CC BY
38
ТЕХНОЛОГИИ
УДК 663.542
Сравнительная характеристика способов производства дистиллятов из топинамбура
ВА. Песчанская; Л. Н. Крикунова,
д-р техн. наук, профессор ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН
При разработке новой высокоэффективной технологии спиртного напитка на основе дистиллята из любого вида растительного сырья, в том числе топинамбура, необходимо проведение исследований на каждом этапе производства с целью выявления значимых факторов и определения оптимальных параметров процессов.
Ранее, при исследовании стадий получения и сбраживания сусла из сушеного топинамбура, были проведены эксперименты по выбору способов подготовки сырья к дистилляции и определению влияния степени подкисления сусла, вида активатора брожения и т. д. на характеристики сброженного сусла (крепость, состав летучих компонентов) [1, 2].
На основании полученных данных и проведенной математической обработки (метод латинских прямоугольников [3]) были разработаны оптимальные режимные параметры одностадийного способа подготовки сушеного топинамбура к дистилляции, включающие: смешивание сырья с водой при гидромодуле 1 : 4,5; подкисление сусла раствором Н^04 до рН 4,5; применение микробной инулиназы с дозировкой 4,5 ед. ИН/г инулина сырья; внесение активатора брожения Витамон Комби; использование сухих спиртовых дрожжей Fermiol в количестве 100 мг/100 г сусла; сбраживание при температуре 28...30 °С в течение 72 ч [4].
Настоящая работа посвящена изучению процессов, проходящих на стадии дистилляции сброженного
сусла из сушеного топинамбура, а именно, определению влияния способов дистилляции на выход фракций, качественный и количественный состав летучих компонентов дистиллятов.
В ходе исследования были рассмотрены два способа дистилляции: однократная и двукратная. Эксперименты проводили с применением сушеного топинамбура с массовой долей влаги и инулина 11,2 и 54,2 %, соответственно. Процесс дистилляции осуществляли с использованием дистилляци-онной установки компании КоШе DestШationstechnik (Германия).
Технологические схемы дистилляции, как известно, должны быть подчинены основной цели: накоплению и сохранению в дистилляте высокоценных составных частей, участвующих в формировании ор-ганолептических показателей готового продукта.
Принципиально способы дистилляции разделяют на одно- и двукратную дистилляцию. В первом случае при перегонке сброженного сырья выделяют три фракции: головную, среднюю и хвостовую. Двукратная дистилляция включает два этапа: на 1-м — из сброженного сырья получают спирт-сырец, а на 2-м — его перегоняют с разделением на головную, среднюю и хвостовую фракции.
Практика показала, что выбор способа дистилляции зависит, в том числе, от исходных характеристик сырья. При разработке технологии спиртных напитков на основе зерновых дистиллятов была рекомен-
44 ПИВО и НАПИТКИ
1•2019
'ТЕХНОЛОГИЯ
дована однократная схема дистилляции. Она, как показали авторы работы [5], характеризовалась большим новообразованием летучих компонентов, чем двукратная дистилляция. В 1-м случае их количество возрастало более чем на 12 %, во 2-м — лишь на 2,8 %. При этом было отмечено, что нелетучие компоненты сусла, находящиеся в нем как в растворенной, так и в нерас-творенной формах (дистилляции подвергали неосветленное сусло без отделения твердой фазы-дробины), могут быть источниками новообразования летучих компонентов.
Данных по влиянию способов дистилляции на выход и качественные характеристики дистиллятов при использовании сброженного сусла из сушеного топинамбура в литературе не выявлено. В связи с чем, в настоящей работе были проведены эксперименты, позволившие рекомендовать способ дистилляции для конкретного вида сырья.
На 1-м этапе работы был определен состав и содержание основных летучих компонентов сброженного сусла и спирта-сырца (табл. 1).
Установлено, что суммарное содержание летучих компонентов в спирте-сырце, по сравнению с исходным в сброженном сусле, возрастает более чем в 5 раз. Вместе с тем, в пересчете на абсолютный спирт оно повышается лишь на 9,7 %, в первую очередь, за счет увеличения количества ацетальдегида и метанола (примерно на 35 %), а также энантового эфира (более чем в 2 раза). Напротив, содержание таких летучих компонентов, как высшие спирты и фенилэтиловый
S ¡i
S (D ю с С
о и s¿ о и
as о z
, х о
го ^ 3 ало Si
100 ш 80 60 40 20 0
Двукратная дистилляция
I Головная фракция ■ Средняя фракция В Хвостовая фракция
Рис. 1. Зависимость выхода фракции
дистиллята из сушеного топинамбура от способа дистилляции
Таблица 1
Показатель Сусло (кр Содержание летучих компонентов, мг/дм3
епость 6,41%об.) Спирт-сырец (крепость 30,47%об.)
Ацетальдегид 65 411
Этилацетат 11 51
Метанол 114 738
Высшие спирты 165 694
В том числе:
1-пропанол 42 147
изобутанол 36 172
изоамилол 87 375
Энантовый эфир 1 11
Фенилэтиловый спирт 17 44
Сумма летучих компонентов* 378 1971
'В таблице при расчете суммы летучих компонентов учитывались все идентифицированные примеси, некоторые из них в иллюстрационный материал не включены.
Таблица 2
Влияние способа дистилляции на распределение спирта по фракциям
Показатель Дистилляция
однократная двукратная
Объем безводного спирта из 10 кг сброженного сусла, см3 640 640
Объем фракции, см3:
головная 65 40
средняя 635 600
хвостовая 270 240
Объемная доля этилового спирта во фракции, %:
головная 8 6 79,7
средняя 85,4 91,1
хвостовая 7,4 11,6
| Потери спирта, % от исходного в сброженном сусле 3,6 5,3
спирт, снижается соответственно на 12 и 45 %.
Выявлено (табл. 2), что способ дистилляции влияет на распределение спирта по фракциям и определяет его потери. Двукратная дистилляция характеризуется более высокими потерями спирта. Они возрастают с 3,6 до 5,3 %, из них потери на стадии получения спирта-сырца составляют 3,1 %. Выявленная зависимость ранее была отмечена и при производстве фруктового (плодового) и зернового дистиллятов [5, 6].
Расчет по выходу фракций, представленный на рис. 1, показал, что способ дистилляции при использовании сушеного топинамбура не оказывает существенного влияния на процентное распределение безводного спирта по фракциям.
Вместе с тем, выявленные отличия в составе сброженного сусла и
спирта-сырца оказывали влияние на баланс распределения основных летучих компонентов при дистилляции по фракциям. Исходные данные к расчету баланса приведены в табл. 3.
Представленные данные показывают, что в процессе дистилляции сброженного сусла из сушеного топинамбура, осуществляемом в режиме, предложенном производителем дистилляционной установки ^ = 100...110 °С, т = 2 ч), основное содержание такого труднолетучего компонента, как фенилэтиловый спирт, остается в отходе производства — барде. Суммарное содержание фенилэтилового спирта во фракциях при однократной дистилляции составляет примерно 40 % от его количества в сусле, при двукратной — свыше 60 % от его содержания в спирте-сырце, при этом концентрируется он в хвостовой фракции (Ф6).
1•2019
ПИВО и НАПИТКИ 45
ТЕХНОЛОГИЯ'
Таблица 3
Показатель Сусло Ф1 однократная ЕФ2-Ф5 Содержание летучих компонентов, мг Дистилляция Ф6 Спирт-сырец Ф1 двукратная ЕФ2-Ф5 Ф6
Ацетальдегид 646 507 253 2 836 784 74 -
Этилацетат 106 90 50 - 104 50 56 -
Метанол 1138 132 1203 107 1502 106 1424 32
Высшие спирты 1649 69 1411 18 1412 16 1055 350
В том числе:
1-пропанол 424 17 312 4 299 5 272 36
изобутанол 357 23 360 4 350 6 231 38
изоамилол 868 29 739 10 763 5 552 276
Энантовый эфир 10 3 26 - 22 1 18 2
Фенилэтиловый спирт 174 1 17 58 89 - - 55
Сумма летучих компонентов 3779 826 3040 193 4011 989 2662 465
Таблица 4
Показатель Дистилляция
однократная двукратная
Содержание летучих компонентов в сусле или спирте-сырце, мг 3779 4011
Суммарное содержание летучих компонентов во фракциях Ф1, £Ф2-Ф5, Ф6 4059 4116
Количество фенилэтилового спирта в барде, мг 98 34
Содержание летучих компонентов во фракциях с учетом потерь фенилэтилового спирта с бардой, мг 4157 4150
Новообразование, % 10,0 3,5
Ацетальдегид Этилацетат Метанол Высшие спирты
■ Головная фракция I Средняя фракция ■ Хвостовая фракция
Рис. 2. Баланс распределения отдельных летучих компонентов по фракциям при однократной дистилляции
Ацетальдегид Этилацетат Метанол Высшие спирты
В Головная фракция I Средняя фракция В Хвостовая фракция
Рис. 3. Баланс распределения отдельных летучих компонентов по фракциям при двукратной дистилляции
С учетом выявленного факта, потерь спирта и расчета суммы летучих компонентов в сусле, спирте-сырце и во фракциях установлено, что однократная дистилляция сброженного сусла из сушеного топинамбура характеризуется большим новообразованием летучих компонентов, чем двукратная дистилляция. Исходные данные к расчету процесса новообразования летучих компонентов при дистилляции сусла из сушеного топинамбура представлены в табл. 4. В первом случае их количество возрастает на 10 %, во втором лишь на 3,5 %. Данный факт может быть связан с сокращением длительности обработки исходного сброженного сусла на стадии получения спирта-сырца. Вероятно, именно нелетучие компоненты сусла, находящиеся в нем как в растворенной, так и в нерас-творенной формах (дистилляции подвергали неосветленное сусло), служат источниками новообразования летучих компонентов.
Данные, представленные на рис. 2 и 3, наглядно показывают влияние способа дистилляции на баланс распределения летучих компонентов по фракциям. Так, ацетальдегид — один из наиболее летучих компонентов сброженного сусла, повышенное содержание которого может негативно сказаться на ор-ганолептических характеристиках дистиллята, концентрируется в головной фракции. Причем, двукратная дистилляция, с позиции выделения данного компонента, предпочтительна.
Напротив, оценка способа дистилляции по такому основному показателю, как содержание высших
46 ПИВО и НАПИТКИ 1•2019
Таблица 5
Показатель Массовая концентрация летучих компонентов, мг/дм3 б. с. Образец 1 (однократная дистилляция) Образец 2 (двукратная дистилляция)
Спирты
Метанол 2201 2602
1-Пропанол 587 509
Изобутанол 703 485
1-Бутанол 20 13
Изоамилол 1317 1091
2-Пропанол 5 4
2-Бутанол - 1
1-Гексанол 12 11
Фенилэтиловый спирт 31 2
Эфиры
Этилацетат 79 104
Изоамилацетат 5 5
Этиллактат 4 1
Этилкапроат 13 12
Этилкаприлат 11 8
Этилкапрат 23 10
Карбонильные соединения
Ацетальдегид 433 139
Изобутиральдегид 2 1
Ацетон 7 12
Общее содержание 5453 5010
Рис. 4. Фрагменты хроматограмм образцов дистиллятов
ТЕХНОЛОГИЯ
спиртов, показывает преимущества однократной дистилляции. В хвостовую фракцию переходит 1,1 и 24,8 % спиртов, соответственно для одно- и двукратной дистилляции.
Оценка качественного и количественного состава летучих компонентов в образцах дистиллятов из сушеного топинамбура, полученных с использованием схем одно- и двукратной дистилляции, представлена в табл. 5.
Полученные данные позволили выявить основные отличия, заключающиеся в снижении в образце 2, по сравнению с образцом 1, содержания 1-пропанола, изобутанола и изоамилола (в сумме на 20 %), в уменьшении количества фени-лэтилового спирта, компонентов энантового эфира и повышении метанола — примерно в 1,2 раза, что делает предпочтительным однократную дистилляцию, так как она дает дистиллят, наиболее богатый аромато- и вкусообразующими компонентами при меньшем содержании наиболее токсичной примеси — метанола.
Это было подтверждено в ходе органолептического анализа образцов дистиллятов, который показал, что двукратная дистилляция негативно влияет на процесс.
При анализе хроматограмм дистиллятов (рис. 4), в образце 2, полученном двукратной дистилляцией, выявлен ряд пиков, отсутствующих в образце 1. Предположительно, данные компоненты могли сообщить дистилляту запах и привкус прогорклого масла.
Обобщая вышеприведенные данные, рекомендуется для получения дистиллята из сушеного топинамбура однократная дистилляция, которая, по сравнению с двукратной дистилляцией, позволяет, во-первых, упростить технологический процесс, во-вторых, снизить потери спирта, в-третьих, обогатить дистиллят ценными летучими компонентами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Оганесянц, Л. А. Сравнительная характеристика способов подготовки топинамбура к дистилляции / Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, О. Н. Ободеева // Пиво и напитки. — 2017. — № 4. — С. 42-45.
2. Оганесянц, Л. А. Влияние подкисления на содержание летучих компонентов
1•2019 ПИВО и НАПИТКИ 47
ТЕХНОЛОГИЯ'
в сброженном сусле из топинамбура / Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, О. Н. Ободеева // Пиво и напитки. — 2018. — № 1. — С. 36-38.
3. Грачев, Ю. П. Математические методы планирования экспериментов / Ю. П. Грачев, Ю. М. Плаксин. — М.: Изд-во ДеЛи принт, 2005. — 80 с.
4. Песчанская, В. А. Оптимизация технологических параметров процесса сбраживания сусла из сушеного топинамбура / В. А. Песчанская // Пищевая промышленность. — 2019. — № 1. — С. 74-77.
5. Песчанская, В. А. Сравнительная характеристика способов производства зерновых дистиллятов / В. А. Песчанская, Л. Н. Крикунова, Е. В. Дубинина // Пиво и напитки. — 2015. — № 6. — С. 40-43.
6. Оганесянц, Л. А. Ресурсосберегающая технология дистиллята из вишневой мезги / Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, Г. А. Алиева [и др.] // Пищевая промышленность. — 2013. — № 7. — С. 29-31.
REFERENCES
1. Oganesjanc LA, Peschanskaja VA, Obode-eva ON. Sravnitel'naja harakteristika sposobov podgotovki topinambura k dis-tilljacii. Pivo i napitki. 2017; 4:42-45. (In Russ.)
2. Oganesjanc LA, Peschanskaja VA, Obode-eva ON. Vlijanie podkislenija na soder-zhanie letuchih komponentov v sbrozhen-nom susle iz topinambura. Pivo i napitki. 2018; 1:36-38. (In Russ.)
3. Grachev JuP, Plaksin JuM. Matematicheskie metody planirovanija jeksperimentov. Moscow: Izd-vo DeLi print, 2005. 80 p. (In Russ.)
4. Peschanskaja VA. Optimizacija tehnolog-icheskih parametrov processa sbrazhi-vanija susla iz sushenogo topinambura. Pishhevaja promyshlennost'. 2019; 1:7477. (In Russ.)
5. Peschanskaja VA, Krikunova LN, Dubi-nina EV. Sravnitel'naja harakteristika sposobov proizvodstva zernovyh distilljatov. Pivo i napitki. 2015; 6:40-43. (In Russ.)
6. Oganesjanc LA, Peschanskaja VA, Alieva GA, [et al].Resursosberegajushhaja teh-nologija distilljata iz vishnevoj mezgi. Pishhevaja promyshlennost'. 2013; 7:2931. (In Russ.) &
Сравнительная характеристика способов производства дистиллятов из топинамбура
Ключевые слова
сброженное сусло; способы дистилляции; сушеный топинамбур; характеристика дистиллятов.
Реферат
В работе для производства дистиллятов использовали сушеный топинамбур. Исследовали состав летучих компонентов сброженного сусла, полученного по разработанным ранее оптимальным режимным параметрам подготовки сырья к дистилляции. Приведена сравнительная характеристика способов дистилляции: однократной и двукратной. На первом этапе работы определен состав и содержание основных летучих компонентов сброженного сусла и спирта-сырца. Установлено, что в пересчете на абсолютный спирт суммарное содержание летучих компонентов в спирте-сырце повышается в среднем на 9,7 %. Увеличивается количество ацетальдегида, метанола, энанто-вого эфира, снижается - высших спиртов и фенилэтилового спирта. Показано, что двукратная дистилляция, по сравнению с однократной, характеризуется более высокими потерями спирта. Они возрастают с 3,6 до 5,3 %. Установлено, что в процессе дистилляции сброженного сусла фенилэтиловый спирт в основном остается в отходе производства - барде. Показано, что процесс дистилляции сопровождается новообразованием летучих компонентов. Их количество при однократной дистилляции возрастает на 10 %, при двукратной - на 3,5 %. Двукратная дистилляция предпочтительна с позиции выделения ацетальдегида, однако, по содержанию высших спиртов лучший результат показывает однократная дистилляция. Исследован состав летучих компонентов дистиллятов. Рекомендуется для получения дистиллята из сушеного топинамбура однократная дистилляция, которая, по сравнению с двукратной дистилляцией, позволяет, во-первых, упростить технологический процесс, во-вторых, снизить потери спирта, в-третьих, обогатить дистиллят ценными летучими компонентами.
Авторы
Песчанская Виолетта Александровна;
Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн. наук, профессор
ВНИИ 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]
Comparative Characteristics of Methods of Production of Distillates from Jerusalem Artichoke
Key words
fermented wort; distillation methods; dried Jerusalem artichoke; characteristics of distillates.
Abstract
In the work for the production of distillates used dried Jerusalem artichoke. The composition of volatile components of fermented wort obtained by previously developed optimal regime parameters of preparation of raw materials for distillation was studied. The comparative characteristics of distillation methods: single and double. At the first stage of the work, the composition and content of the main volatile components of the fermented wort and raw alcohol obtained after the first stage of distillation were determined. It is established that in terms of absolute alcohol content of volatile components in raw alcohol increases by an average of 9.7 %. Increases the amount of acetaldehyde, methanol, enanthic esters, reduced higher alcohols and phenylethyl alcohol. It is shown that double distillation, in comparison with single distillation, is characterized by large losses of alcohol. They increase from 3.6 % to 5.2 %. It was found that in the process of distillation of fermented wort phenylethyl alcohol mainly remains in the waste production - bard. It is shown that the distillation process is accompanied by the formation of volatile components. Their number with a single distillation increases by 10 %, with a double - by 3.5 %. Double distillation is preferred from the position of acetaldehyde, but for the transition of higher alcohols in the distillate, the best result is a single distillation. We investigated the composition of volatile compounds of distillates. It is recommended to obtain a distillate from dried Jerusalem artichoke using a distiller of periodic action single distillation, which, in comparison with double distillation, allows, firstly, to simplify the process, secondly, to reduce the loss of alcohol, thirdly, to enrich the distillate with valuable components.
Authors
Peschanskaya Violetta Aleksandrovna;
Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor
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]
48 ПИВО и НАПИТКИ 1•2019
