CC BY
56
СЫРЬЕ
и МАТЕРИАЛЫ
УДК 664.66.002.68
К вопросу использования возвратных отходов хлебопекарного производства в технологии дистиллятов
Л. Н. Крикунова,
д-р техн. наук, профессор;
Е. В. Дубинина,
канд. техн. наук;
О. Н. Ободеева
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН
Введение. На долю возвратных отходов хлебопекарного производства в среднем приходится до 15 % от объемов производимой в отрасли продукции, что приводит к существенным потерям и повышению себестоимости хлеба [1]. К возвратным относят отходы, образующиеся как в основном производстве, так и в результате возврата хлебобулочных изделий с истекшим сроком реализации из торговых организаций. Использование возвратных отходов хлебопекарного производства в качестве сырья для выработки дистиллятов позволит не только сократить потери предприятий хлебопекарной отрасли, но и снизить расход высококачественных зерновых культур (пшеницы и ржи) на производство алкогольной продукции.
В основе производства хлеба лежат процессы брожения теста под действием дрожжей. Под влиянием дрожжевой микрофлоры тесто разрыхляется и достигает оптимального состояния, что приводит к значительным изменениям его биохимического состава. В тесте помимо этилового спирта и углекислого газа накапливаются органические кислоты — вторичные продукты брожения, влияющие на формирование вкуса и аромата готовой продукции. Известно, что в наибольшей степени в бродящем тесте накапливаются молочная и уксусная кислоты [2]. Кроме того, в современном хлебопечении при производстве хлебобулочных изделий применяют комплексные улучшители, в составе которых могут содержаться органические кис-
лоты (лимонная, молочная, уксусная, винная), которые по-разному влияют на качество готового хлеба [3, 4]. Так, молочную кислоту обычно используют при производстве хлеба из муки со слабой клейковиной, что приводит к улучшению реологических свойств теста и ускорению процесса брожения [5]. Умеренное содержание уксусной кислоты в хлебе придает ему более яркий аромат. В то же время повышенное ее содержание приводит к появлению во вкусе и аромате хлеба резких кислых тонов [2].
При производстве дистиллятов органические кислоты сырья также имеют существенное значение. Качественный состав органических кислот и их количественное содержание оказывают влияние как на процессы, проходящие при переработке сырья [6], его сбраживании [7], так и на процессы новообразования летучих компонентов в кубе дистилляци-онной установки [8]. Таким образом, исследование состава органических кислот в различных видах возвратных отходов хлебопекарного производства — важный этап при разработке технологии производства дистиллята из этого вида сырья.
Цель исследований состояла в определении качественного и количественного состава нелетучих двух-и трехосновных карбоновых кислот в сусле и бражке, полученных из различных видов возвратных отходов хлебопекарного производства.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования служили образцы сусла и бражки из возвратных отходов (25 образцов), сгруппированных в соответствии с видами
64 ПИВО и НАПИТКИ 1•2019
изделий, сортом и видом муки и принятой технологией производства:
• образец 1 — хлеб пшеничный подовый, хлеб пшеничный формовой, хлеб белый;
• образец 2 — батоны нарезные;
• образец 3 — хлеб пшенично-ржаной подовый;
• образец 4 — хлеб ржано-пшенич-ный подовый;
• образец 5 — хлеб ржано-пшенич-ный формовой;
• образец 6 — хлеб ржано-пшенич-ный заварной.
Качественный и количественный состав свободных органических кислот в объектах исследования определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе «AgilentTechnologies 1200 Series» (Agilent, США). Для разделения органических кислот использовали хроматографическую колонку — NH 250 х 4,6 мм с предколонкой. Рабочие параметры жидкостного хроматографа: скорость потока элюента (раствор калия фосфорного однозаме-щенного с молярной концентрацией 0,025 моль/дм3 с рН 2,7) — 0,8 см3/мин; температура термостата колонки — комнатная, но не выше 25 °С; объем инжекции — 20 мкл; длина волны поглощения УФ 210 нм.
Процесс получения сусла из образ -цов возвратных отходов включал в себя смешивание сырья с водой (темпе-
ратура 70 °С) при гидромодуле 1 : 3,5; внесение ферментного препарата (ФП) разжижающего действия в дозировке 0,5 ед. АС/г условного крахмала сырья; выдержку смеси при указанной температуре в течение 90 мин; поднятие температуры до 95...98 °С и обработку смеси в течение 30 мин; охлаждение полученной массы до температуры 56.58 °С; внесение ФП осахаривающего действия в дозировке 6,0 ед. ГлС/г условного крахмала сырья; осахаривание в течение 30 мин.
Брожение сусла проводили с использованием спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae Fermiol (Danstar Ferment, Frederica, Дания) при температуре 28.30 °С в течение 72 ч.
Обработку результатов исследований проводили статистическим методом обработки экспериментальных данных с помощью программы Excel. В табл. 1 и 2 представлены средние значения измеряемых величин из 3-5 определений.
Результаты и их обсуждение. В исследованных образцах сусла было идентифицировано шесть свободных карбоновых кислот: щавелевая, винная, яблочная, молочная, лимонная и янтарная (см. таблицу 1). Результаты исследований показали, что данная группа органических кислот содержалась в исследованных образцах сусла в количестве 116,8-863,9 мг%. Уста-
Таблица 1
Кислота Образец 1 Образец 2 Содержание в сусле, мг% Образец 3 Образец 4 Образец 5 Образец 6
Щавелевая 7,7 3,6 10,8 14,2 14,6 33,5
Винная 7,2 4,5 20,7 84,0 81,3 117,8
Яблочная 33,1 20,3 38,6 55,8 46,8 75,4
Молочная 34,5 28,7 75,8 123,0 199,7 452,7
Лимонная 9,7 13,6 23,2 4 4 56,2 105,0
Янтарная 59,1 46,1 54,3 69,4 70,8 79,5
Суммарное содержание 151,3 116,8 223,4 394,8 469,4 863,9
рн 5,39 5,27 5,17 5,07 4,79 4,42
Таблица 2
Кислота Содержание в бражке, мг %
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 Образец 6
Щавелевая 10,9 12,0 11,4 10,1 12,0 11,7
Винная 18,1 17,7 12,0 24,8 25,9 60,8
Яблочная 84,7 79,3 81,5 106,3 87,3 154,3
Молочная 198,5 165,1 240,7 411,2 570,2 1034,8
Лимонная 28,0 30,2 22,5 61,9 47,9 81,1
Янтарная 210,4 203,4 202,4 227,8 202,4 229,5
Суммарное содержание 550,6 507,7 570,5 842,1 945,7 1572,2
рн 3,90 3,94 3,88 3,91 3,84 3,75
СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ
новлено, что концентрация отдельных органических кислот, так же как и их суммарное содержание, варьировали в довольно широких пределах в зависимости от состава исходного сырья, способов изготовления хлеба и особенностей технологии производства. Минимальное содержание органических кислот имели образцы 1 и 2, полученные из пшеничной муки. Наиболее высокое содержание органических кислот, по сравнению с другими образцами, обнаружено в образце 6, полученном из ржано-пшеничного хлеба заварного.
В образцах из возвратных отходов, полученных с использованием разных видов муки, отмечено существенное отличие в соотношении органических кислот. Так, в образцах из пшеничного хлеба (1 и 2) до 30 % составляет янтарная кислота, а на долю молочной приходится 23-25 % от общего содержания кислот. Как видно из представленных данных, использование ржаной муки в качестве одного из ингредиентов сырья приводило к снижению доли янтарной кислоты и повышению содержания молочной кислоты. Высокое содержание молочной кислоты в сусле из ржано-пшеничного хлеба связано с более высокой активностью амилаз ржи по сравнению с пшеницей [9], а также с использованием при производстве данного вида хлебопекарной продукции заквасок, содержащих молочнокислые бактерии. Более интенсивное брожение приводило в свою очередь к значительному накоплению таких вторичных продуктов как винная, яблочная и лимонная кислоты. В то же время относительно высокая концентрация свободных органических кислот в сусле из этого вида сырья создает условия для более активного роста дрожжевой массы и, следовательно, обогащения сусла азотистыми соединениями и другими продуктами их автолиза. Таким образом, можно предположить, что дистилляты, получаемые из ржано-пшеничных возвратных отходов (образцы 3-6), будут в большей степени обогащены такими ценными летучими компонентами как энантовые эфиры и высшие спирты, чем дистилляты из пшеничных возвратных отходов (образцы 1, 2).
Повышенное содержание органических кислот в образцах из ржано-пшеничной и ржаной муки обусловило более высокую активную кис-
1•2019 ПИВО и НАПИТКИ 65
■СЫ.ВЬЕ.и-МАТ.Е.ВИАЛЫ.
лотность рН сусла в образцах 3-6. Если рассматривать величину рН как фактор, влияющий на ферментативную активность дрожжей, то в сусле из пшеничных хлебопродуктов она находилась на верхнем предельном уровне (5,39), а в сусле из ржаных возвратных отходов — приближалась к нижнему предельному значению (4,42). В целом, во всех образцах сусла величина рН была в пределах оптимума для размножения спиртовых дрожжей — 4,5-5,5.
Содержание свободных органических кислот в бражке закономерно возрастало, причем степень повышения концентрации кислот зависела от их первоначального содержания в сусле и его активной кислотности (см. таблицу 2).
После внесения реактивированных дрожжей в сусло, содержащее растворенный кислород, начинается их активное размножение, сопровождаемое потреблением питательных веществ, в том числе органических кислот, в результате чего их содержание в сусле в начальный период несколько снижается [10]. Метаболизм дрожжей достаточно хорошо изучен — в 1-й фазе происходит в основном гидролиз сложных питательных веществ. Во 2-й фазе, в зависимости от доступности кислорода для клеток, происходит сбраживание углеводов с образованием этанола (анаэробный режим) или дыхание, сопровождаемое гликолизом (аэробный режим) с образованием активной уксусной кислоты (ацетил-КоА). И в том и в другом случае цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) — основной путь, по которому осуществляется ферментативное окисление продуктов обмена углеводов, белков и жиров. Органические кислоты (уксусная, лимонная, яблочная, янтарная, пировиноград-ная и др.) — промежуточные продукты цикла Кребса и в условиях сбраживания крахмалсодержащего сырья накапливаются в сусле. Молочная кислота — вторичный продукт нормального спиртового брожения и ее образуется около 1 г/дм3, как в аэробных, так и в анаэробных условиях [11]. В опытных образцах бражки из пшеничных возвратных отходов было отмечено повышение содержания янтарной кислоты в 3,6-4,4 раза, яблочной — в 2,6-3,9, молочной — в 5,8 раз. В образцах бражки из ржано-пшеничных и ржаных возвратных отходов содержание данных кислот возросло в меньшей степени. В образцах 3-6 было зафиксировано
снижение содержания лимонной и винной кислот в бражке по сравнению с суслом. Содержание щавелевой кислоты повысилось в образцах из пшеничных хлебобулочных изделий и имело тенденцию к снижению — в образцах из ржано-пшеничных и ржаных возвратных отходов.
Повышение содержания органических кислот в бражке сопровождалось снижением величины рН на
0.7-1,5, что создает предпосылки для интенсивного прохождения реакций этерификации в кубе в процессе дистилляции. Известно, что повышенная кислотность и присутствие дрожжей в сусле способствуют большему накоплению в дистилляте ценных ароматобразующих компонентов, в том числе этиловых эфиров высших жирных кислот (капроновой, капри-ловой, каприновой). Высокое содержание молочной кислоты в бражке из ржано-пшеничных возвратных отходов (образцы 4-6) позволяет прогнозировать повышенное образование этиллактата в процессе дистилляции, что может привести к появлению нежелательных оттенков в аромате и вкусе дистиллята при концентрации этого соединения свыше 150 мг/дм3. В то же время известно, что присутствие этиллактата в концентрации до 50-70 мг/дм3 практически не отражается на аромате дистиллята, но придает его вкусу мягкость [12].
Выводы. На основании исследования качественного состава и количественного содержания нелетучих двух- и трехосновных карбоновых кислот в сусле и бражке, полученных из различных видов возвратных отходов хлебопекарного производства установлено, что вид исходного сырья влияет как на общее содержание органических кислот, так и на их соотношение в исследованных образцах. Полученные данные могут быть положены в основу разработки рекомендаций по определению оптимальных технологических режимов подготовки данного вида сырья к дистилляции и прогнозированию качественных характеристик продукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Оганесянц, Л.А. Технико-экономическое обоснование эффективности производства дистиллятов из возвратных отходов хлебопекарного производства / Л.А. Оганесянц, В. А. Песчанская, Л. Н. Крикунова // Пиво и напитки. — 2018. — № 2. — С. 66-69.
2. Пучкова, Л.И. Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий. Часть I. Технология хлеба / Л. И. Пучкова, Р. Д. По-ландова, И. В. Матвеева. — СПб.: ГИОРД, 2005. — 559 с.
3. Патент № 2552053 РФ, МПК A21D 8/02 (2006/01), A21D 2/36 (2006/01). Способ производства хлеба по ускоренной технологии с использованием подкисляющей добавки / О. И. Парахина, Н. О. Дубровская, Л. И. Кузнецова, О. А. Савкина, А. П. Косован; заявитель и патентообладатель ФГБНУ НИИХП. — 2013141016/13; заявл. 06.09.2013; опубл. 10.06.2015. — Бюл. № 16. — 6 с.
4. Казанская, Л.Н. Добавки для ржаного хлеба / Л.Н. Казанская, Л. К. Кузнецова // Хлебопечение России. — 1998. — № 4. — С. 21-22.
5. Пшенишнюк, Г. Ф. Влияние органических кислот и соли на процесс структурообра-зования, реологические свойства теста и качество хлеба / Г. Ф. Пшенишнюк // Известия вузов. Пищевая технология. — 1990. — № 2-3. — С. 39-42.
6. Рябова, С. М. Влияние янтарной кислоты на активность эндогенных и микробных амилаз / С. М. Рябова, Л. Н. Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2013. — № 12. — С. 7-11.
7. Крикунова, Л.Н. Влияние янтарной кислоты на метаболизм дрожжей Saccharomyces cerevisiae / Л. Н. Крикунова, С. М. Рябова,
B. А. Песчанская [и др.] // Пиво и напитки. — 2015. — № 1. — С. 36-38.
8. Оганесянц, Л.А. Изучение летучих компонентов шелковичных дистиллятов / Л. А. Оганесянц, Г. В. Лорян // Виноделие и виноградарство. — 2015. — № 2. —
C. 17-20.
9. Казаков, Е.Д. Биохимия зерна и хлебопродуктов / Е. Д. Казаков, Г. П. Карпиленко. — СПб.: ГИОРД, 2005. — 512 с.
10. Римарева, Л.В. Теоретические и практические основы биотехнологии дрожжей / Л. В. Римарева. — М.: ДеЛи Принт, 2010. — 252 с.
11. Яровенко, В.Л. Технология спирта / В. Л. Яро-венко [и др.]. — М.: Колос, 2002. — 464 с.
12. Дубинина, Е.В. Исследование корреляционной зависимости между органолепти-ческой оценкой и содержанием летучих компонентов плодовых водок / Е. В. Дубинина, Г. А. Алиева // Виноделие и виноградарство. — 2015. — № 3. — С. 29-34.
REFERENCES
1. Oganesyants LA, Peschanskaya VA, Krikuno-va LN. Tekhniko-ekonomicheskoe obosno-vanie effektivnosti proizvodstva distillyatov iz vozvratnykh otkhodov khlebopekarnogo proizvodstva. Pivo i napitki. 2018; 2: 66-69. (In Russ.)
2. Puchkova LI, Polandova RD, Matveeva IV. Tekhnologiya khleba, konditerskikh i ma-
66 ПИВО и НАПИТКИ
1•2019
с:ЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ
karonnykh izdelii. Saint Petersburg: GIORD Publ., 2005. 559 p. (In Russ.)
3. Parakhina OI, Dubrovskaya NO, Kuznetso-va LI, [et al.]. Sposob proizvodstva khleba po uskorennoi tekhnologii s ispol'zovaniem podkislyayushchei dobavki. Patent RF no. 2552053, A21D 8/02 (2006/01), A21D 2/36 (2006/01); 10.06.2015. (In Russ.)
4. Kazanskaya LN, Kuznetsova LK. Dobavki dlya rzhanogo khleba. Khlebopechenie Rossii. 1998; 4: 21-22. (In Russ.)
5. Pshenishnyuk GF. Vliyanie organicheskikh kislot i soli na protsess strukturoobrazovani-ya, reologicheskie svoistva testa i kachestvo
khleba. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekh-nologiya. 1990; 2-3: 39-42. (In Russ.)
6. Ryabova SM, Krikunova LN. Vliyanie yan-tarnoi kisloty na aktivnost' endogennykh i mikrobnykh amilaz. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya. 2013; 12: 7-11. (In Russ.)
7. Krikunova LN, Ryabova SM, Peschanskaya VA, [et al.] Vliyanie yantarnoi kisloty na metabo-lizm drozhzhei Saccharomyces cerevisiae. Pivo i napitki. 2015; 1: 36-38. (In Russ.)
8. Oganesyants LA, Loryan GV. Izuchenie letu-chikh komponentov shelkovichnykh distil-lyatov. Vinodelie i vinogradarstvo. 2015; 2: 17-20. (In Russ.)
9. Kazakov ED, Karpilenko GP. Biokhimiya zerna i khleboproduktov. Saint Petersburg: GIORD Publ., 2005. 512 p. (In Russ.)
10. Rimareva LV Teoreticheskie i prakticheskie osnovy biotekhnologii drozhzhei. Moscow: DeLi Print Publ., 2010. 252 p. (In Russ.)
11. Yarovenko VL, [et al.] Tekhnologiya spirta. Moscow: Kolos Publ., 2002. 464 p. (In Russ.)
12. Dubinina EV, Alieva GA. Issledovanie kor-relyatsionnoi zavisimosti mezhdu orga-nolepticheskoi otsenkoi i soderzhaniem letuchikh komponentov plodovykh vodok. Vinodelie i vinogradarstvo. 2015; 3: 29-34. (In Russ.) &
К вопросу использования возвратных отходов хлебопекарного производства в технологии дистиллятов
Ключевые слова
бражка; возвратные отходы хлебопекарного производства; органические кислоты; сусло.
Реферат
В работе в качестве перспективного нового вида сырья для производства дистиллятов и спиртных напитков на их основе предложено использовать возвратные отходы хлебопекарного производства. Возвратные отходы образуются в большом количестве в процессе основного производства и в результате возврата из торговых сетей. Использование возвратных отходов хлебопекарного производства в качестве сырья для выработки дистиллятов позволит расширить сырьевую базу винодельческих предприятий и рационально использовать зерновые ресурсы страны. Цель исследований состояла в определении качественного и количественного состава органических кислот в сусле и бражке из различных видов возвратных отходов хлебопекарного производства. Определение свободных органических кислот проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. При анализе образцов сусла и бражки были идентифицированы щавелевая, яблочная, винная, янтарная, молочная и лимонная кислоты. Установлено, что концентрация отдельных органических кислот варьировала в широких пределах в зависимости от состава исходного сырья, способов изготовления хлеба и особенностей технологии производства. Наиболее высокое содержание органических кислот обнаружено в образце, полученном из ржано-пшеничного хлеба заварного. В образцах сусла из пшеничного хлеба основными были янтарная и молочная кислоты. Анализ образцов из ржано-пшеничного хлеба показал, что использование ржаной муки в составе сырья приводит к снижению доли янтарной кислоты и повышению содержания молочной кислоты. Установлено, что содержание свободных органических кислот в бражке по сравнению с суслом выше. Степень повышения концентрации кислот в бражке зависела от их первоначального содержания в сусле. Полученные данные могут быть положены в основу разработки рекомендаций по определению оптимальных технологических режимов подготовки данного вида сырья к дистилляции и прогнозированию качественных характеристик продукции.
Авторы
КрикуноваЛюдмила Николаевна, д-р техн. наук, профессор; Дубинина Елена Васильевна, канд. техн. наук Ободеева Ольга Николаевна
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой
промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем
им. В. М. Горбатова РАН,
119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7,
cognac320@mail.ru, elena-vd@yandex.ru, obodeewa.olga@yandex.ru
Question of Using the Returnable Waste of Bakery Production for Distillates Producing
Key words
fermented wort; returnable waste of bakery production; organic acids; wort. Abstract
Have proposed to use the return waste of bakery production as a promising new type of raw materials for the production of distillates and alcoholic beverages on their basis in this work. Returnable waste is formed in large quantities during the main production and as a result of return from retail chains. Usage of returnable waste of bakery production as a raw material for the production of distillates will expand the raw material base of wineries and rational use of grain resources of the country. The purpose of the research was to determine qualitative and quantitative composition of organic acids in wort and fermented wort of different types of return waste bakery production. Determination of free organic acids was carried out by high-performance liquid chromatography. In the analysis of samples of wort and fermented wort were identified oxalic, malic, tartaric, succinic, lactic and citric acids. It was found that the concentration of individual organic acids varied widely depending on the composition of the feedstock, methods of making bread and features of the production technology. The highest content of organic acids was found in the sample obtained from custard rye-wheat bread. Succinic and lactic acids were main in samples of wort from wheat bread. Analysis of samples from rye-wheat bread showed that the use of rye flour in the composition of raw materials leads to decreasing in the share of succinic acid and an increase in the content of lactic acid. It was found that the content of free organic acids in fermented wort was higher than in initial wort. The degree of increase in the concentration of acids in fermented wort depended on their initial content in the wort. The obtained data can be used as a basis for the development of recommendations for determining the optimal technological modes of preparation of this type of raw material for distillation and prediction of product quality characteristics.
Authors
Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor; Dubinina Elena Vasilievna, Candidate of Technical Science Obodeeva Olga Nikolaevna
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems of RAS 7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia,
cognac320@mail.ru, elena-vd@yandex.ru, obodeewa.olga@yandex.ru
1•2019 ПИВО и НАПИТКИ 67
