автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.18, диссертация на тему:Разработка технологии ферментного препарата инвертазы с применением дезинтеграторов

М1Н1СТЕРСТВО ОСВ1ТИ УКРАКНИ УКРАКНСЬКИЙ ДЕГЖАШШИ У1ПВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОПЙ

0 Д На правах рукопису

МАРИ 114 ЕМКО ЛОЛ1ТА В1КТОР1В11А

УДК 664. I 64.2:6 63. I 4

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГА ФЕРМЕНТНОГО ПРЕПАРАТУ ШВЕРТАЗИ 3 ВИКОРИСТАННЯМ ДЕЗШТЕГРАТОР1В

Спец1алы||сть - 05.18.18> Процеси 61олоНчно1 переробки харчових продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацН на эдобуття вченого епнемн кандидата техшчннх наук

Ки1в- 1996

Робота виконана в Украшському науково-дослщному шститут! спирту та бттехнологп продовольчих продукте i и Украшському державному ушверситет! харчових технологий.

HayKOBi кер1вники: доктор техгачних наук, професор, акад. MIA та AIH Украши Г.О.Н1КГПН доктор техшчних наук, акад. УТА, чл.-кор. УААН В.КЯНЧЕВСЬКИЙ

Оф1щйш опоненти: доктор бюлопчних наук, професор, чл.-кор. HAH Украши В.С.П1ДГОРСБКИЙ кандидат техшчних наук, провдошй науковий cniBpoöiTHHK Т.Л.БАЛЕНКО

Провщна оргашзац1я: шститут коло!дно! xímü та xímü води HAH Украши

Захист вщбудеться 26 ъубн* 19Ö6 р. о 14 годин1 на засщанш спец1ал1зовано! Ради Д 01.15.01. Украшського державного ушверситету харчових технологШ, аудитор1я А -311.

3 дисертащею можна ознайомитися в б1бл1отец{ ушверситету. . *

Автореферат роз!слано ^ТхйЛ^Я 1996 р.

За прошу емо Вас взяти участь у засщанш спещал1зовано! Ради або над1слати в1дгук у двох прим]рниках, затверджений печаткою оргашзаци, за адресою: 252017, КиТв - 17, вул.Володимирська, 68.

Вчений секретар спец1ал1зовано! Ради, K.T.H., доцент (УЦ^Л/O.I.CEMEHOBA

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальней. теми. 7 проблем! пол!пшення отруктури харчу-ваыня людини важлинв значения мае ефективне використання вугл^-водного компонента 1ж1. В1домо, що споживання сахарози на се-редаьостатиотичну душу населения у промислово розвинених кра1-нах отановить б!лыпе, н!я 120 г на добу. Велика к!льк!сть сахарози у харчовому panioHt порущуе обм!н холестерину та деяких жирних кислот в орган!зм1. Це, прямо чи поб!чно, сприяе виник-ненню та розвитку атеросклерозу кровоносних судин, що призво-дить до зб1льшекня смертноат1 в1д цього захворювання у 10 раз!в пор1вшшо з кра!нами з низьким споживанням сахарози. Надлишок оахарози в рац!он1 харчування оприяе. виникненню та розвитку алерг1чних отан1в, {стинного д1абету, знижуе ефективн!сть або зм!нюе характер д!1 деяких л1к!в, е одн!ею з причин нервового перезбудаення, викликае кар!ео зуб1в.

Частину сахарози дсц!льно. зам!нювати фруктозою. Бона зао-вопетьоя пов!льн1ше t без допомоги 1нсул!ну, легше втягуеться в otíMiHHt процеси, швидше залишав кровот1к, тому в менш1й м!р! стае причиною надлишкового накопичення жиру орган1змом. Викориотання глюкозо-фруктозних оироп1в, солодк!сть яких у 1,4 рази вище, н!ж сахарози, дае змогу в!дпов!дно знизити витрати цукру.

Застооування 1нвертних цукрових сироп1в в кондитерськ!й та хл1бопекарськ1й промисловост! дозволить зменшити г!гроскоп1ч-и!оть та п!двищити от!йк!оть при збер!гаши кондитерських виро б1в, пол1пшити порист 1сть 1 смак хлМобулочних вкро<Ив.

В нат1й кра!н1 виробництво фруктози й 1нвертних си рол ( в не налагоджене. 0дн1ею з причин цього в в1доутн!оть виробництва фермента ^-фруктофуранозиази /!нвертази/, що зумовлено недос-

koheuiíctd наявно! технологи вид!лення цього фермента з кл!тин.

Метою роботи е: розробка наукових основ технологи !нвер-тази i3 др!жда!в, яка включав дез!нтеграц!ю др!аджово1 оуопен-зИ, розд!лення продукт!в дез(нтеграц{1 з вид!ленням ферментного препарату !нвертази, floro очистки.t концентрування; досл!даення умов та термiну збер!гання р!дких та висушених препарат!в !н-вертази.

Для досягнення мети були поставлен! такi завдання: вивчення ¡нвертазно! активност! др!дцж!в роду SatihaAomy^ як! вирощен! 1з чиогих культур в лабораториях умовах та др!вд-xíb, якi отримують i використовують у промисловоот!;

створення експериментвльних установок для отримання ферментного препарату 1нвертази !з др!кда1в;

визначення критерНв ступеня дез 1нтеграц11 та розробка способíb дез!нтеграц!I, як! забезпечують високий вих!д !нвертй-зя в середовище з найменшими втратами активност!;

розробка способ!в та режим!в ультраф!льтрац!йно! очистки i концентрування препарат!в !нвертази;

визначення умов та тривалоот! збер!гання р!дких f висушених ферментних препарат!в !нвертази;

досл!дхення х!м!чного окладу одержаних препарат!в 1нверта-зи та в!дход!в II виробництва;

випробування отриманого препарату 1нвертази для процеоу 1н-вероИ, що застосовуетьоя в р!зних галузях харчово! промиолово-cTt;

розробка технолог!! t аларатурно-технолог!чноI охеми установки для виробництва ферментних препарат!в !нвертази.-Наукова новизна роботи полягае в тому, що: розроблено науково обгрунтовану безв!дкодну технолог!»

ферментного препарату 1нвертази 1з др!ждаЛв роду SaccJiMemyuj а викориотанням дез1нтегратор!в ударно! д!! та !з застосуванням метод1в ультраф1льтрац}йно1 очистки i концентруванкя /заявка на патент Укра1ни № 94076042 в!д 04.07.1994 р./;

показано можлив!сть ефективного викориотання др1адк!в спиртового виробництва та надлишкових пивних др!хда!в в технолог!I ферментного препарату 1нвертази;

доведено можлив!сть руйнування кл!тишшх otIhok др!хдж1в та вид!лення ¡нвертази в середовище в промисло-

внх зразках дез!нтегратор!в ударно! д!1, як! до цього не викори-отовувались для дез!нтегрування м!кроорган!зм1в;

запропоновано визначення ступеня дез!нтеграцН за вм!стом нукле!нових кислот в суперяатаят! дез!нтеграту;

рекомендовано вар!анти викориотання та п!д!брано t3 ааото-оуванням математичяих метод!в умови f дозування одержаних препарат i в {нвертази для г!дрол!зу оахарози в безалкогольна i конди-тероьк!й промисловост!, а такоя у виробництв! фруктози 1з меляси.

Практична ц!ни!оть та реал!зап1я результатtа. Заотосування ферментного препарату 1нвертази дасть змогу: в безалкогольна промисловост! - зменшити витрати цукру 1 цитриново! киолоти; в кондитероькШ промиоловоот! - зб!лыпити термin збер!гання та пот кращити як!cut показники хл!бобулочних та кондитероьких виро-б1в; роэробити технолог!» фруктози 1з меляои або !з сахарози та отворити продукти л!кувально-проф!лактичного призначення з вико-риотанням фруктози для ладей, хворих на цукровий д!абет. Таким чином, отворення виробництва ферментного препарату (нвертази матиме соц!альний ефекх.

Економ1чниВ ефект в1д викориотання ферментол1зу в безалкогольна промиоловоот! окладатиме 24,1 млн крб на 1000 дал на-по! в /в ц!нах 1995 р./.

На баз! результат!в проведених досл!д!в розроблено доол!д~ но-промисловий/!з др!ждж!в спиртового брод!ння, вироблених за двопродуктовога схемою виробництва/ та технолог!чний тимчасовий !з надлишкових др!адх1в ливоварного виробництва/ регламента одержашя ферментного препарату {нвертази. Видане завданнл на проектування досл!дно-промислово1 установки для виробництва ферментного препарату !нвертази на Поп!вському екопериментальному завод!.

Результата доол!джень дисертац!йно1 роботи використан! в проект! цеху по виробництву фруктози потужн!оио 20 т на добу.

Апробац1я роботи. Основн! положения дисертац!йно! роботи допов!дались та були обговорен! на зас!дашшх Вчено! ради Укр-НД1спиртб!опроду в 1991-1995 роках, ВоесоюзнШ конференцН "Химические превращения пищевых полимеров" /м.Св!тлогорськ, 1991 р./, Реопубл!канськ!й науково-техн!чн!й конференц!! "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающие отрасли АПК" /м.Ки!в, 1991 р./, У1П Всесоюзному ое-м!нар1 по дез!нтеграторн!й технолог!! /м,Ки!в, 1991 р./, II Рео-публ!каноьк!й конференц!! "Мембраны и мембранная технология" /м.Ки!в, 1991 р./, М!згаародн!й науково-техн!чн!й конференц!! "Розробка та впровадаення нових технолог!й ! обладнання у харчо-ву та переробну галуз! АПК" /м.Ки!в, 1993 р./.

Дисертац!йна робота виконананау в!дпов!дност! 8 планом кау-ково-доол1дних роб!т УкрНД1спиртб!опроду "Розробити теоретячн! основи одержання бета-фруктофураноз!дази /!нвертази/ !з др!адк!в сахаром!цет!в" по завданню Укра1нсько1 АкадемН аграрних наук.

Публ!кац!1. За матер!алами дисертац!1 опубл!ковано 12 дру-кованих праць, в тому числ! одержано I авторське св!доцтво на винаходи, I патент ! I заявка на патент УкраТни.

Обояг роботи. Дисертад1йна робота склацаеться 1з вступу, 6 роздШв, висновк!в, списку лйератури /202 найыенування, в тому чиол! 122 заруб1жних/ та 6 додатк!в. Робота викладена на отор1нках машинопису, м!отить 34 таблиц! та 16 риоунн!в.

Оообиотий внесок автора полягае в орган 1зац!1 та проведен-н! наукових доол!д!в в лабораториях та промиодових умовах, уза-гальненн!, обробц! та усв1домленн! 1х результат!в, розробц! регламент, написании наукових статей 1 п1дготовц! заявок на вина-ходя.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! обгрунтовано актуальн1сть теми, викладено мету 1 завдання досл1даень, основн1 науков! та практичн! результати ди-оертац!йно! роботи.

У першому розд!л|. що являв собою огляд лГтератури за темою досл!джень, розглянуто оучасний отан виробництва та заотооувашш ферментного препарату в св!т!, перелИено виявлених продуцент^ цього ферменту, грунтовно описано бюсинтез, локал!зац!ю в кл1-тиннх, структуру та властивост! £ -фруктофуранозIдази.

Особливу увагу прид!леио способам руйнувшшя кл!тинних ст!~ иок та одержання ферментного препарату |нвертази. Наведено ооно-вн1 метода визначення р -фруктофураноз1дазно1 активности

На основ! даних огляду л!тератури зроблено вионовов про до« ц!льн1оть розробки технологи ферментного препарату 1нвертазн.

У другому розр!л! "Объекта, метода досл!джень та екопери-ыентольн! установки" наведено перел!к та характеристики об"ект1в доол!даення 1 неотандартгах апарат|в, що були викориотан! у доо-л!даегашх, викладено методику проведения досл!д1в, подано охеми окопериментальних установок.

. У третьому роздМ "Досл1дкення щодо вид!лення £ -фрукто-фураноз!дази 1з др1ждж1в" проанал!зовано 1нвертазну активн!сть б!омаси др!ждж1в, що були вирощен! 1з чистих культур, в тому чио— л1 I нових штам!в, на один 1з яких нами було отримане Автороькв ов!доцтво СРСР Л 1551734.

Керугочись метою економ1чност! технологи 1нвертази, було заг-пропоновано викориотовувати др1жд»а, що випуокаються заводами по виробництву спирту, а також др1жда! пивоварних завод!в, як! на цей чао майже не знаходять застосування. Бизначено, що 1нвертазна активн!сть др1здж1в Поп1вського експериментального заводу штам!в У 1330 I У •«• 563 складае 250-350 од/г, пивних др!здж}в раси II» 800-1100 од/г.

Кр1м того, було досл!даено зм!ки 1нвертазно1 активноот! на вс!х стад1ях виробництва др!жда1в за двопродуктовою схемою вяроб-ництва спирту. Бизначено, що в1дносно виоока /близько 7 од/мл/ активн!сть в!дзначалась у др!адкогенераторах та у перших двох апаратах бродильно! батаре!, пот1м !нвертазна активн!сть поступо-во знижувалась до 1-3 од/мл в оотанн1х апаратах.

Бизначено також, що на стад И вид!лення др!здж1в можна викориотовувати промивн! водиШсля другого ступеня сепарацН, що Мали }нвертазну активн!сть 0,60 од/мл, за умови !х кондентрування на баромембранн!й установц1. Найб!дып прийнятною сировиною для технологи 1нвертази з точки зору активноот! 1нвертази та конце»» трац! I др!ждж1в, що приэначен! для дез!нтеграц11, е др1жджова оуспенз!я п!сля 1У-У ступен!в сепарацИ, що характеризувалась активиста) 1нвертази 60-80 од/мл.

Доведено, що дня одержання ферментного препарату 1нвертази можна викориотовувати в^дпрацьован! др1ждж! пивоварного виробництва, в1д!бран! з будь-яко1 генерацИ,оск1льки I* активн1сть зали-шаеться достатньо високою /811 - 1127 од/г/. Др1адж! 1э лагерного

в!дд!лення мають суттево нихчу активн1сть /211 од/г/, але п!сля механКно! об робки та витримування також можуть бути джерелом 1н-вертази.

Одним !з головних завдань технологи !нвертази )э др!ждж(в в руйнування кл!тинно1 оболонки э метою нид1лення ферменту в оередо-вище. Проблема полягае у вибор! апарату, в якому можна ефективно дез!нтегрувати др!кдаов! кл!тини, не пошкоджуючи структури I не знижуючи активност! ферменту 1нвертази, а також який мае достатки продуктивн!оть для промиелового впровадаенкя.

Для характеристики процесу дез!нтеграц!! були обранI так! параметри: ступ!нь дез!нтеграц!1 Д / % / та стушнь повного руй-нува1шя Р / % /, що визначались методами м!кроскопування, вм!охом нукле!новшс кислот у оупернатант!, який корелював з! ступеней дезштеграцН /табл. I/. Як1сть отримуваних препарат ¡в оц!нювали за величиною ¡нвертазко! активност!, а також питомою активн!отю, в!днесеною яа м!л!грам б!лка.

Таблиця I

Залехн!оть вм!сту нукле!нових кислот в оупернатант! в!д ступеия дез!нтеграц!1 /бал!отична дез!нтеграц!я/

Тривал1сть | дез!ятеграц!1, 1 ХВ 1 Д. % Р, * Вм1ст нук-ле!нових кислот в оупернатант!, г/л К, розра- хунковий коеф!ц!ент

необроблена 0,1*0, га

суопенз!я - - а*

0,5 П±2 6И 0,8*0,04 15,71

1.0 23*2 п41' 1,5*0,08 16,43

1.6 32*3 15*2 1,9*0,10 17,78

2,0 37*3 1748 2,3*0,12 16,82

3,0 52*3 25*2 . 3,7*0,19 14,44

4,0 67*3 34*3 4,0*0,20 17,18

5,0 83*4 41^3 5,5*0,28 15,37

Одним !з вивчених способ!в дез1нтеграц1I був Ферментол!з. Серед використаних ферментних препарат!в /ПрогосубтШн 13х I Г20х, Л!зосу<5тШн ПОх, Др!адхол1т!н ПОх, Ам^осубтШн ГЗх та Л1зоцим/ найб!лып придатним виявився Др!ждаол!т!н ПОх, який, розщешшочи кл!тинну оболонку, не руйяував самого ферменту, що скпадаеться ¡з б!лково! та вуглеводно! частини, ! сам е субстратом для протеолгачних та ам!лол!тичних фермент1в. Активн!сть 1н~ вертази в супернатант! п!сля шкубацП др1кджово! суспенз!I про-тягом 4 год при температур! 40° С 1з ферментним препаратом Др 'тд-г жалШн ПОх зсНльшувалаоь в 5,8 рази. Позитивний результат виявився такса при поеднанн! ферментолЛзу з механ!чною дез!нтегра-ц!ею.

Безугловно заслуговуе на увагу також метод кр!огенного руйну-вання кл!тишшх оболонок, який виявився достатньо ефективним /ступ!нь руйнуванля Р дор!внював 95-100 %, швертазна актившоть в дез^ктеграг} зб1лътуазласъ в 1,1, а в супернатант! в 11,4 ра~ з!в/. Але суттевий недол1к - вадсутшсть промислових зразк!в кр!-огенних апарат1в, що тоеднували б заморожуваняя б1омаси до темпе-ратури редкого азоту та мехашчне II руйнування.

Цей недол!к В1дсутн1й для роторно-ггульсац!йних апарат1в. як! вже використовувтьоя на п!дприемствах харчово! промисловоот!. Сутн!сть 1х роботи полягае у виникненн! пдроакустичних ! кав!та-Шйних: удар!в, в результат! яких пошкоджуегься кл!тинна оболонка др!адж!в, де, за л!тературними джерелами, локал!зована !нвертаза. На Ки1вському пивоварному завод! й I була змонтована установка э РПА для обробки пивних др1жда1в з метою вщ^лення цього ферменту,

Встановлено, що при обробц! др!ждаово! суспенз!I в РПА про-тягом 30 хв в1дбуваеться псштне зб!лыаення /в 2 - 3 рази/ !нвер-тазно! активности в супернатант!. Оптимальною концентрац!ею др!г-джово! суспензИ виявилась концентрация 60 - 90 г/л. Прн подаль-

шому зб!льшенн1 тривалост! обробки оуспензПдо 45 хв вид1лення 1нвертази в середовище внявилосв недосгатньо 1нтенсивним, тому до-ц!льно рекомендувати дез1нтегрування протягом 30 хв, що на випро-буваному апарат! складало 180 цикл ¡в обробки. Таким чином, г!дро~ акустичнi апарати /РПА/ можуть використовуватись в технолог!I 1н-вертази на стад!! вид!лення цього ферменту 1з др!вдкових кл1тин.

Досить сильному впливу др1аджов1 кл1тини п1дцаються у вихро-вому апарат! ABG-I00. Принцип його д!I полягае в тому, що ферро-магн1тн1 частники у мапитному пол1, що обертаеться, утворюють вихровий шар, в якому сировина п!ддаеться штенсивному nepeMiuiy-ванню з одночасним вшшвом на не! електромагнiтного поля, а також ударн1й д11 з боку ферромагн1тних частинок i акустичним коли-валням. При тривалост! обробки суспенз iI 30 о зб!льшення iHBepTa-зно! активноегt супернатанту отановило 2,0 - 2,6 рази, при дез!н-теграцИ протягом I хв /два цикли/ - в 4,8 рази, але суспенз1я роз1гр1валась до 40°С. Це св1дчить про коиструктивний недол!к апарату, непост!йн1сть його експлуатац1йних характеристик, напри-клад, зм1ни к1лькост1 та якост! ферромагнithhx частинок, що уск-ладнюе його впровадаення у виробництво 1нвертазних npenapaTiD.

Обробка др1ждаово! суспенз!I в проточио-кавtтац1йному змшу-вач1 пов"язана з ф1зико-механ!чними ефектами /удари1 хвшп, куму>-ляц(я, автоколивання, в1бротурбул!зад1я/, що ниникають при колап-ot кав1тацШшх бульбашок. Фактор зб!льшення 1нвертазно1 активно-oil оупернатант1в при тривалоот! обробки др!адаово1 оуопензИ 30 хв становив 2,6 для хл1бопекароьких t 1,9 для пивиих др1вдж1в. Але суспенз iff в цьому випадку роз!гр1валаоь, що неприйнятно для вид!лення 1нвертази. Треба в!дзначити, що проточно-кавIтацгйн1 8м1шувач1 1снують лише як доелtдно-промисловi зразки, а низьха 1нтенсивн1сть лроцесу потребуе його оум1щення з 1ншми методами, наприклад, з ферментол!зом.

Для дез!нтеграц!I м!кроорган!зм!в в СКТБ Б1олог|чного центру в Иущино був отворений бал!стичний дез1нтегратор ФУГ-1, при обро-бц! в якому ыожна дооягти практично будь-якого ступеня дез!нте-грац!1. Тому досд!дженням процеоу дез!нтеграц!1 в цьому апаратI було прид!лено особливу увагу. Принцип д!1 бал!отичного дез1нте-гратора полягае в 1нгеноивному перем!щуванн1 др!жджово1 оуопензИ з пол1мерними кульками, що рухаються в потужному пол! в!дцентро-вих сил /до 1000 /. Ягацо м!кробна кл!тина потрапляе у зону контакту двох подр!бнюючих т1л, то вони одночасно влипаютьоя в по-верхню кл1тини, 1 при взаемному проскакуванн! м1крокульок кл!тин-на ст!нка розриваеться зр]зуючими зусиллями.

Перш за все, було виявлено, що достатн!м ступеней дез!нте-грацП др1яджово1 суспензИ з метой вид!лення !нвертази в середо-вище е 40-60 %. Подальше эбглывення ступеня дез!нтеграц11 недо-ц^ьне, оск1льки призводило до ¡нактивац!I ферменту та пог1ршення якост! /питомо1 активност!/ одержуваного ферментного препарату. Для 1нтенсиф1кацЦ процесу були вибран1 максимальн! параметри ба-л!стично! дез!нтеграц!1 в даному апарат!: швидк!сть протоку оуопензИ - близько 2 л/хв, насипний об"ем м!крокульок - 100 мл, чаотота оберт!в ротора - 3000 хв~*.

Для в!дпрацювання режим!в дез!нтеграц!! у виробничих умовах др!ждкову оуспенз!ю, концентрац!ею 4-10 % СР, що була одержана за двопродуктовою схемою виробництва спирту на Поп!воькому экспериментальному завод!, обробляля в бал!стичному дез!нтегратор! про-тягом 2, 3, 4 1 5 хв /табл. 2/.

Встановлен! оптимальн! режими: для 4 %~на1 суспенз!! трива-л!оть дез!нтеграц!I отановила 1,0-1,5 хв, для 5 %~но1 - 1,5-2,0 хв, для 6 - 4-5 хв.

Незважавчи на ефектившсть бал!стичних метод!в дез1нтегра-ц{ I, вони мають суттевий недол!к - недостатню для промислового

Зм!на 1нвертазно1 активное*! дез!нтеграт!в при р:зн!й концоитрадН I тривалост! дез!нтеграц!1 /штам У-563/

Концентрац!я оуопензИ, % СР

Iнвертазпа активы1сть, од/мл, при

тривалост! обробки, хв

початкова}2| 3| 4 |5

3.8

4.9 6,Г

10,0

42,5 45,0 42,8 38,8 37,0

60,0 86,8 82,5 76,5 53,5

77,3 95,0 89,8 80,3 77,3

85,0 94,8 98,8 101,0 104,0

впровадаення продуктивном.. Це спонунало нао до досл!дяень мок-ливост! дез!нгеграц11 др1ядаово1 оуспеязН на досл1даих зразках дез!нтегратор!в ударно1 д!1 ДУ-21 та ДЗГ-95, принцип д!1 яких по-лягае в ударах чаотннок матер!алу, що обробляеться, з пальцнми диок1в роторгв, як! закр!плен! на валах електродвигуи!в. В!диосна швидк!оть пальц!в даок1в, що обертаютьоя у протилежниж напрямках, » до 400 ы/о. Позитивн! результата досл1джень /ступ!нь зб!ль-шення активноот! супернатант!в суспенз!! хл!бопекарських 1 пивних др!адя!в отановив в!дпов!дно 10 та 6,5/ дали п!дотави для проведения досл!дно-промиолових випробувань дез!нтегратора ударно! д!! ДЕ31-42МЯ-1, под!бного за конструкц1ею до апарат!в ДУ, в умовах Одеоького комб1нату "Чорномор". Досл!дкено вплив тривалост! обробки оуспензН пивних др!адн!в на !нвертазну активи!оть в суперна-тант! /табл. 3/. Швидк!оть протоку суспензП отановила 20 л/хв.

1з результат!в досл!джень випливае, що к!льк!оть цикл!в обробки др!ядхово1 оуспензН не повинна перевищувати 3, оок!льки при подальшому зб!льшенн1 тривалост! обробки !нвертазна актив-н!оть суперкатанту зиеншувалаоь.

Продуктивн!сть апарат!в такого типу /до 80 л/хв/, а також

Вшшв к!лькост! цикл}в обробки др1жджово! суспензН в апарат! ДЕ31-42Ш-1 та витримування дез!нтеграту на !нвертазну активн1оть оупернатанту

Досл!джува- 1Концен-11нвертазна активн!сть у оупернатант!. од/мл на др1аджо- |трац!я | до об- I п1сля обробки, |п1сля дез-ва оуспенз 1я !др!ждж-1 робки -I-к!лък!сть цикл!в ПнтегршШ

_¡{в, т/л\_} 1 | 3 | 5 |мування

Шсля 3 260 20,0*0,9 40,2±2,0 65,4^ Д 60,5^,9 90,0±4,5 генерал!I

п!сля II 275 6,9±0,5 24,3±1,2 43,2±2,0 36,0*1,6 83,0±4,0 генерацН

|з лагерного 400 6,5±0,3 21,1*1,0 24,3*1,0 23,9*0,9 48,0*2,5

в1дд{лешш .....

ефективн!сть дез!нтеграц!I др!ждаово1 суспензН з метою вид!лепня !нвертази в середовшце /зб!льшення активное?1 в оупернатант! становило 3,3-6,3 рази/ дозволяв рекоыелдувати дез!нтегратори ударно! дII для промислово! технологи ферментного препарату 1п-вертази.

3 метою !нтенсиф1кац!1 процеоу вид!ленвя !нвертази !з др!вд-ж!в пропонуетьоя такок застосовувати разом 1з дез!нтеграц!ею витримування оброблено! суспензИ при к!мнатн1й температур! в апарат! з активним перем!шуванням протягом 24 годин, Активн1оть !н-вертази в оупернатант! в цьому випадку суттево зб¡льшувалаоь /в екоперимент! з обробкою в РИА - в середньому в 8 раз!в/.

У виробнйчих умовах др!вджову суспеиз!ю, що була попередньо , оброблена в дез!итегратор! ударно! д!!, витримували в зб!рнику з лопатковою ы1шалиою а частотою обертання 400 хв~* при к!мнатн!й температур! протягом 6 годин /табл. 3/.

Таким чином, у виробничих умовах було п!дтвердаено, що витримування протягом 6 годин продез!нтегровано! др!зджово! суспен-

зII впливае на !нвертазну активн!оть оупернатанту: в пор!внянн! 1з супернатантом оброблено! оуспензЦ зб1лыпення активноот! ста-, повило 1,4-2,0 рази, а в пор1впянн! !з супернатантом необроблено1 оуспензП - в 4,5*12,0 раз!в в эалежност! в!д ф!з!лог!чного стану др1здк!в.

У четвертому розд!л! "Очищения та концентрування препарат!в !нвертази" було обгрунтовано виб!р типу установки - ялоскорамна, а також типу копцентрування - ультраф!льтрац1Яне. Було виявлено, що, ймов!рно, молекули 1нвертази, воупереч проведен!й дез!нтегра~ ц!1, залишилиоь зв"язаними з уламками кл!тшших ст!нок, тому за-тримувались найб!льш широкопористими мембранами. Було доведено, таким чином, що очищения !нвертази можливо лише в концентрат!. Доол!джено широкий наб!р мембран р{зно1 пористоот! 1 продуктивно-ст! в залежяост! в1д обраного матер!алу. Показано, що 1з застоев-валих мембран /7Ш-50, УПМ-55П, ПА-20, ПАН-20, РЦ»100, РЦ-300, АЦ-50, ЕПУ-15ПА/ принципово вс! в!дпов!даоть виоунутим вимогам. При нонцентруванн! оупернатанту дазгнтеграту по об"ему в 5-6 ра~ з!в !нвергазна активк!оть в концентрат! зб!льщувалаоь в 3-4 рази незалежно в!д типу застосовано! меибрани, а втрати з пермеатси не перевищували 0,6

Отяй, единим чгапгикои для, вибору конкретного типу мембрали залишалась вимога якнайб1льшо! продуктивное? 1, яка характеризуй такоя здатн!сть мембрани взйемод!яти з компонентами оум!ш!, що розд!ляеться. Проведен! доол!ди показали, що мембрани, продуктивность яких при стал!й концентрацИ оуспенз!! зшсжувалась поступо» во /ПА, ПАН, ПС, ПСА/, адоорбують на поверхн! та в порах компонента розчину. П!сля короткотерм!нового промивання оиотеми диотильо-ваною водою !х продуктивн!сть в!дновлювалась лише на 50-70 %, то-д! як продуктивн!сть мембран типу РЦ - на 98-100 %. Цей факт, а також найвюций серед досл!джуваних мембран р!вень продуктивност!.

дали п1дотави обрати для технолог! 1 !нвертаэи мембрани типу РЦ.

Суттевий вшшв на процео ультраф!льтрац1! оправляв обраний робочий тиок. Доведено /рио. I/, що зб!льшення робочого тиоку оупроводжувалооь зроотанням продуктивност! продеоу т!льки в пев-ному !нтервал! його значень, пот!ы продуктивн!сть набувала стационарного значения чи нав!ть знижувалась, що св!дчить про досяр-нення концентрац!! гелеутворения, ! при подалыпому зб!льшенн! робочого таску в!н компеноувавоя зб!лыпенням г!дравл1чного опору гелевого шару. На оовов! результат!в доол!джень обран! так! пара-матри: на початку продеоу тиок мае бути 0,1 Ша, при концвнтрува-нн! у 2 рази його необх!дно знизихи до 0,075 Ша, при ступенях концентрування б!льше 4 тиок не повинен перввищувати 0,04 Ша.

Для досл!дкень продеоу д!аф!льтрац!1 ми використовували ме«-брану РЦ-Ю0 у пор1внянн! з мембраною ПС-ЮО т!е! ж пористост!. 3"яоовано, що при одаакових умовах питомий г!дравл!чний оп!р шару, що формусться на поверхн! ыембрани ПА-ЮО, дещо вищий, н!ж у ви-падку викориотання ыембрани РЦ-ЮО, тобто щ!льн!оть утвореного осаду нижча для мембрани !з регенеровано! целшози. Виходячи з попервда!х вионовк!в про те, що мембрана ПА-ЮО характеризуемся иезворотньою сорбд!ею компонент!в розд!лювано! оум!ш!, для продеоу д!аф!льтрац!! ми також рекомендуемо мембрану РЦ-МО.

Для !нтенсиф!кац!1 продеоу очищения препарату в!д низькомо-лекулярних дом!шок було запропоновано опечатку проводити д!а-ф!льтрад!ю незкондентрованих розчин!в, а пот!м ультраф!льтрац!йне концентрування.

Було доведено /табл. 4/» то даний метод забеэпечував б!льш високу продуктивн!оть процесу, що пояонюеться ф!льтрац!ею менш концентровшшх розчин!в, внаол!док чого гелев! шари, як! формую-ться на поверхн! мембрани, чинять менший г!дродинам!чний оп!р потоку. При цьому процео эак!нчуетьоя на 40 хв ран!ша, н!ж д!аф!ль-

Чо

го

г4 .

г в ^ г >^6

0,1

0,1$

О, г

О'1* /\мп«х.

Рис. I.

Залежн!сть продуктивном! процеоу ультраф1ль-трац!I !з сталою коицентраш ею оуспенз!! /2,6 % СР/ в!д таску для мембрани РЦ-300 Д/, РЦ-100 /2/, УПМ-50 /3/, ПАН-20 /4/, ПА-20 /5/, ПС-100 /6/, ПАН-100 /7/, ПА—100'/8/.

трац!я попередньо зконцентрованих препарата, а питома ¡нвертаз-на активн!сть майже на 20 % б1льша, що, звичайно, надав цьому методу суттввих переваг,

Отхе, ми пропонуемо спочатку проводити процео ультраф!льтра-ц!йного очищения в режим! безперервно! д!аф!льтрацП 0,5, а пот|м концентрувати одержаний розчин на т1й же установи! до 1/20 в!д початкового обИему супернатанта.

Отриман! таким чином препарати !нвертази закладали на збер!-гання при температурах + 4"та - Ю'С. 3"ясовано, що через 3 м!ся-ц! збер!гання концентрат!в при температур! +4°С вони втрачали до 10 % активноот!, в замороженому вигляд! втрати 12 - 20 % активно-ст! спостер!галися через I р!к збер!гання. Виявилось також, що препарати !нвертази, як! були виоушен! на розпилвюч!й сушарц! при.

Характеристика препарат!в, одерханих за двома типами д!аф!льтрац!1

Показники

Вих!дний фермент-ний препарат

Препарат, одер-жаний п!оля д1-аф!льтрац!1 зконцентровано1 суопензп

Препарат, одержаний л!о~ ля д1аф!льтра-ц!1 незконцен-тровано! суо-пензII

Актива!оть !н~

вертази, од/мл 18,0

Вм!от С?, % 3,85

Розчинний

б|лок, мг/мл 15Д Питома актив»

н!оть, од/мгб 1,19

364,8 7,90

65,0

5,61

446,9 8,20

65,0

6,88

ы"яких режимах, через р!к втрачали 15 «• 20 % активност!, тому рекомевдовшшй терм1и збер!гання для вясушених препарат1в, а та» кож для заморояеикх концентрата, отановить I р!к, для р!дких препарат1в, що збер!гаються при температур! + 4*С «» не б!льше 3 м!сяц!в.

У п"ятомт роздМ "Заотооування ферментшас препарат!в !н~ вертази для 1нверо!1 сахарози в харчових виробництвах" про!лх>о1У» рована ыожлив!оть викориотання одержаних за пропонованою технологе*) ферментних препарат!в (нвертази в безалкогольной ! кондитер-оьк!й пролшсловоог! та у виробництв! фруктози !з ыеляои. 3"ясова-

ч

но, що повиа !нверс!я 65-67 ¡С-ного розчину сахарози при темпера»» тур! 52-54°С дооягалаоь за 24 годили при питоы!й витрат! ферменту 13-14 од/г оахарози, 76 5б-ного розчину - за 96 годин при витрат! ферменту 20 од/г оахарози.

Кр!м того, доои!ди, проведен! а викориотанням препарату !н-

вертази в приготуванн! помадних цукерок, показали, що за 30 д!б збер!гання досл!дн! зразки втратилн лише 4,9 % маои, тод! як та» ке х само змепшеняя иасн для контрольное продукт 1 в було в!дзначе~ не вже через 6,5 д1б збер!гання.

При досл!дженн! 1нверо11 сахарози мелясового розчину з 25 ною концентрацию цукру виявлено, що повний г!дрол!з сахарози до-сягавоя протягом 18-24 годин при питом1Й витрат1 ферменту 3-5 од/г сахарози.

У шоотону роэдШ "Розробка технологи 1 апаратурно-техно-лоПчна схема уотановки для одержання ферментних препарат!в 1нвер~ тази !з др!здж!в з використанням дез!нтегратор!в" описана техноло-г!я ферментного препарату !нвертази !з др!вдж!в спиртового брод(п-ня, одержаних за двопродуктовою схемою, та 1з надлишкових др!вдя!в пивоварлого виробництва. За даними технолог¡тли складено доол!д-но-промисловий I технолог!чний регламента.

Виробництво 'ферментного препарату !нвертази включав так! оо-новн! стад! !: приготуванкя др!жджово'1 суспенз!!; обробка др!ждао-во! суспенз!! в дез!нтегратор! ударно! д!1; витримування др{адового дез!нтеграту;в!дд1лення супернатанту дез!нтеграту в!д осаду зруйнованих др!жда!в; д!аф!льтрац!йне очищения та ультраф!льтра-ц!йне концентрування супернатанту дез!нтеграту; розфасовувапня препарат!в 1нвертази /рис. 2/.

К!нцевий продукт мае активн!сть !нвертази не менше 500 од/не. його х!м!чний склад в!дпов!дае таким вдмогам /в перерахунку на АСР/: для препарату !з др!ада!в спиртового брод!1Шя: б!лок - не менше 40, вуглеводи - не менше 15, зола - не б!льше 7 %\ дяя препарату !з др!адж!в пивоварного виробництва: б!лок - не менше 45, вуглеводи - не менше 15, зола - не б!льше 15 %.

В!дх!д виробництва - др!аджова паста - може бути використана як сировина для одержання харчових б!лкових концеитрат!в /за тех-

со

Рис. 2 Апаратуряо-технолог{чна ,схема установки для виробництва {нвертази: 8б!рники др!зджово1 суопевзИ Л/, дез1нтеграту /3/, супернатанту /6/, др1здково! паоти /8/, концентрату /9/, пепмеату /13/; дез штегратоп /2/, сепаратор /Ц яаооси /5, ?, 10, 12/, ультраф1льтрац1йна установка /II/, фасувальний автомат Л 4/.

нолог1вю 1э др1жд*!в спиртового брод|ння/. Пермеат п!олн ультра-ф!льтрац!1 мохе бути оировиною для одерхання в!там!н!в групи В.

0СН0Ш1 БИСНОВКИ

Результатом виконано! роботи е розробка науково обгрунтова-по1 технологи ферментного препарату 1нвертаэи 1з др!адж!в спиртового та пивоварного вирбництва з викориотаяням дез!нтеграто-р!в ударно! д!1. Основн! результати /дез!нтеграц!я др!вдяово1 оуспензII в бал{стачному дез!нтегратор! ФУГ-1 та в промислових зразках дез!нтегратор!в ударно1 д!1/ п!дтвердаен! актами промио-лових випробувань на Поп!воькому експериментальному завод! та на Одеському пиво-безалкогольному комб!нат! "Чорномор".

1з одержаних результата роботи можна зробити так1 ооповн! висновки:

1. Враховуючи висоний р!вень 1нвертазно! активност! хл!бопе~ кароьких та пивних др1здж!в, можлив!сть доотатньо ефективно! !х дез!нтеграц1| з метою вилучення !нвертази в середовище, а такоя, виходячи з вимог створення безв!дходних виробництв, як оировипу п технолог!! ферментного препарату {нвертаэи доц!льно внкориотову^ вата др!адж! роду ЗйсскаллтугЩ спиртового виробництва пта~ м!в 7-563 1 У-1330, а такоя надлишков! пивп! др1гд»1 п!оля !х ви-кориотання в основному виробництв!.

2. Оптимальням отупенем дез!ятеграц!! др!вд*ово! оуспенз!! в технолог!! !нвертази в 40-60 %. Цьому значении при бал1стичн!й дез!нтеграц!1 в!дпов1дають так! величшш: насипний об"вм м!кроку-льок - 100 мл, частота обертання ротора - 3000 хв""*, швидк!оть протоку /максимальна/ - 1,5-2,0 л/хв, концентрац!я оуспенз1! -6-8 % СР, тривал!сть обробки - 2-4 хв. При дез!нтеграц!I в апара-тах ударно! д!1 типу ДЕ31 к!льк!сть цикл!в обробки др!хдаово! суопенз!! при частот! обертання ротор!в 2880 хв-1 не повинна пе-

ревищувати 3.

3. При витримуванн! др!аджового дез!нтеграту при к!мнатн!й тешераоур! 1нвертазну активн1сть оупернатанту в екоперимент! вдавться зб!льшити в середньому у 4 рази за 24 години, у виробни-чих умовах - 1,4-2,0 рази за 6 годин.

4.-Шелл ультраф!льтрац!йяо! очистки та концентрування, як! здШсшоються в уетановц! плоскорамного типу э мембраною РЦ-ЮО при робочому тиоку в!д ОД до 0,04 МПа ! з кратн!отю д!аф!льтра-ц1! 0,5, 1нвертазна активн!сть одержуваного препарату отановить не менше, и!ж 500 од/ш.

5. При збер1гаян! р!дких концентрованих препарат¡в 1нвертазн при температур! + 4°С терм!н збер!гання складае не б!льш 3 м!-ояц!в, в заморохеному вигдяд! - до I року. При збер!ганн! виоуше-них препарат!в !нвертази при температур! +4"С рекомендованнй терм1н збвр!гання - не б!лыие I року.

6. При викориотанн! одержаного препарату для повного г!дро-л!зу сахарозних розчин!в необх!дно 13-14 одиниць активноот! !н-вертази на I г сахарози при витримуванн! суы!ш! протягом 24 год при температур! 52-54®С для 65-67 %-яо1 концентрацИ оахарози;

20 од/г сахарози при тривалоот! |нверо!1 96 год дая 76 %-ио\ концентрацИ сахарози; 3-5 од/г - при тривалоот! 1нвероП 18-24 год для 25 *-ио1 концентрац! I сахарози.

При збер!ганн! помадних дукерок, як! виготовлен! з викори-отанням ферментного препарату !нвертази, втрата маси, що спооте-р!гаетьоя п!сля 6-7 -лобового збер1гашш контрольних зразк!в, Шдзначана п!сля 30 д!б.

На оонов! одержашх даних складений доап!дно-промиодови1 /(з др!ждк!в опнртового виробняцтва/ ! технолог!чний /1з над-лишкових пивних др!кдж!в/ регламент« виробництва ферментного

препарату 1ивертаэи.

Видано завдання на проектування доол1двв-промиолово! установки для виробництва ферментного препарату 1нвертази на Поп!воько-му експериментальному завод!.

Результата досл!даень диоертац!йно1 робота викориотая! в проект! цеху виробництва фруктози потужн!стю 20 т па добу.

Економ!чний ефект в!д вдроваджтшя ферментол!зу для !нверо!1 сахарози у виробництв! безалкогольних напо1в окладатиме 24,1 млн крб на 1000 дал напо!в / в ц!нах 1995 р./.

Основний 3míct робота викладено в таких публ1кац!ях:

1. Получение ферментных препарат он иявертазы / Л.В.Маринчен-ко, В.К.Янчевокий, М.Т.Брык и др. // Химия и технология пищевых продуктов : Сб. науч. трудов БНИИППД, вып. 4. - Киев, 1992.-

С. 41 - 51.

2. Критерии отепени дезинтеграции дрожжей / Л.В.Маринченко, Н.И.Смирнова, Е.К.Вовнянко и др. // Там же. - С. 132 - 135.

3. А.с. й 1551734 /СССР/, МКЙ С12У1/Г8 /С 12 Я 1:865/ Штамм дрожжей Saccha.'wmyw, сши!ticte. ■ иопользуемый дай производства хлебопекарных дрожжей / Л.В.Киолая, Р.И.Чипчар, Л.В. Маринченко и др. - Опубл. 22.11.1989.

4. Патент Украины й 5681, МКИ5 С 12 Р 25/00/. Споооб получения рибофлавина / О.Н.Науменко, В.Н.Головченко, В.К. Янчево-кий, Л.В.Маринченко, В.В.Рудая. - Приоритет от 15.01.1990.

5. Заявка на патент Украшн * 940276042 от 04.07.1994. МКИ5 С 12 ^9/16. Способ получения ферментного препарата инвер-тазн / Л.В.Маринченко, Е.К.Вовнянко, В.К.Янчевокий, Р.Р.Нитаатул-лин, М.Т.Брык.

6. Возможность получения технических препаратов инвертазы

us дрожжей-сахаромицетов / Л.В.Маринченко, В.П.Антонюк, Е.К.Вовнянко, В.К.Янчевокий, С.В.Дворник // Химические превращения пищевых полимеров : Тез. докл. Всесоюзн. конф., 21-23 апреля 1991 г., г. Светлогорск. - Светлогорск, 1991. - С.65.

7. Использование инвертазы пивных дрожжей для приготовления инвертных сахарных сиропов / Л.В.Маринченко, Т.А.Королюк, Л,В. Кислая U Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов

в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК : Тез. докл. Респ. науч-но-техн. конф., 24-26 сент. 1991 г., г.Киев. - Киев, 1991.- C.I68.

8. Использование баромембраннах процессов в технологии комплексной переработки дрожжей-сахаромицетов / Е.К.Вовнянко, Л.В. Царинченко, В.П.Антонюк и др. // Там же. - C.I32.

9. Дезинтеграторная технология в приготовлении инвертных сахарных сиропов / Л.В.Маринченко, Л.В.Кислая, Т.А.Королюк, В.М. Ушаков // Тез. докл. У1П Всеооюзн. семинара по дезинтеграторной технологии, 1-3 окт. 1991 г., г.Киев.. - Киев, 1991. - С.89.

10. Применение мембранной технологии в комплексной переработке дрожжей-оахаромицетов / В.К.Янчевокий, В.П.Антонюк, Л.В. Маринченко и др. // Мембраны и мембранная технология : Тез. докл. II респ. конф., 25-27 ноября 1991 г., г.Киев. - Киев, 1991. -

С. ИЗ.

11. Использование мембранной технологии при получении препаратов бета-фруктофуранозидазы из дрожжей-сахаромицетов / Л.В. Марннчеяко, Е.К.Вовнянко, С.Н.Шалабанов, В.К.Янчевокий // Там же. - С. 130.

12. Отримання р1дкого препарату 1нвертази в в!дход1в пиво-вараого виробництва / Л.В.Ыарннченко, Т.А.Королюк, О.В.Киоельо-ва та 1н. // Розробка та впроваджеияя нових технолог1й 1 облад-нання у харчову та переробну галуз! АПК : Тез. доп. Шжн. йаук.-

техн. конф., 19-21 ковтня 1993 р., м.КиГв. - КиГв, 1993. - С.186-187.

АННОТАЦИЯ

Маринченко Л. В. Разработка технологии ферментного препарата инвертазн о применением дезинтеграторов.

Дисоертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.1& - Процессы биологачеокой переработки пищевых продуктов. Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 1996.

Защищается 12 научных работ, в том числе I авторское свидетельство СССР на изобретение, I Патент и I заявка на Патент Украины, которые содержат научные исследования процессов наделения инвертазн при дезинтеграции суспензии хлебопекарных и пивных дрожжей, ультрафильтрационной очистки и концентрирования суперна-танта дезинтеграта, а также результаты экспериментальных исследований. Установлено, что в технологии ферментного препарата инвертазн целесообразно использовать дезинтеграторы ударного действия, дрожжевой дезинтеграт выдерживать при перемешивании в течении 6-8 чаоов, а отделенный от осадка оупернатант концентрировать п очищать в ультрафильтрационной установке плоскорамного типа о но* пользованием мембраны РЦ-100. Осуществлены промышленные испытания выделения инвертазы из клеток в апаратах ударного действия. Разработан опытно-промышленный регламент технологии ферментного препарата инвертазы.

Ключевые олова: инвертаза, хлебопекарные и пивные дрожжи, дезинтеграторы ударного действия, ультрафильтрация, диафильтра-ция, инверсия.

LOLITA V. lUBIliCHBHiO

TEB WOHKING OUT OF IHVEHTASE FXHUENT PREPARATION TECHNOLOGY

VITH APPLICATION OF DISINTEGRATORS.

The Blaster's thesis by speciality 05.18.19 -Biological pro-ceasing of food products, Ukranian State University of Food Technology, *yiv, 1996.

The thesis contain investigations on invertase isolation from baker'a and brewer's yeaati disintegration, ultrafiltrative purification and concentration of disintegrate suspension supernatant. The exploitation of disintegrators of percussion action is determined as the best method for the invertase technology.

Proposed: to hold the disintegrate suspension in the 6-8 hours tern with nixing( to use the flat-frame plant with EC-100 ■esbrane for the ultrafiltrative purification and concentration.

The industrial test was carried out.

The key wordsi invertase, baker's and brewer's yeast, disin-' tegrators of percussion action, ultrafiltration, diafiltration, inversion.

lliiUi. io npyty/¿at Qopu&Ti0/&v//t ilanip ffyx. flpyK, o<|>c. ApyK. <j4>c. yuoBii. flpyn. apK. /,1) Ofi.a.-BHjl. apic. <O Tup. JC0.

3au./ • UiX_______■

KniBci.Ka miix-KOBa ApyKapiix iiayKOBul Kiuirii. Knio, B. Xmimmiiuu.koio, 19.