахар). Содержится в зернах злаковых входя в состав слизей, гумми, гемицеллюлоз. Удельное вращение водных растворов после окончания мутаротации +18,8оС. В составе дробины обнаружены свободные аминокислоты и аминокислоты белка. В минеральный состав дробины входят фосфор, калий, кальции, магний и другие элементы. Столь богатый белково-минеральный состав пивной дробины определяет целесообразность ее использование в различных отраслях промышленности, в т.ч. для гидролизного производства.
Нами был установлен химический состав ксиланов пивной дробины и доказано, что пивная дробина может являться перспективным пентозосодержащим сырьем для гидролиза. Разработана эффективная конструкция аппарата колонного типа для гидролитического гидрирования, в котором изучено влияние режима облагораживания на процесс гидролиза ксиланов и выбраны оптимальные условия для проведения стадии облагораживания.
Основными требованиями, предъявляемыми к сырью для пентозного гидролиза, являются высокое содержание пентозанов и минимальное количество посторонних примесей, переходящих в раствор при гидролизе (дубильных веществ, зольных элементов, белков, органических кислот, других моносахаридов.
Полученные результаты подтверждают наши предположения о высокой скорости гидролизуемости ксиланов пивной дробины и возможной их потере в процессе облагораживания. Таким образом, в случае использования ПД не пригоден классический метод для получения пентозных гидролизатов, кроме того проведение процесса облагораживания в гидролизных аппаратах занимает до 40% времени оборота основного оборудования. Принятая продолжительность облагораживания не вызывается нуждами технологии, а обусловлена лишь устройством гидролизаппарата.
В связи с этим нами предлагается проводить процесс облагораживания при атмосферном давлении в простом и дешевом, по сравнению с гидролизным аппаратом непрерывного действия, аппарате конструкции Гребенюка [4]. Нами исследована скорость выведения отдельных компонентов из ПД при предварительном смачивании 3% фосфорной кислотой при модуле 0,3. В каждой средней (за 10 мин выдачи) пробе содержалось около 0,5 модуля экстрактивных вод. Для выявления закономерностей процесса количество компонентов, выведенное за 10 мин, выражалось в % к их общему количеству, удаленному за все время экстракции. Из данных рисунка 1 видно, что основное количество примесей выводится за первые 60 мин. Это указывает на прямую зависимость скорости экстракции от условий проведения начальной операции – поверхностного смачивания сырья раствором фосфорной кислоты. Уменьшение гидромодуля смачивания сырья кислотой ухудшает показатели, а увеличение – вызывает повышение содержания сахаров, а особенно ксилозы, в экстракте, т.е. приводят к потере сахаров. Через 50-60 минут, в экстрактах увеличивается содержание пентозных сахаров, что свидетельствует об окончании процесса облагораживания и позволяет сократить время последующего пентозного гидролиза, т.к. сырье уже полностью к нему подготовлено.
Показана возможность проведения процесса гидролиза ксиланов в автокаталитическом «бескислотном» режиме и выявлены оптимальные параметры процесса. В ходе разработки технологии получения ксилита из пивной дробины методами одновременного гидролиза и гидрирования было числе исследовано влияние природы и концентрации кислот и режима облагораживания сырья на эффективность процесса гидролиза, разработан процесс автокаталитического гидролиза, исследованиа кинетика совместных процессов гидролиза пивной дробины и гидрирования ксилозы, а также каталитическая активность и кислотостойкость сплавных катализаторов.(5) Осуществлен подбор эффективных кислотостойких катализаторов гидрирования, устойчивых к примесям неочищенных ксилозных растворов и разработана технологическая схема получения ксилита из пивной дробины в автокаталитическом «бескислотном» режиме
Таким образом, создано конкурентоспособное инновационное производство ксилита с принципиально новой технологией путем разработки и внедрения высокоскоростных процессов при рациональном использовании отхода пивоваренного производства – пивной дробины, что обеспечивает улучшение экологической обстановки в зонах пивоваренных производств и обеспечивает максимум прибыли при минимуме затрат.
Литература
- Айвазян С.С., Чубакова Е.Я. Использование вторичных сырьевых ресурсов в пивоваренной промышленности //Пищевая промышленность – 2007 -№7.-С.343-345.
- Тихомиров В.Г.Технология пивоваренного и безалкогольного производств.-Москва:Колос, 1999.- 448с.
- Пехер К. Тепловая утилизация пивной дробины //Пиво и напитки. -Москва, 2006.-№5.-С.93-97.
- Рысбаева Г.С., Кедельбаев Б.Ш., Приходько Н.А. Исследование процесса автокаталитического гидролиза пивной дробины. Наука и образование Южного Казахстана, -2011.-№5.-С.120-124.
- Кедельбаев Б.Ш., Рысбаева Г.С., Рахманбердиев Г.Р. Получение ксилозы из растительного сырья. Труды МНПК, г.Ташкент,2006 г.