Введение к работе
Актуальность проблемы и состояние вопроса. Одним из путей интенсификации экономики в настоящее время является создание и освоение передовых и 'принципиально новых наукоемких технологий.
Б области биотехнологии пищевых продуктов важное место занимает проблема производства ферментов микробного происхождения.
Общая годовая потребность АПК России в ферментных препаратах на 2000 год составляет 35-40 тыс. усл. тонн, в том числе амилолити-ческих - 10-12 тыс. усл. тонн.
Специфика технологических процессов таких отраслей как хлебопекарная, пивоваренная, производство соков, глюкозы, глюкозо-фрук-тозных сиропов (ГФС) и других сахарозаменителей требует применения ферментных препаратов в очищенном и концентрированном виде.
В спиртовой промышленности допускается использование нативной культуры микроорганизмов. Однако лишь 12 спиртзаводов в России имеют собственные ферментные цеха. Ферментные препараты, производимые в виде нативной культуры, имеют ограниченный срок хранения, относительно низкую удельную активность. На их транспортировку затрачиваются значительные средства.
Получить концентрированные очищенные препараты, увеличить их срок хранения по сравнению с нативной культурой, сократить транспортные затраты можно за счет применения современного мембранного процесса- ультрафильтрации (УФ). Процесс УФ позволяет: исключить энергоемкие фазовые переходы, провести процесс концентрирования с одновременной очисткой при мягких температурных режимах, а, следовательно, снизить потери активности ферментов.
Для отраслей, перерабатывающих крахмалсодержащее сырье, наибо лее важное значение имеют два фермента: оС~ и глюкоамилаза, обеспечивающие разжижение и осахаривание зернового и картофельного крах-
2 мала. Данный факт обусловил необходимость работы параллельно с двум продуцентами указанных ферментов: бактерией Bacillus subtilis-82 и плесневым грибом Aspt-rgill ius awamori ВУДТ-2.
Ранее во ВНИИПБТ были проведены работы, направленные на исследование собственно процесса концентрирования ферментных растворов методом УФ. Задача же создания производства концентратов требует решения всего комплекса проблем, включая стадии: отделения биомассы продуцентов, концентрирования и очистки, а также утилизации побочных продуктов. Поэтому настоящая работа была направлена на комплексное решение этих проблем с целью создания технологической линии в целом.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является исследование процессов и разработка технологии получения концентрированных ферментных препаратов
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
поиск оптимального способа и определение основных технологических параметров предподгоговки культуральных жидкостей (к. ж.) грибного и бактериального продуцентов;
определение оптимальных технологических параметров процесса концентрирования к. ж. (степень концентрирования, марка мембраны, рабочая температура, давление и др.);
разработка способа утилизации побочных продуктов при получении концентрированных ферментов.
Научная новизна. В результате исследований:
изучены основные закономерности, разработана математическая модель и определены на ее основе оптимальные параметры процесса фильтрования к. ж. Asp. awamori ВУДТ-2 - продуцента глюкоамилазы;
впервые показана возможность использования высокомолекулярных синтетических флокулянтов на стадии предподготовки к. ж. Вас. subtilis-82 - продуцента сб-амилазы;
изучено влияние состава питательной среды и основных физико-химических факторов на предподготовку к. ж. Бас. subti 1 is—82;
совокупностью Щ-спектроскопии и гелевой хроматографии интерпретирован механизм взаимодействия флокулянта с дисперсной фазой к. ж. Вас. subtilis-82, детерминированы функциональные группы, ответственные за процесс флокуляции;
изучены основные закономерности процесса концентрирования ферментных растворов об- и глюкоамилазы методом УФ и физико-химические свойства ультраконцентратов:
изучено влияние ыетацида на жизнедеятельность дрожжей и на процесс брожения в целом;
исследованы способы утилизации пермеата и биомассы продуцентов в производстве этанола.
Практическая значимость работы.
1. На основании проведенных исследований:
разработаны комплексные технологии производства концентрированных ферментных препаратов di- и глюкоамилазы, включающие стадии предподготовки к. ж. и утилизации побочных продуктов:
создано опытно-промышленное производство Глюкаваморина Г18х и Аыилосубтилина Г18х на Мичуринском экспериментальном заводе и наработаны опытные партии препаратов;
разработаны проекты цехов по производству ультракюнцентра-тов сС~ к глюкоамилазы для Воскресенского и Стерлитамакского ферментно-спиртовых заводов мощностью 300 усл. т ферментов в год.
2. Результаты научных исследований использованы при разра
ботке следующей технической документации:
Технологического регламента на производство Глюкаваморина Г18х;
Экспериментального технологического регламента на производство Амилосубтилина Г18х;
Технических условий на препараты ферментные Глюкаваморин
4 Г18х и Амилосубтилин Г18х;
- Рекомендаций по параметрам проведения процесса выделения биомассы и утилизации побочных продуктов применительно к Стерли-тамакскому и Воскресенскому ферментно-спиртовым заводам.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на заседании Ученого Совета ВНИИПБТ. Результаты исследований докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов (Руза, 1989), Всесоюзной научно-практической конференции "Ферменты - народному хозяйству" ( Черновцы, 1990 ), Всесоюзной конференции "Применение природных и синтетических ВМС в производстве пищи" (Суздаль, 1991), конференции "Мембранные процессы в биотехнологии, медицине и пищевой промышленности.(Москва, 19S1).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе патент.
Структура и объем диссертационной работы. . Диссертационная работа состоит из Еведения, пяти глав, заключения, списка литературы из 143 наименований, 12 приложений. Основной текст диссертации изложен на ШІ страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу и 26 рисунков. Приложения содержат акты производственных испытаний, таблицы результатов экспериментов, расчет экономической эффективности разработанных технологических схем производства концентрированных ферментов.