CqQRcNeHAv

Способы снижения содержания метанола в дистиллятах из растительного сырья

При использовании различных видов растительного сырья для получения дистиллятов и спиртных напитков на их основе наиболее остро стоит проблема снижения содержания метанола, который образуется в результате разрушения пектиновых веществ и сам является высокотоксичным.

Цель исследований состояла в разработке эффективных способов снижения концентрации метанола в таких дистиллятах. В качестве объектов исследования были использованы плоды вишни сорта Владимирская, свежие плоды шелковицы белой (Morus alba L.), клубни топинамбура сорта Скороспелка осеннего сбора урожая. В сброженном сырье и дистиллятах определяли объемную долю этилового спирта стандартизированным ареометрическим методом. Массовую концентрацию метанола в объектах исследования определяли методом газовой хроматографии на приборе «Кристалл 5000.1» («Хроматек», Россия). Установлено, что подкисление сусла из топинамбура приводит к снижению концентрации метанола в сброженном сусле 1,2-4 раза в зависимости о степени понижения рН среды. Показано, что использование при мацерации сырья ферментного препарата, воздействующего только на растворимый пектин вишни, не приводит к повышению концентрации метанола в сброженной вишневой мезге. Установлено преимущество использования специально подобранных рас дрожжей для каждого вида сырья в отношении снижения концентрации метанола в сброженном сусле или мезге. Установлено, что на стадии дистилляции наиболее эффективным способом снижения концентрации метанола в продукте является изменение режимных параметров работы дистилляционной установки.

Органолептические характеристики спиртных напитков, произведенных на основе дистиллятов из растительного сырья, в значительной степени определяются составом и содержанием летучих компонентов (альдегидов, высших и ароматических спиртов, эфиров и т.д.), а безопасность продукции в большей степени определяется концентрацией в ней токсичных веществ, в том числе метанола. Известно, что метанол по своей токсичности превосходит этанол в 80 раз, а таких высших спиртов, как изопентанол и изобутанол – в 20 раз. В соответствии с Техническим регламентом ЕС концентрация метанола в спиртных напитках строго нормируется и устанавливается в зависимости от вида используемого сырья.
К примеру, для спиртных напитков из вина и бренди этот показатель составляет 200 грамм на гектолитр безводного спирта, а для спиртных напитков из фруктов (фруктовых бренди) — 1000 грамм на гектолитр безводного спирта. Для отдельных видов напитков, полученных из фруктового сырья (груша Вильямс, белая и красная смородина, черная смородина, плоды рябины, бузина, айва), предельная концентрация метанола составляет 1350 грамм на гектолитр безводного спирта. В Российской Федерации в соответствии с действующей нормативной документацией концентрация метанола в дистиллятах из растительного сырья не может превышать 2,0 грамм на литр (в пересчете на безводный спирт – около 5,0 грамм).
Концентрация метанола в дистиллированных спиртных напитках зависит в первую очередь от содержания и характеристик пектиновых веществ в используемом сырье. Известно, что пектиновые вещества в растительном сырье в основном содержатся в виде нерастворимого пектина (протопектина) и растворимого пектина. Источником образования метанола при переработке растительного сырья служит растворимый пектин. Вместе с тем, в процессе подготовки сырья к дистилляции на стадиях мацерации и брожения в результате ферментативного гидролиза протопектин может переходить в растворимое состояние.
Кроме того, концентрация метанола в спиртных напитках из растительного сырья напрямую зависит от степени этерификации пектина. На стадии дистилляции сброженного сусла или мезги также происходит образование метанола за счет термического разрушения протопектина.
Разные виды растительного сырья, используемого для производства дистиллированных спиртных напитков, существенно различаются как по общему содержанию пектиновых веществ, так и по их характеристикам, что следует учитывать при разработке оптимального технологического режима производства на всех стадиях процесса, включая первичную переработку сырья, брожение и дистилляцию.
Целью настоящей работы являлась разработка способов снижения концентрации метанола в дистиллятах из растительного сырья.
В качестве объектов исследования были использованы образцы растительного сырья: плоды вишни сорта Владимирская, свежие плоды шелковицы белой (Morus alba L.), клубни топинамбура сорта Скороспелка осеннего сбора урожая. Данные виды сырья были выбраны в связи с их существенными различиями по общему содержанию пектиновых веществ, по соотношению растворимого пектина и протопектина, по титруемой кислотности, от которой зависит активность гидролитических ферментов.
Объемную долю этилового спирта в подготовленном сырье и дистилляте определяли стандартизированным методом анализа. Массовую концентрацию метанола определяли методом газовой хроматографии на приборе «Кристалл 5000.1» («Хроматек», Россия) с пламенноионизационным детектором по ГОСТ 33834-2016.
По имеющимся данным плоды вишни содержат в среднем 1,0 % пектиновых веществ с преобладанием в них растворимого пектина. Степень этерификации пектина вишни составляет в среднем 40 %. Данный вид сырья характеризуется высокой кислотностью с рН 2,5-3,0.
В отличие от вишни плоды шелковицы имеют более низкую кислотность (рН 4,0-4,5) и содержат примерно в два раза меньше пектиновых веществ, среди которых в процентном отношении превалирует протопектин. Пектин шелковицы, также как и пектин вишни, относится к низкоэтерифицированному.
Клубни топинамбура, в отличие от двух перечисленных видов растительного сырья, содержат 1,5-2,0 % (в пересчете на сухой вес 6,0-8,0 %) пектиновых веществ, среди которых преобладает нерастворимый протопектин.
Пектин данного вида сырья характеризуется высокой степенью метоксилирования (до 80 %). Отличительной особенностью клубней топинамбура по сравнению с фруктовым сырьем является очень низкая активная кислотность (величина рН сока составляет 6,0-6,5), что приводит к процессам ферментативного гидролиза пектина с образованием метанола под действием пектинэстеразы сырья при его переработке.

Способы снижения концентрации метанола в дистиллятах из растительного сырья можно сгруппировать по этапам переработки на следующие:
• при подготовке сырья к сбраживанию предусмотреть только низкотемпературный способ, так как применение тепловой мацерации приводит к переходу протопектина в растворимый пектин, что повышает его доступность к ферментативному гидролизу;
• проводить подкисление сырья с пониженной кислотностью с целью снижения активности пектинэстеразы;
• при использовании микробных ферментных препаратов, предназначенных для увеличения сокоотдачи сырья, отдавать предпочтение комплексам, имеющим оптимальный состав входящих в них ферментов;
• на стадии сбраживания подготовленного сырья использовать расы дрожжей, обеспечивающие высокий выход этанола при минимальном накоплении метанола;
• на стадии дистилляции регулировать продолжительность процесса и величину коэффициентов ректификации летучих примесей за счет изменения интенсивности нагрева куба и степени дефлегмации установки;
• оптимизировать объемы отбираемых фракций для отделения в той или иной степени нежелательных летучих компонентов;
• изменять схемы дистилляции, например, проведением двукратной дистилляции без использования укрепляющей колонны с промежуточным получением спирта-сырца крепостью 28 – 30% об. и последующей его фракционированной дистилляцией.

При получении дистиллятов в виноделии, в отличие от спиртовой отрасли, не используют способы тепловой обработки сырья, приводящие к получению готового продукта с нехарактерными (уваренными) тонами, поэтому данный способ в настоящей работе не рассматривался. Эффективность способа, основанного на подкислении среды в работе рассмотрена на примере переработки сушеного топинамбура и шелковицы (как свежей, так и сушеной).
Установлено, что подкисление сусла из топинамбура до pH 4,5-5,0 приводит к повышению крепости сброженного сусла
Более существенное подкисление среды (pH 3,2) угнетает развитие спиртовых дрожжей и, как следствие, характеризуется снижением крепости сброженного сусла по сравнению с контролем. При этом выявлено значительное уменьшение концентрации метанола (в 1,2-4,0 раза) с понижением pH в ряду 4,9-3,2. Данный факт связан со снижением активности действия пектолитических ферментов сырья, а при pH 3,2 — с частичной их инактивацией.
На примере переработки вишни при производстве дистиллята исследовано влияние состава комплексных ферментных препаратов, используемых для мацерации мезги, на эффективность процесса сбраживания и накопление метанола. Были испытаны три ферментных препарата зарубежного производства, часто используемые на предприятиях винодельческой отрасли.
«Vegazym HC» представляет собой комплекс на основе геммицеллюлазы и обладает высокой целлюлозолитической активностью, что приводит к расщеплению полисахаридов до легкосбраживаемых моносахаров.
«Trenolin Opti» – высокоактивный ферментный препарат со сбалансированным сочетанием активности пектингидролазы, пектингалактуроназы и пектинэстеразы, а также проявляющий целлюлолитическую и геммицеллюлазную активности.
«Fructozym P» представляет собой пектиназный комплекс, воздействующий только на растворимый пектин.
Установлено, что использование ферментных препаратов на стадии мацерации вишневой мезги приводит к повышению крепости сброженной мезги на 0,3 – 0,5 % об. по сравнению с контрольным образцом (без использования ферментных препаратов).
При этом концентрация метанола в сброженной мезге зависит от использованного ферментного препарата.
Так в образцах, полученных с использованием комплексных ферментных препаратов, в состав которых входили ферменты
цитолитического и пектолитического действия, содержание метанола увеличивалось по сравнению с контролем в среднем на 15-25 %. Использование препарата «Fructozym P», действующего только на растворимый пектин, приводило к повышению концентрации спирта и практически не повлияло на концентрацию метанола. Вероятнее всего данный факт связан с низкой активностью пектинэстеразы в высококислотной среде и низкой степенью метоксилирования пектина вишни.

Влияние расы дрожжей на накопление метанола в процессе сбраживания сырья изучено на примере вишни и топинамбура,
существенно отличающихся по биохимическому составу и рН среды.
При сбраживании вишневой мезги использованы винные дрожжи отечественных рас Вишневая 33 и К-17, использованных в
виде чистой культуры, и препараты активных сухих дрожжей зарубежного производства СD и WET 136.
Полученные результаты показали, что расы дрожжей влияют не только на эффективность сбраживания сырья, но и на образование метанола.
Выявлена лучшая раса для сбраживания вишневой мезги — WET 136, позволяющая получить сброженную мезгу, при равной крепости с контрольным образцом (раса Вишневая 33), с меньшей концентрацией метанола в среднем на 28 %.
Процесс брожения в сусле из топинамбура осуществляли с использованием сухих спиртовых (Fermiol), винных (WET 136) и пивоваренных (Safbrew WB-06) дрожжей. Также как и в случае переработки вишни установлено влияние используемой расы дрожжей на качественные показатели сброженного сусла из топинамбура.
Для переработки данного инулинсодержащего вида сырья с позиции крепости сброженного сусла и содержания в нем метанола установлено преимущество применения расы спиртовых дрожжей Fermiol.
Вид перерабатываемого сырья и особенности технологического процесса также оказывали определенное влияние на процесс
накопления метанола. Так, при использовании расы винных дрожжей WET 136 для сбраживания сусла из топинамбура концентрация метанола возрастала на 20 % по сравнению с образцами сброженной вишневой мезги. На стадии дистилляции регулирование содержания метанола в продукте (на примере получения шелковичного дистиллята) осуществляли несколькими способами, в том числе путем увеличения объема отбираемой головной фракции. Представленные данные свидетельствуют, что увеличение объема головной фракции приводит не только к снижению концентрации метанола, но и к обеднению дистиллята ценными летучими компонентами.
Более эффективным способом явилось изменение укрепляющего эффекта дистилляционной установки. Результаты исследований показали, что уменьшение площади охлаждения дефлегматора на 50 % позволило снизить укрепляющий эффект установки от первоначального на 20 %, что привело к заметному изменению динамики перехода летучих компонентов в дистиллят, в том числе метанола (Рисунок 1).

Характер изменения концентрации метанола в процессе дистилляции на установке со сниженной степенью дефлегмации свидетельствует о большем его переходе в высокоспиртуозные фракции (головная фракция), что дало возможность снизить его концентрацию в шелковичном дистилляте на 16 %.
В целом по результатам исследований предложены эффективные способы снижения концентрации метанола в дистиллятах из растительного сырья, основанные на регулировании активной кислотности (рН) подготовленного сырья, применении на стадии мацерации сырья комплексных ферментных препаратов с оптимальным составом входящих в них ферментов, использованием для сбраживания специально подобранных для каждого вида сырья рас дрожжей, регулировании режимных параметров дистилляции.

Представленный материал является сокращением статьи «Способы снижения содержания метанола в дистиллятах из растительного сырья».
Авторы:
Крикунова Людмила Николаевна, д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник отдела технологии крепких напитков
ВНИИБиВП – филиала ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН.
Дубинина Елена Васильевна, к.т.н., ведущий научный сотрудник отдела технологии крепких напитков ВНИИБиВП – филиала
ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН.

© интернет

Вернуться к статьям


Немного рекламы, которая возможно поможет развитию сайта…





,

Поделиться в:
Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.

rss facebook twitter