производство алкологольных напитков. Производство алкогольных напитков.. Получение алкогольных напитков

• Название: Получение алкогольных напитков
• Анкор: производство алкологольных напитков
• Дата: 12.06.2020
• Размер: 22.95 Kb.
• Имя файла: Производство алкогольных напитков..docx
• Тип: Документы; #129769

Получение алкогольных напитков.

Получение напитков путем спиртового брожения — одно из древнейших бродильных производств. Первыми из таких напитков были, видимо, вино и пиво. До появления работ Пастера в конце XIX в. о сути протекающих при брожении процессов и их механизмах было известно очень мало. Пастер показал, что брожение без доступа воздуха осуществляется живыми клетками дрожжей, при этом сахар превращается в спирт и углекислый газ. Тогда же было показано, что брожение осуществляется под действием каких-то веществ, находящихся внутри дрожжевых клеток.

Одно из главных нововведений в области микробиологии брожения было предложено Хансеном, работавшим в исследовательском центре Карлсберг в Копенгагене с дрожжами дикого типа. При производстве пива эти дрожжи доставляли массу неудобств. Хансен выделил чистые культуры дрожжей и использовал их в пивоварении; тем самым он стал пионером применения таких культур при производстве пива.

Биотехнологические подходы приобретают все большее значе­ние в производстве напитков. Алкогольные напитки могут быть классифицированы по разным признакам; очевидно, наиболее целе­сообразной является их классификация по технологическим параме­трам на ферментированные и неферментированные; по содержа­нию алкоголя - концентрированные, дистиллированные и некон­центрированные. Процесс ферментации (брожения) подразумевает не только образование спирта. В этом процессе в пределах метабо­лических возможностей дрожжей происходит последовательное преобразование подавляющего числа соединений бродящей среды. С помощью методов современной биотехнологии удается расши­рить метаболические возможности организмов, участвующих в бро­жении, отсюда очевидна роль биотехнологии в производстве алко­гольных напитков.

Большинство алкогольных напитков получено переработкой злаков или другого крахмалсодержашего сырья. В Скандинавских странах, России, Голландии, Германии, Польше и др. традиционно популярно производство пива и крепких напитков из злаков. В юж­ных странах - Испании, Италии, Франции, Греции, Югославии, Гру­зии - более традиционным считается получение напитков на основе переработки винограда. Все более популярным становится получе­ние напитков разной крепости из фруктов (яблоко, слива, шелкови­ца, персик, плоды тропических и субтропических растений) и меда.

Необыкновенное разнообразие алкогольных напитков вызвано несколькими причинами. Из них наиболее значительной является различие в климатических условий регионов, в которых производят напитки.

Производство и коммерция алкогольных напитков представляет собой стабильный бизнес еще со средних веков. Исходя из этого, любое новшество в таких консервативных областях, как производ­ство вина, бренди (коньяк), виски, водки и др., сталкивается с боль­шими сложностями. Следует отметить, что в серьезную междуна­родную проблему превратилось производство фальсифицирован­ных алкогольных напитков. К сожалению, пока не удалось создать единую международную контролирующую систему, которая строго запретила бы использование некачественных спиртов, содержащих, помимо этилового, и некоторые другие высшие спирты.

Для получения алкогольных напитков применяются раститель­ные субстраты моно-, ди- и олигосахариды и полисахариды (крах­мал, целлюлоза, в редких случаях гемицеллюлоза).

Полисахариды нуждаются в предварительном гидролизе. Пос­ледний осуществляется соответствующими ферментами (амилаза­ми, целлюлазами, гемицеллюлазами) или, реже, концентрирован­ными неорганическими кислотами (для технических целей).

Целлюлозе- и гемицеллюлоз содержащее древесное сырье считается непригодным для получения пищевого этилового спир­та. Этиловый спирт, полученный таким путем, даже несмотря на высокий уровень дистилляции, пригоден лишь для технических целей.

После соответствующей обработки субстратов (гидролиз поли­сахаридов), в водный раствор сахара вносят дрожжевую культуру. Для проведения процесса брожения, как правило, используют куль­туры сахаромицетов.

Сахаромицеты интенсивно усваивают различные моносахари­ды: глюкозу, фруктозу, галактозу; дисахариды: сахарозу, мальтозу, сбраживая их в этиловый спирт.

Установлено, что сахаромицеты, по сравнению с другим дрож­жами, проявляют высокую толерантность к этиловому спирту. По окончании процесса брожения этиловый спирт накапливается в ко­личестве 14-16%. Интересно, что в бродящей среде такая концент­рация спирта подавляет размножение дрожжей; к этому моменту от­личительным качеством среды является повышение кислотности за счет вновь образовавшихся органических кислот. Именно такое со­четание определяет биологические качества сброженного водного раствора спирта, что отличает его от раствора чистого спирта той же концентрации.

Следующим процессом технологического цикла является дис­тилляция. Этот процесс с соответствующим аппаратурным оформ­лением хорошо изучен и подробно описан. Дистилляция представля­ет собой концентрирование этилового спирта и выделение чистой фракции, что значительным образом определяет качество алко­гольных напитков.

Иногда с целью улучшения органолептических качеств готовых напитков прибегают к настаиванию концентрированного этилового спирта на разных ароматических веществах.

Как правило, концентрация спирта в крепких напитках колеб­лется в пределах 20-50%. При производстве тонизирующих напит­ков и ликеров используют ароматические соединения, выделенные из цветов, листьев и плодов растений, а также полученные синтети­ческим путем Вино. Может показаться необычным, но технология произ­водства вина, по сравнению с технологией производства пива явля­ется более простой. Этот процесс почти не изменился на протяже­нии 5 000 лет. Предполагают, что вино - напиток ближневосточный и европейский, в этих районах распространены разные сорта вино­града.До сегодняшнего дня география виноделия ох­ватывает все в этой области традиционно известные страны: Фран­цию, Италию Испанию, Германию, Грецию, Венгрию, Молдову, Россию, Украину и Закавказье, где по распространенности эндемных сортов винограда и технологий производства вина ведущее по­ложение занимает Грузия. Значительно возросло число стран, про­изводящих вино, к ним добавились Австралия, Китай, США, Чили, Аргентина, Израиль, Южно-Африканская Республика. В этих стра­нах климатические условия и почва позволяют выращивать высоко­качественные сорта винограда. На протяжении столетий собирают урожай из белых и красных, селективно подобранных сортов винограда и выжимают сок, содер­жащий 15-25% сахара. Красное вино получают прессованием черно­го винограда и ферментацией всей виноградной массы. Розовое - до­бавлением кожицы красного винограда в сок белого.

Еще не так давно брожение виноградного сока происходило спонтанно, за счет естественной микрофлоры.

Сегодня подход к процессу спиртового брожения существенно изменился. Для стабильного производства высококачественного ви­на необходимо осуществлять брожение чистыми культурами дрож­жей, заранее выделенными, желательно адаптированными к мест­ным условиям. Для этого к виноградному соку добавляют одну из чистых культур бактерий. Брожение проводится в опреде­ленных условиях: в специальных сосудах большой емкости, при тем­пературе 7°-14 °С. О завершении брожения судят по разным пара­метрам. Среди них важнейшими являются: остаточный сахар, коли­чество этилового спирта, глицерина, летучих кислот. После окон­чания брожения процентное содержание этилового спирта в разных типах вин составляет 10—14%. Кроме этого, во время брожения час­то происходит спонтанное, бактериальное брожение,при котором первичная яблочная кислота превращается в мо­лочную. По окончание брожения молодое вино для старения пере­ливают в резервуары больших размеров, часто дубовые. При хране­нии вина температура снижается и образуется осадок. Как правило, этот процесс сопровождается химическими изменениями бродящей массы

Как уже было отмечено, технология производства вина являет­ся одной из самых консервативных отраслей пищевой промышлен­ности. Несмотря на это, в некоторых странах с целью масштабного производства вина применяют метод непрерывного культивирова­ния. Согласно этой технологии, в чаны (сосуды для брожения) не­прерывно добавляют виноградный сок, откуда в равном объеме вы­текает молодое вино. Несмотря на определенные преимущества, этот метод не нашел широкого применения.

Большое количество литературы посвящено полезным свойст­вам вина. Как было установлено, в вине содержится до 700 метабо­литов, имеющих разную химическую природу, в частности антиоксиданты и пептиды, пищевые органические кислоты, алкалоиды, стероидные гормоны, широкий спектр фенольных соединений, уг­леводы и др. Например, исследования последних десяти лет подтвер­дили тот факт, что воздействие фенольных соединений на живой ор­ганизм имеет многостороннее значение. Их роль в обмене веществ подтверждает особую значимость этих соединений. Фенольные со­единения вина активно используются для лечения таких заболева­ний, как цинга, авитаминоз, плеврит, перитонит, эндокардит, луче­вая болезнь, глаукома, гипертония, ревматизм, атеросклероз и др. Таким образом, виноградное вино можно рассматривать как низко ­алкогольный напиток, обладающий уникальными лечебными свой­ствами, умеренное применение которого может принести большую пользу здоровью человека.

С применением технологии рекомбинантной ДНК получены дрожжевые культуры с расширенным метаболическим спектром. Некоторые из них применяются только в конкретных случаях (сбра­живание лактозы, целлобиозы, пентоз). В перспективе для пригото­вления экологически чистых вин целесообразно создать такие фор­мы дрожжей, которые кроме своей главной функции (брожение) бу­дут способны усваивать и превращать те химикаты, которые преду­смотрены агротехническими мероприятиями и часто попадают в ягоды винограда, а затем и в вино.

Пиво. Известно, что в растворе, содержащем сахаристые вещества, быстро развиваются микроорганизмы. Этот факт стал основой мно­гих производственных технологий. Археологическими исследовани­ями в разных частях земного шара установлено, что сбраживание экстрактов злаковых культур применяли еще 6000 лет тому назад. Основными потребителями пива еще 15-20 лет тому назад счита­лись страны Европы, США и Австралия; на сегодняшний день поло­жение значительно изменилось. Пиво стало предметом повседнев­ного потребления в Китае, Индии (из риса), в арабских странах. Зна­чительно возросло потребление пива в Центральной и Южной Аф­рике, Южной Америке (из сорго). Сегодня пиво пьют практически во всех странах. Это дало толчок невиданному развитию производ­ства пива. За последние 10 лет спрос на пиво возрос больше, чем на любой другой напиток. По новейшим данным, производство пива в мировом масштабе превысило 1 млн. гектолитров. По мнению спе­циалистов, эта тенденция будет продолжаться не менее двух десяти­летий.

Пиво получают из злаковых, содержащих крахмал чаще всего для этой цели используют ячмень. Пиво производится по следую­щей технологической схеме.

Сухой ячмень замачивают в воде для получения всходов, содер­жащих ферменты (амилаза и протеаза). Амилаза способствует разложению крахмала на олигодекстрины, чем в основном опреде­ляется вязкость пива и характерная способность к пенообразованию, протеаза катализирует гидролиз белков до аминокислот, кото­рые необходимы для размножения дрожжей и формирования специ­фического аромата пива. После прорастания ростки солода дробят и помещают в воду при температуре 60°-65 °С. В результате инку­бирования в этих условиях ростки теряют способность к дальнейше­му росту (отмирают), а ферменты (амилаза, протеаза) сохраняют свою активность. Водный раствор ростков солода наливают в чан с субстратом и настаивают в течение нескольких часов. За это время протекают основные ферментативные процессы, при которых про­исходит гидролиз крахмала и белков. Водный раствор, или, как его называют, пивное сусло, отделяют от осадка и варят с хмелем для придания аромата и антисептических свойств, характерных для пи­ва. После этого хмель удаляют фильтрацией и полученный раствор готов для сбраживания.

Ферментация или брожение протекает в специальном сосуде - биореакторе, где к раствору добавляется чистая культура дрожжей. Если можно внести какую-нибудь биотехнологическую новизну в эту ставшую классической технологию — это в первую очередь ка­сается культуры дрожжей. С этой целью традиционно использовали селективно отобранные в течение сотен лет дрожжи. Одно из главных нововведений в области микробиологии брожения было предложено Хансеном, работавшим в исследовательском центре Карлсберг в Копенгагене с дрожжами дикого типа. При производстве пива эти дрожжи доставляли массу неудобств. Хансен выделил чистые культуры дрожжей и использовал их в пивоварении; тем самым он стал пионером применения таких культур при производстве пива.

Алкогольные напитки получают путем сбраживания сахар-содержащего сырья, в результате которого образуются спирт и углекислый газ. Сбраживание осуществляется дрожжами рода Saccharomyces. В одних случаях используется природный сахар (например, содержащийся в винограде, из которого делают вино), в других сахара получают из крахмала (например, при переработке зерновых культур в пивоварении). Наличие свободных сахаров обязательно для спиртового брожения при участии Saccharomyces, так как эти виды дрожжей не могут гидролизовать полисахариды. В производстве спиртных напитков применяют штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae или S. carlsbergensis. Различие между ними заключается в том, что S. carlsbergensis могут полностью сбраживать раффинозу, a S. cerevisiae к этому не способны

Для осуществления спиртового брожения при пивоварении прежде всего необходимо, чтобы в пивоваренном сырье образовался сахар. Традиционным источником нужных для этого полисахаридов всегда был ячмень, но в качестве дополнительных используются и другие виды углевод-содержащего сырья. И сегодня ячменный солод составляет основу пива.

Начатое по инициативе Хансена использование индивидуальных штаммов дрожжей в пивоварении сегодня стало нормой: это культуры S. cerevisiae и S. carlsbergensis. Первые представляют собой дрожжи поверхностного и глубинного брожения: они применяются в производстве эля. Вторые — дрожжи глубинного брожения, их используют в производстве легкого пива. Хотя генетика дрожжей развивается уже в течение многих лет, мы лишь недавно научились осуществлять селекцию дрожжей, используемых в производстве пива. По мере углубления наших знаний о свойствах дрожжей и тех качествах, которые они придают конечному продукту, все успешнее идет работа по выведению новых штаммов пивных дрожжей. В конечном счете мы сможем создать штамм, позволяющий получить идеальный пивной продукт. Требования к таким идеальным дрожжам будут, естественно, зависеть от способа сбраживания и желаемых качеств пива.

К числу наиболее важных свойств дрожжей относятся продуктивность, способность формировать осадок, сбраживать мальтотриозу и т. д. Принимаются во внимание и вкусовые качества получающегося пива, т. е. образование веществ, ответственных за их формирование. Ранее основным способом получения штаммов, дающих продукт нужного качества, был их отбор из существующих пивных дрожжей. Вести отбор было выгоднее, чем заниматься гибридизацией, отчасти из-за малой способности пивных дрожжей к спорообразованию и низкой жизнеспособности аскоспор. В каждом аске образуется от одной до четырех спор, но не все они освобождаются при созревании. Дрожжи из рода Sacharomyces размножаются в основном вегетативно. При этом за счет множественного латерального почкования формируются сферические, эллипсоидные или реже цилиндрические дочерние клетки.

Поскольку для развития технологии пивоварения могут понадобиться штаммы дрожжей, отличающиеся по свойствам от обычно используемых, придется прибегнуть к гибридизации. Основным вкладом биотехнологии в пивоваренную промышленность будет создание штаммов дрожжей, способных давать пиво с желаемыми свойствами.