RU2586734C1 - Способ переработки зерновых и зернобобовых культур, пищевых зерновых и зернобобовых отрубей для приготовления компонентов ферментационных сред, используемых в микробиологической промышленности при культивировании микроорганизмов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии. Способ предусматривает увлажнение зерна и бобов и разрушение плющением оболочки и целостной структуры эндосперма зерна и бобовых с образованием развитой структуры трещин в теле зерна и бобов с последующим влажным дроблением зерна, бобов и зерновых отрубей. Осуществляют выделение из водной смеси зерна, бобов и зерновых отрубей крахмала A и высокомолекулярного белка. Проводят ферментативный гидролиз остального низкомолекулярного крахмала и белка. Затем проводят дополнительную термохимическую обработку оболочек зерна, бобов и зерновых отрубей при температуре от 150 до 310°C и давлении от 0,5 до 10,0 МПа с последующим дополнительным ферментативным гидролизом целлюлолитическим ферментным препаратом. При этом влажное дробление производят в две или более последовательных ступеней, а термохимическую обработку проводят с дополнительным внесением кислоты или щелочи. Изобретение позволяет полностью переработать крахмалсодержащее сырье, что позволяет использовать его для приготовления питательных сред для культивирования микроорганизмов. 5 з.п. ф-лы, 8 пр.

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для получения углеводсодержащей и белковой частей ферментационных сред, используемых при культивировании различных штаммов-продуцентов микроорганизмов для получения широкого спектра продуктов микробного синтеза.

С развитием микробиологических производств все более остро стоит вопрос об обеспечении микробиологического синтеза дешевым сырьем, удовлетворяющим потребностям различных видов промышленных штаммов микроорганизмов. Применение готового крахмала и кристаллической глюкозы в этих случаях не является решением задачи, поскольку повышает себестоимость продукции. Безотходная переработка крахмалсодержащего растительного сырья по гибкой технологической схеме позволяет решить указанную проблему.

Традиционный способ выделения крахмала из крахмалсодержащего растительного сырья состоит из следующих стадий: увлажнения сырья, удаления оболочек на обдирочных машинах (получение отрубей), сухого размола до муки, получения суспензии муки с водой, разделения суспензии на крахмальную и белковую фракции, отмывки крахмальной фракции и сушки двух видов готовых продуктов (см. http://www.westfalia-separator.com/applications/renewable-resources/wheat-starch-wheat-gluten.htm фирма «Альфа-Лаваль»).

Недостатки данной технологии заключаются в том, что значительная часть крахмала и белка теряется на стадии удаления оболочек (в отрубях - не менее 20% крахмала и 15% белка от общего количества в зерне); наличие стадии получения муки сухим размолом связано с высокими энергозатратами и категорийностью специальных помещений из-за взрыво- и пожароопасности мучной пыли; расходуется значительное количество воды на промывку крахмала; степень извлечения крахмала из сырья составляет не более 80%.

Известен способ получения крахмала и паток из зерна кукурузы с применением влажного дробления зерна гидро-механо-акустическим способом, дальнейшим фракционированием водно-зерновой суспензии, ферментативным гидролизом крахмала (US 5968585, опубл. 19.10.1999). Недостатком данного способа является ограничение применения его только кукурузой.

Известен способ влажного дробления крахмалосодержащего зернового сырья: пшеница, рожь, рис, ячмень (WO 2006119206 A2, опубл. 09.11.2006). К недостаткам данного способа относятся длительное предварительное замачивание зернового сырья в слабом растворе сернистой кислоты, отсутствие фракционирования водно-зерновой суспензии после размола (получают чистую декстрозу (глюкозу) и белковую фракцию как замену рыбной муки). Второй путь использования водно-зерновой суспензии после размола - получение спирта (в отсутствие фракционирования - отделяют только зерновые оболочки и зародыши).

Известен способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья, предусматривающий приготовление суспензии исходного сырья путем смешивания его с водой, разжижение суспензии в процессе нагревания и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье (RU 2285725, C13K 1/04, опубл. 20.10.2006 г.). Воду перед приготовлением суспензии подвергают активации в роторно-пульсационном аппарате в течение 5-15 мин. Приготовление суспензии, ее разжижение и ферментативный гидролиз крахмала проводят в этом же аппарате, при этом процесс разжижения осуществляют при температуре 50-75°C. Гидролиз крахмала проводят при температуре 55-67°C до заданного углеводного состава с получением готового продукта.

Недостатком данного способа является отсутствие фракционирования водно-зерновой суспензии после обработки в роторно-пульсационном аппарате на крахмал и белок. Полученный ферментолизат невозможно использовать для приготовления углеводной части ферментационных сред при асептических процессах культивирования вследствие протекания сахароаминных реакций при термической стерилизации.

Известен способ получения кормовых гидролизатов из зерна пшеницы (RU 2443783, опубл. 27.02.2012), где применяются и предварительное плющение зерна, и гидро-механо-акустическое разрушение зерна (кавитатор), и ферментативный гидролиз водно-зерновой суспензии.

К недостаткам данного способа относятся: отсутствие фракционирования водно-зерновой суспензии после ферментативной обработки, что, как и в предыдущем случае, не позволяет использовать термическую стерилизацию для приготовления ферментационных сред в асептических процессах; узкий круг применения полученного гидролизата зернового сырья только в качестве кормовой добавки сельскохозяйственным животным.

Наиболее близким к изобретению является способ переработки зерна для приготовления компонентов ферментационных сред, используемых в микробиологической промышленности при культивировании микроорганизмов, включающий влажное дробление, фракционирование компонентов водной смеси и их ферментативный гидролиз (RU 2410419, C12N 1/22; C12P 13/04, опубл. 27.01.2011 г.).

Крахмалсодержащее сырье промывают, смешивают с водой с гидромодулем 1:3, 1:4 при температуре 45-50°C, дробят на роторно-пульсационном аппарате гидро-механо-акустическим способом в две стадии дробления с выдержкой между первым и вторым дроблением в течение 20-120 мин, сырье измельчают до размера частиц не более 0,2 мм, разделяют полученную суспензию на фракции: сначала отделяя зерновые оболочки в центробежном поле при факторе разделения 300-400 g, отделяют крахмал A, затем крахмальную фракцию с содержанием сухих веществ не менее 40% обрабатывают термостабильным амилолитическим ферментом в концентрации 1,0-3,0 Е/г крахмала на первой стадии и глюкоамилазой в концентрации 1,0-5,0 Е/г крахмала на второй стадии, белковую фракцию отделяют в центробежном поле с фактором разделения 3500-3800 g, гидролизуют протеолитическим ферментом при температуре 35-60°C в концентрации 0,5-5 Е/г белка и используют как ростовую часть в составе ферментационных сред, нативный раствор упаривают до содержания сухих веществ (СВ) не менее 45% (получают растительный экстракт, используемый как ростовой фактор-аналог кукурузного экстракта).

Недостатком этого способа является ограничение на содержание белка в используемом сырье - некондиционное зерно или зерно не выше пятого класса (с низким содержанием белка не более 10%).

Задачей настоящего изобретения является создание технологии переработки растительного крахмалсодержащего сырья любого вида и класса качества, полное использование всех компонентов растительного сырья (крахмалсодержащей, белковой и целлюлозосодержащей частей) для приготовления ферментационных сред, использующихся в микробиологической промышленности при культивировании микроорганизмов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки зерновых и зернобобовых культур, пищевых зерновых и зернобобовых отрубей для приготовления компонентов ферментационных сред, используемых в микробиологической промышленности при культивировании микроорганизмов, включающем влажное дробление, фракционирование компонентов водной смеси и их ферментативный гидролиз, согласно изобретению, перед влажным дроблением подвергают разрушению оболочки и целостную структуру эндосперма зерна и бобовых с образованием развитой структуры трещин в теле зерна и бобов, производят выделение из водной смеси зерна, бобов и зерновых отрубей крахмала A и высокомолекулярного белка, а ферментативный гидролиз осуществляют только остального низкомолекулярного крахмала и белка, затем проводят дополнительную термохимическую обработку оболочек зерна, бобов и зерновых отрубей при температуре от 150 до 310°C и давлении от 0,5 до 10,0 МПа с последующим дополнительным ферментативным гидролизом целлюлолитическим ферментным препаратом.

Выделение крахмала и белка могут проводить после их ферментативного гидролиза, разрушение оболочек и структуры эндосперма зерна и бобов производят плющением, перед плющением производят увлажнение зерна и бобов, влажное дробление производят в два или более последовательных ступеней, термохимическую обработку проводят с дополнительным внесением кислоты или щелочи.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Перед влажным дроблением осуществляют предварительное разрушение целостности оболочек и эндосперма зерна, бобовых преимущественно плющением, что обеспечивает частичное разрушение оболочек и эндосперма сырья, увеличивая срок работы режущего инструмента на стадии влажного дробления. При плющении возможно предварительное увлажнение, что способствует более равномерному разрушению оболочек и эндосперма. Проводят влажное двух- или более ступенчатое дробление крахмалсодержащего сырья. Влажное дробление осуществляют известными методами: гидро-механо-акустистическим на роторно-пульсационном аппарате или кавитаторе, гидроакустическим методом на ультразвуковых установках. Влажное дробление крахмалосодержащего сырья экономит энергоресурсы и затраты на капитальное строительство по сравнению с сухим размолом из-за отсутствия мучной пыли. Влажное дробление осуществляют следующим образом: крахмалосодержащее сырье смешивают с водой в соотношении не менее 1:3 и подвергают влажному дроблению, водно-зерновую смесь после первого дробления выдерживают при температуре 50°C и перемешивании в течение 10-60 мин, а затем повторно подвергают влажному дроблению. При необходимости процедуру выдержки и влажного дробления повторяют, что обеспечивает полное набухание крахмального зерна и максимальное извлечение из него крахмала. Далее отделяют на вращающихся ситах зерновые оболочки. От крахмально-белковой суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок (клейковину), от оставшейся суспензии в центробежном поле отделяют крахмал A. Крахмал A очищают от остатков белка, проводя ферментативный гидролиз белка протеолитическим ферментным препаратом. Очистка крахмала A с применением протеолитических ферментов существенно сокращает количество воды, расходуемой на промывку крахмала A. Крахмал A далее может быть использован для ферментативного гидролиза и получения углеводной части питательной среды, а также как сырье для получения модифицированного крахмала, паток, глюкозно-фруктозного сиропа или как готовый продукт. Объединяют суспензию зерновых оболочек и крахмально-белковую суспензию после отделения клейковины и крахмала A (содержащую низкомолекулярный белок и крахмал B), доводят pH до оптимального значения для выбранного протеолитического ферментного препарата и при температуре 50°C проводят ферментативный гидролиз низкомолекулярного белка в течение 2 часов. В центробежном поле от объединенной суспензии отделяют ферментолизат низкомолекулярного белка, объединяют его с ферментолизатом белка после промывки крахмала A, при необходимости смесь упаривают на вакуум-выпарной установке при температуре не более 50°C до содержания СВ 50%, полученный ферментолизат белка используют в качестве источника органического азота в составе ферментационных сред для культивирования микроорганизмов. Оставшиеся зерновые оболочки и крахмал В разводят водой в соотношении 1:1, доводят pH до оптимального для выбранного амилолитического ферментного препарата, осуществляют при температуре, pH и времени экспозиции, оптимальными для выбранного ферментного препарата первую стадию ферментативного гидролиза крахмала, в центробежном поле отделяют ферментолизат крахмала после первой стадии гидролиза, при необходимости проводят вторую стадию ферментативного гидролиза до глюкозы, упаривают ферментолизат крахмала до содержания глюкозы 50% и используют в качестве источника углеводов в составе ферментационных сред для культивирования микроорганизмов.

Оставшиеся зерновые или зернобобовые оболочки смешивают с водой в соотношении 1:1, при необходимости добавляют щелочь или минеральную кислоту, проводят термохимическую обработку при давлении до 10 МПа. Термохимическая обработка с внесением щелочи или кислоты приводит к деструкции высокомолекулярных биополимеров клетчатки.

После термохимической обработки суспензию зерновых или зернобобовых оболочек подвергают дополнительному ферментативному гидролизу комплексным ферментным препаратом, обладающим ксиланазной и целлюлазной активностью при температуре, pH и времени экспозиции, оптимальными для выбранного препарата, при необходимости ферментолизат зерновых или зернобобовых оболочек упаривают до СВ 50% на вакуум-выпарной установке при температуре не более 60°C и используют в качестве источника углеводов в составе ферментационных сред для культивирования микроорганизмов.

Сущность способа подтверждается приведенными примерами.

Пример 1

28 кг пшеницы 2 класса подвергают предварительному частичному разрушению на валковой дробилке до размера частиц 2 мм, смешивают с 84 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на роторно-пульсационном аппарате (РПА) следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

От полученной зерновой суспензии в количестве 112 л отделяют на вращающихся ситах зерновые оболочки в количестве 33,6 л. От оставшихся 78,4 л суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок (клейковина) в количестве 14,5 кг с содержанием клейковины 25%. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют высокомолекулярный крахмал A в количестве 19,6 л с концентрацией крахмала 40%. К крахмалу A добавляют 5 л водопроводной воды, доводят pH крахмальной суспензии раствором едкого натра до 6,0, вносят протеолитический ферментный препарат Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и проводят ферментативный гидролиз остаточного белка при температуре 50°C в течение 1 часа. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют промытый крахмал A в количестве 18,8 л с концентрацией крахмала A 40%. Крахмал A используют для дальнейшего ферментативного гидролиза и получения углеводной части ферментационных сред либо для получения пищевых продуктов (патока, ГФС и др.) или модифицированного крахмала.

Оставшуюся смесь низкомолекулярного крахмала B и белка объединяют с зерновыми оболочками, вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,5. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка, объединяют его с промывкой крахмала A и получают 43,6 л ферментолизата белка с содержанием сырого протеина 12,8%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника органического азота (ростового фактора).

Оставшиеся 28,3 л смеси зерновых оболочек и крахмала B разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquozyme SC DS (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала B, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала B объединяют с фугатом и получают 45,2 л ферментолизата крахмала B, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 65°C в течение 2 часов ферментным препаратом Liquoflow (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 42,6 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 20,4% используют для приготовления ферментационных сред.

Зерновые оболочки после шнекового пресса смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1 и подвергают термохимической обработке при температуре 150°C и избыточном давлении 0,5 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 30 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 6 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза) в количестве 22,5 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 13,9%. При необходимости ферментолизат зерновых оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред.

Пример 2

28 кг пшеницы 2 класса увлажняют, смешивая с водопроводной водой в соотношении 1:1, подвергают предварительному частичному разрушению на валковой дробилке до размера частиц 1,5 мм, смешивают с 76 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, вносят раствор протеолитического фермента Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и осуществляют дробление на кавитаторе следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен и ферментативный гидролиз белка;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

К полученной суспензии добавляют порцию протеолитического ферментного препарата Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и проводят дополнительный ферментативный гидролиз белка в течение 2 часов при температуре 50°C.

От полученной зерновой суспензии в количестве 112 л отделяют ферментолизат белка в центробежном поле при факторе разделения 2700 g в количестве 44,8 л с концентрацией белка 89 г/л. Ферментолизат белка упаривают на вакуум-выпарной установке при температуре 60°C и получают 8,1 л ферментолизата белка с содержанием сырого протеина не менее 50%. Ферментолизат белка используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника органического азота.

К оставшимся 67,2 л суспензии добавляют 35 л водопроводной воды, вносят амилолитический ферментный препарат Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1,0Е на 1 г крахмала и проводят ферментативный гидролиз крахмала в течение 2 часов при температуре 85°C.

В центробежном поле при факторе разделения 2700 g отделяют ферментолизат олигосахаров в количестве 71,54 л с концентрацией олигосахаров 25,8%. Ферментолизат олигосахаров при необходимости подвергают ферментативному гидролизу глюкоамилазой до глюкозы ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г олигосахаров в течение 2 часов при температуре 60°C. Получают 67,2 л ферментолизата, содержащего 27,5% глюкозы. Ферментолизаты крахмала используют для приготовления углеводной части ферментационных сред.

Оставшиеся 30,6 л суспензии зерновых оболочек с концентрацией СВ 18% подвергают термомеханической обработке при температуре 310°C и избыточном давлении 10,0 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 30 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 6 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза) в количестве 21,4 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 13,8%. При необходимости ферментолизат зерновых оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред.

Пример 3

28 кг тритикале подвергают предварительному частичному разрушению плющением на вальцовой плющилке до размера частиц 1,5 мм, смешивают с 84 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на роторно-пульсационном аппарате (РПА) следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

От полученной зерновой суспензии в количестве 112 л отделяют на вращающихся ситах зерновые оболочки в количестве 33,6 л. От оставшихся 78,4 л суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок (клейковина) в количестве 5,04 кг с содержанием клейковины 25%.

В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют высокомолекулярный крахмал A в количестве 8,4 кг с концентрацией крахмала 40%. К крахмалу A добавляют 5 л водопроводной воды, доводят pH крахмальной суспензии раствором едкого натра до 6,0, вносят протеолитический ферментный препарат Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е на1 г белка и проводят ферментативный гидролиз остаточного белка при температуре 50°C в течение 1 часа. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют промытый крахмал A в количестве 8,2 кг с концентрацией крахмала A 40%. Крахмал A используют для дальнейшего ферментативного гидролиза и получения углеводной части ферментационных сред либо для получения пищевых продуктов (патока, ГФС и др.) или модифицированного крахмала.

Оставшуюся смесь крахмала B и белка объединяют с зерновыми оболочками, вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,8. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка, объединяют его с промывкой крахмала A и получают 32,5 л ферментолизата белка с содержанием белка 9,2%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред.

Оставшиеся 37,4 л смеси зерновых оболочек и крахмала B разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала B, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала B объединяют с фугатом и получают 45,2 л ферментолизата крахмала B, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 65°C в течение 2 часов ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 42,6 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 22,2% используют для приготовления ферментационных сред.

Суспензию зерновых оболочек в количестве 14,8 л после шнекового пресса смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1 и подвергают термохимической обработке при температуре 310°C и избыточном давлении 10,0 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 30 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 6 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза) в количестве 29,6 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 8,8%. При необходимости ферментолизат зерновых оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред.

Пример 4

28 кг ячменя голозерного подвергают увлажнению до содержания СВ 60% (влажность 40%), затем плющат на вальцовой плющилке до размера частиц 2 мм, смешивают с 76 кг (гидромодуль 1:3 по сухому зерну) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на ультразвуковой установке следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 180 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 20 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 180 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 20 сек.

От полученной зерновой суспензии в количестве 112 л отделяют на вращающихся ситах зерновые оболочки в количестве 36,3 л. От оставшихся 75,7 л суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок (клейковина) в количестве 5,1 кг с содержанием клейковины 25%. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют высокомолекулярный крахмал A в количестве 15,4 л с концентрацией крахмала 40%. К крахмалу A добавляют 5 л водопроводной воды, доводят pH крахмальной суспензии раствором едкого натра до 6,0, вносят протеолитический ферментный препарат Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и проводят ферментативный гидролиз остаточного белка при температуре 50°C в течение 1 часа. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют промытый крахмал A в количестве 15,1 л с концентрацией крахмала A 40%. Крахмал A используют для дальнейшего ферментативного гидролиза и получения углеводной части ферментационных сред либо для получения пищевых продуктов (патока, ГФС и др.) или модифицированного крахмала.

Оставшуюся смесь в количестве 55,2 л крахмала B и белка объединяют с зерновыми оболочками, вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,8. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка и получают 45,7 л ферментолизата белка с содержанием белка 7,1%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника органического азота.

Оставшиеся 45,7 л смеси зерновых оболочек и крахмала B разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала B, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала B объединяют с фугатом и получают 54,8 л ферментолизата крахмала B, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 60°C в течение 2 часов ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 52,2 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 16,9% используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Суспензию зерновых оболочек в количестве 23,6 л после шнекового пресса смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1 и подвергают термохимической обработке при температуре 250°C и избыточном давлении 4,05 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 10 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 8 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза) в количестве 37,7 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 8,6%. При необходимости ферментолизат зерновых оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Пример 5

28 кг нераздробленного зерна гречихи подвергают увлажнению до содержания СВ 60% (влажность 40%), затем плющат на вальцовой плющилке до размера частиц 2 мм, смешивают с 76 кг (гидромодуль 1:3 по сухому зерну) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на роторно-пульсационном аппарате (РПА) следующим способом:

предварительному частичному разрушению на валковой дробилке до размера частиц 1 мм, смешивают с 84 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 30 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 30 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- третий цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 30 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- четвертый цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

От полученной зерновой суспензии в количестве 112 л отделяют на вращающихся ситах оболочки в количестве 39,2 л. От оставшихся 72,8 л суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок в количестве 5,64 кг с содержанием клейковины 25%. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют высокомолекулярный крахмал A в количестве 16,2 л с концентрацией крахмала 40%. К крахмалу A добавляют 5 л водопроводной воды, доводят pH крахмальной суспензии раствором едкого натра до 6,0, вносят протеолитический ферментный препарат Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и проводят ферментативный гидролиз остаточного белка при температуре 50°C в течение 1 часа. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют промытый крахмал A в количестве 15,8 л с концентрацией крахмала A 40%. Крахмал A используют для дальнейшего ферментативного гидролиза и получения углеводной части ферментационных сред либо для получения пищевых продуктов (патока, ГФС и др.) или модифицированного крахмала.

Оставшуюся смесь крахмала B и белка в количестве 50,7 л объединяют с зерновыми оболочками, вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,8. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка и получают 44,9 л ферментолизата белка с содержанием белка 6,3%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника органического азота.

Оставшиеся 44,9 л смеси зерновых оболочек и крахмала B разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала B, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала B объединяют с фугатом и получают 49,4 л ферментолизата крахмала B, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 60°C в течение 2 часов ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 48,4 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 13,0% используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Суспензию зерновых оболочек в количестве 20,7 л после шнекового пресса смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1 и подвергают термохимической обработке при температуре 290°C и избыточном давлении 7,58 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 5 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 4 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза) в количестве 38,5 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 9,6%. При необходимости ферментолизат зерновых оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Пример 6

28 кг нешелушенного гороха II типа подвергают увлажнению до содержания СВ 60% (влажность 40%), затем плющат на вальцовой плющилке до размера частиц 2 мм, смешивают с 76 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на роторно-пульсационном аппарате (РПА) следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- третий цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

От полученной суспензии в количестве 112 л отделяют на вращающихся ситах оболочки в количестве 49,1 л. От оставшихся 62,9 л суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок (клейковина) в количестве 11,3 кг с содержанием клейковины 25%. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют высокомолекулярный крахмал A в количестве 20,8 л с концентрацией крахмала 40%. К крахмалу A добавляют 5 л водопроводной воды, доводят pH крахмальной суспензии раствором едкого натра до 6,0, вносят протеолитический ферментный препарат Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и проводят ферментативный гидролиз остаточного белка при температуре 50°C в течение 1 часа. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют промытый крахмал A в количестве 20,2 л с концентрацией крахмала A 40%. Крахмал A используют для дальнейшего ферментативного гидролиза и получения углеводной части ферментационных сред либо для получения пищевых продуктов (патока, ГФС и др.) или модифицированного крахмала.

Оставшуюся смесь крахмала B и белка в количестве 30,8 л объединяют с зерновыми оболочками, вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,8. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка и получают 39,9 л ферментолизата белка с содержанием белка 8,8%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50%) и используют для приготовления ферментационных сред.

Оставшиеся 39,9 л смеси зерновых оболочек и крахмала B разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала B, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала B объединяют с фугатом и получают 43,8 л ферментолизата крахмала B, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 65°C в течение 2 часов ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 42,4 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 16,1% используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Суспензию зерновых оболочек в количестве 18,0 л после шнекового пресса смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1, доводят pH смеси серной кислотой до pH 2,0 и подвергают термохимической обработке при температуре 290°C и избыточном давлении 7,58 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 5 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 4 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза, арабиноза) в количестве 35,8 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 10,1%. При необходимости ферментолизат зерновых оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Пример 7

28 кг чечевицы мелкосеменной подвергают увлажнению до содержания СВ 60% (влажность 40%), затем плющат на вальцовой плющилке до размера частиц 1 мм, смешивают с 76 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на роторно-пульсационном аппарате (РПА) следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- третий цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек.

От полученной суспензии в количестве 112 л отделяют на вращающихся ситах оболочки в количестве 42,7 л. От оставшихся 69,3 л суспензии на роторных ситах отделяют высокомолекулярный белок (клейковина) в количестве 13,4 кг с содержанием клейковины 25%. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют высокомолекулярный крахмал A в количестве 15,0 л с концентрацией крахмала 40%. К крахмалу A добавляют 5 л водопроводной воды, доводят pH крахмальной суспензии раствором едкого натра до 6,0, вносят протеолитический ферментный препарат Neutraze (фирмы Новозаймс) из расчета 0,5Е/1 г белка и проводят ферментативный гидролиз остаточного белка при температуре 50°C в течение 1 часа. В центробежном поле при факторе разделения 400 g отделяют промытый крахмал A в количестве 14,7 л с концентрацией крахмала A 40%. Крахмал A используют для дальнейшего ферментативного гидролиза и получения углеводной части ферментационных сред либо для получения пищевых продуктов (патока, ГФС и др.) или модифицированного крахмала.

Оставшуюся смесь крахмала B и белка в количестве 40,9 л объединяют с оболочками чечевицы, вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,8. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка и получают 41,8 л ферментолизата белка с содержанием белка 8,0%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника органического азота.

Оставшиеся 41,8 л смеси оболочек и крахмала B разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала B, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала B объединяют с фугатом и получают 43,4 л ферментолизата крахмала B, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 65°C в течение 2 часов ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 42,4 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 23,4% используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Суспензию оболочек чечевицы после шнекового пресса в количестве 19,8 л смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1, доводят pH смеси 40% раствором едкого натра до pH 9,5 и подвергают термохимической обработке при температуре 290°C и избыточном давлении 7,58 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 5 сек. После термохимической обработки раствор оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 4 часов и получают ферментолизат оболочек (глюкоза, ксилоза, арабиноза) в количестве 39,0 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 10,4%. При необходимости ферментолизат оболочек упаривают до концентрации РВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Пример 8

28 кг пшеничных отрубей увлажняют до содержания СВ 60%, плющат на вальцовой плющилке до размера частиц 1 мм, смешивают с 73 кг (гидромодуль 1:3) водопроводной воды при температуре 50°C, осуществляют дробление на роторно-пульсационном аппарате (РПА) следующим способом:

- однократное дробление порции с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 0,2 сек;

- выдержка при 50°C 60 мин, обеспечивающая набухание крахмальных зерен;

- второй цикл дробления с локальной диссипацией энергии 80 Вт/л и временем пребывания в зоне воздействия 2 сек.

В суспензию отрубей в количестве 112 л вносят раствор протеолитического ферментного препарата Neutraze (Новозаймс) из расчета 2Е на 1 г белка и проводят ферментативный гидролиз белка при температуре 50°C в течение 2 часов при pH 6,8. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат белка и получают 56,0 л ферментолизата белка с содержанием белка 2,2%. Ферментолизат белка при необходимости упаривают до концентрации СВ 50% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника органического азота.

Оставшиеся 56,0 л смеси зерновых оболочек и крахмала разводят водой в соотношении 1:1, подвергают ферментативному гидролизу с применением амилолитического ферментного препарата Liquoflow (Новозаймс) из расчета 1Е на 1 г крахмала при температуре 85°C в течение 2 часов при pH 6,2. Отделяют в центробежном поле при факторе разделения 2700 g ферментолизат крахмала, зерновые оболочки отжимают на шнековом прессе, отжатый ферментолизат крахмала объединяют с фугатом и получают 61,6 л ферментолизата крахмала, в котором проводят ферментолиз олигосахаров до глюкозы при pH 4,2 температуре 65°C в течение 2 часов ферментным препаратом Duozyme (Новозаймс) из расчета 0,5Е на 1 г крахмала. Полученные 60,4 л ферментолизата с концентрацией глюкозы 9,2% используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Зерновые оболочки после шнекового пресса в количестве 25,8 л смешивают с водопроводной водой в соотношении 1:1, доводят pH до pH 2,0 20% раствором серной кислоты и подвергают термохимической обработке при температуре 290°C и избыточном давлении 7,58 МПа с временем выдержки температуры и давления в течение 5 сек. После термохимической обработки раствор зерновых оболочек охлаждают до 50°C, доводят pH до 6,5, вносят раствор ферментного препарата Cellic СТес2 (Новозаймс), содержащий ксиланазу и целлюлазу, из расчета 0,05 г/ 1 г СВ, выдерживают в течение 6 часов и получают ферментолизат зерновых оболочек (глюкоза, ксилоза) в количестве 24,7 л с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 32,4% и используют для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода.

Claims (6)

1. Способ переработки зерновых и зернобобовых культур, пищевых зерновых и зернобобовых отрубей для приготовления компонентов ферментационных сред, используемых в микробиологической промышленности при культивировании микроорганизмов, включающий влажное дробление, фракционирование компонентов водной смеси и их ферментативный гидролиз, отличающийся тем, что перед влажным дроблением подвергают разрушению оболочки и целостную структуру эндосперма зерна и бобовых с образованием развитой структуры трещин в теле зерна и бобов, производят выделение из суспензии после влажного дробления водной смеси зерновых, зернобобовых и зерновых и зернобобовых отрубей крахмала A и высокомолекулярного белка, а ферментативный гидролиз осуществляют только остального низкомолекулярного крахмала и белка, затем проводят дополнительную термохимическую обработку оболочек зерновых, зернобобовых при температуре от 150 до 310°C и давлении от 0,5 до 10,0 МПа с последующим дополнительным ферментативным гидролизом целлюлолитическим ферментным препаратом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение крахмала и белка производят после их ферментативного гидролиза.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрушение оболочек и структуры эндосперма зерна и бобов производят плющением.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед плющением производят увлажнение зерна и бобов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что влажное дробление производят в две и более последовательных ступеней.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термохимическую обработку проводят с дополнительным внесением кислоты или щелочи.