авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Разработка ресурсосберегающей технологии этанола из зерна пшеницы на основе ик-обработки сырья

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Стребкова Ольга Сергеевна

РАЗРАБОТКА ресурсосберегающей ТЕХНОЛОГИИ

ЭТАНОЛА из зерна пшеницы НА ОСНОВЕ

ИК-ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ




Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов

(пивобезалкогольная, спиртовая и

винодельческая промышленности)






АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук





Москва 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Крикунова Людмила Николаевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Иванова Людмила Афанасьевна ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»
кандидат технических наук Жабкина Татьяна Николаевна ФГУП «Росспиртпром»
Ведущая организация: Московский Государственный Университет технологий и управления

Защита состоится «14» ноября 2007 года в 1200 ч., ауд. III-101 на заседании Диссертационного Совета Д 212.148.04 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское ш., 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.

Автореферат разослан «___» ____________ 2007 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета

д.т.н., проф. Крюкова Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди приоритетных в спиртовой отрасли активно развивается направление, посвященное совершенствованию технологий, основанных на подготовке сырья к сбраживанию с использованием низкотемпературных схем его переработки. Имея несомненные преимущества, данные технологии характеризуются своими сдерживающими их широкое внедрение факторами.

Во-первых, жесткие требования к качественным характеристикам помолов.

Во-вторых, для достижения хорошей подготовленности крахмала в схемах механико-ферментативной обработки сырья требуется применение достаточно высоких норм дозировок ферментных препаратов, при этом процесс проходит многоступенчато, а это связано с усложнением аппаратурно-технологической схемы производства.



В-третьих, классическая технология механико-ферментативной обработки сырья не предусматривает способов, повышающих микробиологическую чистоту исходного сырья. Вместе с тем общеизвестно, что на спирт перерабатывается фуражное зерно, характеризующееся повышенным содержанием бактериальной и грибной микрофлоры.

Решение перечисленных проблем может быть осуществлено при внедрении в спиртовое производство стадии высокотемпературной микронизации зерна. Данный способ нашел широкое применение при производстве продуктов в ряде отраслей пищевой промышленности. Для его осуществления отрасль имеет промышленно выпускаемое отечественное оборудование, постоянно совершенствующееся как с позиции энергоемкости, так и достигнутой производительности аппаратов.

Метод ИК-обработки позволяет целенаправленно изменять исходные технологические свойства сырья. Причем, глубина и характер данных изменений зависят от режимных параметров нагрева, характеристик обрабатываемого материала и требований конкретной отрасли. В технологии спиртового производства способу ИК-нагрева зерна до настоящего времени не уделялось должного внимания.

Учитывая всё вышеперечисленное, исследования по разработке научно-практических основ создания новой ресурсосберегающей технологии этанола из ИК-обработанного зерна пшеницы, несомненно, актуальны и перспективны.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка ресурсосберегающей технологии этанола из зерна пшеницы с целенаправленно измененными при установленных режимах ИК-обработки технологическими свойствами, позволившими получать осахаренное сусло повышенного качества по одноступенчатой низкотемпературной схеме переработки сырья.

В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:

- провести сравнительную характеристику методов оценки прочностных свойств зерна;

- исследовать влияние исходной влажности зерна и режимов ИК-обработки пшеницы на процесс измельчения контрольных и опытных образцов зерна с использованием приставки-твердомера к фаринографу;

- провести оценку состояния углеводно-амилазного комплекса зерна по амилограммам;

- оценить влияние режимов ИК-обработки зерна на его биохимические характеристики, в том числе ферментативную атакуемость крахмала и белка пшеницы;

- установить влияние режимов ИК-обработки зерна на содержание эпифитной и субэпидермальной микрофлоры пшеницы;

- разработать низкотемпературный одноступенчатый способ получения сусла и установить влияние дозировок ферментных препаратов разжижающего и осахаривающего действия, а также микробных протеаз на основные показатели его качества;

- определить факторы, влияющие на процесс сбраживания сусла, полученного из ИК-обработанной пшеницы; провести сравнительный анализ образцов зрелой бражки на содержание этилового спирта и вредных летучих примесей;

- оптимизировать процесс сбраживания пшеничного сусла из ИК-обработанного зерна;

- разработать аппаратурно-технологическую схему производства этанола из пшеницы с включением стадии высокотемпературной микронизации зерна.

Научная новизна. Проведена сравнительная характеристика методов оценки прочностных свойств зерна, по результатам которой рекомендованы ранее не используемые в спиртовой отрасли методы по исследованию гранулометрического состава помолов и определению по кривым дробления «Условной работы дробления».

Впервые исследован процесс измельчения пшеницы с использованием приставки-твердомера к фаринографу и показано, что энергозатраты на получение мелкого помола зависят от исходной влажности зерна и температур его ИК-обработки.

Получены новые данные по оценке состояния углеводно-амилазного комплекса контрольных и опытных проб пшеницы по основным параметрам амилограмм (энергия деструкции крахмала, в том числе фракций амилозы и амилопектина, а также максимальное усилие перемешивания и соответствующая ему температура клейстеризации).

Установлено влияние глубины и характера процессов деструкции в углеводном и белковом комплексах пшеницы от режимов ИК-обработки зерна.

Научно обоснованы различия в воздействии способов конвективного и ИК-нагрева зерна на эпифитную и субэпидермальную микрофлору пшеницы.

Выявлена корреляционная зависимость между реологическими, биохимическими и микробиологическими характеристиками ИК-обработанной пшеницы и качественными показателями полупродуктов спиртового производства.

Исследованы процессы и научно обоснованы режимы при получении и сбраживании сусла из ИК-обработанного зерна пшеницы, на основании которых предложен новый способ производства этилового спирта, защищенный Патентом РФ № 2265663.

Практическая ценность. Экономически обоснована перспективность включения в технологическую схему производства этанола из зерна аппаратов по ИК-обработке сырья, позволяющих, в зависимости от режимных параметров процесса, целенаправленно изменять технологические свойства сырья, а именно:

- снижать прочность зерна и, как следствие, получать мелкие и равномерные помолы из пшеницы со сниженными на 40-50 % против контроля энергозатратами;

- повышать за счет деструкции ферментативную атакуемость крахмала и белка сырья;

- значительно снижать содержание в зерне эпифитной и субэпидермальной микрофлоры, в результате чего получать возможность перерабатывать сырье по низкотемпературным схемам без ухудшения микробиологических показателей бражки.

Разработана ресурсосберегающая технология этанола из ИК-обработанного зерна пшеницы, позволяющая:

- совместить стадии водно-тепловой обработки замеса и осахаривания разваренной массы, что значительно упрощает технологический процесс;

- снизить энергозатраты при получении сусла за счет обработки замеса при более низких температурах (58-60 С, вместо пауз при 65-70 С и 95-98 С);

- уменьшить дозировки осахаривающих ферментных препаратов в среднем на 20-25 %;

- увеличить выход спирта из 1 т условного крахмала сырья на 0,3 дал и снизить на 20 % содержание в бражке летучих примесей.

Разработан опытно-промышленный регламент получения этилового спирта из зерна, подвергнутого ИК-обработке ОПР 013-06.

Проведена опытно-промышленная проверка новой технологии этанола из ИК-обработанного зерна пшеницы в условиях спиртзавода «Ариана-С».

По результатам опытно-промышленной проверки рассчитана условно-годовая экономия от снижения себестоимости продукции по проектируемому варианту, которая для спиртового завода мощностью 3000 дал/сут составила 3,61 млн. руб. при сроке окупаемости капитальных затрат 1 год и 3 месяца.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на студенческой научной конференции «НИРС-2004» (М., 2004 г.), на II Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (М., 2004 г.), на III Юбилейной международной выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (М., 2005 г.), на V Ежегодной международной молодежной конференции «ИБХФ РАН-ВУЗЫ» (М., 2005 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России» (Оренбург, 2005г.), на VI Международной научно-практической конференции «Перспективные направления научно-технического развития спиртовой и ликероводочной отрасли пищевой промышленности» (М., 2007 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 13 публикациях, включая 4 статьи и 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной и экономической частей, выводов, списка литературы из 198 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 164 страницах машинного текста, содержит 23 рисунка и 41 таблицу.

1. Обзор литературы

В обзоре литературы приведены данные о возможных способах совершенствования существующих технологий переработки сырья в этанол. Дана характеристика физических методов, позволяющих целенаправленно изменять исходные технологические свойства зерна. Рассмотрены примеры использования метода ИК-нагрева зерна в ряде отраслей пищевой промышленности для улучшения качественных показателей сырья.

2. Экспериментальная часть

2.1. Материалы и методы исследования

Исследования осуществляли в лабораторных и промышленных условиях на базах ГОУ ВПО МГУПП и ООО «ПК Старт». Объектом исследования являлось зерно пшеницы урожаев 2003-2006 гг., поступившее в производство на спиртовые заводы РФ.

ИК-обработку зерна проводили на промышленной установке марки УТЗ-4.

На стадии получения сусла применяли ферментные препараты зарубежного производства: Ликвамил 1200, Конверзим АМГ-300, Нейтраза 0,5 Л, Алкалаза 2,4 Л ФГ.

Анализ биохимических показателей исходного и ИК-обработанного зерна пшеницы проводили с использованием: химического метода для определения условной крахмалистости зерна; метода Попова М.П.-Шаненко Е.Ф. для анализа содержания декстринов; метода Шомодьи-Нельсона для определения свободных редуцирующих сахаров; метода Къельдаля для определения общего белка; метода формольного титрования для определения содержания аминного азота.





Реологические свойства зерна исследовали с использованием приборов «Амилотест АТ-97», «Структурометр СТ-1», «Приставка- твердомер к фаринографу».

Контроль микробиологического состояния зерна и полупродуктов спиртового производства осуществляли путем идентификации и подсчета бактериальной и грибной микрофлоры при высеве на чашки Петри с селективными питательными средами, а также методом самозакисания проб.

Анализ полупродуктов спиртового производства проводили с применением общепринятых в отрасли методов.

2.2. Результаты исследований и их обсуждение

2.2.1. Термообработка зерна пшеницы ИК-излучением

Термообработка зерна ИК-излучением относится к одному из перспективных способов целенаправленного изменения технологических свойств зерна и достаточно широко используется при производстве ряда продуктов. В технологии переработки зерна в этанол она до настоящего времени не применялась.

Настоящая работа предусматривала выполнение целого комплекса исследований по изучению основного сырья спиртового производства путем определения его физических, реологических, биохимических и микробиологических характеристик.

Параметрическая схема процесса целенаправленного изменения технологических свойств пшеницы при ИК-обработке зерна представлена на рисунке 1. Перечисленные в схеме показатели, определяющие технологические свойства зерна, оценивались в аспекте использования пшеницы в технологиях производства этанола, основанных на низкотемпературных схемах его переработки. В качестве объектов исследования использовали четыре пробы зерна (W=12,0%; 14,0%; 16,0%; 18,0%). Обработку зерна проводили при температурах 110-150 С и мощности лучистого потока Е=22-24 кВт/м2.

Первый этап работы посвящен изучению реологических характеристик исходного и ИК-обработанного зерна. В целом, реологическое поведение материалов – достаточно емкое понятие. В спиртовом производстве термин «реологический» связывают, в основном, только с подвижностью сред.


Возмущающие параметры

ПВС ХС ТО

Кр

Wз Гр.с.

tн Адр

Ауд

Е

КОЕ

Фат

Н П Гр.с. М Адр F Ауд Ауд* Ауд** КОЕ Кр Д Б Фат

Измеряемые и рассчитываемые параметры

Wз-влажность зерна; tн-температура ИК-нагрева; Е-интенсивность ИК-нагрева; ПВС-параметры внешней среды; ХС-химический состав сырья; ТО-технологические отклонения; Н-натура зерна; П-плотность зерна; Гр.с.-гранулометрический состав помолов; М-модуль крупности; Адр-условная работа дробления; F-максимальное усилие перемешивания замеса; Ауд-удельная энергия деструкции крахмала; Ауд*-удельная энергия деструкци амилозы; Ауд**-удельная энергия деструкции амилопектина; КОЕ-уровень микробиологической чистоты зерна; Кр-условная крахмалистость зерна; Д-массовая доля декстринов; Б- массовая доля растворимого белка; Фат-ферментативная атакуемость крахмала и белка зерна.

Рис. 1. Параметрическая схема процесса целенаправленного изменения технологических

свойств пшеницы при ИК-обработке зерна

Вместе с тем, структурно-механические свойства зерна, ответственные за процесс измельчения сырья, также относятся к реологическим.

По мнению специалистов выполненные до настоящего времени исследования, и полученные экспериментальные данные не позволяют объяснить сложные явления, происходящие в процессе измельчения, установить все влияющие на них факторы. Для определения последних необходимо в первую очередь выбрать достоверные методы оценки прочностных свойств зерна.

Сравнительная характеристика методов оценки прочностных свойств зерна

В настоящей работе в качестве оценки прочностных свойств зерна были выбраны: классический для спиртовой отрасли метод (проход помола через сито с d=1 мм), метод определения гранулометрического состава помолов и расчета модуля крупности, а также методы исследования прочностных свойств зерна на приборе «Структурометр СТ-1» и определения доступности зерна к дроблению с использованием приставки-твердомера к фаринографу.

Показано, что классический метод оценки помолов не позволяет объективно оценить прочностные свойства зерна.

Среди изученных методов самыми объективными и точными являются: метод исследования гранулометрического состава помолов и расчета модуля крупности и метод определения доступности зерна к дроблению с использованием приставки-твердомера к фаринографу. Последний (табл. 1), характеризующийся максимальной относительной ошибкой на уровне 2–3 %, позволяет достоверно выявить влияние исходной влажности зерна на показатель Адр. ср.

Таблица 1.Влияние влажности пшеницы на показатель «Адр»

Показатели Влажность зерна
W=12% W=14% W=16% W=18%
Адр, усл.ед. (номер пробы) 1 72,0 76,5 88,0 109,5
2 71,0 78,9 87,1 103,7
3 74,5 76,8 91,0 105,8
Адр.ср, усл.ед. 72,5 77,4 88,7 106,3
Максимальная относительная ошибка () 2,8 1,9 2,6 3,0
Интервал варьирования Адр.ср с учетом , усл. ед. 70,574,5 75,979,4 86,491,0 103,1109,5


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.