Технологічні аспекти виробництва спиртових дистилятів з нетрадиційної цукровмісної сировини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологічні аспекти виробництва спиртових дистилятів з нетрадиційної цукровмісної сировини

Данілова К.О.,

к.т.н., с.н.с., заст. завідувача відділу технології продуктів бродіння

Заварзіна О.С.,

провідний фахівець відділу технології продуктів бродіння

Інститут продовольчих ресурсів НААН, Київ, Україна

Актуальною проблемою розвитку спиртової галузі є розширення сировинної бази шляхом використання нових, більш дешевих видів джерел вуглеводів. Останнім часом все більшу зацікавленість у виробників етилового спирту викликає глюкозно-фруктозний сироп. Серед виробників крафтових напоїв, зокрема напоїв на основі рому, великим попитом користується тростинна патока (меляса). В статті наведено технологічні аспекти процесу зброджування нетрадиційної цукровмісної сировини на прикладі глюкозно-фруктозного сиропу та тростинної патоки в етанол різними штамами дріжджів. Визначено, що глюкозно-фруктозний сироп та тростинна меляса відносяться до сировини, що збіднена азотом, фосфором і ростовими речовинами, необхідними для життєдіяльності дріжджів. Для покращення технологічних властивостей сировини в сусло необхідно додавати азотне, фосфорне живлення і кукурудзяний екстракт як ростову речовину. Глюкозно-фруктозний сироп має рН 3,68 та кислотність 0,12 град, що негативно впливає на процес зброджування. Встановлено, що для створення оптимальних умов життєдіяльності дріжджів необхідно додавати в ГФС речовини, що сприяють буферності розчину і запобігають зниженню рН при бродінні нижче 3,5. Визначено, що вихід спирту з 1 т глюкозно-фруктозного сиропу складає 31,0 дал, з 1 т тростинної меляси складає 24,0 дал на дріжджах 46ED та 22 дал на дріжджах TegaYeast без застосування ростових речовин і вітамінів, необхідних для розмножування дріжджової біомаси. За умов поліпшення технологічних властивостей сусла з ГФС і тростинної меляси шляхом додавання біологічно активних речовин, що сприяють синтезу дріжджової біомаси, вміст спирту в дозрілій бражці підвищується до 11,9-12% об.

Ключові слова: глюкозно-фруктозний сироп, тростинна меляса, штам дріжджів, азотне і фосфорне живлення, кукурудзяний екстракт, зброджування, дозріла бражка

TECHNOLOGICAL ASPECTS OF ALCOHOL DISTILLATES PRODUCTION FROM NONCONVENTIONAL SUGAR-RAW MATERIALS

Kateryna Danilova1, PhD, Technics, Senior Researcher, Deputy Head of the Department of Fermentation Products Technology

Oksana Zavarzina1, Senior Specialist of the Department of Fermentation Products Technology institute of Food Resources of NAAS, Kyiv, Ukraine

An actual problem of the alcohol industry development is the expansion of the raw material base through the use of new, cheaper types of carbohydrate sources. Recently, glucose-fructose syrup has been of increasing interest to producers of ethanol. Among the producers of craft drinks, in particular rum-based drinks, cane molasses is in increasing demand. The article presents the technological aspects of the fermentation process of nonconventional sugar- containing raw materials on the example of glucose-fructose syrup and cane molasses in ethanol by different yeast strains. It is determined that glucose-fructose syrup and cane molasses are raw materials depleted of nitrogen, phosphorus and growth substances necessary for the yeast activity. To improve the technological properties of raw materials in the molasses, nitrogen, phosphorus nutrition and corn extract as a growth substance shall be added to a mash. Glucose- fructose syrup is ofpH 3.68 and of acidity 0.12, which negatively affects the fermentation. It is established that in order to create optimal living conditions for yeast, it is necessary to add substances to the glucose-fructose syrup that will contribute to the safety of development and prevent the pH 3.5. It was determined that the alcohol yieldfrom 1 ton of glucose-fructose syrup is 31.0 dal, from 1 ton of cane molasses is 24.0 dal on the yeast 46ED and 22 dal on the TegaYeast without the use of growth substances and vitamins necessary for the reproduction of yeast biomass. Under conditions of improving the technological properties of the mash from the glucose-fructose syrup and cane molasses by adding biologically active substances promoting the synthesis of yeast biomass, the ethanol content in the fermented mashes increases up to 11.9-12% vol.

Keywords: glucose-fructose syrup, cane molasses, yeast strains, nitrogen and phosphorus nutrition, corn extract, fermentation, fermented mashes

Постановка проблеми

виробництво спиртовий дистилят сусло

Традиційною сировиною для виробництва етилового спирту в Україні на даний час є цукровмісна сировина - цукробурякова меляса, дифузійний сік цукрового виробництва та крохмалевмісна - зернові культури (кукурудза, жито, пшениця). Біоетанол також виробляють з нехарчової целюлозовмісної сировини - деревини, біомаси енергетичних рослин, відходів сільського господарства [1,2].

Останнім часом в Україні спостерігається стійка тенденція до підвищення цін на традиційні види сировини для біосинтезу спирту, що призводить до підвищення собівартості етилового спирту та ослаблення його конкурентоспроможності на зовнішньому ринку. Тому актуальною проблемою є розширення сировинної бази шляхом використання нових, більш дешевих видів джерел вуглеводів [3]. Останнім часом все більший інтерес у виробників етилового спирту викликає глюкозно -фруктозний сироп.

Цукристі продукти, що одержані з крохмалю або борошна за допомогою кислотного та/або ферментативного гідролізу, давно відомі в нашій країні як крохмальна, глюкозна, карамельна патока. З 1980-х рр. невпинно зростає виробництво глюкозо-фруктозного сиропу (ГФС) [4]. Раніш ГФС одержували з глюкозних паток шляхом обробки ферментом ізомеразою, на даний час використовують різні ферменти бактеріального чи грибкового походження [5]. Споживання глюкозно-фруктозного сиропу має тенденцію до зниження в розвинутих країнах, але зростає у країн, що розвиваються [6]. На даний час ГФС широко використовується у виробництві напоїв, кондитерських виробів, консервів та морозива [7,8].

Шляхом ферментативного гідролізу крохмаль сировини (кукурудза, пшениця, сорго, рис) постадійно перетворюється спочатку в глюкозу, а потім в суміш глюкози і фруктози. Процес можна перервати на різних стадіях і одержати глюкозно-фруктозні сиропи з різним співвідношенням глюкози і фруктози. За вмістом в сиропі 42% фруктози одержують звичайний ГФС, при підвищенні вмісту фруктози до 55-60% - збагачений, високофруктозний сироп містить 90-95% фруктози. За рівнем солодкості та смаковому профілю ГФС дорівнює цукру, але має більш низьку собівартість [9].

Саме тому зростає інтерес до використання ГФС для виробництва етилового спирту.

Серед виробників крафтових напоїв, зокрема напоїв на основі рому, велику зацікавленість визиває тростинна патока (меляса), яка в Україну завозиться тільки імпортного виробництва.

Метою роботи є дослідження технологічних аспектів процесу зброджування нетрадиційної цукровмісної сировини на прикладі глюкозно-фруктозного сиропу та тростинної патоки в етанол різними штамами дріжджів. Об'єктом досліджень є процес зброджування нетрадиційної цукровмісної сировини. Предмет дослідження - глюкозно- фруктозний сироп ГФС-16, патока тростинна, дозріла бражка.

Матеріали та методи

Для досліджень використовували глюкозно-фруктозний сироп ГФС-16 виробництва ІНТЕРКОРН КОРН ПРОСЕССІНГ ІНДАСТРІ та патоку тростинну імпортного виробництва (Бразилія). Показники ГФС та меляси аналізували за методиками, прийнятими у практиці спиртового виробництва [ 10]: концентрацію сухих речовин (СР) - ареометричним методом, масову частку суми зброджуваних цукрів - поляриметричним методом, величину рН - потенціометричним методом. Вміст моноцукрів (фруктози, глюкози, цукрози, мальтози, лактози) визначали методом високоефективної рідинної хроматографії ВЕРХ на хроматографі Shimadzu Lab Solutions. В лабораторних умовах досліджували процес спиртового зброджування сусла з ГФС-16 за методом «бродильної проби». У дослідах по зброджуванню сусла з ГФС-16 використовували сухі дріжджі раси 46ED та Термосак. Ці дріжджі традиційно використовують у спиртовому виробництві для зброджування цукро - та крохмалевмісної сировини. Розрахункову наважку сиропу ГФС-16 зважували на вагах з точністю до 0,01 г, готували сусло концентрацією 8,5% шляхом розведення наважки сиропу стерильною водопровідною водою та вносили необхідну кількість азотистого і фосфорного живлення (у вигляді карбаміду та діамонійфосфату або ортофосфорної кислоти з розрахунку, відповідно, 0,1% та 0,2% до маси сухих речовин сиропу). Зброджування проводили у колбах об'ємом 250 см3, куди вносили сухі дріжджі в кількості 1 г, закривали колби сірчанокислими затворами та ставили на бродіння у термостат за температури 30°С впродовж 72 годин. У дозрілій бражці визначали видиму густину та істинні сухі речовини СР - ареометричним методом, вміст незброджених цукрів - методом з резорциновим реагентом [11]. В бражних дистилятах визначали концентрацію етилового спирту ареометричним методом [10].

Результати досліджень

Глюкозо-фруктозний сироп за кімнатною температурою 18-20 оС має світло-коричневий колір, рідку консистенцію, однорідний. За умови зниження температури до 8-12 оС відбувається процес кристалізації сиропу, утворюються кристалики моноцукрів, втрачається плинність, консистенція стає твердою, білого кольору. При нагріванні до 25 оС сироп стає в'язкої консистенції, білого кольору, неоднорідний.

Склад глюкозо-фруктозного сиропу наведено в табл.1.

Таблиця 1