Разработка процесса получения зернового биохимического уксуса из зрелой бражки
РАЗРАБОТКА
ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНОВОГО БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА ИЗ ЗРЕЛОЙ БРАЖКИ
Д.В.
Фунтиков, А.А. Ламберова, М.Э. Ламберова
В настоящее время в пищевой промышленности
актуальным является переход на натуральные уксусы и расширение их ассортимента.
К натуральным относят спиртовой, винный,
яблочный, рисовый, бальзамический, солодовый уксусы. Вкус и аромат натурального
уксуса определяют вещества, содержащиеся в исходном сырье. В своем составе
натуральный уксус содержит ценные микроэлементы, такие как калий, марганец,
железо, фосфор, а также органические кислоты и биологические стимуляторы [1].
Уксус из пищевого сырья − водный раствор
уксусной кислоты, полученный, путем аэробного окисления с помощью уксуснокислых
бактерий Acetobacter aceti из пищевого спиртосодержащего сырья с последующей
пастеризацией и очисткой [2].
В промышленности стандартная питательная среда
для Acetobacter aceti состоит из спирта этилового ректификованного, уксусной
кислоты, минеральных солей [3].
Ректификованный спирт получают путем очистки
спирта-сырца от примесей ректификацией [4].
Ректификованный этиловый спирт дорог и относится
к акцизным компонентам. Это не дает расширить производство уксуса на его
основе, поэтому есть необходимость замены его на любой спиртосодержащий
полуфабрикат.
Одним из таких полуфабрикатов можно считать
зрелую зерновую бражку. Бражка - сложная многокомпонентная система, состоящая
из воды (82-90 % мас.), сухих веществ (4-10 % мас.) и этилового спирта с
сопутствующими летучими примесями (5-9 % мас. или 6-11 % об.) [5].
В ней содержится ряд вкусовых и ароматических
веществ, которые не усваиваются бактериями Acetobacter aceti и будут определять
органолептические свойства зернового уксуса.
Целью данной работы было разработка процесса
получения зернового биохимического уксуса из зрелой бражки.
Для достижения этой цели были поставлены
следующие задачи:
подобрать оптимальные дозы осветляющих
материалов бентонита и термоактивированного оксида алюминия при приготовлении
полуфабриката из зрелой бражки и изучить влияние ультразвука (УЗ) на процесс
осветления зрелой бражки.
определить способность уксуснокислых бактерий
Acetobacter aceti накапливать уксусную кислоту при внесении в питательную среду
различных количеств осветленной бражки и установить оптимальную дозу
осветленной бражки в среде.
изучить зависимость концентрации накапливаемой
уксусной кислоты в культуральной жидкости от режимов УЗ-обработки и
длительности культивирования.
подобрать оптимальные режимы УЗ-обработки для
максимального накопления уксусной кислоты бактериями Acetobacter aceti.
определить содержание остаточного спирта в
культуральной жидкости при замене этилового спирта на осветленную бражку в
оптимальных дозах и режимах культивирования с УЗ-обработкой и без нее.
Работа выполнена на базе кафедры биотехнологии
Бийского Технологического Института с использование штамма Acetobacter aceti с
Казанского уксусного завода.
Зерновую зрелую бражку с ОАО«Иткульский
спиртзавод» подвергли фильтрованию через матерчатый фильтр. В фильтрате
зерновой бражки были определены физико-химические показатели, представленные в
таблице 1.
спирт бражка алюминий оксид
Показатель
|
Заводской
норматив ТР-10-10067-99
|
Фактические
данные
|
Содержание
спирта, % об.
|
7,5-8,5
|
8,3
|
Остаточная
концентрация сахаров, %
|
1,0
|
4,7
|
Активная
кислотность зрелой бражки, ед.рН
|
4,2-4,9
|
4,8
|
Затем фильтрат обработали осветляющими
материалами бентонитом и термоактивированным оксидом алюминия (ТОА) (см.
таблицу 2) [7].
Таблица 2 - Физические показатели
термоактивированного оксида алюминия
Наименование
показателей
|
Значение
показателя
|
Содержание
Fe2O3, %
|
0,08
|
Насыпная
плотность г/см3
|
0,61
|
0,7
|
Удельная
поверхность, м2/г
|
120
|
Картина
рентгеновской дифракции
|
аморфная
|
Далее осветленную зерновую бражку стерилизовали
при температуре 112 °С 20 минут и вносили в питательную
среду. Также к среде добавляли расчетное количество спирта этилового,
минеральных солей, дистиллированной воды. Полученную питательную среду засевали
уксуснокислыми бактериями Acetobacter aceti Казанского уксусного завода.
Культивирование проводили в аэробных условиях при температуре 30 °С
в течение 12 суток и изучали влияние ультразвука различной мощности и
длительности. В полученном растворе уксуса определяли концентрацию уксусной
кислоты, остаточное содержание спирта в среде, морфологию клеток. При обработке
осветляющими материалами для снижения СВ, предварительно были сделаны 5 %-ные
суспензии используемых адсорбентов, которые затем вносили в различных количествах
в фильтрат зрелой бражки. Во всех случаях подбирали режимы ультразвуковой
обработки - мощность от 100 до 400 Вт, длительность воздействия от 2 до 10
минут.
Сравнительная диаграмма осветления фильтрата
зрелой бражки различными осветляющими материалами и УЗ приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Сравнительная диаграмма осветления
фильтрата бражки различными способами
Варианты:
- осветление бентонитом концентрацией 0,5 г/л
без УЗ и осветление бентонитом концентрацией 0,5 г/л с мощностью УЗ 100 Вт,
длительность обработки 2 минуты;
- осветление ТОА концентрацией 0,5 г/л без УЗ и
осветление ТОА концентрацией 0,5 г/л с мощностью УЗ 100 Вт, длительность
обработки 2 минуты.
На рисунке 2 и 3 показаны результаты культивирования
уксуснокислых бактерий в течение 12 суток на стандартной среде и на среде,
содержащей зрелую бражку. Для этого в питательную среду вместо этилового спирта
вносили зрелую бражку и весь комплекс минеральных веществ, необходимых
уксуснокислым бактериям. Также устанавливали режимы УЗ − обработки
культуральной жидкости и ее влияние на количество накапливаемой уксусной
кислоты в среде. Культивирование проводилось с использованием ультразвука
мощностью 20 Вт и длительностью от 1 до 5 минут. Оптимальной долей заменяемого
ректификованного спирта на осветленную бражку оказалась ее 100 %-ная замена,
при максимальной концентрации 8,8 г/100 см3 уксусной кислоты в среде.
Максимальная концентрация уксусной кислоты, полученной при культивировании на
стандартной среде, составила 8,8 г/100 см3.
Максимальная концентрация уксусной кислоты
полученной при культивировании на стандартной среде с использованием УЗ
составила 8,7 г/100 см3. Концентрация уксусной кислоты полученной при
культивировании на 100 % − ной бражке с использованием УЗ - 8,8 г/100см3.
По итогам культивирования была построена
диаграмма зависимость максимального накопления уксусной кислоты от доли
осветленной зрелой бражки в среде и ультразвуковой обработки (рисунок 2).
Наибольшее количество уксусной кислоты 8,8 г/л,
образуется в стандартной и в среде со 100 %-ной заменой спирта на бражку без
использования УЗ. Применение ультразвука уменьшает количество накапливаемой
уксусной кислоты до 8,7 г/см3 в обоих вариантах.
Сравнительная диаграмма зависимости остаточного
спирта от доли бражки в среде и УЗ обработки представлена на рисунке 3.
Содержание остаточного спирта в среде на 7 сутки культивирования в стандартной
среде без УЗ, составило 0,6 % об. При использовании УЗ мощностью 20 Вт в
течение 1 минуты минимальное количество остаточного спирта при культивировании
на стандартной среде - 0,68 % об.
Рисунок 2 − Диаграмма зависимости
максимальной концентрации накапливаемой уксусной кислоты от доли бражки в среде
и УЗ обработки
Варианты: 1- стандартная среда; 2 - среда с
долей осветленной бражки 100 %.
Минимальное количество остаточного спирта в
среде со 100 %-ной долей бражки в среде без использования УЗ составило 0,70 %
об. Минимальное количество остаточного спирта в среде со 100 %-ной долей бражки
в среде с применением УЗ мощностью 20 Вт и длительностью обработки 1 минута -
0,71 % об.
Рисунок 3 - Сравнительная диаграмма зависимости
остаточного спирта от доли бражки в среде и УЗ обработки
Варианты: 1- стандартная среда; 2- среда с долей
осветленной бражки 100 %
Длительность культивирования 7 суток.
Применение ультразвука дает положительный
результат лишь только на стадии осветлении зрелой бражки.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о
перспективе использования зерновой зрелой бражки для получения зернового
биохимического уксуса с применением уксуснокислых бактерий Acetobacter aceti.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Семенова А.Н. Целительный яблочный уксус / А.Н. Семенова. - СПб: ИД «Невский
проспект», 1999. - 187 с.
.
ГОСТ 52101-2003. Уксусы из пищевого сырья. Общие технические условия. - Введ.
2004-07-01. - М.: ВНИИПБТ, 2003. - 24 с.
.
Ламберова А.А., Кошелев Ю.А., Ламберова М.Э. Переработка фракций после
ректификации этилового спирта бактериями Acetobacter aceti. // Ж. «Производство
спирта и ликероводочных изделий», № 2. 2009. - С. 12-14.
.
Яровенко В.Л. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и
технохимконтроль / В.Л. Яровенко, Б.А. Устинников, Ю.П. Богданов, С.И. Громов.
- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 336 с.
.
Яровенко В.Л. Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов
и др.; под ред. проф. В. Л. Яровенко. - М.: Колосс, 1999. - 464 с.
.
Муратова Е.И. Биотехнология органических кислот и белковых препаратов: учебное
пособие / Е.И. Муратова, О.В. Зюзина, О.Б. Шуняева. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос.
техн. ун-та, 2007. - 80 с.
.
ТУ 2163 − 007 - 05766557 − 2000. Активный ингредиент
(термоактивированный оксид алюминия). − Выдан 2005 − 30 − 11.