Спирт из сорго: Влияние особенностей состава зерна сорго на эффективность его микробной конверсии в этанол и лизин

Влияние особенностей состава зерна сорго на эффективность его микробной конверсии в этанол и лизин

Author:

Серба, Е. М.

Римарева, Л. В.

Чан, В. Т.

Оверченко, М. Б.

Игнатова, Н. И.

Павлова, А. А.

Абрамова, И. М.

Serba, Elena M.

Rimareva, Lyubov V.

Van Chi Tran

Overchenko, Marina B.

Ignatova, Nadezhda I.

Pavlova, Anzhelika A.

Abramova, Irina M.

Date:

2022-09

Journal Name:

Журнал Сибирского федерального университета.Биология. Journal of Siberian Federal University.Biology, 2022 15 (3)

Abstract:

Показана перспективность использования сахарного сорго в производстве спирта
взамен традиционно применяемых зерновых культур пищевого назначения. Однако практически
не исследованы вопросы комплексной биотехнологической переработки зернового сорго в этанол
и кормовые белково-аминокислотные
добавки. Цель работы состояла в изучении влияния особенностей состава полимеров зерна сорго на качество сусла, эффективность его сбраживания,
выход спирта и синтез лизина. Объектами исследований являлись различные сорта зернового
сорго, спиртовые дрожжи Sасcharomyces cerevisiae 985-Т и продуцент лизина Brevibacterium RCAM
01129. Сусло, приготовленное из зерна сорго с более высокой крахмалистостью, обладало хорошей
экстрактивностью и содержало максимальное количество растворимых сухих и редуцирующих
углеводов. Однако высокое содержание некрахмальных полисахаридов и белков отрицательно
сказывалось на реологических свойствах
сусла, вязкость которого повышалась на 20–30 %.
Уровень синтеза этанола существенно зависел от качественных показателей сусла и от содержания
в зерне основных полимеров. Так, результаты сбраживания сусла, приготовленного из зерна сорго
с крахмалистостью порядка 72 %, но различающегося по содержанию других полимеров, показали,
что более высокий уровень образования спирта отмечен в бражке из сортов с пониженным
содержанием гемицеллюлозы. Наиболее низкая степень конверсии углеводов в этанол отмечена при
сбраживании сусла, приготовленного из сорта сорго с содержанием гемицеллюлозы 8,3 %, несмотря
на самую высокую его крахмалистость (75,6 %). При этом выход спирта со 100 г крахмала составил
64,3 см3, что на 3,3–3,6 % ниже аналогичных показателей в вариантах, где использовались сорта
с более низким содержанием некрахмальных полисахаридов. На уровень синтеза лизина, так же как
этанола, оказывало влияние содержание углеводных и белковых полимеров в исследуемых сортах
сорго. Наибольший выход лизина (28,7 %) достигнут на питательных средах, приготовленных
из сортов сорго с высоким содержанием крахмала (74,1 %) и белка (12,0 %), но пониженным –
гемицеллюлоз (6,1 %). Представлена схема комплексного производства спирта и кормовой
лизино-белковой
добавки, в которой содержание белка в 1,8 раза, а лизина – в 36,5 раза выше,
чем в зерновой барде

Sugar sorghum has been extensively studied as a promising crop for the production of alcohol instead of traditionally used food crops. However, the issues of combined biotechnological processing of grain sorghum into ethanol and protein-amino acid feed supplements have hardly been investigated. The aim of the present work was to study the effect of the polymer composition of sorghum grain on the quality of wort, the efficiency of its fermentation, the yield of alcohol, and the synthesis of lysine. Different varieties of grain sorghum, alcohol yeast Sасcharomyces cerevisiae 985-Т, and lysine producer Brevibacterium RCAM 01129 were used in this study. The wort prepared from sorghum grain with higher starchiness had adequate extract content and contained the maximum amount of soluble dry and reducing carbohydrates. However, the high content of non-starch polysaccharides and proteins negatively affected the rheological properties of the wort, the viscosity of which increased by 20–30 %. The level of ethanol synthesis was essentially determined by the quality parameters of the wort and the content of the main polymers in the grain. Thus, the results of fermentation of wort prepared from sorghum grain with starch content of about 72 % but differing in the content of other polymers showed that the level of alcohol formation was higher in the brews of varieties with reduced hemicellulose content.
The lowest degree of conversion of carbohydrates to ethanol was observed in the fermentation of wort
prepared from sorghum with hemicellulose content of 8.3 %, despite its highest starchiness (75.6 %).
At the same time, the yield of alcohol from 100 g of starch was 64.3 cm3, which was 3.3–3.6 % lower
than where varieties with lower content of non-starch
polysaccharides were used. The level of synthesis
of lysine, as well as ethanol, was influenced by the content of carbohydrate and protein polymers in the
sorghum varieties studied in this work. The highest lysine yield (28.7 %) was achieved on nutrient media
prepared from sorghum varieties high in starch (74.1 %) and protein (12.0 %) but low in hemicellulose
(6. 1 %). A scheme of combined production of alcohol and lysine-protein
feed supplements has been
developed, in which the protein and lysine contents are higher by a factor of 1.8 and 36.5, respectively,
compared to grain vinasse

Collections:

• Биология. Biology. 2022 15 (3) [8]

Metadata:

Show full item record

Сорго как сырье для производства биоэтанола

Как растение С4 сорго обладает высокой фотосинтетической эффективностью и может за короткий срок формировать мощную биомассу, богатую энергией. При этом в сорго значительная часть энергии заключена в веществах, легко конвертируемых в этанол. В сахарном сорго таким веществом является комплекс сахаров сока стеблей, в зерновом сорго – крахмал зерна.

В мире большая часть биоэтанола производится из сока сахарного тростника и зерна кукурузы. Сахарное и зерновое сорго вполне способны стать альтернативой для обоих традиционных видов сырья.
В зерне зернового сорго в среднем содержится от 70 до 74 % крахмала, т.е. больше чем в зерне кукурузы (в среднем от 67 до 72%) при сравнимой урожайности.

Что касается сахарного сорго, то даже в местах традиционного возделывания сахарного тростника сорго обладает преимуществами, не говоря о том, что ареал возделывания сахарного тростника весьма ограничен по сравнению с возможностями распространения сахарного сорго.      

Так, в условиях Индий, где для производства биоэтанола в основном используется сахарный тростник, сравнивали эффективность производства двух культур.

Было выяснено, что на формирование урожая сорго требуется около 4 месяцев при потребности во влаге 8,000 м³ на урожай. Период роста сахарного тростника составляет от 12 до 16 месяцев при потребности во влаге 36,000 м³ на урожай. Показатели урожайности и продуктивности одного гектара для сахарного тростника и сахарного
сорго приведены в таблице 1.

                                                             Таблица 1

Урожайность культур и продуктивности одного гектара при возделывании сахарного тростника и сахарного сорго

И хотя в целом выход спирта с гектара для сахарного тростника выше, сорго часто более привлекательно во-первых, благодаря го­раздо меньшей требовательности к влаге (что увеличивает потен­циальные площади посевов], во-вторых, благодаря возможности получать наряду с урожаем стеблей значительного урожая зерна, которое также можно использовать для получения биоэтанола. С учетом урожая зерна отдача спирта с гектара существенно увели­чивается и достигает 7 000 и более л/га в год. К тому же сахарное сорго лучше приспособлено для механизации процесса выращива­ния и семенного размножения.

В условиях России два урожая стеблей технической спелости воз­можно получить при благоприятных условиях только в отдельных субъектах РФ (Краснодарский, Ставропольский края, юг Ростовской области), но и один урожай в год способен обеспечить до 4000 л/га.

Таблица 2

Если при переработке сахарного сорго на спирт использовать не только стебли, но и урожай зерна, выход спирта можно увеличить до приблизительно 400 дал/га:

Поскольку и сахарное и зерновое сорго являются ценным пище­вым и кормовым ресурсом, возникает вопрос о рациональности их использования в качестве сырья для получения биоэтанола. Опти­мальным был бы процесс, включающий отделение сока для изго­товления пищевых продуктов и переработку на биоэтанол отжатых стеблей (багассы).

Этот путь может быть осуществлен при наличии промышлен­ных технологий ферментации лигноцеллюлозного сырья. Такие разработки существуют, однако их промышленная реализация в настоящее время затруднена из-за высокой стоимости процесса. Необходимая доработка и внедрение этой технологии может зна­чительно продвинуть решение проблемы биоэтанола в цивилизо­ванном направлении, без ущерба для продовольственных запасов.

Выпейте с сорго!

Опубликовано 30 марта 2022 г.

Независимо от того, являетесь ли вы знатоком виски или человеком с глютеновой болезнью, ищущим безглютеновое пиво, сорго оказалось универсальным ингредиентом, который открыл новые возможности как для производителей, так и для потребителей. Сорго является уникальным ингредиентом, так как и зерновое сорго, и сироп из сорго могут использоваться при производстве ферментированных напитков. Как правило, зерно сорго используется для приготовления пива, а сироп преимущественно используется для производства спиртных напитков. Сорго также не содержит глютена, что делает его идеальным ингредиентом для приготовления напитков, которые ищут люди с глютеновой болезнью или непереносимостью глютена. В то время как пиво и виски являются основными видами алкоголя, которые можно производить из сорго, водку и другие спиртные напитки, такие как байцзю, популярный китайский ликер, также можно производить с использованием сорго. Помимо безвредности для целиакии и других универсальных качеств, экологически и экономически благоприятные растущие качества сорго также делают его привлекательным ингредиентом для использования в производстве спирта. Мы собрали список популярных сортов пива и спиртных напитков, приготовленных из сорго, которые сегодня можно найти на рынке США.

Пиво Sorghum

Red Bridge

Red Bridge — безглютеновый полнотелый лагер, производимый из зернового сорго компанией Anheuser-Busch в Канзас-Сити, штат Миссури. Проверьте поиск их магазинов, чтобы узнать, где можно купить набор.

New Grist

Пивоварня Lakefront в Милуоки, штат Висконсин, предлагает два типа безглютенового пива, приготовленного из зернового сорго, в том числе пилснер и гозе с лаймом. Найдите пиво New Grist здесь.

Пиво Барда

Bard’s Beer — безглютеновое солодовое пиво, приготовленное путем сушки и обжаривания пророщенного зерна сорго. Пиво отличается меньшей горечью и освежающим вкусом. Узнайте, где купить Bard’s, здесь.

Sorghum Spirits

Revival Sorghum Whiskey

Revival Sorghum Whisky производится на заводе High Wire Distillery в Чарльстоне, Южная Каролина. Виски изготовлен из 100% сорго и имеет мягкий вкус. Нажмите здесь, чтобы поймать бутылку.

Джеймс Ф.К. Виски Хайд Сорго

Джеймс Ф.К. Виски Hyde Sorgho производится из сладкого сорго, выращенного в Америке. Виски представляет собой сочетание ржаного виски и традиционного бурбона. Купите бутылку здесь.

Виски S.S. Sorghum

Виски S.S. Sorghum перегоняется на заводе StiL 630 в Сент-Луисе, штат Миссури. Спирт изготовлен из инжира, специй и сиропа сорго, что придает виски ромовые нотки. Возьми бутылку здесь.

Ром Урожая

Ром Урожая, Ром Бурбон Дринкерс, производится винокурней Уайлдернесс Трейл в Данвилле, Кентукки, из сиропа сорго, используя тот же процесс, что и ром. Чтобы узнать о вариантах приобретения их продукта, нажмите здесь.

Вы переходите с веб-сайта Sorghum Checkoff на сторонний веб-сайт. Эта ссылка не должна рассматриваться как одобрение Sorghum Checkoff. Sorghum Checkoff не несет ответственности за качество, точность или характер сторонних ссылок. Нажмите «Отмена», чтобы вернуться на SorghumCheckoff.com.

Осмысление рома из сорго

Спиртные напитки из сорго — оборотни мира дистилляции. В отделе спиртных напитков вы можете найти ром из сорго, виски из сорго и продукты, помеченные просто как «спирт из сорго». Сорго кажется ни рыбой, ни птицей, а каким-то чудодейственным растением, из которого производят разнообразные ликеры. Это напоминает о неверии Гомера Симпсона в «чудесное, волшебное животное», из которого мы получаем ветчину, бекон и свинину.

Так что же такое сорго и, что более важно, что из него могут делать винокуры?

Давайте начнем с небольшой предыстории: сорго обычно классифицируется как злаковое зерно. Это листовая трава, которая, в зависимости от сорта, может вырасти от шести до восьми футов и более. Издалека поле сорго может выглядеть как сахарный тростник или кукуруза; вблизи у растений есть ягодообразные грозди, прорастающие на каждой головке. Растение родом из Африки и попало в Соединенные Штаты (вероятно, через работорговлю) в начале 17 века. Колонисты обнаружили, что он с удивительной пышностью рос в летнюю жару — при этом оказался более устойчивым к наводнениям и засухе — и мог расти в более умеренном климате, чем сахарный тростник. И поэтому он стал популярным урожаем на Верхнем Юге и Среднем Западе; сегодня Кентукки и Теннесси являются ведущими производителями в стране.

Хотя сорго содержит зерна, такие как пшеница и кукуруза, его обычно обрабатывают по-разному — собирают, а затем измельчают валками, как сахарный тростник, с получением сиропа, который уваривается до густого подсластителя, часто называемого патокой сорго. (Сегодня он широко используется в качестве промышленного подсластителя, а также в качестве источника топливного этанола.)

Привлекательность сорго для производителей напитков не нова. Его использовали во время Гражданской войны для производства спиртных напитков, когда блокады нарушили торговлю алкоголем на юге, а затем снова во время сухого закона, когда сборщики налогов начали вмешиваться в традиционное производство. «Она росла быстрее и доставляла меньше хлопот, чем кукуруза», — пишет Ронни Ланди в своей книге 9.0053 Вкус сорго . «Винокурщик может выращивать свою собственную подсластитель, не привлекая особого внимания, как покупка больших мешков сахара в магазине».

Филу Причарду, запустившему ром Prichard’s в 1997 году, понравился вкус его экспериментального ликера из сорго. Его первоначальный план состоял в том, чтобы сделать из него ром, и он был на грани того, чтобы TTB подписал его документы, когда агент изогнул бровь. «Внезапно он читает, что я делаю, и говорит: «Фил, я не уверен, что ты можешь делать ром из патоки сорго», — вспоминает Причард. «Федеральные регулирующие органы описывают ром как продукт, произведенный из сахарного тростника».

Причард позвонил исследователям из Университета Теннесси, которые заверили его, что молекула глюкозы в патоке сорго идентична молекуле сахарного тростника, и можно привести аргумент. Но Причард предвидел долгие и, возможно, бесплодные дебаты с ТТБ; даже в случае успеха его запуск будет отложен. Поэтому он изменил свои планы и переправил патоку из сахарного тростника из Луизианы в Теннесси. «Если бы я начал все сначала и имел бы Интернет и Википедию, я мог бы сделать это по-другому», — говорит он, полагая, что мог бы обратиться в TTB.

Среди тех, кто поступил по-другому, были Шейн Бейкер и Пэт Хейст, основатели винокурни Wilderness Trail в Кентукки. К ним подошел Дэнни Таунсенд, производитель сорго в третьем поколении, который дал производителям сорго патоку, чтобы они прогнали их перегонный аппарат. Им понравилось то, что получилось. Они создали лейбл, назвав его Harvest Rum, и представили его на федеральное утверждение.

«Они отказались», — говорит Джаред Смит, представитель винокурни, которая также производит водку, пшеничный виски, ржаной виски и бурбон. «Поэтому мы отправили много технических данных и исторических данных о сходстве как генетически, так и исторически между сорго и тростниковой патокой», — говорит Смит.

Их настойчивость окупилась. В конце концов, TTB подписала этикетку, на которой также написано более мелким шрифтом заявление о составе: «Ручная работа из патоки сорго Кентукки».

«Нам звонили люди, желающие узнать, кого мы подкупили или как мы это передали, — говорит Смит. «Я собираюсь быть намеренно расплывчатым, потому что я не хочу злить правительство, но мы можем честно, законно и вдумчиво сказать, что теперь мы производим ром по определению».

Означает ли это, что другие винокурни получат одобрение TTB, если они представят свой спирт из сорго в виде рома?

Маловероятно.

«Для рома существует определенный стандарт идентичности, и сорго вам не поможет», — говорит Том Хог, директор TTB по связям с конгрессом и общественностью. Он отмечает, что ром определяется как «спирт, дистиллированный из перебродившего сока сахарного тростника, сиропа сахарного тростника, патоки сахарного тростника или других побочных продуктов сахарного тростника… [и] имеющий вкус, аромат и характеристики, обычно приписываемые рому».

Что касается того, как ром Harvest Rum стал называться ромом, Хог отказался комментировать, так как политика департамента запрещает ему обсуждать определенные продукты. «Если мы выпускаем ошибочную этикетку, называя продукт не тем, чем он должен быть, мы должны исправить эту этикетку», — говорит он.

(Маркировка спирта из сорго как виски — как это делают некоторые производители — также вызывает множество вопросов, поскольку немногие винокурни используют настоящие зерна из головки растения. Он производится так же, как и «ром» — стебель измельчается, и натуральный сладкий сок сбраживается, что поднимает вопрос о том, действительно ли это «дистиллированный из перебродившего зернового сусла», как определяет виски TTB. Но это еще один спор.) этикетки одобрены как ром, хотя также с дополнительными сведениями о составе. Ром Pecan Street (производство Spirit of Texas) включает в себя заявление на этикетке «Специализированные спиртные напитки», а ром Carl’s Carolina Original Spiced Sorghum Rum (производство Petzold Distilleries в Северной Каролине) добавляет «Дистиллированные спиртные напитки из сорго с корицей».

Ряд производителей производят «виски из сорго», в том числе Old Sugar Distillery в Висконсине и StilL 630 в Сент-Луисе. Скотт Блэквелл из High Wire Distilling в Южной Каролине также производит виски из сорго. Он считает, что большая часть виски из сорго производится из патоки, полученной из сока измельченных стеблей; он получает его с фермы меннонитов в Теннесси, где все растение измельчается, голова и все такое. Блэквелл говорит, что он производит «гречневый вкусовой профиль», который «гораздо более дикий на вкус». По его словам, получение одобрения лейбла для этого было одним из самых сложных процессов. «Мы объяснили все это, и TTB вернулся к специалистам, а затем сказал, что вам нужно будет поместить это в новые бочки, и вам нужно будет назвать это виски». Что он и делает. TTB требует, чтобы этикетки для продуктов
, выходящий за рамки традиционных категорий, должен отображать торговую марку — «причудливое название» — и описание состава. «Мы хотим, чтобы товар был помечен таким образом, чтобы потребитель знал, что он получает», — говорит Хог из TTB.

Но некоторые отраслевые обозреватели задаются вопросом, действительно ли это происходит, даже с дополнительным указанием состава, если слово «ром» может быть включено в бренд или причудливое название.

«Для меня это унижает категорию рома, а категория рома достаточно ухудшается», — говорит Эд Гамильтон, импортер сельскохозяйственного рома и своего собственного рома Hamilton Pot Stilled Rum.