Применение ультрадисперсных гумато- сапропелевых суспензий в технологии этилового спирта из ячменя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат наук Нсенгумуремый Даниель

• Нсенгумуремый Даниель
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Нсенгумуремый Даниель

Оглавление

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕСНЫХ ГУМАТО-САПРОПЕЛЕВЫХ СУСПЕНЗИЙ В ТЕХНОЛОГИИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ ЯЧМЕНЯ

1.1. Характеристика ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий

1.2. Контаминанты спиртового производства

1.3. Способы борьбы с контаминантами спиртового производства

1.4. Ферментные препараты спиртового производства и факторы, влияющие на их активность

1.5. Дрожжи спиртового производства и факторы, влияющие на их активность97

1.6. Выводы из обзора литературных источников и постановка задач исследования

2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Материалы исследования

2.3. Методы исследований

2.4. Методы определения

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ГУМАТО-САПРОПЕЛЕВЫХ СУСПЕНЗИЙ

3.1. Определение фунгицидных свойств ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий

3.2. Определение бактерицидных свойств ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий

3.3. Исследование влияния ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий на активность ферментов микробного происхождения

3.4. Влияние ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий на бродильную

активность дрожжей

4. ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ГУМАТО-САПРОПЕЛЕВЫХ СУСПЕНЗИЙ В ТЕХНОЛОГИИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

4.1. Исследование влияния обработки ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на микробиологическую обсемененность ячменя

4.2. Влияние обработки зерна ячменя ультрадисперсной гумато-сапропелевой суспензией на режим водно-тепловой и ферментативной обработки замеса

4.3. Исследование влияния обработки зерна ячменя ультрадисперсной гумато-сапропелевой суспензией на процесс сбраживания ячменного сусла

4.4. Влияние обработки послеспиртовой барды ультрадисперсной гумато-сапропелевой суспензией на сроки хранении барды

4.4.1. Влияние обработки ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на показатели сырой барды при хранении

4.4.2. Влияние обработки ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на показатели сухой послеспиртовой барды при хранении

4.5. Разработка технической документации на производство спирта из ячменя с применением ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий

4.6. Расчет экономической эффективности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

LIST OF PAPERS PUBLISHED ON THE TOPIC OF THE DISSERTATION

ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение ультрадисперсных гумато- сапропелевых суспензий в технологии этилового спирта из ячменя»

РЕФЕРАТ

Актуальность работы. Эффективность деятельности предприятия оценивается соотношением достигнутых результатов и необходимых для этого затрат. При производстве этилового спирта из зернового сырья более пятидесяти процентов материальных затрат составляет стоимость зерна. Актуально применение ячменя как наиболее дешевого из всех видов злаковых культур. Ячмень в полном объеме обеспечивает собственный зерновой рынок, и производители этилового спирта начинают активно использовать зерно ячменя в своих технологиях.

Себестоимость спирта зависит также от затрат на производство. Значительную экономию энергоресурсов обеспечивает внедрение низкотемпературных способов получения зернового сусла. Однако при этом существенно возрастают требования к микробиологическим характеристикам применяемого зерна. Существуют различные способы снижения контаминации и повышения микробиологической стабильности спиртового производства на всех стадиях технологического процесса, в том числе с помощью антимикробных препаратов, которые можно получать из растительного или органического сырья.

Активизируя работу ферментов и дрожжей, применяемых в технологии спирта, также можно повысить экономические показатели работы спиртзавода.

Перспективным органоминеральным сырьем являются сапропели. Раннее проведенные исследования показали, что сапропели и препараты, приготовленные на их основе, обладают свойствами как подавлять деятельность микроорганизмов, так и активизировать деятельность ферментов и дрожжей. Химический состав сапропелей, доступность, дешевизна и большие запасы такого сырья в России и мире позволяют говорить о перспективности исследований по расширению областей применения этого ценного органического сырья.

Степень разработанности темы. Уникальные биохимические свойства озерных сапропелей изучены и описаны в работах С. М. Штин, В. В. Платонова, Г. В. Плаксина, И. И. Савиной и других. Установлено, что входящие в состав

сапропелей гуминовые вещества обладают широким спектром действия. Д. С. Платоновой было установлено, что входящие в состав сапропелей гуминовые кислоты имеют высокое содержание фрагментов линейного строения, то есть структура гуминовых кислот носит преимущественно алифатический характер. В работах Р. Р. Исматовой и других был подтвержден антимикробный эффект гуминовых веществ, входящих в состав сапропеля, в исследованиях З. В. Семеновой и И. А. Мякитиной показано действие гуминовых кислот как активаторов ферментов при солодоращении и дрожжей во время спиртового брожения. Вопросами извлечения гуминового комплекса из сапропеля занимались А. С. Митюков и др. Полученная ультрадисперсная гумато-сапропелевая суспензия дала положительный результат в качестве удобрения для повышения урожайности пшеницы и биологически активной кормовой добавки для прироста живой массы скота и предотвращения действия тяжелых металлов на организм животных. Исследований по применению ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий в спиртовом производстве ранее не проводилось.

Цель и задачи исследования.

Цель работы - исследовать и научно обосновать эффективность применения ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий в технологии этилового спирта из ячменя.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

- исследовать антимикробные свойства ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий;

- исследовать влияние ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий на активность ферментов микробного происхождения;

- исследовать влияние ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий на бродильную активность дрожжей;

- исследовать влияние обработки ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на микробиологическую обсемененность ячменя;

- определить влияние обработки зерна ячменя ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на режим водно-тепловой и ферментативной обработки замеса;

- исследовать влияние обработки зерна ячменя ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на процесс сбраживания ячменного сусла;

- определить влияние обработки послеспиртовой ячменной барды ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями на сроки хранения барды;

- разработать техническую документацию и провести апробацию в опытно-промышленных условиях технологии применения ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий в спиртовом производстве.

Научная новизна работы:

- обоснована и экспериментально доказана эффективность применения ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий в технологии этилового спирта из ячменя, позволяющая в результате обработки зерна сократить время водно-тепловой и ферментативной обработки, увеличить выход спирта и продлить срок хранения сухой послеспиртовой барды;

- установлены фунгицидные и бактерицидные свойства ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий по отношению к Aspergillus niger и Bacillus subtilis на зерне ячменя и послеспиртовой барде;

- доказано влияние ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий на активность бактериальной а-амилазы и бродильную активность дрожжей;

- установлены зависимости КМАФАнМ в сырой и сухой послеспиртовой ячменной барде от времени хранения при обработке ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями и без обработки;

- установлены зависимости содержания водорастворимого белка и влаги в сухой послеспиртовой ячменной барде, а также кислотного числа жира и pH в процессе хранения барды при обработке ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями и без обработки.

Теоретическая и практическая значимость работы

Обработка зерна ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями снижает микробиологическую обсемененность зерна, активизирует ферменты микробного происхождения и повышает бродильную активность дрожжей, что в комплексе позволяет увеличивать выход этилового спирта.

Обработка сухой послеспиртовой барды ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями увеличивает срок хранения барды.

Применение ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий в технологии этилового спирта апробировано в опытно-промышленных условиях спиртового завода ООО «Орфей», г. Владикавказ. Ожидаемый экономический эффект от внедрения обработки зерна ячменя ультрадисперсной гумато-сапропелевой суспензией на спиртовом заводе мощностью 1000 дал в сутки составит 1,61 млн рублей в год.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. результаты определения антимикробных свойств ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий;

2. результаты исследований влияния ультрадисперсных гумато -сапропелевых суспензий на активность ферментов микробного происхождения;

3. результаты исследований влияния ультрадисперсных гумато -сапропелевых суспензий на бродильную активность дрожжей;

4. эффективность применения ультрадисперсных гумато-сапропелевых суспензий в технологии этилового спирта из ячменя;

5. результаты обработки послеспиртовой сухой ячменной барды ультрадисперсными гумато-сапропелевыми суспензиями.

Обработка экспериментальных данных велась методом нахождения доверительного интервала при доверительной вероятности 0,95 с помощью статистического программного обеспечения Curve Expert Professional 2.5.6, Graph Expert Professional 1.5.6 и Origin 8.1. Эксперименты проводились не менее чем в трех повторностях. Результаты представлены как среднее значение ± стандартное отклонение. Экспериментальные данные представлялись графически с помощью

функций степенного и показательного типов и их производных. Для анализа функций использовалась программа Wolfram Mathematica 12.1

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов, полученных в ходе работы над диссертацией, подтверждается теоретическими и практическими исследованиями, применением современных методик, соответствующих поставленным задачам.

Основные положения диссертационной работы представлены на VI Всероссийском конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 2017), VIII и IX Международных конференциях Biosystems Engineering (Тарту, 2018 и 2019), VII Конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 2018), I Междисциплинарной конференции «FOODLIFE 2018. Генетические ресурсы растений и здоровое питание: потенциал зерновых культур» (Санкт-Петербург, 2018) и XLIX научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2020).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 3 статьи в изданиях, индексируемых системой Scopus.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 191 странице, содержит 24 рисунка, 19 таблиц и 5 приложений. В список литературы включено 119 источников, из них 35 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология пищевых продуктов (по отраслям)», Нсенгумуремый Даниель

Заключение

Таким образом, УД1Т.'С, получеЕзиьзе из воздушно-сухих образцов сапропеля месторождезЕия Середка Псковской области, являясь природ! еым продуктом, могут быть применены для разработки технологии хранения зерЕза, альтерЕзативной обработке химическими реагеЕзтами. Такая «безреагентпая» технология может бьггь взЕедрезЕа Еза зерЕзохранилищах для эксгреЕЗЕЗош решения вопроса хранения зерна с повышенной исходной влажностью, что позволит сезизить содержание в Езем микрофлоры до пормативньЕХ требоваЕзий и позиционировать зерно Езесгандаршого качества как потеЕзциачызое пищевое сырье. Более детальное изучение вопроса, а именно получение окспериментальЕзых данных при увеличеЕзии ддительЕзости контакта УДГСС с зерновым сырьем (более 5 (уг), позволит оценить возможность повышения храпи моспосбности зервза за счет предотвращения развития бактериальной микрофлоры в результате безреагентпой обработки. Изучение свойств УДГСС при контакте с другими зерновыми культурами и их действия па микроорганизмы различных таксономических групп расширят представления о потенциале природных сырьевых источников.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нсенгумуремый Даниель, 2020 год

¿Литература

1. Нлатоноаа Д.С., Маспран М.С., Адееаа JI.fi. Сорбция меди гуыннмыми кислотами игз шронЯЫ Окекон облает Ц Неетник Омекот университета. 2014. № 3. С. 47—50.

Елисеев А.Н., Ьагута &-МО. Нелови С.С., Олелано« АА. Химический состав и бнилогическнс свойства сапрош'лн // Нести. Курск. ГОс, еельгкояоз. акад. £011. N5 1. С. 65-67.

3- Платанов ПЛ., Хадарцев АЛ., Чуносов С.И., Фридэин КЯ. БшшочН1Н действие- салрОнйля // Фундаментальные ИсслйдоваШИ. 2.014. ИИз^цС, £474-2480.

4. ^лигтшком ПЛ., Хидарцеа АА., Фридэон КЛ., Чцниссв С.И. Химический, еоегав и биологическая активность шпроюеля ог. Глубокое (Тата[>стан) // ВвЯннк новых медицинских тсхнолоеий. 2014. И* Д.. С 112-118.

5. Половецкая и.С., Илитонов В.В., Хидарцев АА. Особенности химичеенопо состава экстракта еаиршеелн КраенодарсЕапо кран // Неетнкк НОВЫХ медицинских техне-логни. 2013. N5 2. С. 446 432.

6. Семенова З.С. ПлтНЩЛИЬе возможнООЯ сапропелем в решении прп^ддчямиия проблем // Веетнкк Иркут. гос. техн. ун-та. 2011. N0 Й(55>. С, 154-161.

у. Дидковская ГЛ.Г Мерленко ИЛ!.. Гаарилюк ВА.Г Мелшичук Э.Ь. 'Гежншюгня напппшнЕЯ! пастообразного [уминовипоудо^Еияниэ ни йВсрОсЛля //Агрйхнинчаосш вестник. 2010. № I. С. 25-аб.

11. Ленероно OA., Егорова И.И., Жеребцов С.И., Исмагшиза З.Р. Лнияние туимвоаш прспаратив на процесс Прорастаний it ШПшЦЯь AUUUIIffWiEcittt ферментом ttuim iirctijis Alba I. }j Кеетнцк АлтйАсЭшго гос. aipap. ун-та. 201^. N<>6(104). C. 43-^6.

llarakuva N.V., Sharova rJ.Y.r .Juskaubkajle A.K., Mityukov AS., ttomanur VA., and NscnKumujiemyi U. fungicidal activity of ultradispenie humic saprupcl suspensions. Agronomy Research. 20.17, n0- ijiii. PP- 6.39

10. NscngLLmureniyi D.r itaralcova N.V., Komanov V.A., Mityukov А.Й., Cllscyb AV. The effect of sapropcl extracts on micruflura and rhvsiLoehemical parameters uf dncd distillers1 grain. Agronomy Xeseurcfi. 20 lS, V. 16, no. 2 (Spce. Is.), pp. 1457-46511. tSrantina-Icvinna L.. Kaiisons A, Andcrsone-Oaola U., levinhb G. liffccl of freshwater sapropcl un plants in гнарйЙ bo its gruwthaflecting activity and cultivable microui^ganism -content. Zemdirbyste-Aynculture. £014, V. 10 lr no. 4., PP- 355-366.

12. Мелешкина LJt. (ред.) На^то-ЯнВДИЩНОННЫа згаепи хранения l: [переработки зерна. М.: ИД «.Гкпигрв^ииэ» РоссельхоЗШДКш^ 2014.496 е.

13_ Маршн ВЛ., Ьяаэнов А.И., Ермаков РЛ.Г Павлов ИМ. Нлиянне ендрилермнчеекой о&раЕкякк аерна пшеницы на сгофнаико-иштеекин Состав// Южки-Снйирскни научный нестник. 2017- № 4(£0). С. 163-166.

14. Липшей ТА., Романова И.К.. С^1А(оии«ц ИМ.. Решетник ОЛ. Споспб пронанодстав атнлоъош спирта на кракиалсодержащего сыри; нэт. Роегкнехая Федерация. 2010. Бкш. N1'15.5 с.

IS- Tikhonov V.V., Yakushcv AV_, Zav^orudnyaya Y.A, Bynov it A., iiemin V.V. EHeets of humic acids on th-c growth ofbaeteria. Eurasian Boil Science. 2010, V. 43, no. 3, pp. 305-313.

16. J^iiClth Si.Г., Блинова Ю.Г. Антимикробные свойства ЛИШЦОй // Иаъеетин Тнхиоюеанекогщ научно-нсслсдиватсльскшо рыйихиаяйегненною центра. 2001. Т. 129. С. 17^—

References

1. Platonuva U.S., Masuruv M.S., Adfievfl L.N. Sorption of coppcr by humic acids frum sapropel of Omsk region. Herald of Omsk. University. 2014, nu. 3, pp. 47-50.

2. Hlisccv AN., llaguta M.Vll. tk-Lva S.ii., Stepanov AA. Chcmical composition and biolujycal properties of sapropcl. Vesfn. Kursk, yos. sel'skokhoz. akad. 5011, no. 1, pp. 65-67.

3. Platonuv V.V., Khadartscv AA., Chunosov S.N., yridzon K.Y. the biological effect uf sapropcl. Ktefj'e Research. 2014, no. 9-1Л, pp. 2474-24&0.

4. Platonuv VA., Khadartsev AA., h'ridion KLYa.j Tchunosov S.N. ChemicBl cumpusition and biological activity uf sapropel frum tKc lake Rlubokoc -rLalarEtan). Journal of New Medical Technologies. 2014, no. 3, pp. 1J2 Lid.

5. PolovetEkaya C.S., Platonnv V.V., Khadartsev AA. Pcruliaritics uf the chcmical composition of cxtraLtE of sapropel in ihe krasnodar гсдюп. Journal of New Medical Technologies. 2013, гш. 2r pp. 446-452.

6. Scmcnova Z. V. The- potential uf sapropels in solnUon of fuod prublcm. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2011, no. U(55), pp. 154-161.

7. DidkovsVaya T.P., Mcricnko LM., Cavrilynk VA., Mcrniehuk 1LV. Produ.rtion leebnolom' of paste Но пне fertiliicri frum £B[)ropel. Agroebemical Herald. 2О1О, пи. 1, pp. 25-2b.

H-. NevEnm OA., Vcgorora J.N., Zhjcrcblsov SJ-, Ismagiiov /. ti. Effcrt uf bumic fbrmulatiunE on germination prueesa and amylolytic enzymes activity uf sinapis Alba I. Seeds. Bulletin of Attui Slate Agnculturul Uniuersity. 2013, no. 6(104), PP- 4З-46-

lkirakuva N.V., Sharova N.Y.r .Juskaos-kajle AR., Mityukov AS., btomanuv VA., and NsenKurmiriemyi L. t'uniiicidal activity of ultradjHpcrhe humic Haprapel suspensions. Ayronomy Research. 2017, no. 15(3}, pp. 64S.

10. Nsenfiumuremyi D., UaralioT-a N.V., Komanov V.A., Mityokiov А.Й., toiicva AV. Ihc effect of sapropel extraLts on micrufiura and phi-siLochemieal parameters uf dned distillers1 gram. Agronomy Research. 20lS, V. lb, no. 2 (Spce. Is.), pp. 1457-1465.

11. Granlina-Jcvinna L.. Karisons A, Andersonc-Uuola U., lexinsh G. ILLLl-l:t. of freshwater sapropel on plants in rra|)cct to its gruwthafleeting activity and cultivabli: mieroui^ganism content. Zemdirhyste-Afjnculture. 2014, V. lot, no. 4., PP- 355-366.

12. Melciihkina t.P. (in cd.) Scientific and innoualive aspects of yrain storage end processing. Moscow, 'I'i'pography РоЫ., 2014. 4^6 p.

13. Maiyin VA^, Iilaanu\-A.N., Hrmakov tt.ii., Pavluv Lil. 'the effect uf hydrulherrnal treatment of wheat grain on its physico-chjCTmeal oumposiliun.iifjuifi-.S'ibenLiri^iej'eriiifle Bulletin. 2OJ7, no. ^i20), pp. 163-J66.

14. Jamashev TA.,ttomanova N.IC, Simonova N.N., Keshelnik OA. Method of Ethanul Production uut of Starch-Containing Kaw Material. Patent КР'Т no. 23Й2йЛО. £010.

15. 'l^khonu^1 V.V., Yakoshcv AV., ¡iav^orudnyaya Y.A, Llyzov UA, IX-min V.V. fiAeets of humiL- acids on the growth of bacteria. Ыгпшлип Soil Science. 2010, V. 43, no. 3, pp. 305-313.

16. Rybin V.G^ Blirim'a Yu.C. Antimicrobial prupertich of lipids. Transactions of the Pacific Research Jnstitute of Fisheries and Oceanography. 2001, V. J£9r pp. 179—196.

On UirNJt ПОСтртила Л р^дйК^и» 02.0&.201<?