Selecting multi-enzyme composition and preparation conditions for strong wort

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Abstract: Development of sustainable biotechnologies for deep processing of grain raw materials requires effective mechanisms of obtaining strong wort for alcohol production. To provide qualitative characteristics of biochemical composition and rheological properties of strong wort, it is necessary to select optimal enzyme systems and conditions for deep conversion of high-molecular weight polymers of the grain. Previous research has proven the efficiency of carbohydrases for processing grain raw materials. However, there is little evidence on the catalytic effect of phytase, including in combination with other hydrolytic enzymes, on the degree of hydrolysis of polymers in grain raw materials when preparing strong wort. This paper demonstrates the effect of proteases and phytases in a multi-enzyme composition, as well as the conditions of enzymatic processing of raw materials, on the rheological and biochemical parameters of strong wort. Wheat, rye and corn were investigated. The synergism of the combined effect of studied hydrolases, including phytolytic and proteolytic enzymes, contributed to an increase in polymer conversion in this grain raw material and the concentration of soluble dry substances of the wort by 1.5 times. Using the proteases and phytases in the multienzyme composition allowed the concentration of the following components in the wort to be increased: glucose – by 1.2–1.3 times; amine nitrogen – by 1.5–2.2 times; phosphorus ions – by 1.4–4.3 times. Additionally, in the wort samples, the content of amino acids in the free form increased by over 4 times. It is shown that the pretreatment of grain raw materials at a temperature of 80–90ºС for 6 hours and saccharification for 1–2 hours using a complete complex of enzymes containing α-amylase, glucoamylase, xylanase, protease and phytase, allows a strong wort with a dry matter content of over 30% to be obtained. Moreover, a significant decrease in viscosity was noted (particularly for rye wort – by 1.3–1.9 times). Our results confirm the essential role of enzymes exhibiting substrate specificity to protein and phytic polymers in grain raw materials.

About the authors

E. M. Serba

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: serbae@mail.ru

L. V. Rimareva

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: lrimareva@mail.ru

M. B. Overchenko

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: mb_over@mail.ru

N. I. Ignatova

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: ignatova59@mail.ru

M. E. Medrish

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: medrishm@mail.ru

A. A. Pavlova

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: pavlovaanzhelika98@gmail.ru

E. N. Sokolova

Russian Research Institute of Food Biotechnology, Federal Research Center of Nutrition and Biotechnologies

Email: elenaniksokolova@inbox.ru

References

  1. Серба Е.М., Оверченко М.Б., Римарева Л.В. Биотехнологические основы микробной конверсии концентрированного зернового сусла в этанол: монография. М.: Библио-Глобус, 2017. 120 с. https://doi.org/10.18334/9785950050169
  2. Зуева Н.В., Агафонов Г.В., Корчагина М.В., Долгов А.Н., Чусова А.Е. Выбор ферментных препаратов и температурно-временных режимов водно-тепловой и ферментативной обработки при разработке комплексной технологии переработки зернового сырья // Вестник ВГУИТ. 2019. Т. 81. N 1. С. 112–119. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-112-119
  3. Кривченко В.А., Туршатов М.В., Соловьев А.О., Абрамова И.М. Спиртовое производство – технологическая основа комплексной переработки зерна с получением пищевых продуктов // Пищевая промышленность. 2019. N 4. С. 53–54. https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10027
  4. Родионова Н.А., Капрельянц Л.В., Середницкий П.В., Килимник А.Ю. Гемицеллюлозы зерна и ферменты, катализирующие их расщепление // Прикладная биохимия и микробиология. 1992. Т. 28. N 5. С. 645–664.
  5. Серба Е.М., Абрамова И.М., Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Грунин Е.А. Влияние ферментных препаратов на технологические показатели зернового сусла и качество спирта // Пиво и напитки. 2018. N 1. С. 50–54. https://doi.org/10.24411/2072-9650-2018-00002
  6. Серба Е.М., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Белокопытова Е.Н., Римарева Л.В. Состав концентрированного зернового сусла, приготовленного из различных видов зернового сырья // Актуальные вопросы индустрии напитков. 2018. N 2. С. 166–170. https://doi.org/10.21323/978-5-6041190-3-7-2018-2-166-170
  7. Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Шелехова Н.В., Серба Е.М., Мартыненко Н.Н.. Влияние ферментных комплексов на метаболизм спиртовых дрожжей и накопление ионов неорганической природы в концентрированном зерновом сусле // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2016. N 3. С. 28–31.
  8. Зуева Н.В., Агафонов Г.В., Корчагина М.В., Долгов А.Н. Влияние ферментных препаратов на основные показатели продуктов при разработке технологии переработки концентрированного сусла на этанол // Вестник ВГУИТ. 2017. Т. 79. N 2. С. 191–197. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-2-191-197
  9. Guillaume A., Thorigné A., Carré Y., Vinh J., Levavasseur L. Contribution of proteases and cellulases produced by solid-state fermentation to the improvement of corn ethanol production // Bioresources and Bioprocessing volume. 2019. Vol. 6. Issue 7. https://doi.org/10.1186/s40643-019-0241-0
  10. Carli L.D., Schnitzler E., Ionashiro M., Szpoganicz B., Rosso N.D. Equilibrium, termoanalytical and spectroscopic studies to characterize phytic acid complexes with Mn (II) and Co (II) // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2009. Vol. 20. Issue 80. P. 1515–1522. https://doi.org/10.1590/S0103-50532009000800019
  11. Benesova K., Belakova S., Mikulikova R., Svoboda Z. Survey of the analytical methods for the phytic acid determination // Kvasny Prumysl. 2013. Vol. 59. Issue 5. P. 127–133. https://doi.org/10.18832/kp2013013
  12. Mikulski D., Klosowski G. Phytic acid concentration in selected raw materials and analysis of its hydrolysis rate with the use of microbial phytases during the mashing process // Journal of the Institute of Brewing. 2015. Vol. 121. Issue 2. P. 213–218. https://doi.org/10.1002/jib.221
  13. Dost K., Tokul O. Determination of phytic acid in wheat and wheat products by reverse phase high performance liquid chromatography // Analytica Chimica Acta. 2006. Vol. 558. Issue 1-2. P. 22–27. http://dx.doi.org/10.1016/j.aca.2005.11.035
  14. Greiner R., Konietzny U. Phytase for food application // Food Technology and Biotechnology. 2006. Vol. 44. Issue 2. P. 125–140.
  15. Kruger J., Oelofse A., Taylor J., Taylor J.R.N. Potential for improvement in yeast nutrition in raw whole grain sorghum and maize lager brewing and bioethanol production through grain genetic modification and phytase treatment // Journal of the Institute of Brewing. 2012. Vol. 118. Issue 1. P. 70–75. https://doi.org/10.1002/jib.86
  16. Sapna, Singh B. Phytase production by Aspergillus oryzae in solid-state fermentation and its applicability in dephytinization of wheat bran // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2014. Vol. 173. Issue 7. P. 1885–1895. https://doi.org/10.1007/s12010-014-0974-3
  17. Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Кривова А.Ю., Серба Е.М. Генерация спиртовых дрожжей на средах, приготовленных из зерновых культур с различным содержанием фитата // Пищевая промышленность. 2019. N 4. С. 83–85. https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10042
  18. Polyakov V.A., Serba E.M., Overchenko M.B., Ignatova N.I., Rimareva L.V. Еffects of a complex phytase-containing enzyme preparation on the rye fermentation process // Foods and Raw Materials. 2019. Vol. 7. Issue 2. P. 221–228. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2019-2-221-228
  19. Поляков В.А., Абрамова И.М., Медриш М.Э., Гаврилова Д.А., Павленко С.В. Применение жидкостной хроматографии для исследования органических кислот и углеводов в сусле и бражке // Хранение и переработка сельхозсырья. 2017. N 9.С. 20–23.
  20. Шелехова Н.В., Римарева Л.В. Исследование ионного состава полупродуктов спиртового производства с использованием методов капиллярного электрофореза // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2012. N 3. С. 25–27.
  21. Шариков А.Ю., Иванов В.В., Амелякина М.В. Влияние перемешивания на эффективность ферментативного гидролиза высококонцентрированных сред экструдированного крахмала кукурузы // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. N 3. С. 96–103. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-3-96-103
  22. Абрамова И.М., Римарева Л.В., Туршатов М.В. Исходные требования к качеству зернового сырья, обеспечивающие высокие показатели эффективности производства спирта. М.: БиблиоГлобус, 2019. 114 с. https://doi.org/10.18334/9785907063556

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).