Влияние перемешивания на эффективность ферментативного гидролиза высококонцентрированных сред экструдированного крахмала кукурузы

Автор: Шариков А.Ю., Иванов В.В., Амелякина М.В.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Пищевая биотехнология

Статья в выпуске: 3 (85), 2020 года.

Бесплатный доступ

Влияние фактора перемешивания и его интенсивности было исследовано при разработке технологии переработки высококонцентрированных гидролизатов (50% сухих веществ), полученных из экструдированного крахмала кукурузы. Крахмал экструдировали с использованием двухшнекового экструдера при температуре 185 °С и давлении 2 МПа, гидролизовали ферментными препаратами ?-амилазы и глюкоамилазы в течение 4 часов с различными режимами перемешивания. Установлена значимость влияния скорости перемешивания на степень гидролиза экструдированного крахмала, особенно в первые 2 часа ферментативной обработки. В результате 4-х часовой экспозиции декстрозный эквивалент гидролизата, инкубируемого без перемешивания, составлял 52,2, а гидролизатов, перемешиваемых с частотами 100, 200 и 500 об/мин, соответственно, 54,5; 59,3 и 59,8. Исследование реологических свойств показало, что динамическая вязкость среды без перемешивания значимо отличалась от вязкости сред с перемешиванием на протяжении всего периода гидролиза. В итоге динамическая вязкость образца без перемешивания снизилась с 3 Па·с до 0,35 Па·с, образцов с перемешиванием с 2,5-2,8 Па·с до 0,145-0,221 Па·с. Увеличение дозировки глюкоамилазы вдвое нивелировало фактор перемешивания по итогам 4-х часов гидролиза и позволило повысить значение декстрозного эквивалента на 18-35%. Декстрозный эквивалент образцов без перемешивания и с перемешиванием с частотой 200 об/мин составлял 70 и 71, соответственно. Но в первые 2 часа гидролиза фактор перемешивания для образцов с повышенной дозировкой глюкоамилазы был также статистически значимым. Проведенное исследование показало, что при проведении гидролиза высококонцентрированных сред экструдированного крахмала при условии качественной гомогенизации среды с ферментом даже без перемешивания обеспечивает высокую степень биоконверсии.

Еще

Экструзия, крахмал, фермент, гидролиз, декстрозный эквивалент, перемешивание

Короткий адрес: https://readera.org/140250995

IDR: 140250995   |   DOI: 10.20914/2310-1202-2020-3-96-103

Список литературы Влияние перемешивания на эффективность ферментативного гидролиза высококонцентрированных сред экструдированного крахмала кукурузы

  • Baks T., Kappen F.H.J., Janssen A.E.M., Boom R.M. Towards an optimal process for gelatinisation and hydrolysis of highly concentrated starch-water mixtures with alpha-amylase from Licheniformis B. // Journal of Cereal Science. 2008. V. 47. № 2. P. 214-225. DOI: 10.1016/j.jcs.2007.03.011
  • Da Silva A.S., Espinheira R.P., Teixeira R.S.S., de Souza M.F. et al. Constraints and advances in high-solids enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass: a critical review // Biotechnology for Biofuels. 2020. DOI: 10.1186/s13068-020-01697w
  • Geng W., Yongcan J., Hasan J., Sunkyu P. Strategies to achieve high-solids enzymatic hydrolysis of dilute-acid pretreated corn stover // Bioresource technology. 2015. V. 187. P. 43-48. DOI: 10.1016/j.biortech.2015.03.067
  • Шариков А.Ю., Степанов В.И., Иванов В.В. Термопластическая экструзия в процессах пищевой биотехнологии // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 2019. Т. 9. № 3 (30). С. 447-460. DOI: 10.21285/2227-2925-2019-9-3-447-460
  • Xu E., Wu Z., Long J., Wang F. et al. Impact of high-shear extrusion combined with enzymatic hydrolysis on rice properties and Сhinese rice wine fermentation // Food and Bioprocess Technology. 2015. V. 8. P. 589-604. DOI: 10.1007/s11947-014-1429-0
  • Zeng Z., LiY., Yang R., Liu Ch. et al. The relationship between reducing sugars and phenolic retention of brown rice after enzymatic extrusion // Journal of Cereal Science. 2017. V. 74. P. 244-249.
  • DOI: 10.1016/j.jcs.2017.02.016
  • Степанов В.И., Иванов В.В., Шариков А.Ю., Амелякина М.В. и др. Управляемая система непрерывной переработки растительного сырья на основе термомеханических и биокаталитических процессов // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 101-102.
  • DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10052
  • Santala O., Nordlund E., Poutanen K. Use of an extruder for pre-mixing enhances xylanase action on wheat bran at low water content // Bioresource Technology. 2013. V. 149. P. 191-199.
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2013.09.029
  • Palmqvist B., Wiman M., Lid?n G. Effect of mixing on enzymatic hydrolysis of steam-pretreated spruce: a quantitative analysis of conversion and power consumption // Biotechnology for Biofuels. 2011. № 4. P. 10.
  • DOI: 10.1186/1754-6834-4-10
  • Kadi? A., Palmqvist B., Lid?n G. Effects of agitation on particle-size distribution and enzymatic hydrolysis of pretreated spruce and giant reed // Biotechnology for Biofuels. 2014. V. 7. P. 77.
  • DOI: 10.1186/1754-6834-7-77
  • Ананских В.В., Шлеина Л.Д. О возможности получения мальтодекстринов из кукурузной муки // Хранение и переработка сельхозсырья. 2017. № 11. С. 9-13.
  • Ананских В.В., Шлеина Л.Д. Мальтодекстрины из крахмалосодержащего сырья, их качество и использование в отраслях пищевой промышленности // Кондитерское и хлебопекарное производство. 2018. № 7-8. С. 50-52.
  • Шариков А.Ю., Амелякина М.В., Иванов В.В., Поливановская Д.В. Ферментативный гидролиз экструдированного кукурузного крахмала в условиях высокой концентрации среды // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020. Т. 21. № 4. С. 425-433.
  • DOI: 10.30766/2072-9081.2020.21.4.425-433
  • Mussatto S.I., Dragone G., Fernandes M., Milagres A.M.F. et al. The effect of agitation speed, enzyme loading and substrate concentration on enzymatic hydrolysis of cellulose from brewer's spent grain // Сellulose. 2008. V. 15. P. 711.
  • DOI: 10.1007/s10570-008-9215-7
Еще
Статья научная