CC BY
29
ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 663.3
DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10039
Регулирование концентрации метанола в дистилляте из кизила
Е.В. Дубинина*, канд. техн. наук; В.А. Трофимченко, канд. техн. наук; М.А. Захаров, канд. техн. наук; В.А. Захарова
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, Москва
Дата поступления в редакцию 28.10.2020 Дата принятия в печать 7.12.2020
Реферат
© Дубинина Е. В, Трофимченко В А, Захаров М.А, Захарова В А, 2020
Концентрация метанола в спиртных напитках на основе фруктовых дистиллятов значительно выше, чем в коньяке, виски или роме. Она зависит как от вида фруктового сырья, так и от особенностей принятой технологии. Настоящая работа посвящена изучению влияния физико-химического состава сброженной кизиловой мезги на динамику изменения концентрации метанола при ее дистилляции, а также определению режимных параметров дистилляции, обеспечивающих минимальное содержание метанола в дистилляте. Объектами исследования служили образцы сброженной кизиловой мезги, закрепленные этиловым спиртом-ректификатом до различной крепости; сброженная мезга, закрепленная кизиловым дистиллятом; а также образцы фракций дистиллятов. Установлено, что при дистилляции кизиловой мезги концентрация метанола снижается в начальный период и резко возрастает в конце дистилляции - в хвостовой фракции. Минимальная концентрация метанола в течение всего процесса зафиксирована при дистилляции мезги, закрепленной этиловым спиртом до 18-24% об. Добавление в мезгу перед дистилляцией кизилового дистиллята от предыдущей перегонки привело к изменению характера кривой накопления метанола. В этом случае он концентрировался в большей степени в средней фракции. Показано положительное влияние задержки флегмы и снижения скорости дистилляции на динамику изменения концентрации метанола в средней фракции дистиллята. Определены следующие режимные параметры дистилляции, обеспечивающие минимальное содержание метанола в продукте: дистилляция с задержкой флегмы на нижней тарелке укрепляющей колонны при скорости 5,5-3,4 см3/мин.
Ключевые слова
дистилляция; метанол; режимные параметры; сброженная кизиловая мезга; физико-химический состав. цитирование
Дубинина Е.В, Трофимченко В.А, Захаров М.А, Захарова В.А. (2020) Регулирование концентрации метанола в дистилляте из кизила //Пиво и напитки.
The concentration of methanol in alcoholic beverages based on fruit distillates is significantly higher than in cognac, whiskey or rum. It depends both on the type of fruit raw materials and on the features of the adopted technology. This work is devoted to study the influence of physico-chemical composition of fermented cornel fruits pulp on the dynamics of changes in the concentration of methanol at its distillation and identification of the operating parameters of distillation, providing the minimum methanol content in the distillate. The objects of research were samples of fermented cornel fruits pulp alcoholized with ethyl alcohol-rectification to various strengths, fermented pulp alcoholized with cornel fruits distillate, as well as samples of distillate fractions. It was found that during the distillation of cornel fruits pulp, the concentration of methanol decreases in the initial period and increases sharply at the end of distillation - in the tail fraction. The minimum concentration of methanol during the entire process was recorded during the distillation of pulp alcoholized with ethyl alcohol to 18-24% vol. Adding cornel fruits distillate from the previous distillation to the pulp before distillation led to a change in the nature of the methanol accumulation curve. In this case, it was concentrated to a greater extent in the middle fraction. The positive effect of phlegm delay and reduction of the distillation rate on the dynamics of changes in the methanol concentration in the average distillate fraction is shown. The following operating parameters of distillation were determined to ensure the minimum content of methanol in the product: distillation with phlegm delay on the lower plate of the reinforcing column at a speed of 5.5-3.4 cm3/min.
Key words
distillation; methanol; operating parameters; fermented cornel fruits pulp; physical and chemical composition. citation
Dubinina E. V, Trofimchenko VA, Zakharov MA, Zakharova VA. (2020) Regulation of the Methanol Concentration in Distillate from Cornel Fruits // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2020. No. 4 P. 21-24.
2020. № 4. С 21-24.
E. V Dubinina*, Candidate of Technical Science; VA. Trofimchenko, Candidate of Technical Science; M.A. Zakharov, Candidate of Technical Science; VA. Zakharova All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry -Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow
Received: October 28,2020 Accepted: December 1,2020
Abstract
© Dubinina E. V, Trofimchenko VA, Zakharov M.A., Zakharova VA, 2020
ISSN 2072=9650
4•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 21
технология'
К
ак известно, одним из важнейших показателей безопасности . алкогольной продукции служит массовая концентрация токсичных веществ, к которым относится метанол (метиловый спирт). Метанол по своей токсичности в 80 раз превосходит этиловый спирт и в 20 раз — высшие спирты (изобута-нол и изоамилол) [1]. Концентрация метанола в спиртных напитках на основе фруктовых (плодовых) дистиллятов значительно выше, чем в коньяке, виски или роме и зависит как от вида фруктового сырья, так и от особенностей принятой технологии [2-4]. Данный факт обусловлен более высоким содержанием пектиновых веществ в большинстве видов фруктов по сравнению с виноградом и другими видами растительного сырья (зерно, тростник, топинамбур и др.). Известно, что пектиновые вещества в фруктах и ягодах содержатся в виде нерастворимого пектина (протопектина) и растворимого пектина. Источником образования метанола при переработке такого сырья служит растворимый пектин. Содержание растворимого пектина в процессе производства фруктовых (плодовых) дистиллятов может сильно повыситься в результате ферментативного гидролиза протопектина, проходящего на стадиях мацерации и сбраживания, а также при его термическом разрушении в процессе дистилляции [5, 6]. В соответствии с требованиями по содержанию метанола, установленными действующей в РФ нормативной документацией, его массовая концентрация во фруктовых (плодовых) дистиллятах не должна превышать 2,0 г/дм3 (в пересчете на безводный спирт — около 5,0 г) [7].
В плодах дикорастущего кизила, по данным [8], содержание пектиновых веществ составляет в среднем 2,99%, а нерастворимый пектин (протопектин) в них составляет до 98,3%. Имеются сведения, что в плодах культурных сортов кизила содержание пектиновых веществ ниже и со-
ставляет 0,87-1,08% от веса свежего сырья, в яблоках этот показатель составляет 0,91-1,21% [9, 10]. Таким образом, можно констатировать, что концентрация пектиновых веществ в плодах кизила сопоставима с этим показателем в яблоках.
В связи с вышеизложенным, разработка способов регулирования концентрации метанола на всех этапах технологического процесса получения дистиллята из кизила — актуальное направление исследований.
Ранее было показано, что концентрация метанола в сброженном сырье зависит от его состава и агрегатного состояния. Так, установлено, что в сброженной кизиловой мезге содержание метанола было ниже почти в два раза по сравнению с его содержанием в сброженном кизиловом соке [11]. Кроме того, на накопление метанола в сброженном сырье влияют ферментативная обработка, состав используемого активатора брожения, а также режимы сбраживания [12]. В результате проведенных исследований было показано, что при сбраживании кизиловой мезги необходимо использовать активатор брожения с величиной отношения концентрации аминного азота к концентрации фосфора от 0,07 до 0,10, что позволяет при высокой эффективности сбраживания сырья значительно снизить концентрацию метанола [13].
Цель настоящей работы заключалась в изучении влияния физико-химического состава сброженного сырья на динамику изменения концентрации метанола в кизиловом дистилляте и определении режимных параметров дистилляции, обеспечивающих минимальное его содержание в продукте.
В качестве объектов исследования были использованы пять образцов подготовленной кизиловой мезги: три образца сброженной мезги, закрепленные этанолом до разной крепости (образцы 2, 3, 4); один образец
Физико-химический состав кизиловой мезги, подготовленной к дистилляции
Показатель 1 (контроль) 2 Образец 3 4 5
Объемная доля этилового спирта, % 6,1 10,1 18,0 24,0 10,1
Массовая концентрация сахаров, г/дм3 1,5 1,0 0,8 0,5 1,0
Титруемая кислотность, г/дм3 14,2 12,4 11,4 10,5 13,1
рН 3,0 3,1 3,1 3,2 3,1
(образец 5), приготовленный путем добавления в сброженную мезгу кизилового дистиллята из расчета повышения крепости до 10%об. (см. таблицу); а также образцы фракций дистиллятов. Контролем служила некрепленая сброженная мезга и фракции полученного из нее дистиллята (образец 1).
Определение физико-химических показателей в объектах исследования осуществляли с использованием стандартизированных методик.
Дистилляцию опытных образцов осуществляли на установке прямой сгонки с укрепляющей колонной и дефлегматором компании КоШе DestШatюшtechmk (Германия). Укрепляющая колонна расположена непосредственно на перегонном кубе и оснащена тремя регулируемыми барботажными тарелками, что позволяет изменять флегмовое число и оптимизировать массообмен, тем самым обогатить дистиллят одними летучими компонентами и минимизировать переход других. Дистилляцию осуществляли при температуре греющих паров 100...110 °С и давлении — от 0,1 атм (в начале дистилляции) до 0,2-0,25 атм. Температура паров дистиллята на входе в дефлегматор в процессе перегонки изменялась от 82 до 99,8 °С. Дистилляцию заканчивали при показаниях термометра на входе в холодильник 99,8 °С. В ходе дистилляции осуществляли отбор головной фракции, порций дистиллята в объеме от 50 до 250 см3 и хвостовой фракции. В отобранных фракциях определяли объемную долю этилового спирта и массовую концентрацию метанола. Анализ динамики изменения концентрации метанола при дистилляции кизиловой мезги показал, что характер кривой обогащения дистиллята метанолом зависит от крепости перегоняемой мезги (рис. 1).
Установлено, что при дистилляции кизиловой мезги концентрация метанола снижается в начальный период и резко возрастает в конце дистилляции — в хвостовой фракции. Максимальный рост концентрации метанола отмечался при дистилляции контрольного образца. При дистилляции мезги, закрепленной этиловым спиртом до 18-24%об. (образцы 3, 4), концентрация метанола как в головной фракции, так и в течение всего процесса была минимальной. Повышение кон-
22 ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2020
ISSN 2072=9650
центрации метанола в хвостовой фракции объясняется термическим разрушением пектиновых веществ мезги, причем сильнее этот процесс проходил в контрольном образце. Добавление в мезгу перед дистилляцией кизилового дистиллята от предыдущей перегонки привело к изменению характера кривой накопления метанола — в этом случае он концентрировался в большей степени в средней фракции. Таким образом, установлено, что повышение крепости сброженной мезги до 18-24%об. путем добавления этилового спирта-ректификата из сельскохозяйственного сырья позволяет снизить интенсивность перехода метанола в дистиллят.
На следующем этапе исследований было изучено влияние режимных параметров дистилляции на обогащение дистиллята метанолом. Дистилляции подвергали образец 4 при различных режимах работы установки: без задержки флегмы (образец 4.1); с задержкой флегмы на нижней тарелке (образец 4.2); с высокой интенсивностью нагрева (образец 4.3); с пониженной интенсивностью нагрева (образец 4.4).
Динамика изменения концентрации метанола в дистилляте при различных режимах работы установки представлена на рис. 2.
Установлено, что по сравнению с дистилляцией без задержки флегмы (образец 4.1), при дистилляции с задержкой флегмы (образец 4.2) концентрация метанола повышается в головной и хвостовой фракциях и снижается — в средней. Аналогичные изменения динамики накопления метанола в дистилляте были отмечены при изменении интенсивности нагрева. Уменьшение интенсивности нагрева приводило к снижению скорости дистилляции, что повлияло на разделение летучих компонентов. В результате в образце 4.4 концентрация метанола во фракциях Ф1-Ф4 снижалась в среднем на 15-20% относительно образца 4.3. Установлено, что такой эффект достигается при изменении скорости дистилляции с 8,5 до 5,5-3,4 см3/мин.
В целом, полученные результаты позволяют сделать заключение о том, что закрепление сброженной мезги до 18-24%об. этиловым спиртом-ректификатом перед дистилляцией позволяет снизить концентрацию метанола в средней фракции ки-
0 Н-1-1-1-1-1
Г.Ф. Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 Хв.Ф
Фракции дистиллята
Образец 1 (контроль) Образец 2 -•- Образец 3 ••■•• Образец 4 ■♦■ Образец 5
Рис. 1. Динамика изменения концентрации метанола в дистилляте при дистилляции подготовленной кизиловой мезги
....................................................................................................................1
z л
о X к 1 7ПП 1
Z cs у I
! 1300 - X о S 1100 -в о £ 900 -700 -
Г.Ф. Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 Хв.Ф Фракции дистиллята 1 Образец 4.1 ■ Образец 4.2 ■ Образец 4.3 ■ Образец 4.4
Рис. 2. Влияние режимных параметров дистилляции на изменение концентрации метанола во фракциях
зилового дистиллята в 2,5-3 раза. Показано положительное влияние задержки флегмы и снижения скорости дистилляции на динамику изменения концентрации метанола в средней фракции дистиллята. Определены следующие режимные параметры дистилляции, обеспечивающие минимальное содержание метанола в продукте: дистилляция с задержкой флегмы на нижней тарелке укрепляющей колонны при скорости 5,5-3,4 см3/мин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Яровенко, В. Л. Технология спирта / В. Л. Яровенко, В. А. Маринченко, В. А. Смирнов и др.; под ред. проф. В.Л. Яровенко. — М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002. — 464 с.
2. Оганесянц, Л.А. Оценка технологических свойств рябины обыкновенной в качестве сырья для плодовой водки / Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, Е. В. Дубинина, [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2016. — № 9. — С. 19-22.
ISSN 2072=9650
4•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
технология'
3. Крикунова, Л. Н. Разработка технологии спиртного напитка на основе вишневого дистиллята / Л. Н. Крикунова, Е. В. Дубинина // Хранение и переработка сельхоз-сырья. - 2017. - № 4. - С. 25-28.
4. Дубинина, Е. В. Влияние способа подготовки сырья на состав летучих компонентов и выход дистиллятов из малины / Е. В. Дубинина, В. П. Осипова, В. А. Тро-фимченко // Пиво и напитки. — 2018. — № 1. — С. 28-32.
5. Оганесянц, Л.А. Изучение летучих компонентов шелковичных дистиллятов / Л. А. Оганесянц, Г. В. Лорян // Виноделие и виноградарство. — 2015. — № 2. — С. 17-20.
6. Ли, Э. Спиртные напитки: Особенности брожения и производства / Э. Ли, Дж. Пигготт (ред.); пер. с англ. под общ. ред. А. Л. Панасюка. — СПб.: Профессия, 2006. — 552 с.
7. ГОСТ32160-2013. Дистиллят фруктовый (плодовый). Технические условия. — Введ. 2014-07-01. — М.: Стандартинформ, 2014. — 4 с.
8. Донченко, Л.В. Фракционный состав пектиновых веществ айвы и дикорастущего сырья / Л. В. Донченко, С. Н. Едыгова, Т. Б. Колотий, Г. Ю. Арутюнова // Известия ВУЗОВ. Пищевая технология. — 2008. — № 2-3. — С. 118-119.
9. Sochor, J. Characterization of Cornelian Cherry (Conus mas L.) genotypes — genetic resources for food production in Czech Republic / J. Sochor, T. Jurikova, S. Ercisli, J. Mlcek, M. Baron, S. Balla, S. O. Yilmaz, T. Necas // Genetika. — 2014. — Vol. 46, — No. 3. — Pp. 915-924. — DOI: 10.2298/GEN-SR1403915S.
10. Оганесянц, Л. А. Теория и практика плодового виноделия / Л. А. Оганесянц, А. Л. Панасюк, Б. Б. Рейтблат. — М.: 2012. — 396 с.
11.Дубинина, Е.В. Сравнительная оценка способов сбраживания кизила при производстве дистиллятов / Е. В. Дубинина, Л. Н. Крикунова, В. А. Тро-фимченко, [и др.] // Пиво и напитки. — 2020. — № 2. — С. 45-49. — DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10020.
12. Оганесянц, Л. А. Ресурсосберегающая технология дистиллята из вишневой
мезги / Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, Г. А. Алиева, Е. В. Дубинина // Пищевая промышленность. — 2013. — № 7. — С. 29-31.
13. Оганесянц, Л. А. Оценка перспектив применения активаторов брожения в технологии дистиллятов из плодов кизила / Л. А. Оганесянц, Л. Н. Крикунова, Е. В. Дубинина, [и др.] // Ползуновский вестник. — 2020. — № 3. — С. 24-30. — DOI: 10.25712/ASTU. 2072-8921.2020.03.004.
REFERENCES
1. Jarovenko VL, [et al]. Tehnologija spir-ta [Alcohol technology]. Pod red. prof. V. L. Jarovenko. — M.: Kolos, «Kolos-Press», 2002, 464 p. (In Russ.)
2. Oganesyants LA, Peschanskaja VA, Dubi-nina EV, Trofimchenko VA. Ocenka tehno-logicheskih svojstv rjabiny obyknovennoj v kachestve syr'ja dlja plodovoj vodka [Evaluation of technological properties of mountain ash as a raw material for fruit vodka]. Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja [Storage and processing of agricultural raw materials]. 2016;9:19-22. (In Russ.)
3. Krikunova LN, Dubinina EV. Razrabotka tehnologii spirtnogo napitka na osnove vishnevogo distilljata [Development of technology for alcoholic beverages based on cherry distillate]. Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja [Storage and processing of agricultural raw materials]. 2017;4:25-28. (In Russ.)
4. Dubinina EV, Osipova VP, Trofimchenko VA. Vlijanie sposoba podgotovki syr'ja na sostav letuchih komponentov i vyhod distilljatov iz maliny [Influence of the raw material preparation method on the composition of volatile components and the yield of distillates from raspberries]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2018;1:28-32. (In Russ.)
5. Oganesyants LA, Lorjan GV. Izuchenie le-tuchih komponentov shelkovichnyh distilljatov [Study of the volatile components of silkworm distillates]. Vinodelie i vinogra-darstvo [Winemaking and viticulture]. 2015;2:17-20. (In Russ.)
6. Li Je, PiggottDzh. Fermented beverade production New York [etc.]: Kluwer acad.: Ple-
num publ., cop. 2003 (Russ. ed. Panasjuk AL. Spirtnye napitki: Osobennosti brozhenija i proizvodstva. Saint Petersburg: Professija, 2006. 552 p.) (In Russ.)
7. GOST 32160-2013. Distilljat fruktovyj (plodovyj). Tehnicheskie uslovija [State Standart 32160-2013. Fruit distillate. Specifications]. Moscow: Standartinform; 2014. 4 p. (In Russ.)
8. Donchenko LV, Edygova SN, Kolotij TB., [et al.]. Frakcionnyj sostav pektinovyh vesh-hestv ajvy i dikorastushhego syr'ja [Fractional composition of pectin substances of quince and wild-growing raw materials]. Izvestija VUZOV. Pishhevaja tehnologija [News UNIVERSITIES. Food technology]. 2008;2-3:118-119. (In Russ.)
9. Sochor J, Jurikova T, Ercisli S, [et al.]. Characterization of Cornelian Cherry (Conus mas L.) genotypes — genetic resources for food production in Czech Republic. Genetika. 2014;46 (3):915-924. DOI: 10.2298/ GENSR1403915S.
10. Oganesyants LA, Panasjuk AL, Rejtblat BB. Teorija i praktika plodovogo vinodelija [Theory and practice of fruit winemaking]. Moscow: Promyshlenno-konsaltingovaya gruppa «Razvitie», 2012. 396 p. (In Russ.)
11.Dubinina EV, Krikunova LN, Trofimchenko VA, [et al.]. Sravnitel'naja ocenka spo-sobov sbrazhivanija kizila pri proizvodstve distilljatov [Comparative evaluation of the cornel berry fermentation methods in the production of distillates]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2020;2:45-49. DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10020 (In Russ.)
12. Oganesyants LA, Peschanskaja VA, Alieva GA, [et al.]. Resursosberegajushhaja tehnologija distilljata iz vishnevoj mezgi [Resource-saving technology of distillate from cherry pulp]. Pishhevaja promyshlennost' [Food industry]. 2013;7:29-31. (In Russ.)
13. Oganesyants LA, Krikunova LN, Dubinina EV, [et al.]. Ocenka perspektiv primenenija ak-tivatorov brozhenija v tehnologii distillja-tov iz plodov kizila [Evaluation of the fermentation activators use prospects in the technology of cornelian cherries distillates]. Polzunovskij vestnik [Polzunovsky Bulletin]. 2020;3:24-30. DOI: 10.25712/ASTU. 20728921.2020.03.004. (In Russ.) <®
Авторы
Дубинина Елена Васильевна, канд. техн. наук; Трофимченко Владимир Александрович, канд. техн. наук; Захаров Максим Александрович, канд. техн. наук; Захарова Варвара Алексеевна
Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, 119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, [email protected], [email protected], [email protected]
Authors
Elena V Dubinina, Candidate of Technical Science; Vladimir A. Trofimchenko, Candidate of Technical Science; Maksim A. Zakharov, Candidate of Technical Science; Varvara A. Zakharova
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, [email protected], [email protected], [email protected]
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2020
ISSN 2072=9650
