Применение углеводных композиций в производстве пива, страница 8

Наименее деструктированные ПВ в максимальном количестве выделяются из сырья ферментативными методами. Они основаны на его последовательной обработке амилолитическими (для удаления крахмала), а затем протеолитическими (для удаления белков) ферментами.

Но растительные материалы резистентны к действию различных гидролизующих агентов. Чистая природная целлюлоза и лигноцеллюлоза - субстраты с низкой реакционной способностью. Это обусловлено их нерастворимостью, высокой степенью кристалличности природной целлюлозы, наличием защитной матрицы, образованной лигнином и гемицеллюлозой, в которую погружены целлюлозные волокна. Размеры пор лигнифицированных тканей растений слишком малы для прохождения молекул ферментов. Поэтому увеличение реакционной способности сырья по отношению к ферментам возможно только при наличии эффективных методов предварительной обработки.

Методы предварительной обработки растительного сырья по характеру воздействия можно разделить на физические, химические, физико-химические, биологические. Хотя ни один из существующих способов нельзя рассматривать в чистом виде. Как правило, это сочетание различных методов предобработки.

Физические методы предобработки растительных материалов подразделяются на механические и немеханические. К последним относятся гамма-облучение, облучение потоком электронов, микроволновым излучением, воздействие высокого давления, ультразвука, охлаждения.

Механическая предобработка заключается в измельчении растительных субстратов в сухом или влажном состоянии на различных видах дробилок, вибромельницах, дезинтеграторах или диспергировании на вальцах. В результате механической обработки происходит уменьшение частиц растительных материалов, частичное разрушение клеточных стенок, снижение упорядоченности целлюлозы, увеличение доступной поверхности для ферментов и в ряде случаев деградация лигнина.

Измельчение является универсальным способом предобработки растительных материалов, так как процесс протекает в одну стадию и не требует дополнительного отмывания сырья в отличие от химической обработки. Реакционная способность после измельчения целлюлозы обычно увеличивается в 10 и более раз.

Химические методы предобработки основаны на способности ряда химических соединений растворять целлюлозу или лигнин.

 Растворять целлюлозу могут концентрированные серная, соляная, фосфорная кислоты, комплексные соединения металлов с этилендиамином (ниоксин, кадоксен и др.), со щелочью и биуретом, комплекс железо-тартрат Na.

Лигнин способен растворяться в 1-2 % -ных растворах щелочей. Поэтому делигнификация растительных субстратов осуществляется разбавленными растворами щелочи (NaOH или аммиаком) при кипячении, автоклавировании, а также обработкой перегретым водяным паром.

Химическим способом предобработки является и набухание целлюлозы, в результате которого увеличивается площадь поверхности субстрата и разрушается лигнин. К набухающим агентам ограниченного действия относятся гидроокись натрия, безводный аммиак. Набухание всего волокна увеличивают высокие концентрации минеральных кислот и щелочи.

Эффективным способом предобработки является так называемый взрывной автогидролиз (паровой взрыв, паровой крекинг, флэш автогидролиз и др.).

В настоящее время метод взрывного автогидролиза является одним из наиболее перспективных для предобработки растительных лигноцеллюлозных субстратов.

Для решения проблемы переработки возобновляемых растительных ресурсов используются и биологические методы делигнификации, целью которых является избирательная деструкция лигнина и производство целлюлозы высокого качества. Биоделигнификация основана на использовании в качестве делигнификаторов микроорганизмов, способных избирательно по отношению к целлюлозе использовать лигнин.

Наиболее известны грибы — макромицеты, вызывающие одновременное разложение лигнина и целлюлозы, грибы белой гнили, разлагающие преимущественно лигнин.