Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства дистиллята из инулинсодержащего сырья

Изобретение относится к винодельческой промышленности, а именно к способу получения дистиллятов для крепких алкогольных напитков из инулинсодержащего сырья.

Известен способ получения бражного дистиллята, включающий предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья, его сбраживание с использованием культуры дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса XII и перегонку полученной при этом бражки. Предварительную подготовку сырья проводят путем последовательного измельчения и приготовления его водной суспензии с одновременной термообработкой, термостатированием и комплексной ферментацией. Сбраживание осуществляют анаэробно в условиях облучения источником ИК-излучения при температуре 29-30°C в течение 60-72 часов. В процессе сбраживания осуществляют периодическое перемешивание воздействием ультразвука. В процессе приготовления водной суспензии термообработку осуществляют путем добавления воды с температурой 95-100°C в течение 3-5 минут, а термостатирование - путем добавления воды с температурой 50-60°C в течение 15-20 минут. В качестве исходного органического углеводсодержащего сырья может быть использовано как сырье растительного происхождения - зерновые культуры, корнеплоды (клубни картофеля или топинамбура), так и сырье животного происхождения - молочная сыворотка, а также их смеси [Способ производства бражного дистиллята. Пат. РФ 2312147 С2, опубл. 10.12.2007].

Однако этот способ имеет ряд недостатков: многостадийность процесса, высокие энергозатраты, повышенное использование дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего и осахаривающего действия.

Известен способ получения спирта из топинамбура, включающий получение спиртовой бражки с последующей перегонкой и получение конечного продукта - спирта. Получение спиртовой бражки проводится по технологическому режиму низкотемпературной варки (50-55°C в течение 2-2,5 часов) с одновременным использование фермента глюкозим JI-400C+ при норме задачи 48000 ед. ИН/кг сырья, что соответствует 6,5-7,0 ед. ИН/г инулина сырья [Способ получения спирта из топинамбура. Патент UA 55055 А, опубл. 15.03.2003].

К недостаткам способа следует отнести повышенный расход дорогостоящего ферментного препарата. Кроме того, данный способ относится только к получению спирта-ректификата и не учитывает особенности процесса при получении дистиллята из инулинсодержащего сырья.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ производства дистиллята из зернового сырья, включающий измельчение сырья, смешивание помола с водой при гидромодуле 1:4-1:4,5, внесение амилолитических ферментных препаратов разжижающего действия с мезофильной α-амилазой, выдержку полученного замеса при температуре 40-45°C в течение 25-30 минут с дальнейшими выдержками при температуре 50-55°C в течение 1 часа, при температуре 60-65°C в течение 1 часа, при температуре 70-75°C в течение 45-50 минут и температуре 75-80°C в течение 5-10 минут, охлаждение, внесение ферментных препаратов осахаривающего действия, осахаривание, сбраживание осахаренного сусла с использованием сухих спиртовых дрожжей, вносимых в сусло в количестве 100-120 мг/100 см³ сусла, дополнительное внесение спирта-ректификата в сброженное сусло до повышения его крепости на 1,0-2,5% об., однократную дистилляцию с получением зернового дистиллята [Способ производства дистиллята из зернового сырья. Патент РФ 2557399 С1, опубл. 20.07.2015].

Недостатками данного способа являются большие энергозатраты, использование дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, длительность процесса сбраживания и пониженный выход дистиллята из единицы сырья.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности технологического процесса производства дистиллята за счет применения инулинсодержащего сырья, в качестве которого используют топинамбур сушеный, снижение энергозатрат на стадии получения осахаривания сусла, исключение использования дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, интенсификация процесса сбраживания.

Техническим результатом изобретения является увеличение выхода дистиллята из единицы сырья.

Технический результат достигается тем, что способ производства дистиллята из инулинсодержащего сырья включает смешивание сырья с водой при гидромодуле 1:4-1:4,5, внесение экзоинулиназы в количестве 2,5-3,0 ед. ИН/г инулина сырья и эндопротеиназы в количестве 0,01-0,02 ед. ПС/г белка сырья, осахаривание в течение 2,5-3 часов при температуре 50-55°C, сбраживание осахаренного сусла с использованием сухих спиртовых дрожжей, вносимых в сусло в количестве 100-120 мг/100 см³ сусла, однократную дистилляцию с получением дистиллята из инулинсодержащего сырья, при этом в качестве сырья используют топинамбур сушеный.

Топинамбур сушеный получают измельчением высушенных по мягкому режиму ломтиков из свежих клубней топинамбура, прошедших предварительную стадию мойки [Остриков А.Н., Зуев И.А. Комплексная оценка качества топинамбура, высушенного паровоздушной смесью атмосферного давления. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - №8. - С. 44-45].

При производстве дистиллята из зернового сырья основным компонентом, из которого в результате ферментативного гидролиза образуется этиловый спирт, является крахмал. Массовая доля крахмала в зерновых культурах составляет в среднем 55-65%, в сушеном топинамбуре основным потенциально сбраживаемым компонентом сырья является инулин и фракции фруктозанов разной молекулярной массы. Массовая доля потенциально сбраживаемых компонентов в сушеном топинамбуре составляет в среднем 70-75%, то есть превышает их содержание в крахмалсодержащем сырье (зерне). Кроме того, крахмал, состоящий из двух полимеров - линейного полимера (амилозы) и разветвленного (амилопектина), труднее подвергается водно-тепловой и ферментативной обработке, чем инулин и его фракции, так как последний является только линейным полимером и имеет меньшую молекулярную массу, чем крахмал. Сушеный топинамбур в отличие от зернового сырья содержит меньше белка (4,5-5,0% против 10,0-12,0%), поэтому в способе предусматривается применение ферментного препарата протеолитического действия, позволяющего повысить массовую долю усвояемого азота, что необходимо для эффективного процесса сбраживания осахаренного сусла. Кроме того, применение микробной эндопротеиназы Нейтраза 0,8 L [Крикунова, Л.Н. Технология этанола на основе получения и сбраживания концентрированного сусла из ИК-обработанного ячменя. Часть I. Подбор мультэнзимной композиции / Л.Н. Крикунова, Л.И. Сумина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №2. - С. 51-54] одновременно повышает концентрацию осахаренного сусла в связи с лучшим высвобождением полимеров топинамбура, в первую очередь, высоко- и среднемолекулярных фракций инулина.

Снижение энергозатрат по предлагаемому способу заключается в том, что процесс получения осахаренного сусла ведется при температуре 50-55°C, вместо поэтапного повышения температуры при переработке зернового сырья с 40-45°C до 75-80°C, при снижении общей продолжительности процесса на 1,0-1,5 часа.

Также была обнаружена возможность исключения использования при переработке топинамбура сушеного дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, необходимых при получении осахаренного сусла из зернового сырья, в связи с особенностями реологических характеристик, получаемых технологических сред, в частности повышенной вязкостью.

Неожиданно была обнаружена возможность интенсификации процесса сбраживания. Скорее всего, данный факт связан с повышенной массовой долей редуцирующих Сахаров в исходном сырье (в сушеном топинамбуре) и большей доступностью фруктозанов к ферментативному гидролизу микробной экзоинулиназой, чем декстринов зернового сырья на стадии их доосахаривания при сбраживании.

Повышение выхода дистиллята из сушеного топинамбура связано, в первую очередь, с повышенным содержанием фруктозанов в сырье (при принятом гидромодуле 1:4-1:4,5 крепость сброженного сусла повышается против аналога в 1,2-1,3 раза, а следовательно, увеличивается выход спирта из единицы сырья при равных условиях дистилляции, то есть отборе головной и хвостовой фракций, и в конечном итоге выход дистиллята.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. В качестве инулинсодержащего сырья используют топинамбур сушеный (порошок) с массовой долей инулина, включая все фракции фруктозанов и редуцирующие сахара, 72,3% и массовой долей влаги - 4,2%. Сырье смешивают с водой при гидромодуле 1:4,5, вносят ферментные препараты: препарат, содержащий микробную экзоинулиназу (КЖ рекомбинантного штамма P.canescens А12 гетерологичным геном экзоинулиназы Inul A. awamori [Волков П.В. Выделение и свойства рекомбинантных инулиназ Aspergillus sp. / Волков В.П., Синицина О.А., Федорова Е.А. и др. // Биохимия. - 2012. - том 77. - вып. 5. - С. 611-621]) в количестве 2,5 ед. ИН/г инулина сырья и препарат Нейтраза 0,8 L в количестве 0,01 ед. ПС/г белка сырья. Процесс получения осахаренного сусла осуществляют при температуре 50°C в течение 2,5 часов. Далее сусло охлаждают до температуры 20-25°C, вносят сухие спиртовые дрожжи Fermiol в количестве 100 мг/100 см³ сусла и проводят сбраживание в течение 54 часов при температуре 28-30°C. Сброженное сусло подвергают однократной дистилляции в аппарате периодического действия с фракционированием на головную, среднюю (дистиллят из инулинсодержащего сырья) и хвостовую фракции. Выход дистиллята составляет 70 дал из 1 т сырья.

Пример 2. Процесс получения дистиллята из инулинсодержащего сырья осуществляют аналогично примеру 1. При этом процесс получения осахаренного сусла осуществляют при температуре 55°C в течение 3 часов, а норма внесения микробной экзоинулиназы Inul A.awamori составляет 3,0 ед. ИН/г инулина сырья, препарата Нейтраза 0,8 L - 0,02 ед. ПС/г белка сырья, сбраживание проводят в течение 48 часов, для сбраживания используют сухие спиртовые дрожжи Angel в количестве 100 мг/100 см³. Выход дистиллята составляет 74 дал из 1 т сырья.

В таблице 1 приведены данные основных параметров получения и сбраживания осахаренного сусла из зернового сырья (по ближайшему аналогу) и сушеного топинамбура (заявленный способ) и выхода дистиллята.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить энергозатраты на стадии получения осахаренного сусла, исключить использование дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, интенсифицировать процесс брожения, увеличить выход дистиллята из единицы сырья.