Сравнительная характеристика способов подготовки топинамбура к дистилляции

СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ

УДК 663.542

Сравнительная характеристика способов подготовки топинамбура к дистилляции

Л А. Оганесянц,

д-р техн. наук, профессор, академик РАН; ВА. Песчанская; О. Н. Ободеева

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

При разработке новой технологии спиртных напитков на основе дистиллятов из топинамбура необходимо было провести сравнительный анализ способов подготовки сырья к дистилляции.

Материалы, имеющиеся в научно-технической литературе, посвящены вопросам переработки свежих клубней топинамбура, и, в первую очередь, они касаются технологий получения пищевого этилового спирта. Условно данные технологии могут быть разделены на два класса. В соответствии с первым, сырье подвергают перед ректификацией двухстадийной обработке, то есть, сначала получают осахаренное сусло из измельченного материала, а затем вносят в него дрожжи и проводят процесс сбраживания. На стадии получения осахаренного сусла отечественными специалистами показана перспективность ферментативного гидролиза инулина сырья за счет его самоосахаривания под действием собственных инулиназ [1, 2]. Выявлено активирующее действие ионов Са+2 на инулиназы топинамбура и установлены параметры гидролиза: продолжительность 2-3 ч, температура 50...55 °С [3]. На стадии сбраживания для асептирования сусла из клубней топинамбура, не прошедшего высокотемпературной термической обработки, предложено применять формалин или низин, в оптимальных дозах внесения: 0,75 % 4 %-ого формалина на 100 см3 или низина — 1000 ед. на 100 см3 сусла

[1, 2, 4]. Также показано, что применение низина для поддержания асептики процесса взамен использования относительно «жесткого» препарата — формалина, предпочтительнее [2].

В другой работе [5], с целью улучшения микробиологических характеристик исходного сырья, рассмотрены термические способы его обработки (пропаривание или бланширование), а также способы, основанные на использовании специальных химических реагентов (КМп04, хлорная известь, препарат «1Б ЗЕРНО МК»), среди которых показано преимущество двух последних. Их применение позволяет повысить микробиологическую чистоту клубней и в дальнейшем проводить процесс сбраживания осветленного сусла из топинамбура без внесения дополнительных асептиков.

Для сбраживания неосветлен-ного и осветленного осахаренно-го сусла из клубней топинамбура предложено применять дрожжи вида Б. еегеУ151ае [1, 2, 4].

Одноступенчатые схемы переработки клубней топинамбура, не предусматривающие стадию получения осахаренного сусла, предлагают, в основном, зарубежные специалисты. По мнению французских ученых [6, 7], при переработке клубней топинамбура, не подвергнутых предварительному гидролизу, нецелесообразно использовать дрожжи вида Б. еегеУ151ае, так как они не обладают инулиназной активностью. Перспективно применение, в данном случае, дрож-

ПИВО и НАПИТКИ

4•2017

жей вида К1иууеготусез. Проведены исследования по сбраживанию сусла из клубней топинамбура дрожжами К1. татапт [6, 8, 9] и К1. ^¡Ш [7].

Немецкие специалисты предлагают способ производства дистиллята из топинамбура, при котором клубни сразу после сбора подвергают интенсивной мойке, на первом этапе в воду добавляют моющие средства, отмытые клубни измельчают для получения мезги требуемой консистенции, добавляют ферментные препараты, содержащие пектина-зу, и теплую воду. Далее в мезгу вносят дрожжи в количестве 3040 г/100 кг сырья, аммонийфосфат в количестве 30 г/100 кг сырья и пеногаситель — 5 мл/100 кг сырья. Полученное сусло сбраживают в течение 4-8 сут при температуре 24 °С, в процессе сбраживания под действием собственных ферментов сырья инулин превращается в фруктозу, сброженное сусло далее используют для получения дистиллята [10].

В целом, одностадийный способ подготовки топинамбура позволяет существенно упростить технологический процесс, так как из схемы выводится стадия получения осахаренного сусла.

При переработке сушеного топинамбура, имеющего, как пока-

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 Время сбраживания, ч — Двухстадийный способ — Одностадийный способ

Интенсивность сбраживания сусла в зависимости от способа подготовки топинамбура к дистилляции

Показатели Двухстадийный способ Одностадийный способ

Образец 1 Образец 2 Образец 1 Образец 2

Крепость сброженного сусла, % об. 8,15 7,62 8,03 7,50

Выход спирта, дал/т сырья 41,4 38,7 40,8 38,1

зано в работах [11, 12], определенные преимущества перед свежими клубнями, также могут быть рассмотрены два варианта подготовки сырья к дистилляции.

В качестве объектов исследования в настоящей работе были выбраны два образца сушеного топинамбура, биохимический состав которых приведен в работе [12]. Образец 1 содержал больше инулина — 76,8 % против 68,9 % в образце 2. Также в образцах имелись отличия в фракционном составе фруктозосодержащих углеводов и в содержании белка.

Подготовка сушеного топинамбура к дистилляции по варианту двухстадийного способа предусматривала получение осахаренного сусла и его дальнейшее сбраживание в соответствии с режимами, приведенными в работах [13, 14].

Одностадийный способ осуществляли следующим образом: сушеный топинамбур смешивали с во-

дой при гидромодуле 1 : 4,5, вносили экзоинулиназу в дозировке 4,5 ед. ИН/г инулина сырья (ферментный препарат 1пи1 А. Ам/атоп) и эндопротеиназу — 0,02 ед. ПС/г белка сырья (ферментный препарат Нейтраза 0,8 L). Далее в сусло добавляли спиртовые дрожжи Бег-т1о1 в количестве 100 мг/100 г сусла. Процесс сбраживания осуществляли при температуре 28...30 °С.

Интенсивность сбраживания сусла в зависимости от способа подготовки топинамбура к дистилляции, оцененная по динамике выделения С02, представлена на рисунке. Из иллюстративного материала видно, что двухстадий-ный способ имеет существенные преимущества перед одностадийным: процесс сбраживания практически завершается к 48 ч против 96 ч; максимальная интенсивность сбраживания соответствует 12 ч против 36 ч, при этом в первом случае максимальный пик составляет 0,260 г против 0,160 г С02/100 г сусла в час.

В сброженном сусле, полученном из двух образцов топинамбура, определяли крепость и рассчитывали выход спирта (табл. 1). Установлено, что подготовка сушеного топинамбура двухстадийным способом при принятых режимах позволяет получить сброженное сусло большей крепости, чем в варианте одностадийного способа (на 0,12 % об.). При этом, использование сушеного топинамбура образца 2 характеризуется получением сброженного сусла меньшей крепости, что связано, в первую очередь, с меньшим содержанием в нем инулина.

Также в работе исследовали влияние способа подготовки топинамбура к дистилляции на содержание летучих компонентов в сброженном сусле (табл. 2). Анализ представленных данных позволяет сделать следующие

0

4•2017

ПИВО и НАПИТКИ 43

Таблица 2

Содержание компонентов, мг/дм3 безводного спирта Двухстадийный способ Одностадийный способ

Образец 1 Образец 2 Образец 1 Образец 2

Ацетальдегид 2319,3 1783,0 2054,4 1547,1

Этилацетат 232,6 190,4 191,3 161,3

Метанол 2928,3 2808,5 2700,7 2509,5

Высшие спирты 4480,2 3681,8 4294,1 3423,7

В том числе:

1-пропанол 793,4 700,4 755,6 641,9

изобутанол 1039,1 877,3 1103,3 894,0

изоамилол 2647,7 2104,1 2435,2 1887,8

Энантовый эфир 50,0 40,4 58,3 38,3

Фенилэтиловый спирт 221,9 243,2 200,4 175,2

Сумма летучих компонентов* 10 386,9 8810,5 9543,7 7913,6

* При определении суммы летучих компонентов учитывались все идентифицированные летучие компоненты, некоторые из них в иллюстративных материалах не представлены

выводы. Двухстадийный способ характеризуется большим накоплением в сброженном сусле летучих компонентов (8810,5-9543,7 против 7913,6-9543,7 мг/дм3 безводного спирта), в том числе высших спиртов, что можно считать позитивным моментом. Вместе с тем, меняется их соотношение в сторону увеличения процентного количества 1-пропанола и изобу-танола (соотношение изоамилола к сумме 1-пропанол + изобутанол при двухстадийном способе составляет от 1-1,33 до 1-1,44; при одностадийном — от 1-1,23 до 1-1,31). Последний факт следует считать положительным, так как повышенное содержание изоами-лола может негативно повлиять на органолептические характеристики спиртного напитка.

Также одностадийный способ подготовки сушеного топинамбура к дистилляции обладает следующими преимуществами перед двухстадийным: снижается содержание ацетальдегида и этилаце-тата — компонентов, ухудшающих качественные показатели напитка; уменьшается на 7,8-10,6 % содержание метанола — трудноот-деляемой токсичной примеси, содержание которой нормируется в конечном продукте.

В целом, подготовка сушеного топинамбура к дистилляции одностадийным способом при принятых режимах не позволяет

достигнуть показателей двухста-дийного способа. Теоретически для повышения эффективности процесса подготовки сырья, не предусматривающего его нагрев при 50.55 °С, можно рекомендовать способы, направленные на повышение активности как собственного ферментного комплекса сырья, в первую очередь инули-наз, так и ферментов микробного происхождения. Кроме того, целесообразно рассмотреть варианты с применением активаторов брожения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент 2144084 РФ, МПК С 12 Р 7/06. Способ производства этилового спирта из топинамбура/Крикунова Л. Н., Шаненко Е. Ф., Соколовская М. В.; заявитель и патентообладатель МГУПП. — № 98 120 126/13; заявл. 06.11.1998; опубл. 10.01.2000, Бюл. № 1.

2. Патент 2 161 652 РФ, МПК С 12 Р 7/06. Способ производства этилового спирта из топинамбура/Крикуно-ва Л. Н., Александрова М. М., Илья-шенко Н. Г., Шаненко Е. Ф.; заявитель и патентообладатель МГУПП. — № 2 000102799/13; заявл. 08.02.2000; опубл. 10.01.2001, Бюл. № 1.

3. Крикунова, Л.Н. Энерго- и ресурсосберегающая технология этанола из топинамбура II. Сравнительная характеристика способов активизации инулиназ топинамбура/Л. Н. Крикунова, М. М. Александрова // Хранение и

переработка сельхозсырья. — 2000. — № 7. — С. 56-58.

4. Крикунова, Л.Н. Энерго- и ресурсосберегающая технология этанола из топинамбура III. Исследование процесса сбраживания сусла из топинамбура/Л. Н. Крикунова, М. М. Александрова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2000. — № 10. — С. 57-59.

5. Пономарева, М. С. Выбор способа предобработки топинамбура для ферментации в пищевой этанол. Часть I./ М. С. Пономарева, Н. Г. Ильяшенко, Л. Н. Шабурова // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2007. — № 4. — С. 10-12.

6. Chabbert, N. Productivity and ferment-ability of Jerusalem artichoke according to harvesting date/N. labbert, Ph. Braun, J. P. Guirand, M. Arnoux, P. Galzy // Biomass. — 1983. — № 3. — P. 209224.

7. Chabbert, N. The advantageous use of an early Jerusalem artichoke cultivar for the production of ethanol/N. labbert, J. P. Guirand, M. Arnoux, P. Galzy // Biomass. — 1985. — № 8. — P. 233-240.

8. Gibbons, W. R. Batch and continuous solid-phase fermentation of Jerusalem artichoke tubers/W. R. Gibbons // J. Ferment. Tecchnol. — 1989. — Vol. 67. — № 4. — P. 258-265.

9. Pejin, D. Ethanol production from topinambur/D. Pejin, S. Gacesa, R. Razmovs-ki, S. Popov // Prehranb.-technol. rev. — 1985. — Vol. 23. — № 1-2. — P. 11-18.

10.Dürr, P. Technologie der Obstbrennerei/ P. Dürr, W. Albrecht, M. Gössinger [et al.]. Eugen Ulmer K G, 2010. — 326 p.

44 ПИВО и НАПИТКИ 4•2017

11.Оганесянц, Л.А. Технико-экономическое обоснование перспектив производства спиртных напитков из топинамбура/Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская,

B. П. Осипова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2016. — № 4. —

C. 5-9.

12.Крикунова, Л.Н. Исследование биохимического состава сушеного топинам-

бура/Л. Н. Крикунова, В. А. Песчанская, О. Н. Ободеева, М. А. Захаров // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2016. — № 8. — С. 29-33.

13. Оганесянц, Л. А. Разработка технологии спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура (Часть 1. Стадия получения осахаренного сусла)/Л. А. Оганесянц, В. А. Песчанская, Л. Н. Кри-

кунова, О. Н. Ободеева // Пиво и напитки. — 2016. — № 6. — С. 34-37.

14. Оганесянц, Л. А. Разработка технологии спиртных напитков на основе дистиллята из топинамбура (Часть 2. Стадия сбраживания осахаренного сусла)/ Л.А. Оганесянц, В.А. Песчанская, Л. Н. Крикунова, О. Н. Ободеева // Пиво и напитки. — 2017. — № 1. — С. 26-29. <Э

Сравнительная характеристика способов подготовки топинамбура к дистилляции

Ключевые слова

крепость сброженного сусла и состав

летучих компонентов; получение сусла и сбраживание;

сушеный топинамбур.

Реферат

В работе приведены результаты исследования по изучению влияния способа подготовки сушеного топинамбура к дистилляции. Рассмотрены два способа подготовки исходного сырья. Первый способ (двухступенчатый) предусматривает стадию получения осахаренного сусла и стадию его сбраживания. Второй - одноступенчатый способ предусматривает только непосредственное сбраживание сусла без водно-тепловой и ферментативной обработки. Интенсивность сбраживания сусла оценивали по динамике выделения С02. Было установлено, что двухступенчатый способ имеет существенные преимущества перед одноступенчатым по интенсивности брожения и накоплению этанола. Процесс сбраживания сусла, подготовленного двухступенчатым способом, завершился на 48 ч быстрее. Отмечена более высокая концентрация этанола в образце сусла, подготовленного двухступенчатым способом. Исследовано влияние способа подготовки топинамбура к дистилляции на содержание летучих компонентов в сброженном сусле. Показано, что двухступенчатый способ характеризуется большим накоплением в сброженном сусле летучих компонентов (8810,5-9543,7 против 7913,6-9543,7 мг/дм3 безводного спирта), в том числе высших спиртов и эфиров кислот С5-С6. В то же время одноступенчатый способ по сравнению с двухступенчатым позволяет получить сброженное сусло с меньшим содержанием ацетальдегида и этилацетата, которые ухудшают качественные показатели спиртного напитка. Также в этом случае снижается содержание метанола на 7,8-10,6%. Для повышения эффективности процесса подготовки сушеного топинамбура к дистилляции, не предусматривающего его нагрев при 50...55 °С, можно рекомендовать способы, направленные на повышение активности как собственных инулиназ сырья, так и ферментов микробного происхождения. Кроме того, целесообразно рассмотреть варианты с применением активаторов брожения.

Авторы

Оганесянц Лев Арсенович,

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

Песчанская Виолетта Александровна;

Ободеева Ольга Николаевна

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной

и винодельческой промышленности

119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7,

institute@vniinapitkov.ru, labcognac@mail.ru,

cognac320@mail.ru

Comparative Characteristics of Methods of Preparation of Jerusalem Artichoke to Distillation

Key words

strength of fermented wort and composition of volatile components; wort preparation and fermentation; dried Jerusalem artichoke.

Abstract

The results of research on studying of influence of method of preparation of dried Jerusalem artichoke to distillation are presented in this work. Two methods of preparation of raw material had been reviewed. First method (two-stage method) involves the step of obtaining a saccharified wort and the stage of fermentation. Second -single-stage method involves stage of fermentation only. In this case the stage of water-thermal and enzyme treatment of wort do not exist. The intensity of fermentation was estimated by dynamics of CO2 emissions. It is established, that the two-stage method has significant advantages over single-stage intensity of fermentation and yield of ethanol. The process of fermentation of wort prepared by two-stage method, ended 48 hours faster. The highest yield of ethanol observed in the sample, which prepared by two-stage method. It was shown that the two-step method is characterized by a large accumulation in fermented wort of volatile components (8,810.5-9,543.7 against 7,913.6-9,543.7 mg/dm3 of a. a.), including separate higher alcohols and esters acids, C5-C6. At the same time single-stage method compared to the two-stage allows to obtain the fermented wort with reduced content of acetaldehyde and ethyl acetate, which degrade the quality indicators of the alcohol beverage. Also in this case content of methanol decreases by 7.8% to 10.6 %. To improve the efficiency of the process of preparation of dried Jerusalem artichoke to distillation, not providing heat at 50...55 °C, can recommend ways to increase the activity of its own inulinase raw materials and processing enzymes of microbial origin. It is also advisable to consider using activators of fermentation.

Authors

Oganesyants LevArsenovich,

Doctor of Technical Science, Professor, Academic of RAS;

Peschanskaja Violetta Aleksandrovna;

Obodeeva Olga Nikolaevna

All-Russian Research Institute of the Brewing,

Soft Drinks and Wine Industry,

7 Rossolimo str., Moscow, 119021, Russia,

institute@vniinapitkov.ru, labcognac@mail.ru,

cognac320@mail.ru

4•2017 ПИВО и НАПИТКИ 45