Способ промышленного производства напитка квас
METHOD FOR INDUSTRIAL PRODUCTION OF KVASS BEVERAGE

Квас (или альтернативно квасс) представляет собой ферментированный напиток, который является распространенным напитком в странах Восточной Европы с давних времен. Он может быть получен путем ферментации экстрактов из ржаного солода, зерна ржи и/или кукурузы и пользуется популярностью в таких странах, как Россия, Украина, Беларусь, Казахстан, Латвия и другие страны Восточной и Центральной Европы, в которых можно найти много поставщиков кваса. Квас классифицируют в качестве безалкогольного напитка из-за низкого уровня присутствующего в нем спирта (обычно менее 1,2%), и его часто ароматизируют фруктами или травами.
Существует несколько известных способов изготовления кваса, два из которых могут быть использованы в промышленности.
Первый метод является основным промышленным способом производства кваса и обычно включает две стадии; при этом первая стадия представляет собой получение концентрата квасного сусла, а результатом второй стадии является получение конечного напитка. Первую стадию обычно осуществляют на специально модифицированном пивоваренном заводе, где сырье (солодовую крупку) ферментированного ржаного солода (высушенного в печи или свежепроросшего) используют в качестве источника вкуса и для придания кислотности и/или ячменный солод (который может быть использован в качестве источника ферментов) и ржаную муку или обезжиренную кукурузную муку используют по отдельности или совместно (смешанными в любом соотношении) в качестве источников углеводов. Обычно зерно (несоложенные материалы) подвергают термической обработке под давлением, что позволяет добиться псевдоожижения и высвобождения крахмала, а в качестве источника протеазы может быть добавлено небольшое количество ячменного солода. Потом подвергнутое термической обработке зерно затирают вместе с солодами для достижения полного осахаривания. Затем солод фильтруют, получая квасное сусло, концентрируют и в конце нагревают (при приблизительно 110-130°С в течение 10-30 минут) для получения концентрата квасного сусла, который обычно имеет содержание сухих веществ, составляющее 68-74 Брикс по шкале рефрактометра (Плато и Брикс являются хорошо известными единицами измерения плотности при производстве напитков). Этот концентрат можно хранить для использования в качестве сырья для получения квасного напитка или можно использовать в других отраслях, например в производстве кондитерских изделий или хлебопечении.
Получение конечного напитка протекает в три стадии, а именно:
смешивания, ферментации и разделения, и обычно его осуществляют на заводе по производству продуктов брожения. Концентрат квасного сусла смешивают с водой (обычно примерно 1-5% (масс./масс.)) и сахаром (обычно примерно 1-7% (масс./масс.)) (и иногда с пищевыми кислотами) и подвергают ферментации с помощью либо только дрожжей, либо кислотообразующих бактерий, таких как лактобактерии, и дрожжей (в этом случае пищевые кислоты на стадии смешивания не добавляют). Достигаемое в процессе ферментации содержание этанола должно составлять менее 1,2% (об./об.) (и предпочтительно менее 1% (об./об.)). По окончании ферментации микроорганизмы отфильтровывают от продукта, который газируют и разливают по бутылкам.
Второй метод был недавно разработан местными производителями пива в странах Восточной Европы с целью использования транснациональными компаниями имеющихся в их распоряжении производственных мощностей после потери доли рынка пива. Они разработали способ получения квасоподобных напитков с использованием стандартного ячменного солодового сусла. Однако сообщается, что многие из квасоподобных напитков, изготавливаемых местными производителями пива, на вкус больше похожи на безалкогольное пиво, чем на квас.
Таким образом, в настоящее время для промышленного производства кваса требуется завод по производству продуктов брожения для получения конечного напитка. Такая деятельность требует значительных инвестиций и очень сложного производственного контроля. Авторы настоящего изобретения выявили новый способ получения кваса, при котором сохраняется процесс ферментации, но который позволяет осуществлять получение конечного напитка на заводе по розливу безалкогольных напитков, то есть отменяющий необходимость в заводе по производству продуктов брожения на конечных стадиях.
Способ, разработанный авторами настоящего изобретения, включает в себя получение квасного напитка путем смешивания концентрированного ферментированного квасного сусла с летучей ароматической фракцией, собранной в процессе концентрирования ферментированного сусла с высокой плотностью, подсластителем и водой (и возможно с пищевыми кислотами) или путем смешивания ферментированного концентрата квасного сусла (также называемого в данном описании "глубоким ферментатом"), предпочтительно содержащего 4-13% (об./об.) этанола, с подсластителем, водой и возможно неферментированным концентратом квасного сусла и/или пищевыми кислотами. Таким образом, процесс ферментации проводят до окончательного перемешивания квасного напитка, что позволяет осуществлять процесс окончательного перемешивания и конечное получение квасного напитка вне завода по производству продуктов брожения. С использованием процесса, разработанного авторами настоящего изобретения, конечный напиток может быть получен на стандартном заводе по розливу, позволяя осуществлять производство кваса на множестве разных заводов, что ранее было невозможно.
Кратко, способ, разработанный авторами настоящего изобретения, позволяет получать ферментированный продукт двумя разными методами, при которых указанный продукт может быть превращен в квасной напиток путем стадии простого смешивания. Согласно первому способу продукт концентрированного ферментированного квасного сусла может быть получен с использованием квасного сусла (продукта фильтрации затора в способе промышленного производства кваса). Квасное сусло может быть смешано с подсластителем и подвергнуто ферментации вместо концентрирования, как в основном способе промышленного производства кваса, согласно существующему уровню техники. Микроорганизмы могут быть отделены от продукта, и ферментированное сусло подвергнуто дистилляции. Фракция дистиллята, предпочтительно содержащая по меньшей мере 20% (об./об.) этанола (например, 25-60% (об./об.) этанола) образует ароматическую часть основы напитка, и ферментированное сусло концентрируют предпочтительно до содержания сухих веществ по меньшей мере 65% (измеренного в виде рефрактометрического Брикса) (например, 68-74%, измеренного в виде рефрактометрического Брикса). Затем концентрат сусла подвергают термической обработке. Концентрат сусла и ароматические части можно смешать друг с другом, когда это желательно для получения квасного напитка, например на конечной стадии на заводе по розливу, и можно добавить сахар, воду (и возможно пищевые кислоты). Согласно второму способу, разработанному авторами, ферментированный продукт, предпочтительно содержащий приблизительно 4-13% (об./об.) этанола, может быть получен путем ферментации концентрата квасного сусла, который может быть изготовлен с использованием традиционного способа промышленного производства кваса, существующего в данной области техники, или приобретен посредством закупки. Концентрат квасного сусла, подлежащий использованию во втором способе, можно разделить на две фракции. Одну фракцию можно смешать с подсластителем и водой и подвергнуть глубокой ферментации при помощи дрожжей, при этом дрожжи могут привести к израсходованию всех имеющихся в наличии сахаров и получению этанола, предельное количество которого определяется их природной способностью. Продукт (глубокий ферментат) далее можно смешать с другой фракцией неферментированного концентрата квасного сусла, водой, подсластителем и возможно пищевыми кислотами и можно подвергнуть фильтрации/центрифугированию для удаления нерастворимых твердых веществ, результатом чего является получение квасного напитка. Альтернативно, глубокой ферментации можно подвергнуть 100% концентрата квасного сусла, то есть концентрат квасного сусла можно не разделять на две фракции, а конечный напиток получить путем смешивания глубокого ферментата с водой, подсластителем и возможно пищевыми кислотами.
Квасный напиток далее может быть газирован, пастеризован и разлит по бутылкам. Оба способа, изложенные в данном описании, делают возможным присутствие подлинного вкуса кваса в конечном смешанном напитке. Это является результатом образования продуктов реакции Мейлларда, протекающей во время термической обработки сусла, и получения летучих альдегидов и сложных эфиров при дрожжевой ферментации. В документах предшествующего уровня техники нет никакого описания продукта предварительной ферментации, который может быть смешан без дополнительной ферментации с получением кваса с подлинным вкусом кваса. Таким образом, настоящее изобретение позволяет сохранить процесс ферментации, но при этом нет необходимости осуществлять этот процесс при окончательном изготовлении напитка. В частности, результатом первого способа является получение концентрированного продукта, который можно легко транспортировать и хранить для получения кваса в другом месте путем осуществления стадии простого смешивания.
Таким образом, в первом воплощении настоящего изобретения предложен способ производства ферментированного продукта, способного к смешиванию с по меньшей мере подсластителем и водой с образованием квасного напитка, включающий стадии либо:
а) смешивания квасного сусла с подсластителем,
б) ферментации продукта со стадии (а) с помощью дрожжей с получением содержания этанола 2,5-5% (об./об.),
в) отделения дрожжей от продукта со стадии (б),
г) дистилляции ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в) с получением концентрированного сусла с содержанием сухих веществ по меньшей мере 65%, измеренным в виде рефрактометрического Брикса, и
д) термической обработки концентрата сусла; либо
а1) смешивания концентрата квасного сусла с подсластителем и водой с получением сусла с содержанием сухих веществ 15-34%, измеренным в виде рефрактометрического Брикса,
б1) ферментации продукта со стадии (а1) при помощи дрожжей с получением 4-13% (об./об.) этанола и
в1) отделения дрожжей от продукта со стадии (б1).
При осуществлении стадий (а)-(д) предпочтительно, чтобы ферментированный продукт (концентрированное ферментированное квасное сусло) был способен к смешиванию с водой, сахаром и возможно пищевыми кислотами и ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, например 25-60% (об./об.) этанола, для образования кваса, а при осуществлении стадий (а1) и (б1), чтобы ферментированный продукт (ферментат, содержащий 4-13% (об./об.) этанола) был способен к смешиванию с водой и сахаром и возможно пищевыми кислотами и/или неферментированным концентратом квасного сусла для образования кваса.
Термин "ферментированный продукт", как он использован в данном описании, относится к продукту, получаемому либо в результате ферментации сусла с содержанием сухих веществ 15-34% (полученного из концентрата квасного сусла), либо из квасного сусла, которое может быть смешано с другими соединениями с непосредственным образованием квасного напитка без необходимости дальнейшей ферментации. Ферментированный продукт не является представителем квасного напитка (в отличие от способа предшествующего уровня техники, где ферментация смешиваемого концентрата квасного сусла протекает на более поздних стадиях получения напитка, то есть где ферментированный продукт представляет собой квас), и для образования кваса из ферментированного продукта, который описан в настоящем изобретении, требуется дополнительная стадия смешивания. Как обсуждалось ранее, такой ферментированный продукт, способный к смешиванию с другими компонентами с образованием кваса, не образуется в способах предшествующего уровня техники, относящихся к изготовлению кваса. Таким образом, в способе, применяемом в данной области техники, напротив, используют концентрат квасного сусла на стадии смешивания, а затем осуществляют последующую стадию ферментации, что приводит к получению кваса. Поэтому ферментированный продукт в данной области техники представляет собой квас. Ферментированный продукт, который получен в настоящем изобретении, может быть смешан с образованием кваса впоследствии, но сам ферментированный продукт не является квасом.
В одном из воплощений ферментированный продукт представляет собой концентрат ферментированного квасного сусла. Этот продукт является результатом (то есть получен или может быть получен путем) выполнения стадий (а)-(д) способа. Этот концентрированный продукт имеет содержание сухих веществ по меньшей мере 65 Брикс и, как обсуждалось выше, способен к смешиванию с другими компонентами (обычно с водой, подсластителем, ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола (предпочтительно дистиллятом, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, как описано ниже)) и возможно пищевыми кислотами с образованием кваса.
Этот концентрированный ферментированный продукт чрезвычайно выгоден, поскольку, как обсуждалось ранее, он может быть упакован и отправлен на стандартные заводы по розливу для производства кваса. Предварительная ферментация продукта дает возможность получать квас на стандартных заводах по розливу без необходимости в оборудовании для ферментации. Это первый концентрированный предварительно ферментированный продукт, пригодный для получения кваса.
Во втором воплощении ферментированный продукт представляет собой ферментат, предпочтительно содержащий 4-13%, например 8-13% (об./об.) этанола, полученный на стадиях (а1)-(в1) способа (называемый в данном описании как глубокий ферментат). Этот продукт может иметь различное содержание сухих веществ в зависимости от количества используемого концентрата квасного сусла (может варьироваться от 3 до 20% фактических сухих веществ) и, как обсуждалось выше, может быть смешан с другими компонентами (обычно водой и подсластителем и возможно неферментированным концентратом квасного сусла и/или пищевыми кислотами) с образованием кваса.
В частности, в способах по изобретению ферментированный продукт может быть смешан либо с ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, например 25-60% (об./об.) этанола, либо с неферментированным концентратом квасного сусла вместе с водой, подсластителем и возможно пищевыми кислотами с образованием кваса, как обсуждалось выше. Таким образом, ферментированный продукт, полученный на стадиях (а)-(д) или (а1)-(в1) способа, может иметь разные составы, но оба были предварительно ферментированными, то есть подвергнуты ферментации перед осуществлением стадии смешивания для получения конечного напитка, и оба способны к смешиванию с другими компонентами (по меньшей мере с подсластителем и водой) для получения кваса без необходимости в дальнейшей ферментации.
Таким образом, в конкретном воплощении изобретения предложен способ получения концентрированного ферментированного квасного сусла, способного к смешиванию с подсластителем, водой, ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, и возможно пищевыми кислотами, с образованием квасного напитка, включающий стадии (а)-(д), которые описаны выше.
В следующем воплощении изобретения предложен способ получения ферментата, содержащего 4-13% (об./об.) этанола (альтернативно рассматриваемого как глубокий ферментат), способного к смешиванию с подсластителем и водой и возможно пищевыми кислотами и/или неферментированным концентратом квасного сусла с образованием квасного напитка, включающий стадии (а1) и (б1), которые описаны выше.
Способ получения ферментированного продукта концентрированного ферментированного квасного сусла, включающий стадии (а)-(д), также может приводить к получению ароматического раствора, содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, например по меньшей мере 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90% (об./об.) этанола. Предпочтительно, ароматический раствор содержит 25-60% (об./об.) этанола, например по меньшей мере 25, 35, 45, 55 или 60% (об./об.) этанола. Так, ароматический раствор, содержащий по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, может быть получен в виде фракции при выполнении процесса дистилляции (стадия (г) способа по изобретению). Ароматический раствор или ароматическая фракция могут быть смешаны с концентрированным ферментированным квасным суслом с образованием кваса. Ароматический раствор с содержанием этанола по меньшей мере 20% (об./об.) в этом случае является предпочтительным для смешивания с концентрированным ферментированным квасным суслом, поскольку выбор фракции с меньшим содержанием этанола приводит к возрастанию объема фракции, в котором (объеме) могут содержаться нежелательные ароматизаторы со вкусом зерновых злаков, вызывающие неприятное послевкусие в конечном напитке. Верхняя граница этанола в данном растворе будет варьироваться в зависимости от усовершенствования технологии дистилляции.
Таким образом, в другом воплощении этого способа также предложено получение ароматического раствора, содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, например предпочтительно 25-60% (об./об.) этанола, со стадии дистилляции (г). Следовательно, как обсуждалось выше, вышеупомянутые стадии (а)-(д) способа по изобретению предусматривают получение концентрированного ферментированного квасного сусла и ароматического дистиллята, содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, которые могут быть смешаны с образованием квасного напитка.
В следующем воплощении изобретения предложен способ получения концентрированного ферментированного квасного сусла, способного к смешиванию с подсластителем, водой, ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, и возможно пищевыми кислотами с образованием квасного напитка, включающий
а) смешивание квасного сусла с подсластителем,
б) ферментацию продукта со стадии (а) с помощью дрожжей с получением содержания этанола 2,5-5% (об./об.),
в) отделение дрожжей от продукта со стадии (б),
г) дистилляцию ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в) с получением концентрированного сусла с содержанием сухих веществ по меньшей мере 65%, измеренным в виде рефрактометрического Брикса, и ароматической фракции, содержащей по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, и
д) термическую обработку концентрата сусла.
При альтернативном рассмотрении согласно изобретению дополнительно предложен способ получения ароматического раствора, содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, способного к смешиванию с концентрированным ферментированным квасным суслом, подсластителем, водой и возможно пищевыми кислотами с образованием квасного напитка, включающий
а) смешивание квасного сусла с подсластителем,
б) ферментацию продукта со стадии (а) с помощью дрожжей с получением содержания этанола 2,5-5% (об./об.),
в) отделение дрожжей от продукта со стадии (б),
г) дистилляцию ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в) с получением ароматической фракции, содержащей по меньшей мере 20% (об./об.) этанола.
Как обсуждалось ранее, квасной напиток (или сироп) образуется на конечной стадии смешивания. Стадия смешивания предпочтительно может включать либо смешивание всех ингредиентов конечного напитка, предпочтительно с последующими газированием и пастеризацией, либо можно приготовить сироп из всех ингредиентов, который предпочтительно непосредственно перед розливом может быть разбавлен газированной водой для достижения заданной плотности и затем подвергнут пастеризации и розливу или подвергнут пастеризации прямо в упаковке. Для удаления любого избытка твердых частиц могут потребоваться фильтрация или центрифугирование сиропа или напитка, и это является стандартной процедурой данной области техники.
Преимуществом этого способа получения над способами, представленными предшествующим уровнем техники, является возможность смешивать квас в условиях стандартного завода по розливу, устраняющая необходимость в заводе по производству продуктов брожения на конечных стадиях производства кваса. Смешивание концентрированного ферментированного квасного сусла и ароматического дистиллята по настоящему изобретению обычно включает добавление сахарного или глюкозного/фруктозного сиропа и воды способом, аналогичным стадии смешивания предшествующего уровня техники. Как будет рассмотрено далее ниже, для обеспечения правильной кислотности напитка при производстве кваса также может потребоваться смешивание с пищевыми кислотами. Эта стадия может быть заменена на более раннюю стадию ферментации с использованием кислотообразующих бактерий, таких как лактобактерии, если это будет предпочтительно.
На стадиях (а)-(д) способа получения концентрированного ферментированного квасного сусла "квасное сусло" используется на начальной стадии смешивания (а). "Квасное сусло", как использовано в данном описании, может быть взято с начальных стадий промышленного производства кваса, известного в данной области (где обычно квасное сусло представляет собой фильтрат, полученный на начальной стадии фильтрации в стандартном способе промышленного производства кваса). Поэтому в данной области хорошо известно, как изготовить квасное сусло. Так, квасное сусло, которое используется на стадии (а) способа по изобретению, может быть изготовлено с применением разнообразного сырья в способе промышленного производства кваса. Обычно для изготовления квасного сусла необходим источник ферментируемого углевода, например зерно, такое как ржаная мука, кукурузная мука, например обезжиренная кукурузная мука, и/или рис, либо по отдельности, либо в смеси друг с другом в любом соотношении. Альтернативно, в качестве источника ферментируемого углевода можно использовать тритикале (гибрид ржи/пшеницы). Для производства квасного сусла также необходимо добавление ферментов или источника ферментов, чтобы обеспечить доставку амилаз (например, α-амилазы), глюканаз, протеаз и/или ксиланаз к источнику ферментируемых углеводов. Обычно используемые ферменты включают термостабильную амилазу и бета-глюканазу. Также могут быть включены протеаза и ксиланаза. Кроме того, для разрушения разветвленных амилопектинов может быть включена пулланаза. Обычно к основному затору добавляют все экзогенные ферменты, возможно за исключением протеазы, которая могла бы быть добавлена к источнику углеводов в процессе затирания (предпочтительно при 52°С) для содействия разрушению алейронового слоя. Типичным источником ферментов, которые могут быть использованы, является ячменный солод, хотя для изготовления квасного сусла можно применять и другие источники ферментов.
Обычно зерно или источник ферментируемых углеводов, которые предназначены для использования, обрабатывают варкой под давлением при температуре приблизительно 105-110°С (можно использовать более высокую температуру, но это не дает преимущества в эффективности), что позволяет добиться псевдоожижения и высвобождения крахмала из источника углеводов, а в качестве источника протеазы к источнику углеводов может быть добавлено небольшое количество ячменного солода (предполагается использовать приблизительно 10% от общего количества (по массе)). Как обсуждалось выше, вместо ячменного солода может быть использован любой другой источник протеаз. Затем сваренный углевод (обычно зерно) подвергают затиранию вместе с ферментированным ржаным солодом и оставшимся ячменным солодом до достижения полного осахаривания.
Признаком осахаривания служит отрицательный ответ в йод-крахмальном тесте. Предпочтительно, должно быть достигнуто полное осахаривание, однако в некоторых случаях труднообрабатываемого сырья на стадии затирания в сахар будет превращено по меньшей мере 95%, 90%, 80% или 70% углевода. Приготовление затора обычно происходит в диапазоне 40-90°С, при этом обычно затирание (добавление зерна к затору) осуществляют при температуре приблизительно 52°С, которая оптимальна для протеазной активности. Приготовление затора может вовлекать выдерживание при конкретных температурах, чтобы способствовать активности конкретных ферментов. Так, например, выдерживание при 49-55°С может активировать протеазы, а "пауза" при 60°С может активировать β-глюканазу, которая расщепляет β-глюканы в заторе. Кроме того, "пауза" при 65-71°С может способствовать превращению крахмала в сахар, причем "пауза" при температуре, близкой к нижней границе диапазона, может способствовать образованию таких сахаров, как мальтотриоза, мальтоза и глюкоза, а "пауза" при температуре, близкой к верхней границе диапазона, может способствовать образованию сахаров более высокого порядка, таких как декстрин. Приготовление затора обычно занимает приблизительно 2-3 часа. Используемые ферменты и "паузы" при конкретных температурах будут зависеть от источника ферментируемых углеводов, который используют для получения сусла.
Помимо этого, также может играть важную роль рН основного затора. Например, если затор становится слишком кислотным для ферментативной активности, можно добавить карбонат кальция (или другие основные агенты типа гидроксида кальция или бикарбоната калия и т.д.), чтобы способствовать увеличению рН выше 5.
Затем затор подвергают фильтрации с использованием фильтров для отделения затора для удаления солодовой крупки, при этом полученный фильтрат представляет собой квасное сусло. В связи с этим обычно используют две фильтрационные системы, а именно Meura или Ziemann. Обе фильтрационные системы подходят для фильтрации квасного сусла, хотя Meura может быть предпочтительна.
Таким образом, хотя квасное сусло может быть получено любым соответствующим способом, оно может быть получено, как описано выше, для применения в настоящем изобретении. Альтернативный способ получения кваса описан в WO 2011/026591, которая включена в данное описание посредством ссылки. Обычно квасное сусло изготавливают для незамедлительного применения на стадии (а) способа по настоящему изобретению, поскольку оно является продуктом, чувствительным к микробиологическому загрязнению. Тем не менее, квасное сусло также можно подвергать хранению перед использованием на стадии (а) путем замораживания, или квасное сусло можно подвергнуть стерилизации и упаковать в асептических условиях.
Термин "сусло", как он использован в данном описании, относится либо к зерновому экстракту, полученному путем фильтрации затора, разбавленного или неразбавленного промывной водой для выщелачивания дробины, либо к концентрированному экстракту, разбавленному до одинарной крепости, с добавлением или без добавления других ингредиентов напитка, определенных в данном описании. Промывная вода для выщелачивания дробины представляет собой разбавленный экстракт, образованный путем сбора воды, которая была отфильтрована через отжатый затор для экстракции дополнительных сахаров. Термин "сусло" используется в данном описании взаимозаменяемо для обозначения квасного сусла или концентрата квасного сусла либо продукта, полученного в результате обработки квасного сусла или концентрата квасного сусла, например после стадии составления смеси, смешивания, нагревания, ферментации, дистилляции, или к их смеси.
Термин "подсластитель", как он использован в данном описании, относится к любому источнику сахара (сладкого сахарида) и охватывает, например, сахарозу и сиропы глюкозы и/или фруктозы, а также олиго- и полисахариды, содержащие моносахаридные мономеры. Когда подсластитель вводят в смесь на стадии либо (а), либо (а1) рассмотренных выше способов, основным требованием для подсластителя является обеспечение питания дрожжей для ферментации. Для стадии (а1) количество подсластителя должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить получение 4-13% (об./об.) этанола в ферментате. Чтобы этого добиться, предпочтительно 8-26% сухих веществ должны представлять собой подсластители, например глюкозу. Что касается стадии (а), то целевое содержание этанола после ферментации ниже, 2,5-5% (об./об.) (предпочтительно 3-4% (об./об.)), и поэтому можно добавить приблизительно 3,5-6,5% твердых подсластителей, эквивалентных глюкозе (предпочтительно 4-6% твердых подсластителей, эквивалентных глюкозе).
Как обсуждалось ранее, ферментированные продукты также способны к смешиванию с подсластителем для получения кваса. Подсластитель можно добавить к продукту стадии (д) или (б1) на стадии смешивания, что будет подробно рассмотрено ниже.
Термин "концентрат квасного сусла" или "концентрированное квасное сусло", как он использован в данном описании, относится к любой концентрированной форме квасного сусла, как определено выше. Концентрирование может быть осуществлено любым способом, известным в данной области, и обычно его осуществляют с использованием двух- или трехступенчатой выпарной установки. На стадии (г) способа по изобретению первую ступень объединяют с использованием дистилляционной колонны, на которой отделяют наиболее летучую фракцию с содержанием этанола по меньшей мере 20% (об./об.). Обычно концентрат квасного сусла может быть получен путем концентрирования квасного сусла или ферментированной формы квасного сусла до содержания сухих веществ по меньшей мере 65 единиц, выраженного в виде рефрактометрического Брикса. Такое содержание сухих веществ должно обеспечить низкую активность воды и высокую кислотность, что может предотвратить микробиологическое загрязнение. Обычно концентрат квасного сусла может иметь содержание сухих веществ, составляющее 68-74 Брикс по рефрактометру, например по меньшей мере 68 Брикс по рефрактометру.
Термин "глубокий ферментат", как он использован в данном описании, относится к продукту со стадий (а1) и (б1) способа по изобретению, который обычно представляет собой продукт подвергнутого глубокой ферментации сусла и который может содержать 4-13% (об./об.) этанола, например 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 или 13% (об./об.) этанола. "Глубокая ферментация" представляет собой способ ферментации, осуществляемый с помощью дрожжей, причем дрожжи способны утилизировать все доступные сахара (например, по меньшей мере более 90% сахаров).
Подсластитель, используемый на стадии (а) способа по изобретению, смешивают с квасным суслом. Обычно подсластитель легко растворяется в квасном сусле. Подсластитель также может быть использован на следующей стадии (е), которая будет рассмотрена ниже.
Как обсуждалось на стадии (б) способа по изобретению, смешанное квасное сусло со стадии (а) далее подвергают стадии ферментации с помощью дрожжей с целью достижения содержания этанола 2,5-5% (об./об.), предпочтительно 3-4% (об./об.). При альтернативном рассмотрении содержание этанола может составлять по меньшей мере 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9 или 5,0% (об./об.). Дрожжи, которые могут быть использованы на этой стадии ферментации, обычно представляют собой Saccharomyces cerevisiae (сорта для хлебопечения и пивоварения), однако также могут быть использованы другие дрожжи. Например, подходящие дрожжи могут быть выбраны из списка, содержащего Saccharomyces uvarum, Saccharomyces bayanus, Saccharomyces pastorianus (также известные как Saccharomyces carlsbergensis), Schizosaccharomyces pombe, Xanthophyllomyces dendrorhous, Debaryomyces hansenii, Hanseniaspora uvarum, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Pichia angusta, Pichia anomala, Brettanmyces и Torulaspora delbrueckii. Несмотря на то что при ферментации предпочтительно используют чистую дрожжевую культуру, то есть дрожжевую культуру, содержащую только один вид дрожжей или один сорт дрожжей, также может быть использована смесь разных дрожжей, например 50% сорта для хлебопечения или сорта для пивоварения S. cerevisiae и 50% S. uvarum. В предпочтительном воплощении в качестве дрожжевой культуры в способах по изобретению используют S. cerevisiae. S. cerevisiae (или любые другие дрожжи) могут быть использованы как в сухой, так и в суспендированной формах. Степень засевания (инокуляции) дрожжами, используемыми на стадии (б) способа, предпочтительно составляет примерно 10М клеток/г препарата, а на стадии (б1) предпочтительно составляет примерно 75М клеток/г препарата.
Стадия ферментации (б) может быть осуществлена с использованием следующих условий. Как обсуждалось выше, на стадии ферментации (б) могут быть использованы сухие дрожжи, при этом перед инокуляцией сухие дрожжи можно регидратировать. Для регидратации можно приготовить предпочтительно 10%-ную (масс./масс.) суспензию сухих дрожжей при температуре примерно 30°С. Такую суспензию можно осторожно перемешать для обеспечения нахождения всех дрожжей в регидратированной форме. Обычно дрожжевую суспензию оставляют на 30 минут (например, по меньшей мере на 10, 20 или 30 минут), а затем гидратированные дрожжи можно добавить к продукту стадии (а). Стадия ферментации (б) может быть осуществлена в коническо-цилиндрических сосудах, обычно используемых в пивоварении, которые делают возможным аэрирование. В частности, стадия ферментации (б) может быть осуществлена при 25-30°С и предпочтительно при 28°С. Необходимо, чтобы процесс ферментации был обеспечен подходящим аэрированием. Стадия ферментации (б) может быть остановлена искусственно: путем охлаждения и отделения дрожжей после достижения целевого содержания этанола, например 2,5-5% (об./об.). На стадии ферментации (б1) (более подробно рассмотренной ниже) дрожжи могут ухудшиться естественным путем, когда концентрация этанола превысит 8% (об./об.). Ферментация может происходить от 8 до 48 часов, в зависимости от конкретных условий.
Как обсуждалось выше, ферментацию осуществляют до тех пор, пока не будет достигнута конкретная концентрация этанола в продукте. Содержание этанола в % можно измерить путем комбинирования денситометрии и инфракрасной спектроскопии, и, в частности, содержание этанола в % можно измерить с использованием алколайзера Alcolyzer Beer Plus и денситометра DMA 4500 (Anton Paar, Austria).
В способах по настоящему изобретению также может быть осуществлена дополнительная стадия ферментации, так называемая "бактериальная" стадия ферментации, использующая кислотообразующие бактерии. Термин "кислотообразующие бактерии", как он использован в данном описании, относится к бактериям, способным продуцировать органические кислоты, в частности пищевые кислоты, которые определены где-либо еще в данном описании. Таким образом, кислотообразующие бактерии выбраны из уксуснокислых бактерий, пропионовокислых бактерий, бифидобактерий и молочнокислых бактерий (также известных как лактобактерии). В предпочтительном воплощении дополнительная "бактериальная" стадия ферментации представляет собой лактобактериальную стадию ферментации, то есть использующую молочнокислые бактерии. Такая дополнительная бактериальная, предпочтительно лактобактериальная, стадия ферментации может быть осуществлена либо до, либо одновременно с, либо после дрожжевой ферментации. Бактериальная ферментация, проводимая одновременно с дрожжевой ферментацией, может охватывать совместную ферментацию продукта стадии (а) (или стадии (а1)) с помощью как дрожжей, так и кислотообразующих бактерий, предпочтительно лактобактерий, либо может включать разделение продукта стадии (а) (или стадии (а1)) на части и предоставление возможности для дрожжевой ферментации на одной части, а бактериальной ферментации на другой части. Эту последнюю ферментацию также можно назвать параллельной ферментацией, то есть когда осуществляют раздельные ферментации с использованием дрожжей и бактерий, предпочтительно лактобактерий, на продукте со стадии (а), разделенном на части. Таким образом, в этом последнем воплощении, дрожжевую и бактериальную ферментации осуществляют по отдельности, но возможно в одно и то же время. (Альтернативно, такую раздельную или параллельную ферментацию можно проводить в разное время.) Как только в реакциях ферментации достигается целевое(ая) содержание этанола в % или кислотность, продукты раздельной ферментации можно объединить или смешать еще раз.
Однако в предпочтительном воплощении способа, включающего стадии (а)-(д), бактериальная, предпочтительно лактобактериальная, стадия ферментации может быть осуществлена до ферментации с помощью дрожжей.
Таким образом, способ(ы) по изобретению может(гут) включать две стадии ферментации, где одна ферментация может быть осуществлена с помощью кислотообразующих бактерий, предпочтительно лактобактерий, а другая ферментация может быть осуществлена с помощью дрожжей. Бактериальная ферментация может быть осуществлена с образованием в сусле пищевых кислот, и, в частности, предпочтительной является кислотность 0,2-0,7% (масс./масс.), выраженная в лимонной кислоте, в частности 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 или 0,7% (масс./масс.). Альтернативно, если не проводить стадию бактериальной ферментации, то пищевые кислоты можно добавить на конечной стадии смешивания квасного напитка. Таким образом, ферментация с кислотообразующими бактериями, предпочтительно лактобактериями, является возможной стадией при получении концентрированного ферментированного квасного сусла и/или дистиллята/ароматического раствора, содержащего этанол (стадии (а)-(д) способа) (и также является возможной на стадиях (а1) и (б1) способа), которую можно избежать путем введения пищевых кислот на конечной стадии смешивания с образованием кваса.
Кислотообразующие бактерии, которые могут быть использованы на возможной стадии ферментации, могут представлять собой лактобактерии, бифидобактерии, пропионовокислые бактерии или уксуснокислые бактерии. Лактобактерии могут быть выбраны из списка, содержащего Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus amylolyticus, Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus alimentarius, Lactobacillus aviaries, Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus farciminis, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus gallinarum, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus hilgardii, Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus kefiranofaciens, Lactobacillus kefiri, Lactobacillus mucosae, Lactobacillus panis, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus paraplantarum, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus pontis, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus sakei, Lactobacillus salivarius, Lactobacillus sanfranciscensis, Lactobacillus zeae, Lactococcus lactis, Leuconostoc citreum, Leuconostoc lactis, Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus acidilactici, Pediococcus dextrinicus, Pediococcus pentosaceus и Streptococcus thermophiles. В особенно предпочтительном воплощении лактобактерии могут представлять собой Lactobacillus paracasei, Lactobacillus casei или Lactobacillus brevis. Уксуснокислые бактерии могут быть выбраны из списка, содержащего Gluconoacetobacter hansenii, Gluconoacetobacter intermedius, Gluconoacetobacter liquefaciens, Gluconoacetobacter xylinus, Gluconobacter cerinus, Gluconobacter oxydans, Acetobacter cerevisiae, Acetobacter pasteurianus и Acetobacter oeni. Примером пропионовокислых бактерий, подходящих для применения в способах по изобретению, являются Propionibacterium freudenreichii. Бифидобактерии могут быть выбраны из списка, содержащего Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve и Bifidobacterium longum.
Такая ферментация может быть осуществлена с использованием сосудов, при температурах и в течение времени, которые рассмотрены выше в отношении стадии дрожжевой ферментации, и, как обсуждалось выше, предпочтительно получаемая при такой ферментации кислотность составляет 0,2-0,7% (масс./масс.). Кислотность можно измерить путем титрования 0,1 н. раствором NaOH до тех пор, пока не будет достигнуто значение рН 8,11. Использованный объем NaOH автоматически пересчитывается в концентрацию присутствующей лимонной кислоты, и этот способ обычно используют для определения кислотности многих напитков, производимых промышленностью, например производимых Кока-Колой. Кислотность часто выражают в мл 0,1 н. или 1 н. NaOH, необходимого для титрования до рН 8,11.
На стадии (в) способа по изобретению требуется отделение дрожжей после завершения процесса ферментации. Отделение может быть осуществлено путем фильтрации, однако предпочтительно отделение выполняют путем центрифугирования после стадии или стадий ферментации. Также могут быть использованы другие методы отделения дрожжей, например декантация жидкого продукта процесса ферментации от выпавших в осадок дрожжей после охлаждения до примерно 4°С. На стадии (в) также может быть использована комбинация методик разделения, в частности за стадией центрифугирования может следовать фильтрация, например мембранная фильтрация, с целью удаления любых остаточных количеств микроорганизмов, сохранившихся после первой стадии отделения. Альтернативно, за разделением, например, путем центрифугирования может следовать пастеризация для обеспечения устранения остатков микроорганизмов.
Как обсуждалось выше, для отделения дрожжей от продукта ферментации на стадии (б) предпочтительно может быть использовано центрифугирование. Такое центрифугирование обычно можно осуществлять с использованием промышленных центрифуг с производительностью приблизительно 20000-30000 л/ч. Типичное оборудование для разделения поставляют GEA Westfalia или Alfa Laval. Предпочтительно, перед выполнением любой стадии центрифугирования продукт стадии (б) охлаждают. В частности, продукт стадии (б) можно охладить до температуры менее 10°С, и в таких условиях дрожжи могут инактивироваться.
Если для отделения дрожжей от продукта ферментации применяют фильтрацию, то может быть использовано несколько разных фильтров или мембран, в том числе заранее приготовленные фильтрующие элементы, например слои. Также может быть использован тонкоизмельченный порошок (например, диатомовая земля), который можно ввести в продукт ферментации и подвергнуть рециркуляции после просеивания с образованием фильтрующего слоя. Фильтры/мембраны могут быть для грубой очистки или для тонкой очистки, однако предпочтительно, когда фильтры/мембраны являются достаточно мелкими для обеспечения, по меньшей мере, пятикратного логарифмического (5-log) уменьшения дрожжей в продукте ферментации. Выбор подходящего фильтра находится в пределах компетентности специалиста в этой области. Типичный размер пор мембраны/фильтра может составлять 0,45 микрона. Следует иметь в виду, что фильтры изготавливают и продают имеющими конкретный размер пор, но в процессе производства иногда могут быть получены несколько меньшие или большие поры. Таким образом, размер пор относится к диаметру самого распространенного размера пор фильтра. Также могут быть использованы стерильные фильтры, которые позволяют удалить почти все микроорганизмы из продукта ферментации. В этом случае можно достичь, по меньшей мере, пятикратного логарифмического (5-log) уменьшения дрожжей в продукте ферментации.
На стадии (г) способа по изобретению требуется дистилляция ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в), который может представлять собой фильтрат, если в качестве способа отделения дрожжей применяли фильтрацию, или супернатант, если в качестве способа отделения дрожжей применяли стадию центрифугирования. На стадии (г) может быть использована дистилляционная колонна с тарелками или с насадкой. Увеличивая количество тарелок в колонне, можно получить более высокую концентрацию этанола в дистилляте. Процесс дистилляции позволяет осуществить концентрирование ферментированного квасного сусла, в частности, до содержания сухих веществ, равного по меньшей мере 65% (масс./масс.), измеренного в виде рефрактометрического Брикса, и предпочтительно до содержания сухих веществ 68-74% (масс./масс.), измеренного в виде рефрактометрического Брикса, а также позволяет осуществить отделение жидкой фракции, содержащей по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, как было рассмотрено ранее. Эта фракция названа в данном описании дистиллятом или ароматическим раствором, содержащим этанол. Соответственно, ароматический раствор, упомянутый в данном описании, содержит этанол, как описано выше, и одно или более ароматических соединений, то есть имеющих аромат, например, которые описаны ниже в таблице. Типичные ароматические компоненты в дистилляте по изобретению являются следующими.
Соединение
Дистиллят
Диацетил (млн<sup>-1</sup>)
3,5
Пентандион (млн<sup>-1</sup>)
2,7
Общее количество VDK (вицинальные дикетоны) (млн<sup>-1</sup>)
6,2
Этилацетат (млн<sup>-1</sup>)
21,7
Изоамилацетат (млн<sup>-1</sup>)
1,1
Общее количество сложных эфиров (млн<sup>-1</sup>)
22,8
Пропанол (млн<sup>-1</sup>)
67,9
Изобутанол (млн<sup>-1</sup>)
155,9
Изоамиловый спирт (млн<sup>-1</sup>)
609,8
Общее количество спирта из сивушных масел (млн<sup>-1</sup>)
833,6
Ацетальдегид (млн<sup>-1</sup>)
54,4
Однако следует иметь в виду, что количества и типы присутствующих ароматических компонентов будут варьироваться и что ароматический раствор по изобретению может содержать любое одно или более чем одно из перечисленных ароматических соединений.
В способе по изобретению также требуется стадия (д) термической обработки концентрированного сусла, полученного на стадии (г). Термическая обработка может быть осуществлена с использованием любого источника тепла, хотя на практике могут быть использованы острый пар и/или непрямой нагрев с использованием рубашки или змеевика с теплоносителями. Обычно можно применять температуру в диапазоне 110-130°С в течение 10-30 минут. В случае непрямого нагрева с помощью теплообменника с рубашкой он может быть снабжен вращающимися скребками, которые скоблят внутреннюю поверхность для предупреждения локального пригорания концентрированного сусла и последующего повреждения поверхности. Этот способ нагрева позволяет достичь у концентрированного сусла целевого цветового и вкусового профиля, с тем чтобы при смешивании с ним, как будет рассмотрено далее ниже, происходило образование квасного напитка.
Таким образом, первый способ по изобретению приводит к получению концентрированного ферментированного квасного сусла и ароматического раствора (или дистиллята), содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, которые можно смешать с образованием квасного напитка. Следовательно, может быть осуществлена дополнительная стадия смешивания концентрированного ферментированного квасного сусла и ароматического раствора, содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, вместе с водой (которая может быть получена на более ранних стадиях способа), подсластителем и возможно пищевыми кислотами. Таким образом, в дополнительном воплощении изобретения предложен способ получения квасного напитка, включающий стадии:
а) смешивания квасного сусла с подсластителем,
б) ферментации продукта со стадии (а) с помощью дрожжей с получением содержания этанола 2,5-5% (об./об.),
в) отделения дрожжей от продукта со стадии (б),
г) дистилляции ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в) с получением ароматического раствора, содержащего по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, и концентрированного сусла с содержанием сухих веществ по меньшей мере 65%, измеренным в виде рефрактометрического Брикса,
д) термической обработки концентрированного сусла и
е) смешивания продукта со стадии (д) с водой, подсластителем и возможно пищевыми кислотами и с ароматическим раствором со стадии (г), содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола.
Стадия смешивания (е) включает смешивание подвергнутого термической обработке концентрированного сусла (или, при альтернативном рассмотрении, концентрированного ферментированного квасного сусла), воды и подсластителя, например сахара или глюкозного и/или фруктозного сиропа, что подробно описано выше. Стадия смешивания может быть предпринята в любом подходящем резервуаре с лопастным или циркуляционным насосом, при этом ингредиенты можно дозировать вручную или с помощью автоматики любого типа. Обычно подсластитель (например, сахар или глюкозный сироп) может быть добавлен в таком количестве, чтобы конечный продукт содержал от 1 до 3% сухих веществ из сахара или эквивалентного подсластителя. Таким образом, конечный продукт предпочтительно может содержать от 4 до 8% сухих веществ, из которых 1-3% приходится на сахар и 1-5% - на концентрированное ферментированное квасное сусло. Остальная часть конечного продукта (предпочтительно 92-96%) может представлять собой воду, при этом вода может быть получена или может не быть получена на более ранних стадиях обработки.
Как обсуждалось ранее, пищевые кислоты вводят только на конечной стадии смешивания, если ранее не была проведена ферментация с помощью бактерий, предпочтительно лактобактерий. Пищевые кислоты также можно ввести, если была проведена только лишь частичная бактериальная ферментация, например если путем ферментации было получено недостаточное количество кислот. Пищевые кислоты, которые можно добавить на стадии смешивания (е), представляют собой съедобные органические кислоты и, в частности, включают молочную кислоту. Также могут быть использованы лимонная, уксусная, винная и яблочная кислоты. На конечной стадии смешивания можно использовать одну или более пищевых кислот, например при желании можно использовать комбинацию кислот. Такие пищевые кислоты имеются в продаже. Пищевые кислоты добавляют до достижения кислотности в диапазоне 0,05-0,25% (масс./об.), в частности в диапазоне 0,1-0,2% (масс./об.). Как обсуждалось ранее, пищевые кислоты можно не вводить на стадии смешивания (е), если в способ включена дополнительная стадия ферментации с использованием кислотообразующих бактерий, предпочтительно лактобактерий.
Ароматический раствор также вводят в смесь на стадии (е), предпочтительно после первоначального смешивания подвергнутого термической обработке концентрированного сусла, воды, сахара и возможно пищевых кислот. Ароматический раствор добавляют для достижения содержания этанола, предпочтительно находящегося в диапазоне 0,4-1%, но возможно и до 1,2% включительно.
Конечный квасной напиток, однако, может быть получен двумя традиционными способами, применяемыми при производстве напитков. Во-первых, напиток можно непосредственно смешать до одинарной крепости (содержание сухих веществ по ареометру Брикса 4,5-10), как описано выше. Альтернативно, он может быть приготовлен путем использования промежуточного конечного сиропа, включающего все ингредиенты, но только часть воды. Этот конечный сироп может содержать 15-50% сухих веществ и, таким образом, при альтернативном рассмотрении представлять собой более концентрированную форму кваса. При розливе такой конечный сироп можно смешать с негазированной или газированной водой с использованием специального оборудования, называемого дозирующим устройством. Соотношение при смешивании может варьироваться от 2 до 6 объемов воды на 1 часть сиропа. Таким образом, согласно изобретению дополнительно предложен способ получения сиропа, который можно разбавить негазированной или газированной водой с образованием кваса, включающий по меньшей мере вышеупомянутые стадии (а)-(д) и предпочтительно стадии (а)-(е), с получением сиропа с содержанием сухих веществ 15-50%. Сироп или напиток можно дополнительно обработать путем барботирования стерильного воздуха для снижения нежелательного постороннего привкуса.
Таким образом, согласно изобретению также предложен способ получения сиропа, который можно разбавить негазированной или газированной водой с образованием кваса, включающий стадии:
а) смешивания квасного сусла с подсластителем,
б) ферментации продукта со стадии (а) с помощью дрожжей с получением содержания этанола 2,5-5% (об./об.),
в) отделения дрожжей от продукта со стадии (б),
г) дистилляции ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в) с получением концентрированного сусла с содержанием сухих веществ по меньшей мере 65%, измеренным в виде рефрактометрического Брикса,
д) термической обработки концентрата сусла со стадии (г) и
е) смешивания продукта со стадии (д) с подсластителем, водой и возможно пищевыми кислотами и ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола, с образованием сиропа, содержащего сухие вещества в количестве 15-50%, измеренном в виде рефрактометрического Брикса.
-1
3
Предпочтительно, на стадии (е) для смешивания используют воду для приготовления напитков. Термин "вода для приготовления напитков" относится к воде, которая удовлетворяет всем требованиям безопасности и щелочность которой предпочтительно уменьшена ниже значения 85 млн, выраженного в расчете на СаСО. Таким образом, воду для приготовления напитков можно очистить, например, путем фильтрации или УФ-излучения с целью удаления таких примесей, как нежелательные минеральные или органические вещества. Вода для приготовления напитков предпочтительно была подвергнута таким стадиям, как усиленная фильтрация для удаления патогенных микроорганизмов, дезинфекция (обеспечивает вторичный барьер против микроорганизмов), очистка углем и/или конечное фильтрование.
В способ получения квасного напитка могут быть включены дополнительные стадии, в том числе стадии газирования и/или пастеризации напитка. Кроме того, напиток можно разливать по бутылкам или, альтернативно, упаковывать в бочонки (контейнеры для бочкового пива). Также в первом способе по изобретению могут быть задействованы стадии получения квасного сусла, используемые на стадии (а). Такие стадии рассмотрены выше в отношении "квасного сусла".
Таким образом, как обсуждалось ранее, первый способ получения кваса по настоящему изобретению позволяет получить подвергнутое термической обработке концентрированное сусло и ароматический раствор, которые можно смешать с образованием конечного напитка (или сиропа) без необходимости в оборудовании для ферментации.
Во втором способе получения по изобретению требуется осуществление стадий (а1)-(в1), которые рассмотрены выше, причем на стадии (а1) требуется приготовить смесь концентрата квасного сусла с подсластителем и водой с получением сусла с содержанием сухих веществ 15-34% (предпочтительно с содержанием сухих веществ 17-30%), на стадии (б1) требуется провести ферментацию продукта со стадии (а1) с помощью дрожжей, чтобы предпочтительно получить 4-13% (об./об.) этанола, а на стадии (в1) требуется отделить дрожжи от продукта со стадии (б1).
В этом втором способе предпочтительно, что концентрат квасного сусла, используемый на стадии (а1), может быть получен с применением начальных стадий промышленного способа получения кваса, известного из уровня техники, например путем концентрирования квасного сусла до содержания сухих веществ по меньшей мере 65%, измеренного в виде рефрактометрического Брикса, и путем нагревания указанного продукта. Стадию нагревания можно проводить при 110-130°С в течение 10-30 минут с получением концентрата квасного сусла. Концентрат квасного сусла, используемый на стадии (а1), также имеется в продаже, например, у ЗАО "АТРУС" (город Ростов, Ярославская область, Россия) или у ЗАО "Костромской крахмало-паточный завод" (село Борщино, Костромская область, Россия). Количество концентрата квасного сусла, используемого в перемешиваемой смеси, зависит от того, включает ли конечная стадия смешивания добавление какого-либо неферментированного концентрата квасного сусла. Если, как обсуждается ниже, 95% сухих веществ концентрата квасного сусла добавляют в виде неферментированного концентрата квасного сусла во время конечной стадии смешивания, то обычно будет достаточно такое количество концентрата квасного сусла, используемого на начальной стадии смешивания (стадии (а1)), чтобы его доля в конечном напитке составляла 5% (масс./масс.) из расчета на сухие вещества. Как правило, может быть достаточно такое количество концентрата квасного сусла, используемого на стадии смешивания (а1), чтобы его доля в конечном напитке составляла 1-5% из расчета на сухие вещества.
Подсластитель, используемый на стадии (а1), является таким, как уже обсуждалось выше, например им может быть любой источник сахара. Количество подсластителя, используемого на стадии (а1), обычно может составлять 15%, например 5, 10, 15, 20 или 25% от общего количества подсластителя, использованного в полном способе получения квасного напитка. При альтернативном рассмотрении количество используемого подсластителя рассчитывают исходя из целевого содержания этанола в ферментате после ферментации. Как обсуждено ниже и ранее, предпочтительно, когда ферментат этого способа содержит 4-13% (об./об.) этанола. Исходя из этого можно рассчитать количество подсластителя, например сахарозы, требующееся для получения необходимого % этанола. Это находится в пределах компетентности специалиста. Так, например, известно, что в биохимической реакции 342 кг сахарозы может быть превращено в 184 кг этанола. Следовательно, можно рассчитать количество подсластителя, требующееся для получения любого количества этанола. Так как дрожжи также потребляют сахар в метаболических процессах, отличных от получения этанола, в реакционную смесь можно дополнительно включить небольшой избыток подсластителя (приблизительно 10%). Как будет рассмотрено далее ниже, подсластитель также обычно добавляют во время стадии смешивания для получения конечного напитка из вкусовых соображений, при этом добавляемое количество обычно находится в диапазоне 1-3% (масс./масс.) конечного продукта.
Кроме того, на стадии смешивания (а1) для достижения концентрата квасного сусла с содержанием сухих веществ 15-34% (предпочтительно 19-30%) добавляют воду. Количество воды можно рассчитать исходя из количества подсластителя, количества концентрата квасного сусла и целевого содержания сухих веществ для такого получения. Как обсуждалось ранее, количество подсластителя можно рассчитать исходя из требующегося содержания этанола в ферментате, и количество концентрата квасного сусла может быть взято на уровне 5% его дозировки в конечном напитке (так как ферментат будет составлять 5% конечного напитка).
Пример, подробно описывающий расчет концентрата квасного сусла, требующегося для ферментации, приведен ниже. Так, если из вкусовых соображений в конечном напитке требуется иметь 2% сухих веществ концентрата квасного сусла, то в 1000 кг конечного напитка будет 20 кг сухих веществ из концентрата сусла. Помимо этого, полагая, что поставляемый концентрат квасного сусла содержит 70% сухих веществ, реальное количество концентрата составляет 20/0,7 - 28,6 кг в конечном напитке. Поскольку приблизительно 5% этого количества может быть использовано для получения ферментата, для реакции ферментации потребуется смешать 1,43 кг на стадии (а1). Однако, как будет рассмотрено далее ниже, в способе на стадии (а1) можно применять по меньшей мере 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95 или 100% используемого концентрата квасного сусла. Следовательно, этот способ не ограничивается применением на стадии (а1) только 5% от общего количества концентрата квасного сусла. Поэтому в том случае, когда на стадии (а1) используют 100%-ный концентрат квасного сусла (и, таким образом, никакого неферментированного концентрата квасного сусла не добавляют во время последней стадии смешивания), в приведенном примере на стадии смешивания будет использовано 28,6 кг концентрата квасного сусла. Для обеспечения достаточной активности воды с целью выживания и размножения дрожжей содержание сухих веществ при получении предпочтительно должно составлять меньше 30%. С другой стороны, из экономических соображений желательно перемещать не более 10% объема конечного продукта. Устанавливая целевую концентрацию этанола в конечном напитке на уровне 0,5%, целевое содержание этанола в глубоком ферментате можно определить 5% (об./об.). Исходя из этого количество добавляемого сахара и воды можно рассчитать, используя методику для биохимической реакции, описанной выше.
Таким образом, количество добавляемой воды зависит от начальной концентрации и количества концентрата квасного сусла и сахара, используемых в данном способе. Содержание сухих веществ в концентрате квасного сусла можно измерить путем рефрактометрии и/или денситометрии. Предпочтительно используют рефрактометрический способ, так как он может быть более простым для выполнения (не требуется никакого разбавления) и обеспечивает техническую точность.
Стадия (б1) способа включает ферментацию продукта со стадии (а1) с помощью дрожжей предпочтительно с получением 4-13% (об./об.) этанола, например 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 или 13% (об./об.) этанола. В частности, достигается наиболее высокая возможная концентрация этанола, несмотря на то что количество дрожжей обычно начинает уменьшаться после достижения 10% этанола. Концентрацию этанола можно измерить, как обсуждалось ранее выше. Дрожжи, которые могут быть использованы для ферментации, являются такими, как уже обсуждалось выше в отношении стадий (а)-(д) способа.
Стадия ферментации может быть осуществлена в следующих условиях. Так, как обсуждалось выше в данном описании, на стадии ферментации (б1) могут быть использованы сухие дрожжи, при этом перед инокуляцией сухие дрожжи можно регидратировать. Для регидратации можно приготовить предпочтительно 10%-ную (масс./масс.) суспензию сухих дрожжей при температуре 30°С. Такую суспензию можно осторожно перемешать для обеспечения полной регидратации дрожжей. Суспензию можно отставить по меньшей мере на 10, 20 или 30 минут (предпочтительно 30 минут), а затем добавить к продукту стадии (а1). Ферментация может быть осуществлена в коническо-цилиндрических сосудах, обычно используемых в пивоварении, которые делают возможным аэрирование. В частности, стадия ферментации (б1) может быть осуществлена при 25-30°С и более конкретно при 28°С и может происходить от 8 до 48 часов в зависимости от конкретных условий.
Стадию глубокой ферментации предпочтительно осуществляют на стадии (б1), которая обычно позволяет дрожжам утилизировать весь присутствующий ферментируемый подсластитель, например по меньшей мере может быть утилизировано более 90% ферментируемого подсластителя. Необходимо, чтобы процесс ферментации был обеспечен подходящим аэрированием. Ферментация не может быть завершена искусственно до тех пор, пока не будет достигнуто целевое содержание этанола, хотя искусственное завершение ферментации может быть применено, например, путем охлаждения, когда дрожжи начинают лизировать, что может привести к неприятному вкусу в конечном напитке.
Концентрацию этанола 4-13% (об./об.) получают путем использования подходящего количества подсластителя на стадии смешивания (а1) (обсуждалось выше) для обеспечения получения требуемой концентрации этанола под действием дрожжей.
Что касается рассмотренного ранее способа, то в способе по настоящему изобретению также может быть осуществлена дополнительная стадия ферментации, использующая кислотообразующие бактерии, предпочтительно лактобактерии. Таким образом, способ может включать две стадии ферментации, где одну ферментацию осуществляют с помощью бактерий, а другую стадию ферментации осуществляют с помощью дрожжей. Предпочтительно, в данном способе может быть осуществлена параллельная ферментация, когда одна часть продукта со стадии (а1) может быть подвергнута бактериальной ферментации, а вторая часть продукта со стадии (а1) может быть подвергнута дрожжевой ферментации. В этом случае предпочтительной может быть ферментация с использованием кислотообразующих бактерий, предпочтительно лактобактерий, для достижения кислотности 0,2-0,7% (масс./масс.), выраженной в лимонной кислоте, с последующим концентрированием этого продукта до кислотности 1,5-2%, например, путем упаривания. Этот ферментат предпочтительно следует пастеризовать для обеспечения, по меньшей мере, пятикратного логарифмического (5-log) уменьшения кислотообразующих бактерий. Продукты дрожжевой и бактериальной параллельных ферментаций затем можно смешать вместе, как обсуждалось ранее.
Альтернативно, если не проводить стадию бактериальной ферментации, то можно добавить пищевые кислоты на конечной стадии смешивания квасного напитка. Таким образом, ферментация с использованием бактерий, предпочтительно лактобактерий, является возможной стадией при получении ферментированного концентрата квасного сусла, которую можно избежать путем введения пищевых кислот на конечной стадии смешивания.
Продукт дрожжевой ферментации со стадии (б1) обладает большинством вкусовых свойств квасного напитка, и поэтому для получения конечного квасного напитка необходима только конечная стадия смешивания. Перед смешиванием также следует выполнить стадию отделения (стадию (в1)) для удаления дрожжей и других нерастворимых веществ, как обсуждалось выше в отношении стадии (в).
Обычно конечная стадия смешивания включает смешивание продукта стадии (б1) с неферментированным концентратом квасного сусла, подсластителем, водой и возможно пищевыми кислотами (если стадия бактериальной ферментации не была осуществлена ранее). Неферментированный концентрат квасного сусла, используемый на любой такой стадии смешивания, может представлять собой тот же самый концентрат квасного сусла, который был использован на стадии (а1) способа по изобретению, и предпочтительно представляет собой концентрат квасного сусла, полученный с использованием таких же начальных перемолотых ингредиентов, что и в концентрате квасного сусла на стадии (а1), например полученный с использованием такого же источника углеводов. Тем не менее, можно использовать концентрат квасного сусла со слегка отличающимися свойствами, например незначительно отличающимся содержанием сухих веществ на этой стадии, и не существует никакого требования, чтобы используемый неферментированный концентрат квасного сусла был тем же самым или из той же самой партии, что и концентрат квасного сусла, используемый на стадии (а1) способа.
Количество неферментированного концентрата квасного сусла, используемое на любой конечной стадии смешивания, может варьироваться в диапазоне 95-0% от общего количества концентрата квасного сусла, используемого в способе получения. Таким образом, как обсуждалось ранее, если необходимо, чтобы в конечном напитке содержалось 2% сухих веществ концентрата квасного сусла при использовании концентрата квасного сусла с содержанием сухих веществ 70%, это можно рассчитать как 28,6 кг концентрата квасного сусла на 1000 кг конечного напитка. Если на стадии (а1) используют 5% концентрата квасного сусла, то на конечной стадии смешивания может быть использовано 95% концентрата квасного сусла, то есть 27,17 кг концентрата квасного сусла в этом примере. Однако конечная стадия смешивания может требовать смешивания любого % неферментированного концентрата квасного сусла в зависимости от % концентрата квасного сусла, используемого на стадии (а1). Так, при получении конечного напитка может быть смешано 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 или 0% от общего количества используемого концентрата квасного сусла. Если на стадии (а1) используют все требующееся количество концентрата квасного сусла, то на конечной стадии смешивания концентрат квасного сусла можно не добавлять совсем. Следовательно, количество неферментированного концентрата квасного сусла, добавляемое на этой стадии, зависит от его количества, добавленного на стадии (а1) (и от требующегося % сухих веществ концентрата квасного сусла в конечном напитке).
Обычно на этой стадии в смесь вводят подсластитель с образованием квасного напитка. Подсластителем может быть любой источник сахара, который рассмотрен ранее, и добавленное количество обычно составляет 1-3% от количества сухих веществ, определенного по желаемой сладости конечного продукта, представляющего собой напиток.
Как обсуждалось ранее, пищевые кислоты вводят только на конечной стадии смешивания, если ранее не осуществляли ферментацию с помощью кислотообразующих бактерий, предпочтительно лактобактерий. Комментарии, сделанные выше в отношении пищевых кислот, в равной степени применимы и здесь. Так, пищевые кислоты, которые могут быть добавлены на конечной стадии смешивания, включают молочную, яблочную, уксусную, винную и/или лимонную кислоту.
Предпочтительно, конечная стадия смешивания приводит к получению напитка с содержанием этанола приблизительно 0,5%, например от 0,4 до 1,2%. Перемешанный продукт далее может быть подвергнут фильтрации или центрифугированию для удаления нерастворенных твердых веществ из неферментированного концентрата квасного сусла, используемого на стадии смешивания. Фильтрация может быть осуществлена с использованием простого мешка или патронного фильтра, а центрифугирование может быть осуществлено с использованием промышленной центрифуги непрерывного действия с производительностью примерно 2000-30000 л/ч. Далее напиток может быть газирован, пастеризован и разлит по бутылкам.
Конечный квасной напиток, однако, может быть получен двумя традиционными способами, применяемыми при производстве напитков. Во-первых, напиток можно непосредственно смешать до одинарной крепости (содержание сухих веществ по ареометру Брикса 4,5-10), как описано выше. Альтернативно, он может быть приготовлен путем использования промежуточного конечного сиропа, включающего все ингредиенты, но только часть воды. Этот конечный сироп может содержать 15-50% сухих веществ. Таким образом, при альтернативном рассмотрении сироп может представлять собой концентрированную форму кваса. В этом случае конечный сироп может быть подвергнут обработке путем фильтрации или центрифугирования, как описано выше. При розливе конечный сироп можно смешать с негазированной или газированной водой с использованием специального оборудования, называемого дозирующим устройством. Соотношение при смешивании может варьироваться от 2 до 6 объемов воды на 1 часть сиропа. Таким образом, согласно изобретению дополнительно предложен способ получения сиропа, который можно разбавить негазированной или газированной водой с образованием кваса, включающий стадии (а1)-(д1), приведенные ниже, с получением сиропа с содержанием сухих веществ 15-50%. Сироп или напиток можно дополнительно обработать путем барботирования стерильного воздуха для снижения нежелательного постороннего привкуса.
Таким образом, изобретение также охватывает способ получения квасного напитка, включающий стадии:
а1) смешивания концентрата квасного сусла с подсластителем и водой с получением концентрата квасного сусла с содержанием сухих веществ 15-34%,
б1) ферментации продукта со стадии (а1) с помощью дрожжей с получением 4-13% (об./об.) этанола,
в1) отделения дрожжей от продукта со стадии (б1),
г1) смешивания ферментированного продукта со стадии (б1) с подсластителем, водой и возможно пищевыми кислотами и/или неферментированным концентратом квасного сусла,
д1) отделения нерастворенных твердых веществ от продукта со стадии (г1).
Вода, используемая на стадии смешивания (г1), предпочтительно представляет собой воду для приготовления напитков, как обсуждалось выше.
Кроме того, согласно изобретению предложен способ получения сиропа, который можно разбавить негазированной или газированной водой с образованием кваса, включающий стадии:
а1) смешивания концентрата квасного сусла с подсластителем и водой с получением сусла с содержанием сухих веществ 15-34%,
б1) ферментации продукта со стадии (а1) с помощью дрожжей с получением 4-13% (об./об.) этанола,
в1) отделения дрожжей от продукта со стадии (б1),
г1) смешивания продукта со стадии (в1) с подсластителем, водой и возможно неферментированным концентратом квасного сусла и/или пищевыми кислотами с образованием сиропа, содержащего сухие вещества в количестве 15-50%, измеренном в виде рефрактометрического Брикса, и
д1) отделения нерастворенных твердых веществ от продукта со стадии (г1).
Вышеупомянутые способы, включающие стадии (а1) и (б1) или (а1)-(д1), также могут включать стадии получения концентрата квасного сусла согласно способу, известному из уровня техники, и как уже рассмотрено ранее.
Таким образом, глубокий ферментат (ферментат, содержащий 4-13% этанола), полученный способами, рассмотренными выше, может быть использован для получения квасного напитка.
Следовательно, при альтернативном рассмотрении, согласно настоящему изобретению предложен способ получения квасного напитка, включающий стадию смешивания концентрированного ферментированного квасного сусла с подсластителем, водой и возможно пищевыми кислотами и ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% (об./об.) этанола.
Кроме этого, согласно настоящему изобретению предложен способ получения квасного напитка, включающий стадию смешивания ферментата сусла, содержащего 4-13% (об./об.) этанола с подсластителем и водой и возможно пищевыми кислотами и/или неферментированным концентратом квасного сусла.
Предпочтительно, когда указанное концентрированное ферментированное квасное сусло смешивают с ароматическим раствором, содержащим по меньшей мере 20% этанола, указанное концентрированное ферментированное квасное сусло может быть получено согласно стадиям (а)-(д) способа, как описано ранее, то есть путем а) смешивания квасного сусла с подсластителем, б) ферментации продукта со стадии (а) с помощью дрожжей с получением содержания этанола 2,5-5% (об./об.), в) отделения дрожжей от продукта со стадии (б), г) дистилляции ферментированного отделенного продукта сусла со стадии (в) с получением концентрированного сусла с содержанием сухих веществ по меньшей мере 65%, измеренных в виде рефрактометрического Брикса, и д) термической обработки концентрата сусла.
Кроме того, когда указанный глубокий ферментат смешивают с подсластителем, водой, например водой для приготовления напитков, и возможно пищевыми кислотами и/или неферментированным концентратом квасного сусла, тогда указанный глубокий ферментат предпочтительно можно получить согласно стадиям (а1) и (б1) способа, как описано ранее, то есть путем а1) смешивания концентрата квасного сусла с подсластителем и водой с получением сусла с содержанием сухих веществ 15-34% и б1) путем ферментации продукта со стадии (а1) с помощью дрожжей с получением 4-13% (об./об.) этанола.
Количества подсластителя и воды, которые должны быть смешаны в способе получения квасного напитка, являются такими, как уже обсуждалось ранее для способов, включающих стадии (а)-(д) и (а1) и (в1). Кроме того, как уже обсуждалось выше, подсластитель может представлять собой источник сахара любого типа.
Как рассмотрено подробно выше, добавление пищевых кислот может потребоваться только в том случае, если не была осуществлена дополнительная стадия ферментации с помощью кислотообразующих бактерий, предпочтительно лактобактерий. Количества пищевых кислот и типы пищевых кислот, которые можно смешать для получения квасного напитка, уже рассмотрены выше.
В следующее воплощение изобретения включено концентрированное ферментированное квасное сусло, которое может быть получено согласно стадиям (а)-(д) способа, и ферментат, который может быть получен согласно стадиям (а1)-(в1) способа.
Кроме этого, включен квасной напиток, который может быть получен согласно стадиям (а)-(е) способа или стадиям (а1)-(д1) способа, как рассмотрено выше.
Далее изобретение более подробно будет описано в следующих неограничивающих Примерах со ссылкой на чертежи, где:
на Фиг.1 показана блок-схема, демонстрирующая промышленный способ производства кваса предшествующего уровня техники. Стадии включают разваривание зерна, затирание, фильтрацию и концентрирование/варку с получением концентрата квасного сусла. Далее концентрат квасного сусла смешивают и осуществляют ферментацию кваса с получением конечного квасного напитка;
на Фиг.2 показана блок-схема, демонстрирующая весь способ получения квасного напитка по настоящему изобретению. Так, получение квасного сусла аналогично способу предшествующего уровня техники. Однако квасное сусло подвергают ферментации перед проведением конечной стадии смешивания для получения квасного напитка. Кроме того, дистилляция продукта ферментации позволяет получить концентрат и дистиллят, которые позже можно смешать с образованием квасного напитка;
на Фиг.3 показана блок-схема, демонстрирующая способ получения квасного напитка по настоящему изобретению. Получение включает смешивание концентрата квасного сусла с сахаром/глюкозным сиропом и водой и ферментацию с помощью дрожжей с получением продукта с содержанием этанола 4-13%. В конце этот продукт можно смешать с неферментированным концентратом квасного сусла, сахаром/глюкозным сиропом, водой и возможно пищевыми кислотами с образованием квасного напитка.
Примеры
Пример 1: Лабораторная партия, полученная дистилляционным способом
Материалы
Замороженное квасное сусло одинарной крепости (крепкое), приготовленное из ферментированного ржаного солода, ячменного солода и ржаной муки, с денситометрическим Бриксом 16,8
Гранулированный сахар кат.1 ЕС (Европейского сообщества)
Сухие дрожжи Сафквас С-79 (поставщик - отдел ферментов LeSaffre group, Франция)
Молочная кислота 88%-ная, пищевая (Purac, Нидерланды)
Уксусная кислота, ледяная, пищевая (Merck, Германия)
Вода для приготовления напитков
а) Составление смеси
Расчет целевого содержания этанола
Предполагается, что сахароза является предпочтительным питательным веществом для дрожжей. Начальное количество крепкого сусла составляет 4000 г. Это сусло содержит 4000⋅0,168=672 г сухих веществ сусла. Обычный квасной напиток, который является целью этого эксперимента, содержит 26,51 г сухих веществ сусла на 1 л. Следовательно, из 4000 г крепкого сусла может быть получено 672/26,51=25,35 л конечного квасного напитка. Целевое содержание этанола в промышленном квасном продукте составляет 0,5% (об./об.), следовательно, общее количество этанола, которое должно быть получено путем дрожжевой ферментации, составляет 25,35⋅0,5%=0,128 л. С учетом плотности этанола, равной 0,789 кг/л, пересчитываем объем на массу: 0,128⋅0,789=0,1 кг=100 г. В биохимической реакции 342 г сахарозы превращаются в 184 г этанола, следовательно, для получения 100 г этанола к суслу должно быть добавлено (100⋅342/184)=185,9 г сахара. Кроме того, в той же самой биохимической реакции образуется углекислый газ, при этом на 184 г этанола образуется 176 г углекислого газа, следовательно, на 100 г этанола должно быть образовано 95,7 г углекислого газа. Здесь допускается, что практически весь этот углекислый газ удаляется из ферментата во время процесса разделения, и поэтому масса углекислого газа вычитается из общей массы ферментата. Таким образом, расчетная концентрация этанола в ферментате будет составлять 100/(4000+185,9-95,7)=2,44% (масс./масс.). Без учета углекислого газа концентрация составила бы 100/(4000+185,9)=2,39% (масс./масс.). Поэтому можно сделать вывод, что для технических целей массой углекислого газа можно пренебречь. После добавления сахара расчетное количество сухих веществ в препарате составляет (672+185,9)/(4000+185,9)=20,49%. Содержание сухих веществ, измеренное в виде денситометрического Брикса, составляет 20,63, измеренная видимая плотность составляет 1,08268 кг/л.
Краткие сведения о составе смеси представлены в Таблице 1.1:
Ингредиент
Масса, г
Объем, мл
Плотность, г/мл
Крепкое сусло
4000
Сахар
185,9
Всего
4185,9
3867
1,08268
б) Ферментация
9
9
6
Вследствие ограничения экспериментальной колбы по объему 3600 г смеси инокулировали 5,5 г сухих дрожжей Сафквас С-79. В соответствии со спецификацией поставщика содержание живых клеток составляет 6⋅10 на г сухих дрожжей. Следовательно, степень засевания составляет 5,5⋅6⋅10/3600=9,2⋅10 кл./г. Колбу закрывали газопроницаемой пробкой. Колбу инкубировали при 28°С с постоянным встряхиванием. Материал не аэрировали, но постоянно встряхивали во время ферментации.
Результаты ферментационного эксперимента суммированы в Таблице 1.2 в зависимости от продолжительности ферментации. F2 представляет собой значение для ферментата после центрифугирования, непосредственно перед дистилляцией.
Таблица 1.2
Параметры ферментации
Параметр
F1 (17 ч)
F2
Плотность (г/см<sup>3</sup>)
1,05036
1,04399
Спирт (% об./об.)
4,17
4,37
Спирт (% масс./масс.)
3,13
3,30
Видимое содержание экстрактивных веществ (°Р)
12,93
11,42
Видимое сбраживание (%)
14,35
12,92
Исходный экстракт (°Р)
20,16
19,07
в) Центрифугирование
Ферментат центрифугируют при 4°С и собирают в пластиковую колбу (F2). Плотность (градус Плато (г сухих веществ/100 г сусла)), содержания экстрактивных веществ и этанола измеряют, используя Beer Alcolyzer от Anton Paar, объединенный с денситометром DMA 4500.
г) Дистилляция
Весь объем подвергают дистилляции, во фракциях остатка (R) и дистиллята (D) измеряют содержание этанола. Летучие органические соединения (VOC), соответствующие органолептическому профилю дистиллята, измеряют хроматографией в свободном пространстве над продуктом (GC-HS). Результаты дистилляционного эксперимента суммированы в Таблице 1.3 (конечная точка). Органолептический профиль фракции дистиллята приведен в Таблице 1.4.
Таблица 1.3
Параметры дистилляции
Параметр
Остаток
Дистиллят, разбавленный 5×
Плотность (г/см<sup>3</sup>)
1,06426
0,99005
Экстракт (°Р)
16,86
N/A
Спирт (% об./об.)
0,38
5,76 (×5=28,8)
Спирт (% масс./масс.)
0,28
4,59 (×5=22,9)
N/A=нет данных
Таблица 1.4
Органолептический профиль дистиллята
Соединение
Дистиллят
Диацетил (млн<sup>-1</sup>)
3,5
Пентандион (млн<sup>-1</sup>)
2,7
Общее количество VDK (млн<sup>-1</sup>)
6,2
Этилацетат (млн<sup>-1</sup>)
21,7
Изоамилацетат (млн<sup>-1</sup>)
1,1
Общее количество сложных эфиров (млн<sup>-1</sup>)
22,8
Пропанол (млн<sup>-1</sup>)
67,9
Изобутанол (млн<sup>-1</sup>)
155,9
Изоамиловый спирт (млн<sup>-1</sup>)
609,8
Общее количество спирта из сивушных масел (млн<sup>-1</sup>)
833,6
Ацетальдегид (млн<sup>-1</sup>)
54,4
д) Концентрирование
Остаток концентрировали с использованием типичной лабораторной стеклянной перегонной установки. Результаты экспериментов с концентрированием суммированы в Таблице 1.5. Органолептический профиль выпаренной фракции приведен в Таблице 1.6.
Таблица 1.5
Параметры концентрирования
Параметр
Выпаренная фракция
Концентрат, разбавленный 5×
Плотность (г/см<sup>3</sup>)
0,99752
1,05424
Экстракт (°Р)
0,79
14,23 (×5=71,1)
Спирт (% об./об.)
0,48
0,21
Спирт (% масс./масс.)
0,38
0,16
Таблица 1.6
Органолептический профиль выпаренной фракции
Соединение
Выпаренная фракция
Диацетил (млрд<sup>-1</sup>)
122,2
Пентандион (млрд<sup>-1</sup>)
21,5
Общее количество VDK (млрд<sup>-1</sup>)
143,7
Этилацетат (млн<sup>-1</sup>)
-
Изоамилацетат (млн<sup>-1</sup>)
-
Общее количество сложных эфиров (млн<sup>-1</sup>)
-
Пропанол (млн<sup>-1</sup>)
6,6
Изобутанол (млн<sup>-1</sup>)
8,7
Изоамиловый спирт (млн<sup>-1</sup>)
20,4
Общее количество спирта из сивушных масел (млн<sup>-1</sup>)
35,7
Ацетальдегид (млн<sup>-1</sup>)
2,1
Последние данные показывают, что большая часть летучих веществ (примерно 90%) содержится во фракции дистиллята.
Как показано в Таблице 1.5, ферментированный концентрат содержит 71,1% сухих веществ, измеренных в виде денситометрического Плато.
е) Конечная термическая обработка ферментированного концентрата
Ферментированный концентрат далее был подвергнут термической обработке в закрытой стеклянной бутыли в автоклаве Fedegari при 120°С 2 раза в течение 5 мин. Продукт тщательно встряхивали между циклами обработки.
ж) Смешивание 3 л конечного напитка
Напиток готовят посредством стадии с использованием конечного сиропа. Конечный сироп разбавляют газированной водой в соотношении 1 к 2.
Расчет количества дистиллята. Как указано выше, целевое содержание этанола в конечном напитке составляет 0,5% (об./об.). Для достижения этого содержания в 3 л необходимо добавить 52,1 мл дистиллята с 28,8% (об./об.) этанола. При плотности дистиллята 0,99005 кг/л масса добавляемого дистиллята составляет 51,6 г.
Расчет количества ферментированного концентрата. Как указано выше, целевое количество сухих веществ сусла в конечном напитке составляет 26,51 г на 1 л. Для 3 л необходимо добавить 111,9 г ферментированного концентрата сусла с содержанием сухих веществ 71,1%.
Количество ледяной уксусной кислоты берется непосредственно из формулы обычного напитка, кислотность напитка доводят до целевой с помощью 88%-ной молочной кислоты.
Наконец, целевое содержание сухих веществ в напитке по ареометру Брикса устанавливают путем добавления сахара.
Суммарный состав напитка представлен в Таблице 1.7:
Ингредиент
Масса (г)
Объем (мл)
Плотность (г/мл)
Дистиллят
51,6
52,1
0,99005
Ферментированный концентрат сусла
111,9
87,7
1,35308
Сахар
119,9
Молочная кислота, 88%-ная
27
2,23
1,21
Ледяная уксусная кислота
1,25
0,65
1,16
Вода в сиропе
788,0
Вода для приготовления напитка
1994,3
Всего
3069,7
3000,1
1,02321
Пример 2. Приготовление лабораторной партии с использованием способа глубокой ферментации с 5% концентрата квасного сусла в глубоком ферментате
Материалы:
Концентрат квасного сусла, приготовленный из ферментированного ржаного солода, ячменного солода и кукурузной муки, с содержанием сухих веществ 70,1%, измеренным в виде рефрактометрического Брикса, и кислотностью 1,00% (масс./масс.), выраженной в лимонной кислоте
Гранулированный сахар кат.1 ЕС
Сухие дрожжи Сафквас С-79 (поставщик - отдел ферментов LeSaffre group, Франция)
Молочная кислота 88%-ная, пищевая (Purac, Нидерланды)
Уксусная кислота, ледяная, пищевая (Мегск, Германия)
Вода для приготовления напитков
а1) Составление смеси
Расчет лабораторной партии
Этот глубокий ферментат должен обеспечить весь этанол в конечном напитке. Поскольку в ферментате используется только 5% концентрата квасного сусла, в конечном продукте он будет составлять примерно 5%. Установив целевое содержание этанола в конечном напитке 0,5% (об./об.), можно рассчитать целевое содержание этанола в глубоком ферментате как 10% (об./об.).
Необходимо приготовить примерно 3 л смеси для ферментации для соответствия требованиям объема колбы для ферментации и удовлетворения аналитических потребностей. Таким образом, целевое содержание этанола составляет 0,3 л или 0,237 кг с учетом плотности, равной 0,789 кг/л.
В биохимической реакции 342 г сахарозы превращается в 184 г этанола, следовательно, для получения 237 г этанола к смеси должно быть добавлено (237⋅342/184)=440,5 г сахара. В этом эксперименте было решено использовать 20%-ный избыток сахара, так что фактически было добавлено 530 г. Из-за состава концентрата квасного сусла, используемого в этом эксперименте, конечный напиток должен содержать 35,14 кг сухих веществ сусла на 1000 л. Следовательно, 5% от этого количества следует использовать в смеси для глубокой ферментации: 35,14⋅0,05=1,78 кг на 1000 л конечного напитка. Трех литров глубокого ферментата должно быть достаточно для получения 60 л конечного напитка. Следовательно, для 60 л конечного напитка необходимо добавить 107 г сухих веществ или 152 г концентрата квасного сусла с содержанием сухих веществ 70,1%.
Общее количество сухих веществ в смеси составляет 530+107=637 г. Для достижения удобных условий ферментации содержание сухих веществ не должно превышать 20%. Следовательно, общая масса смеси составляет 637/0,2=3183 г. Количество добавленной воды составляет, следовательно, 3183-682=2501 г. Затем количество воды увеличивают до 2800 г включительно.
Краткие сведения о составе смеси представлены в Таблице 2.1:
Ингредиент
Масса, г
Объем, мл
Плотность, г/мл
Концентрат квасного сусла
152
Сахар
530
Вода
2800
Всего
3482
3247
1,07232
Расчетное количество сухих веществ составляет 18,28%.
Содержание сухих веществ, измеренное в виде рефрактометрического Брикса, составляет 18,24.
На основании расчета, сделанного в предыдущем примере, в материальном балансе не учитывается образование углекислого газа.
б1) Ферментация
9
9
6
2251 г смеси инокулировали 28 г сухих дрожжей Сафквас С-79. В соответствии со спецификацией поставщика содержание живых клеток составляет 6⋅10 на г сухих дрожжей. Следовательно, степень засевания составляет 28⋅6⋅10/2251=75⋅10 кл./г. Колбу закрывали газопроницаемой пробкой. Колбу инкубировали при 28°С с постоянным встряхиванием. Материал не аэрировали, но постоянно встряхивали во время ферментации. Результаты ферментационного эксперимента суммированы в Таблице 2.2 в зависимости от продолжительности ферментации.
Таблица 2.2
Параметры ферментации
Параметр
F1 (22 ч)
F2 (26 ч)
F3 (43 ч)
F4 окончание
Плотность (г/см<sup>3</sup>)
1,02953
1,02108
0,99688
0,99676
Спирт (% об./об.)
6,02
7,10
10,27
10,33
Спирт (% масс./масс.)
4,61
5,49
8,13
8,18
Видимое содержание экстрактивных веществ (°Р)
7,91
5,81
0,00
0,00
Действительное содержание экстрактивных веществ (°Р)
9,98
8,26
3,20
3,18
Действительное сбраживание (%)
48,87
57,86
84,02
84,15
Видимое сбраживание (%)
57,49
68,60
100,00
100,00
Исходный экстракт (°Р)
18,60
18,52
18,40
18,47
Конечное содержание этанола составляет 10,33% (об./об.) на момент времени 43 часа.
в1) Центрифугирование
Глубокий ферментат центрифугируют при 4°С и собирают в пластиковую колбу (F4). Плотность (градус Плато (г сухих веществ/100 г сусла)), содержания экстрактивных веществ и этанола измеряют, используя Beer Alcolyzer от Anton Paar, объединенный с денситометром DMA 4500.
Глубокий ферментат анализировали в отношении летучих органических соединений (VOC), профилей сахаров и органических кислот.
VOC измеряют газовой хроматографией в свободном пространстве над продуктом (GC-HS). Органолептический профиль глубокого ферментата представлен в Таблице 2.3.
Таблица 2.3
Органолептический профиль глубокого ферментата
Соединение
Диацетил (млрд<sup>-1</sup>)
46
Пентандион (млрд<sup>-1</sup>)
35
Общее количество VDK (млрд<sup>-1</sup>)
81
Этилацетат (млн<sup>-1</sup>)
19,6
Изоамилацетат(млн<sup>-1</sup>)
0,73
Общее количество сложных эфиров (млн<sup>-1</sup>)
20,3
Пропанол (млн<sup>-1</sup>)
10,5
Изобутанол (млн<sup>-1</sup>)
60,3
Изоамиловый спирт (млн<sup>-1</sup>)
390,1
Общее количество спирта из сивушных масел (млн<sup>-1</sup>)
460,9
Ацетальдегид (млн<sup>-1</sup>)
109,5
Профиль органических кислот измеряли посредством HPLC. Содержание органических кислот в глубоком ферментате представлено в Таблице 2.4.
Таблица 2.4
Органические кислоты в глубоком ферментате
Кислоты
(г/л)
Пируват
0,06
Малат
1,05
Сукцинат
2,01
Профиль сахаров глубокого ферментата измеряли посредством HPLC. Сахарный профиль кваса представлен в Таблице 2.5.
Таблица 2.5
Сахарный профиль
Сахар
(г/л)
Фруктоза
0,00
Глюкоза
0,25
Сахароза
0,11
Мальтоза
2,50
Мальтотриоза
1,53
Общее содержание ферментируемых сахаров
4,39
Общее содержание ферментируемых сахаров (%)
0,44
Этот анализ подтверждает первоначальное предположение о том, что сахароза является предпочтительным питательным веществом для дрожжей в этой модели. Он также подтверждает, что содержащиеся в концентрате квасного сусла углеводы с трудом потребляются дрожжами.
г1) Смешивание 3 л конечного напитка
Напиток готовят посредством стадии с использованием конечного сиропа. Конечный сироп разбавляют газированной водой в соотношении 1 к 2. Сироп центрифугируют для удаления твердых частиц неферментированного кваса с использованием лабораторной центрифуги при 5000 об/мин. Кроме того, через сироп барботируют стерильный воздух в течение 20 мин с использованием лабораторного компрессора со стерильным фильтром на входе.
Расчет количества глубокого ферментата. Как указано выше, глубокий ферментат составляет 5% от объема конечного напитка. Для 3 л необходимо добавить 150 мл глубокого ферментата с 10,33% (об./об.) этанола. При плотности дистиллята 0,99676 кг/л масса добавляемого глубокого ферментата составляет 149,5 г. Концентрация этанола в конечном напитке составляет, следовательно, 0,52% (об./об.). Количество сухих веществ концентрата квасного сусла в 149,5 г глубокого ферментата составляет 4,57 г.
Расчет количества концентрата квасного сусла. Как указано выше, целевое количество сухих веществ сусла в конечном напитке составляет 35,14 г на 1 л. Для 3 л необходимо добавить 105,4 г сухих веществ ферментированного концентрата сусла. Так как вместе с глубоким ферментатом добавляется 4,57 г сухих веществ, остаток составляет 100,8 г, что эквивалентно 143,9 г концентрата квасного сусла.
Количество ледяной уксусной кислоты берется непосредственно из формулы обычного напитка, кислотность напитка доводят до целевой с помощью 88%-ной молочной кислоты.
Наконец, целевое содержание сухих веществ в напитке по ареометру Брикса устанавливают путем добавления сахара.
Суммарный состав напитка представлен в Таблице 2.6:
Ингредиент
Масса (г)
Объем (мл)
Плотность (г/мл)
Глубокий ферментат
149,5
150
0,99676
Концентрат квасного сусла
143,9
Сахар
99,1
Молочная кислота, 88%-ная
2,2
Ледяная уксусная кислота
1,25
Вода в сиропе
679,7
Вода для приготовления напитка
1994,7
Всего
3070,35
3000,7
1,02321
Проводили аналитическое сравнение продукта, произведенного этим способом, с продуктом, произведенным по традиционной технологии. Результаты показаны в Таблице 2.7.
Таблица 2.7
Аналитическое сравнение новой и традиционной технологий
Соединение
Глубокий ферментат
Конечный продукт
Контрольный продукт
Диацетил (млрд<sup>-1</sup>)
46
5,65
4,99
Пентандион (млрд<sup>-1</sup>)
35
6,26
7,06
Этилацетат (млн<sup>-1</sup>)
19,6
Количество не определено
Количество не определено
Изоамилацетат (млн<sup>-1</sup>)
0,73
Количество не определено
Количество не определено
Пропанол (млн<sup>-1</sup>)
10,5
0,04
0,45
Изобутанол (млн <sup>-1</sup>)
60,3
2,08
Количество не определено
Изоамиловый спирт (млн<sup>-1</sup>)
390,1
18,68
17,29
Ацетальдегид (млн<sup>-1</sup>)
109,5
0,99
3,66
Пример 3. Приготовление лабораторной партии с использованием способа глубокой ферментации с 100% концентрата квасного сусла в глубоком ферментате
Материалы
Концентрат квасного сусла, приготовленный из ферментированного ржаного солода, ячменного солода и кукурузной муки, с содержанием сухих веществ 71,5%, измеренным в виде денситометрического Брикса, и кислотностью 2,15% (масс./масс.), выраженной в лимонной кислоте
Гранулированный сахар
Сухие дрожжи (поставщик АО "Фермент", Украина)
Молочная кислота 88%-ная, пищевая (Purac, Нидерланды)
Уксусная кислота, ледяная, пищевая (Украина)
Вода для приготовления напитков
а1) Составление смеси
Расчет лабораторной партии 3 л
Этот глубокий ферментат должен обеспечить весь этанол в конечном напитке. Из экономических соображений допускается, что объем глубокого ферментата не должен превышать 10% объема конечного напитка. Следовательно, из 3 л глубокого ферментата должно получиться 30 л конечного напитка. Из-за состава концентрата квасного сусла, используемого в этом эксперименте, конечный напиток должен содержать 36,55 кг концентрата квасного сусла на 1000 л.
Следовательно, 30 л конечного напитка будут содержать 36,55⋅30/1000=1,1 кг концентрата квасного сусла.
Установив целевое содержание этанола в конечном напитке 0,5% (об./об.), можно рассчитать целевое содержание этанола в глубоком ферментате 5% (об./об.). Таким образом, целевое содержание этанола составляет 0,15 л или 0,118 кг с учетом плотности, равной 0,789 кг/л.
В биохимической реакции 342 г сахарозы превращается в 184 г этанола, следовательно, для получения 118 г этанола к смеси должно быть добавлено (118⋅342/184)=219 г сахара. В этом эксперименте использовали 7,8%-ный избыток сахара, так что фактически было добавлено 236 г.
Общее количество сухих веществ в смеси составляет 236+1100⋅71,5%=1022,5 г. Было принято решение тестировать смесь с 30%-ным содержанием сухих веществ. Следовательно, общая масса смеси составляет 1022,5/0,3=3408 г. Количество добавленной воды, следовательно, составляет 3408-236-1100=2072 г.
Краткие сведения о составе смеси представлены в Таблице 3.1:
Ингредиент
Масса, г
Объем, мл
Плотность, г/мл
Концентрат квасного сусла
1100
Сахар
236
Вода
2072
Всего
3408
3027
1,12594
Содержание сухих веществ, измеренное в виде денситометрического Брикса, составляет 29,69.
На основании расчета, сделанного в предыдущем примере, в материальном балансе не учитывается образование углекислого газа.
б1) Ферментация
9
9
6
3408 г смеси инокулировали 20 г сухих дрожжей ЗАО "Фермент". В соответствии со спецификацией поставщика содержание живых клеток составляет 8⋅10 на г сухих дрожжей. Следовательно, степень засевания составляет 20⋅8⋅10/3408=47⋅10 кл./г. Колбу закрывали газопроницаемой пробкой. Колбу инкубировали при 28°С с постоянным встряхиванием. Материал не аэрировали, но постоянно встряхивали во время ферментации. Результаты ферментационного эксперимента суммированы в Таблице 3.2 в зависимости от продолжительности ферментации.
Таблица 3.2
Параметры ферментации
Параметр
F1 (2 ч)
F2 (6 ч)
F3 (8 ч)
F4 окончание
Спирт (% об./об.)
0,71
2,56
4,83
5,76
Видимое содержание экстрактивных веществ (°Р)
28,7
25,32
21,25
19,62
Число клеток (визуальная оценка)
128⋅10<sup>6</sup>
Конечное содержание этанола составляет 5,76% (об./об.).
в1) Разделение
Глубокий ферментат отделяют в стеклянную колбу (F4) с использованием прибора для лабораторной фильтрации с бумажным фильтром, эквивалентным Whatman 114v.
Градусы Плато (г сухих веществ/100 г сусла), содержания экстрактивных веществ и этанола измеряют, используя Beer Alcolyzer от Anton Paar, объединенный с денситометром DMA 4500.
г1) Смешивание 3 л конечного напитка
Напиток готовят посредством стадии с использованием конечного сиропа. Конечный сироп разбавляют газированной водой в соотношении 1 к 4.
Расчет количества глубокого ферментата. Как указано выше, глубокий ферментат составляет 10% от объема конечного напитка. Для 3 л необходимо добавить 300 мл глубокого ферментата с 5,76% (об./об.) этанола. При плотности дистиллята 1,07823 кг/л масса добавляемого глубокого ферментата составляет 324 г. Концентрация этанола в конечном напитке составляет, следовательно, 0,576% (об./об.).
Количество ледяной уксусной кислоты берется непосредственно из формулы обычного напитка, кислотность напитка доводят до целевой с помощью 88%-ной молочной кислоты.
Наконец, целевое содержание сухих веществ в напитке по ареометру Брикса устанавливают путем добавления сахара.
Суммарный состав напитка представлен в Таблице 3.3:
Ингредиент
Масса (г)
Объем (мл)
Плотность (г/мл)
Продукт глубокой ферментации
324
300
1,07823
Сахар
133,1
Молочная кислота, 88%-ная
2,13
Ледяная уксусная кислота
1,25
Вода в сиропе
215,2
Вода для приготовления напитка
2394
Всего
3069,68
3000,05
1,02321