CC BY
3
Научная статья/КеБеагоИ Агйо!е УДК 663.5
РО!: 10.36718/1819-4036-2023-5-186-192
Екатерина Георгиевна Федорова1^1, Александр Иннокентьевич Машанов2, Григорий Николаевич Чурилов3, Наталья Григорьевна Внукова4
^Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия
34Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Красноярск, Россия
1Ио^гоуа78@та1!.ги
2аа-тазЬапоу@уа^ех.ш
34оЬиг1!оу@1рЬ.кгазп.ги
ВЛИЯНИЕ ФУЛЛЕРЕНА ПОЛИГИДРООКСИЛИРОВАННОГО НА ПРОЦЕСС СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СПИРТА
Цель исследования - изучить влияние фуллеренола Сво(ОН)2о-24 на процесс спиртового брожения в производстве спирта. Задачи: провести процесс спиртового брожения с использованием фуллеренола; исследовать органолептические показатели, содержание углеводов и спирта в браге; рассмотреть возможность влияния полигироксилированного фуллерена на массу сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления браги. Объект исследования - модельные образцы браги с добавлением в малых дозах полигидроксилированного фуллерена Сбо(ОН)2о-24. Контрольный образец производили по традиционной рецептуре, в I опытный образец дополнительно к основной рецептуре добавляли фуллеронол 0,01 г (0,1 % от массы гидромодуля); во II опытный образец - 0,03 г (0,3 % от массы гидромодуля). Все исследования проводили в трехкратном повторении. Во всех образцах исследовали органолептические, физико-химические показатели и массу сухого остатка дрожжей в конце брожения. В результате исследования воспроизведен технологический процесс производства зрелой браги с использованием фуллеренола. Установлено, что использование фуллеренола в малых дозах 0,3 % от массы гидромодуля (II опытный образец) при производстве браги в технологии спирта позволяет улучшить органолептические показатели за счет запаха и вкуса на 1 балл, снизить показатель активной кислотности на 0,11 ед. и содержание углеводов в браге на 1,2 %, повысить содержание спирта на 0,8 %, что свидетельствует об улучшении бродильной активности дрожжей. Масса сухого остатка дрожжей после брожения во II опытном образце по сравнению с контрольным увеличивается на 14 %, что может свидетельствовать о фуллереноле как биостимуляторе, который позволяет интенсифицировать процесс спиртового брожения.
Ключевые слова: фуллерен полигроксилированный (фуллеренол) Сво(ОН)2о-24, брага, спиртовое брожение, органолептические показатели, активная кислотность рН, термостатирование и осветление браги, масса сухого остатка дрожжей
Для цитирования: Влияние фуллерена полигидрооксилированного на процесс спиртового брожения в производстве спирта / Е.Г. Федорова [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2023. № 5. С. 186-192. РО!: 10.36718/1819-4036-2023-5-186-192.
© Федорова Е.Г., Машанов А.И., Чурилов Г.Н., Внукова Н.Г., 2023 Вестник КрасГАУ. 2023. № 5. С. 186-192. ВиУНеп КгавЗАУ. 2023;(5):186-192.
Ekaterina Georgievna Fedorova10, Alexander Innokentievich Mashanov2, Grigory Nikolaevich Churilov3, Natalya Grigorievna Vnukova4
1 ^Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk, Russia
^Institute of Physics named after L.V. Kirensky Sb RAS, Krasnoyarsk, Russia
1fiodorova78@mail.ru
2aa-mashanov@yandex.ru
34churilov@iph.krasn.ru
THE POLYHYDROXYLATED FULLERENE EFFECT ON THE ALCOHOLIC FERMENTATION PROCESS IN ALCOHOL PRODUCTION
The purpose of research is to study the effect of C60(OH)20-24 fullerenol on the process of alcoholic fermentation in the production of alcohol. Tasks: to carry out the process of alcoholic fermentation using fullerenol; to investigate organoleptic indicators, the content of carbohydrates and alcohol in mash; to consider the possibility of the influence of polyhydroxylated fullerene on the mass of dry yeast residue after thermostating and clarification of the mash. The object of the study is model samples of mash with the addition of polyhydroxylated fullerene C60(OH)20-24 in small doses. The control sample was produced according to the traditional recipe, in the first prototype, in addition to the main recipe, fulleronol 0.01 g (0.1 % of the weight of the hydromodule) was added; in the II prototype - 0.03 g (0.3 % of the mass of the hydromodule). All studies were carried out in triplicate. In all samples, the organoleptic, physico-chemical parameters and the mass of dry yeast residue at the end of fermentation were studied. As a result of research, the technological process for the production of mature mash using fullerenol was reproduced. It has been established that the use of fullerenol in small doses of 0.3 % of the weight of the hydromodule (II prototype) in the production of home brew in the technology of alcohol makes it possible to improve or-ganoleptic characteristics due to smell and taste by 1 point, to reduce the active acidity index by 0.11 units and the content of carbohydrates in the mash by 1.2 %, increase the alcohol content by 0.8 %, which indicates an improvement in the fermentation activity of yeast. The weight of the dry residue of yeast after fermentation in the second prototype increases by 14 % compared to the control, which may indicate fullerenol as a biostimulant that allows intensifying the process of alcoholic fermentation.
Keywords: polygroxylated fullerene (fullerenol) C60(OH)20-24, mash, alcoholic fermentation, organoleptic indicators, active acidity pH, temperature control and clarification of mash, mass of yeast dry residue
For citation: The polyhydroxylated fullerene effect on the alcoholic fermentation process in alcohol production / E.G. Fedorova [et al.] // Bulliten KrasSAU. 2023;(5): 186-192. (In Russ.). DOI: 10.36718/ 1819-4036-2023-5-186-192.
Введение. В соответствии с Указом Президента РФ от 25 апреля 2022 г. № 231 «Об объявлении в Российской Федерации Десятилетия науки и технологий» одной из задач является содействие вовлечению исследователей и разработчиков в решение важнейших задач развития общества и страны. Одним из приоритетных направлений развития страны является биотехнологическая отрасль [1]. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации - основной документ, утвержденный Правительством России, в котором отражены желаемые качественные и количественные характеристики развития биотехнологий в стране. В программе выделяют девять отраслей биотехнологии, одна из которых - промышленная биотехнология - включает производство пищевого
белка, ферментных препаратов, пребиотиков, пробиотиков, синбиотиков, функциональных пищевых продуктов (лечебных, профилактических и детских), а также производство пищевых ингредиентов и глубокую переработку пищевого сырья [2].
В последние два десятилетия обнаружены, синтезированы или изготовлены различные новые формы углеродных наноматериалов, в т. ч. фуллерены. Они являются перспективным материалом для многих отраслей наноиндустрии, так как обладают уникальными свойствами.
Фуллерен - молекула, состоящая из четного числа атомов углерода, образующих замкнутую выпуклую поверхность многогранника, двенадцать граней которого образованы пятиугольниками, а остальные - шестиугольниками [3].
Одним из перспективных производных фул-леренов с точки зрения применения в пищевой и химической промышленности являются фулле-ренолы (полигидроксилированные фуллерены) -представляют собой производные фуллеренов с присоединенными ОН группами, при х > 16, являются веществами органической группы, растворяются в воде, нетоксичны. В пищевой промышленности их рекомендуют использовать в качестве компонента пищевой продукции для изготовления: напитков, водных растворов и концентратов для напитков; пищевых полуфабрикатов и пищевого сырья; специализированной пищевой продукции; пищевых добавок и в качестве антиоксиданта [4].
Работ по использованию полигироксилиро-ванных фуллеренов в пищевой промышленности недостаточно [5-7].
В спиртовой промышленности возможность использования полигидроксилированного фул-лерена не рассматривалась.
Цель исследования - изучить влияние фул-леренола С60(ОН)20-24 на процесс спиртового брожения в производстве спирта.
Задачи: провести процесс спиртового брожения с использованием фуллеренола; исследовать органолептические показатели, содержание углеводов и спирта в браге; рассмотреть возможность влияния полигироксилированного фуллерена на массу сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления браги.
Объекты и методы. Объект исследования -модельные образцы браги с добавлением в малых дозах полигидроксилированного фуллерена С60(ОН)20-24. Контрольный образец производили по традиционной рецептуре (0,7 л воды + 187 г сахара песка + 4,7 г спиртовых дрожжей (Saccha-romyces cerevisiae)) - гидромодуль 1 : 4, в I опытный образец дополнительно к основной рецептуре добавляли фуллеренола 0,01 г (0,1 % от массы гидромодуля); во II опытный образец - 0,03 г (0,3 % от массы гидромодуля). Технологическое обоснование применения фуллеренола представлено в Технических условиях на фуллерен полигидроксилированный [4], однако дозировки, необходимые для достижения технологического эффекта, пока не определены. Все исследования проводили в трехкратном повторении. Во всех образцах исследовали следующие показатели: органолептические по - ГОСТ 338172016 (использовали 10-балльную шкалу, разделение максимальных баллов по отдельным ор-ганолептическим показателям следующее: внешний вид - 2 балла, аромат и запах - 4 балла, вкус - 4 балла); массовые доли углеводов и спирта (рефрактометрический метод), активную кислотность зрелой браги - по ГОСТ 31764-2012; массу дрожжей (сухой вес после термостатиро-вания и осветления) (метод высушивания) - по ГОСТ 54607.4-2015.
Результаты и их обсуждение. Технологический процесс производства браги зрелой представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Технологический процесс производства браги
Как видно из рисунка 1, процесс производства браги состоял из следующих этапов: подготовки сырья (сахара, воды, дрожжей), разведение сахара в исправленной воде t = 30-35 °С до полного растворения, добавление дрожжей согласно методике и рецептуре. В ! опытный образец на данном этапе добавляли фуллеронола 0,1 % от массы гидромодуля, во !! опытный -
0,3 %. Далее проводили термостатирование при 1 = 24-28 °С в течение 4-5 сут. Осветление браги в конце брожения проводили в холодильнике при t = 4 ± 2 °С в течение 1 сут.
Результаты исследований органолептиче-ских показателей опытных образцов браги зрелой представлены на рисунке 2.
Внешний вид
4
3
Контрольный
I опытный
II опытный
ромат и запах
Рис. 2. Профилограмма органолептических показателей опытных образцов браги зрелой
Как видно из данных рисунка 2, внешний вид у всех образцов соответствовал норме (2 балла) -это была прозрачная жидкость без посторонних веществ; цвет у I и II опытных образцов был желтоватый (за счет добавления фуллеренола) по сравнению с контрольным образцом - это не является пороком зрелой браги; запах у всех об-
разцов был характерным для браги (4 балла), в контрольном образце наблюдался более сладковатый вкус с легкой горчинкой и кислинкой (3 балла) по сравнению с опытными образцами (4 балла).
Активная кислотность зрелой браги опытных образцов представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Активная кислотность (рН) опытных образцов зрелой браги, ед.
Как видно из рисунка 3, показатель активной кислотности у I и II опытных образцов по сравнению с контрольным был ниже соответственно на 0,04 и 0,11 ед., что подтверждают показатели
Результаты исследования содержания углеводов и спирта в браге в конце термостатирова-ния (брожения) и осветления представлены на рисунке 4.
органолептической оценки по вкусу и запаху.
II опытный
I опытный
Контрольный
Массовая доля углеводов, % Объемная доля спирта, %
Рис. 4. Содержание сахара и спирта в конце термостатирования и осветления в браге
Как видно из рисунка 4 в I и II опытных образцах браги по сравнению с контрольным содержание углеводов снижалось соответственно на 0,2 и 1,2 %, объемная доля спирта наоборот повышалась соответственно на 0,4 и 0,8 %. Это говорит о возрастании сбраживающей активности дрожжей при добавлении в опытные образцы фуллеренола, что способствует увеличению
содержания спирта в исследуемых образцах. Полученный результат позволяет спрогнозировать прирост выхода спирта с наименьшими затратами и, возможно, улучшить его органо-лептические показатели.
Результаты исследования сухого остатка массы дрожжей после термостатирования и осветления браги представлены на рисунке 5.
11,04
10,56
9,68
Контрольный
I опытный
II опытный
Рис. 5. Масса сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления браги, г
Как видно из рисунка 5, использование в малых дозах фуллеренола при производстве браги в I и II опытных образцах по сравнению с контрольным увеличивает массу сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления соответственно на 9,1 и 14 %. Можно предположить, что фуллеренол является биостимулятором спиртового брожения.
Заключение. Использование фуллеренола в малых дозах - 0,3 % от массы гидромодуля 1 : 4 (II опытный образец) при производстве браги в технологии спирта позволяет улучшить органо-лептические показатели на 1 балл за счет улучшения вкуса, снизить показатель активной кислотности на 0,11 ед. и содержание углеводов в браге на 1,2 %, повысить содержание спирта на 0,8 %, что свидетельствует о повышении бродильной активности дрожжей. Масса сухого остатка дрожжей после брожения во II опытном образце по сравнению с контрольным увеличивается на 14 %, что может свидетельствовать о фуллереноле как биостимуляторе, который позволяет интенсифицировать процесс спиртового брожения. Технологическое обоснование применения данного вещества при производстве спирта, определение оптимальной дозировки, необходимой для достижения технологического эффекта, требует уточнений и дальнейших исследований.
Список источников
1. Об объявлении в Российской Федерации Десятилетия науки и технологий: указ Президента Российской Федерации от 25.04.2022 г. № 231. URL: http://kremlin.ru/acts/bank/47771 (дата обращения: 18.12.2022).
2. ВП-П8-2322. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года (утв. Правительством РФ 24.04.2012 № 1853п-П8). URL: https://docs. cntd.ru/document/420389398 (дата обращения: 18.12.2022).
3. ГОСТ ISO/TS 80004-3-2014. Нанотехноло-гии. Ч. 3. Нанообъекты углеродные. Термины и определения. URL: https://docs.cntd.ru/ document/1200125957 (дата обращения: 18.12.2022).
4. Фуллерен полигидроксилированный. URL: https://всероссийская-база-ту.рф/tekhniches-kie-usloviya-na-fulleren-poligidrooksilirovannyj (дата обращения: 10.12.2022).
5. Влияние водорастворимого фуллерена С-60 на качество ржаного хлеба / А.И. Машанов [и др.] // Вестник КрасГАУ. № 4. 2021. С. 148-153.
6. Влияние водорастворимого фуллерена на процесс спиртового брожения при производстве спирта / Е.Г. Федорова [и др.] // Парадигма устойчивого развития агропромышленного комплекса в условиях современных реалий: мат-лы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию создания ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ. Красноярск, 2022. С. 382-384.
7. Использование гидроксилированного фул-лерена С60(ОН)20-24 в совершенствовании рецептуры и технологии биойогурта / Е.Г. Федорова [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2021. № 12. С. 260-266.
References
1. Ob ob yavlenii v Rossijskoj Federacii Desyatile-tiya nauki i tehnologij: ukaz Prezidenta Rossijskoj Federacii ot 25.04.2022 g. № 231. URL: http://kremlin.ru/acts/bank/47771 (data obra-scheniya: 18.12.2022).
2. VP-P8-2322. Kompleksnaya programma razvi-tiya biotehnologij v Rossijskoj Federacii na period do 2020 goda (utv. Pravitel'stvom RF 24.04.2012 № 1853p-P8). URL: https://docs. cntd.ru/document/420389398 (data obrasche-niya: 18.12.2022).
3. GOST ISO/TS 80004-3-2014. Nanotehnologii. Ch. 3. Nanoob'ekty uglerodnye. Terminy i opre-deleniya. URL: https://docs.cntd.ru/ document/ 1200125957 (data obrascheniya: 18.12.2022).
4. Fulleren poligidroksilirovannyj. URL: https:// vserossijskaya-baza-tu.rf/tekhnicheskie-uslo-viya-na-fulleren-poligidrooksilirovannyj (data obrascheniya: 10.12.2022).
5. Vliyanie vodorastvorimogo fullerena S-60 na kachestvo rzhanogo hleba / A.I. Mashanov [i dr.] // Vestnik KrasGAU. № 4. 2021. S. 148153.
6. Vliyanie vodorastvorimogo fullerena na process spirtovogo brozheniya pri proizvodstve spirta / E.G. Fedorova [i dr.] // Paradigma ustojchivogo razvitiya agropromyshlennogo kompleksa v usloviyah sovremennyh realij: mat-ly mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyasch. 70-letiyu sozdaniya FGBOU VO
Krasnoyarskij GAU. Krasnoyarsk, 2022. S. 382-384.
7. Ispol'zovanie gidroksilirovannogo fullerena S6o(ON)2o-24 v sovershenstvovanii receptury i tehnologii biojogurta / E.G. Fedorova [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2021. № 12. S. 260-266.
Статья принята к публикации 14.03.2023 / The article accepted for publication 14.03.2023. Информация об авторах:
Екатерина Георгиевна Федорова1, доцент кафедры зоотехнии и технологии переработки продуктов животноводства, кандидат сельскохозяйственных наук
Александр Иннокентьевич Машанов2, профессор кафедры технологии консервирования и пищевой биотехнологии, доктор биологических наук
Чурилов Григорий Николаевич3, профессор, заведующий лабораторией аналитических методов исследования вещества, доктор технических наук
Внукова Наталья Григорьевна4, научный сотрудник лаборатории аналитических методов исследования вещества, кандидат технических наук
Information about the authors:
Ekaterina Georgievna Fedorova1, Associate Professor at the Department of Animal Science and Technology of Animal Products Processing, Candidate of Agricultural Sciences
Alexander Innokentievich Mashanov2, Professor at the Department of Canning Technology and Food Biotechnology, Doctor of Biological Sciences
Churilov Grigory Nikolaevich3, Professor, Head of the Laboratory of Analytical Methods for the Study of Substances, Doctor of Technical Sciences
Vnukova Natalya Grigorievna4, Researcher, Laboratory of Analytical Methods for the Study of Substances, Candidate of Technical Sciences
