A búza és a kukorica és ezek melléktermékeinek alkoholhozamának maximalizálása desztilláláshoz vagy bioetanol-előállításhoz

Természettudományi, Mérnöki és Technológiai Iskola, Abertay Egyetem, Dundee, DD1 1HG UK

Levelezés: D. I. G. Green, Természettudományi, Mérnöki és Technológiai Iskola, Abertay Egyetem, Dundee DD1 1HG, Egyesült Királyság. E-mail: [email protected] További cikkek keresése a szerzőtől

Scotch Whisky Research Institute, Research North Avenue, Riccarton, EH14 4AP, Egyesült Királyság

Természettudományi, Mérnöki és Technológiai Iskola, Abertay Egyetem, Dundee, DD1 1HG UK

Scotch Whisky Research Institute, Research North Avenue, Riccarton, EH14 4AP, Egyesült Királyság

Természettudományi, Mérnöki és Technológiai Iskola, Abertay Egyetem, Dundee, DD1 1HG UK

Absztrakt

Bevezetés

Agu et al. A 2. tanulmány a keményítő felszabadulásának és lebontásának körülményeit vizsgálta, és megfigyelte, hogy a búza alacsonyabb, 85 ° C-os hőmérsékleten történő feldolgozásakor jelentősen magasabb szeszhozamot eredményezhet, mint más gabonafélék, például a kukorica esetében előírt magasabb főzési hőmérséklet. maximális alkoholtartalma sokkal magasabb hőmérsékleten (jellemzően 142–145 ° C) feldolgozva. Ez a megfigyelés összhangban állt más, a 20–22. Ezek a tanulmányok megerősítették, hogy a feldolgozási eljárást a felhasznált gabonafélékhez kell igazítani. A búza alacsonyabb feldolgozási hőmérséklete csökkentette a maradék viszkozitását is, ami problémákat okoz a lepárló melléktermékei utólagos visszanyerésében 2. A búza nagyobb viszkozitása részben annak köszönhető, hogy a kukoricában, a cirokban és a kölesben alacsony a pentozánszint (8 tömeg%), szemben az alacsonyabb szinttel (3 tömeg%) 23. Különösen a pentozánok, például az arabinoxilánok és más polimerek, mint a β- a glükánokról ismert, hogy 24–29 .

Jelen tanulmány a folyamat körülményeinek és az enzim-feldolgozás segédanyagainak a búza- és kukoricakeményítő, valamint a lignocellulóz (elhasznált szemcsék formájában) alkoholhozamának maximalizálására gyakorolt hatásainak vizsgálatára készült.

Anyagok és metódusok

Gabonaminták

A gabonafélék (búza és kukorica) mintáit két forrásból nyertük: (I) puha, alacsony nitrogéntartalmú búza (cv Viscount) búzát előállító kísérleti helyszínről a skót gabona whisky előállításának értékelésére; és (II) kereskedelmi sárga kukorica minta (a fajtát nem nevezik meg), amelyet egy skót whisky szemcse lepárlóból nyertek.

Alkoholhozam búza- és kukoricalisztből (142 ° C-os eljárás)

Alkoholhozam búza- és kukoricalisztből (85 ° C-os eljárás)

Az eljárás hasonló volt a fent leírtakhoz, azzal a különbséggel, hogy a nyomáson végzett főzési lépést, ahol a zagyot áttették az autoklávba, valamint a második Termamyl-kezelést megkerülték.

Alkoholhozam búza és kukorica kiégett szemekből (142 ° C-os eljárás)

Az eljárás hasonló volt a gabonalisztnél fent leírtakhoz, azzal a különbséggel, hogy a gabona kiégett szemcséit (30 g) savanyított vízzel (0,005 m H2SO4; 130 ml helyett 81 ml desztillált vizet, az előbb leírtak szerint) és 25 μl-rel szuszpendáltuk. Termamyl 120L típusú L típusú baktérium α-Amiláz, a Novozymes France S.A. szállította). A zagyot 85 ° C-ra melegítették, majd 152 percig 142 ° C-os autoklávban nyomás alatt főzték. A főtt iszapot 85 ° C-os vízfürdőbe helyeztük, és 30 percen keresztül második kezelést kaptunk Termamyl-tal (25 μl), hogy megakadályozzuk a keményítő retrogradációját. Ezt követően a cefrét 65 ° C-os vízfürdőbe helyeztük és 1 órán át inkubáltuk. h 25 μl kereskedelmi forgalomban lévő Bioglucanase ME 250, Bioprotease NL 100 és Promalt 4TR mindegyikének hozzáadásával (a Kerry Bioscience Ltd. szállítja). Az összes enzim dózisát az 1. táblázat mutatja. Szobahőmérsékletre történő lehűlés után a cefrét desztilláló élesztővel szűrték, majd fermentálták a korábban leírtak szerint. Az alkoholhozamot a desztillátum alkoholtartalmából is meghatároztuk a fentiek szerint.

Név Típus Származtatott szervezet Dózis mértéke Optimális pH Optimális hőmérséklet Tevékenységek Szállító

Termamyl 120L	Hőstabil α-Amiláz	Bacillus licheniformis	25 μL	5,2–6,0	80-85 ° C	Hidrolízisek 1,4‐α glikozid kötések az amilózban és az amilopektinben	Novozymes France S.A.
Promalt 4TR	α‐Amiláz	Bacillus subtilis és Trichoderma reesei	25 μL	5,0–7,5	55-65 ° C	Aktív a magas béta-glükánszintű gabonaféléknél	Kerry Bioscience Ltd.
N100L bioproteáz	Proteolitikus enzim	Bacillus subtilis	25 μL	5,5–6,0	45–53 ° C	Magas szintű ventilátort termel	Kerry Bioscience Ltd.
Bioglucanase ME 250	Endobéta-glükanáz	Penicillum emersonni és Bacillus subtilis	25 μL	5,0–6,5	50-65 ° C	A béta-glükánban található 1,4 és 1,3 glükozid kötés hidrolízis	Kerry Bioscience Ltd.

Az elhasznált szemek reológiai tulajdonságai Rapid Visco ‐ Analysis alkalmazásával

Az elhasznált szemek fiziológiai tulajdonságait a Caliber Control által szállított Newport Scientific Rapid Visco Analyzer (RVA) készülékkel tanulmányoztuk. Az RVA egy rotációs, folyamatosan felvett viszkoziméter, fűtési, hűtési és változtatható nyíró képességekkel, kifejezetten keményítőalapú anyagokhoz konfigurálva. A cél annak megerősítése volt, hogy korlátozott mennyiségű vagy egyáltalán nem tartalmaz keményítőt az elhasznált szemekben, és az elhasznált szemekből megkapta az alkoholhozamot. A kiőrölt gabona kiégett gabona (kb. 3,0 g kiégett gabona és mért mennyiségű víz vagy sav össztömege 28 g) vízzel vagy 0,005 m kénsavval (H2SO4) készült szuszpenzióját feldolgozták az RVA analizátorban olyan programmal, amelyet malátátlanra fejlesztettek ki. gabonafélék 1, 31 .

Eredmények és vita

A 2. és 3. táblázatban bemutatott eredmények igazolják a gabonafélékből származó alkoholhozam meghatározásához szükséges magas hőmérsékletű-nyomású főzőgép pontosságát és robusztusságát. A 2. és 3. táblázatban bemutatott eredményeket akkor kaptuk, amikor a Miag malmot 2 (0,2 mm) értékre állítottuk, hogy finoman őrölt lisztet állítsunk elő a gabonafélékből. A 2. táblázat a búzát és a kukoricát 142 ° C-os magasabb hőmérsékleten történő feldolgozásakor kapott eredményeket mutatja. Ez a szemes whisky előállításához használt hagyományos, magas hőmérsékletű eljárást képviseli. A 3. táblázat azokat az eredményeket mutatja, amikor ugyanazokat a búza- és kukoricamintákat alacsonyabb, 85 ° C-os hőmérsékleten dolgozták fel, ami egy lehetséges módja a folyamat energiaigényének csökkentésére. Az egyes gabonafélékből származó alkoholhozamok megismételhetők voltak, függetlenül attól, hogy a gabonaféléket 142 ° C vagy 85 ° C hőmérsékleten dolgozták-e fel, és megerősítik a módszer megbízhatóságát és robusztusságát.

Búza (cv Viscount)/kukorica (nem meghatározott fajta) Alkoholhozam (LA/t) száraz Átlagos alkoholhozam (LA/t) száraz

Búza 1	448,7
Búza 2	449.4
Búza 3	448.1
Búza 4	445,0
Búza	447.8
Kukorica 1	463.1
2. kukorica	465.5
Kukorica 3	464.9
4. kukorica	463.2
Kukorica 5	461.7
Kukorica	463,7

Búza (cv Viscount)/kukorica (nem meghatározott fajta) Alkoholhozam (LA/t) száraz Átlagos alkoholhozam (LA/t) száraz

Búza 1	459.1
Búza 2	454.3
Búza 3	459,7
Búza	457,7
Kukorica 1	443,0
2. kukorica	441.1
Kukorica 3	441.4
4. kukorica	441.1
Kukorica	441.7

Az alkoholhozam (LA/t) száraz 142 ° C 85 ° C

Búza elköltött szemek	36.1	84.9
Kukorica elköltött gabona	43.6	17.6

Ha a kukoricalisztből és a 142 ° C-on feldolgozott elhasznált szemekből származó összes alkoholhozamot összevonjuk, az összes alkoholhozam körülbelül 24 LA/t-val magasabb, mint a búzaliszt és az elhasznált szemeké (1. ábra). Ez arra utal, hogy a magas hőmérséklet hatékonyabban engedte ki a keményítőt a kukoricamagból (endospermium), tükrözve az általában magasabb kukoricakeményítő-tartalmat. Köztudott, hogy a kukoricának erőteljesebb feldolgozási feltételeket kell elérnie az optimális teljesítmény érdekében a desztilláló iparban, míg a búzának kevésbé szigorú feltételekre van szüksége a keményítő hatékony kivonásához és szolubilizálásához. A kukorica, valamint a búzához képest magasabb zselatinizációs hőmérsékletű keményítője szintén hajlamos lehet rezisztens keményítő kifejlődésére a feldolgozás során. Ezzel szemben a búzakeményítő kocsonyásodási hőmérséklete jóval alacsonyabb 1, 2, 23 .

Az enzim hozzáadásának szakasza Savkoncentráció Az alkoholhozam (LA/t) száraz

Felfelé	0,005 m H2SO4	8.3
Lefelé	0,005 m H2SO4	23.5
Felfelé és lefelé	0,005 m H2SO4	18.5
Felfelé	0,05 m H2SO4	0,00
Lefelé	0,05 m H2SO4	1.5

Előfőzés = gőz; főzés utáni = lefelé.
a Dupla koncentráció.

Alkoholhozam (LA/tonna) száraz Alkoholhozam (LA/tonna) száraz 142 ° C főzési hőmérséklet 85 ° C főzési hőmérséklet Mintafrakció Liszt elfogyasztott gabona Összes elhasználódott liszt frakció Összesen

Búza	460.1	15.1	475.2	449,0	11.7	460.7
Kukorica	474.1	16.3	490,3	429,7	8.2	438,0

Fontos volt megállapítani, hogy a feldolgozott búza és kukorica kiégett szeméből nyert alkoholt nem maradék keményítőből állították elő. Ennek megerősítésére az elhasznált szemcsék beillesztési tulajdonságait RVA-val elemeztük 0,005 m H2SO4 alkalmazásával, amely felszabadítana néhány fermentálható nem keményítő poliszacharidot 32. A kukorica elhasználódott gabonáira kapott eredményeket a 3. és a 2. ábra szemlélteti. 2. és 3. a búza kiégett gabona esetében. Mindkét RVA profil azt mutatja, hogy a csúcs és a végső viszkozitás gyakorlatilag nulla volt, jelezve, hogy a feldolgozás után nincsenek keményítőtartalmú anyagok. Ezek az eredmények megerősítik, hogy a gabona elfogyasztott gabonáiból származó további alkoholhozamok híg savakkal történő előkezelést követően lignocellulóz-eredetű cukrokból származnak.