УДК 633.11

ПЕРЕРАБОТКА НИЗКОКАЧЕСТВЕННОГО ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ НА СПИРТ

Петренко В.В.1, Осипова Т.Ю.2
1Институт продовольственных ресурсов Национальной академии аграрных наук, г.Киев, Украина, научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук
2Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, г. Киев, Украина, доцент кафедры, кандидат педагогических наук

Аннотация
Тема хранения зерна в полиэтиленовых рукавах становится все более популярной. Эта технология позволяет упаковывать и хранить зерно непосредственно в местах его выращивания. Тем не менее, отсутствие доступа воздуха при длительном хранении зерна вызывает определенные изменения, в его белковых веществах делая зерно малопригодным для хлебопекарной промышленности. Определение выхода спирта из такого зерна проводили как заключительный этап оценки его технологических свойств. Изучение физико-химических характеристик зерна, выращенного без использования минеральных удобрений и пестицидов, в сравнении с общепринятой интенсивной системой земледелия, показало, что такое сырье вполне пригодно для получения спирта высокого качества.

Ключевые слова: выход спирта, зерно пшеницы озимой, режимы и сроки хранения, системы земледелия


POSSIBILITIES OF UTILIZATION WHEAT GRAIN ON ETHANOL DEPENDING TO AGRICULTURE SYSTEMS

Petrenko V.V.1, Osipova T.U.2
1Institute of Food Resources National Academy of Agriculture Sciences, Kiev, Ukraine, Scientific researcher, PhD in primary processing of grain products
2National university of life and environmental sciences of Ukraine, Associate professor, PhD in pedagogic

Abstract
On the basis of our experimental researches it is positioned that the highest yield of alcohol from winter wheat grain was grown in the conditions of northern Forest-steppe, using the biological agricultural system has provided. We recommend using such grain for production best kinds of alcohol such as "Lux" and "Ekstra" that going on preparation of high-quality alcoholic production. The grain grown at ecological and intensive systems of agriculture, in case of loosing their high bakery qualities, is more expedient to use in other branches of the food-processing industry.

Keywords: agriculture system, alcohol yield, storage terms and modes, winter wheat grain


Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Петренко В.В., Осипова Т.Ю. Переработка низкокачественного зерна пшеницы на спирт // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2014. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2014/03/1352 (дата обращения: 20.11.2016).

Из всего объема продовольственного зерна пшеницы ежегодно не менее 75 % направляется на переработку в муку. Поэтому для получения спирта зачастую используют фуражное либо некачественное зерно: испорченное в результате самосогревания, проросшее, морозобойное, поврежденное насекомыми и т.д. [1, стр.10; 2, стр. 4].

Известно, что затраты на основное сырье в себестоимости спирта при переработке зерна весьма существенные. Они составляют до 60–65 % всех затрат. Тем не менее, в условиях увеличения покупательской способности населения, актуальным для спиртовой отрасли становиться вопрос выпуска готовой продукции высокого качества, отвечающей современным требованиям по всем органолептическим и биохимическим показателям. Качество конечного продукта – спирта, являющегося исходным сырьем в производстве ликероводочных изделий, напрямую связано с качеством сырья, поэтому к зерну предъявляют все более высокие требования. В настоящее время выпуск высококачественной алкогольной продукции возможен в первую очередь благодаря использованию успешных результатов фундаментальных и прикладных исследований, посвященных вопросам эффективной переработки зерна пшеницы озимой [2, стр. 6; 3, стр. 14-15; 4, стр. 12 - 16].

Общеизвестно, что лучшим сырьем для спиртовой промышленности среди зерновых культур является пшеница, в особенности ее низкобелковые сорта. Поскольку переработка пшеничного зерна не вызывает особых затруднений при ведении технологического процесса, а также выход спирта из одной тонны такого сырья выше чем из других зерновых культур. Большинство ликероводочных заводов, особенно те которые выпускают продукцию на экспорт, предпочитают работать на этиловом спирте, выработанном из пшеницы [5, стр. 294; 7, стр. 73-74].

Перед нами стояла задача определить пригодность, применительно к спиртовому производству, зерна пшеницы озимой, утратившего свои хлебопекарные свойства вследствие длительного хранения.

Методика. Для проведения исследований отбирали образцы зерна пшеницы озимой выращенные на полях стационарного опыта кафедры земледелия и гербологии НУБиП Украины в зоне Северной Лесостепи Украины. Содержанием вариантов в опыте является соединение трех градаций систем земледелия и четырех градаций систем основной обработки почвы в севообороте для сравнительной оценки эффективности систем земледелия.

В исследованиях использовали образцы зерна пшеницы озимой украинской селекции сорта Национальна, выращенные при биологической, экологической и интенсивной (промышленной) системах земледелия. Предшественником пшеницы были многолетние травы (клевер). Системы удобрения и защиты растений существенно отличались по системам земледелия. Контрольным вариантом была модель интенсивной системы, при которой ресурсным обеспечением программированной продуктивности пахотных земель было предусмотрено внесение на 1 гасевооборота 12 т органических и 300 кг/га действующего вещества минеральных удобрений, в том числе под пшеницу озимую N130, K114, P126 кг/га действующего вещества и интенсивное использование рекомендованных пестицидов. С контрольным вариантом сравнивали модели биологического и экологического земледелия. При первом варианте в севооборот вносили исключительно органические удобрения в расчете 24 т/га. В частности при выращивании пшеницы проводили лишь обработку семян биоудобрением. С вредителями, болезнями и сорняками боролись исключительно механическими и биологическими средствами. Экологическая система подразумевала внесение в севооборот 24 т/га органических удобрений, а также 150 кг/га действующего вещества NPK, в частности под пшеницу вносили N130, K34, P64 и экологически обоснованные по критерию эколого-экономического порога численности вредных организмов нормы пестицидов [8, стр. 30].

Хранили зерно, в сухом состоянии используя герметические полиэтиленовые рукава (толщина пленки 90 мкм) на протяжении 2-х лет в лаборатории кафедры технологии хранения, переработки и стандартизации продукции растениеводства им. проф. Б. В. Лесыка НУБиП Украины.

Исходное сырье и полученные полупродукты анализировали согласно общепринятых методик, принятых в спиртовом производстве.

Результаты и обсуждение. Экспериментальные данные показывают, что содержание крахмала в опытных образцах составляет 67–69 % на абсолютное сухое вещество (табл. 1), что говорит о высокой ценности исследуемых образцов зерна для переработки на спирт. Особо высоким было содержание крахмала в зерне, выращенном при биологической системе.

Влажность зерна ниже критической обеспечила хорошую сохранность физических свойств зерна при длительном периоде хранения. Но натура зерна и масса 1000 зерен, образца выращенного при биологической системе земледелия, были несколько ниже в сравнении с двумя другими вариантами, это можно объяснить отсутствием подкормок вегетирующих растений минеральными удобрениями, в частности азотными.

Накопление углекислого газа в межзерновом пространстве, из-за отсутствия доступа воздуха в период хранения зерна, негативно сказалось на его физиологических характеристиках, сделав непригодным для посевных целей (способность к прорастанию ниже 80 %).

Содержание белка, в зерне исследуемых образцов, возрастало от биологической до интенсивной системы земледелия на 0,8–1,6 %.

Табл. 1. Физико-химические и физиологические показатели качества зерна пшеницы озимой

Технологические показатели

Системы земледелия

Биологическая

Экологическая

Интенсивная

Натура, г/дм3

742±5

749±7

758±5

Масса 1000 зерен, г

39,4±1,7

40,1±1,6

41,0±1,4

Способность прорастания, %

72±5

74±5

74±5

Влажность, %

13,7±0,2

13,5±0,2

13,5±0,3

Содержание крахмала, %

69,13±0,2

67,92±0,3

67,06±0,3

Титруемая кислотность, °

2,30±0,1

2,20±0,1

2,20±0,1

Содержание белка, %

12,2±0,5

13,0±0,4

13,6±0,5

Содержание сырой клейковины, %

25,3±1,3

28,8±1,2

29,7±1,2

Упругость клейковины по ед. ИДК (группа качества)

107,5 (III)

110 (III)

115 (III)

Объемный выход хлеба из 100 гмуки, см3

340±15

345±10

355±15

Необходимо отметить что, не смотря на высокое содержание клейковины, ее физические свойства являлись неудовлетворительными – III группа качества. Именно это и повлияло на снижение объемного выхода хлеба, который в период 3–9 месяцев хранения зерна составлял 490–510 см3/100 г муки, в зависимости от системы земледелия. Исходя из этого становиться понятной невозможность использования данного сырья в хлебопекарной промышленности без использования специальных улучшителей окислительного действия.

Одной из важных характеристик зерна для спиртовой промышленности является пенообразующая способность. Высокое содержание белковых веществ в зерне приводит к образованию излишнего количества пены [6]. Это и наблюдали при переработке зерна, полученного при экологической и интенсивной системах земледелия (табл. 2).

Табл. 2. Пенообразующая способность бражки из зерна пшеницы озимой

Система земледелия

Пенообразующая способность, мл/г

Биологическая

8,5

Экологическая

11,0

Интенсивная

12,5

Пенистое брожение сопровождается нарастанием кислотности сверх норм при сбраживании сусла, которое приводит к снижению образования этанола и синтезу летучих примесей, не характерных для спиртового брожения, негативно влияющих на органолептические показатели конечного продукта. Кроме того оно значительно сокращает мощность бродильного отделения. Чтобы избежать этого, необходимо при сбраживании такого сусла вводить повышенные нормы протеолитических ферментов.

Водно-тепловую обработку измельченного зерна проводили комбинированным способом с добавлением бактериальных α-амилаз термофильных культур Bacillus diactaticus, которые предотвращают значительное накопление сахаров, и как следствие больших потерь сбраживаемых веществ в процессе производства спирта.

Основные технологические показатели зрелых бражек из исследуемых образцов зерна представлены в табл.3.

Табл. 3. Физико-химические показатели качества зрелых бражек полученных на основе зерна пшеницы озимой

Технологические показатели

Системы земледелия

Биологическая

Экологическая

Интенсивная

Этиловый спирт, % об.

8,90±0,2

8,70±0,2

8,60±0,2

Видимые сухие вещества, %

1,10±0,1

1,30±0,1

1,30±0,1

Действительные сухие вещества, %

2,90±0,2

3,10±0,1

3,40±0,2

Содержание растворимых несброженных углеводов, г/100 см3

0,29±0,01

0,33±0,01

0,34±0,01

Содержание редуцирующих веществ, г/100 см3

0,05±0,01

0,05±0,01

0,06±0,01

Титруемая кислотность, °

0,53±0,03

0,57±0,01

0,58±0,03

Степень сбраживания, %

95,6±0,6

94,9±0,4

94,2±0,5

Как видно из представленной таблицы более высокой концентрацией этилового спирта обладала бражка из зерна, выращенного при биологической системе земледелия. Это можно объяснить более высоким содержанием крахмала именно в этом образце зерна. Разница в сравнении с двумя другими вариантами исследований составляет 0,2 – 0,3 % об.

Соответственно, концентрация видимых сухих веществ, определенных с помощью рефрактометра, а также растворимых несброженных углеводов была более высокой в образцах зерна имеющих повышенное содержание клейковины – интенсивная и экологическая системы.

Титруемая кислотность не превышала значения, установленные технологическими инструкциями для спиртового производства, по всем вариантам исследования [6, стр. 37 - 39].

Обращаясь к основному и решающему показателю, а именно: количеству образовавшегося спирта необходимо отметить пропорциональность между ним и степенью сбраживания. Поэтому наивысшая степень сбраживания была зафиксирована в образце зерна, выращенном при биологической системе земледелия – 95,6 %.

Конечным результатом нашей работы был подсчет практического выхода спирта из исследуемого нами сырья (табл. 4).

Табл. 4. Практический выход спирта на 1 т условного крахмала зерна пшеницы озимой

Система земледелия

Выход спирта дал/1 т

Биологическая

66,10

Экологическая

65,37

Интенсивная

65,13

Общепринято потери углеводов и спирта от введенного количества условного крахмала  приравнивать к 7,62 %. Выход спирта из зерна, выращенного при биологической системе земледелия, был на 0,73–0,97 дал/1 т условного крахмала выше, чем из зерна двух других образцов пшеницы озимой. Прибавление указанного количества спирта могло явиться следствием уменьшенного содержания белковых веществ и повышенного содержания крахмала.

Выводы. На основании проведенных нами исследований установлено, что наивысший выход спирта, а соответственно и повышенную степень сбраживания углеводов, из зерна пшеницы озимой, в условиях северной Лесостепи Украины, обеспечило использование биологической системы земледелия. Рекомендуем использовать такое зерно для получения ректификованного спирта сортов «Люкс», «Альфа» и «Экстра», идущих на приготовление высококачественной алкогольной продукции.

Зерно, выращенное при экологической и интенсивной системах земледелия, в случае утраты ним высоких хлебопекарских качеств более целесообразно использовать в других отраслях – к примеру, в комбикормовой, дрожжевой и т. д.


Библиографический список
  1. Сидякин М.Э., Крикунова Л.Н. Новое нетрадиционное сырье для спиртовой отрасли // Производство спирта и ликероводочных изделий, 1, 2011, с. 10–11.
  2. Абрамов И.М. Особенности переработки пшеничного сырья, обеспечивающие производство спирта с высокими показателями качества // Производство спирта и ликероводочных изделий, 1, 2012, с. 4–6.
  3. Волкова С.В. Технология производства пищевого этилового спирта на основе использования овса голозерного белорусской селекции: автореферат дис…канд. тех. наук / С.В. Волкова. – Могилев: 2010. – 21 с.
  4. Кононенко В.В. Совершенствование комплексной технологии переработки зерна пшеницы на этиловый спирт: автореферат дис…канд. тех. наук / В.В. Кононенко. – Москва: 2003. – 19 с.
  5. Belyea R.L. Composition of corn and distillers’ dried grains with solubles from dry grind ethanol processing // R.L. Belyea K.D. Rausch, M.E. Tumbleson. – Bioresource Technology, 94 (2004), 293–298.
  6. Инструкция по нормированию выхода этилового спирта при переработке крахмалистого и сахаристого сырья в спиртовой промышленности. ВНИИ продуктов брожения. – Москва, 1974, 44 с.
  7. Cunha S. Avanços tecnológicos na obtenção de etanol a partir de sorgo sacarino. // S. Cunha, W. Filho. – Tecno-Lógica, 14 (2010), 69–75.
  8. Петренко В.В. Влияние систем земледелия на технологические свойства зерна и муки пшеницы озимой в процессе хранения / В.В. Петренко// Достижения науки и техники АПК. – 2012. – №12.– С. 30 – 32.


Все статьи автора «Петренко В.В.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: