Як отримати максимальну користь від зерна при виробництві етанолу

Однак крохмаль у клітині прихований у білково-крохмальній матриці складної структури, яка також покрита клітинною стінкою, яка складається з целюлози та геміцелюлози (ксиланових глюканів та інших) — так звані некрохмальні полісахариди (НПС).

НПС — це дуже складні структурні молекули, які покривають поживні речовини зерна та утримують разом молекули крохмалю, білка та жиру. Саме через структуру та хімічний склад зерна, використовуючи лише два ферменти для виробництва етанолу – альфа-амілазу та глюкоамілазу, ми ніколи не зможемо повністю розщепити крохмаль і досягти максимального виходу етанолу. Щоб максимально використати поживні речовини зерна – перетворити весь крохмаль в глюкозу, а білки в амінокислоти, що покращують діяльність дріжджів, необхідно максимально розщепити молекули НПС. НПС не тільки покриває необхідні матеріали, але й ускладнює сам процес виробництва – за рахунок збільшення в’язкості cусла. Завдяки своїй складній полімерній структурі НПС мають тенденцію адсорбувати велику кількість води і, отже, збільшувати в’язкість маси, тим самим ускладнюючи виробничий процес і збільшуючи витрати на виробництво.

Висока в’язкість створює перешкоди у виробництві етанолу. Це збільшує витрати на електроенергію та споживання води, призводить до обмеження концентрації DS і обмежує виробничу потужність. НПС також негативно впливають на подальшу обробку, знижуючи ефективність сепарації, випаровування та теплообміну.

Щоб максимально розщепити полімери НПС, потрібно багато ферментів, і вони повинні бути термостабільними, адже це потрібно робити вже в процесі розрідження, де в’язкість зростає особливо при високих температурах.

Щоб максимально розщепити НПС-полімери, потрібно багато ферментів, а також тому, що для розщеплення одного типу полімеру потрібно як мінімум два ферменти – ендо і – екзо, які розщеплюють полімер зсередини і зовні.

НПС складається не тільки з гомополісахаридів, а й з гетерополісахаридів, для повного гідролізу яких буде потрібно більше двох ферментів, можливо 5-6 і більше.

Таким чином, для максимальної деградації НПС необхідні целюлаза, ксиланаза, глюканаза, маннаназа, галактозидаза, пектиназа тощо. Використовуючи такий набір термостабільних ферментів у процесах розрідження та оцукрювання, ми не лише максимально розщепимо крохмаль до глюкози, зменшимо в’язкість у процесі виробництва, а й отримаємо додаткові цукри, які дріжджі також будуть перетворювати на спирт. Отже, ми матимемо етанол не тільки з крохмалю (полісахариду глюкози), а й з некрохмальних (глюкоза, арабіноза, ксилоза, маноза, галактоза) полісахаридів, яких, як ми побачили в таблиці 1, в кукурудзі більше 10 %.

Склад ксилану:

Також повноцінно використовувати кукурудзу допоможе введення додаткових ферментів при виробництві етанолу. Для максимального використання білків і перетворення їх на амінокислоти, які активізують роботу спиртових дріжджів, слід використовувати кислу протеазу.

Для забезпечення контролю декстринів підчас бродіння використовується грибкова альфа-амілаза, яка контролює якість процесу розрідження.

З хімічного складу, зазначеного в першій таблиці бачимо, що фітати залишилися недоторканими. Їх також необхідно гідролізувати, щоб отримати максимальні результати, оскільки вони пригнічують активність альфа-амілази до 25%. Завдяки своїй складній структурі фітат може зв’язувати альфа-амілазу, поживні речовини та мінерали, що містяться в  кукурудзі, тому для досягнення максимальних результатів їх необхідно гідролізувати. Фермент фітаза ефективно каталізує гідроліз фітату, вивільняючи альфа-амілазу, поживні речовини зерна – крохмаль і білки, мінеральні речовини і неорганічний фосфор, яких у зерні близько 1-2% у формі фітатів (органічної форми фосфору), які не засвоюються дріжджами. Під час дії фітази виділяється неорганічний фосфор, який засвоюється дріжджами і покращує процес бродіння збільшуючи вихід етанолу. Зменшення фітатів у DDGS також покращує його засвоюваність. Крохмаль, що виділяється з фітату, збільшує кількість глюкози і, отже, збільшує вихід етанолу. Білки, що вивільняються з фітату, підвищують доступність білків для протеазного гідролізу, таким чином забезпечуючи дріжджі додатковими амінокислотами. Зменшення вмісту білка в суслі покращує продуктивність колони.

Структура фітази

Suntaq International Limited може запропонувати всі необхідні продукти для максимального використання зерна, уникнення труднощів у виробництві та отримання максимальної користі:

• Оновлений продукт LiqueStar EX – термостабільну альфа-амілазу з термостабільною фітазою.
• Оновлений продукт Fermentase THX – глюкоамілаза разом з трегалазою. Трегалаза – це фермент, який перетворює трегалозу (тип цукру, який не піддається зброджуванню в етанол) на глюкозу.
• Композиція термостабільних ензимів, необхідних для максимального розщеплення НПС до звільнення зброджуваних до етанолу цукрів. Це продукт Grainzyme NL – композиція концентрованої целюлази та інших гідролізуючих ферментів НПС, яка включає ендо-ксиланазу та екзо-ксиланазу, бета-глюканазу, маннаназу, пектиназу, галактозидазу. Завдяки чудовій комплексній дії всіх ензимів Grainzyme NL дуже ефективно знижує в’язкість зернової браги, оскільки повністю розщеплює НПС на вільні цукри, які дріжджі зброджують в етанол. Таким чином, всі проблеми, викликані в’язкістю, перетворюються на переваги: збільшення виходу етанолу за рахунок додаткових вільних цукрів, зниження в’язкості, економія виробничих витрат. Grainzyme NL – також унікальний тим, що працює в дуже широкому діапазоні pH і температури тому його можна використовувати як на стадії розрідження, так і в процесі оцукрювання.