Publication text
(PDF):
Read
Download
Эффективность технологического процесса производства любого продукта, в том числе и напитка на основе дистиллята из топинамбура, определяется затратами на его выработку и ка- чественными характеристиками. Первые зависят от стоимости исходного сырья, дополнительных мате- риалов, напрямую связаны с ресурсными затратами (энергия, топливо), расходуемыми по стадиям производства. Для технологий, в себесто- имости которых существенную долю составляют затраты на исходное сырье, при оптимизации про- цесса стремятся к увеличению выхода конечного продукта из единицы сырья, либо возможности применения более дешевых сырьевых ресурсов. В первой части статьи уже отмечалось, что то- пинамбур в технологии спиртового производства считается самым дешевым видом сырья. Фран- цузские специалисты установили зависимость сбраживаемости сусла от сроков уборки клубней топинамбура (осенний или весенний сбор) [1]. Для спиртовой отрасли зарубежными специалистами отмечена эффективность строительства небольших установок для получения спирта-сырца в не- посредственной близости от плантаций топинамбу- ра. Дальнейшую очистку, по их мнению, лучше проводить на крупных спиртовых заводах [2]. В отличие от спиртовой отрасли, предприятия, про- изводящие дистилляты из растительного сырья, характеризуются существенно меньшей производи- тельностью. Поэтому ранее отмеченной проблемы для них не существует. Вместе с тем, определяющими факторами кон- курентоспособности напитков, в том числе и полу- ченных на основе дистиллятов, являются их каче- ственные показатели - соответствие физико- химических показателей и органолептических ха- рактеристик требованиям, установленным в норма- тивной документации. Органолептические характе- ристики напитков на основе дистиллятов опреде- ляются в основном качественным и коли- чественным составом летучих компонентов. Дис- тиллированные напитки, подвергшиеся выдержке в контакте с древесиной, содержат также экстрактив- ные компоненты, придающие им определенный цвет и вкус. Таким образом, данная группа напит- ков содержит большое количество вкусо- ароматических компонентов, влияющих на форми- рование сенсорного восприятия потребителем. Ор- ганолептический анализ, представляющий собой дегустацию, проводимую группой квалифициро- ванных экспертов, является основным при иденти- фикации напитков и имеет преимущества за счет своей универсальности и быстроты определения [3, 4]. Известно, что интенсивность аромата или вкуса того или иного вещества определяется величиной его пороговой (предельной) концентрации - минимальной концентрацией вещества, которая может быть определена в процессе дегустации. Чем меньше пороговая концентрация, тем более интен- сивным запахом или вкусом обладает вещество. Величина пороговой концентрации для данного вещества не является постоянной. Она зависит от природы раствора, в котором находится исследуе- мое вещество, и присутствия других веществ [5, 6]. К примеру, пороговая концентрация основных групп летучих компонентов для коньячных дистил- лятов, разбавленных до 40 % об., составляет по букету мг/дм3: высшие спирты - 20; сложные эфи- ры - 200; летучие альдегиды - 200; энантовые эфи- ры - 20; по вкусу для тех же веществ соответствен- но - 40; 200; 20; 40 мг/дм3 [7]. Имеются сведения об индивидуальных пороговых концентрациях и сен- сорном восприятии отдельных летучих компонен- тов в винах и дистиллятах [8, 9]. В целом все летучие компоненты можно услов- но разделить на 4 группы [10]. 1 группа. Главные вкусовые составляющие. Ука- занная группа включает вещества, концентрация которых более чем в два раза превышает порог ощущения. группа. Вторичные вкусовые составляющие. Данная группа объединяет соединения, имеющие концентрацию, которая в один-два раза превышает порог ощущений. и IV группы. Фоновые вкусовые вещества. В III группу входят вещества, концентрация которых в напитке ниже значения порога ощущения от двух до десяти раз. По отдельности эти компоненты иг- рают небольшую роль, но в целом они важны. К IV группе относятся компоненты, присутствующие в концентрациях, более чем в 10 раз ниже значения порога чувствительности. Она включает в себя не- сколько сотен различных веществ, которые обра- зуют так называемый фоновый аромат и вкус. Исходя из выше изложенного, целью настоя- щей работы явились исследования, направленные на определение выхода дистиллята из клубней то- пинамбура и оценки его качественных характери- стик. Объекты и методы исследований В качестве объектов исследования использовали дистилляты из топинамбура, полученные путем фракционированной дистилляции сброженного сусла на установке периодического действия пря- мой сгонки кубового типа. Отбор фракций в про- цессе дистилляции осуществляли по крепости и органолептической оценке. Качественный и количественный состав летучих компонентов в дистилляте (средняя фракция) из топинамбура определяли методом газовой хрома- тографии на приборе «Кристалл 5000.1» («Хрома- тек», Россия) по действующей методике. Органолептический анализ дистиллятов осу- ществляли в соответствии с требованиями дей- ствующей нормативной документации по 10-баль- ной шкале [11]. Результаты и их обсуждение В настоящей работе представлены данные, ха- рактеризующие выход и качественные характери- стики дистиллятов, полученных при переработке клубней топинамбура в соответствии с предложен- ными в первой части работы способами и режим- ными параметрами. Установлено (табл. 1), что спо- соб подготовки сырья к дистилляции и длитель- ность сбраживания сусла из топинамбура оказыва- ют влияние на крепость сброженного сусла и коли- чество полученного безводного спирта. Как видно из табличных данных, при сокращении продолжи- тельности сбраживания с трех суток до двух (при двухстадийном способе) резко снижается эффек- тивность переработки сырья (Образец 1). Это мо- жет быть связано с тем, что процесс перевода вы- соко- и среднемолекулярных фракций инулина сы- рья под действием собственной ферментной систе- мы топинамбура в растворимое состояние проходит не полностью, а внесенная дополнительно микроб- ная экзоинулиназа не дейст-вует на нерастворимый субстрат. Напротив, трех суток (Образец 2) по- видимому, достаточно для глубокого гидролиза полимеров сырья, в первую очередь за счет дей- ствия ферментов эндо-типа. Для образцов 3 и 4, полученных по схеме одностадийного способа под- готовки сырья к дистилляции, также установлен пониженный объем безводного спирта. Но в этом случае длительность процесса на данный показатель оказывает меньшее влияние, чем при двухста- дийном способе. Приведенные в табл. 1 значения по объему фракций и объемной доли этанола во фракциях позволили рассчитать их выход по безводному спирту по отношению к объему безводного спирта в сброженном сусле. Установлено (рис. 1), что объ- ем выделяемой головной фракции находится в пре- делах 9,6-13,3 % в пересчете на объем безводного спирта в сброженном сусле; средней фракции (собственно дистиллята) изменяется в пределах 73,7-82,0 %; хвостовой - 6,9-10,9 %. Наименова- ние показателя Обра- зец 1 Обра- зец 2 Обра- зец 3 Обра- зец 4 Объем без- водного спирта из 10 кг сброжен- ного сусла 540 700 555 595 Объем фрак- 75 80 85 85 ции, см3 - головная - средняя 490 700 505 540 - хвостовая 240 260 290 280 Объемная 89,0 84,3 86,6 86,2 доля спирта во фракции, % об. - головная - средняя 81,2 82,0 83,1 83,1 - хвостовая 24,5 18,5 14,7 20,5 Таблица 1 Исходные данные к расчету выхода фракций 90 Выход фракций в пересчете на безводный спирт, % к общему объему безводного спирта в сусле 80 73,7 70 82,0 75,7 75,5 60 50 40 30 20 12,4 10 10,9 13,3 12,3 9,6 9,6 6,9 7,7 0 Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Головная фракция Средняя фракция Хвостовая фракция Рис. 1. Выход фракций по безводному спирту при получении дистиллята из топинамбура Полученные данные показали, что на распреде- ление фракций оказывает значительное влияние крепость сброженного сусла. Так, образец 2, харак- теризующийся повышенной крепостью сусла при дистилляции дает максимальный выход средней фракции. Напротив, образцы 3 и 4, близкие по кре- пости сброженного сусла, практически не отличают- ся по выходу головной, средней и хвостовой фракций. С целью экономического обоснования выбора способа подготовки свежих клубней топинамбура к дистилляции и длительности процесса сбраживания в работе был рассчитан выход безводного спирта в средней фракции (дистилляте). Расчет проводился на 1 тонну использованного сырья и дополнительно - на 1 тонну инулина сырья. Кроме того, приведены расчетные данные по выходу безводного спирта в сброженном сусле, что позволяет провести анализ перспективности использования топинамбура по сравнению с другими видами сельскохозяйственного сырья, используемого для получения этанола. Из- вестно, что теоретический выход этанола из 1 тонны потенциально сбраживаемых углеводов составляет 71,98 дал безводного спирта. Практический выход этанола, к примеру, из тонны условного крахмала (потенциально сбраживаемых углеводов) составляет в среднем 62-64 дал б.с. [12]. Установлено (табл. 2), что выход безводного спирта из тонны свежего то- пинамбура варьировался в пределах 8,5-11,1 дал. Последнее значение (Образец 2) соответствова- ло 63,9 дал на 1 тонну инулина (потенциально сбраживаемых углеводов) сырья, что сопоставимо с выходом этанола из зерна (крахмалосодержащее сырье). Остальные образцы характеризовались по- ниженным выходом. Дополнительно в данной ра- боте был рассчитан выход дистиллята по безвод- ному спирту с учетом данных, приведенных на рис. 1 (выход средней фракции равен выходу ди- стиллята). Выход дистиллята составил от 6,2 до 9,1 дал/т сырья, а в пересчете на 1 тонну инулина сырья он варьировался в пределах 35,9-52,3 дал. Выход дистиллятов из топинамбура и их органолептическая оценка в зависимости от способа подготовки сырья и длительности процесса сбраживания Таблица 2 Наименова- ние образца Выход безводного спирта Выход дистиллята по безводному спирту Органолептическая характеристика Дегустаци- онная оценка, баллы дал/т сырья дал/т инулина сырья дал/т сырья дал/т инулина сырья Образец 1 8,5 49,3 6,2 35,9 Аромат чистый, свежий, с цветочно- фруктовыми тонами. Вкус мягкий, гар- моничный 7,6 Образец 2 11,1 63,9 9,1 52,3 Аромат негармоничный, землистый, с тонами прогорклого масла. Вкус жгучий, грубый, резкий. 6,3 Образец 3 8,7 50,5 6,6 38,3 Аромат с тонами окисленного масла и землистым оттенком. Вкус жгучий, сла- щавый. 6,8 Образец 4 9,4 54,1 7,2 41,4 Аромат негармоничный, с тонами окис- ленности и землистым оттенком. Вкус жгучий, слащавый. 7,0 Таблица 3 Качественный и количественный состав идентифицированных летучих компонентов дистиллятов из клубней топинамбура В отличие от спиртового производства, где стремятся к максимальному выходу этанола из единицы сырья, при производстве дистиллятов определяющими являются его органолептические характеристики. Массовая кон- центрация лету- чих компонентов, мг/дм3 безводно- го спирта Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Спирты Метанол 3537 4564 4645 4591 1-пропанол 937 557 511 526 Изобутанол 1522 735 928 865 1-бутанол 25 13 11 13 Изоамилол 1830 1032 1174 1182 2-пропанол 2 3 4 3 2-бутанол 18 19 25 25 Гексанол 4 6 9 8 Фениловый спирт 9 7 5 6 Сложные эфиры Этилацетат 58 37 47 52 Изоамилацетат 3 2 3 2 Этиллактат 1 4 3 3 Этикапроат 2 2 2 2 Этилкаприлат 7 8 8 8 Этилкапрат 21 23 25 27 Карбонильные соединения Ацетальдегид 27 66 81 78 Изобутеральде- гид 1 1 1 1 Ацетон - 1 1 1 Общее содержание 8004 7080 7483 7393 Анализ качественного и количественного соста- ва летучих компонентов образцов дистиллятов из топинамбура (табл. 3) и его сравнение с данными о пороговых концентрациях групп летучих компо- нентов и отдельных веществ, c учетом принятого разделения на группы, позволил сделать вывод о том, что основные высшие спирты (1-пропанол, изобутанол, изоамилол) и ацетальдегид в получен- ных дистиллятах относятся к главным вкусовым составляющим (1 группа), а все остальные летучие вещества - к фоновым (3 и 4 группа). В соответ- ствии с ассоциативным термином [10] (аромат, вкус, гармония) 1-пропанол и изобутанол имеют преимущества перед изоамилолом. Последний при повышенных концентрациях отрицательно сказы- вается на аромате продукта, сообщая ему «сивуш- ные» оттенки, и придает ему нежелательный при- вкус, поэтому характеризуется термином «off- flavour». Анализ количественного состава идентифици- рованных летучих компонентов в дистиллятах из топинамбура показал, что наибольшая их сумма присутствует в образце 1. Причем, такой важный показатель безопасности, как метанол, в этом об- разце содержался в наименьшем количестве (3537 мг/дм3 б.с.). В других трех образцах дистил- лятов его значение было выше, но при этом несу- щественно отличалось (4564-4645 мг/дм3 б.с.). В соответствии с действующими нормами Европей- ского Союза [13] по содержанию метанола в спирт- ных напитках из фруктов допускается его макси- мальное содержание 10000 мг/дм3 б.с. Для напитков из топинамбура (Eau-de-vie de topinambur) значение данного показателя не регламентируется. Таким образом, все образцы дистиллятов из топинамбура соответствовали международным требованиям по безопасности. Проведя сравнительный анализ образцов Мягкость Гармоничность Тон прогорклого масла Фруктовый тон 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Цветочно- медовые тона Травянистый тон Землистый тон дистиллятов по содержанию высших спиртов, со- здающих основу аромата и вкуса напитков, уста- новлено, что в образце 1 суммарная концентрация 1-протанола, изобутанола и изоамилола в 1,6-1,8 раз выше, чем в образцах 2, 3, 4. Причем в этом образце отношение суммы изобутанола и 1- пропанола к изоамилолу составило 1:0,74. В других образцах оно варьировалось в пределах от 1:0,80 до 1:0,85. Содержание фенилэтилового спирта в полу- ченных дистиллятах составляло от 5 до 9 мг/дм3 б.с., что ниже пороговой концентрации. Как известно, этот компонент в напитках на осно- ве дистиллятов придает им тона чайной розы и цветочно-медовые оттенки в аромате. Для повы- шения концентрации фенилэтилового спирта мо- жет быть использован известный технологический прием - возврат хвостовой фракции в куб при по- следующей дистилляции. Сложные эфиры в исследованных образцах представлены этилацетатом, изоамилацетатом, этилкапроатом, этиллактатом, этилкаприлатом и этилкапратом. В наибольших концентрациях обна- ружены этилацетат (от 37 до 58 мг/дм3 б.с.) и этил- капрат (от 21 до 27 мг/дм3 б.с.). Пороговые концен- трации этих компонентов для вин составляют: для этилацетата - от 50 до 100 мг/дм3, для этилкапрата 14 мг/дм3 [8], что дает основание предположить возможность их участия в сложении ароматического профиля полученных дистиллятов за счет эф- фекта синергизма. Образец 2 в отличие от всех остальных характеризуется минимальным содер- жанием сложных эфиров (76 мг/дм3 б.с.). В образ- цах 1, 3 и 4 сумма сложных эфиров составила 92-94 мг/дм3 б.с., что на 20 % выше. Однако основ- ная их часть, за исключением этилацетата и этил- капрата, содержится в концентрациях намного ни- же пороговых. Для выявления взаимосвязи между качествен- ным и количественным составом летучих компо- нентов и характерными тонами, присутствующими в аромате и вкусе полученных дистиллятов из то- пинамбура, на основании результатов дегустации были построены сенсорные профили аромата и вкуса для исследуемых образцов (рис. 2). В процес- се дегустационной оценки были разработаны опре- деленные дескрипторы, которые легли в основу сенсорных профилей. Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Рис. 2. Сенсорный профиль дистиллятов из свежих клубней топинамбура Для органолептической характеристики дис- тиллятов из топинамбура были приняты следую- щие критерии и дескрипторы: интенсивность аромата, баллы: яркий - от 4 до 5, сильный - от 3 до 4, умеренный - от 2 до 3, сла- бый - до 2; характер аромата: чистый, свежий, гармонич- ный, в том числе нежелательные - нечистый, не- гармоничный, землистый; оттенки в аромате: цветочный, фруктовый, травянистый, медовый, в том числе нежелательные землистый, сивушный, прогорклого масла; - характер вкуса: мягкий, маслянистый, в том числе нежелательные - слащавый, жгучий, резкий, грубый. Анализ вкусо-ароматического профиля дистил- лятов из топинамбура показал, что наиболее высо- кими органолептическими характеристиками обла- дал образец 1, отличавшийся чистым, свежим, гар- моничным ароматом с цветочными и фруктовыми оттенками и мягким вкусом. Наиболее низкую де- густационную оценку получил образец 2, отличав- шийся негармоничным, землистым ароматом, с тонами прогорклого масла. Образцы 3 и 4 заняли промежуточное положе- ние, причем в образце 4 землистый оттенок и тона прогорклого масла выражены сильнее, чем в образ- це 3. Полученные результаты в достаточно высокой степени коррелируют с данными газохроматогра- фического анализа, при этом необходимо отметить, что часть летучих компонентов, присутствующих в дистиллятах из топинамбура, нами пока не иденти- фицирована. Вероятно, к ним относятся летучие жирные кислоты масляная и каприновая, а также эфиры гидрокси- и дикарбоновых кислот, придаю- щие аромату специфические оттенки прогорклого масла или сыра и тона сырости (землистые). Таким образом, для получения дистиллята с вы- сокими органолептическими характеристиками можно двухстадийный способ подготовки сырья при длительности сбраживания не более 2-х суток (образец 1), однако следует учитывать, что предла- гаемая технология характеризуется пониженным выходом. На основании полученных результатов сформулированы следующие требования к каче- ственным показателям дистиллята из свежих клуб- ней топинамбура: дистиллят должен быть прозрач- ным, обладающим чистым, свежим ароматом с цве- точными и фруктовыми оттенками и мягким, гар- моничным вкусом. По физико-химическим показа- телям дистиллят из свежих клубней топинамбура должен содержать: объемную долю этилового спирта - не менее 80 %; метанола - не более 4,0 г/ дм3, массовая концентрация суммы остальных летучих компонентов должна составлять не менее 4,0 г/дм3 б.с. Выводы Проведенные исследования позволили: обосно- вать перспективность производства дистиллятов из свежих клубней топинамбура; установить способы подготовки сырья и режимные параметры сбражи- вания сусла, позволяющие получать дис-тиллят с соответствующими органолептическими характе- ристиками; рекомендовать двухстадийный способ подготовки сырья с длительностью процесса сбра- живания - 2-е суток; разработать сенсорные де- скрипторы для проведения органолептической оценки нового вида продукции - дистиллята из топинамбура.