Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние технологии аналогов напитков «виски»
1.1 Особенности технологии крепких алкогольных напитков из крахмалистого сырья
1.2 Особенности производства виски 12
1.2.1 Сырье для производства виски 19
1.2.1.1 Технология приготовления солодов 21
1.2.1.2 Показатели качества солодов
1.2.2 Получение зернового сусла и бражки 28
1.2.3 Получение спиртов-виски
1.2.3.1 Дистилляция бражки по периодической технологии 32
1.2.3.2 Дистилляция бражки по непрерывной технологии 33
1.2.5.Выдержка спиртов-виски 39
1.2.5.1 Химический состав древесины дуба 40
1.2.5.2.Процессы при выдержке спиртов-виски с древесиной 41
1.2.5.3 Экстрагирование соединений из древесины 46
1.2.5.4 Изменения в составе соединений, присутствующих в спирте-виски
1.2.5.5 Образование ароматических соединений 53
1.2.6 Купажирование напитков 5 4
1.3 Анализ и физико-химические показатели сырья, полупродуктов и готовых изделий
1.3.1 Характеристика этилового спирта 61
1.3.1.1 Химическое строение этанола 61
1.3.1.2 Физико-химические свойства этилового спирта 62
1.3.2. Состав примесей спиртов-виски 6 5
1.3.3. Влияние примесей на органолептические показатели спиртов-виски
1.3.4. Методы исследования спиртов-виски 72
1.3.4.1 Хроматографические методы 72
1.3.4.2 Сенсорные методы 74
1.3.4.3 Электрофоретические методы
1.3.4.4 Масс-спектрометрические методы 78
1.3.4.5 Методы определения состава смесей в зависимости от давления-паров и температуры кипения смесей
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 86
2.1 Сырьё и материалы 86
2.1.1 Характеристика зернового сырья 86
2.1.2 Характеристика разжижающих и осахаривающих средств 88
2.2 Методы исследования 89
2.2. Г Методы определения физико-химических показателей зернового сырья
2.2.2 Методы определения физико-химических показателей осахаренного сусла
2.2.2.1 Определение молекулярной массы белковых фракций в образцах сусла
2.2.2.2 Определение качественного и количественного углеводного состава образцов сусла
2.2.2.3 Определение аминокислотного состава образцов сусла
2.2.3 Методы определения физико-химических показателей зрелой бражки
2.2.4 Получение дистиллятов — спиртов-виски с помощью фракционной перегонки
2.2.5 Газохроматографический метод определения содержания примесей в образцах спиртов-виски
2.2.6 Методы определения экстрактивных, и ароматических компонентов напитков и экстрактов древесины
2.2.6.1 Метод исследования состава ароматообразующих компонентов спиртов-виски с помощью сенсорных систем с искусственным интеллектом
2.2.6.2 Методы исследования содержания фенольных веществ, ароматических альдегидов, оксикоричных и фенолкарбоновых кислот
2.2.7 Измерение температуры кипения растворов сложных эфиров при различных давлениях
2.3 Метрология лабораторных измерений 100
ГЛАВА 3. Технология приготовления солодов 103
3.1. Исследование качественных показателей зернового сырья
3.2. Исследование процесса приготовления ячменного, ржаного, пшеничного солодов
3.2.1. Моделирование и оптимизация процесса получения ячменного солода
3.2.2 Моделирование и оптимизация процесса получения пшеничного солода
3.2.3 Моделирование и оптимизация процесса получения ржаного солода
3.3 Исследование особенностей получения ячменного, ржаного; пшеничного солодов
3.4 Исследование органолептических и физико-химических показателей ячменного, ржаного, пшеничного солодов
ГЛАВА 4. Технология приготовления осахаренного сусла, бражки, получения и выдержки спирта-виски
4.1 Выбор способа приготовления замеса и осахаренного сусла 136
138
4.2 Изучение влияния различных композиций зернопродуктов на
физико-химические показатели сусла
4.3 Изучение углеводного состава сусла ! 141
4.4 Изучение состава белковых веществ сусла 148
4.5 Исследование молекулярной массы белковых фракций в сусле 150
4.6 Исследование процесса сбраживания осахаренного, сусла с
применением различных микроорганизмов
ГЛАВА 5. Исследование физико-химических показателей спиртов-виски, состава и термодинамических характеристик примесей
5.1 Исследование органолептических и физико-химических показателей спиртов-виски из различного зернового сырья
5.2 Исследование и выбор параметров процесса экстрагирования компонентов из древесины
5.3 Исследование экстрактивных и ароматических компонентов выдержанных спиртов-виски
5.4 Идентификация основных параметров выдержанных спиртов и виски с помощью сенсорных технологий
5.5 Исследование термодинамических характеристик микропримесей спиртов-виски эбулиометрическим методом
5.5.1 Измерение температуры кипения растворов при различных давлениях
5.5.2 Расчет состава равновесных паровых фаз и коэффициентов активности компонентов
5.5.3 Подбор коэффициентов в уравнение Вильсона для бинарных систем
5.5.4 Расчёт коэффициентов активности компонентов в многокомпонентных растворах
5.5.5 Эбулиометрическое определение физико-химических свойств бинарных систем
5.5.5.1 Система этанол - метилпропионат 187
5.5.5.2 Система этанол - этилпропионат 187
5.5.5.3 Система этанол - пропилпропионат 188
5.5.5.4 Система этанол - пентилпропионат 189
5.5.5.5 Система метилпропаноат - этилпропионат 189
5.5.5.6 Система метилпропаноат - пропилпропионат 190
5.5.5.7 Система метилпропаноат - пентилпропионат 191
5.5.5.8 Система этилпропаноат - пропилпропионат 191
5.5.5.9 Система этилпропаноат - пентилпропионат 192
5.5.5.10 Система пропилпропаноат - пентилпропионат 193
5.5.6 Расчет коэффициентов в уравнение Вильсона 193
5.5.7 Расчет многокомпонентных систем 194
ГЛАВА 6. Изучение качественных показателей выдержанных спиртов-виски и сравнительная оценка напитков на их основе с помощью обобщенного критерия качества
6.1 Сравнительная характеристика физико-химических показателей спирта-виски и готовых изделии
6.2 Оценка крепких алкогольных напитков на основе обобщенного критерия качества
6.3 Органолептические и физико-химические показатели напитков «Виски»
6.4 Аппаратурно-технологическая схема производства крепких алкогольных напитков «Виски» Выводы
- Показатели качества солодов
- Методы исследования содержания фенольных веществ, ароматических альдегидов, оксикоричных и фенолкарбоновых кислот
- Моделирование и оптимизация процесса получения пшеничного солода
- Идентификация основных параметров выдержанных спиртов и виски с помощью сенсорных технологий
Введение к работе
Актуальность работы. Виски - один из самых популярных крепких спиртных напитков мира, обладающий неповторимой вкусовой и ароматической гаммой. Он представляет выдержанный с дубовой древесиной дистиллят (спирт-виски), полученный из зернового сырья после определенной технологической обработки. Многообразие приемов производства обусловливает большое количество марок виски. В каждой стране (производителе виски) имеются свои исторически сложившиеся технологические и дегустационные особенности продукта.
В России популярны крепкие спиртные напитки на основе ректификованного (преимущественно пшеничного) спирта, в частности, водки. Однако проведенный анализ современного рынка говорит о том, что в настоящее время вкусы российского потребителя начинают меняться, предпочтение отдают «цветным» изделиям -коньякам и виски класса «премиум», статусным напиткам.
Существуют технологии солодовых, зерновых, купажных виски, которые можно классифицировать по виду сырья, способам получения спиртов (классический, непрерывный, комбинированный), способам выдержки спиртов-виски (резервуары с щепой, клепкой, тепловая обработка во время созревания спиртов), применяемым видам и обработке древесины, способам приготовления кулажей.
Технология производства виски требует длительной выдержки в дорогостоящих дубовых бочках, в связи с этим многие ученые, такие как И.М. Скурихин, Л.А. Оганесянц и др. исследовали способы ускорения созревания спиртов, в число которых входят применение физических методов воздействия, добавление к спиртам экстрактов обработанной различными способами древесины.
Технология производства различных виски во многом отличается от технологии первого производителя этого напитка - Шотландии, а также от технологии традиционных ирландских виски. В России не существует однозначного представления об оптимальных способах реализации технологических процессов в производстве зерновых и солодовых виски.
Цель работы - расширение ассортимента ликеро-водочных изделий за счет разработанной интенсивной технологии крепких алкогольных напитков «Виски», изготовленных с применением соло-дов и несоложеного зернового сырья, без продолжительной выдержки с древесиной различных видов, не уступающих по качественным показателям напиткам того же типа.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
обосновать параметры процесса получения специальных солодов для приготовления специфичных спиртов-виски;
разработать технологические режимы производства спиртов-виски из различных композиций зернового сырья;
обосновать режимы экстрагирования компонентов из различных видов древесины;
осуществить оценку качества напитков в сравнении с изделиями того же типа;
-провести промышленную апробацию разработанных рецептур и интенсивной технологии получаемой продукции, разработать техническую документацию, рассчитать экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры технологии бродильных производств и виноделия ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» «Совершенствование технологических процессов бродильных производств с использованием физико-химических и биохимических методов воздействия и нетрадиционного сырья» (2006 -2010 гг., № г.р. 01.2006.05569).
Научная новизна. Установлены оптимальные параметры процесса получения специальных солодов из пшеницы, ячменя, ржи с аппроксимацией значений активности ферментативного комплекса.
Предложены и обоснованы модифицированные режимы совместного затирания соложеного и несоложеного сырья с применением ферментных препаратов при приготовлении осахаренного сусла. Исследованы процессы сбраживания сусла с применением пивоваренных и спиртовых дрожжей.
Обоснован состав композиций соложеного и несоложеного зернового сырья для получения специфичных спиртов-виски, проведен расчет многокомпонентной системы микропримесей спиртов-виски с применением эбулиометрического метода.
Выявлены рациональные параметры полунепрерывного способа экстрагирования компонентов из древесной щепы дуба, вишни, сливы для ускоренного созревания спиртов-виски.
Обоснована технологическая схема производства крепких алкогольных напитков «Виски», предложена методика определения основных характеристик изделий и ординарных виски с помощью сенсорных технологий и обобщенного критерия качества.
Практическая значимость. Разработана технология производства группы ликеро-водочных изделий на основе специальных
солодов и несоложеного сырья, а также древесины дуба и фруктовых культур. Установлено, что применение зерновых композиций при реализации модифицированного способа совместного затирания при приготовлении осахаренного сусла, выбор интенсивного полунепрерывного способа для экстрагирования компонентов из древесины дуба, вишни, сливы и ускоренного созревания спиртов-виски не ухудшают качественных показателей напитков в сравнении с приготовленными по традиционной технологии.
Новизна технических решений подтверждена положительным решением на выдачу патента РФ № 2009132724/13(045939) «Способ производства основы для приготовления крепких алкогольных напитков».
Технология успешно апробирована с помощью установки МСЗ-ЗИХ-50-150 для производства спирта этилового ректификованного производительностью 5 дм3/сут в условиях мини-спиртзавода на базе Воронежской государственной технологической академии. Апробация подтвердила целесообразность и практическую значимость результатов исследования. На новые виды напитков разработаны проекты технической документации ТУ 9181-089-02068108--2011 «Напитки крепкие алкогольные «Виски», ТИ 9181-089--02068108-2011 и Рецептуры на напитки крепкие алкогольные «Виски».
Научные положения, выносимые на защиту:
усовершенствованные режимы приготовления специальных солодов для производства специфичных спиртов-виски;
модифицированный способ совместного затирания соложеного и несоложеного сырья с применением амилолитических и ци-толитических ферментных препаратов;
технология производства крепких алкогольных напитков с применением интенсивного способа экстрагирования компонентов из древесины дуба и фруктовых культур;
качественные характеристики напитков «Виски», изготовленных без пролонгированных сроков выдержки с древесиной.
Соответствие диссертации паспорту научной
специальности. Диссертационное исследование соответствует пп. 3, 6 паспорта специальности 05.18,01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены в период с 2008 по 2011 г. на ежегодных отчетных научных конференциях в Воронеж-
ской государственной технологической академии; всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2008), «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развития)» (Воронеж, 2009), «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2010), «Молодежная наука - пищевой промышленности» (Ставрополь, 2010).
Получены дипломы на 25-й межрегиональной специализированной выставке «Продторг» (Воронеж, 2008), «Воронежском Агропромышленном Форуме» (Воронеж, 2010) за разработку технологии крепких алкогольных напитков; диплом молодежного научно-инновационного конкурса среди студентов, аспирантов и молодых ученых в номинации «За научные результаты, обладающие существенной новизной и среднесрочной перспективой их эффективной коммерциализации» (Воронеж, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 4 статьи в журнале, рекомендуемом ВАК РФ, 8 статей в материалах внутривузовских и Всероссийских научных конференций.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 223 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, шесть глав экспериментальной части, выводы, список использованной литературы из 117 источников, из них 23 - иностранные, и восемь приложений. Иллюстрационный материал представлен 52 рисунками, 63 таблицами.
Показатели качества солодов
Виски представляет собой выдержанный зерновой дистиллят (спирт-виски), который в каждой стране производят по собственной технологии.
Согласно Закону о шотландском виски (1988 г.).«...шотландский виски - это виски, произведенный на предприятии в Шотландии из воды и соложеного- ячменя (может быть добавлено несоложеное зерно других злаковых культур), с осахариванием эндогенными ферментами сырья; при объемной доле этанола в спирте-виски не более 94,8 %, выдержанный в дубовых бочках вместимостью не более 700 дм , причем выдержка должна составлять не менее 3 лет; сохраняющий специфические оттенки аромата и вкуса, полученные от сырья, технологии получения спирта-виски и выдержки; с применением колера, без добавления ароматизаторов» [77, 78].
Определение «виски» в мире - ароматный алкогольный напиток, получаемый из различных видов зерна с использованием процессов соложения сырья, перегонки, и длительного выдерживания в дубовых бочках. При изготовлении виски может использоваться ячмень, рожь, пшеница или кукуруза. Содержание спирта - обычно 40 - 50 % об., однако некоторые сорта виски имеют большую крепость (60 % об.).
Согласно классической технологии, в Шотландии сырьем для производства виски {Scotch) служат ячменный солод и ячмень, в Ирландии {Irish whiskey) к ячменному солоду добавляют рожь. Ячмень для производства виски в Шотландии выращивания в нескольких районах, где он имеет специфические вкусовые свойства. В США. и Канаде в качестве сырья для виски {Bourbon) используются кукуруза, рожь {rye whiskey), пшеница {wheat whiskey). В Японии для изготовления виски используют просо, кукурузу. В небольших количествах добавляют рис и другие зерновые [41].
Виски доступно в торговле под различными наименованиями. При этом различают и называют виды1 зерновых, из которых производится виски: malt — виски, которое производится из солода; grain - виски, который производится из кукурузы, пшеницы или несоложеного ячменя (в Европе) или ржи (в США); rye - виски, которое преимущественно производилось изо ржи (содержание в зерносмеси не менее 51%); bourbon - виски, которое изготавлено с добавлением кукурузы (содержание в зерносмеси не менее 51%); сот — виски, который изготавливается, преимущественно, из кукурузы (содержание в зерносмеси не менее 51% ) [76].
Определение виски по нормативным актам ЕС достаточно широко: определяются исходное сырье (любая злаковая культура), ферменты, катализирующие гидролиз крахмала, стадия сбраживания зернового сусла, дистилляция до содержания спирта менее 94,8% об. (чтобы вкус и аромат определялись исходным сырьем), выдержка в деревянных бочках объемом не более 700 дм3 в течение не менее трех лет и крепость продаваемого напитка не менее 40% об. В других основных регионах производства виски действуют свои нормативные акты. Согласно определению виски в США, для его производства используется зерновой спирт крепостью 95% об. с сохранением традиционных ароматических характеристик виски. В рамках данного определения заданы характеристики разных типов виски (по используемым злаковым культурам, степени дистилляции, продолжительности выдержки и типу бочек). Многие купажи составляют специально «под торговую марку» [41].
В отличие от американских, канадские нормативные акты по виски, не столь жестки и ближе к подходу ЕС. И американские, и канадские нормативные акты допускают использование купажированных материалов (хереса, купажированных винных материалов и других спиртов) в разных соотношениях. В японских нормативных актах выделяются три типа купажированного виски в зависимости от содержания зернового виски, которые по-разному облагаются налогом (под зерновым виски здесь понимается продукт, произведенный из любого зернового сырья, включая соложеный ячмень) [41].
В нормативных актах США и ЕС предусмотрены также характеристики зерновых спиртов или бренди, сходных с виски, но без выдержки. Это спиртные напитки, представляющие собой преимущественно цветные водки с непродолжительным сроком выдержки, вкус и аромат которыхформируется под действием экстрактов из древесины. Такие продукты могут соответствовать требованиям, предъявляемым к виски, а могут и не соответствовать.
В России виски производили в ограниченных объемах в 80-х годах прошлого века [Технологическая инструкция по ликеро-водочному производству, Пищепромиздат, 1981]; купажный напиток на основе зернового сырья «Виски-77» - с применением ароматизатора при купажировании [81]. Совместно с ВНИИПБВГТ были разработаны впервые ТУ «Спирт фракционированный зерновой для напитков типа виски» и «Технологическая инструкция» (ТИ 10-05031531-286-93), а также ТИ на два наименований виски из соложеных ячменя и ржи «Байкавис» и «Алковис», выпущенных пробными партиями [14].
При реализации технологии была поставлена цель - получение напитков, отличающихся по органолептическим показателям от известных марок, выпускаемых за рубежом, с тем, чтобы потребитель мог легко-отличить российское виски от шотландских, американских, ирландских изменением режима отбора средней фракции при перегонке спирта-сырца, что позволило бы получить спирты-виски для выдержки с большей или меньшей интенсивностью аромата исходного солода.
Спирты-виски настаивали на дубовой щепе «ЭкоВин» в течение месяца до содержания сухих веществ 3 г/дм и разбавляли дистиллированной водой до спиртуозности 40,5 % об. Результаты показали существенное различие двух видов виски: в ржаном виски превалировали карамельно-хлебные тона, характерные для ржаного солода, а в ячменном — медовые, сходные с неохмеленным пивным суслом. Оба образца приобрели ванильно-сливочные тона в аромате, цвет крепкого чая и вкус с небольшой горчинкой и легкой жгучестью в результате контакта с дубовой щепой. Однако недостаточно продолжительный цикл приготовления напитка, видимо, обусловливает присутствие тона сырой древесины и недостаточную мягкость вкуса. Недостатки органолептических показателей можно сгладить путем совершенствования технологии обработки древесины, приготовления экстрактов и при длительной выдержке с древесиной [8, 11, 15, 55, 58; 89].
Методы исследования содержания фенольных веществ, ароматических альдегидов, оксикоричных и фенолкарбоновых кислот
Ректификационные установки моделей ВУНД-01, ВУНД-02 [93] как установки непрерывного косвенного действия позволяют производить высококачественный спирт-ректификат (по ГОСТ Р 51652-2000 и ТУ 9182-149-00008064-97) из зерна, патоки, вторичного винодельческого сырья. Они включают в себя бражную, эпюрационную, ректификационную колонны и соответствующее тепломассообменное, вспомогательное оборудование. В состав брагоректификационной установки может быть включена модернизированная бражная колонна, которая позволяет проводить предварительную очистку эпюрата за счет выделения головных и сивушных компонентов непосредственно из паровой фазы без дополнительных затрат греющего пара и охлаждающей воды. Модернизированная бражная колонна снабжена 24 тарелками двойного кипячения (специальная конструкция, съемные) и 25 многоколпачковыми тарелками. При необходимости на модернизированной бражной колонне можно вырабатывать спирты: для виски, коньячный, плодовый (яблочный). Особенностью эпюрационной колонны являются многоколпачковые тарелки (съемные) со специально выбранными типоразмерами колпачков, исключающих байпасы и продольное перемешивание жидкой фазы. Последнее, в сочетании с большим количеством тарелок (55 шт.), обеспечивает повышенную очистку спирта от головных примесей. Отличительными признаками ректификационной колонны являются: специальные многоколпачковые тарелки (съемные); общее количество тарелок - 88 шт.; возможность изменения соотношения тарелок в исчерпывающей части, укрепляющей части и зоне пастеризации, что позволяет менять степень очистки эпюрата в зависимости от состава бражки при минимальном удельном расходе греющего пара.
При необходимости возможно снабжение установки дополнительными колоннами: окончательной очистки спирта, сивушной, разгонной ЭАФ [92]. Технология перегонки бражки в России на ЗАО «Прасковейское» основана на получении коньячных спиртов, где применяются коньячные перегонные аппараты модели КУ-500. В связи с этим на предприятии для получения спирта-виски применяется брагоперегонная установка для получения спирта-сырца типа «Комсомолец» с последующей фракционно перегонкой на аппаратах КУ-500, а также ВАНД-КМ-01.
Установка ВАНД-КМ-01 представляет собой модернизированную коньячную перегонную установку, разработанную ООО «НТФ ВАНД» на базе модели ВАНД-01 [1, 44]. Все процессы (перегонка бражки и фракционирование спирта-сырца) реализованы в одной вертикальной колонне. Фракционированию подвергают не спирт-сырец, а спиртовой паровой поток. Это на порядок снижает инерционность процесса, упрощает регулирование состава спирта зернового и по сравнению с аналогами в 1,4-1,7 раза снижает расход греющего пара и охлаждающей воды.
При перегонке бражки выявили рабочие режимы установки ВАНД-КМ-01 и возможные диапазоны измерения состава спирта-виски. Рабочая производительность установки изменяли от 1,5 до 6,0 м3/ч (по бражке). Отбор головной и хвостовой фракций составлял от 0,5 до 5,0 об. %. В таблице 1.9 приведен состав спирта зернового, выработанного на перегонной установке ВАНД-КМ-01 по ТУ 9181-455-00008064-03.
Выявлены определенные закономерности в изменении химического состава дистиллята: при увеличении крепости дистиллята зернового (от 58,9 до 93,2 об. уменьшается содержание высших спиртов (от 1725,0 до 140,0 мг/100см3), что может быть использовано для регулирования качества виски. Количество средних эфиров. и альдегидов зависит в основном от режима работы установки (величины отбора головной фракции) и состава перегоняемой бражки. Невысокое содержание в спирте средних эфиров (от 13 до 26 мг/100 см ) и альдегидов (от 1,3 до 2,5 мг/100 см ) можно объяснить необходимостью уменьшения отбора головной фракции (до 0,5 - 1,0 об. %) и недостаточным их количеством в бражке. Последнее, по мнению авторов [45], является результатом использования спиртовой расы дрожжей. Вероятно, требуется подбор специальных рас дрожжей, обеспечивающих накопление в бражке средних эфиров в пределах от 100 до 300 мг/100 см .
Дегустация полученных образцов дистиллята зернового в условиях ЗАО «Прасковейское» показала, что спирты-виски с объемной долей этанола 58-65 об: % обладают во вкусе жгучими, сырцовыми тонами и резким ароматом; при 65 - 85 об. % спирт-виски имеет полный, сладковатый вкус с легкими медовыми тонами и гармоничный приятный букете различными оттенками, характерными виду перерабатываемого сырья. Дистилляты крепостью более 90,0 об. % - сухие и жгучие во вкусе, аромате -преобладание спиртовых тонов. В условиях ЗАО «Прасковейское» рекомендовано из ячменя вырабатывать дистиллят зерновой крепостью от 75,0 до 85,0 об. %, содержащий высшие спирты в количестве не более 800 мг/100 см . Полученные данные применяли при разработке и утверждении ТУ 9181-455-00008064-03 и ТИ 10-38277-05 «Виски «Прасковейское».
Моделирование и оптимизация процесса получения пшеничного солода
Анализ проведен в научно-исследовательской лаборатории кафедры физической и аналитической химии Воронежской государственной технологической академии на анализаторе запахов «МАГ-8» с методологией «Электронный нос» (ООО «Сенсорные технологии», Воронеж).
В качестве измерительного массива были применены 8 сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов ОАВ-типа с базовой частотой колебаний 10,0 МГц с разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах.
Пробы спиртосодержащих растворов термостатировали при комнатной температуре, отбирали среднюю пробу одинакового объема 10,00 см3, помещали в герметичный стеклянный сосуд с полимерной мягкой мембраной. Пробы выдерживали при постоянной температуре (20 С) не менее 30 минут. Отбирали индивидуальным шприцем для каждой пробы 3 см равновесной газовой фазы (не затрагивая образец) и вводили в ячейку детектирования.
Время измерения составляло 60 с, режим фиксирования откликов сенсоров - равномерный с шагом 1 с, оптимальный алгоритм представления откликов сенсоров - градиентный 3/2 с 4- 3/20 с. Погрешность определения составляла 5-7 %.
Суммарный аналитический сигнал сформирован с применением интегрального алгоритма обработки сигналов 8-ми сенсоров в виде «визуального отпечатка». Для установления отличий и похожести проб применяли «визуальный отпечаток» максимумов (наибольшие отклики сенсоров).
Флавоноиды. Наилучшее их разделение методом одномерной БХ наблюдалось в системах I - н-бутанол - уксусная кислота - вода (4:1:2), II-15% уксусная кислота, III - муравьиная кислота - уксусная кислота - вода (4:1:3), методом двумерной - в системах I и П. Детектирование зон флавоноидов проводили как по собственной флюоресценции веществ в УФ-свете (при X = 254 и 366 нм), так и с помощью следующих проявителей: пары аммиака, 5% водный раствор натрия карбоната, 5% спиртовой раствор алюминия хлорида. Для сравнения использовали достоверные образцы свидетелей флавоноидов. Обнаружение флавоноидов с помощью ТСХ проводили в системах «н-бутанол - уксусная кислота - вода (4:1:5)» и «этилацетат - уксусная кислота - вода (5:1:1)», при этом наилучшее разделение наблюдалось в системе «этилацетат - уксусная кислота - вода».
Обнаружение оксикоричных и фенолкарбоновых кислот проводили методом БХ в этилацетатной фракции. При этом- наилучшее разделение наблюдалось в системе I и IV- 2% раствор уксусной кислоты. Методом TGX хорошее разделение наблюдалось в системе «хлороформ - метанол - вода (62:32:7)». Детектирование зон оксикоричных и фенолкарбоновых кислот проводили также по собственной флюоресценции в УФ-свете и после обработки хромогенными реактивами (пары аммиака, 3% спиртовой раствор треххлористого железа, раствор диазотированной сульфаниловой кислоты), сравнивая с аутентичными образцами свидетелей. Оксикоричные и фенолкарбоновые кислоты обнаруживали по ярко-голубой, зеленовато голубой, фиолетовой флюоресценции, которая становилась интенсивнее после обработки проявляющими реактивами.
Обнаружение кумаринов проводили в- хлороформной: фракции методом ТСХ в системах «этилацетат - бензол (1:2)» и «хлороформ - петролейный эфир (1:2)». Наилучшее разделение наблюдалось в системе «этилацетат -бензол». Детектирование осуществляли в УФ-свете до и после обработки обрабатывали- 10% спиртовым раствором калия\ гидроксида, хроматограммы высушивали: и прогревали при температуре ПО-120 С (2-3 мин); после чего? опрыскивали свежеприготовленным диазореактивом. Кумариньг обнаруживали по ярко-голубой флюоресценции в УФ-свете до обработки хромогенными реактивами, а после обработки пятна приобретали флюоресценцию от кирпично-красногощо сине-фиолетового цвета.
Для получения более объективной: информации наиболее интенсивные зоны флавоноидов и оксикоричных кислот счищали с пластинки и элюировали 96% этиловым спиртом- при нагревании на водяной бане с обратным холодильником. Контроль за составом элюированных фракций; осуществляли хроматографически. Операцию повторяли до получения достаточного количества; исследуемых веществ. Для идентификации выделенных веществ; использовали спектральные; методы: УФ- и ИК-спектроскопию; Для? достоверного подтверждения качественного и количественного анализа фенольного комплекса применяли метод ВЭЖХ. Анализ проводили; на хроматографе с УФ-детектором- при длине волны 360 нм. Для анализа получали; спиртовое извлечение с экспериментально подобранными; условиями. Параллельно готовили; сериюс 0;05% растворов. сравнения флавоноидных соединений и оксикоричных кислот в. метиловом; спирте. Идентификацию проводили путем сопоставления времен удерживания компонентов смеси и растворов сравнения. Ароматические вещества
Идентифицируемые вещества: ванилин, сиреневый альдегид, метилваниллат, хвойный альдегид, синаповый альдегид, конифериловый альдегид, горчичный альдегид.
Прибор: высокоэффективный жидкостный хроматограф, оснащенный градиентным насосом (дающим возможность смешивания 2 растворителей), устройством для введения образца, спектрофотометрическим детектором (с изменяемой длиной волны) или детектором с диодной матрицей 90.
Соответствующие методу параметры: колонка: HYPERSIL ODS; 100x4,6 нм; размер частиц 5 микрон (каталожный номер НР79916МО-554) Подвижная фаза - растворитель Д: 0,005 М водный раствор КНР04; рН 2,5 (доводка серной кислотой) растворитель В: метанол, градиент: 0-я мин 5%, 15-я мин 50% . Вводимый объем- пробы: 5 мкл. Используемая для обнаружения длина волны: 260 нм (ширина полосы 80 нм).
Для определения степени окисленности дубильных веществ (определения количества пирогалловых гидроксилов) в процентах пирогалловых гидроксильных групп от массы (веса) дубильных веществ применяли фотометрический метод с железотартратным реактивом.
Идентификация основных параметров выдержанных спиртов и виски с помощью сенсорных технологий
Наиболее высокие значения амилолитической и осахаривающей активности ферментов наблюдали у ячменного солода, наиболее низкие — у пшеничного. Физико-химические показатели солодов соответствуют нормативным, при приготовлении осахаренного сусла из смеси солодов, которые необходимы для получения оригинального вкусового и ароматического профиля напитка, необходимо учитывать активности собственных амилолитических ферментов сырья, значения которых достаточно велики (Ас и ОЄп) [25]. Добавление в композицию зернопродуктов несоложеного сырья, в количестве более 20 % от состава смеси, в частности, кукурузы, предопределяет обязательное применение экзогенных ферментов при приготовлении сусла - комплексных микробных ферментных препаратов для более полного осахаривания крахмала, гидролиза некрахмалистых полисахаридов белковых веществ, увеличения количества сбраживаемых веществ и растворимого азота в осахаренном сусле, достижения необходимого выхода спирта-виски.
Провели анализ основных качественных показателей сырья для приготовления виски (ячменя, пшеницы, ржи и кукурузы), таких как засоренность, влажность, натурная масса, способность прорастания, содержание белка, крахмалистость. Установили, что данное сырье пригодно для приготовления специальных солодов и осахаренного сусла. Осуществили моделирование и оптимизацию процессов проращивания ячменя, пшеницы и ржи. Был проведен активный эксперимент по плану Коно ПФЭ 3 . План полного факторного эксперимента 3 позволил получить квадратичное регрессионное уравнение и относится к ортогональным — оценки коэффициентов независимы друг от друга и имеют одинаковую дисперсию. Данный метод требует большего числа экспериментальных данных, чем композиционные ортогональный и униформ-ротатабельный планы, но позволяет получить более точное математическое описание процесса по сравнению с другими методами. В качестве факторов варьирования были выбраны продолжительность проращивания т, сут; степень замачивания w, %; температура процесса t, С.
Пределы варьирования факторов активного эксперимента по получению ячменного солода: т = 6...8 сут, w = 41...45 %, / = 16...20С; пшеничного солода: г = 5...7 сут, w = 40...44 %, t = 14... 18 С; ржаного солода т = 3...5сут,-и = 42...46%, f= 14...18 С.
В качестве откликов эксперимента были выбраны: амилолитическая активность комплекса ферментов солода АС, ед. W-K; осахаривающая способность солода ОСп, ед./г.
В результате оптимизации процесса проращивания ячменя, пшеницы и ржи были выбраны оптимальные параметры процесса проращивания.
Расчетные максимальные значения критериев качества ячменного солода ОСп, ед./г, АС, ед. W-K наблюдали при продолжительности проращивания 6,1 сут, степени замачивания 44,1 %, температуре проращивания 17,6 С. Расчетные максимальные значения критериев качества пшеничного солода ОСп, ед./г, АС, ед. W-K отмечены при продолжительности проращивания 5,8 сут, степени замачивания 42,2 %, температуре проращивания 15,9 С. Расчетные максимальные значения критериев качества ржаного солода ОСп, ед./г, АС, ед. W-K были получены при продолжительности проращивания 4,6 сут, степени замачивания 45,1 %, температуре проращивания 15,0 С.
Можно отметить, что для ячменного и ржаного солодов наибольшее влияние на величину ОСп оказывали температура проращивания, продолжительность, степень замачивания; для пшеничного солода - также температура проращивания, но затем степень замачивания и продолжительность ращения.
На величину Ас для пшеничного и ржаного солода наибольшее влияние оказывали температура проращивания продолжительность, степень замачивания, для ячменного солода - температура, затем степень замачивания и продолжительность процесса (факторы указаны в по рЯДКе снижения влияния на значение активностей).
Таким образом, температура процесса ращения ячменя, пшеницы j ржи оказывает самое сильное влияние на активность комплекса амилолитич; еских ферментов солодов. Можно отметить, что оптимальная температур для проведения процесса проращивания зернового сырья и получения специфичных солодов завышена по сравнению с рекомендуемой в традиционной технологии солодоращения.
Осуществили анализ основных качественных показателей ячме ного ржаного, пшеничного солодов для приготовления напитков, таки как влажность, экстрактивность, содержание белковых веществ, Цвет; ость кислотность лабораторного сусла, которые соответствуют нормати еньш Осуществили анализ основных качественных показателей ячменного ржаного, пшеничного солодов для приготовления напитков.
