CC BY
122
ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 66.663
Влияние вида сырья на процесс сбраживания сусла
для производства зерновых дистиллятов
Л. А. Оганесянц,
д-р техн. наук, академик РАН; Л. Н. Крикунова, д-р техн. наук, профессор; В. А. Песчанская
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности
Процесс сбраживания сусла — один из основных этапов при производстве зерновых дистиллятов, в ходе которого под действием ферментного комплекса дрожжей происходит начальное формирование качественных показателей продукта. Полученное осахаренное сусло наряду с легкосбраживаемыми сахара-ми, такими как мальтоза и глюкоза, содержит промежуточные продукты гидролиза крахмала, которые, в свою очередь, не усваиваются дрожжевой клеткой.
Эффективность процесса сбраживания зависит от химического состава сусла, его концентрации, степени гидролиза полимеров зернового сырья, в первую очередь крахмала, некрахмальных полисахаридов, белков; от используемых рас дрожжей, их физиологического состояния и особенностей метаболизма; от продолжительности сбраживания и температурных режимов проведения процесса [1-6]. При производстве крепких спиртных напитков наиболее значимы органолеп-
Таблица 1
тические показатели, которые определяются содержанием и составом летучих компонентов сброженного сусла [7-9]. С экономической точки зрения процесс сбраживания должен характеризоваться накоплением необходимого количества этилового спирта.
В настоящее время в технологии бродильных производств для сбраживания сусла используют засев-ные дрожжи, полученные из чистой культуры, либо сухие дрожжи [10, 11]. Применение последних находит все больший спрос у производителей алкогольной продукции. Связано это с тем, что, во-первых, существенно упрощается технологическая схема производства продукции, так как отпадает необходимость у предприятия иметь специальную микробиологическую лабораторию и соответствующее оборудование для культивирования дрожжевой биомассы, что особенно важно при организации нового производства; во-вторых, расширяется спектр предложений сухих дрожжей; в-третьих, сухие дрожжи расфасовываются в герметичные упаковки, что предотвращает возможность ухудшения их микробиологических характеристик.
Исходя из перечисленного в данной работе при исследовании процесса сбраживания сусла были использованы сухие дрожжи, применяемые в спиртовой и пивоваренной отраслях — Fermiol и Safbrew WB-06 соответственно. Дрожжи задавали по массе — 100 мг дрожжей на 100 см3 сусла. Процесс сбраживания проводили при температуре 28...30 °С.
Известно, что состав зернового сусла определяется способами и ре-
Образец сусла Раса дрожжей Крепость сброженного сусла, об. % Суммарное содержание летучих компонентов, мг/дм3 безводного спирта Выход спирта из 1 т сырья, дал
по вариантам А Б А Б А Б
1 7,95 5,56 5393,4 5472,7 32,5 26,4
1 Safbrew WB-06 7,50 5,25 6752,5 5622,8 30,5 25,0
2 8,66 6,18 4989,2 4723,7 35,2 31,6
2 Safbrew WB-06 8,00 5,85 6464,4 5454,9 32,5 29,8
3 8,04 6,03 6067,2 4923,7 32,9 31,9
3 Safbrew WB-06 7,57 5,69 6717,4 5445,6 31,0 30,1
4 7,16 5,77 6373,6 6479,8 29,2 28,5
4 Safbrew WB-06 7,00 5,23 7135,0 7097,0 28,6 27,6
Примечание. А — неосветленное сусло, Б — осветленное сусло.
22 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2014
а) и о Э е о
Образец 1
Образец 2 Образец 3 Образец 4 Frmino[ Satbrew WB-06
Рис. 1. Влияние вида сырья и расы
на содержание альдегидов в сброженном сусле
0
жимными параметрами его получения и напрямую зависит от исходных технологических характеристик сырья.
В табл. 1 представлены данные по влиянию вида сырья, применяемого для производства сусла, на процесс сбраживания. При выполнении экспериментов данной серии были использованы продовольственная рожь 3-го класса, ячменный солод 1-го класса, ржаной солод 2-го класса.
Для выявления влияния вида сырья на процесс сбраживания были получены четыре образца сусла. В качестве сырья для выработки образца 1 использовали ячменный солод, для образцов 2-4 соответственно рожь-ячменный солод (70 и 30%), рожь — неферментированный ржаной солод (70 и 30%), рожь и смесь солодов (по 10% ячменный, нефер-ментированный и ферментированный ржаной солод).
Анализ представленных данных позволяет сделать следующие выводы.
Использование в качестве сырья в образце 2 смеси, состоящей из 70% ржи и 30% ячменного солода, приводит к увеличению крепости сброженного сусла по сравнению с образцом 1 (8,00-8,66 против 7,507,95 об. % при сбраживании неосвет-ленного сусла и 5,85-6-6,18 против 5,25-5,56 об. % при применении осветленного сусла). Скорее всего выявленный факт связан с повышенным содержанием крахмала в ржи по сравнению с его массовой долей в ячменном солоде.
Использование в качестве сырья смесей, состоящих из ржи и ржаных солодов с добавлением или без добавления ячменного солода (образцы 3 и 4) характеризуется накоплением меньшего количества спирта, чем
применение смеси из ржи и ячменного солода (образец 2). Это может быть связано с особенностями биохимического состава ржаных солодов, особенно ферментированного ржаного солода.
Сбраживание неосветленного сусла в сравнении с осветленным позволяет повысить выход спирта из 1 т зерна на 0,9-6,1 дал. Максимальная разница в случае применения ячменного солода связана с диффузионными свойствами пленчатой культуры (ячмень) и потерями объема осветленного сусла при разделении не-осветленного сусла на фракции.
Сбраживание неосветленного и осветленного сусла с применением спиртовых дрожжей с позиции оценки его крепости и выхода спирта из 1 т зерна предпочтительнее, чем использование пивоваренных дрожжей.
Суммарное содержание летучих компонентов в сброженном сусле при применении пивоваренных дрожжей превышает данные значения в случае использования спиртовых дрожжей. Максимальным содержанием летучих компонентов характеризуется образец 4, где в качестве сырья применяли смесь, состоящую из ржи и смеси солодов.
Сравнивая содержание отдельных летучих компонентов в образцах сброженного сусла (данные даны на примере использования неосветлен-ного сусла), было установлено, что концентрация альдегидов (рис. 1) в образцах 1-3 находится примерно на одном уровне; в образце 4 их содержание возрастает в 1,5-2 раза. Фракция альдегидов, представленная аце-тальдегидом и изобутиральдегидом, относится к головной, достаточно легко выделяемой при дистилляции. Повышенное содержание альдегидов
снижает органолептические показатели продукта, придавая ему резкость и несвойственную горечь.
Напротив, среди летучих компонентов, которые могут повысить ор-ганолептические характеристики зерновых дистиллятов, можно выделить группу эфиров, которая в проанализированных образцах представлена эти-лацетатом. Содержание данной группы зависит и от вида используемого для производства сусла сырья и от расы применяемых дрожжей (рис. 2). В целом, сбраживание сусла с использованием спиртовых дрожжей Fermiol характеризуется меньшим накоплением эфиров, чем с применением пивоваренных дрожжей. Минимальное содержание этилацетата выявлено для образца 2, сырьем при производстве сусла которого была смесь, состоящая из ржи и ячменного солода. Так же, как альдегиды, эфиры относятся к легколетучим компонентам и при дистилляции в основном переходят в головную фракцию.
Данные по влиянию вида сырья и расы дрожжей на содержание метанола (рис. 3) показывают, что концентрация данного летучего компонента в основном определяется составом сырья и в меньшей степени зависит от расы применяемых дрожжей. В целом, содержание метанола, самой трудно выделяемой при дистилляции примеси, обладающей высокой токсичностью и не влияющей на органолептику конечного продукта, в образцах 2-4 снижается примерно в 2,0-2,5 раза, против его содержания в образце 1, что следует считать при производстве зерновых дистиллятов на основе переработки ржи позитивным фактором.
Среди основных летучих компонентов, влияющих на органолепти-
4 • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 23
ТЕХНОЛОГИЯ'
80 - —
60 - —
Г С *
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Frmino[ Satbrew WB-06
Рис. 3. Влияние вида сырья и расы
на содержание метанола в сброженном сусле
120 -I
100 -
40 - —
20 - —
0
£ &!
3000
ии
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Frmino[ Satbrew WB-06
Рис. 4. Влияние вида сырья и расы на суммарное содержание высших спиртов (1-пропанол, изобутанол, изоамилол) в сброженном сусле
6000
5000
а о и
р 4000
2000
г 1000
0
ческие характеристики зерновых дистиллятов, следует отметить высшие спирты, составляющие группу сивушных масел. Фракция сивушных масел относится к промежуточной фракции, летучесть которой зависит от концентрации этилового спирта в перегоняемой смеси.
Данные по содержанию высших спиртов (рис. 4) показывают, что в большей степени концентрация данной группы зависит от используемой расы дрожжей, чем от вида сырья. Применение пивоваренных дрожжей повышает содержание сивушных ма-
сел в среднем на 10-20% по сравнению с образцами, при сбраживании которых использованы спиртовые дрожжи.
Отдельная серия экспериментов была посвящена изучению влияния качества ячменного солода на процесс сбраживания сусла. В данной серии экспериментов исследования проводили на образце 1. В соответствии с нормативной документацией [12], ячменный солод подразделяется на солод высшего качества, 1- и 2-го классов, в числе показателей которого выделяют экстрактивность и про-
Таблица 2
Образец солода
Показатель Раса дрожжей Высокого 1-го класса 2-го класса
качества
Неосветленное сусло
Выход спирта из 1 т сырья, РеппЫ 36,8 32,5 29,4
дал БаАЬге\« WB-06 34,2 30,5 25,4
Суммарное содержание РеппЫ 5226,0 5393,4 5415,8
летучих компонентов, мг/дм3 безводного спирта БаАЬге\« WB-06 6409,5 6752,5 6710,2
Осветленное сусло
Выход спирта из 1 т сырья, РеппЫ 29,7 26,4 24,1
дал БаАЬге\« WB-06 27,1 25,0 21,7
Суммарное содержание РеппЫ 4145,1 4360,5 4273,3
летучих компонентов, мг/ дм3 безводного спирта БаАЬге\« WB-06 5353,4 5360,4 5400,9
Таблица 3
Показатель Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3
Крепость сброженного сусла, об. % 8,66 8,14 8,74
Выход спирта из 1 т сырья, дал 35,2 32,9 35,5
Суммарное содержание летучих компонентов, мг/дм3 безводного спирта 4989,2 8051,7 6415,5
В том числе:
ацетальдегид 643,0 852,0 800,7
этилацетат 96,3 214,5 170,3
метанол 45,6 61,7 37,2
1-пропанол 490,9 652,0 545,5
изобутанол 893,0 1700,1 705,0
изоамилол 2144,1 3789,2 3010,7
должительность осахаривания. Последний показатель характеризует в первую очередь содержание в солоде собственных амилолитических ферментов.
Качественные показатели солода влияют на выход спирта из 1 т зерна и практически не влияют на суммарное содержание летучих компонентов в образцах (табл. 2). Причем выявлена четкая зависимость снижения выхода спирта при ухудшении качественных показателей ячменного солода. Скорее всего, данный факт связан с недостаточной активностью собственных ферментов сырья и неполным переходом крахмала в сбраживаемые сахара. Вместе с тем, для производства ячменных солодов используют сырье (ячмень) со строго определенными качественными характеристиками, поэтому биохимический состав солодов, в том числе его белковый комплекс, в зависимости от класса отличается несущественно. Именно с этим вероятнее всего связана относительная стабильность в содержании летучих компонентов сброженного сусла, полученного из ячменного солода разных классов. Таким образом, представленные данные позволяют не регламентировать выбор класса солода. Снижение выхода спирта из 1 т солода в случае применения сырья более низкого качества компенсируется его более низкой стоимостью (по сравнению с импортным солодом высокого качества отечественный солод 1- и 2-го классов предлагается по цене на 20-30 % ниже).
Отдельный раздел работы был посвящен выявлению влияния качества ржи на процесс сбраживания сусла. Были получены три образца сусла, при производстве которых использо-
24 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2014
'ТЕХНОЛОГИЯ
валась смесь, состоящая из 70% ржи и 30% ячменного солода. Выбор ячменного солода при составлении смеси обоснован максимальным выходом спирта в расчете на тонну переработанного сырья. При этом для получения сусла опыта 1 использовали рожь, которая по показателям качества [13] отнесена к ржи 1-го класса (крахма-листость 59,4%); для опытов 2 и 3 — продовольственная рожь 3-го класса (с крахмалистостью соответственно 57,5 и 59,8%).
Крепость сброженного сусла и соответственно выход спирта из 1 т сырья зависят от крахмалистости ржи, а состав летучих компонентов и их суммарное содержание не находятся в прямой зависимости от класса ржи (табл. 3). Последнее скорее всего связано с тем, что качественные показатели ржи, входящие в перечень национального стандарта Российской Федерации на рожь [14], по которым она подразделяется на соответствующие классы, не позволяют выявить отличительных особенностей биохимического состава образцов ржи (в перечень показателей входят состояние, цвет, запах, число падения, натура, массовая доля влаги, сорная и зерновая примеси и не входят такие показатели, как содержание белка, клетчатки и гемицеллюлоз). Четкой зависимости влияния качества ржи на накопление летучих компонентов не выявлено.
В целом, для производства зерновых дистиллятов рекомендуется использовать продовольствен-
ную рожь 3-го класса, состояние углеводно-амилазного комплекса которой характеризуется повышенной активностью амилолитических ферментов,что в бродильных производствах является позитивным фактором, так как позволяет при рациональных режимах переработки ржи проводить частичный гидролиз крахмала за счет собственных ферментов сырья, что особенно актуально при внедрении низкотемпературных способов получения зернового сусла. Предприятия, планирующие выпуск спиртных напитков на основе зерновых дистиллятов, при выборе сырья должны ориентироваться на максимальное содержание в ржи крахмала при минимальном содержании сорной примеси. При закупках ячменного солода основополагающим будет являться стоимость данного вида сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Влияние культур дрожжей на процесс шампанизации при производстве игристых вин классическим и бутылочно-фильтрационным методом / Л. А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2009. — № 4. — С. 12-15.
2. Интенсификация процесса брожения яблочного сусла с использованием активизированной биомассы дрожжей/А. Л. Па-насюк [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2010. — № 5. — С. 14-15.
3. Крикунова, Л. Н. Технология этанола на основе получения и сбраживания концентрированного сусла из ИК-обработанного ячменя. Ч. III. Изучение процесса сбражи-
вания сусла/Л. Н. Крикунова, Л. И. Сумина // Хранение и переработка сельхозсы-рья. — 2009. — № 9. — С. 42-45.
4. Сумина, Л. И. Влияние углеводного состава сусла на развитие спиртовых дрожжей/Л. И. Сумина, Л. Н. Крикунова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2009. — № 3. — С. 10-11.
5. Расы дрожжей для сбраживания плотного сусла/Т. И. Филимонова [и др.] // Пиво и напитки. — 2004. — № 1. — С. 22-23.
6. Способ интенсификации процесса сбраживания сусла/И. В. Киселева [и др.] //Пиво и напитки. — 2004. — № 2. — С. 38-39.
7. Ли, Э. Спиртные напитки: Особенности брожения и производства/Э. Ли, Дж. Пиготт (ред.); пер. с англ.; под общ. ред. А. Л. Панасюка. — СПб.: Профессия, 2006. — 552 с.
8. Макаров, С. Ю. Основы технологии виски/С. Ю. Макаров. — М.: Пробел-2000, 2011. — 196 с.
9. Влияние функционально активных метаболитов дрожжей на качество винодельческой продукции/Л. А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2008. — № 1. — С. 18-19.
10. О применении сухих дрожжей в технологии этанола из крахмалсодержащего сы-рья/М.Э. Сидякин [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2011. — № 10. — С. 30-33.
11. Быстросбраживающие сухие пивные дрожжи для производства кваса/В. И. Скрябин [и др.] // Пиво и напитки. — 2004. — № 3. — С. 16-17.
12. ГОСТ 29294-92 «Солод пивоваренный ячменный. Технические условия».
13. ГОСТ Р 53049-2008 «Рожь. Технические условия».
Влияние вида сырья на процесс сбраживания сусла для производства зерновых дистиллятов
Ключевые слова
дрожжи; летучие компоненты; рожь; сбраживание зернового сусла; солод.
Реферат
В статье представлены данные по влиянию вида сырья (солод, рожь) и расы дрожжей (спиртовые, пивоваренные) на качественные характеристики зернового дистиллята. Отдельная серия экспериментов посвящена изучению влияния качества ячменного солода на процесс сбраживания.
Авторы
Оганесянц Лев Арсенович, д-р техн. наук, академик РАН;
Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн. наук, профессор; Песчанская Виолетта Александровна
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, [email protected]
Influence of Raw Material on the Process of Wort Fermentation for the Production of Grain Distillates
Key words
yeast; volatiles; rye; fermentation of grain mash; malt.
Abstract
This article presents data on the effect of the form syrch (malt, rye) and race yeast (alcohol, brewing) qualitative characteristics of distillate grain distillates. Separate series of experiments devoted to the study of influence of quality barley malt fermentation.
Authors
Oganesyants Lev Arsenovich,
Doctor of Technical Science, Professor, Academician of RAS; Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor; Peschanskaya Violetta Alexandrovna
All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries, 7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, [email protected]
4 • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 25
