CC BY
49
ТЕХНОЛОГИЯ
УдК 663.542
разработка технологии спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура
Часть 1. Стадия получения осахаренного сусла
Л. А. Оганесянц,
д-р техн. наук, профессор, академик РАН; В. А. Песчанская; Л. Н. Крикунова, д-р техн. наук, профессор; О. Н. Ободеева
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности»
При разработке новой высокоэффективной технологии спиртных напитков из топинамбура на первом этапе работ необходимо было установить закономерности изменения углеводного комплекса исходного сырья в процессе получения осахаренного сусла с целью определения оптимальных технологических параметров его подготовки к сбраживанию.
Все известные в литературе методы, направленные на изменение углеводного комплекса топинамбура в сторону процентного повышения в нем низкомолекулярных компонентов, можно сгруппировать на осуществляемые с помощью кислотного гидролиза, механической деструкции, ферментативного гидролиза.
Ранее установлено [1], что кислотный гидролиз не может быть рекомендован для клубней свежего топинамбура, предназначенного к переработке в этанол, так как, в зависимости от температуры, либо незначительно деструктурируются углеводы, либо они разрушаются. Кроме того, в результате кислотного гидролиза протопектин топинамбура переходит в растворимый пектин, который, как установлено ранее [2], относится к высокоэтерифицированно-му и может быть причиной сверхнормативного накопления в сброженном сусле метанола.
При исследовании второго метода подготовки топинамбура к сбраживанию, который при переработке его свежих клубней осуществляли с использованием гомогенизатора, было
установлено [1], что существенного перераспределения фракций в сторону накопления низко- и среднемо-лекулярных веществ не происходит. Поэтому, считаем нецелесообразным при производстве спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура ориентироваться на механический метод разрушения инулина.
Наиболее перспективен метод подготовки клубней топинамбура к сбраживанию, как показано ранее [1, 3], — это ферментативный гидролиз инулина. Причем, он может быть осуществлен как под действием собственных инулиназ сырья (они достаточно активны в топинамбуре [3]), так и путем внесения в среду ферментных препаратов, обладающих данной активностью. В настоящих исследованиях для гидролиза фруктозосодержащих углеводов сушеного топинамбура, технико-экономическое обоснование перспектив использования которого приведено в работе [4], применяли ферментный препарат отечественного производства, содержащий микробную экзоинулиназу 1пи1 А. awamori [5].
На данном этапе исследования, в первую очередь, необходимо было решить задачу, связанную с получением технологичных сред, основным фактором при этом, как известно, служит гидромодуль, то есть соотношение сырья и воды.
Традиционно при переработке крахмалсодержащего сырья (различных видов зерновых культур с крахмалистостью 50-60%) гидромодуль составляет 1:3,0-3,5. Полу-
ПИВО и НАПИТКИ
6 • 2016
чение сусла из сушеного топинамбура, подвергнутого дроблению, с содержанием инулина свыше 70%, теоретически предполагало увеличение гидромодуля. В настоящей работе он варьировался в пределах от 1:4 до 1:6.
Осахаренное сусло получали, подвергая исходное сусло (смесь, состоящую из сырья и воды) гидролизу при естественном рН 6,0 и температуре 55 °С в течение 3 ч при периодическом перемешивании. Данные параметры проведения процесса были выбраны по результатам исследований переработки свежих клубней топинамбура, подвергнутых дроблению [1].
Эксперименты были проведены в двух вариантах: вариант А — гидролиз полимеров сырья под действием собственных инулиназ топинамбура; вариант В — гидролиз при совместном действии инулиназ сырья и микробной экзоинулиназы в дозировке, принятой при гидролизе крахмалсо-держащего сырья — 7,5 ед. ИН/г инулина сырья.
Результаты, представленные в табл. 1, показали, что предельно допустимое значение гидромодуля, оцененное по текучести технологических сред (значение не должно превышать 10 с), соответствует 1:4,5. Внесение микробного ферментного препарата, обладающего активной экзоинулиназой, практически не влияло на текучесть (отмечена лишь тенденция к незначительному снижению данного показателя).
Также установлено, что концентрация сусла при снижении гидромодуля закономерно возрастала (по варианту А — от 12,5 до 17,5%; по варианту В — от 13,4 до 18,0%). Однако, при пересчете на гидромодуль 1:6 она практически не менялась, снижалась лишь при гидромодуле 1:4, что подтверждало получение сред с затрудненным переводом сухих веществ (СВ) сырья в растворимое состояние из-за сложности прохождения диффузионных процессов.
Эффективность обработки сырья на стадии получения осахаренного сусла в работе также оценивали по влиянию гидромодуля на концентрацию экстракта — продукта, полученного путем смешивания осахарен-ного сусла с большим количеством воды с последующей фильтрацией. Этот показатель, как показано в ра-
1 технология
Таблица 1
Текучесть, с Концентрация, % Переход СВ сырья в экстракт,
Гидромодуль Сусло Экстракт % от исходного в сырье
А В А В А В А В
1:6 4 4 12,5 13,4 3,1 3,2 67,2 69,4
1:5,5 5 4 13,9 14,5 3,4 3,5 68,8 70,8
1:5 6 5 15,0 16,0 3,7 3,8 68,5 70,4
1:4,5 8 6 17,0 17,3 4,0 4,1 68,0 69,7
1:4 25 18 17,5 18,0 4,3 4,4 65,8 67,3
А — без внесения микробной инулиназы; В — с внесением микробной инулиназы.
Таблица 2
Вариант получения сусла Дозировка микробной инулиназы, ед. ИН/г инулина сырья Концентрация сусла, % Содержание РВ в сусле, %
I 16,8 3,94
17,3 4,05
1,5 17,6 6,42
18,1 6,73
3,0 17,7 10,25
18,2 10,71
4,5 17,6 11,41
18,2 11,50
6,0 17,7 12,05
18,2 12,13
7,5 17,9 12,73
18,2 12,75
I — без использования микробной протеазы;
II — с использованием микробной протеазы.
боте [6], позволяет получить данные по максимально возможному переводу СВ сырья в растворимое состояние.
Установлено, что при получении осахаренного сусла из сушеного топинамбура в растворимое состояние переходит по вариантам А и В, соответственно 67,2-68,8% и 69,4-70,8% СВ (за исключением образца, полученного при гидромодуле 1:4 (65,8 и 67,3%).
В целом, анализ данных по влиянию гидромодуля на процесс получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура, приведенных в табл. 1, позволяет рекомендовать гидромодуль, соответствующий 1:4,5.
На втором этапе работ варьировалась дозировка ферментного препарата, которая составляла от 1,5 до 7,5 ед. ИН/г инулина сырья. Сусло готовили согласно выбранному гидромодулю (1:4,5), процесс гидролиза осуществляли при естественном рН среды (рН 6,0), длительность процесса обработки при температуре 55 °С составляла 3 ч. В работе было
рассмотрено два варианта получения сусла: вариант I — без использования микробной протеазы (ферментного препарата протеолитического действия Нейтраза 0,8 L), вариант II — с использованием микробной протеазы. Цель выполнения исследований по второму варианту заключалась в выявлении возможности повышения эффективности подготовки сырья к сбраживанию, так как ранее в работе [7], посвященной изучению процесса получения осветленного осахаренного сусла из свежих клубней топинамбура, было показано, что использование Нейтра-зы 0,8 L — препарата, обладающего эндопротеиназной активностью, увеличивает переход фруктозанов сырья в растворимое состояние вследствие их высвобождения из связанного состояния с белком (рекомендуемая дозировка Нейтразы составляла 0,01-0,02 ед. ПС/г белка сырья).
В табл. 2 отражено влияние дозировки микробной инулиназы на процесс получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура.
6 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 35
технология'
1,5 2,0 2,5 3,0
Продолжительность обработки, ч ■ • РВ — СВ
3,5 4,0
Динамика изменения концентрации сухих веществ и редуцирующих сахаров в процессе получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура
Установлено, что в варианте I независимо от дозировки микробной инулиназы, концентрация сусла практически не изменялась. Содержание редуцирующих сахаров, напротив, с увеличением дозировки внесения ферментного препарата закономерно возрастало. С экономической точки зрения предпочтительна дозировка инулиназы на уровне 3,0-4,5 ед. ИН/г инулина сырья, так как увеличение ее до 6,0-7,5 ед. ИН/г инулина сырья несущественно повышает уровень редуцирующих сахаров.
Кроме того, следует учитывать, что повышенное содержание осмотически активных компонентов, к которым относятся сахара, может снизить эффективность процесса на стадии сбраживания осахаренного сусла. Поэтому окончательный выбор дозировки микробной инули-назы в предлагаемых пределах (от 3,0 до 4,5 ед. ИН / г инулина сырья) будет сделан после изучения процесса сбраживания осахаренного сусла.
Данные, представленные в табл. 2, подтверждают также целесообразность внесения микробной протеазы. В варианте II концентрация сусла и содержание редуцирующих сахаров возрастают против варианта I в среднем на 0,5% и 0,2% соответственно.
Таким образом, при получении осахаренного сусла из сушеного топинамбура рекомендуется использовать ферментные препараты, обладающие экзоинулиназной и эн-допротеиназной активностями.
Как известно, процесс ферментативного гидролиза полимеров сырья протекает во времени. В предыдущих исследованиях по получению сусла из клубней топинамбура [1] была выбрана продолжительность, равная трем часам. Однако, получение сусла из сушеного топинамбура, в котором на стадии сушки могли пройти процессы деструкции полимеров сырья, требовало уточнения данного показателя.
Исходя из этого, в работе изучали динамику изменения в сусле
Таблица3
Сахара 0 Содержание сахаров, г/100 см3 Время обработки сырья, ч 1 2 3
Фруктоза 1,00 7,15 8,26 8,77
Глюкоза 0,45 0,59 1,32 1,62
Сахароза 0,32 — — 0,64
Мальтоза 0,12 — — —
Трифруктозан 0,29 0,16 1,33 0,83
Сумма сахаров 2,18 7,90 10,91 11,86
концентрации СВ и свободных редуцирующих сахаров (РВ). Данные рисунка показывают, что концентрация СВ в процессе ферментативной обработки сырья изменяется в первые 2 ч с 13,7 % до 17,9%. Содержание редуцирующих сахаров, напротив, на всем протяжении эксперимента увеличивается. Оптимальная длительность обработки сусла по показателю РВ составляет 3 ч. Дальнейшее увеличение времени несущественно повышает данный показатель.
Дополнительно в работе была изучена динамика изменения содержания отдельных сахаров в процессе получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура (табл. 3). Полученные данные подтверждают результаты, представленные на рисунке, характеризующие накопление РВ в ходе получения осахаренного сусла. Показано, что основным редуцирующим сахаром в исходном сусле была фруктоза, содержание других сахаров составляет от 12 % до 45 % от ее количества. В ходе получения осахаренного сусла, в первую очередь, возрастает содержание именно этого сахара, что является прямым следствием ферментативного гидролиза инулина сырья. Причем, за первый час гидролиза количество фруктозы повышается более, чем в 7 раз; дальнейший гидролиз, хоть и сопровождается накоплением фруктозы, но с меньшей интенсивностью. Динамика изменения содержания ди- и трисахаридов в процессе получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура носит сложный характер. Суммарное содержание сахаров в процессе 3-х часовой обработки повышается более, чем в 5 раз.
Обобщая данные, представленные в настоящей работе, для переработки сушеного топинамбура на стадии получения осахаренного сусла, рекомендуются следующие технологические параметры:
• гидромодуль 1:4,5;
• длительность гидролиза при температуре 55 °С — 3 ч.
Окончательные рекомендации о
необходимости применения и дозировках микробных инулиназ и протеаз при переработке сушеного топинамбура будут сделаны после изучения процесса сбраживания осахаренного сусла.
36 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2016
Технология
ЛИТЕРАТУРА
1. Крикунова, Л. Н. Энерго- и ресурсосберегающая технология этанола из топинамбура. I. Сравнительная характеристика способов подготовки сырья к сбраживанию / Л. Н. Крикунова, М. М. Александрова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2000. — № 6. — С. 64-67.
2. Крикунова Л. Н. Пектиновые вещества топинамбура: содержание, распределение по аналитическим частям, свойства / Л. Н. Крикунова, М. В. Гернет, Д. В. Че-четкин // Хранение и переработка сель-хозсырья. — 2006. — № 5. — С. 50-54.
3. Чечеткин, Д. В. Исследование процесса гидролиза фруктозанов топинамбура под действием собственных гидролаз сырья / Д. В. Чечеткин, Л. Н. Крикунова, Г. П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2006. — № 4. — С. 39-43.
4. Оганесянц, Л. А. Технико-экономическое обоснование перспектив производства спиртных напитков из топинамбура / Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, В. П. Осипова // Пиво и напитки. — 2016. — № 4. — С. 5-9.
5. Волков, П. В. Выделение и свойства ре-комбинантных инулиназ Aspergillus sp. /
П. В. Волков и др. // Биохимия. — 2012. — том 77. — вып. 5. — С. 611-621.
6. Крикунова, Л. Н. Режимы и технологические параметры получения и сбраживания осахаренного сусла из ИК-обработанного зерна пшеницы. Часть I. Стадия получения сусла / Л. Н. Крикунова, О. С. Стребкова, М. В. Гернет // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2007. — № 9. — С. 60-63.
7. Крикунова, Л. Н. Сравнительная характеристика способов получения осветленного осахаренного сусла из топинамбура / Л. Н. Крикунова, Д. В. Чечеткин, Г. П. Карпиленко // Известия вузов. Пищевая технология. — 2006. — № 4. — С. 70-73. ®
Разработка технологии спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура. Часть 1. Стадия получения осахаренного сусла
Ключевые слова
сушеный топинамбур; углеводный состав; ферментативный гидролиз инулина.
Реферат
В работе приведены результаты исследований по изучению процессов на стадии получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура. Предложено оптимальное соотношение сырья и воды, позволяющий получать среды с требуемой вязкостью. При выборе оптимального соотношения количества сырья и воды эксперименты проведены в двух вариантах: А — гидролиз полимеров сырья под действием собственных инулиназ топинамбура; В — гидролиз при совместном действии инулиназ сырья и микробной экзоинулиназы (норма внесения 7,5 ед. ИН/г инулина сырья). На основании определения концентрации сусла и концентрации экстракта определено соотношение сырье: вода (гидромодуль) — 1: 4,5. Установлено, что при получении осахаренного сусла по варианту А в растворимое состояние переходит 67,2-68,8% сухих веществ, а по варианту В — от 69,4% до 70,8%. Исследовано влияние дозировки ферментного препарата, содержащего высокоактивную экзоинулиназу, на процесс ферментативного гидролиза инулина. Изучена динамика изменения концентрации сусла и содержания в нем свободных редуцирующих сахаров, на основании которой определена оптимальная длительность обработки 3 ч. Показано, что основной редуцирующий сахар в исходном сусле — это фруктоза, содержание других сахаров составляет от 12% до 45% от ее количества. В процессе получения осахаренного сусла в первую очередь возрастает содержание фруктозы, что является следствием ферментативного гидролиза инулина сырья. Для переработки сушеного топинамбура на стадии получения осахаренного сусла, рекомендуются следующие технологические параметры: гидромодуль 1:4,5; длительность гидролиза при температуре 50...55 °С — 2,5-3 ч; норма внесения ферментного препарата (экзоинулиназа — 3,0-4,5 ед. ИН/г инулина сырья).
Авторы
Оганесянц Лев Арсенович, д-р техн. наук, профессор, академик РАН;
Песчанская Виолетта Александровна;
Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн. наук, профессор;
Ободеева Ольга Николаевна
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной
и винодельческой промышленности,
119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7,
[email protected], [email protected], [email protected]
Development of Technology of Alcoholic Beverages
on the Basis of a Distillate of Artichoke.
Part 1: The Step of Producing a Saccharified Wort
Key words
dried Jerusalem artichoke; carbohydrate composition; enzymatic hydrolysis of inulin
Abstract
The results of researches of the processes of obtaining a saccharified wort from dried Jerusalem artichoke have been presented in this work. The optimal ratio of the raw materials and water was proposed, allowing obtain the substrates of desired viscosity. Experiments were carried out in two ways for choosing the optimum ratio: A — the hydrolysis of polymers of the raw material by own enzymes of Jerusalem artichoke; B — the hydrolysis by own enzymes of Jerusalem artichoke in combination with a microbial Exoinulinase (application rate — IN 7.5 units/g of inulin of the raw material). Hydraulic module (ratio) 1:4.5 was determined based on the determination of the concentration of the wort and the concentrations of the extract. It was established, that in a soluble state upon receipt of the saccharified wort for variant A in a soluble state passes of 67.2-68.8% of dry substances, and under option B — from 69,4% to 70.8%. The influence of the dosage of enzyme preparation containing the highly active Exoinulinase, on the process of enzymatic hydrolysis of inulin of the raw material. The dynamics of changes of the concentration of wort and content of free reducing sugars, on the basis of which the optimal duration of treatment is 3 hours. It was shown, that the main reducing sugar in the original wort is fructose, the other sugar content ranges from 12% to 45% of its amount. In the process of obtaining the saccharified wort in the first place, increases the content of fructose, which is a consequence of the enzymatic hydrolysis of the inulin of raw material. For processing of dried Jerusalem artichoke on the stage of obtaining the saccharified wort, we recommend the following process parameters: hydro module 1:4.5; the duration of hydrolysis at a temperature of 50...55 °C — 2.5-3 hours; the application of rate of the hydrolyzes enzyme preparation (Exoinulinase — to 3.0-4.5 IN units/g of inulin of the raw material).
Authors
Oganesyantc Lev Arsenovich,
Doctor of Technical Science, Professor, Academitian of RAS; Peschanskaya Violetta Alexandrovna;
Krikunova Lyudmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor; Obodeeva Olga Nikolaevna
All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries, 7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, [email protected], [email protected], [email protected]
6 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 37
