Сравнительная характеристика способов получения сусла для производства зерновых дистиллятов

ТЕХНОЛОГИЯ

УдК 663.44/.45

Сравнительная характеристика способов получения сусла

для производства зерновых дистиллятов

Л. А. Оганесяну

д-р техн. наук, профессор, академик РАН; К. В. Кобелев, канд. техн. наук;

B. А. Песчанская;

C. М. Рябова, аспирант

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

В последнее время в России наметилась тенденция изменения приоритетов потребителей при выборе крепкой алкогольной продукции. Существенный интерес проявляется к напиткам, при производстве которых определяющими служат исходные органолептические свойства использованного сырья. Так, научные разработки отечественных ученых позволяют с успехом развивать направление производства алкогольной продукции на основе получения дистиллятов из плодово-ягодного сырья с учетом отечественной сырьевой базы [1-3]. Научный и практический интерес могут представлять исследования, посвященные производству спиртных напитков из злаков Boisson spiritueuse de cereales. В соответствии с Регламентом (EC) № 110/2008 [4] данный спиртной напиток, обладающий органолептическими свойствами исходного сырья, получают исключительно путем дистилляции перебродившего сусла из зерен злаковых культур. За исключением «Korn», минимальная объемная доля спирта в спиртных напитках из злаков составляет 35%. Спирт, разбавленный или неразбавленный, не добавляется. Спиртной напиток из злаков не содержит ароматизаторов. В него можно добавлять только карамель для улучшения цвета. Чтобы спиртной напиток из злаков мог носить торговое наименование «eau-de-vie de cereales», он должен быть получен путем дистилляции менее чем до 95 об. % перебродившего сусла из целых зерен злаковых культур и обладать органолептическими свойствами, присущими использованному сырью.

Основной компонент при производстве данной группы крепких спиртных

напитков — дистиллят из зерна, вкусовые характеристики которого определяются рядом параметров, в том числе качеством воды и зерна, способом получения осахаренного сусла, технологическими параметрами его сбраживания, расой используемых дрожжей, конструктивными особенностями аппаратурно-технологической стадии дистилляции.

Настоящая работа посвящена изучению первого технологического этапа при производстве зернового дистиллята, т. е. стадии получения осахаренного сусла. В качестве сырья в экспериментах использовали смесь, состоящую из ржи и солодов. Последние, как известно из литературных источников [5], существенно влияют на повышение органолептических характеристик конечного продукта.

Известно, что в зависимости от температурных режимов переработки зернового сырья способы производства осахаренного сусла принципиально делятся на проводимые при «жестких режимах», т. е. с развариванием, и «мягких режимах», при температурах, не превышающих 100 °С. Первый способ переработки сырья имеет следующие недостатки: использование технологического оборудования, работающего под давлением, и, как следствие, повышенные требования к безопасности производства; значительные энергозатраты при получении сусла, приводящие на фоне постоянного роста цен на электроэнергию в РФ к увеличению затрат по данной статье расходов в общей себестоимости конечного продукта; потери сбраживаемых углеводов за счет высокотемпературного нагрева технологической массы, влияющие

44 ПИВО и НАПИТКИ

3^ 2014

Технология

на выход дистиллята из единицы перерабатываемого сырья.

В связи с вышеперечисленным способы, основанные на «жестких режимах» переработки зернового сырья, в настоящей работе не рассматривались.

Производство осахаренного сусла осуществляли с применением следующих технологических способов:

• настойного, применяемого при переработке ячменного солода в пивоваренной отрасли [6];

• механико-ферментативного, наиболее совершенного, используемого в отечественной промышленности при переработке зернового сырья [7];

• «холодного затирания», применяемого при получении осахаренного сусла в Германии и рекомендуемого к использованию в последнее время отечественными специалистами спиртовой отрасли [8]. Процесс получения сусла на-

стойным способом предусматривал смешивание измельченного сырья (степень дробления соответствовала 80-85% проходу через сито d = 1 мм) с водой при гидромодуле 1: 3,5; внесение в опытные образцы (в контрольный без внесения) ферментных препаратов в рекомендуемых производителями дозировках: препарат разжижающего действия Амилаза НТ 4000N (основной фермент мезофильная а-амилаза); препарат цитолитического действия Вискозим L (основной фермент — цел-люлаза, сопутствующие ферменты — ксиланаза и р-глюканаза); препарат протеолитического действия Нейтраза 0,8 L (основной фермент — эндопроте-аза, сопутствующий — р-глюканаза). Выдержку замеса осуществляли в соответствии с температурными паузами, принятыми в пивоваренном производстве (с увеличением длительности белковой и мальтозной пауз):

• пауза 1 — температура 40...45 °С, длительность 30 мин (цитолитиче-ская пауза);

• пауза 2 — температура 50.55 °С, длительность 1 ч (белковая пауза);

• пауза 3 — температура 60.65 °С, длительность 1 ч (мальтозная пауза);

• пауза 4 — температура 70.75 °С, длительность 45 мин (выдержка затора для осахаривания);

• пауза 5 — температура 75.80 °С, выдержка в течение 5 мин. Дополнительно при получении образцов проводили охлаждение среды до температуры 56.58 °С с внесением препарата осахаривающего действия

САН Супер 240 L (основной фермент — глюкоамилаза). Длительность процесса на этой стадии составляла 30 мин. Данная пауза в технологии пивоваренного производства отсутствует.

Механико-ферментативный способ включал выдержку замеса с внесением ферментных препаратов: разжижающего действия Термамил SC (основной фермент — термостабильная а-амилаза); цитолитического действия Вискозим; протеолитического действия Нейтраза 0,8 L. Выдержку замеса осуществляли в соответствии со следующими температурными паузами:

• пауза 1 — температура 45.50 °С, длительность 1 ч;

• пауза 2 — температура 65.70 °С, длительность 1 ч;

• пауза 3 — температура 95.98 °С, длительность 1,5 ч;

• пауза 4 — температура 56.58 °С, длительность 30 мин (на данной паузе после охлаждения массы до требуемой температуры предусматривалось внесение препарата осахарива-ющего действия САН Супер 240 L). В способе «холодного затирания»

все микробные ферментные препараты, использованные в настойном способе, вносили при замесе измельченного сырья с водой. Далее процесс предусматривал выдержку замеса при температуре 40.45 °С в течение 2 ч и паузу при температуре 60.65 °С в течение также 2 ч.

Общая продолжительность процесса получения опытных образцов зернового сусла по всем способам составляла не более 4 ч. Минимальными энергетическими затратами характеризовался способ «холодного затирания», максимальными среди перечисленных способов — механико-ферментативный. Кроме того, с позиции эффективности действия собственных ферментов зерна ржи первый способ также был предпочтителен.

Вместе с тем эффективность деструкции полимеров сырья определяется и доступностью субстрата ферментативному гидролизу. Известно, что крахмал, белки и другие компоненты зерна и солода подвергаются гидролизу после перевода их в растворимое состояние. Степень растворимости полимеров зависит от теплового воздействия на них. К примеру, крахмал зерна при водно-тепловой обработке проходит три стадии: набухание, клей-стеризация и растворение. Последняя стадия наиболее эффективно протекает при температурах выше 80 °С. В связи

с этим механико-ферментативный способ может дать хорошие результаты.

В целом при выборе технологических режимов получения зернового сусла следует учитывать три фактора: степень растворения полимеров сырья; максимальное сохранение собственной ферментативной активности зерна ржи (данная зерновая культура в отличие от других содержит активные амилазы и протеазы); выбор оптимальных температурных условий для действия микробных амилаз, протеаз, цитаз.

При получении опытных образцов сусла использовали смесь ржи и соло-дов: опыт 1-70% рожь и 30% ячменный солод; опыт 2-70% рожь и 30% ржаной солод; опыт 3-70% рожь и по 10% ячменного, ржаного нефермен-тированного и ферментированного со-лодов.

Образцы сусла анализировали по основным показателям качества. Определяли концентрацию сусла, содержание общих редуцирующих веществ (ОРВ), характеризующих в первую очередь сумму сбраживаемых углеводов в сусле, т. е. содержание растворимых компонентов крахмала (декстринов разной молекулярной массы, олиго-сахаридов, три-, ди- и моносахаров). Редуцирующие вещества представлены сахарами, в том числе гексозами и пентозами. Известно, что в сусле из зерна ржи содержание последних, относящихся к несбраживаемым са-харам, выше, чем в сусле из пшеницы, ячменя и других зерновых культур. Показатель, характеризующий массовую долю растворимого белка в сусле, дает возможность оценить как фракционный состав исходных белков сырья, так и их гидролиз под действием в первую очередь эндопротеиназ. Содержание аминного азота в сусле дает возможность оценить уровень азотного питания для дрожжей. Показатели титруемой и активной кислотности позволяют объяснить эффективность ферментативного гидролиза полимеров, так как биологические катализаторы (собственные ферменты сырья и микробных препаратов) имеют оптимум действия по рН и температуре.

Сравнительная характеристика показателей качества образцов сусла, полученных настойным способом, представленная в табл. 1, показывает, что использование в качестве основного сырья смеси, состоящей из ржи и не-ферментированного ржаного солода, позволяет получить осахаренное сусло с максимальным содержанием общих

3^ 2014

ПИВО и НАПИТКИ 45

технология'

редуцирующих и редуцирующих веществ. Образцы опыта 1 и опыта 3 при близких в сравнении с образцом опыта 2 значениях по показателю концентрации сухих веществ характеризуются пониженным содержанием ОРВ и РВ.

Установлено, что образец опыта 3 в сравнении с образцами опыта 1 и опыта 2 характеризуется большим содержанием растворимого белка и амин-ного азота, а также повышенной кислотностью (0,31 град против 0,22 град) и уровнем рН (рН 5,7 против рН 6,1). Последнее, вероятнее всего, связано с биохимическим составом ферментированного ржаного солода, характеризующегося более высоким уровнем кислых соединений.

Образцы сусла, полученные при более высоких температурах на отдельных этапах производства, а именно механико-ферментативным способом (табл. 2), характеризуются пониженным содержанием растворимого белка (0,53-0,68 % против 0,9-1,04%) и повышенным уровнем аминного азота

(0,019-0,021% против 0,017-0,18%). Данный факт может быть связан с большей денатурацией белков в связи с увеличением температуры обработки замеса при одновременном повышении их доступности ферментативному гидролизу. По остальным показателям качества образцы сусла, полученные настойным способом и механико-ферментативным, существенно не отличаются, но, как уже было сказано выше, данный более энергозатратный, чем настойный, а следовательно, последний предпочтительнее для переработки сырья, состоящего из смеси ржи и солодов при принятом соотношении.

Снижение температуры обработки замеса, т. е. получение сусла по способу «холодного затирания» при использовании в качестве сырья смеси, состоящей из ржи и солодов (табл. 3) при данных характеристиках помолов (80-85%-ный проход через сито d = 1 мм), ухудшает показатели качества осахаренного сусла. Понижается концентрация сусла примерно на 1,5%,

Таблица 1

Показатель сусла Образцы сусла по вариантам

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

Массовая доля, %:

сухие вещества 19,4 19,6 19,8

общие редуцирующие вещества (ОРВ) 15,8 16,9 15,8

редуцирующие вещества (РВ) 11,3 13,3 12,1

растворимый белок 0,95 0,90 1,04

аминный азот 0,017 0,017 0,018

Кислотность, град 0,22 0,22 0,31

рН 6,1 6,1 5,7

Таблица 2

Показатель сусла Образцы сусла по вариантам

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

Массовая доля, %:

сухие вещества 19,4 19,7 19,7

общие редуцирующие вещества (ОРВ) 15,8 16,9 16,0

редуцирующие вещества (РВ) 12,1 13,1 11,9

растворимый белок 0,58 0,53 0,68

аминный азот 0,019 0,019 0,021

Кислотность, град 0,25 0,27 0,32

рН 6,0 6,0 5,7 |

Таблица 3

Показатель сусла Образцы сусла по вариантам

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

Массовая доля, %:

сухие вещества 18,0 18,3 18,3

общие редуцирующие вещества (ОРВ) 13,0 14,4 13,3

редуцирующие вещества (РВ) 10,8 11,0 11,7

растворимый белок 0,38 0,37 0,53

аминный азот 0,015 0,016 0,020

Кислотность, град 0,33 0,35 0,37

рН 5,9 5,9 5,6

уменьшается массовая доля в нем общих редуцирующих веществ. Существенно снижается растворимость белков, их массовая доля составляет 0,37-0,53 %. Видимо, при данном температурном режиме в растворимое состояние переходит меньшее количество определенных фракций белков.

Таким образом, применение способа «холодного затирания» как менее энергозатратного требует либо увеличения степени дробления сырья, что сопряжено с дополнительным расходом электроэнергии, либо внедрения нетрадиционных технологических решений. К примеру, включения в технологическую схему стадии частичного шелушения зерна ржи, позволяющей целенаправленно изменять исходные технологические свойства сырья: улучшать его микробиологические характеристики, повышать реологические и биохимические показатели [9, 10]. На данном этапе исследований при получении осахаренного сусла для производства спиртных напитков из злаков Boisson spiritueuse de cereales считаем не целесообразным использование метода «холодного затирания».

Как известно [6], в зависимости от аппаратурного оформления на стадии дистилляции применяют осветленное либо неосветленное осахаренное сусло. Поэтому в настоящей работе дополнительно исследован процесс получения осветленного осахаренного сусла из образцов неосветленного, которое подвергали центрифугированию. Жидкую фазу (1-е сусло) декантировали, измеряли ее объем и концентрацию сухих веществ. Затем в дробину вносили горячую воду температурой около 80 °С (общий гидромодуль составлял 1:6), смесь перемешивали и повторно центрифугировали. Замеряли объем образующихся промывных вод и их концентрацию. Для получения осветленного сусла смешивали первое сусло и промывные воды. Процесс контролировали путем расчета перехода сухих веществ сырья в растворимое состояние, т. е. в осветленное сусло.

Данные, представленные в табл. 4, показывают, что независимо от способа получения сусла и состава сырья все опытные образцы характеризуются повышенным переходом сухих веществ в растворимое состояние по сравнению с контролем (69,7-81,2% против 65,5%). Вероятнее всего, установленный факт связан с тем, что дробина из пленчатой культуры (ячменный солод) из-за своих структурных свойств в боль-

46 ПИВО и НАПИТКИ 3 • 2014

Технология

Таблица 4

Показатель Контроль Настойный способ Механико-ферментативный способ Способ холодного затирания

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

Объем 1-го сусла, мл 242 272 278 272 274 276 270 258 242 244

Концентрация 1-го сусла, % 18,2 19,4 19,6 19,8 18,0 18,6 18,3 19,4 19,4 19,4

Объем промывных вод 1-го сусла, мл 234 232 248 250 248 262 256 256 272 264

Концентрация промывных вод 1-го сусла, % 7,8 7,2 7,2 7,4 6,4 6,6 5,0 7,2 7,4 7,4

Объем осветленного сусла, мл 476 504 526 522 522 538 526 514 514 508

Концентрация осветленного сусла, % 13,1 13,8 13,8 13,9 12,1 12,8 11,8 13,3 13,1 13,2

Переход СВ сырья в осветленное сусло, % 65,5 79,4 80,9 81,2 73,1 76,7 69,7 76,7 75,3 75,1

шей степени связывает жидкую фазу, чем дробина из смеси ржи и солодов.

Не выявлено четкой зависимости вида сырья на основе ржи на переход сухих веществ в растворимое состояние, а также на объем осветленного сусла. Из всех способов получения осветленного сусла максимальной концентрацией характеризуются опытные образцы, при производстве которых использован настойный способ. По сравнению с другими способами концентрация осветленного сусла по указанному способу возрастает на 0,5-2,1 %.

Таким образом, анализ представленных данных позволяет рекомендовать настойный способ для производства как неосветленного, так и осветленного сусла, предназначенного для выработки зерновых дистиллятов, служащих основой спиртных напитков из злаков. Температурные режимы выбранного способа позволяют провести глубокую деструкцию полимеров сырья и в значительной степени сохранить собствен-

ную ферментативную активность ржи. В целом способ характеризуется невысокими энергетическими затратами и прост в аппаратурном оформлении процесса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ресурсосберегающая технология дистиллята из вишневой мезги/Л. А. Оганесянц [и др.] // Пищевая промышленность. — 2013. — № 7. — С. 29-31.

2. Научные аспекты производства крепких спиртных напитков из плодового сырья/Л. А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2012. — № 1. — С. 18-19.

3. Совершенствование технологии переработки груши для производства дистиллятов/Л. А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2013. — № 2. — С. 10-13.

4. Техническое регулирование производства и оборота винодельческой продукции и спиртовых напитков. Регламент Европейского союза/Под ред. Л.А. Оганесянца, А. Л. Пана-сюка. — М.: Промышленно-консалтинговая группа «Развитие» по заказу ГУ ВНИИ пи-

воваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 2009. — 200 с.

5. Ли, Э. Спиртные напитки: особенности брожения и производства/Э. Ли, Дж. Пиготт (ред.); пер. с англ, под общ. ред. А. Л. Пана-сюка. — СПб.: Профессия, 2006. — 552 с.

6. Технологическая инструкция по производству солода и пива. ТИ-18-6-47-85. — М., 1985. — 164 с.

7. Типовой технологический регламент производства спирта из крахмалистого сырья. — М., 1998. — 78 с.

8. Крикунова, Л.Н. Низкотемпературный способ получения ржаного сусла/Л. Н. Крикунова, С. М. Рябова//Производство спирта и ликеро-водочных изделий. — 2001. — №2. — С. 14-16.

9. Крикунова, Л.Н. Сравнительная характеристика методов оценки прочностных свойств зерна/Л. Н. Крикунова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2007. — № 4. — С. 48-52.

10. Крикунова, Л.Н. Шелушение зерна в технологии этанола/Л. Н. Крикунова, С. М. Рябова, О.С. Журба // Производство спирта и ли-кероводочных изделий. — 2012. — № 1. — С. 14-16. &

Сравнительная характеристика способов получения сусла для производства зерновых дистиллятов

Ключевые слова

зерновой дистиллят; рожь; способ получения сусла. Реферат

В статье приводится сравнительная характеристика трех способов получения сусла для производства зерновых дистиллятов: настойный, механико-ферментативный и «холодного затирания». Представлены темпе-ратурно-временныЫе режимы процесса получения сусла из зернового сырья. В работе было изучено влияние осветления на показатели качества готового сусла. Данные, полученные по результатам сравнительной характеристики показателей качества образцов сусла, позволили рекомендовать настойный способ для производства как неосветленного, так и осветленного сусла, предназначенного для выработки зерновых дистиллятов.

Авторы

Оганесянц Лев Арсенович,

д-р техн. наук, профессор, академик РАН;

Кобелев Константин Викторович, канд. техн. наук;

Песчанская Виолетта Александровна;

Рябова Светлана Михайловна, аспирант

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, labcognac@mail.ru

Comparative Characteristics of Methods for Producing Wort for the Production of Grain Distillates

Key words

grain distillate; rye; a method for producing wort. Abstract

The article gives a comparative description of the three ways to get the wort to produce grain distillates: infusion of mechanics-enzymatic method and the method of «cold mashing.» Presented time-temperature regimes wort production process of grain.

In this paper, we studied the effect of clarification on the performance quality of the finished wort. The data obtained from the results of the comparative characteristics of quality samples wort allowed to recommend a method for the production of infusion as not clarified, and the clarified wort, for the purposes of grain distillates.

Authors

Oganesyants Lev Arsenovich,

Doctor of Technical Science, Professor, Academician of RAS;

Kobelev Konstantin Viktorovich, Candidate of Technical Science;

Peschanskaya Violetta Alexandrovna;

Ryabova Svetlana Mihaylovna, Post-graduate Student

All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries,

7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, labcognac@mail.ru

3 • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 47