Научная статья на тему 'Переработка зерновой бражки в пищевой уксус с применением структурированных сорбентов'

Переработка зерновой бражки в пищевой уксус с применением структурированных сорбентов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
227
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Пиво и напитки
ВАК
Ключевые слова
АЛЮМОАДСОРБЕНТ / ЗЕРНОВОЙ УКСУС / THE GRAIN VINEGAR / ПИЩЕВОЙ УКСУС / FOOD VINEGAR / СТРУКТУРИРОВАННЫЕ СОРБЕНТЫ / STRUCTURED SORBENTS / ЦЕОЛИТ / ZEOLITE / ALUMINUMADSORBENT

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Ламберова М. Э., Ламберова А. А.

Разработаны способ иммобилизации живых клеток Acetobacter aceti на цеолите NaX и алюмоадсорбенте Al-796 термоактивированном оксиде алюминия (ТОА), условия и режимы для роста и накопления ими уксусной кислоты при замене буковой стружки. Оптимизированы состав питательной среды и расход воздуха. Отработаны условия и режимы применения структурированных NaX и Al-796 при замене бентонита на стадиях глубокой очистки полуфабрикатов и готового зернового уксуса, обогащенного БАВ из растительного сырья.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Using Structured Sorbents to Convert Grain Mash into Food Vinegar

The article covers method to immobilize live Acetobacter aceti cells on NaX zeolite and Al-796 aluminum adsorbent (thermo-activated aluminium oxide, ТАO). The article also covers conditions and regimes to ensure growth of these cells and their accumulating acetic acid while beech shaving is replaced. In addition to that the article tells of the optimum nutrient medium and air consumption as well as of conditions and regimes for using structured NaX zeolite and Al-796 TAO while bentonite is replaced at the stages of deep purification of intermediate products and the ready grain vinegar enriched with biologically active substances extracted from plants.

Текст научной работы на тему «Переработка зерновой бражки в пищевой уксус с применением структурированных сорбентов»

ТЕХНОЛОГИЯ^

УДК 663.52:661.741.122 (079.2)

Переработка зерновой бражки в пищевой уксус с применением структурированных сорбентов

М. Э. Ламберова, канд. хим. наук, доцент; А. А. Ламберова, аспирант

Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова, г. Бийск

Ключевые слова: алюмоадсорбент; зерновой уксус; пищевой уксус; структурированные сорбенты; цеолит.

Keywords: aluminumadsorbent; the grain vinegar; food vinegar; the structured sorbents; zeolite.

Производство пищевых уксусов в России и за рубежом активно развивается на базе переработки натурального растительного сырья. К таким уксусам относят спиртовой, зерновой и облепихо-вый [1, 2]. Каждый вид природного сырья и его качество определяют трудности его переработки при получении уксуса стандартизованного качества в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52101-2003 «Уксусы из пищевого сырья» с 01.07.2004 г. Решение этих задач имеет важное практическое значение.

Принятая в отрасли технология производства спиртового уксуса включает следующие стадии: приготовление сусла из этилового спирта, уксусной кислоты и минеральных солей, ферментация, осветление, консервирование и розлив уксуса. Ректификованный этиловый спирт дорог и относится к акцизным компонентам. Это не дает расширить производство уксуса на его основе, поэтому есть необходимость замены его на любой спиртсодержащий полуфабрикат [2-4].

Одним из таких полуфабрикатов можно считать зерновую бражку. Это сложная многокомпонентная система, состоящая из воды (82-90 мас. %), сухих веществ (4-10 мас. %) и этилового спирта с сопутствующими летучими примесями (5-9 мас. %, или 6-11 об. %) [5].

В ней содержится ряд вкусовых и ароматических веществ, которые не усваиваются бактериями Лов^Ьас-1вг асвИ и будут определять орга-нолептические свойства зернового уксуса.

Осветление и очистка зерновой бражки и готового уксуса бентонитом позволяют устранить только взвешенные частицы, но неэффективны при удалении растворимых нежелательных примесей, которые в полном объеме содержатся в зерновой бражке, не прошедшей перегонку и ректификацию. Примеси влияют на показатели роста Лсв1вЬас1вг асвИ и накопление ими уксусной кислоты, а также остаются в готовом уксусе [3, 4]. Кроме того, бентонит при перемешивании дает устойчивые суспензии, использует-

Таблица 1

Показатель Заводской норматив ТР-10-10067-99 Фактические данные

Содержание спирта, об. % 7,5-8,5 8,3

Остаточная концентрация Сахаров, % 1,0 4,7

рН 4,2-4,9 4,8

ся однократно, не подлежит регенерации [5].

Стадия культивирования продуцента Лсв1вЬас1вг асвИ при иммобилизации на буковой или другой древесной стружке предполагает большой расход воздуха в ходе принудительной аэрации в непрерывном режиме. При этом длительное ведение процесса приводит к разрушению структуры стружки, и в культуральной жидкости появляются муть и коричневая взвесь, что увеличивает затраты на осветление готового уксуса.

Цель настоящей работы — разработка оптимизированной технологии получения и очистки пищевого уксуса из разного по качеству зернового сырья с применением структурированных сорбентов.

На стадиях осветления и глубокой очистки зерновой бражки из ОАО «Иткульский спиртзавод» и готового уксуса в качестве вспомогательных материалов применяли бентонит (аморфный) и структурированные сорбенты, в том числе с наноразмерами частиц, пор и каналов — цеолит ЫаХ (рис. 1) и алюмоадсорбент А1-796 — термоактивированный оксид алюминия (ТОА): насыпная плотность 0,61 г/см3; удельная поверхность 120 м2 / г.

7-б-5 4 3 2 1-

Неосветленная

Без УЗ С УЗ

Рис. 2. Осветление фильтрата зерновой бражки различными способами:

1 — осветление бентонитом концентрацией 0,5 г/л без УЗ-обработки и с УЗ-обработкой мощностью 100 Вт в течение 2 мин;

2 — осветление AI-796 (ТОА) концентрацией 0,5 г/л без УЗ-обработки и с УЗ-обработкой мощностью 100 Вт в течение 2 мин

8

0

8 ПИВО и НАПИТКИ

2•2012

'ТЕХНОЛОГИЯ Г

Рис. 3. Хроматограмма этилового ректификованного спирта

Рис. 4. Хроматограмма осветленной зерновой бражки

На стадии культивирования Ace-tobacter aceti носителями для иммобилизации клеток были традиционная буковая стружка, а также цеолит NaX и сорбент Al-796 (ТОА). Показана возможность многократного использования выбранных сорбентов после их полной регенерации: при промывке и автоклавировании при 1,5 атм в течение 1 ч сохранялась структура частиц и пор.

В сырье, полуфабрикатах, питательной среде, культуральной жидкости и готовом уксусе до и после очистки исследовали такие показатели, как рН (на ЭВ-74), содержание сухих веществ (на рефрактометре), сахаров, органических кислот, остаточного спирта, КОЕ, количество биомассы клеток, их окраска по Граму — традиционными методами с применением титрования, концентрационного КФК и др. Оценку структуры мелкопористых сорбентов, в том числе с наноразмерами пор и каналов, а также клеток на них осуществляли на электронном растровом микроскопе. Примеси в спирте разного качества, полуфабрикатах, питательной среде и готовом уксусе определяли на хроматографе «Хроматек — Кристалл 5000.1», а основные минеральные компоненты — на спектрофотометре Shimadzu AA 6300. Для УЗ-обработки использовали аппарат «Волна УЗТА-0,4/ 22-О». Для статистической обработки результатов применяли компьютерную программу StatSoft Statistica v6.0 Multilingual.

Зерновую бражку анализировали, сбраживали досуха и подвергали фильтрованию. В фильтрате зерновой бражки определяли физико-химические показатели (табл. 1).

Таблица 2

Вид бражки Ca Содержание элементов, мг/кг Mg K

Неосветленная 13,11 3,09 622,18

Сброженная досуха 13,62 2,76 817,27

Осветленная бентонитом 14,11 3,46 617,64

Осветленная ТОА 12,60 2,28 701,36

Стерильная 14,05 257,31 588,63

Затем фильтрат обработали осветляющими материалами — бентонитом и ТОА.

Далее осветленную зерновую бражку стерилизовали при температуре 112 °С в течение 20 мин и вносили в питательную среду. Также к среде добавляли расчетное количество этилового спирта, минеральных солей, дистиллированной воды. Полученную питательную среду засевали уксуснокислыми бактериями Лсв1оЬас1вт асвИ из ферментеров ООО «Казанский уксусный завод». Культивирование проводили в аэробных условиях при температуре 30 °С в течение 12 сут и изучали влияние ультразвука различной мощности и длительности. В полученном растворе уксуса определяли концентрацию уксусной кислоты, остаточное содержание спирта в среде, морфологию клеток. При обработке осветляющими материалами для снижения количества СВ предварительно были сделаны 5%-ные суспензии используемых адсорбентов, которые затем вносили в различных количествах в фильтрат зерновой бражки. Во всех случаях подбирали режимы ультразвуковой обработки — мощность от 100 до 400 Вт, длительность воздействия от 2 до 10 мин.

Сравнительная диаграмма осветления фильтрата зерновой бражки различными осветляющими материалами с УЗ-обработкой в оптималь-

ных режимах и без УЗ-обработки приведена на рис. 2.

Затем определяли количество основных минеральных элементов, вносимых в сусло с подготовленным зерновым полуфабрикатом, чтобы оптимизировать по ним количество добавляемых в сусло солей по рецептуре. Кроме того, оценивали эффективность выбранных структурированных сорбентов по глубокой очистке от примесей в сравнении с этиловым ректификованным спиртом (рис. 3, 4).

По хроматограммам видно, что даже после осветления зерновой полуфабрикат вносит в сусло большое количество примесей, что потребует оптимизации режимов культивирования и ферментации, а также глубокой очистки готового уксуса.

Методом атомно-абсорбционной спектрометрии был установлен минеральный состав бражки (табл. 2) по основным элементам, необходимым для корректировки среды по минеральным веществам.

В питательную среду, состоящую из стерильной бражки, вносили расчетное количество минеральных солей, этилового спирта и засевали маточным уксусом в количестве 10% от объема среды.

Затем отрабатывали режимы культивирования при иммобилизации Лсв1оЬас1вт асвИ на цеолите в сравнении с буковой стружкой с

2 • 2012

ПИВО и НАПИТКИ 9

0,2 -

~~1-1-1-1-1-1-1-1—

1234567 14

Длительность культивирования, сут ■ Среда на буковой стружке с однократным внесением 3 мМ Н202 — Среда на буковой стружке с периодической аэрацией ™ Среда на буковой стружке с постоянной аэрацией « Среда на буковой стружке с ежедневным внесением 1 мМ Н202 ™ Среда на цеолите с однократным внесением 3 мМ Н202 ™ Среда на цеолите с периодической аэрацией « Среда на цеолите с постоянной аэрацией

Среда на цеолите с ежедневным внесением 1 мМ Н202

0

Рис. 5. Зависимость количества клеток АсеЬоЬасЬегасвЫ от длительности

культивирования, носителя и способа аэрации при получении зернового уксуса

9,5

9,0

8,0

-&,9--я-я-----------------------------------------------8,9-8,9---------8,9--8--8----------------------------------------

8,8 8,7 8,7 8,8 8,7 8,7 8,7 8,6

......... ......... ..... ................... ■

7,0

2 3 4 5 6

Среда на цеолите Среда на буковой стружке

1

7

Рис. 6. Сравнительная диаграмма концентрации накапливаемой уксусной кислоты клетками АсвЬоЬасЬвг асвИ в разных способах культивирования при получении зернового уксуса:

1 — без интенсификации;

2 — с УЗ-обработкой 20 Вт (1 мин);

3 — с УЗ-обработкой 20 Вт (5 мин);

4 — с постоянной аэрацией 9 м3/(м3-ч);

5 — с переменной аэрацией 9 м3/(м3-ч);

6 — с однократным внесением Н202 3 мМ;

7 — с ежедневным внесением Н202 1 мМ (длительность культивирования 7 сут, температура 30 °С)

Таблица 3

Содержание, мг/ кг

Элемент Осветленная Готовый зерновой уксус после осветления

зерновая бражка бентонитом с УЗ Al-796

Кальций 14,17 10,61 14,96

Магний 3,46 144,76 354,85

Калий 617,64 361,33 965,46

применением УЗ и разных способов аэрации. В течение 42 сут определяли показатели роста клеток продуцента (рис. 5) и контролируемые показатели ферментации (рис. 6).

Использование Н2О2 в питательной среде для аэрации за счет работы каталазы клеток несколько снижает показатели роста даже при оптимальных режимах добавления. Ингибирующий эффект для роста клеток может играть положительную роль при интенсификации ферментации и позволит провести пастеризацию готового уксуса в мягком режиме или совсем ее исключить.

Результаты на рис. 5 различаются незначительно, поэтому для уменьшения расхода воздуха выбираем предварительную однократную аэрацию в течение суток при культивировании на цеолите 4 сут как более технологичном носителе.

В таких же условиях в течение 42 сут определяли показатели ферментации (рис. 6) и после 14 сут получили стойкое их снижение.

Наибольшее накопление уксусной кислоты наблюдали при культивировании на цеолите с постоянной и переменной аэрацией. Использование цеолита в качестве носителя для клеток позволило уменьшить в 7 раз расход кислорода. Ультразвук, независимо от длительности обработки уменьшал накопление уксусной кислоты при обоих способах культивирования.

Результаты по остаточному спирту подтверждают целесообразность применения цеолита в качестве носителя и ингибирующее действие ультразвука, что можно использовать на стадии консервирования уксуса без термообработки.

Затем раствор уксуса пастеризовали при температуре 65 °С без выдержки. Полученный раствор уксусной кислоты осветляли бентонитом и ТОА. В осветленном уксусе определяли основные минеральные вещества и содержание примесей. Предварительно были сделаны 5%-ные суспензии используемых адсорбентов, которые затем вносили в готовый уксус в количестве от 0,5 до 2,5 г/л. Продолжительность осветления составила 2 сут при температуре 22 °С. Наилучший результат — 6,2 % СВ был получен при использовании алюмоадсорбен-та с концентрацией 0,5 г/л. После

10 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2012

осветления в готовом уксусе определяли содержание основных минеральных элементов (табл. 3).

Осветление и очистка зернового уксуса бентонитом с УЗ или А1-796 не привели к нежелательному уменьшению основных минеральных элементов в готовом уксусе.

Зерновой уксус, изготовленный из осветленной зерновой бражки, был чище после обработки бентонитом с УЗ или А1-796. Хромато-графический анализ показал, что культивирование на цеолите позволяет получить уксус с минимальным количеством примесей при переменной аэрации без дополнительной очистки.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективе использования зерновой зрелой бражки для получения зернового биохимического уксуса с применением уксуснокислых бактерий Лсв1вЬас1вг асвИ на структурированных сорбентах — цеолитах и алюмоадсорбентах.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Применение ультразвука дает положительный результат лишь только на стадии осветления зрелой бражки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ламберова, А. А. Переработка обле-пихового сока бактериями Acetobacter aceti/А. А. Ламберова, Ю. А. Кошелев, М. Э. Ламберова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2009. — № 9. — С. 48-49.

2. Волкова, Г. С. Ресурсосберегающая технология производства уксуса с использованием вторичных ресурсов спиртового производства/ Г. С. Волкова, Е. В. Кук-сова // Производство спирта и ликеро-водочных изделий. — 2011. — № 1. — С. 16-19.

3. Ламберова, А. А. Переработка фракций после ректификации этилового спирта бактериями Acetobacter aceti/'А. А. Ламбе-рова, Ю. А. Кошелев, М. Э. Ламберова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2009. — № 2. — С. 12-14.

4. Ламберова, А. А. Очистка спиртового уксуса наноадсорбентами /А. А. Ламберова, М. Э. Ламберова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2010. — № 2. — С. 22-24.

5. Ламберова, А. А. Применение мелкопористых сорбентов в биотехнологии пищевого уксуса/А. А. Ламберова, М. Э. Лам-берова // Естественные и технические науки. — 2011. — № 5. — С. 94-105. ®

'ТЕХНОЛОГИЯ

Витаминный «заряд» от Тихорецкого пивоваренного завода

Тихорецкий пивоваренный завод продолжает расширять линейку безалкогольных напитков. В феврале в продажу поступил новый газированный напиток «Ситро» со вкусом цитрусовых.

ООО «Тихорецкий пивоваренный завод» специализируется на производстве «живого» пива, безалкогольных напитков, питьевой воды. Входит в пятерку крупнейших пивоваренных предприятий Краснодарского края.

После продолжительной холодной зимы организм человека как никогда нуждается в хорошем витаминном заряде и в ярком солнце. Именно этими причинами руководствовались специалисты завода, создавая новинку. За основу напитка «Ситро» взяли сочетание цитрусовых: сладкий солнечный апельсин, ароматный мандарин и освежающий лимон. Именно в этих фруктах сосредоточен мощный заряд витамина С, который укрепляет иммунитет и повышает тонус организма. Кристальная артезианская вода, натуральные компоненты, купаж сочных цитрусовых ароматов, смягченный мягкими нотками ванили, — все это слагаемые «Ситро».

Солнечный цвет и сочная цитрусовая свежесть напитка наполняют организм новыми жизненными силами и яркими оттенками настроения.

«Ситро» — это семейный напиток, который прекрасно утоляет жажду и тонизирует.

В продаже напиток представлен в стеклянной бутылке вместимостью 0,5 л и ПЭТ-бутылке — 1,5 л.

Heineken выступает за ответственное потребление

пива

HEINEKEN

Компания Heineken представила очередной этап программы по умеренному употреблению пива под названием «Рассвет принадлежит знающим меру» (Sunrise belongs to moderate drinkers).

Новый проект — часть глобальной кампании Heineken «Открой свой мир» — мир широких возможностей и ярких впечатлений, которые становятся доступными при ответственном употреблении алкоголя.

Миллионы людей во всем мире наслаждаются вкусом пива Heineken. Они потребляют его умеренно, поскольку ведут здоровый образ жизни.

Тема умеренного потребления и ответственности за свое поведение перед собой и обществом очень актуальна в данный момент. Директор по маркетингу Heineken Russia Богуслав Бишоп говорит: «Наша политика в области употребления алкоголя основывается на чувстве личной ответственности. Мы хотим производить, продвигать на рынок и продавать пиво, оказывая положительное воздействие на общество. И поэтому уделяем большое внимание вопросу умеренного потребления. Традиционные послания обычно носят более назидательный характер. А мы стремимся вдохновлять наших потребителей на умеренное потребление. Уверен, что креативное обращение принесет гораздо больше пользы и станет действительно хорошим стимулом для саморегулирования».

Реализация проекта «Рассвет принадлежит знающим меру» осуществляется с помощью различных online и offline медиаканалов, особое внимание уделено социальным сетям.

«Рассвет» (The Sunrise) — так называется яркий видеоролик, адресованный прогрессивной молодежи. Молодой человек в разгар клубной пятницы отказывается от очередной порции пива в пользу воды и, несмотря на это, проводит ночь, полную ярких впечатлений. Герой встречает первые лучи солнца в приятной компании. Перед ним открываются новые возможности и прекрасный рассвет — вдохновение утра. Посмотреть ролик можно на канале Heineken в YouTube, странице в Facebook и на сайте компании www.heineken.com.

«Герой нашего ролика — «человек мира», он выражает важную концептуальную жизненную идею: нет никаких ограничений, когда вы знаете свои пределы. Мы хотим показать, что наслаждение Heineken в умеренных количествах может быть неотъемлемой частью вашей активной жизни — встреч с друзьями, знакомства с интересными людьми и получения нового опыта. Ключ к здоровому образу жизни — умеренность», — добавляет Богуслав Бишоп.

Запуск кампании «Рассвет принадлежит знающим меру» также был поддержан интересной маркетинговой активацией: в четырех городах по всему миру—Лондоне, Рио-де-Жанейро, Сан-Франциско и Хошимине — в местах, откуда открывается самый захватывающий вид рассвета, были установлены диваны Heineken. У потребителей была возможность стать частью этого проекта — не только насладиться встречей удивительного рассвета, но и разместить свои фотографии лучших моментов восхода солнца на странице Heineken в Facebook.

2 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.