FERMENTACJA ALKOHOLOWA GĘSTYCH ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH. Ewelina Sapińska, Maria Balcerek, Maciej Stanisz

Podobne dokumenty
WPŁYW ENZYMÓW WSPOMAGAJĄCYCH NA SKŁAD CHEMICZNY I LEPKOŚĆ ZACIERÓW Z PSZENŻYTA Ewelina Sapińska, Maria Balcerek

WYKORZYSTANIE OBIEREK ZIEMNIACZANYCH DO PRODUKCJI ETANOLU

FERMENTACJA ZACIERÓW ZIEMNIACZANYCH Z UDZIAŁEM DROśDśY AMYLOLITYCZNYCH

SŁODY JAKO ŹRÓDŁO ENZYMÓW AMYLOLITYCZNYCH W PROCESIE ENZYMATYCZNEJ HYDROLIZY SKROBI

ANALIZA ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY CECHAMI DIELEKTRYCZNYMI A WŁAŚCIWOŚCIAMI CHEMICZNYMI MĄKI

WPŁYW RÓŻNYCH WARUNKÓW FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ MELASY NA JEJ INTENSYFIKACJĘ I JAKOŚĆ OTRZYMANEGO SPIRYTUSU

Niestandardowe wykorzystanie buraków cukrowych

WPŁYW SKŁADU PODŁOŻA FERMENTACYJNEGO I ZASTOSOWANYCH SZCZEPÓW DROŻDŻY NA PRZEBIEG FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ ORAZ JAKOŚĆ SPIRYTUSU SUROWEGO

(72) (74) Pełnomocnik:

Przydatność Beta vulgaris L. jako substratu biogazowni rolniczej

Planowanie Projektów Odnawialnych Źródeł Energii Biomasa (odpady fermentowalne)

RECENZJA Rozprawy doktorskiej Pani mgr inż. Marty Pietruszki nt. Jakość destylatów rolniczych z krajowych odmian żyta

BIOLOGICZNA METODA OCENY PRZYDATNOŚCI MELASU DO PRODUKCJI ETANOLU

ANNALES UNIVERSITATIS MARIAE CURIE-SKŁ ODOWSKA LUBLIN POLONIA

SUITABILITY OF VARIOUS TYPES OF BIOMASS FOR FERMENTATIVE HYDROGEN PRODUCTION

Autorzy: Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechnika Śląska w Gliwicach

Ewelina Strąk, Maria Balcerek

Oznaczanie dekstranu w sokach cukrowniczych

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH SZCZEPÓW DROŻDŻY I PLEŚNI WYIZOLOWANYCH Z SADU ŚLIWOWEGO

C 6 H 12 O 6 2 C 2 O 5 OH + 2 CO 2 H = -84 kj/mol

Grawitacyjne zagęszczanie osadu

WPŁYW WIELOKROTNYCH OBCIĄŻEŃ STATYCZNYCH NA STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA I WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE MASY ZIARNA

Wydział Lekarski CM. Po zakończeniu zajęć student: w zakresie wiedzy:

Zbigniew Kobus Katedra InŜynierii i Maszyn SpoŜywczych Akademia Rolnicza w Lublinie

Kiszonka z sorga, czyli jaka pasza?

Nowe surowce konsekwencje technologiczne Edyta Kordialik-Bogacka

(21) Numer zgłoszenia: (54) Sposób wytwarzania preparatu barwników czerwonych buraka ćwikłowego

WPŁYW FIZYCZNEJ I AMYLOLITYCZNEJ MODYFIKACJI ZIARNA KUKURYDZY I PRODUKTÓW PRZEMIAŁU NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW

INFORMACJE O ZASTOSOWANYCH PREPARATACH NOURIVIT I NOURIVIT PLUS

WPŁYW CZASU PRZECHOWYWANIA ZIARNA PSZENICY NA ZMIANĘ JEGO CECH JAKOŚCIOWYCH

Ocena przydatności żyta hybrydowego w żywieniu krów mlecznych

WYKORZYSTANIE ODPADÓW PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO DO PRODUKCJI ALKOHOLU ETYLOWEGO

Biotechnologia w produkcji piwa. Wykłady Samodzielna Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej dr Sławomir Wierzba

Laboratorium. Technologia i Analiza Aromatów Spożywczych

2 Chmiel Polski S.A., ul. Diamentowa 27, Lublin

Acta 12 (2) 2012.indd :41:15. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 12 (2) 2013,

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII ODBICIOWEJ DO OZNACZANIA ZAWARTOŚCI WODY W SERACH. Agnieszka Bilska, Krystyna Krysztofiak, Piotr Komorowski

Marcin Ryfa, Gr.4, PST. Wartość wypiekowa mąki żytniej

PRÓBA WYKORZYSTANIA MĄKI Z AMARANTUSA DO W YPIEKU HERBATNIKÓW

Średnia zawartość białka w ziarnie, z wszystkich wariantów agrotechniki wynosiła 12,3 % sm. Wyższa była po rzepaku ozimym w obydwóch terminach siewu

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 775

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

ZAŁOŻENIA TECHNOLOGICZNE DLA MINIMALNIE PRZETWORZONEJ MARCHWI

O DDGS słów kilka. Naturalna utylizacja

Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego. Oddział Cukrownictwa. Działalność naukowa. Oddziału Cukrownictwa IBPRS. dr inż.

Mikołajczak J. 1, Majtkowski W. 2,Topolińska P. 1, Marć- Pieńkowska J. 1

OGRANICZENIE STRAT SKROBI I CUKRÓW FERMENTUJĄCYCH W PROCESIE KISZENIA WILGOTNEGO ZIARNA KUKURYDZY W RĘKAWACH FOLIOWYCH

SEDYMENTACJA OKRESOWA

APLIKACJE KOMPUTEROWE DO OCENY WYBRANYCH PARAMETRÓW SENSORYCZNYCH PRODUKTÓW ROLNO-SPOŻYWCZYCH

PL B1. Preparat o właściwościach przeciwutleniających oraz sposób otrzymywania tego preparatu. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

Dobór jednorocznych roślin uprawianych dla produkcji energii odnawialnej.

dr hab. Krystyna Stecka prof. IBPRS dr inż. Krystyna Zielińska dr inż. Antoni Miecznikowski inż. Marian Bucoń

METABOLITY FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ OSMOFILNYCH DROŻDŻY SACCHAROMYCES W ZALEŻNOŚCI OD SZCZEPU ORAZ ZAWARTOŚCI CUKRÓW W BRZECZCE

SEPARACJE i OCZYSZCZANIE BIOPRODUKTÓW DESTYLACJA PROSTA

ZWIĄZKI MIĘDZY CECHAMI ELEKTRYCZNYMI A AKTYWNOŚCIĄ WODY ŚRUTY PSZENICZNEJ

OCENA MOŻLIWOŚCI REDUKCJI STĘŻENIA MIKOTOKSYN W PROCESIE PRODUKCJI ETANOLU Z ZIARNA KUKURYDZY TECHNOLOGIĄ BUS I KLASYCZNĄ

FERMENTACJA ALKOHOLOWA I DESTYLACJA PROSTA

Wpływ oczyszczania soków z oddzieleniem osadu po defekacji wstępnej na wybraneparametrysokurzadkiego

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma cje ogólne. Nazwa modułu Analiza i ocena jakości żywności cykl: 2016/2019 r.a.

Analiza i monitoring środowiska

Testowanie hipotez statystycznych cd.

w badaniach rolniczych na pszenicy ozimej w Polsce w latach 2007/2008 (badania rejestracyjne, IUNG Puławy)

BADANIA PODATNOŚCI ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU CUKIERNICZEGO NA OCZYSZCZANIE METODĄ OSADU CZYNNEGO

Winiarstwo część praktyczna. Cel ćwiczenia Poznanie metod badań i oceny moszczów owocowych, win i miodów pitnych

RYNEK MELASU. Aktualna sytuacja i perspektywy. XXXI Pokampanijna Konferencja Techniczno-Surowcowa

ANNALES. Ewa Makarska. Wpływ nawilżania i chemicznych konserwantów na strawność in vitro skrobi w ziarnie pszenżyta i żyta

ĆWICZENIE NR 6. Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe część teoretyczna

WPŁYW ZMIAN ZAWARTOŚCI WODY NA TWARDOŚĆ ZIARNA PSZENICY PODCZAS PRZECHOWYWANIA W SILOSIE W WARUNKACH MODELOWYCH

SKŁAD CHEMICZNY NOWYCH RODÓW OWSA UPRAWIANEGO W WARUNKACH BESKIDU NISKIEGO

ZAPOTRZEBOWANIE MOCY PODCZAS ROZDRABNIANIA BIOMASY ROŚLINNEJ DO PRODUKCJI BRYKIETÓW

Co to jest FERMENTACJA?

OCENA WYBRANYCH CECH JAKOŚCI MROŻONEK ZA POMOCĄ AKWIZYCJI OBRAZU

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Oddziaływanie jonów Cr(III) na dynamikę i efekty fermentacji zacierów kukurydzianych vhg

KINETYKA HYDROLIZY SACHAROZY

ZAGOSPODAROWANIE ODPADOWEGO PIECZYWA DO PRODUKCJI BIOETANOLU

ZWIĄZKI BIAŁKOWE W BRZECZKACH PIWNYCH WYTWARZANYCH Z DODATKIEM NIEOPLEWIONEGO ZIARNA JĘCZMIENIA

WPŁYW RODZAJU DODATKU I TEMPERATURY EKSTRUZJI NA ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU W CHRUPKACH KUKURYDZIANYCH

Do wiadomości studentów II roku WNoŻ kierunku Technologia żywności (studia stacjonarne i niestacjonarne) w Zakładzie Oceny Jakości Żywności

WPŁYW DODATKU SOLI MAGNEZU I WAPNIA DO WYSOKOCUKROWYCH NASTAWÓW NA PROCES FERMENTACJI WINIARSKIEJ I PRZYROST BIOMASY DROŻDŻY

COMPARISON OF BACTERIAL AND YEAST ETHANOL FERMENTATION YIELD FROM JERUSALEM ARTICHOKE (HELIANTHUS TUBEROSUS L.) TUBERS PULP AND JUICES

Rozprawy Naukowe i Monografie Treatises and Monographs. Aneta Cegiełka. SGGW w Warszawie Katedra Technologii Żywności

WPŁYW WIELKOŚCI CZĄSTEK ROZDROBNIONEJ PSZENICY NA PARAMETRY PROCESU ZAGĘSZCZANIA

Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego. Oddział Cukrownictwa. Działalność naukowa. Oddziału Cukrownictwa IBPRS. dr inż.

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

Standardyzacja ocen substratów oraz zasady doboru składu mieszanin dla biogazowni rolniczych z uwzględnieniem oddziaływao inhibicyjnych.

Biotechnologia w produkcji piwa. Wykłady Samodzielna Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej dr Sławomir Wierzba

MASA WŁAŚCIWA NASION ZBÓś W FUNKCJI WILGOTNOŚCI. Wstęp. Materiał i metody

Potencjał metanowy wybranych substratów

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma cje ogólne. Nazwa modułu: Analiza i ocena jakości żywności cykl: 2015/2018 r.a.

Spis treści. Wykaz ważniejszych skrótów i symboli... XIII VII

WYMIANA CIEPŁA W PROCESIE TERMICZNEGO EKSPANDOWANIA NASION PROSA W STRUMIENIU GORĄCEGO POWIETRZA

WPŁYW CECH FIZYCZNYCH SUROWCÓW ROŚLINNYCH NA JAKOŚĆ I ENERGOCHŁONNOŚĆ WYTWORZONYCH BRYKIETÓW

Sorgo uprawiane na ziarno: 5 zboże na świecie

w badaniach rolniczych na pszenżycie ozimym w Polsce w latach 2007/2008 (badania rejestracyjne, IUNG Puławy)

Podstawowe informacje na temat DDGS. mgr inż. Marek Mruk DDGS EuroTrader r.

Wpływ poziomu ochrony i nawożenia azotem na plonowanie i skład chemiczny ziarna kilku odmian jęczmienia jarego pastewnego Część II.

Politechnika Łódzka Specjalistyczne Laboratorium Analityki Cukrowniczej

Zawsze tam gdzie liczy się jakość i zaangażowanie, a współpraca to przyjemność.

INSTRUKCJA TECHNOLOGICZNA PROCESU OTRZYMYWANIA DROŻDŻY EKOLOGICZNYCH

Transkrypt:

Acta Agrophysica, 2011, 18(2), 431-441 FERMENTACJA ALKOHOLOWA GĘSTYCH ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH Ewelina Sapińska, Maria Balcerek, Maciej Stanisz Zakład Technologii Spirytusu i Drożdży, Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności Politechnika Łódzka ul. Wólczańska 171/173, 90-924 Łódź e-mail: ewelina.sapinska@dokt.p.lodz.pl Streszczenie. W pracy oceniano wpływ ekstraktu zacierów kukurydzianych (około 20, 23 i 25% w/w), przygotowanych metodą bezciśnieniowego uwalniania skrobi (BUS), na ich skład fizyko-chemiczny, własności reologiczne oraz wskaźniki fermentacji. Fermentację prowadzono systemem trzydobowym w temperaturze 28-30 C, z udziałem suszonych drożdży gorzelniczych Saccharomyces cerevisiae, rasy As4. Okresowo pobierano próby zacierów w celu monitorowania zmian ich parametrów. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono istotny wpływ ekstraktu gęstości na własności reologiczne i skład fizyko-chemiczny, zarówno zacierów słodkich (ekstrakt, cukry redukujące, dekstryny, lepkość), jak i odfermentowanych (ekstrakt pozorny, ekstrakt rzeczywisty, alkohol, cukry redukujące, dekstryny, lepkość). Prowadzenie fermentacji zacierów kukurydzianych o ekstrakcie początkowym ok. 20% w/w pozwoliło na ich pełne odfermentowanie w systemie 3-dobowym (ekstrakt pozorny wynosił 0% w/w). Podwyższenie ekstraktu zacierów do około 23 i 25% w/w wpłynęło na wzrost ich lepkości oraz stężenia substratów cukrowych. Zaobserwowano również niepełne odfermentowanie tych zacierów (ekstrakt pozorny wynosił odpowiednio 2,4±0,1% w/w oraz 4,4±0,1% w/w), obniżenie wydajności procesu (odpowiednio o 16% oraz 21,4%) oraz niższy stopień wykorzystania cukrów (o 6,9% oraz 9,3%) w porównaniu z próbą o ekstrakcie 20% w/w. Słowa kluczowe: fermentacja, bezciśnieniowe uwalnianie skrobi (BUS), kukurydza WSTĘP Ogólnoświatowe tendencje poszukiwania bardziej efektywnych, ekologicznych i ekonomicznych technologii produkcji spirytusu spowodowały ponowne zainteresowanie energooszczędną metodą bezciśnieniowego uwalniania skrobi (BUS), stanowiącą alternatywę dla stosowanej przez długie lata, kosztownej metody ciśnieniowo-termicznej (Grzybowski i Stecka 1998, Kirin 1994, Oliveira i in. 1999). Metoda BUS daje możliwość regulacji ostatecznego ekstraktu zacieru,

432 E. SAPIŃSKA i in. poprzez odpowiednie proporcje wody i surowca, dzięki czemu można uzyskiwać zaciery o podwyższonych ekstraktach. Ekstrakt zacieru i skorelowana z nim zawartość cukrów fermentujących, jest jednym z najważniejszych parametrów fermentacji, który determinuje efektywność procesu (Srichuwonga i in. 2009, Kłosowski i in. 2009, Czupryński i in. 1998, Miecznikowski i in. 1996). W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie kukurydzą, która jest jednym z najbardziej energetycznych surowców gorzelniczych. Duża zawartość skrobi w ziarnie pozwala uzyskać wysokie wydajności alkoholu w porównaniu z innymi zbożami (Bortkun 2003, Kawa-Rygielska 2007, Kłosowski i in. 2001, Lipski 2003). Wśród pozostałych zalet kukurydzy, jako surowca w gorzelnictwie, wyróżnić można między innymi: wysokie plonowanie, przydatność do zagospodarowania odłogów, dwukrotnie większe plony niż innych zbóż na glebach słabych, możliwość zagospodarowania ziarna gorszej jakości (charakteryzuje się wysoką wydajnością gorzelniczą) oraz wysoka wartość paszowa wywarów (Michalski 2002, 2007). METODYKA BADAŃ W badaniach wykorzystano ziarna kukurydzy odmiany Oldham. Analizę kukurydzy przeprowadzono metodami zalecanymi w przemyśle rolno-spożywczym (Jakubczyk i Haber 1981, Krełowska-Kułas 1993). Obejmowała ona oznaczanie zawartości (AOAC 1995): suchej substancji, skrobi, białka i związków mineralnych (popiołu), cukrów redukujących (Schoorl i Regenbogen 1917). Analiza zacierów została wykonana według metod zalecanych w gorzelnictwie (Krełowska-Kułas 1993). W zacierach słodkich oznaczano ekstrakt ogólny za pomocą areometru wyskalowanego w % w/w, stężenie cukrów redukujących, dekstryn oraz lepkość, z wykorzystaniem wiskozymetru Höpplera (Ładoński i Gospodarek 1986). W zacierach odfermentowanych oznaczano: ekstrakt pozorny (w obecności alkoholu), ekstrakt rzeczywisty, zawartość etanolu i stężenie cukrów pozostałych po fermentacji. Analizę statystyczną (odchylenie standardowe, analizę wariancji, korelację, test t Studenta na poziomie istotności α = 0,05) przeprowadzono z wykorzystaniem programu komputerowego Origin 7.5. Wszystkie eksperymenty wykonano w trzech powtórzeniach. Proces upłynniania i scukrzania skrobi metodą bezciśnieniową był prowadzony w zbiorniku, umieszczonym w łaźni wodnej, wyposażonym w mieszadło laboratoryjne oraz termometr. Zmielone ziarno kukurydzy, zostało zmieszane z wodą wodociągową o temperaturze około 50 o C, w proporcjach ustalonych dla uzyskania założonych ekstraktów zacierów i dodano preparat upłynniający Termamyl SC (α-amylaza) w dawce 0,13 ml na 1 kg skrobi. Aby zapewnić optymalne warunki upłynniania, mieszaninę ogrzano (jednocześnie mieszając) do temperatury

FERMENTACJA ALKOHOLOWA ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH 433 90 o C i przetrzymywano w tych warunkach przez około 30 minut. Po upłynnieniu zacier schłodzono do temperatury około 65 o C i dodano preparat scukrzający SAN Extra (glukoamylaza) w dawcę 0,6 ml na 1 kg skrobi. Zacier ochłodzono do temperatury 30 o C w celu prowadzenia jednoczesnego procesu scukrzania oraz fermentacji oraz wyregulowano ph do wartości ok 4,8 za pomocą roztworu kwasu siarkowego 30% w/w. Do fermentacji zacierów kukurydzianych używano suszonych drożdży gorzelniczych Saccharomyces cerevisiae, rasy As4. Wprowadzono je do zacieru w ilości 0,3 g dm -3 zacieru po uprzednim uwodnieniu i odkażeniu. W tym celu zakwaszono wodną zawiesinę drożdży ww. roztworem kwasu siarkowego do ph około 2,5 i pozostawiono w temperaturze pokojowej przez 15 minut. Zabieg ten miał na celu wyeliminowanie słabszych komórek drożdżowych oraz zniszczenie mikroflory bakteryjnej. Tak przygotowane mleczko drożdżowe, bez zobojętniania, wprowadzano do zacierów słodkich i dokładnie wymieszano. Jako pożywkę dla drożdży zastosowano fosforan diamonu (NH 4 ) 2 HPO 4 w postaci wodnego roztworu, w ilości 0,4 g dm -3 zacieru. Zaciery poddano 3-dobowej fermentacji, w temperaturze 28-30 o C. Przebieg procesu kontrolowano poprzez monitoring najważniejszych parametrów procesu fermentacji (pomiar odfermentowania pozornego i rzeczywistego, stężenia alkoholu etylowego, asymilacji cukrów). Wydzielenie alkoholu etylowego z odfermentowanych zacierów prowadzono w zestawie do destylacji prostej, do całkowitego oddestylowania alkoholu, kontrolując refraktometrycznie zmiany zawartości etanolu w odbieranym destylacie. WYNIKI Charakterystykę składu chemicznego kukurydzy przedstawiono w tabeli 1. Zawartość suchej substancji oraz wilgotność kształtowały się na poziomie odpowiednio 89,0±2,35% oraz 11,0±2,35%, co wynika z odpowiedniego przechowywania ziarna. Wykorzystywane w pracy ziarno kukurydzy odznaczało się wysoką zawartością skrobi, na poziomie 75,59±2,17 % (wobec 60-67% według danych literaturowych), co jest korzystne dla celów fermentacyjnych. Duża zawartość cukrów potwierdza dobrą jakość ziarna oraz pozwala na osiągnięcie wyższej wydajności produkowanego alkoholu etylowego. Największe różnice dotyczyły stężenia cukrów redukujących i popiołu, które były odpowiednio: 4- i 10-krotnie niższe niż wartości podawane w piśmiennictwie fachowym (Chaber i Jakubczyk 1981, Sikorski 1994, Świetlikowska 1995).

434 E. SAPIŃSKA i in. Tabela 1. Skład chemiczny ziarna kukurydzy Table 1. Chemical composition of maize grain Składniki Components Zawartość Content Wilgotność Moisture (%) 11,0 (±2,35) Sucha substancja Solid substance (%) 89,0 (±2,35) Skrobia Starch (%) 75,59 (±2,17) Cukry redukujące Reducing sugars (%) 0,78 (±0,05) Białko Protein (%) 11,24 (±0,41) Popiół Ash (%) 0,13 (±0,01) Przygotowane metodą bezciśnieniowego uwalniania skrobi zaciery słodkie, o ekstrakcie 20,2, 23,1 oraz 24,9% w/w, poddano 3-dobowej fermentacji. Podczas prowadzenia procesu, w wybranych godzinach pobierano próby i oznaczano: ekstrakt pozorny oraz rzeczywisty, stężenie alkoholu, cukry redukujące, dekstryny oraz lepkość. Otrzymane wyniki analiz przedstawiono na poniższych rysunkach. Na rysunku 1 przedstawiono zmiany ekstraktu pozornego dla wszystkich wariantów fermentacji. Oceniając zmiany odfermentowania pozornego badanych zacierów zaobserwowano najbardziej dynamiczny jego spadek w przypadku zacieru o ekstrakcie 20,2% w/w (p<0,03). Tylko w tym przypadku w 72 godzinie fermentacji wartość ta osiągnęła 0% w/w (p<5,7 10-4 ). Obserwując zmiany ekstraktu pozornego w zacierze o ekstrakcie początkowym 24,9% w/w, po zakończeniu procesu parametr ten osiągnął najwyższą wartość 4,4±0,2% w/w (p<4 10-4 ). Było to spowodowane podwyższonym ciśnieniem osmotycznym, w wyniku którego nastąpiło niepełne odfermentowanie zacieru. Kolejnym ocenianym parametrem była zawartość alkoholu etylowego (rys. 2). Stężenie etanolu w badanych próbach w 72 godzinie fermentacji zawierało się w przedziale 11,4-11,8% obj. (0,013<p<0,062). Zawartość etanolu była najwyższa dla wariantu, którego ekstrakt początkowy wynosił 20,2% w/w (p<0,019). Wynika to z całkowitego odfermentowania zacieru, poprzez wykorzystanie dostępnej puli substratów cukrowych przez drożdże oraz efektywnej i niezakłóconej biosyntezy etanolu. Oceniając zmiany zawartości ekstraktu rzeczywistego badanych zacierów zaobserwowano, że najniższą wartość 2,4±0,2% w/w (p<1,7 10-5 ) osiągnął w zacierze, którego ekstrakt początkowy był najniższy i wynosił 20,2% w/w (rys. 3). Natomiast po zakończeniu fermentacji zacierów o ekstrakcie początkowym 23,1 oraz

FERMENTACJA ALKOHOLOWA ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH 435 24,9% w/w, osiągnęło ono odpowiednio wartość 6,0±0,1 oraz 8,6±0,2% w/w (p<3 10-4 ), co wskazuje na niepełne odfermentowanie zacierów. Rys. 1. Zmiany ekstraktu pozornego zacierów podczas fermentacji (z odchyleniem standardowym) Fig. 1. Changes in apparent extract of mashes during fermentation (with standard deviation) Rys. 2. Zmiany zawartości alkoholu etylowego w zacierach podczas fermentacji (z odchyleniem standardowym) Fig. 2. Changes in ethanol concentration in mashes during fermentation (with standard deviation)

436 E. SAPIŃSKA i in. Rys. 3. Zmiany ekstraktu rzeczywistego zacierów podczas fermentacji (z odchyleniem standardowym) Fig. 3. Changes in true extract of mashes during fermentation (with standard deviation) Rys. 4. Zmiany zawartości związków redukujących w zacierach podczas fermentacji (z odchyleniem standardowym) Fig. 4. Changes in content of reducing compounds in mashes during fermentation (with standard deviation)

FERMENTACJA ALKOHOLOWA ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH 437 Obserwując zmiany stężenia cukrów zauważono, iż we wszystkich wariantach fermentacji pierwszy etap adaptacyjny procesu charakteryzował się znacznym ubytkiem substancji redukujących, m. in. cukrów (rys. 4). Było to spowodowane intensywnym namnażaniem drożdży, wykorzystujących substraty cukrowe na procesy anaboliczne, zachodzące w ich komórkach. Po zakończeniu procesu, najmniejsza zawartość związków redukujących (0,1±0,006 g 100 cm -3 zacieru) (p<4,3 10-4 ) odnotowano w próbie fermentacyjnej o ekstrakcie początkowym około 20% w/w. Duże wykorzystanie dostępnych cukrów przekłada się na najwyższą zawartość alkoholu dla tego wariantu. Obserwując zmiany zawartości dekstryn (rys. 5), w poszczególnych wariantach fermentacji zauważono, że po 72 godzinach fermentacji ich zawartość wynosiła 0,182-0,266 g 100 cm -3 zacieru (4,3 10-4 <p<1,4 10-3 ). Etap adaptacyjny fermentacji charakteryzował się znacznym ubytkiem dekstryn dla wszystkich prób, niezależnie od ekstraktu początkowego. Było to spowodowane intensywnym działaniem glukoamylazy, katalizującej hydrolizę tych substratów. Własności reologiczne omawianych zacierów przedstawiono na rysunku 6. Największe obniżenie lepkości zaobserwowano w początkowym etapie fermentacji we wszystkich próbach zacierów. W kolejnych godzinach procesu zmiany tego parametru były nieznaczne i po 72 godzinach najwyższą wartość (2,13±0,09 mpa s) odnotowano w zacierze o najwyższym ekstrakcie 24,9% w/w (p<0,251). Rys. 5. Zmiany zawartości dekstryn w zacierach podczas fermentacji (z odchyleniem standardowym) Fig. 5. Changes in content of dextrin in mashes during fermentation (with standard deviation)

438 E. SAPIŃSKA i in. Rys. 6. Zmiany lepkości zacierów podczas fermentacji (z odchyleniem standardowym) Fig. 6. Changes in viscosity of mashes during fermentation (with standard deviation) Na rysunkach 7 oraz 8 przedstawiono porównanie wskaźników procesu fermentacji, tj. wydajność alkoholu oraz stopień wykorzystania cukrów dla wszystkich zastosowanych wariantów. Największą wydajność alkoholu (91,05±1,5% Rys. 7. Wydajność procesu fermentacji w % wyd. teoretycznej (z odchyleniem standardowym) Fig. 7. Yield of fermentation process in % of theoretical yield (with standard deviation)

FERMENTACJA ALKOHOLOWA ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH 439 Rys. 8. Stopień wykorzystania cukrów w zacierach (z odchyleniem standardowym) Fig. 8. Degree of sugar assimilation in mashes (with standard deviation) wydajności teoretycznej) (p<2,9 10-4 ) oraz najwyższy stopień wykorzystania cukrów (98,68±0,6%) (p<1,6 10-4 ) odnotowano w zacierze 20,2% w/w. Natomiast najniższą wydajnością alkoholu etylowego (71,59±1,5% wydajności teoretycznej) (p<1,6 10-2 ) oraz najniższym stopniem wykorzystania cukrów (89,52±0,6%) (p<8,4 10-3 ) charakteryzował się zacier o najwyższym ekstrakcie 24,9% w/w. Obniżenie efektywności fermentacji w przypadku zacierów o wyższych ekstraktach było spowodowane podwyższonym ciśnieniem osmotycznym, działającym inhibitująco na enzymy katalizujące hydrolizę skrobi, co znajdowało odzwierciedlenie w wolniejszym scukrzaniu zacierów. Ponadto, następowało hamowanie aktywności fermentacyjnej drożdży, co w konsekwencji doprowadziło do niepełnego odfermentowania zacieru. WNIOSKI 1. Stwierdzono istotny wpływ ekstraktu na własności reologiczne i skład fizyko-chemiczny, zarówno zacierów słodkich (ekstrakt, cukry redukujące, dekstryny, lepkość), jak i odfermentowanych (ekstrakt pozorny, ekstrakt rzeczywisty, alkohol, cukry redukujące, dekstryny, lepkość). 2. Prowadzenie fermentacji zacierów kukurydzianych o ekstrakcie początkowym około 20% w/w pozwala na ich pełne odfermentowanie w systemie 3- dobowym (ekstrakt pozorny wynosił 0% w/w).

440 E. SAPIŃSKA i in. 3. Podwyższenie ekstraktu zacierów do ok. 23 i 25% w/w powoduje wzrost ich lepkości oraz stężenia substratów cukrowych. Zaobserwowano również niepełne odfermentowanie tych zacierów, obniżenie wydajności procesu oraz niższy stopień wykorzystania cukrów w porównaniu z próbą o gęstości 20% w/w. 4. Rezultaty fermentacji zacierów o podwyższonych ekstraktach (23-25% w/w) wskazują na potrzebę wydłużenia czasu procesu, bądź zastosowania dodatku enzymów wspomagających. PIŚMIENNICTWO AOAC, 1995. Official methods of analysis of AOAC international, 16th edn. Methods: 925.10, 945.37, 960.52, 923.03. AOAC International, Maryland, USA. Bortkun O., 2003. Wykorzystanie wysokoenergetycznych odmian kukurydzy do produkcji biopaliw. Przem. Ferm. i Owoc.-Warz., 11, 19. Chaber T., Jakubczyk T., 1981. Analiza zbóż i przetworów zbożowych. Wyd. SGGW-AR, Warszawa. Czupryński B., Trzcińska M., Kłosowski G., Sieliwanowicz B., 1998. Application of β-glucosidase in pressureless mashing of rye. Pol J Food Nutr Sci, 7, 48, 3, 447-453. Grzybowski R. A., Stecka M. K., 1998. Zadania dla polskiego gorzelnictwa w obliczu perspektywyzjednoczenia z UE. Przem. Ferm. i Owoc.-Warz., 3, 5-7. Jakubczyk T., Haber T., 1993. Analiza zbóż i przetworów zbożowych. Wyd. SGGW-AR. Warszawa. Kawa-Rygielska J., 2007. Bioetanol z kukurydzy czy warto produkować. Przem. Ferm. Owoc.- Warz., 5, 38-39. Kirin B., 1994. Ester flavor reduced spirit production. Biotechnol. Abs., 14, 1, 27. Kłosowski G., Czupryński B., Sieliwanowicz B., Kotarska K., Wolska M., 2001. Monitoring of sugar substrates utilization by D2 and As4 yeast and kinetics of by-products formation during alholic fermentation of rye and corn mashes. Pol. J. Food Nutr. Sci., 10/51, 2, 19-24. Kłosowski G., Mikulski D., Czupryński B., Kotarska K., 2009. Characterisation of fermentation of high-gravity maize mashes with the application of pullulanase, proteolytic enzymes and enzymes degrading non-starch polysaccharides. J. Biosci. Bioeng., 109, 5, 466-471. Krełowska-Kułas M., 1993. Badanie jakości produktów spożywczych. PWE, Warszawa. Lipski S., 2003. Kukurydza surowcem do produkcji etanolu jako komponentu biopaliw zalety, możliwości, perspektywy. Przem. Ferm. Owoc.-Warz., 2, 40-41. Ładoński W., Gospodarek T., 1986. Podstawowe metody analityczne produktów spożywczych. PWN Warszawa-Wrocław. Michalski T., 2002. Kukurydza źródłem surowca dla różnych gałęzi przemysłu. Wieś Jutra, 6, 47, 53-55. Michalski T., 2007. Kukurydza - doskonały surowiec do produkcji biopaliw. Kukurydza nowe możliwości. Wyd. AGRO SERWIS, 3-9. Miecznikowski A., Milewski J., Stecka K., 1996. Energooszczędna technologia produkcji spirytusu surowego. Przem Ferm Owoc Warz., 10, 15 18. Oliveira S. C., De Castro H. F., Visconti A. E. S, Giudici R., 1999. Continuous ethanol process performance, kinetics parameters and model predictions. Bioprocess Eng., 20, 6, 525-530. Schoorl N, Regenbogen A (1917) Z Anal. Chem, 56, 191. Sikorski Z. E., 1994. Chemiczne i funkcjonalne właściwości składników żywności. WNT. Warszawa.

FERMENTACJA ALKOHOLOWA ZACIERÓW KUKURYDZIANYCH 441 Srichuwonga S., Fujiwaraa M., Wanga X., Seyamaa T., Shiromaa R., Arakanea M., Mukojimab N., Tokuyasua K., 2009. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of very high gravity (VHG) potato mash for the production of ethanol. Biomass Bioenerg., 33, 890-898. Świetlikowska U., 1995. Surowce spożywcze. Wyd. SGGW, Warszawa. ALCOHOLIC FERMENTATION OF HIGH-GRAVITY CORN MASHES Ewelina Sapińska, Maria Balcerek, Maciej Stanisz Department of Spirit and Yeast Technology, Faculty of Biotechnology and Food Sciences Technical University of Łódź ul. Wólczanska 171/173, 90-924 Łódź e-mail: ewelina.sapinska@dokt.p.lodz.pl Abstract. The paper presents the physicochemical composition, rheological properties and results of fermentation of high-gravity corn mashes (extract content of about 20, 23 and 25% w/w) prepared by pressureless liberation of starch (PLS). Fermentation was conducted for 3 days at 28-30 o C, by using dried distillery yeast strain As4 (Saccharomyces cerevisiae). Periodically, samples of mashes were collected in order to monitor fermentation parameters (measurement of apparent and true extract, ethanol concentration, loss of sugars). The obtained results showed a significant effect of corn mashes extract on their rheological properties and physicochemical composition, both of sweet mashes (extract, reducing sugars, dextrins, viscosity) and mashes after fermentation (apparent extract, true extract, ethanol content, reducing sugars, dextrins, viscosity). Fermentation of corn mash with the initial extract of about 20% w/w in the 3-daily system resulted in its apparent extract on the level of 0% w/w. Increasing the mashes density to 23 and 25% w/w resulted in an increase of their viscosity and concentration of sugar substrates. Their apparent extract after completion of the process amounted to 2.4 ± 0.1% w/w and 4.4 ± 0.1% w/w, respectively. Moreover, lower yields of fermentation process (by 16% and 21.4%) and lower degree of sugar assimilation (by 6.9% and 9.3%) compared to the sample with the extract of 20% w/w were observed. Keywords: fermentation, pressureless liberation of starch (PLS), corn