CC BY
36
ТЕХНОЛОГИЯ
УдК 663.542
разработка технологии спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура
Часть 2. Стадия сбраживания 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»
Сбраживание — это один из основных этапов при производстве дистиллятов, в ходе которого под действием ферментного комплекса дрожжей происходит начальное формирование качественных показателей продукта. Эффективность процесса сбраживания инулинсодержащего сырья зависит от ряда факторов, в том числе от химического состава сусла, его концентрации, степени гидролиза полимеров сырья, используемой расы дрожжей, их физиологического состояния и особенностей метаболизма, продолжительности сбраживания и температурных режимов проведения процесса.
Задачами настоящего исследования были выбор оптимальной расы дрожжей и разработка технологических параметров сбраживания сусла. Эффективность процесса сбраживания оценивали по ряду показателей, в том числе по динамике выделения диоксида углерода, степени накопления в сброженном сусле этилового спирта и содержанию в нем летучих компонентов.
Для сбраживания использовали оса-харенное сусло, полученное разными способами.
Контроль (вариант 1) — сусло, полученное в результате самоосахаривания инулина сырья под действием собствен-
3 -
2 -
1 -
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
Продолжительность сбраживания, ч Вариант 1 — Вариант 2 — Вариант 3 Fermio[
7 -
6 -
5 -
1 -
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
Продолжительность сбраживания, ч Вариант 1 — Вариант 2 — Вариант 3 SIHA activhefe 3
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
Продолжительность сбраживания, ч Вариант 1 — Вариант 2 — Вариант 3 Safbrew WB-0б
0
0
Рис. 1. Влияние способа получения сусла и расы дрожжей на динамику выделения диоксида углерода при сбраживании
26 ПИВО и НАПИТКИ 2017
Технология
г-Г 0,15 -
24 36 48 60
Продолжительность сбраживания, ч Fermio[ — SIHA activhefe 3 — Safbrew WB-06
24 36 48 60
Продолжительность сбраживания, ч — 50 мг — 100 мг — 200 мг
Рис. 2. Интенсивность сбраживания сусла в зависимости от расы используемых дрожжей (вариант 3)
Рис. 3. Интенсивность сбраживания сусла в зависимости от нормы внесения дрожжей РегтЫ
ных ферментов топинамбура, обладающих, как было установлено ранее [1, 2], высокой инулиназной активностью.
Гидролиз фруктозанов сырья в варианте 2 осуществляли под действием собственных осахаривающих ферментов топинамбура и микробной экзоинулиназы — ферментного препарата 1пи1 А. Awamori [3] в дозировке 3,0 ед. ИН / г инулина сырья, согласно [4].
В варианте 3 процесс получения осахаренного сусла из сушеного топинамбура проводили под действием собственных осахаривающих ферментов топинамбура с использованием микробной экзоинулиназы и ферментного препарата Нейтраза 0,8 L в дозировке 0,02 ед. ПС / г белка сырья, эффективность применения последнего при получении осветленного осахаренного сусла из клубней топинамбура была установлена ранее в работе [5].
Процесс сбраживания осуществляли с использованием сухих спиртовых (Регт1о1), винных (БША activhefe 3) и пивоваренных (Safbrew WB-06) дрожжей.
Дрожжи вносили в сусло по массе. На первом этапе исследований норма внесения дрожжей составляла 100 мг/100 г сусла. Перед внесением дрожжи реактивировали, добавляя к ним воду и выдерживая в течение 30 мин. Затем, путем двукратного смыва водой, переносили их в сусло. Процесс сбраживания вели при температуре 28...30 °С в течение 72 ч (рекомендованная длительность при изучении процесса сбраживания свежих клубней топинамбура [6]). Проведение процесса при более низких температурах, как известно, приводит к существенному увеличению его длительности и, как следствие, к большой вероятности микробиологического ин-
фицирования среды с нейтральным рН, поэтому в настоящей работе данный режим не рассматривался.
Данные по динамике выделения СО2 в зависимости от способа получения осахаренного сусла и расы используемых дрожжей, представлены на рис. 1.
Анализируя представленный графический материал, можно сделать следующие выводы:
• использование осахаренного сусла, полученного при гидролизе полимеров топинамбура собственными ферментами сырья (вариант 1), не позволяет завершить процесс брожения к 72 часам (данный факт свидетельствует о недостаточной ферментативной активности сушеного топинамбура);
• внесение в смесь микробной экзои-нулиназы (вариант 2) в дозировке 3,0 ед. ИН / г инулина сырья дает возможность при использовании спиртовых и винных дрожжей полностью завершить процесс сбраживания;
• использование ферментного препарата протеолитического действия(вариант 3), независимо от расы дрожжей, интенсифицирует процесс брожения;
• сравнительный анализ кривых сбраживания образцов сусла с использованием разных рас дрожжей показал преимущество использования спиртовых дрожжей РегтЫ при сбраживании сусла, полученного по вариантам 2 и 3.
Для большей визуализации зависимостей данные, представленные на рис. 1, обработаны и построены кривые, рассчитанные по часовому приросту С02. Установлено (рис. 2), что использование дрожжей РегтЫ характеризуется максимальным значени-
ем выделения С02 — 0,27 г/100 г сусла в час (для дрожжей SШA activhefe 3 и Safbrew ^В-06 соответственно 0,23 и 0,21 г/100 г сусла в час), при этом пик выделения максимума С02 при использовании дрожжей РегтЫ соответствует 12 ч, винных и спиртовых — 24 ч.
Известно, что увеличение нормы внесения дрожжей интенсифицирует процесс сбраживания, особенно на первых этапах. Учитывая высокое содержание потенциально сбраживаемых углеводов в сушеном топинамбуре, представленных преимущественно олигосахарида-ми и низкомолекулярными фракциями инулина (общее содержание инулина в исследованных образцах соответствовало 68,9-76,8% на сухое вещество), в работе провели эксперименты по варьированию нормы внесения дрожжей. Были сняты кривые выделения С02 при сбраживании осахаренного сусла, полученного по варианту 3, с использованием спиртовых, винных и пивоваренных дрожжей (норма внесения дрожжей составляла 50, 100 и 200мг /100 г сусла).
Анализ полученных данных позволил выявить следующие зависимости:
• использование дрожжей в количестве 50 мг/100 г сусла не позволяет завершить процесс сбраживания в исследуемом периоде (72 ч);
• увеличение нормы дрожжей со 100 до 200мг /100 г сусла в случае применения рас РегтЫ и SШA activhefe 3 позволяет повысить количество выделившегося СО2 на начальном этапе брожения, при использовании пивоваренных дрожжей данный показатель практически не меняется.
На рис. 3 представлены результаты, характеризующие интенсивность сбраживания сусла в зависимости от
0
0
0
72
0
12
72
2017
ПИВО и НАПИТКИ 27
ТЕХНОЛОГИЯ'
нормы внесения дрожжей Fermiol. Установлено, что пик соответствующий максимальному значению часового выделения СО2 при норме внесения дрожжей 200мг /100 г сусла возрастает против варианта 100 мг/100 г сусла на 0,03 г/100 г сусла.
На втором этапе работы образцы сброженного сусла, полученные с использованием дрожжей Fermiol, БША activhefe 3 и Safbrew ^Е-06 (норма внесения 100 и 200 мг/100 г сусла), были проанализированы по следующим показателям: крепость сброженного сусла; содержание летучих компонентов. Установлено (табл. 1), что максимальной крепостью характеризовались образцы сусла, при сбраживании которых были использованы спиртовые дрожжи Fermiol (8,15-8,20% об.). К преимуществам данной расы относится также то, что сбраживание практически завершается к 48 ч против 60-72 ч при использовании винных и пивоваренных дрожжей. Причем, применение дрожжей Safbrew ^Е-06 дает сброженное сусло пониженной крепости (7,65-7,71 % об.). Увеличение нормы внесения дрожжей мало влияет на крепость сброженного сусла.
Дополнительно в работе был рассчитан выход безводного спирта из 1 т сырья. Установлено, что использование в качестве сырья сушеного топинамбура, характеризуется высокими показателями по выходу (в лучших вариантах на уровне 41,4-41,7 дал/т сырья). К примеру, при переработке крахмалосо-держащего сырья (зерна с сопостави-
мыми значениями по влажности с предлагаемым новым видом сырья) данный показатель составляет в среднем 30,032,0 дал/т. Такой высокий выход безводного спирта в случае использования сушеного топинамбура связан, в первую очередь, с содержанием в нем инулина, массовая доля которого в конкретном образце составляла 69,1 % (в зерновых культурах данный показатель составляет 50,0-55,0%).
При разработке технологии нового спиртного напитка из топинамбура, кроме выхода безводного спирта из единицы переработанного сырья, необходимо учитывать качественные характеристики полупродуктов производства, в частности сброженного сусла, которые напрямую влияют на органолептические показатели конечного продукта.
Исходя из этого, в работе был исследован состав летучих компонентов образцов сброженного сусла. Установлено (табл. 2), что общее содержание летучих компонентов в большей степени определяется расой используемых дрожжей, а не нормой их внесения. Так, минимальным содержанием летучих компонентов характеризуются образцы, полученные с использованием спиртовых дрожжей Fermiol (10 386,93-10 861,6мг/дм3 безводного спирта), максимальным — пивоваренных Safbrew WB-06 (13 884,214 551,9 мг/дм3 безводного спирта). Увеличение нормы внесения дрожжей повышает содержание летучих компонентов в среднем на 474,7-667,7мг / дм3 безводного спирта.
Таблица 1
Показатель Fermiol SIHA activhefe 3 Safbrew WB-06
100 мг 200 мг 100 мг 200 мг 100 мг 200 мг
Крепость сброженного сусла, % об. . 8,15 8,20 7,95 7,90 7,65 7,71
Выход спирта, дал/т сырья 41,4 41,7 40,4 39,8 38,9 39,2
Таблица 2
Содержание Норма внесения дрожжей, мг/100 г сусла
летучих компонентов, Fermiol SIHA activhefe 3 Safbrew WB-06
мг/дм3 безводного спирта 100 мг 200 мг 100 мг 200 мг 100 мг 200 мг
Ацетальдегид 2319,3 2682,9 2962,0 3305,8 4506,3 4409,5
Этилацетат 232,6 209,6 151,0 132,5 261,8 378,9
Метанол 2928,3 2986,6 3487,3 3653,3 3752,1 3773,0
Высшие спирты 4480,2 4564,4 4447,9 4451,7 4802,1 5513,8
В том числе:
1-пропанол 793,4 805,3 696,0 693,2 1550,6 1620,4
изобутанол 1039,1 1033,8 946,5 994,1 800,4 1064,4
изоамилол 2647,7 2725,3 2805,4 2764,4 2451,1 2829,0
Энантовый эфир 50,0 53,8 31,7 31,4 48,3 45,1
Фенилэтиловый спирт 221,9 315,8 198,6 250,1 362,5 430,6
Сумма летучих компонентов* 10 386,93 10 861,6 11 370,5 11 939,1 13 884,2 14 551,9
*При определении суммы летучих компонентов учитывались все идентифицированные летучие компоненты, некоторые из них в иллюстративных материалах не представлены.
Выявлены существенные различия в содержании отдельных летучих компонентов в образцах в зависимости от расы использованных дрожжей. Применение спиртовых дрожжей Fermiol характеризуется пониженным содержанием в сброженном сусле ацетальдегида и метанола, что следует считать положительным при оценке состава летучих компонентов данных образцов. Суммарное содержание высших спиртов варьируется от 4447,9 до 5513,8 мг /дм3 безводного спирта. Причем, использование спиртовых и винных дрожжей практически одинаково влияет на значение данного показателя, а применение пивоваренных дрожжей повышает его. Кроме того, выявлены существенные отличия в соотношении содержания отдельных высших спиртов в образцах. Так, соотношение изоамилола и суммы 1-пропанола и изобутанола, при использовании Fermiol, SШA activhefe 3 и Saf-brew WB-06, составляет соответственно (1—1,44)—(1—1,48); (1—1,64)—(1—1,71) и (1 —1,04)—(1 —1,05). Ранее, при анализе солодовых и зерновых дистиллятов было установлено, что снижение данного соотношения позволяет получить продукт с лучшими органолептическими характеристиками [7, 8]. Следовательно, с позиции общего содержания высших спиртов и соотношения отдельных компонентов, преимущество имеют образцы, полученные с использованием пивоваренных дрожжей. Кроме того, данные образцы характеризуются более высоким содержанием фенилэтилового спирта, который также может улучшить органолеп-тические показатели спиртных напитков.
В целом исследование динамики выделения диоксида углерода, определение крепости образцов при выбранной длительности процесса и анализ летучих компонентов в сброженных образцах сусла показывает, что каждая из примененных рас дрожжей имеет определенные особенности метаболизма при сбраживании осахаренного сусла из сушеного топинамбура. Применение спиртовых дрожжей имеет ряд преимуществ, поскольку они позволяют интенсифицировать процесс сбраживания и получить сброженное сусло с максимальной крепостью и минимальным содержанием в нем таких негативно влияющих на конечный продукт летучих компонентов, как ацетальдегид и метанол. В целом, на этапе сбраживания осахаренного сусла из сушеного топинамбура, рекомендуется: на стадии подготовки сырья к сбраживанию использовать ферментные препараты, содержащие экзоинулиназу
28 ПИВО и НАПИТКИ 2017
Технология
и эндопротеазу; на стадии сбраживания применять сухие спиртовые дрожжи РегтЫ в количестве 100 мг/100 г сусла; осуществлять процесс сбраживания при температуре 28...30 °С.
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. Чечеткин, Д.В. Исследование процесса гидролиза фруктозанов топинамбура под действием собственных гидролаз сырья/Д. В. Чечеткин, Л. Н. Крикунова, Г П. Карпиленко // Хране-
ние и переработка сельхозсырья. — 2006. — № 4. — С. 39-43.
3. Волков, П. В. Выделение и свойства рекомби-нантных инулиназ Aspergillus sp./П.В. Волков, О.А. Синицина, Е.А Федорова и др. // Биохимия. — 2012. — Т. 77. — Вып. 5. — С. 611-621.
4. Оганесянц, Л. А Разработка технологии спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура (Часть 1. Стадия получения осахарен-ного сусла)/Л.А Оганесянц, В. А. Песчанская, Л. Н. Крикунова и др. // Пиво и напитки. — 2016. — № 6. — С. 34-37.
5. Крикунова, Л. Н. Применение ферментных препаратов различного действия в технологии этанола из топинамбура/Л. Н. Крикунова, Д. В. Чечеткин, Г П. Карпиленко // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2006. — № 2. — С. 36-38.
6. Крикунова, Л. Н. Энерго- и ресурсосберегающая технология этанола из топинамбура. III. Исследование процесса сбраживания сусла из топинамбура/Л. Н. Крикунова, М. М. Александрова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2000. — № 10. — С. 57-59.
7. Оганесянц, Л.А. Некоторые аспекты производства солодового дистиллята (Часть III. Характеристика дистиллята)/Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, Л. Н. Крикунова и др. // Пиво и напитки. — 2016. — № 2. — С. 30-32.
8. Песчанская, В.А. Влияние длительности нагрева сброженного сусла на выход и качественные характеристики зерновых дистиллятов/В. А. Песчанская, Л.Н. Крикунова, Е. В. Дубинина//Пиво и напитки. — 2016. — № 3. — С. 36-39. &
Разработка технологии спиртных напитков
на основе дистиллята из топинамбура.
Часть 2. Стадия сбраживания осахаренного сусла
Ключевые слова
брожение; дрожжи; летучие компоненты сброженного сусла; осахаренное сусло из топинамбура.
Реферат
В данной работе представлены результаты исследования процессов брожения осахаренного сусла из сушеного топинамбура. Изучены факторы, влияющие на процесс: способ получения сусла, раса дрожжей, количество дрожжей, вносимых в сусло. Получение сусла осуществляли тремя способами: гидролиз биополимеров сырья собственными ферментами топинамбура (вариант 1); гидролиз фруктозанов сырья собственными ферментами топинамбура в сочетании с микробной экзоинулиназой (вариант 2); гидролиз фруктозанов и белков сырья собственными ферментами топинамбура в сочетании с микробной экзоинулиназой и эндопротеазой (вариант 3). Установлено, что лучшим является вариант 3. Показано, что интенсивность сбраживания осахаренного сусла из сушеного топинамбура зависит от используемой расы дрожжей. В работе применяли спиртовые дрожжи Fermiol, винные дрожжи SIHA activhefe 3 и пивоваренные — Safbrew WB-06. Установлено, что использование дрожжей Регтю1 характеризуется максимальной интенсивностью сбраживания. Было изучено влияние количества вносимых дрожжей на интенсивность сбраживания сусла из топинамбура. Количество дрожжей составляло 50, 100 и 200 мг/100 г сусла. Установлено, что максимальная концентрация этанола была обнаружена в образцах сусла, при сбраживании которых были использованы спиртовые дрожжи Fermiol (8,15-8,20% об.). К преимуществам данной расы относится высокая скорость сбраживания — процесс завершился за 48 ч, что на 18-24 ч быстрее, чем при использовании винных или пивоваренных дрожжей. Изучен состав летучих компонентов образцов сброженного сусла. Выявлены существенные отличия в содержании отдельных летучих компонентов в образцах в зависимости от расы дрожжей. На стадии сбраживания осахаренного сусла из сушеного топинамбура рекомендовано применять сухие спиртовые дрожжи Регтю1, которые следует вносить из расчета 100 мг/100 г сусла и осуществлять процесс брожения при температуре 28...30 °С в течение около 48 ч.
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, 7,
[email protected], [email protected], [email protected]
Creation of Technology of Alcoholic Beverages on the Basis of the Jerusalem Artichoke Distillate. Part 2. Step of Fermentation of the Saccharified Wort
Key words
fermentation, yeast; volatile components of the fermented wort; saccharified wort from Jerusalem artichoke.
Abstract
Results of researches of the processes of fermentation of the saccharified wort from dried Jerusalem artichoke are presented in this work. The factors influencing on the process were studied: a method of producing a wort, the race of yeast, amount of yeast that is introduced into wort. Obtaining the wort was carried out in three ways: the hydrolysis of the biopolymers of the raw materials by own enzymes of Jerusalem artichoke (option 1); the hydrolysis of fructosans of the raw materials by own enzymes of Jerusalem artichoke in combination with a microbial Exoinuli-nase (option 2); hydrolysis of fructosans and protein of the raw materials by own enzymes of Jerusalem artichoke in combination with a microbial Exoinulinase and an Endoprotease (option 3). It was found, that option 3 is the best way. It is shown that the intensity of fermentation of the saccharified wort from dried Jerusalem artichoke depends on the used race of yeast. «Fermiol» alcohol yeast, wine yeast SIHA 3 activhefe and brewing yeast Safbrew WB-06 were used. It was found, that the using of yeast «Fermiol» is characterized by maximum intensity of fermentation. The influence of quantity of the yeast on the rate of fermentation of Jerusalem artichoke wort was investigated. The amounts of yeast were 50, 100 and 200 mg/100 g of wort. It was established that the maximum concentration of ethanol was found in samples of the wort, in which were used for fermentation the alcohol yeast Fermiol (8.15-8.20% vol.). The advantages of this race of yeast include high speed of the fermentation process that ended after 48 hours, which faster on 18-24 hours than with using of the wine's yeast or brewer's yeast. The composition of volatile components of the samples of the fermented worts was studied. The significant differences in the content of the some volatile components in the samples depending on the race of yeast was revealed. Is recommended to use dry alcohol yeast Fermiol at the stage of fermentation of saccharified wort from dried Jerusalem artichoke, that should be introduced into the wort in amount 100 mg/100 g and carry out the fermentation process at temperature of 28...30 °C during about 48 hours.
Authors
Oganesyants Lev Arsenovich, Doctor of Technical Science, Professor, Academic 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]
2017 ПИВО и НАПИТКИ 29
