Исследование процесса получения сусла из возвратных отходов хлебопекарного производства Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ

ТЕМА НОМЕРА

УДК 664.66.002.68

Исследование процесса получения сусла из возвратных отходов хлебопекарного производства

Л. Н. Крикунова,

д-р техн. наук, профессор;

ВА. Песчанская; М.А. Захаров,

канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН

В последние годы в нашей стране активно развивается направление, посвященное разработке технологий высококачественных спиртных напитков на основе дистиллятов. С этой целью специалистами ВНИИПБиВП разработан ряд высокоэффективных способов переработки фруктового (плодового), зернового и инулинсодержащего сырья [1-5]. Расширение сырьевой базы для производства дистиллятов позволит увеличить ассортимент отечественной продукции высокого качества на алкогольном рынке страны.

Оценка состояния хлебопекарной отрасли, данные по выпуску готовой продукции, сведения об отличиях биохимического состава сырья, применяемого в производстве пшеничного, пшенично-ржаного и ржано-пшеничного хлеба, позволили обосновать перспективность применения возвратных отходов хлебопекарного производства для выпуска спиртных напитков на основе дистиллятов [6].

В проведенных ранее исследованиях были научно обоснованы преимущества использования данного вида крахмалосодержащего сырья в спиртовой отрасли при производстве пищевого этилового спирта. В работе использовали образцы, полученные при переработке пшеничного хлеба, остальной ассортимент продукции хлебопекарного производства в область исследования не входил [7].

Настоящая работа посвящена изучению биохимического состава возвратных отходов хлебопекарного производства, полученных как из пшеничной муки, так и из смеси ржаной и пшеничной муки в разных

соотношениях и его влиянию на процесс получения осахаренного сусла. В качестве исходного сырья в работе использовали изделия промышленных предприятий Москвы (хлебозавод № 24, хлебокомбинат «Пеко», хлебозавод «Черемушки», Московский булочно-кондитерский комбинат «Коломенское», ООО «Нижегородский хлеб», ООО «Русский хлеб», ОАО «Черкизово»). Образцы были получены из изделий, хранившихся в течение 3 сут, путем резки на кубики, сушки при мягких режимах (до 100 °С) и измельчения до получения крупки с определенным размером частиц (аналогично процессу получения панировочных сухарей).

На первом этапе исследований был проанализирован биохимический состав 12 образцов возвратных отходов хлебопекарного производства: образцы 1 и 2 были получены из хлеба пшеничного подового и формового штучного; образец 3 представлял собой продукт из хлеба белого; образцы 4, 5 и 6 получены из батонов нарезных разных производителей; образец 7 — из хлеба пшенично-ржаного подового простого штучного; образец 8 — из хлеба ржано-пшеничного подового простого штучного; образцы 9, 10 и 11 — из ржано-пшеничного хлеба формового простого штучного разных производителей; образец 12 — из ржано-пшеничного хлеба заварного формового штучного.

Оценка биохимического состава возвратных отходов хлебопекарного производства включала в себя определение массовой концентрации: влаги; крахмала (под данным показателем в настоящей работе понимали

20 ПИВО и НАПИТКИ 3•2018

Современные технологии для производства пивай напитков

Биохимический состав возвратных отходов хлебопекарного производства

Таблица 1

Образец Массовая концентрация, %

влаги крахмала сахаров общего белка растворимого белка аминного азота золы

1 6,4 63,1 2,9 12,5 0,53 0,22 2,0

2 5,2 61,2 2,7 12,7 0,55 0,26 2,3

3 4,7 66,3 4,2 12,4 0,73 0,23 1,9

4 5,2 64,6 4,4 11,9 0,72 0,29 2,1

5 5,5 64,4 4,3 12,2 0,65 0,26 2,1

6 5,0 62,5 4,1 11,1 0,85 0,24 1,9

7 4,4 59,6 5,9 11,7 1,13 0,34 2,5

8 5,5 52,2 3,0 12,2 1,32 0,24 2,8

9 5,1 54,8 3,3 10,9 1,88 0,28 2,8

10 4,3 47,7 3,3 10,9 1,62 0,25 2,5

11 5,2 4 8 3,5 11,4 1,69 0,21 2,6

12 5,7 49,4 3,4 9,5 2,90 0,20 2,8

i ш

I

0

1

<

I ш I-

термин, принятый в спиртовой отрасли — «условная крахмалистость», то есть общее содержание углеводов, которые могут быть превращены в сбраживаемые сахара); сахаров, включая глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу и мальтотриозу; общего белка; растворимого белка; аминного азота; золы.

Качественный и количественный состав сахаров определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе «AgilentTechnologies 1200 Series» (Agilent, США), колонка Luna 5uNH2 100А 250 х 4,6 мм 5 micron (Phenomenex, США) с предколонкой. Массовую концентрацию общего белка определяли по Кьельдалю, растворимого белка — по Лоури, аминного азота — йодоме-трическим методом.

Установлено (табл. 1), что биохимический состав отходов хлебопекарного производства зависит от вида сырья, используемого для производства продукции. Такой важный для выхода дистиллята показатель, как содержание крахмала, определяется, в первую очередь, процентным содержанием пшеничной и ржаной муки, используемой при производстве хлебопекарной продукции.

Образцы 1-6, полученные из пшеничной муки, характеризуются более высоким значением данного показателя, по сравнению с другими образцами, при производстве которых использована ржаная мука. То есть, с позиции оценки возвратных отходов в качестве сырья для выработки дистиллятов, преимущество должно быть отдано образцам, полученным из пшеничного хлеба. Причем, было

отмечено, что интервал варьирования массовой концентрации крахмала в данных образцах находится в пределах от 61,2 до 66,3 % (максимальное значение соответствует образцу 3, при производстве которого, в соответствии с рецептурой, была использована мука пшеничная высшего сорта и сахар-песок). Для образца 7 — пшенично-ржаного хлеба — содержание крахмала снижается, однако несущественно, по сравнению с образцами 8-12. Также установлено, что интервал варьирования для последних образцов меняется более существенно (47,7-54,8%), чем в образцах из пшеничного хлеба. Выявленный факт в образцах 9-11 связан с возможностью производителя продукции изменять в определенных пределах процент использования ржаной муки в рецептуре.

Вместе с тем зависимости влияния вида сырья в возвратных отходах на такие показатели, как содержание сахаров, общего белка и аминного азота не выявлены. При этом, массовая концентрация растворимого белка и золы в возвратных отходах с использованием ржаной муки возрастает против образцов, полученных из пшеничной муки. Максимальное содержание растворимого белка (2,9 %) выявлено в образце 12 (хлеб ржано-пшеничный заварной формовой штучный). Установленный факт вероятнее всего связан с особенностями технологического процесса производства данного вида изделия. Более высокое содержание растворимого белка в сырье может позитивно отразиться на дальнейшем процессе сбраживания сусла, так как известно, что ферментативная доступность растворимых белков выше, чем

фракций, представленных нерастворимыми формами. Кроме того, переработка хлеба, содержащего в своем составе рожь (пшенично-ржаной, ржано-пшеничный), может характеризоваться накоплением определенных аминокислот, в том числе предшественников отдельных летучих компонентов, определяющих вкусо-ароматические характеристики дистиллятов.

Таким образом, оценка биохимического состава возвратных отходов хлебопекарного производства показала преимущества и недостатки использования отдельных видов сырья для выработки дистиллятов.

На следующем этапе исследований с использованием данных образцов возвратных отходов были получены и проанализированы образцы сусла. Осахаренное сусло получали с применением ранее разработанных режимных параметров переработки пшеничного хлеба для технологии этилового спирта [8], таких как: смешивание сырья с водой = 70 °С) при гидромодуле 1: 3,5; внесение ферментного препарата разжижающего действия с мезо-фильной альфа-амилазой «Ликвамил 1200» в дозировке 0,5 ед. АС/г условного крахмала сырья; выдержку смеси при указанной температуре в течение 90 мин; увеличение температуры до 95.. .98 °С и обработку смеси в течение 30 мин; охлаждение полученной массы до температуры 56.58 °С; внесение ферментного препарата осахариваю-щего действия «Сан Супер 360» в дозировке 6,0 ед. ГлС/г условного крахмала сырья; осахаривание в течение 30 мин.

При анализе образцов сусла определяли концентрацию: растворимых

3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 21

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ

В

£ Ш

2

0

1

<

2 ш I-

Таблица 2

Сравнительная характеристика образцов сусла из возвратных отходов хлебопекарного производства Концентрация в сусле, %

пкп,,=„ , , Доброкачественност

ибразец общих сбраживаемых редуцирующих %

сухих веществ углеводов сахаров

Доброкачественность,

%

1 21,0 14,93 3,74 71,1

2 20,2 13,78 3,93 72,9

3 21,3 15,71 4,54 73,8

4 20,5 14,97 4,77 73,0

5 20,1 15,22 4,76 75,7

6 19,8 14,78 2,71 74,6

7 19,8 14,31 2,59 72,3

8 18,5 12,23 3,10 66,1

9 19,5 12,85 3,27 65,9

10 17,0 10,97 2,66 64,5

11 19,2 12,78 2,68 66,6

12 20,0 11,75 3,00 58,5

Таблица 3

Влияние вида возвратных отходов на переход сухих веществ и крахмала в растворимое состояние

Образец Концентрация в экстракте, % Переход в растворимое состояние, % от исходного содержания в сырье

сухих веществ общих сбраживаемых углеводов сухих веществ крахмала

1 4,1 3,13 87,6 99,2

2 4,2 3,00 88,6 98,1

3 4,2 3,30 88,1 99,5

4 4,3 3,17 90,7 98,1

5 4,2 3,15 88,9 97,9

6 4,2 3,08 88,4 98,6

7 4,3 2,87 90,0 96,3

8 4,2 2,30 88,9 88,1

9 4,2 2,45 88,5 89,4

10 4,3 2,10 89,9 88,0

11 4,2 2,17 88,6 87,1

12 4,2 2,10 89,1 85,0

сухих веществ; общих сбраживаемых углеводов с использованием метода оценки степени растворимости крахмала [9]; редуцирующих сахаров. Также оценивали доброкачественность, под которой понимают величину, показывающую сколько массовых частей общих сбраживаемых углеводов содержится в 100 массовый частях сухих веществ фильтрата сусла. Данные показатели приняты для оценки сусла в спиртовой промышленности.

Установлено (табл. 2), что переработка возвратных отходов хлебопекарного производства при принятых режимных параметрах позволяет получать достаточно концентрированное сусло с содержанием сухих веществ от 17,0 до 21,3 %.

Вышвлена тенденция повышения концентрации сусла при использовании в качестве сырья образцов, полученных из пшеничной муки, про-

тив образцов из ржано-пшеничной муки. Анализ общих сбраживаемыгх углеводов (ОРВ) показал, что данный показатель коррелирует с содержанием в сырье крахмала. Максимальное значение ОРВ установлено в образце 3 (15,71 %), в котором содержание крахмала превышает его значение в других образцах. Минимальная концентрация ОРВ выявлена в образце 10 (10,97 %), характеризующимся самым низким содержанием крахмала (47,7 %). Четкой зависимости по содержанию редуцирующих сахаров от вида сырья в возвратных отходах не выявлено. Доброкачественность же напротив зависит от вида сырья, используемого для выработки хлебопекарной продукции. В образцах ржано-пшеничного хлеба отмечено снижение доброкачественности, в отличие от образцов, полученных из пшеничной муки, то есть в первых

(образцы 8-12) содержится больше несбраживаемых углеводов и других компонентов.

Также в работе рассчитывали долю сухих веществ и крахмала, переходящих в жидкую фазу, то есть в растворимое состояние (табл. 3).

Жидкая фаза представляла собой экстракт, получаемый посредством добавления избыточного количества воды в сусло (разведение в 5 раз) с его дальнейшим фильтрованием. Получаемым результат позволял не учитывать структуру хлеба, характеризующуюся по сравнению с традиционным крах-малосодержащим сырьем (зерно) пористостью и капиллярностью, и установить максимальный переход сухих веществ из крахмала в растворимое состояние.

Данные, представленные в табл. 3, позволили сделать следующие выгводы:

• процент перехода сухих веществ в растворимое состояние не зависит от вида сырья в возвратных отходах и находится в пределах 87,6-90,7 %;

• переход крахмала в растворимое состояние, напротив, определяется видом перерабатываемого сырья. Образцы возвратных отходов из пшеничной муки при принятых режимных параметрах переработки характеризуются более высокими значениями данного показателя (97,9-99,5 %), из смеси ржаной и пшеничной муки — более низкими (85,0-89,4%).

В целом, обобщая полученные данные, можно отметить, что использование возвратнык отходов хлебопекарного производства позволяет получить осахаренное сусло с высоким содержанием сухих веществ, в том числе общих сбраживаемык углеводов. Вместе с тем, переработка образцов, полученных из ржано-пшеничного хлеба, характеризуется меньшей доброкачественностью и переходом крахмала в растворимое состояние, а, следовательно, требует корректировки режимных параметров получения сусла. Перспективным может быггь также вариант использования в качестве сырья для получения дистиллятов смеси из пшеничного и ржано-пшеничного хлеба.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент 2560266 РФ, МПК С^ 3/12. Способ получения шелковичного дистиллята / Л.А. Оганесянц, В.А. Песчанская, Е.В. Дубинина, Г.В. Лорян; заявитель и па-

22

ПИВО и НАПИТКИ 3 • 2018

Современные технологии для производства пивай напитков

тентообладатель ФГБНУ ВНИИПБиВП. — № 2014143132/10; заявл. 28.10.2014; опубл. 20.08.2015, Бюл. № 23. — 2 с.

2. Патент 2609659 РФ, МПК С^ 3/12. Способ производства дистиллята из черной смородины / Л.А. Оганесянц, В.А. Пес-чанская, Е.В. Дубинина; заявитель и патентообладатель ФГБНУ ВНИИПБиВП. — № 2016119599; заявл. 20.05.2016; опубл. 02.02.2017, Бюл. № 4. — 6 с.

3. Патент 2557397 РФ, МПК С^ 3/00, С^ 3/12, С^ 3/10. Способ производства дистиллята из зернового сырья / Л.А. Оганесянц, В.А. Песчанская, Л.Н. Кри-кунова, С.М. Рябова; заявитель и патентообладатель ФГБНУ ВНИИПБиВП. — № 2014142745/10; заявл. 23.10.2014; опубл. 20.07.2014, Бюл. № 20. — 1 с.

4. Патент 2608502 РФ, МПК С12Р 7/06. Способ производства дистиллята из ину-линсодержащего сырья / Л.А. Оганесянц, В.А. Песчанская, Л.Н. Крикунова; заявитель и патентообладатель ФГБНУ ВНИИПБиВП. — № 2016111159; заявл. 25.03.2016, опубл. 18.01.2017, Бюл. № 2. — 6 с.

5. Патент 2608503 РФ, МПК С12Р 7/06. Способ производства дистиллята из ину-линсодержащего сырья / Л.А. Оганесянц, В.А. Песчанская, Л.Н. Крикунова; заявитель и патенообладатель ФГБНУ ВНИИПБиВП. — № 2016111160; заявл. 25.03.2016, опубл. 18.01.2017, Бюл. № 2. — 7 с.

6. Оганесянц, Л.А. Технико-экономическое обоснование эффективности производства дистиллятов из возвратных отходов хлебопекарного производства / Л.А. Оганесянц,

B.А. Песчанская, Л. Н. Крикунова // Пиво и напитки. — 2018. — № 2. — С. 25-29.

7. Сидякин, М. Э. Новое нетрадиционное сырье для спиртовой отрасли / М. Э. Сидякин, Л. Н. Крикунова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2010. — №3. —

C. 24-26.

8. Сидякин, М. Э. Получение этанола из возвратных отходов хлебопекарного производства. Часть 1: Получение сусла / М. Э. Сидякин, Л.Н. Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2012. — № 12. — С. 33-37.

9. Крикунова, Л.Н. Метод оценки степени растворимости крахмала при получении осахаренного сусла / Л. Н. Крикунова, А. Ю. Жульков, Г. П. Карпиленко // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2008. — № 1. — С. 12-14. <Э

£ ш

I

0

1

<

I ш Ь

Исследование процесса получения сусла из возвратных отходов хлебопекарного производства

Ключевые слова

возвратные отходы хлебопекарного производства; дистилляты; сусло. Реферат

Расширение отечественной сырьевой базы для производства дистиллятов -актуальная задача, позволяющая решить проблему импортозамещения. Работа посвящена оценке биохимического состава образцов возвратных отходов хлебопекарного производства, полученных из различных видов продукции, и его влияния на процесс получения осахаренного сусла. В качестве исходного сырья в работе использовали изделия промышленных предприятий Москвы. Оценка биохимического состава возвратных отходов хлебопекарного производства включала в себя определение массовой концентрации влаги, общего содержания углеводов, качественного и количественного состава сахаров, общего белка, растворимого белка, аминного азота, золы. Качественный и количественный состав сахаров определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе «AgilentTechnologies 1200 Series» (Agilent, США). Установлено, что в образцах, полученных из пшеничной муки, содержание крахмала составило от 61,2 до 66,3 %, а в образцах, полученных с использованием ржаной муки - 47,7-54,8 %. Показано, что массовая концентрация растворимого белка и золы в образцах возвратных отходов с использованием ржаной муки выше, чем в образцах, полученных из пшеничной муки в 2,0-3,5 и 1,2-1,3 раза, соответственно. Содержание общих сбраживаемых углеводов в сусле коррелировало с содержанием в сырье крахмала. Показано, что переработка ржано-пшеничного хлеба характеризуется снижением показателя доброкачественности по сравнению с образцами, полученными из пшеничной муки. Установлено, что процент перехода сухих веществ в растворимое состояние не зависит от вида возвратных отходов и находится в пределах 87,6-90,7 %. Переход крахмала в растворимое состояние, напротив, определяется видом перерабатываемого сырья. Для образцов из пшеничной муки этот показатель составил 97,9-99,5 %, а для образцов из смеси ржаной и пшеничной муки - 85,0-89,4 %. В работе показана перспективность использования отходов хлебного производства в качестве нового крахмалосодержащего вида сырья для выработки дистиллятов.

Авторы

Крикунова Людмила Николаевна. д-р техн. наук, профессор; Песчанская Виолетта Александровна; Захаров Максим Александрович. канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -

филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН,

119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, institute@vniinapitkov.ru

Researching the Process of Obtaining the Wort from Returnable Waste of Bread Production

Key words

recyclable waste of bread-baking production; distillates; must. Abstract

Expansion of the national raw material base for distillates production is a vital task for wine branch enterprises; it allows solving the problem of import substitution. Present work is dedicated to the analysis of biochemical composition of different kinds of bread baking production recyclable waste and it's influence on the process of obtaining saccharified wort. For this work recyclable waste from Moscow enterprises were taken as a raw material. Biochemical composition study included measuring the total moisture, total carbohydrates, sugars profile, total proteins, total soluble proteins, total amino nitrogen, total aches. Sugars profile was determined by micro-HPLC method on «AgilentTechnologies 1200 Series» (Agilent, USA). It is stated that starch content in the samples made of wheat flour is 61.2 to 66.3 %, in the samples with rye flour added - 47.7-54.8 %. It is shown that mass concentration of proteins and ashes in the samples made with rye flour is 2.0-3.5 and 1.2-1.3 times more than in the samples made of wheat flour. Total fermentable carbohydrates content correlates with raw material starch content. It is shown that rye-wheat bread processing is characterized by a decrease of purity, compared to the bread samples made of wheat flour. Solid content share, passing into the liquid phase doesn't depend on the type of the recyclable waste and rages within 87.6-90.7 %. A share of starch, contrariwise, depends on the type of processed raw material. For samples made of wheat flour it is 97.9-99.5 %; for samples made of wheat and rye flour mixture -85.0-89.4 %. Present work has shown a promising outlook of using the waste products of bread production as a new nonconventional starch-containing raw material for distillates production.

Authors

Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor;

Peschanskaya Violetta Alexandrovna;

Zakharov Maxim Alexandrovich, Candidate of Technical Science

All-Russian Scientific Research Institute of Brewing,

Beverage and Wine Industry - Branch of V. M. Gorbatov Federal

Research Center for Food Systems of RAS,

7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia, institute@vniinapitkov.ru

3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 23