Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства дистиллята из крахмалсодержащего сырья

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

Известен способ получения дистиллятов из крахмалсодержащего сырья, в качестве которого используют отдельные виды зерна, зерносмесь или смесь, состоящую из зерна и солода (солодов), включающий измельчение сырья, смешивание помола с водой при температуре не выше 55°С и гидромодуле 1:2,5-1:3,5, разваривание замеса при температуре 120-150°С в течение от 15 мин до 2 часов, охлаждение разваренной массы до температуры 52-63°С, осахаривание растворенного крахмала ферментами солода или микробными ферментными препаратами амилолитического, геммицеллюлазного и протеолитического действия, сбраживание при температуре 28-30°С в течение 72-120 часов, двухкратную дистилляцию сброженного сусла в аппарате периодического действия с получением на первой стадии спирта-сырца крепостью 21-25%об., на второй - его фракционирование на головную, среднюю (зерновой дистиллят) и хвостовую фракции [Макаров С.Ю. Основы технологии виски. - М.: ПРОБЕЛ. - 2000, 2011. - 196 с.].

Недостатками данного способа являются большие энергозатраты, низкий выход дистиллята и его пониженные качественные характеристики.

Известен способ производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья, включающий смешивание сырья с водой при гидромодуле 1:(2,0-2,5), внесение амилолитических ферментных препаратов разжижающего действия в количестве 0,5-1,0 ед. АС/г условного крахмала, выдержку полученного замеса при температуре 65-70°С в течение 60 минут с дальнейшей выдержкой при температуре 95-98°С в течение 60 минут °С, внесение амилолитических ферментных препаратов осахаривающего действия в количестве 4,0-6,0 ед.ГлС/г условного крахмала, обработку полученного замеса при 56-58°С в течение 30 минут с получением осахаренного сусла, охлаждение, внесение препарата протеолитического действия в количестве 0,2-0,3 ед.ПС/г условного крахмала, сбраживание в течение 48-54 часов, перегонку бражки с получением этилового спирта, при этом в качестве крахмалсодержащего сырья используют возвратные отходы хлебопекарного производства - пшеничный хлеб (RU 2473693 С1, 27.01.2013).

Данный способ относится только к получению этилового спирта и не учитывает особенностей процесса при получении дистиллята из возвратных отходов хлебопекарного производства. Кроме того, в качестве сырья в настоящем способе используют только пшеничный хлеб, нереализованный в торговой сети или брак, образующийся на хлебозаводе, хотя ассортимент продукции, выпускаемой хлебопекарной отраслью значительно шире.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ получения дистиллята из зернового сырья, включающий измельчение сырья, смешивание помола с водой, внесение ферментных препаратов: амилолитических разжижающего действия с мезофильной α-амилазой, гемицеллюлазного действия с целлюлазой, ксиланазой, β-глюканазой, протеолитического действия с эндопротеиназой, выдержку полученного замеса при температуре 40-45°С в течение 25-30 минут с дальнейшими выдержками при температуре 50-55°С в течение 1 часа, при температуре 60-65°С в течение 1 часа, при температуре 70-75°С в течение 40-50 минут и температуре 75-80°С 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, последующую выдержку сброженного сусла при температуре 2-4°С в течение 2-3 суток, однократную дистилляцию с получением зернового дистиллята (RU 2557397 С1, 20.07.2015).

Недостатками данного способа являются длительность подготовки сырья к дистилляции, пониженный выход дистиллята из единицы сырья.

Технический результат достигается тем, что способ производства дистиллята из крахмалсодержащего сырья, включает смешивание первой части сырья с водой при гидромодуле 1:(4,0-6,0), внесение ферментных препаратов разжижающего действия с мезофильной α-амилазой в количестве 0,5-1,0 ед.АС/г условного крахмала и гемицеллюлазного действия в количестве 0,1-0,2 ед.ЦС/г сырья, выдержку полученного замеса при температуре 50-55°С в течение 30-60 минут, повышение температуры до 70-75°С и внесение второй части сырья, выдержку полученной массы при указанной температуре в течение 1 часа, повышение температуры до 95-98°С и выдержку в течение 30 минут, охлаждение полученной массы, внесение в нее ферментных препаратов осахаривающего действия в количестве 6,0-8,0 ед.ГлС/г условного крахмала и протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед.ПС/г белка, осахаривание, охлаждение осахаренного сусла, внесение сухих спиртовых дрожжей, сбраживание, однократную дистилляцию с получением дистиллята, при этом в качестве сырья используют возвратные отходы хлебопекарного производства, а именно ржано-пшеничный и пшеничный хлеб, взятые в соотношении от 1:1 до 1:2 соответственно, первая часть сырья представляет собой ржано-пшеничный хлеб, вторая - пшеничный хлеб.

В настоящем изобретении предложено использование нового нетрадиционного для винодельческой отрасли сырья - возвратных отходов хлебопекарного производства, а именно - ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, взятых в соотношении от 1:1 до 1:2. Переработка такого сырья для производства спиртных напитков на основе дистиллятов позволит не только расширить сырьевую базу винодельческих предприятий, но и решить проблему утилизации отходов другой отрасли промышленности (хлебопекарной). Данное сырье по сравнению с традиционным обладает иными структурно-механическими и биохимическими свойствами. В хлебе, по сравнению с зерном, выше содержание крахмала, меньше - некрахмальных полисахаридов, в 3-5 раз больше декстринов и свободных сахаров. Эти свойства обуславливают специфичность его переработки по определенным технологическим режимам.

Под пшеничным хлебом в настоящем изобретении понимается продукт, выработанный из муки пшеничной обойной, второго, первого, высшего сортов или из их смеси с добавлением (без добавления) сахара, жира и другого сырья [ГОСТ 27842-88 Хлеб из пшеничной муки. Технические условия].

Под хлебом ржано-пшеничным понимается продукт, выработанный из ржаной обойной, обдирной, сеянной муки или из смеси различных сортов ржаной и пшеничной муки с добавлением (без добавления) солода, сахара, потоки и другого сырья в соответствии с рецептурой для каждого вида хлеба. [ГОСТ 2077-84 Хлеб ржаной, ржано-пшеничный и пшенично-ржаной. Технические условия]. При этом, в ржано-пшеничных хлебобулочных изделиях содержание ржаной муки в смеси составляет 50% и более [ГОСТ 32677-2017 Изделия хлебобулочные. Термины и определения].

Преимуществом переработки нового для винодельческой отрасли вида сырья является полное исключение стадии дробления (в отличие от переработки традиционного сырья - зерна, где традиционно используется двухступенчатая схема дробления с получением помола, характеризующегося 80%-ным проходом через сито диаметром 1 мм), что значительно снижает общие энергозатраты технологического процесса получения дистиллята. Данный факт, скорее всего, связан с существенными отличиями в структурно-механических свойствах возвратных отходов хлебопекарной отрасли по сравнению с зерновым сырьем.

Использование в качестве сырья смеси ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, взятых в соотношении 1:1-1:2, позволяет получить сырье оптимального биохимического состава. Переработка пшеничного хлеба в связи с высоким содержанием крахмала характеризуется высоким выходом дистиллята, ржано-пшеничного из-за пониженного содержания крахмала и особенностей его допустимости к ферментативному гидролизу - пониженным выходом. Однако, переработка ржано-пшеничного хлеба дает дистиллят с повышенными органолептическими характеристиками, так как, по сравнению с пшеничным хлебом, он содержит больше растворимых форм белков, доступных к действию экзопротеиназ, а также свободных аминокислот, в том числе треонина, валина, лейцина - предшественников образования соответственно пропилового, изобутилового, изоамилового спиртов - основных летучих компонентов дистиллятов.

Использование на первом этапе подготовки ржано-пшеничного хлеба к дистилляции гидромодуля 1:(4,0-6,0) вместо гидромодуля 1:(2,0-2,5) или с учетом разницы влажностей хлеба и зерна - 1:(2,5-3,5) и внесение всего расчетного количества ферментных препаратов разжижающего и гемицеллюлазного действия способствует, во-первых, улучшению реологических характеристик замеса за счет снижения вязкости, из-за более глубокого гидролиза гемицеллюлоз сырья, во-вторых, повышению ферментативной атакуемости крахмала из-за разрушения его комплексов с гемицеллюлозами и белками, в-третьих, увеличивает процент водорастворимых фракций белка.

Использование на стадии осахаривания ферментного препарата протеолитического действия с экзопротеиназой активностью в количестве 0,01-0,02 ед.ПС/г белка приводит к глубокому гидролизу белков возвратных отходов хлебопекарного производства и, как следствие, к накоплению свободных аминокислот, необходимых в качестве азотного питания для развития спиртовых дрожжей. Кроме того, меняется метаболизм дрожжей, идет более интенсивное образование определенных летучих компонентов.

Все перечисленные преимущества изобретения позволяют, по сравнению с ближайшим аналогом, снизить энергозатраты, сократить длительность подготовки сырья к дистилляции за счет снижения продолжительности обработки на стадии получения осахаренного сусла на 1,0-1,5 часа и исключения стадии выдержки сброженного сусла при температуре 2-4°С в течение 2-3 суток и увеличить выход высококачественного дистиллята из единицы сырья.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

Возвратные отходы хлебопекарного производства, а именно ржано-пшеничный и пшеничный хлеб, взятые в соотношении от 1:1 до 1:2 соответственно, используют в качестве сырья для производства дистиллята. Сырье делят на две части - первая часть представляет собой ржано-пшеничный хлеб, вторая - пшеничный хлеб. Далее осуществляют смешивание первой части сырья с водой при гидромодуле 1:(4,0-6,0), внесение ферментных препаратов разжижающего действия с мезофильной α-амилазой в количестве 0,5-1,0 ед.АС/г условного крахмала и гемицеллюлазного действия в количестве 0,1-0,2 ед.ЦС/г сырья, выдержку полученного замеса при температуре 50-55°С в течение 30-60 минут, повышение температуры до 70-75°С и внесение второй части сырья, выдержку полученной массы при данной температуре в течение 1 часа, повышение температуры до 95-98°С и выдержку в течение 30 минут, охлаждение полученной массы, внесение в нее ферментных препаратов осахаривающего действия в количестве 6,0-8,0 ед.ГлС/г условного крахмала и протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед.ПС/г белка, осахаривание, охлаждение осахаренного сусла, внесение сухих спиртовых дрожжей, сбраживание, однократную дистилляцию с получением дистиллята. Осуществление заявленного изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве исходного сырья используют возвратные отходы хлебопекарного производства, а именно, пшеничный хлеб с крахмалистостью 67,4% на абсолютно сухое вещество и начальной влажностью 38% и ржано-пшеничный с крахмалистостью 52,5% на абсолютно сухое вещество и начальной влажностью 42%. Первую часть сырья - 500 кг ржано-пшеничного хлеба смешивают в смесители с водой при гидромодуле 1:4,0, температура полученного замеса составляет 50-55°С, вносят ферментные препараты: препарат разжижающего действия Амилаза НТ 4000 N (основной фермент - мезофильная α-амилаза) в количестве 1,0 ед.АС/г условного крахмала сырья; препарат гемицеллюлазного действия Вискозим L (основной фермент - целлюлаза, сопутствующие ферменты - ксиланаза и β-глюканаза) в количестве 0,2 ед.ЦС/г сырья.

Выдержку замеса при температуре 50-55°С осуществляют в течение 60 минут. Далее температуру повышают до 70-75°С, вносят вторую часть сырья - 500 кг пшеничного хлеба, общий гидромодуль составляет 1:2,0. Проводят двухступенчатую водно-тепловую обработку и ферментативный гидролиз: при температуре 70-75°С в течение 60 минут, а затем при температуре 95-98°С в течение 30 минут. Затем полученную массу охлаждают до 56-58°С, вносят ферментные препараты: препарат осахаривающего действия САНсупер 240 L (основной фермент - глюкоамилаза) в количестве 6,0 ед.ГлС/г условного крахмала; препарат протеолитического действия Алкалаза 2,4 L FG (основной фермент - экзопротеиназа) в количестве 0,01 ед.ПС/г белка сырья и проводят окончательный ферментативный гидролиз (осахаривание) в течение 30 минут.

Далее сусло охлаждают до температуры 20-25°С, вносят сухие спиртовые дрожжи в количестве 100 мг/100 см³ сусла и проводят сбраживание в течение 66 часов при температуре 28-30°С. Затем проводят однократную дистилляцию в аппарате периодического действия с фракционированием на головную, среднюю (дистиллят из крахмалсодержащего сырья) и хвостовую фракции.

Выход дистиллята составляет 37,8 дал/тонна сухого вещества сырья.

Пример 2. Процесс получения дистиллята из крахмалсодержащего сырья осуществляют аналогично примеру 1. Соотношение в сырье ржано-пшеничного хлеба и пшеничного хлеба составляет 1:2, гидромодуль на стадии получения замеса - 1:6,0; выдержка при температуре 50-55°С в течение 30 минут.

Выход дистиллята составляет 40,1 дал/тонна сухого вещества сырья.

Для сравнения параметры способа подготовки сырья к дистилляции по заявленному изобретению и ближайшему аналогу, а также данные о выходе дистиллята приведены в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить энергозатраты, сократить длительность подготовки сырья к дистилляции за счет снижения продолжительности обработки на стадии получения осахаренного сусла на 1,0-1,5 часа и исключения стадии выдержки сброженного сусла при температуре 2-4°С в течение 2-3 суток и увеличить выход высококачественного дистиллята из единицы сырья.