автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Научное обоснование методологии комплексного контроля спиртового и ликероводочного производства с целью повышения качества и безопасности алкогольной продукции



На правах рукописи

АБРАМОВА ИРИНА МИХАИЛОВНА

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ СПИРТОВОГО И ЛИКЕРОВОДОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ АЛКОГОЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ

Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 4 АВГ 2014

Москва-2014

005551714

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИПБТ Россельхозакадемии)

Научный консультант: Поляков Виктор Антонович, Академик Россельхозакадемии доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Агафонов Геннадий Вячеславович

доктор технических наук, профессор «Воронежского государственного университета инженерных технологий» (ФГБОУВПО

«ВГУИТ»), кафедра технологии бродильных и сахарных производств, заведующий кафедрой Траубенберг Светлана Евгеньевна

доктор технических наук, профессор, ООО «Объединенные кондитеры», отдел инновационных технологий, научный консультант Краснов Андрей Евгеньевич

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологии и управления им. К.Г. Разумовского», кафедра информационных технологий, заведующий кафедрой Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Плеханова»

Защита состоится «04» сентября 2014 года в 11-00 часов на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 006.025.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности (ГНУ ВНИИПБиВП Россельхозакадемии) по адресу: 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, ауд. 501.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИПБиВП Россельхозакадемии и на сайте www.vniinapitkov.ru. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте ВАК РФ Министерства образования и науки РФ по адресу httD://vak2.ed.gov.ru Автореферат разослан «04» августа 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, 4L/,/>,^¿/7 к.т.н. Л.Н..Харламова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последнее десятилетие на потребительском рынке реализуется широкий ассортимент алкогольной продукции, в том числе водок и водок особых. Успешная конкуренция на рынке алкогольной продукции невозможна без тщательного контроля качества и безопасности не только производимой готовой продукции, но и исходного сырья.

Основным сырьем для получения пищевого этилового спирта в РФ являются зерновые культуры. При этом актуальной задачей, стоящей перед спиртовой отраслью, является эффективное и рациональное использование сырья, так как его стоимость составляет 65-70 % от общих затрат на производство. Кроме того, качество вырабатываемого этилового спирта находится в прямой зависимости от качества перерабатываемого зерна. Высокие вкусовые и ароматические достоинства русской водки заложены главным образом в исходном сырье. Решение проблемы производства пищевых спиртов высокого качества должно осуществляться путем внедрения технологий, предусматривающих переработку зернового сырья, удовлетворяющего определенным характеристикам, предъявляемым к нему в части состояния, цвета, запаха, влажности, состава сорных и зерновых примесей, наличия испорченных и фузариозных зерен и т.д.

Поэтому разработка научно обоснованных исходных требований к технологической адекватности зернового сырья, а также совершенствование экспресс-контроля качества зерна с использованием современных и точных методов анализа является важной и актуальной задачей при получении высококачественных сортов этилового спирта, идущих на производство ликероводочной продукции.

Основным сырьем для производства ликероводочных изделий является этиловый ректификованный спирт и вода, достоверный контроль которых способствовал бы повышению безопасности и качества выпускаемой алкогольной продукции. С отменой государственной монополии на производство спирта и алкогольной продукции в 1992 году на рынке появилось множество фальсифицированной продукции, в том числе произведенной из спирта, полученного из непищевого сырья. Современный аналитический контроль не всегда позволяет идентифицировать природу этилового спирта из различных видов зернового сырья, так как применяемые в настоящее

время методы контроля адаптированы к оценке этиловых ректификованных спиртов, произведенных из полноценных видов крахмал- и сахарсодержащего сырья. Трудность распознавания фальсифицированной продукции заключается в том, что состав микропримесей в спиртах различного происхождения близок по содержанию отдельных компонентов. Поэтому возникла настоятельная необходимость выявления характеристических признаков (маркеров), позволяющих идентифицировать спирты различного происхождения с помощью современных инструментальных методов анализа.

В современных условиях работы ликероводочных предприятий важной и актуальной задачей является совершенствование технохимического контроля производства алкогольных напитков в области расширения испытаний физико-химических показателей одного из основных видов сырья - воды, достоверный контроль которых обеспечивал бы повышение качества и безопасности готовой продукции.

В настоящее время большое внимание уделяется изучению вопроса сохранения качества водок в процессе их хранения в стеклянной таре. Главной причиной ухудшения качества водок может являться насыщение водок макро- и микроэлементами, обусловленное качеством стекла бутылок, уровнем загрязнений, переходящих в водку из воды, составом используемых в рецептуре ингредиентов, а также нарушениями в технологическом процессе производства.

Отсутствие современных методов контроля не позволяло проводить на ликеро-водочных заводах мониторинг ионного состава воды и водок, произведенных на ее основе, что затрудняло своевременное выявление и устранение причин, приводящих к снижению качества готовой продукции. Разработка же новых инструментальных методов определения макро- и микроэлементов в воде и водках позволит решить проблему обеспечения качества и безопасности готовой алкогольной продукции в процессе ее длительного хранения.

Таким образом, в связи с существованием в настоящее время большого количества фальсифицированной алкогольной продукции, имеющих место случаях отравления от употребления алкогольной продукции, произведенной из этилового спирта непищевого происхождения; ухудшения качества готовой продукции, в связи с присутствием в водках нежелательных микроэлементов - делают крайне важной и акту-

4

альной задачу по созданию методологии комплексного контроля показателей безопасности и технологической адекватности сырья для спиртового и ликероводочного производства.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка методологии комплексного контроля сырья для спиртового и ликероводочного производств, обеспечивающей повышение эффективности производства на всех стадиях биотехнологического процесса переработки зернового сырья в высококачественную и безопасную алкогольную продукцию.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать научно-обоснованную систему мониторинга и комплексного контроля качества сырья, а также готовой продукции на всех этапах биотехнологического процесса производства спирта и ликероводочных изделий.

2. Разработать научно обоснованные исходные требования к качеству зерна для получения высококачественных сортов этилового спирта «Альфа», «Люкс» и «Экстра».

3. Провести анализ факторов риска биотехнологического производства спирта и ликероводочной продукции для выявления необходимости разработки современных инструментальных методов анализа, обеспечивающих оперативный контроль критических точек производства, качества и безопасности целевой продукции.

4. С применением современных аналитических методов включающих спектро-фотометрию в ближней ИК, видимой и ближней УФ областях спектра электромагнитных волн разработать:

- методику экспрессного определения условной крахмалистости и влажности зерна пшеницы, ржи и тритикале с использованием метода спектроскопии в ближней инфракрасной области;

- методику определения прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в видимой и УФ - области спектра электромагнитных волн позволяющую оценивать качество и безопасность исследуемого продукта;

5. С использованием методов многомерного спектрально-люминесцентного анализа разработать:

- экспресс-методику идентификации этилового ректификованного спирта, произведенного из пищевого и непищевого сырья;

- методику идентификации спиртов различного происхождения в водках и водках особых;

6. С применением метода ионной хроматографии:

- разработать селективные и высокочувствительные методики определения катионов (лития, натрия, аммония, калия, кальция, магния, стронция, бария) в воде и водках;

- разработать методику определения силикатов в водках;

- разработать методику определения жесткости воды и водки.

Научная новизна работы. На основании разработанной методологии комплексного контроля биотехнологического процесса производства этилового спирта и ликероводочной продукции предложен новый подход к оценке применяемого сырья, основанный на анализе его отдельных компонентов, оказывающих влияние на качество и безопасность готового продукта.

Впервые исследована взаимосвязь между спектрами пропускания зерна в ближнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн и показателем «условной крахмалистости» зернового сырья. На основании выявленных закономерностей обоснована перспективность применения метода спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра для оценки качества зерна.

Впервые установлена корреляция между прозрачностью этилового спирта в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазоне электромагнитных волн и его технологической адекватностью, позволившая разработать новый метод оценки качества и безопасности исследуемого продукта.

Впервые выявлено, что для этиловых ректификованных спиртов из различного вида сырья характерно наличие ансамбля люминесцирующих и нелюминесцирую-щих микропримесей, приводящего к индивидуальному для данного образца многомерному спектру возбуждения — испускания - поглощения.

На основании полученных экспериментальных данных разработаны принципиально новые методические подходы к идентификации спиртов различного происхождения, предназначенные для создания системы контроля качества исходного эти-

6

лового спирта, водок и водок особых, позволяющие быстро и точно выявить наличие спиртов непищевого происхождения и, таким образом, решить проблему обеспечения безопасности ликероводочной продукции.

На основании результатов исследования зависимостей между концентрацией значимых компонентов (ионов) водок и воды, влияющих на качество водочной продукции, разработан комплекс экспресс-методик контроля качества и безопасности готовой продукции на основе применения методов ионной хроматографии.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований по созданию методологии комплексного контроля спиртового и ликероводочного производства разработана нормативная и техническая документация:

- «Сборник исходных требований к пищевой и технологической адекватности сырья, обеспечивающих высокие показатели качества и эффективности производства спирта и ликероводочных изделий»;

- ГОСТ Р 52934-2008 «Зерновое крахмалсодержащее сырье для производства этилового спирта. Методы определения массовой доли сбраживаемых углеводов»;

- ГОСТ Р 52945-2008 «Спирт этиловый. Спектрально-люминесцентный метод идентификации»;

- ГОСТ Р 53194-2008 «Водки и водки особые. Спектрально-люминесцентный метод идентификации спирта»;

- ГОСТ Р 53369-2009 «Водки и водки особые. Метод определения силикатов с применением ионной хроматографии»;

- Методика выполнения измерений «Определение прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в видимой и УФ-области спектра электромагнитных волн»;

- Инструкция «Методика определения катионов лития, бария, аммония, калия, натрия, кальция, магния, стронция в водках, водках особых, исправленной и питьевой воде с применением ионного хроматографа 761 COMPACT 1С фирмы METROHM», свидетельство о метрологической аттестации № 1/1-2006 от 29 июня 2006 г;

- Инструкция «Метод определения жесткости водок, водок особых, питьевой и исправленной воды с применением ионного хроматографа 761 COMPACT 1С фирмы

7

МЕТШЭНМ», свидетельство о метрологической аттестации № 1-2006 от 29 июня 2006 г.

Разработана и апробирована в производстве схема проведения мониторинга сквозного контроля качества сырья, используемого при производстве ликероводоч-ных изделий, применение которой позволит не допустить появления на потребительском рынке недоброкачественной и фальсифицированной алкогольной продукции, употребление которой оказывает существенное влияние на здоровье человека.

Реализация в производстве разработанной системы комплексного контроля биотехнологического процесса производства спирта этилового ректификованного и ли-кероводочной продукции позволит: снизить потери сырья; обеспечить стабильность производства; внедрить на производствах систему контроля качества и безопасности, основанную на принципах ХАСП, позволяющую предвидеть риски при производстве продукта и обеспечить потребителям гарантии качества и безопасности алкогольной продукции. Экономический эффект от внедрения в спиртовой отрасли составит 234 млн. рублей в год.

Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на способ идентификации образцов этилового спирта (№2274860).

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

- концепция методологии обеспечения качества и безопасности алкогольных напитков;

- научно обоснованные требования к качеству зерна для получения высококачественных сортов этилового спирта «Альфа», «Люкс» и «Экстра»;

- методика экспрессного определения условной крахмалистости и влажности зерна пшеницы, ржи и тритикале с использованием метода спектроскопии в ближней инфракрасной области;

- экспресс-методика идентификации этилового ректификованного спирта, произведенного из пищевого и непищевого сырья;

- методика определения прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в видимой и УФ - области спектра электромагнитных волн с целью установления его технологической адекватности;

- методика идентификации спиртов различного происхождения в водках и водках особых;

- методика определения катионов (лития, натрия, аммония, калия, кальция, магния, стронция, бария) в воде и водках с применением ионной хроматографии;

- методика определения жесткости воды и водки с применением ионной хроматографии;

- методика определения силикатов в водках и водках особых с применением ионной хроматографии;

- комплексная система мониторинга сквозного контроля качества и безопасности сырья в биотехнологии производства спирта и ликероводочной продукции.

Личный вклад автора заключается в формулировании и разработке основных положений диссертации, выносимых на защиту, постановке целей и задач исследований, решении поставленных задач, планировании эксперимента и выполнении исследований, обобщении результатов и использовании их в практике. Результаты диссертационной работы являются обобщением многолетних научных исследований, проведенных в ГНУ ВНИИПБТ Россельхозакадемии лично автором и при его непосредственном участии в качестве руководителя или ответственного исполнителя проведенных научно-исследовательских работ.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях Ученого совета ГНУ ВНИИПБТ Россельхозакадемии, на 22-ух международных и региональных конференциях и симпозиумах: Международные научно-практические конференции - «Прогрессивные технологии и современное оборудование - важнейшие составляющие успеха экономического развития предприятий спиртовой и ликероводочной промышленности» (Москва, 2003); «О состоянии и направлениях развития производства спирта этилового из пищевого сырья и ликероводочной продукции» (Москва, 2005); «Разработка и внедрение безотходных ресурсосберегающих технологий переработки зерна на спирт высокого качества и побочные продукты пищевого и кормового назначения» (Республика Казахстан, г.Актюбинск, 2012); «Внедрение безотходных ресурсосберегающих технологий переработки зерна на спирт высокого качества и побочные продукты пищевого и кормового назначения» (Рязань, 2013); Выставка «Новые при-

9

боры и методы для диагностики и терапии» (Москва, 2003); Научно-практические конференции «Основные направления развития алкогольного рынка в условиях нового законодательства Российской Федерации о техническом регулировании, совершенствование нормативно-технической базы, устанавливающей требования к качеству и безопасности алкогольной продукции» (Москва, 2004, 2005); «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (Углич, 2004); III, IV, V Международная выставка-конференция «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности» (Москва, 2005-2007); VII, IX Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Республика Беларусь, г.Минск, 2008, 2010); Научно-практический семинар «Пути совершенствования технологического процесса производства спирта» (Республика Беларусь, г.Минск, 2008, 2010); V Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009); XVI, XVII, XVIII Международная выставка напитков «Вино-Водка» (Сочи, 2009-2013); Научно-практические семинары ГНУ ВНИИПБТ Россельхозакадемии (Москва, 20052012).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 68 публикациях, включая 4 сборника, 63 статьи, в том числе 25 в рецензируемых изданиях, входящих в перечень, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации материалов докторской диссертации, патент РФ. Издано 4 национальных стандарта.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы из 306 наименований и 16 приложений. Основной текст диссертации изложен на 244 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок и 27 таблиц.

Основное содержание работы

1 Обзор литературы

Приведены данные о научно-практических аспектах переработки зернового сырья в производстве спирта. Проведен анализ взаимосвязи исходных свойств и качественных показателей зерна с качеством и безопасностью конечного продукта — эти-

10

лового спирта. Рассмотрены методы анализа спирта ректификованного из пищевого сырья, используемого для производства ликероводочной продукции и приведены его характеристики. Рассмотрено современное состояние проблемы качества и безопасности водок и водок особых и выявлены причины ухудшения качества готовой продукции. Дан аналитический обзор применяемых в настоящее время методов испытания зерна, многокомпонентных жидких сред, водок и воды для их приготовления.

На основании анализа современного состояния проблемы качества и безопасности выпускаемой ликероводочной продукции поставлена цель исследований и сформулированы основные задачи.

2 Экспериментальная часть

2.1 Материалы, методы исследования и используемое оборудование

Объектами исследований служили: зерно урожаев 1990-2009 гг.; спирты этиловые ректификованные, полученные из различных видов сырья и технологии производства; питьевая вода и вода прошедшая различные способы подготовки; образцы водок различных производителей; водно-спиртовые растворы, приготовленные из спирта «Экстра» и «Люкс» и воды исправленной; образцы водок и водно-спиртовых растворов, хранящихся длительное время в качественной стеклотаре.

Анализ объектов исследования осуществлялся с применением ближней инфракрасной спектроскопии, абсорбционно-люминесцентной спектроскопии и методов газовой и ионной хроматографии.

В качестве аппаратурной базы для разработки новых методов использовали: БИК-анализатор ИнфралюЛЮМ ФТ-10 производства фирмы «Люмэкс», Россия; высокочувствительный абсорбционно-люминесцентный спектрометр («АЛС01»), ИСПМ им. Н.С. Ениколопова РАН, Москва; спектрофлуориметр RF-5301PC фирмы SHIMADZY, Япония; спектрофотометр UV-2501PC фирмы SHIMADZY, Япония; ионный хроматограф 761 COMPACT 1С фирмы METROHM, снабженного аналитическими хроматографическими колонками: «METROSTP-C2-150» и «METROSTP-С2-250», предназначенными для анализа катионов; «HAMILTON PRP-X 100», предназначенными для анализа анионов (фторидов, силикатов, боратов), Швейцария.

При использовании БИК-анализатора, в целях контроля качества зерна, для расчета градуировочных моделей в работе были использованы следующие алгоритмы:

11

регрессия по главным компонентам (PCR) и метод дробных наименьших квадратов (PLS).

Алгоритм разработанного абсорбционно-люминесцентного метода анализа этилового спирта состоит в: измерении спектров возбуждения — испускания - поглощения (ВИП - спектров) исследуемых объектов; обработке полученных данных путем аппроксимации спектров люминесценции полиномиальными сплайнами нечеткой степени определенными на равномерной сетке (промежуточный этап исключения фона) и перенормировки полученных непрерывных функций видаДХ.еш, Хех) с целью исключения масштабного фактора поглощательной способности люминофора на длине волны возбуждения Хех приведения функцийу(Хст, Хсх) к единому масштабу.

Математическая обработка спектров осуществлялась при помощи специально созданных программ, написанных с использованием пакетов OriginPro v7.5 и MatLab 7.0.1. Для регистрации и обработки хроматограмм применялось программное обеспечение «Мультихром».

2.2 Результаты исследований

Приоритетной проблемой ликероводочной промышленности является выпуск готовой продукции высокого качества, отвечающий современным требованиям по физико-химическим и органолептическим показателям. Качество конечного продукта напрямую связано с качеством основного сырья, используемого для производства спирта и ликероводочных изделий, поэтому в настоящей работе рассматривались вопросы взаимосвязи качества и безопасности сырья (зерно, спирт и вода), а также существующая система контроля основных показателей качества и безопасности выпускаемой продукции. Учитывая вышесказанное, в работе проведен критический анализ применяемой системы производственного контроля сырья и разработаны новые, более точные и экспрессные методы анализа, устанавливающие объективные показатели ведения технологического процесса. На основе новых методов разработана научно - обоснованная методология комплексного контроля показателей безопасности и технологической адекватности основного сырья для спиртового и лике-роводочного производства с целью повышения качества и безопасности алкогольной продукции.

2.2.1 Разработка исходных требовании к технологической адекватности зернового сырья, обеспечивающих высокие показатели качества и эффективности производства спирта и ликероводочных изделий

Непременными условиями получения высококачественного этилового спирта сортов «Люкс», «Альфа» и «Экстра» является выполнение требований к качественным показателям зерна (внешний вид, цвет, запах, влажность, сорность, натура, содержание токсичных и вредных примесей, содержание испорченных и фузариозных зерен). Для разработки требований к сырью для производства спирта проведены анализы химического состава различного зерна; особенностей современной технологии переработки зернового сырья на спирт; требований к качеству зерна, предъявляемые при заготовках и поставках, и их влияние на технологический процесс производства спирта.

Современные технологии переработки зерна на спирт позволяют получить качественный спирт с высоким выходом. Теоретические исследования и практика работы спиртовых заводов показала, что выход спирта из 1 т условного крахмала различных видов сырья неодинаков. Объясняется это, прежде всего различным химическим составом зерновых культур и особенностями биохимических процессов производства спирта. На основе анализа последних достижений в спиртовом производстве в работе систематизированы и обобщены рекомендации, являющиеся общими для переработки всех видов зернового сырья на спирт: обеспечение помола зерна с высокой степенью дисперсности и однородности; применение способа гидротермической обработки зерна с механокавитационным измельчением; снижение гидромодуля зернового замеса; применение вместо высокотемпературного разваривания линий механико-ферментативной подготовки сырья к сбраживанию при температурах до 105 °С; применение комплекса микробных ферментов амилолитического, протеоли-тического и гемицеллюлазного действия вместо зернового солода; применение новых рас дрожжей, обладающих термотолерантными и осмофильными свойствами.

В ходе многочисленных экспериментов, связанных с изучением динамики сбраживания ржаного и ячменного сусла, подобран оптимальный ферментативный комплекс и разработаны нормы расхода ферментных препаратов для ржи и ячменя. Для ржи: 0,025 ед. р-ГкС/г (Р-глюканазы); 0,05 ед.КС/г (ксиланазы) и 0,05 ед.ПС/г

13

(протеазы) сырья. Для ячменя: 0,03 ед. Р-ГлС/г (Р-глюканазы); 0,15 ед.КС/г (ксилана-зы) и 0,05 ед.ПС/г (протеазы) сырья.

При сбраживании зернового сырья большое влияние на органолептические показатели готового продукта оказывают образующиеся побочные метаболиты. В таблице 1 приведены данные по образованию побочных метаболитов на примере сбраживания ржаного сусла, обработанного различными ферментативными системами.

Анализируя результаты многочисленных исследований, сделаны следующие выводы:

1. Качественный состав микропримесей, сопутствующих сбраживанию зернового сусла (оказывающих влияние на органолептические показатели спирта), приготовленного разными способами из зерна с разной крахмалистостью и содержанием белка, отличается отсутствием некоторых органических кислот (масляной, валериановой и др.) и бензальдегида при сбраживании сусла, подготовленного механико-ферментативным способом и обработанного подобранным комплексом ферментов.

2. Количественный состав микропримесей существенно отличается и зависит, не только от содержания в зерне крахмала и белка, но и от состава применяемых ферментных препаратов и от правильности ведения технологического процесса.

3. Сумма микропримесей сопутствующих образованию этилового спирта из сусла, подготовленного механико-ферментативным способом при использовании комплекса ферментов, значительно ниже количества метаболитов, образующихся при сбраживании сусла, полученного традиционным способом.

Для выпуска этилового спирта сортов «Экстра», «Люкс» и «Альфа» необходимо, чтобы зерно удовлетворяло определенным характеристикам, предъявляемым к нему в части физико-химического, органолептического и микробиологического состояния. Качество используемого сырья должно обеспечивать исключение возможности проникновения в производство микроорганизмов-источников инфекции, а также отсутствие токсических соединений, негативно влияющих на жизнедеятельность дрожжевых клеток и в результате на качество этанола, так как это приводит к повышению образования

14

Таблица 1 - Результаты газохроматографического анализа микропримесей, сопутствующих этиловому спирту

Технологическая схема произвол. Осахаривающие материалы Наименование примесей мг/дм3 Традиционная схема разваривания сырья Механико-ферментативная схема

Рожь (Корыстово), Крахмалистость 58,6 % Рожь (Северная Осетия) Крахмалистость 56,6 % Рожь (Корыстово) Крахмалистость 58,6 % Рожь (Северная Осетия) Крахмалистость 56,6 % Рожь (Корыстово) Крахмалистость 58,6 % Рожь (Северная Осетия) Крахмалистость 56,6 %

а-амилаза, глюкоами-лаза (Солод, Глюкоами-лаза) а-амилаза, глюкоамнлаза а-амилаза, глюкоамнлаза (Солод, Глюкоамнлаза) а-амилаза, глюкоамнлаза а-амилаза, глюкоамнлаза а-амилаза, глюкоамнлаза а-амилаза, глюкоамнлаза, р-глюканаза, ксиланаза, протеаза а-амилаза, глюкоамнлаза, Р-глюканаза, ксиланаза, протеаза

Ацетальдегид 44,2 72,2 345,8 68,42 97,8 83,6 76,90 76,96

Этилацетат 186,2 196,4 264,6 178,80 194,7 175,9 171,19 140,66

Метанол, % 0,2 0,6 0,2 0,14 0,02 0,02 0,007 0,01

2-пропаиол - - - 4,5 5,0 - -

1-пропанол 831,1 862,4 1122,0 978,06 1019,9 945,3 1389,85 1292,07

Изобутанол 1023,0 1353,9 2478,9 1953,99 1556,4 1409,5 847,8 802,36

1-бутанол 3,2 3,7 6,6 9,07 7,3 6,2 19,63 21,57

Изоамилол 2285,4 2820,3 4029,9 3014,69 2673,9 2527,8 1784,8 1708,49

1-пентанол . - - - 1,5 1,6 2,74 4,39

Гексанол 5,9 3,1 4,9 9,19 11,8 11,3 10,59 16,83

Уксусная кислота 4091,5 947,7 316,6 313,13 153,9 156,7 27,19 100,36

Пропионовая кислота 57,7 113,9 79,7 108,20 91,9 119,7 3,15 3,68

Изомасляная кислота 22,0 33,2 24,2 18,24 35,6 35,4 - -

Бензальдегид 8,8 15,3 10,1 3,16 - - - -

Масляная кислота 4,6 15,0 1,7 15,35 13,7 10,4 - -

Изовалериановая к-та 11,0 19,4 8,5 23,56 219,3 212,1 - -

Валериановая к-та 4,1 18,2 3,1 9,41 3,9 4,3 - -

Феннлалкоголь 169,3 270,7 272,2 317,10 470,7 420,8 138,7 107,34

Всего: 8755,11 6745,51 8968,85 7020,51 6556,82 6125,52 4472,56 4274,74

побочных метаболитов, придающих ему излишнюю горечь, жесткость и резкость, не характерные для спирта вкус и запах.

До настоящего времени не существовало научно-обоснованных требований к сырью для производства спирта. На основании проведенных исследований и установленной корреляционной зависимости между содержанием в зерне вредных примесей, испорченных зерен, зерен других злаков и физико-химическими и органолептическими показателями спирта, впервые разработаны требования к качеству каждого вида зерна для получения высококачественного этилового спирта. Данные требования должны соблюдать поставщики и контролировать покупатели (таблица 2). Сформулированные и обоснованные качественные показатели зерна обусловлены биотехнологическим и микробиологическим процессом получения спирта и являются необходимыми для получения высококачественного этилового спирта, используемого в производстве ликероводочных изделий.

Переработка в спиртовом производстве зерна с показателями, соответствующими разработанным требованиям, возможно при правильной организации аграрного и перерабатывающих комплексов АПК.

Перспективным направлением для практической реализации разработанных научно-обоснованных требований к технологической и пищевой адекватности различных видов зерна является правильное функцианирование аграрно-перерабатывающего комплекса, экономически выгодного и производителям зерновых культур и предприятиям, перерабатывающим зерно.

Аграрно-перерабатывающий комплекс должен включать: отбор и селекцию зерновых культур с заданными технологическими свойствами на стадии семеноводства на основании научно-обоснованных требований к качеству зерна; проверку технологических свойств зерна и отбор их сортов; выращивание зерновых культур при условиях, обеспечивающих получение разработанных показателей качества зерна; создание региональной сырьевой базы, формирование однородных партий; переработку зерна по современной тепло- и энергосберегающей технологии.

Таблица 2 - Исходные требования к качеству зерна

Наименование показателя Характеристика и ограничительная норма

Для спиртов сорта Люкс», Для спиртов высшей

«Альфа», «Экстра» очистки и первого сорта

Вид зерна Пшеница, рожь, ячмень, три- Пшеница, рожь, ячмень,

тикале, кукуруза тритикале, кукуруза, овес, просо, сорго

Состояние Здоровое, негреющееся Здоровое, негреющееся

Запах Свойственный здоровому Свойственный здоровому

зерну, без плесневелого, со- зерну, без плесневелого, со-

лодового, затхлого и других лодового, затхлого и других

посторонних запахов посторонних запахов. Допускается полынный запах, исчезающий при проветривании.

Цвет Свойственный здоровому Свойственный здоровому

зерну зерну. Допускается потемневший

Влажность для всех культур,

кроме кукурузы, проса, сорго,

%, не более 15,5 15,5

Влажность для кукурузы, про-

са, сорго, %, не более 15,0 15,0

Сорная примесь, %, не более

в том числе: 5,0 6,0

минеральная и органическая

(по совокупности) 1,0 1,0

испорченные зерна 1,0 1,5

фузариозные зерна 2,5 3,0

вредная примесь 0,5 0,5

в числе вредной примеси:

спорынья и головня (по сово-

купности); 0,1 0,1

вязель разноцветный (по сово-

купности); 0,1 0,1

софора лисохвостая и тер-

мопсис ланцетный (по сово-

купности); 0,1 0,1

триходесма седая и гелиотроп

опушенноплодный Не допускается Не допускается

Зерновая примесь, %, не более 5,0 5,0

Зерна других злаковых куль-

тур, %, не более 15,0 15,0

Зараженность вредителями Не допускается, кроме зара- Не допускается, кроме за-

кроме кукурузы, проса, сорго, женности клещем не выше II раженности клещем не вы-

овса степени ше II степени

Зараженность вредителями Не допускается, кроме зара- Не допускается, кроме за-

для кукурузы, проса, сорго, женности клещем не выше I раженности клещем не вы-

овса степени ше I степени

Организация региональной сырьевой (зерновой) базы позволит: разрешить вопрос бесперебойного обеспечения спиртового производства более дешевым сырьем; перерабатывать только один вид сырья с эффективными технологическими показателями; формировать однородные партии зерна требуемого качества для выпуска спиртов «Люкс», «Экстра» и «Альфа» и использовать оставшееся зерно для производства спирта высшей очистки и 1-го сорта.

На основе систематизации полученных данных и обобщения материалов, разработана схема основных направлений взаимодействия участников аграрно-перерабатывающего комплекса (рисунок 1) и сформулированы исходные требования к селекционерам, производителям сельскохозяйственной продукции, к поставщикам, к перерабатывающим предприятиям при создании аграрно-перерабатывающего комплекса для выпуска высококачественного спирта и ликероводочной продукции.

2.2.2 Методы экспресс-контроля массовой доли сбраживаемых углеводов (условной крахмалистости) и влажности зерна с использованием спектроскопии в ближней инфракрасной области

Большое значение в контроле спиртового производства имеет определение условной крахмалистости зерна, так как этот показатель выражает суммарное содержание крахмала и Сахаров в пересчете на крахмал (иначе - все сбраживаемые углеводы зерна), из которых в условиях производства может быть получен этиловый спирт. Разработанный метод контроля показателя условной крахмалистости позволяет сократить длительность определения сбраживаемых углеводов зерна, по сравнению с поляриметрическим методом, более чем в 10 раз.

Сущность разработанного метода заключается в измерении спектров пропускания образцов зерна в ближней инфракрасной области и автоматическом вычислении значений условной крахмалистости и влажности с помощью предварительно разработанных градуировочных моделей (ГМ). Метод применяется для зерна ржи, пшеницы, ячменя и тритикале, используемых в производстве спирта, с применением анализатора «ИнфраЛЮМ ФТ-10», производимого в России. С помощью анализатора одновременно определяют влажность испытуемого зерна. Градуировка БИК-анализатора «ИнфраЛЮМ ФТ-10» и выбор параметров осуществляется с помощью программы СпектраЛЮМ/Про и Envelope, разработанных фирмой «Люмэкс».

18

Рисунок 1 - Схема основных направлений взаимодействия аграрного и перерабатывающих комплексов АПК

Все операции делятся на четыре основных этапа: подготовка и ввод исходных данных; предварительная выбраковка данных и поиск параметров ГМ; уточнение параметров ГМ; установление окончательных параметров ГМ и их включение в ПО БИК-анализатора.

При разработке метода исследовано 80 образцов зерна пшеницы, ржи, ячменя и тритикале из разных регионов России, которые были проанализированы по показателям условной крахмалистости и влажности существующими референтными методами и использованы для разработки градуировочных моделей. С помощью анализатора «ИнфраЛЮМ ФТ-10» были измерены спектры всех образцов и рассчитаны граду-ировочные модели. Результаты определения показателей качества градуировочных образцов зерна на примере зерна ржи с использованием разработанных градуировочных моделей в сравнении с результатами, полученными арбитражными методами, представлены на рисунке 2.

Влажность в ржи

Ж

Крахмалистостьв ржи

2 59 2

я 58

Референтные данные

Референтные данные, %

Влажность в ржи Условная крахмалистость в ржи

Рисунок 2 - Показатели качества градуировочных образцов зерна ржи с использованием разработанных ГМ в сравнении с результатами, полученными традиционными методами

Показатель точности при определении условной крахмалистости равен ±0,5%,

при измерении массовой доли влаги - ±0,6%.

2.2.3 Разработка метода определения прозрачности этилового спирта из

пищевого сырья в видимой и УФ-области спектра электромагнитных волн

В настоящее время оптическая прозрачность спирта этилового ректификованного определяется в соответствии с методом, который состоит в визуальном определе-

нии ее в проходящем свете или на световом экране в сравнении с бидистиллирован-ной водой. Многие органические микропримеси, оказывающие влияние на качество и безопасность продукта, поглощают свет в ультрафиолетовой области спектра электромагнитных волн и, следовательно не вызывают изменений прозрачности образца видимых глазом человека.

В результате исследованной взаимосвязи между УФ-спектром прозрачности спирта этилового ректификованного и его качеством (технологической адекватностью) разработан инструментальный спектрофотометрический метод определения прозрачности спирта этилового ректификованного, позволяющий точно оценить качество и безопасность исследуемого продукта на основании спектров пропускания в широком УФ-диапазоне (190-400 нм).

Разработан алгоритм проведения измерений, который заключается в измерении спектра пропускания исследуемого образца спирта в выбранном диапазоне длин волн. В качестве параметра, характеризующего прозрачность образца спирта, предлагается использовать следующие значения пропускания Т при различных длинах волн: 100%, 75%, 50%, 25%. Для каждого значения пропускания устанавливается граничная длина волны ).т. Если для всех длин волн /. > Хт пропускание образца Т = 100%, то образцу присваивается 4 балла (Т=75% - 3; Т=50% - 2; Т=25% -1). Для каждого сорта спирта устанавливается свой набор граничных длин волн Хт (таблица 3). Результирующая оценка прозрачности этилового ректификованного спирта осуществляется по 10 - бальной шкале, при этом суммируются баллы, присваиваемые образцу для каждого из четырех значений пропускания. Сумма баллов определяет качество исследуемого образца этилового спирта. За положительный результат оценки прозрачности спирта принимается сумма, равная 9-10 баллам.

Таблица 3 - Характеристики прозрачности этилового ректификованного спирта

Пропускание, Т % Граничная длина волны, Лг, нм

высшей очистки «Экстра», «Альфа» «Люкс»

100 330 307 248

75 232 230 224

50 214 214 212

25 206 206 206

На рисунках 3 и 4 представлены результаты исследований образцов спиртов сорта «Люкс» и «Экстра» и типовых растворов спиртов данного сорта. Два образца спирта сорта «Люкс» по прозрачности не соответствуют заявленному сорту спирта, в отличие от образцов сорта «Экстра».

"Люкс" (ЗАО "Алтайросслиртпром") "Люкс" (ООО ПК "Докшукино") "Люкс" (ООО "Престиж") "Люкс" (ООО "Чистые к/ "Люкс" (арбитраж № 37/1) (ЗАО "Столичный трестъ") "Люкс" Ермолаевский СВК (филиал ОАО "Башслирт") "Люкс" (ООО "Моя Столица")

Типовой р-р спирта "Люкс" (опытный завод ВНИИПБТ) "Люкс" - (ООО "Виктория-Н") "Люкс" Рафаэль (окисляемость 12) 100% 75% 50% 25%

190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310

длина волны, нм

Рисунок 3 - Спектры пропускания этиловых ректификованных спиртов сорта «Люкс»

-Экстра (АО Айдабульский с/з)

----Экстра (Фокинский J1B3)

Экстра (ООО ЛИВИЗ, пр. № 5)

------Экстра (ООО ЛИВИЗ, пр. № 3)

Экстра (ООО Главслирт) Экстра (Уржумский СВЗ) "Экстра" (Байловский спиртзавод) "Экстра" (ОАО "Иткульский спиртзавод")

-"Экстра" (ОАО "Айдабульский спиртзавод")

—•—типовой раствор спирта "Экстра" (опытный завод ВНИИПБТ)

---25%

---50%

---75%

-100%

Соответствие 9-10 баллов

длина волны, нм

Рисунок 4 - Спектры пропускания этиловых ректификованных спиртов сорта «Экстра»

Все исследованные спирты, полученные из непищевого сырья (гидролизные и синтетические), имеют прозрачность значительно ниже, чем прозрачность типового раствора пищевого спирта «высшая очистка», а величина оценки качества для них составляет 0-4 балла.

Разработанный инструментальный метод определения прозрачности спирта этилового из пищевого сырья позволяет объективно оценить качество и безопасность исследуемого спирта на основании полученных спектров пропускания в широком УФ-спектральном диапазоне.

2.2.4 Исследование возможности применения многомерного оптического спектрального анализа для идентификации спиртов различного происхождения

2.2.4.1 Исследование спиртов различного происхождения с целью их идентификации

Исследовано влияние исходного сырья и способа получения спирта этилового различного происхождения на спектры возбуждения - испускания - поглощения (многомерные спектры) следовых количеств люминесцирующих микропримесей.

Установлено, что все пищевые спирты, полученные по традиционной (классической) и по механико-ферментативной технологиям, в которых использовались различные виды зернового сырья, обладали характерным для этой группы спиртов ВИП - спектром. Следует отметить, что при этом ВИП - спектры спиртов непищевого происхождения существенно от них отличались (рисунки 5, 6).

Рисунок 5 - Типичный ВИП-спектр пищевого Рисунок 6 - Типичный ВИП-спектр спирта непищевого спирта

Причина этого отличия в том, что для спирта, приготовленного из непищевого сырья, характеристическими люминесцирующими микропримесями являются ароматические и гетероциклические углеводороды, содержащиеся в нефтегазовом сырье или применяемых при гидролизе растительного сырья растворителях. К ним относятся метил и этил- производные бензола, полифенилены (дефинил, стильбен и т.п.), полициклические ароматические углеводороды (антрацен, пирен и другие ПАУ) и их производные. Люминесцирующие компоненты денатурирующих добавок, применяемых в промышленности, также относятся к этим типам многоатомных молекул. Ароматические и гетероциклические молекулы обладают характерной фотолюминесценцией, спектральные полосы которой отличаются от спектров ароматических аминокислот белкового происхождения.

Таким образом, спектральные характеристики люминесцирующих микропримесей спирта этилового ректификованного, приготовленного из пищевого и непищевого сырья, различны.

2.2.4.2 Экспресс-метод идентификации спиртов различного происхождения

В соответствии с законами люминесценции растворов органических молекул для различных ансамблей люминесцирующих молекул будут иметь место различные по форме спектры возбуждения люминесценции при регистрации на выбранной характеристической длине волны (рисунок 7). Это различие положено нами в основу разработки спектрально - люминесцентного метода идентификации спиртов различного происхождения.

"Средние" спектры возбуждения пищевого и непищевого спиртов при регистрирации люминесценции на длине волны и нм

0,032

Рисунок 7 - Спектры возбуждения люминесценции образцов пищевого и непищевого спирта

200

220

240

260

280

300

длина волны возбуждении, нм

Исследованы образцы пищевого спирта с добавкой к нему от 5 до 50% синтетического или гидролизного спирта (рисунок 8). Хорошо видно, что уже добавка 5% непищевого спирта к пищевому приводит к изменениям формы спектра возбуждения люминесценции пищевого спирта.

К достоинствам метода следует отнести: надежность, уровень значимости настоящего метода (вероятность случайного правильного распознавания) не превышает 0,0005; экспрессность, время измерения и идентификации образца не превышает пяти минут; отсутствие предварительной пробоподготовки; отсутствие необходимости применения эталонных образцов.

-пищевой -100% (1)

—■— непищевой -100% (2) 0,040 —▼— пищевой - 95%; непищ. - 5% (3) —*— пищевой - 75%; непищ. - 25% (4) — пищевой - 50%^ непищ. - 50% (5)

Рисунок 8 - Спектры возбуждения люминесценции пищевого спирта с различными добавками непищевого спирта

длина волны возбуждения, нм

2.2.4.3 Идентификация спиртов различного происхождения в водках и водках особых

Из проведенных нами исследований выяснилось, что методику определения наличия этилового спирта приготовленного из непищевого сырья в исследуемом образце водки, можно разработать, основываясь на наблюдении люминесценции таких микропримесей, которых нет в водках и водках особых, приготовленных на основе пищевого этилового спирта. Эти различия хорошо видны на многомерных спектрах, приведенных на рисунках 9,10.

Для определения различий в спектрально-люминесцентных параметрах микропримесей, использован метод сопоставления многомерных спектров испытуемого образца водки и модельных образцов водно-спиртовой смеси крепостью 40 %, приготовленной с использованием спирта из непищевого сырья.

Для численной характеристики отличий многомерных спектров модельного образца водно-спиртовой смеси и испытуемого образца водки применялась объединенная мера сходства, fiK, состоящая из суммы мер сходства по спектрам поглощения, возбуждения и испускания люминесценции. Многомерный спектр испытуемого образца водки относят к тому многомерному спектру водно-спиртовой смеси крепостью 40 %, приготовленной из непищевого спирта, из имеющегося в базе данных, для которого объединенная мера сходства, примет значение больше или равное 0,5.

Рисунок 9 — Трехмерный спектр люминесценции водки на основе спирта из пищевого сырья

Рисунок 10 - Трехмерный спектр люминесценции водки, содержащей 10 % спирта из непищевого сырья

Метод метрологически аттестован. Уровень значимости, характеризующий достоверность идентификации водок, приготовленных с использованием непищевого спирта, не более 0,05%.

Разработанные абсорбционно-люминесцентные методы идентификации следовых количеств органических микропримесей в многокомпонентном этиловом ректификованном спирте позволяют создать систему контроля качества пищевых спиртов, быстро и точно выявить наличие спиртов непищевого происхождения, решить проблему обеспечения безопасности ликероводочной продукции. Результаты апробирования метода идентификации спиртов различного происхождения представлены в диссертации.

2.2.5 Применение спектрально-люминесцентного анализа при изучении влияния органических микропримесей на органолеитические показатели пищевого ректификованного спирта

При осуществлении контроля качества спирта этилового ректификованного из пищевого сырья окончательное заключение о качестве спирта при соответствии его аналитических показателей выносится только после определения органолептических показателей.

Нами была предпринята попытка изучения влияния малых концентраций остатков ароматических аминокислот на органолептические показатели пищевого спирта. Происхождение остатков аминокислот, содержащихся в этиловом спирте, связано с белковыми веществами зернового сырья и компонентов, применяемых при производстве спирта. Ректификация спирта не может полностью удалить растворимые микропримеси с массой 100 — 200 Да, поэтому в ректификованном этиловом спирте из пищевого сырья всегда имеются следовые количества триптофана, тирозина и фе-нилаланина. Как правило, концентрация этих аминокислот в спиртах сорта «ВО», «Экстра» и «Люкс» не превышает 10"8 - 10"7 моль/дм3 (1-10 мкг/дм3).

Исследованы спектры возбуждения нескольких сотен образцов ректификованного этилового спирта, приготовленного из различного зернового сырья и разной степени очистки. Полученные массивы значений концентрации аминокислот белкового происхождения и величин дегустационной оценки были подвергнуты статистической обработке.

Перед проведением статистического анализа все образцы были разбиты на группы по следующим признакам: степень очистки спирта (в/о, экстра, люкс); сырье (рожь, пшеница, зерносмесь); технологическая схема разваривания сырья (механико - ферментативная или традиционная).

Показатели дегустационной оценки и концентрации аминокислотных остатков в образцах ректификованного этилового спирта были подвергнуты процедуре линейного парного корреляционного анализа с целью получения и оценки значимости уравнений регрессии. В результате были получены корреляционные зависимости между дегустационной оценкой и содержанием аминокислот для разных групп образцов (рисунок 11), из которых можно сделать следующие заключения:

- величина дегустационной оценки и концентрация аминокислот белкового происхождения коррелируют между собой;

- наблюдается обратно пропорциональна зависимость величины дегустационной оценки (ДО) от концентрации аминокислот белкового происхождения;

- уравнение регрессии для всех групп имеет вид до = а + ^ , где С - концентрация аминокислот, а и Ъ - коэффициенты регрессии;

- наибольший коэффициент корреляции имеет место для групп образцов ректификованного спирта из одного вида зернового сырья (г =0,95);

- для группы образцов из разного сырья, но одного сорта спирта коэффициент корреляции ниже (г =0,73).

Спирты: сырье - рожь, ВО/экстра/люкс

ДО=8,41+2.Ю/С. уровень значимое™ 5% коэффициент корреляции г=0,95

выставленная оценка - уравнение регрессии

Рисунок 11 — Графическое представление результатов регрессионного анализа для группы образцов ректификованного спирта разной степени очистки полученного из одного сырья

обратная концентрация аминокислот - 2ЫСШ

Таким образом, установлено, что лучшая корреляция между концентрацией аминокислот и дегустационной оценкой в случае образцов спирта из одного сырья связана с тем, что соотношение между основными аминокислотами в таких образцах спирта устойчиво и вызывает сходную вкусовую реакцию.

2.2.6 Перспективы применения абсорбционно-люминесцентного метода анализа для непрерывного контроля технологического процесса сбраживания зернового сырья

Очевидно, что своевременное обнаружение в ходе технологического процесса производства спирта изменений, приводимых к ухудшению качества конечного продукта, позволит оптимизировать технологию получения высококачественного продукта. Для наблюдения за биохимическими изменениями, происходящими с

компонентами, участвующими в процессе брожения, использовали метод собственной люминесценции белка и белковых компонентов, который ранее не использовался для данной цели.

Установлено, что фотолюминесценция отгона зрелой бражки обусловлена флуоресценцией остатков ароматических аминокислот (как свободных, так и входящих в состав образовавшихся в ходе трансформации белка пептидов с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч единиц), а также нуклеотидов (НАДН2 или НАД(Ф)Н). Именно эти соединения предложено использовать в качестве ансамбля маркеров брожения.

Исследование технологического процесса брожения проведено на ОАО «Спиртзавод «Чугуновский». Отборы проб из бродильных аппаратов проводились через 12 часов с момента начала брожения.

Определены спектры люминесценции, возбуждения люминесценции и спектры поглощения отгонов проб бражки, полученных в ходе технологического процесса. Наиболее информативными оказались спектры люминесценции при возбуждении светом с длиной волны 250 нм (рисунок 12).

Анализ полученных спектров позволил установить, что излучение, наблюдаемое в интервалах длин волн 270-300 нм, 300-400 нм и 400-600 нм можно, отнести к трем группам соединений:

1) в интервале длин волн от 270 до 300 нм - к излучению хромофоров, состоящих из одного бензольного ядра (возможные соединения - фенилаланин, бензойная кислота или близкие к ним по строению хромофоры);

270 - 300 нм

В

Рисунок 12 - Спектры люминесценции отгона пробы бражки, взятой через 12(В) и через 60(С) часов после начала процесса брожения

0.0

300

350

400

450

500

550

600

длина волны люминесценции, нм

2) в области спектра от 300 до 400 нм - характерно для остатков ароматических аминокислот триптофан-тирозиновой структуры;

3) в диапазоне от 400 до 600 нм - люминесцируют НАДН2, НАД(Ф)Н и комплексы фрагментов белковых соединений (пептидов).

Также установлено, что на начальном этапе процесса брожения основной вклад в люминесценцию вносят хромофоры белка и растворенные остатки ароматических аминокислот. На конечном этапе процесса брожения люминесценция определяется олигомерными продуктами переработки сырья (пептиды, нуклеотиды и т.п.).

Интегральная интенсивность свечения пептидных соединений и нуклеотидов постепенно нарастает в течение примерно двух суток и резко возрастает к середине третьих суток с момента начала брожения. К концу третьих суток интегральная интенсивность свечения олигомерных соединений уменьшается (при сохранении характера спектра люминесценции), что можно объяснить образованием осадка.

Результаты измерения спектров люминесценции, возбуждения и поглощения отгонов проб бражки, полученных в ходе технологического процесса, позволили сделать вывод о том, что биохимические реакции, происходящие в процессе спиртового брожения вызывают изменения спектральных (прежде всего люминесцентных) характеристик полученных отгонов. Эти изменения позволяют оперативно контролировать ход технологического процесса, поскольку по отработанной методике исследования для получения отгона из взятой пробы и проведения спектральных измерений требуется не более одного часа.

2.2.7 Разработка методов экспресс контроля ионов металлов и силикатов при производстве водок и водок особых с применением ионной хроматографии

В контроле алкогольной продукции особое место занимает контроль качества воды, идущей на производство ликероводочной продукции, т.к. вода относится к основному виду сырья используемого для приготовления ликероводочной продукции. Ионный состав воды оказывает существенное влияние на органолептические показатели водок и на стабильность водок при хранении. Кроме того, наличие определен- > ного количества катионов и анионов придает водкам определенные вкусовые характеристики.

Для исследования содержания катионов в воде и водках были подработаны условия проведения ионохроматографического анализа с применением хроматогра-фической колонки «МЕТ1Ю8ЕР-С2-250». Подобранные условия разделения: состав элюентов (смеси 4 мМ/дм3 винной кислоты и 0,75 мМ/дм3 пиридин-2,6-дикарбоновой кислоты); скорость потока 1,0 см3/мин, исключают негативное влияние ионов железа и марганца при определении катионов в воде (рисунок 13).

и

75 12 Та 7б 18 20 22 24 26 28 30 32 1* 7б Э8~40 42 44 ЗГ"

¿Г

Рисунок 13 — Хроматограмма смеси катионов в воде

Для определения катиона бария подобран специальный элюент - раствор смеси 2,5 мМ/дм3 азотной кислоты и ацетона, при использовании которого на колонках «МЕТЯ08ЕР-С2-150» и «МЕТ1108ЕР-С2-250» со скоростью потока 1,5 см3/мин. определяется барий с минимальной концентрацией 0,1 мг/дм3.

Установлено, что спиртовая матрица (40%) не оказывала влияния на предел определения катионов, т.к. детекторы электропроводности не реагируют на вещества, находящиеся в молекулярном состоянии, например воду, этанол или недиссо-циированные молекулы слабых кислот.

Результаты анализа показали (таблица 4), что в водках «Русский лес», «Вечерний Челябинск», «Государев заказ», «Наши традиции Премиум» массовые концентрации кальция и магния превышают предельно-допустимые значения и через 3 месяца в этих водках появился осадок; катион лития был обнаружен в водке «Давид», производства компании Самгори-Алко (Грузия).

На основании полученных данных предложены оптимальные условия для разделения катионов в воде и водках, позволяющие проводить быстрое, групповое определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов, используя доступные и недорогие элюенты.

Таблица 4 - Массовые концентрации катионов в различных образцах водок

\Наименова-\ние водки Концентрация катионов, мг/дм3 «Русский лес» «Вечерний Челябинск» «Государев заказ» «Наши традиции Преми-ум» «Давид»

Нормативные показатели Фактические показатели Фактические показатели Фактические показатели Фактические показатели Фактические показатели

Na+ Суммарно не более 60 9,7 11,6 2,3 0,3 104,7

к+ 11,2 3,5 2,1 2,6 0,2

nh4+ Не нормируется 0,2 3,3 0,4 Не обнар. Не обнар.

Са2+ Не более 1,6 22,2 20,1 5,7 14,5 0,6

mg" Не более 0,5 7,6 5,5 7,8 7,7 0,2

Li+ Не нормируется Не об-нар. Не об-нар. Не обнар. Не обнар. 0,011

2.2.7.1 Разработка методики определения жесткости воды питьевой,

исправленной, водок и водок особых с применением ионной хроматографии

На основании проведенных исследований, разработан новый ИХ-метод определения жесткости воды питьевой, исправленной, водок и водок особых. Метод основан на ионообменных процессах, приводящих к разделению катионов кальция, магния, стронция и бария на разделительной хроматографической колонке с последующим кондуктометрическим детектированием.

Диапазон измерений жесткости варьировался от 0,005 до 1,3 °Ж , что соответствует диапазону измерений массовой концентрации катионов кальция, магния, стронция и бария - от 0,1 до 10 мг/дм3 каждого. Возможность определения более низких показателей жесткости, по сравнению с другими методами, подтверждает высокую чувствительность и селективность разработанного метода (комплексономет-

рический метод по ГОСТ 31954-2012 предусматривает диапазон измерения жесткости в от 0,1 °Ж до 0,4°Ж).

Жесткость водок Сж в и воды Ж выражают в °Ж: Сж в; Ж = Х(С,/С(1),

где Ci — концентрация щелочноземельного элемента в пробе водки, воды мг/дм3; Сь - концентрация щелочноземельного элемента, мг/дм3, численно равная Уг его моля.

Проведены метрологические исследования точности определения жесткости методом ионной хроматографии. Предел допускаемой относительной суммарной погрешности результата анализа, До,95> соответствует±(15... 17) % .

2.2.7.2 Разработка методики определения силикат-ионов в водках и водках особых с применением ионной хроматографии

Причиной осадкообразований в водочной продукции может быть сверхнормативное содержание кремния, поэтому определение силикат-ионов является важной аналитической задачей в контроле водочного производства.

Исследовано хроматографическое поведение силикат - ионов в водном растворе при использовании хроматографической колонки HAMILTON PRP-X100 (125,0 х 4,0 мм), заполненной сорбентом: стирол-дивинилбензольной смолой с четвертичными аммониевыми группами, с диаметром частиц 10 мкм. На основе полученных данных предложены селективные условия для определения силикат-ионов методом ионной хроматографии.

Как видно из представленных хроматограмм, спиртовая матрица оказывает влияние на хроматографическое определение силикат - ионов (рисунок 14 а, б). Это объясняется выходом органических веществ, характерных для спиртовой матрицы, отдельным пиком перед пиком силикат-ионов.

Условия: колонка HAMILTON PRP-X100 (125,0 х 4,0 мм), элюент 3,2 мМ раствор гидроксида натрия и 0,5мМ раствор карбоната натрия. Расход элюента 1см3/мин.

а)

б)

Рисунок 14 - Хроматограмма силикат- ионов в водке (а) и в водном растворе (б)

Для определения диапазона измерения и построения градуировочной зависимости проведен анализ серии растворов разной концентрации кремния (рисунок 15). Диапазон линейности составил 0,5-10 мг/дм3.

На основании полученных хроматограмм построен градуировочный график в интервале соблюдения линейности 0,5-10,0 мг/дм3. Полученные результаты обработаны методами математической статистики для определения основных метрологических характеристик. Относительное стандартное отклонение повторяемости, 8Г,= 5,4 %. Предел допускаемой относительной суммарной погрешности результата определения силикат-ионов (До,95) равен 15% (при массовой концентрации фторид-ионов<0,3 мг/дм3) и 20% (при массовой концентрации фторид-ионов>0,3 мг/дм3).

Рисунок 15 - Объединенная хроматограмма силикат-ионов в 40% водно-спиртовом растворе

Также исследовано влияние фторид-ионов на ход анализа. В связи с незначительным содержанием фторид-ионов (0,02-0,1 мг/дм3) в технологической воде, используемой для приготовления водок, существенного влияния их на результат определения массовой концентрации кремния не выявлено.

2.2.7.3 Апробирование разработанных методик контроля качества водок и водно-спиртовых растворов после их взаимодействия с поверхностью стеклотары

Для изучения процесса выщелачивания из стекла бутылок были приготовлены образцы водно-спиртовых растворов с использованием спирта одной партии, отвечающего требованиям ГОСТ Р 51652 и воды с остаточной жесткостью 0,02Ж°.

Водно-спиртовые растворы были разлиты в новую посуду с водостойкостью 0,18 см3 НС1 концентрации 0,01 моль/дм3 (контрольные образцы) и в бутылки с корродированной внутренней поверхностью с водостойкостью 0,45 см3 НС1 концентрации 0,01 моль/дм3. Образцы были герметично укупорены и хранились в течение 15 месяцев при комнатной температуре. Изменение ионного состава водно-спиртовых растворов в процессе их хранения в стеклотаре контролировалось с применением новых разработанных методов ионной хроматографии (таблица 5).

Кроме того, с применением разработанных методов были проведены исследования ионного состава различных образцов водок с осадком, полученных от разных производителей.

Таблица 5 — Влияние продолжительности хранения водки в стеклянных бутыл-

ках с различной водостойкостью на ее качественные показатели

Показатели Продолжительность хранения, месяцы

0 2 4 15

Водостойкость, см3, объем с(НС1)=0,01 моль/дм3.

0,18 0,50 0,18 0,50 0,18 0,50 0,18 0,50 0,18 0,50

Ионы:

-натрия 6,0 6,0 7,5 12,0 9,3 14,8 9,5 21,8 10,6 26,2

-аммония 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

-калия 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 1,5 0,1 2,0 0,2 2,4

-кальция 0,1 0,1 0,2 0,1 0,3 0,5 0,4 4,2 0,7 4,8

-магния 0,2 0,2 0,2 0,3 0,2 0,4 0,2 0,6 0,3 0,4

-кремния 0,5 0,5 0,5 3,8 0,5 4,9 0,5 6,4 0,6 8,0

Органолептика, 9,5 9,5 Оса- 9,5 Оса- 9,5 Оса- 9,5 Оса-

баллы док док док док

Разработанные новые методы определения жесткости и определения массовой

концентрации силикатов в водках позволили использовать их для установления причин ухудшения качества водочной продукции, а также при проведении мониторинга в технологическом процессе приготовления водки и исправленной воды (рис. 16).

3 Реализация разработанной методологии обеспечения безопасности и качества ликероводочных изделий

В результате проведенных исследований по систематизации показателей качества и безопасности сырья, полупродуктов и готовых изделий на основе разработанных методов с использованием современной инструментальной базы создана методология комплексного сквозного контроля показателей безопасности и технологической адекватности основного сырья спиртового и ликероводочного производства с целью повышения качества алкогольной продукции. Разработанные методы обладают высокой точностью, воспроизводимостью и экспрессностью по сравнению с существующими методами, используемыми в спиртовом и ликероводочном производстве.

Внедрение разработанных экспресс методов позволяет контролировать критические точки производства ликероводочных изделий и оперативно управлять технологическим процессом, своевременно устраняя причины ухудшения качества лике-роводочной продукции. Кроме того, разработанные методы успешно применяются

при проведении мониторинга контроля безопасности и качества сырья, используемого при производстве алкогольной продукции (рисунок 16).

Ь

Зерно

Спирт этиловый ректификованный

к.,

/ 1<5 - X 1

Рисунок 16 - Схема проведения мониторинга сквозного контроля качества и безопасности сырья в технологии производства ликероводочных изделий

К[ - контроль зерна на соответствие исходным требованиям к качеству зерна

для получения высококачественного спирта;

К2, К2- — контроль показателей влажности и условной крахмалистости с использованием метода спектроскопии в ближней инфракрасной области;

К3 — контроль ферментных препаратов по уровню активности ферментов и установлению норм их расхода;

К4 - идентификация этилового ректификованного спирта с применением многомерного спектрально-люминесцентного анализа;

К5 — определение прозрачности этилового ректификованного спирта в видимой и УФ-области спектра электромагнитных волн;

Кб — определение жесткости с применением ионной хроматографии (ИХ);

К7 - определение ионного состава воды и водок с применением ИХ;

К8 — контроль силикат-ионов с помощью ионохроматографического метода.

Выводы:

1. В результате проведенных исследований разработана новая научно-обоснованная методология контроля качества и безопасности сырья для производства ликероводочных изделий и готовой продукции, основанная на использовании экспрессных методов на технологических стадиях процесса производства, обладающих высокой специфичностью, точностью и воспроизводимостью.

2. Научно обоснованы исходные требования к качеству зерна для получения этилового ректификованного спирта сортов: «Альфа», «Люкс» и «Экстра», обеспечивающие стабилизацию биотехнологического процесса переработки зерна на спирт, количественное содержание летучих микропримесей в соответствии с действующими нормами и выход целевого продукта с хорошими органолептическими показателями.

3. На основе установленной взаимосвязи требуемых показателей технологической адекватности зерна и качества целевых продуктов производства разработан алгоритм взаимодействия участников аграрно-перерабатывающего комплекса для выпуска высококачественного спирта и ликероводочной продукции.

4. На основании систематизации и анализа критических точек производства спирта и ликероводочной продукции выявлена необходимость в разработке современных инструментальных методов анализа, обеспечивающих оперативный контроль производства, для обеспечения качества и безопасности целевой продукции.

5. Впервые установлены устойчивые корреляционные связи между БИК-спектрами пропускания цельного зерна пшеницы, ржи, тритикале и ячменя и показателем «условной крахмалистости», положенные в основу разработки экспресс методики определения «условной крахмалистости» и влажности зерна методом спектроскопии в ближней инфракрасной области.

6. На основе метода спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра разработана достоверная методика экспрессного определения условной крахмалистости и влажности зерна пшеницы, ржи и тритикале. Для показателя «условной крахмалистости» границы абсолютной погрешности равны ±0,5; для показателя «влажности» - ±0,6. Методика позволяет повысить оперативность контроля качества сырья и в 10 раз сократить время проведения испытания.

7. Впервые разработана методика определения прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в УФ - области спектра электромагнитных волн, обеспечивающая достоверный контроль показателя качества продукции.

8. Впервые предложено новое направление в исследовании безопасности спирта и водок, основанное на применении спектрально-люминесцентного анализа:

- установлены новые характеристические признаки (маркеры), позволяющие распознавать спирты различного происхождения: остатки ароматических аминокислот, входящих в состав белка (фенилаланина, триптофана и тирозина) - для спиртов, произведенных из пищевого сырья; ароматические и гетероциклические углеводороды, содержащиеся в нефтегазовом сырье или применяемых при гидролизе растительного сырья растворителях - для спиртов, произведенных из непищевого сырья.

9. Разработаны новые методики определения содержания микропримесей на основе измерений спектров поглощения и люминесценции с целью идентификации спиртов различного происхождения:

- экспресс-метод идентификации этилового ректификованного спирта, произведенного из пищевого и непищевого сырья, уровень значимости метода, характеризующий достоверность идентификации спиртов, не более, 0,05%;

- спектрально-люминесцентный метод идентификации спиртов различного происхождения в водках и водках особых, уровень значимости метода, характеризующий достоверность идентификации спиртов, не более, 0,05%;

- разработанные методики позволили создать банк данных спектральных характеристик спиртов этиловых ректификованных из пищевого и не пищевого сырья, а также банк данных спектральных характеристик водок и водок особых.

10. Для улучшения качества готовой продукции (водок) и более полной характеристики воды, идущей на их приготовление, разработаны селективные высокочувствительные методики с применением метода ионной хроматографии:

-методика определения катионов, входящих в состав водки и воды. Подобран универсальный элюент для определения лития, натрия, аммония, калия, кальция, магния, стронция, бария. Предел допускаемой относительной суммарной погрешности результата анализа составляет от ±12% до ±17%;

- впервые разработана новая методика определения жесткости водок и воды для интервала жесткости от 0,005 до 1,3 °Ж, что соответствует диапазону измерений массовой концентрации катионов кальция, магния, стронция и бария - от 0,1 до 10 мг/дм3 каждого. Разработанная методика обладает высокой чувствительностью и селективностью. Предел допускаемой относительной суммарной погрешности результата анализа составляет от ± 15% до ±17%;

- разработан новый метод определения силикат-ионов в водках, позволяющий прогнозировать стабильность водок при хранении. Границы относительной суммарной погрешности результата анализа составляют от ±15% до ±20%;

- на основании полученных результатов и на примере анализа водок, произведенных разными предприятиями отрасли, показана эффективность применения разработанных методов для определения причин снижения стабильности водок при их длительном хранении в стеклотаре.

11. Разработанные метрологически аттестованные методики вошли в национальные стандарты:

- ГОСТ Р 52945-2008 «Спирт этиловый. Спектрально-люминесцентный метод идентификации»;

- ГОСТ Р 52934-2008«3ерновое крахмалсодержащее сырье для производства этилового спирта. Методы определения массовой доли сбраживаемых углеводов»;

- Патент РФ №2274860 «Способ идентификации образцов этилового спирта», 2006 г.;

- ГОСТ Р 53194-2008 «Водки и водки особые. Спектрально-люминесцентный метод идентификации спирта»;

- ГОСТ Р 53369-2009 «Водки и водки особые. Метод определения силикатов с применением ионной хроматографии».

12. Проведены производственные испытания новой системы мониторинга сквозного контроля качества и безопасности сырья в биотехнологии производства спирта и ликероводочной продукции. Реализация ее в производстве способствует снижению потерь сырья; увеличению эффективности производства; повышению качества и безопасности целевой продукции, что обеспечивает существенный социально-экономический эффект, связанный со снижением риска возникновения опасности для жизни и здоровья человека. Экономический эффект от внедрения разработки в спиртовой отрасли составит 234 млн. рублей в год.

Список основных публикаций Книги и справочно-методические сборники

1. Абрамова, И.М. Сборник положений и инструкций по использованию сырья на предприятиях спиртовой отрасли: монография / И.М. Абрамова, B.C. Чередниченко; под общ.ред. В.А. Полякова. - М.: ДеЛи принт, 2006. - 184 с.

2. Абрамова, И.М. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства / И.М. Абрамова, Г.В. Полыгалина; под общ.ред. В.А. Полякова. - М.: ДеЛи принт, 2007. - 480 с.

3. Поляков, В.А. Пряно-ароматические и лекарственные растения в производстве алкогольных напитков: монография / В.А. Поляков, Р.В. Кунакова, P.A. Зайну-лин, И.М. Абрамова, Л.М. Абрамова, И.Е. Анищенко, А.Г. Гайдеров, И.Р. Фахрет-динов. - М.: Гилем, 2008. - 384 с.

4. Поляков, В.А. Плодово-ягодное и растительное сырье в производстве напитков: монография / В.А. Поляков, И.И. Бурачевский, A.B. Тихомиров, P.A. Зайнулин, Р.В. Кунакова, Л.М. Абрамова, И.М. Абрамова, И.Е. Анищенко. - М.: ДеЛи плюс, 2011.-523 с.

В рецензируемых журналах из списка ВАК

5. Чередниченко, B.C. Усовершенствованный учет и контроль углеводов при биотехнологических процессах и меры борьбы с потерями / B.C. Чередниченко, А.

П. Рухлядева, E.H. Пискарева, Т.Г. Воробьева, И.М. Абрамова, О.М. Вагина // Аг-роНИИТЭИПП, Пищевая промышленность. - М., 1989. - выпуск 5. - С. 40.

6. Ибрагимова, С.И. Бродильная активность дрожжей / С.И. Ибрагимова, И.М. Абрамова, C.B. Пыхова, Г.Т. Корчагина // Пищевая промышленность.- 1989. -№11. -С. 37.

7. Чередниченко, B.C. Ферментные препараты в производстве спирта / B.C. Чередниченко, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Производство спирта и ликерово-дочных изделий. - 2000. - №1. - С. 18.

8. Чередниченко, B.C. Роль технохимического контроля при производстве спирта и направления его совершенствования / В. С. Чередниченко, И.М. Абрамова // Тезисы докладов II Международного семинара «Спиртовая и ликероводочная промышленность - 2001». - М.: Издательский комплекс ИБМ АПК. - 2001. - С. 28.

9. Чередниченко, B.C. Применение ферментных препаратов в производстве спирта / B.C. Чередниченко, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2001. - №3. — С. 21.

10. Чулюков, О.Г. Технологический контроль условной крахмалистости в зерне методом ближней инфракрасной спектроскопии / О.Г. Чулюков, Г.Т. Корчагина, И.М. Абрамова, К.К. Булатицкий // Пищевая промышленность. - 2005. - №6. - С. 20.

11. Абрамова, И.М. Новые направления в контроле качества и безопасности алкогольной продукции / И.М. Абрамова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2006. - №2. - С. 11.

12. Абрамова, И.М. Влияние органических микропримесей на органолептиче-ские показатели пищевого ректификованного спирта/ И.М. Абрамова, В.А. Поляков, В.Б. Савельева, Т.Г. Воробьева, Н.М. Сурин // Производство спирта и ликеро-водочных изделий. - 2006. - №2. — С. 24.

13. Булатицкий, К.К. Метрологическая характеристика методов определения условной крахмалистости / К.К. Булатицкий, Г.Т. Корчагина, И.М. Абрамова, E.H. Пискарева, О.М. Вагина // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2006. - №2. - С. 26.

14. Кошман, М.-Я. Пути защиты потребительского рынка от некачественной и фальсифицированной алкогольной продукции / М.Я. Кошман, Г.В. Полыгалина, И.М. Абрамова // Пищевая промышленность. - 2006. - №1. - С. 16.

15. Абрамова, И.М. Методика определения силикатов в водках с применением метода ионной хроматографии / И. М. Абрамова, М.Э. Медриш, В.А. Поляков, Л.А. Шевченко // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. - №2. - С. 60.

16. Абрамова, И.М. Идентификация спиртов различного происхождения в ли-кероводочном производстве с помощью спектрально-люминесцентного анализа / И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, В.А. Поляков, Т.Г. Воробьева, Н.М. Сурин // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. - 2007. - № 11. - С. 56.

17. Поляков, В.А. Люминесцентная спектроскопия как метод изучения влияния продуктов трансформации зернового сырья, дрожжей и ферментов на органолепти-ческие показатели этилового ректификованного спирта / В.А. Поляков, И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, Н.М. Сурин // Микробные биокатализаторы и их роль в нано и биотехнологиях. - М.: Пищепромиздат. - 2008. - С. 101.

18. Римарева, Л.В. Теоретические и практические основы ферментативного катализа полимеров зернового сырья в спиртовом производстве / Л.В. Римарева, М.Б. Оверченко, Н.И. Игнатова, И.М. Абрамова // Производство спирта и ликероводоч-ных изделий. - 2008. - №3. - С. 4.

19. Корчагина, Г.Т. Экспресс-метод определения массовой доли белка и влаги в кормовых дрожжах с применением ближней инфракрасной спектроскопии / Г.Т. Корчагина, И.М. Абрамова, Т.И. Лозанская, О.С. Ванюхина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №6. - С. 54.

20. Абрамова, И.М. Применение метода ионной хроматографии для решения проблемы осадкообразования в водках / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, В.А. Поляков // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2010. - №4. - С. 21.

21. Абрамова, И.М. Совершенствование системы контроля безопасности и качества алкогольной продукции / И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, В.А. Поляков, Н.М. Сурин // Пищевая промышленность. — 2010. - № 12. - С. 53.

22. Абрамова, И.М. Требования к технологической адекватности зерновой культуры тритикале, обеспечивающие нормативные показатели выхода спирта и его

качество / И.М. Абрамова // Производство спирта и ликероводочных изделий. -2011. - №3. - С. 7.

23. Абрамова, И.М. Особенности переработки ржаного сырья, обеспечивающие производство спирта с высокими показателями качества / И.М. Абрамова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2011. - №4. - С. 8.

24. Абрамова, И.М. Технологические требования к пшеничному и ржаному сырью, обеспечивающие высокое качество спирта и ликероводочных изделий / И.М. Абрамова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - №5. - С. 62.

25. Абрамова, И.М. Особенности переработки пшеничного сырья, обеспечивающие производство спирта с высокими показателями качества / И.М. Абрамова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2012. - №1. - С. 6.

26. Римарева, JI.B. Использование биомассы гриба Aspergillus oryzae в качестве источника биологически активных веществ / JI.B. Римарева, Е.М. Серба, М.Б. Овер-ченко, К.В. Рачков, Е.В. Орлова, И.М. Абрамова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - №9. - С. 46.

27. Абрамова, И.М. Метод установления происхождения этилового ректификованного спирта, как гарантия безопасности алкогольной продукции / И.М. Абрамова, В.А. Поляков, В.Б. Савельева, Н.М. Сурин // Пищевая промышленность. -2013,-№4.-С. 32.

28. Абрамова, И.М. Требования к технологической адекватности ячменного сырья, обеспечивающие нормативные показатели выхода спирта и его качество / И.М. Абрамова, В.А. Поляков, В.Б. Савельева, Т.Г. Воробьева // Пищевая промышленность. - 2013. - №5. - С. 52.

29. Абрамова, И.М. Значение ионного состава водок в контроле алкогольной продукции / И.М. Абрамова, В.А. Поляков, М.Э. Медриш, C.B. Павленко // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2013. - №2.- С. 20.

Патенты на изобретения

30. Патент №2274860 РФ. Способ идентификации образцов этилового спирта. / Абрамова И.М., Поляков В.А., Чередниченко B.C., Воробьева Т.Г., Сурин Н.М., Дейнеко А.О., Пермяков A.A.; №2004121498/13; заявл 15.07.2004 - опубл.20.04.2006 Бюл. №11 -2 с.

Статьи в журналах, сборниках научных трудов и материалы научных конференций

31. Чередниченко, В. Физико-химический состав тритикале и использование его в биотехнологических процессах / В. Чередниченко, Е. Пискарева, С.Громов, А. Рухлядева, Т. Воробьева, И. Абрамова // Международный агропромышленный журнал, - 1990. -№3. - С. 22.

32. Пискарева, E.H. Изменение нелетучих органических кислот в процессе гидродинамической и гидроферментативной подготовки полисахаридов к сбраживанию / E.H. Пискарева, B.C. Чередниченко, Т.Г.Воробьева, И.М. Абрамова, JI.A. Лихтен-берг, А.П. Рухлядева // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Химические превращения пищевых полимеров». - Светлогорск. - 1991.-С.115.

33. Чередниченко, B.C. Использование тритикале в биотехнологических процессах / B.C. Чередниченко, Е.Н.Пискарева, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции «Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК». -Киев,-1991.-С.141.

34. Чередниченко, B.C. Производство спирта с использованием в качестве сырья мальтозной патоки / B.C. Чередниченко, В.А. Поляков, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Отраслевые ведомости. Информационный бюллетень. - 2000. - №8 — С. 4.

35. Чередниченко, B.C. Перспективы усовершенствования технохимического контроля спиртового и ликероводочного производства / B.C. Чередниченко, И.М. Абрамова, Г.Т. Корчагина, М.Э. Медриш // IV Международная научно-практическая конференция «Прогрессивные технологии и современное оборудование - важнейшие составляющие успеха экономического развития предприятий спиртовой и ликероводочной промышленности». — Москва: Пищепромиздат. -2003 -С. 223.

36. Поляков, В.А. Новый метод идентификации образцов спиртовой и ликеро-водочной продукции /В.А. Поляков, B.C. Чередниченко, И.М. Абрамова, Т.Г. Во-

робьева, Н.М. Сурин // Отраслевые ведомости. Ликероводочное производство и виноделие. Информационный бюллетень. - 2003. - №7(43) - С 6.

37. Чередниченко, B.C. Применение люминесцентной спектроскопии для контроля качества и безопасности алкогольной продукции / B.C. Чередниченко, И.М. Абрамова, Н.М. Сурин, А.О. Дейнеко, A.A. Пермяков // Материалы научно-практической конференции «Основные направления развития алкогольного рынка в условиях нового законодательства РФ о техническом регулировании». - Москва. -2004. - С. 38.

38. Чередниченко, B.C. Идентификация образцов этилового спирта различного происхождения методами люминесцентной спектроскопии / B.C. Чередниченко, И.М. Абрамова, Н.М. Сурин, А.О. Дейнеко, A.A. Пермяков // Труды научно-практической конференции «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов». - Углич: Россельхозакадемия. - 2004 - С. 46.

39. Савельева, В.Б. Спектрально-люминесцентный метод измерения содержания органических микропримесей в этиловом спирте / В.Б. Савельева, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Сборник докладов III Международной выставки-конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности». - Москва: Издательский комплекс МГУПП. - 2005. - С. 30.

40. Медриш, М.Э. Усовершенствование контроля алкогольной продукции с применением ионной хроматографии / М.Э. Медриш, И.М. Абрамова, Л.А. Шевченко // Сборник докладов III Международной выставки-конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности». - Москва: Издательский комплекс МГУПП. - 2005. - С. 93.

41. Медриш, М.Э. Методы ионной и высокоэффективной жидкостной хроматографии в усовершенствовании контроля алкогольной продукции / М.Э. Медриш, И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, Л.А. Шевченко // Сборник докладов V Международной научно-практической конференции «О состоянии и направлениях развития производства спирта этилового из пищевого сырья и ликероводочной продукции». -Москва: Пищепром из дат. - 2005. - С. 376.

42. Абрамова, И.М. Современные методы контроля спиртового и ликерово-дочного производства и их роль в повышении качества и безопасности алкогольной

продукции / И.М. Абрамова // Сборник докладов V Международной научно-практической конференции «О состоянии и направлениях развития производства спирта этилового из пищевого сырья и ликероводочной продукции». - Москва: Пи-щепромиздат. - 2005. - С. 305.

43. Савельева, В.Б. Идентификация этилового спирта различного происхождения в водках и водках особых / В.Б. Савельева, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Материалы докладов международной конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности». - Москва: Издательский комплекс МГУПП.-2006.-С. 74.

44. Савельева, В.Б. Спектральные свойства люминесцирующих микропримесей ректификованного этилового спирта, произведенного из пищевого и непищевого сырья / В.Б. Савельева, И.М. Абрамова, В.А. Поляков, Т.Г. Воробьева, Н.М. Сурин // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности». - Москва: ВНИИПБТ. - 2006. - С. 121.

45. Абрамова, И.М. Изучение влияния органических микропримесей белкового происхождения на органолептические показатели пищевого ректификованного спирта / И.М. Абрамова, В.А. Поляков, В.Б. Савельева, Т.Г. Воробьева, Н.М. Сурин // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности». - Москва: ВНИИПБТ. - 2006. - С. 124.

46. Абрамова, И.М. Трудности сбраживания мелассного сусла при получении этилового спирта на современном этапе / И.М. Абрамова, E.H. Пискарева, О.М. Вагина, О.С. Ванюхина, С.И. Громов // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности». — Москва: ВНИИПБТ. -2006.-С. 139.

47. Савельева, В.Б. Собственная люминесценция дрожжей, ферментов и пищевых добавок, применяемых в спиртовой и ликероводочной промышленности / В.Б. Савельева, И.М. Абрамова // Микробные биокатализаторы для перерабатывающих отраслей АПК. - Москва: ВНИИПБТ. - 2006. - С.120.

48. Абрамова, И.М. Перспективы применения метода собственной люминесценции белков для контроля за процессом брожения / И.М.Абрамова, В.А. Поляков, В.Б. Савельева, Т.Г. Воробьева, Н.М. Сурин // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликерово-дочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности». - Москва: ВНИИПБТ. - 2006. - С. 129.

49. Абрамова, И.М. Методика определения углеводов и глицерина в алкогольной продукции с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, Г.В. Полыгалина, Л.А. Шевченко // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности». - Москва: ВНИИПБТ. - 2006. - С. 143.

50. Медриш, М.Э. Влияние силикатов на стабильность водок при хранении и метод их определения / М.Э. Медриш, И.М. Абрамова // Сборник докладов IV Международной выставки-конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности». - Москва: Издательский комплекс МГУПП. -2006. - С. 67.

51. Медриш, М.Э. Применение методов ионной хроматографии для усовершенствования контроля качества питьевой воды - важного сырьевого компонента лике-роводочного производства / М.Э. Медриш, И.М. Абрамова, Г.В. Полыгалина, Л.А. Шевченко // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности» - Москва: ВНИИПБТ. - 2006. - С. 148.

52. Медриш, М.Э Новые методики в контроле водочного производства / М.Э. Медриш, И.М. Абрамова // Сборник докладов V Международной выставки-конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности» - Москва: Издательский комплекс МГУПП. - 2007. - С. 85.

53. Савельева, В.Б. Исследование характера влияния пищевых добавок на спектры люминесценции водок и водок особых в целях решения проблемы идентификации этилового спирта различного происхождения / В.Б. Савельев, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Сборник докладов V Международной выставки-конференции

«Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности» -Москва: Издательский комплекс МГУПП. - 2007. - С. 94.

54. Корчагина, Г.Т. О национальном стандарте «Зерно. Методы определения условной крахмалистости (сбраживаемых углеводов)» / Г.Т. Корчагина, И.М. Абрамова, О.Г. Чулюков, К.К. Булатицкий // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИ-ПБТ «Теоретические и практические основы совершенствования технологии спирта». - Москва: ВНИИПБТ. - 2008. - С. 200.

55. Савельева, В.Б. Усовершенствование контроля качества и безопасности алкогольной продукции с применением люминесцентной спектроскопии / В.Б. Савельева, И.М. Абрамова, Т.Г. Воробьева // Сборник научных трудов ГНУ ВНИИПБТ «Теоретические и практические основы совершенствования технологии спирта». -Москва: ВНИИПБТ. - 2008. - С. 210.

56. Абрамова, И.М. Методика определения содержания углеводов в водках и водках особых с применением ионной хроматографии / И.М. Абрамова, М.Э. Мед-риш // Сборник докладов VII Международной выставки-конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. Экспертиза, Оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов» -Москва: Издательский комплекс МГУПП. - 2008. - С. 201.

57. Абрамова, И.М. Новая методика определения силикат-ионов в водках / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, В.А. Поляков // Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности», часть II. - Минск: Национальная академия наук Беларуси РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - 2008.-С. 310.

58. Абрамова, И.М. Определение содержания органических микропримесей этилового спирта методом люминесцентной спектроскопии / И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, В.А. Поляков, Т.Г. Воробьева, Н.М. Сурин // Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности», часть II .— Минск: Национальная академия наук Беларуси РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - 2008. -С. 35.

59. Абрамова, И.М. Спектрально-люминесцентный метод оценки безопасности спиртов, входящих в состав алкогольной продукции / И.М. Абрамова // Сборник материалов V Московского Международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». - 2009. - С.35.

60. Абрамова, И.М. Контроль качества основного компонента алкогольной продукции, полученной путем микробной конверсии зернового сырья в этиловый спирт / И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, В.А. Поляков // Сборник материалов всероссийской научно-практической конференции «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов». - Москва: Россельхо-закадемия. -2009 - С.8.

61. Абрамова, И.М. Применение метода ионной хроматографии в контроле ин-гредиентного состава алкогольной продукции / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, В.А. Поляков // Сборник материалов всероссийской научно-практической конференции «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов». - Москва: Россельхозакадемия. - 2009 - С.5.

62. Абрамова, И.М. Проблема контроля токсической безопасности водок / И.М. Абрамова, Е.Ю. Попов // Ликероводочное производство и виноделие. - 2009 -№1 -С.17.

63. Абрамова, И.М. Применение новой методики определения углеводов в контроле водочного производства / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, В.А. Поляков// Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности»,— Минск: Национальная академия наук Беларуси РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - 2009 - С. 63.

64. Абрамова, И.М. Спектрально-люминесцентные исследования компонентов отгона зрелой бражки, полученной в результате биокатализа сельскохозяйственного сырья в условиях сопряжения процессов брожения и дистилляции / И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, В.А. Поляков, Н.М. Сурин, Д. В. Арсеньев // Перспективные биокатализаторы для перерабатывающих отраслей АПК. - Москва: ВНИИПБТ. - Пи-щепромиздат. - 2010 - С.338.

65. Абрамова, И.М. Спирт этиловый. Спектрофотометрический метод определения содержания денатурирующих добавок / И.М. Абрамова, В.Б. Савельева, Н.М. Сурин Н.М. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2011. - №2. - С.6.

66. Поляков, В.А. Решение проблемы идентификации этилового спирта различного происхождения / В.А. Поляков, И.М. Абрамова // Техника и технология пищевых производств. -КемТИПП. - 2012 - №3 - С.85.

67. Абрамова, И.М. Новый уровень контроля качества алкогольных напитков / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, C.B. Павленко // Спиртные напитки. Технологии. -2013.-№2(23). -С. 26.

68. Абрамова, И.М. Инновации в сфере контроля качества алкогольных напитков / И.М. Абрамова, М.Э. Медриш, C.B. Павленко // Спиртные напитки. - 2013. -№ 5. - С. 52.

Подписано в печать 09.06.2014 Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 120 экз. Заказ № 4049 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-т, д.28 Тел. 8(495)782-88-39

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ПИЩЕВОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

05^01451302

На правах рукописи

АБРАМОВА ИРИНА МИХАИЛОВНА

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ СПИРТОВОГО И ЛИКЕРОВОДОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ АЛКОГОЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ

Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и

биологических активных веществ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: Поляков Виктор Антонович,

Академик Россельхозакадемии доктор технических наук, профессор

Москва - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................7

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.........................................................16

1.1 Характеристика объектов исследования............................................16

1.1.1 Характеристика зернового сырья, используемого для

производства спирта...................................................................16

1.1.2 Характеристика спирта этилового произведенного из разных

видов сырья...................................................................................29

1.1.3 Характеристика химического состава природной и

исправленной воды..........................................................................33

1.2 Обзор методов анализа сырья (зерна, спирта этилового, воды)

для производства ликероводочных изделий...........................................39

1.2.1 Методы определения влажности и условной крахмалистости

зерна.......................................................................................39

1.2.2 Методы анализа спирта, входящего в состав ликероводочных

изделий....................................................................................41

1.2.3 Методы определения ионного состава воды и водки...........................44

1.3 Обзор современных методов испытания зерна, спирта, водок

и воды для их приготовления с применением ближней инфракрасной спектроскопии, абсорбционных и люминесцентных методов анализа

многокомпонентных жидких сред, методов

ионной хроматогрфии..................................................................46

1.4 Современное состояние проблемы качества и безопасности водок и водок особых и причины ухудшения качества

готовой продукции......................................................................91

1.5 Заключение по обзору литературы...................................................95

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..............................................98

2.1 Материалы и методы исследования.................................................98

2.2 Техника проведения эксперимента.................................................100

Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ...............109

3.1 Системный анализ качества и технологической адекватности

зернового сырья, перерабатываемого в спиртовом производстве............109

3.1.1 Разработка исходных требований к пищевой и технологической адекватности зернового сырья, обеспечивающих высокие показатели качества и эффективности производства

спирта и ликероводочных изделий.................................................110

3.1.2 Разработка методов экспресс-контроля массовой доли сбраживаемых углеводов (условной крахмалистости) и влажности зерна с использованием спектроскопии в

ближней инфракрасной области.......................................................132

3.2 Методология контроля безопасности и качества спирта этилового из пищевого сырья и ликероводочных изделий...........................140

3.2.1 Разработка метода определения прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в видимой и УФ-области

спектра электромагнитных волн...................................................140

3.2.2 Исследование возможности применения многомерного оптического спектрального анализа для идентификации

спиртов различного происхождения...............................................145

3.2.2.1 Исследование спиртов различного происхождения с

целью их идентификации.........................................................145

3.2.2.2 Экспресс-метод идентификации спиртов различного происхождения......................................................................152

3.2.2.3 Идентификация спиртов различного происхождения в

водках и водках особых............................................................155

3.2.2.4 Апробирование разработанного метода идентификации

спиртов различного происхождения.............................................162

3.2.3 Спектрально-люминесцентный анализ безопасности и качества

спирта этилового и ликероводочных изделий.................................163

3.2.3.1 Применение спектрально-люминесцентного анализа при изучении влияния органических микропримесей на органо-лептические показатели пищевого ректификованного спирта.............163

3.2.3.2 Перспективы применения абсорбционно-люминесцентного

метода анализа для непрерывного контроля технологического процесса брожения зернового сырья............................................169

3.2.4 Разработка методов экспресс контроля ионов металлов и силикатов при производстве водок и водок особых с

применением ионной хроматографии.............................................189

3.2.5 Разработка метода определения жесткости воды питьевой, исправленной, водок и водок особых с применением ионной хроматографии........................................................................193

3.2.6. Разработка метода определения силикат-ионов в водках и

водках особых с применением ионной хроматографии......................196

3.2.7 Апробирование разработанных методов для анализа водок и водно-спиртовых растворов после их взаимодействия с

поверхностью стеклотары............................................................200

Глава 4 ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИКЕРОВОДОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ...........................................................202

4.1 Разработка схемы мониторинга контроля безопасности

и качества сырья в производстве ликероводочных изделий.................202

4.2 Расчет экономического эффекта от реализации требований системного контроля за качеством перерабатываемого зерна...............204

ВЫВОДЫ......................................................................................206

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ......................................210

Приложение 1 Акт ввода в эксплуатацию и подтверждения результатов

анализов.........................................................................................245

Приложение 2 ГОСТ Р 52934-2008 «Зерновое крахмалсодержащее сырье для производства этилового спирта. Методы определения

массовой доли сбраживаемых углеводов»...............................................246

Приложение 3 Методика выполнения измерений «Определение прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в видимой и

УФ-области спектра электромагнитных волн».........................................248

Приложение 4 Патент на изобретение №2274860 «Способ

идентификации образцов этилового спирта»............................................251

Приложение 5 ГОСТ Р 52945-2008 «Спирт этиловый ректификованный.

Спектрально-люминесцентный метод идентификации»..............................254

Приложение 6 ГОСТ Р 53194-2008 «Водки и водки особые.

Спектрально-люминесцентный метод идентификации спирта».....................256

Приложение 7 Методика выполнения измерений концентрации аминокислот белкового происхождения в ректификованном этиловом спирте с целью оценки его органолептических

показателей.....................................................................................258

Приложение 8 Протокол проведения испытаний на ОАО «Спиртзавод «Чугуновский» по определению микропримесей в спирте, образующихся при его накоплении в процессе

сбраживания сусла, и в готовой продукции - спирте-ректификате.................260

Приложение 9 Инструкция «Методика определения катионов лития, аммония, калия, натрия, кальция, магния, стронция, бария в водках, водках особых, исправленной и питьевой воде с применением ионного хроматографа 761 COMPACT 1С фирмы

METROHM»....................................................................................263

Приложение 10 Инструкция «Методика определения жесткости водок, водок особых, исправленной и питьевой воды с применением

ионного хроматографа 761 COMPACT 1С фирмы METROHM».....................267

Приложение 11 Акт внедрения новой методики определения жесткости с применением ионного хроматографа фирмы «METROHM», разработанной в ГНУ ВНИИ пищевой

Биотехнологии РАСХН.......................................................................271

Приложение 12 Акт апробации новой методики определения силикатов в водках с применением ионного хроматографа 761 COMPACT 1С фирмы «METROHM», разработанной в ГНУ

ВНИИ пищевой биотехнологии РАСХН.................................................275

Приложение 13 ГОСТ Р 53369-2009 «Водки и водки особые. Метод определения силикатов с применением ионной

хроматографии».................................................................................278

Приложение 14 Акт производственных испытаний схемы мониторинга сквозного контроля качества и безопасности

сырья в технологии производства ликероводочных изделий.........................280

Приложение 15 Банк данных спектральных характеристик

спиртов этиловых ректификованных из пищевого и непищевого сырья...........285

Приложение 16 Банк данных спектральных характеристик водок и

водок особых....................................................................................287

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертационной работы. В последнее десятилетие на потребительском рынке реализуется широкий ассортимент алкогольной продукции, в том числе водок и водок особых. Успешная конкуренция на рынке алкогольной продукции невозможна без тщательного контроля качества и безопасности производимой продукции, не только готового продукта, но и исходного сырья.

Основным сырьем для получения пищевого этилового спирта в РФ являются зерновые культуры. При этом актуальной задачей, стоящей перед спиртовой отраслью, является эффективное и рациональное использование сырья, так как его стоимость составляет 65-70 % от затрат на производство. Кроме того, качество вырабатываемого этилового спирта находится в прямой зависимости от качества перерабатываемого зерна. Высокие вкусовые и ароматические достоинства русской водки заложены главным образом в исходном сырье. Решение проблемы производства пищевых спиртов высокого качества должно осуществляться путем внедрения технологий, предусматривающих переработку зернового сырья, удовлетворяющего определенным характеристикам, предъявляемым к нему в части состояния, цвета, запаха, влажности, состава сорных и зерновых примесей, наличия испорченных и фузариозных зерен и т.д.

Поэтому разработка научно обоснованных исходных требований к пищевой и технологической адекватности зернового сырья, а также совершенствование экспресс-контроля качества зерна с использованием современных и точных методов анализа является важной и актуальной задачей при получении высококачественных сортов этилового спирта, идущих на производство ликероводочной продукции.

Основным сырьем для производства ликероводочных изделий является этиловый ректификованный спирт и вода, достоверный контроль которых способствовал бы повышению безопасности и качества выпускаемой алкогольной продукции.

С отменой государственной монополии на производство спирта и алкогольной продукции в 1992 году на рынке появилось множество фальсифицированной продукции, в том числе произведенной из спирта, полученного из непищевого сырья. Современный аналитический контроль не всегда позволяет идентифицировать природу этилового спирта из различных видов зернового сырья, так как применяемые в настоящее время методы контроля адаптированы к оценке этиловых ректификованных спиртов, произведенных из полноценных видов крахмал- и са-харсодержащего сырья. Трудность распознавания фальсифицированной продукции заключается в том, что состав микропримесей в спиртах различного происхождения близок по содержанию отдельных компонентов. Поэтому возникла настоятельная необходимость выявления характеристических признаков (маркеров), позволяющих идентифицировать спирты различного происхождения с помощью современных инструментальных методов анализа.

В современных условиях работы ликероводочных предприятий важной и актуальной задачей является совершенствование технохимического контроля производства алкогольных напитков в области расширения испытаний физико-химических показателей одного из основных видов сырья - воды, достоверный контроль которых обеспечивал бы повышение качества и безопасности готовой продукции.

В настоящее время большое внимание уделяется изучению вопроса сохранения качества водок в процессе их хранения в стеклянной таре. Главной причиной ухудшения качества водок может являться насыщение водок макро- и микроэлементами, обусловленное качеством стекла бутылок, уровнем загрязнений, переходящих в водку из воды, составом используемых в рецептуре ингредиентов, а также нарушениями в технологическом процессе производства.

Отсутствие современных методов контроля не позволяло проводить на ликероводочных заводах мониторинг ионного состава воды и водок, произведенных на ее основе, что затрудняло своевременное выявление и устранение причин, приводящих к снижению качества готовой продукции. Разработка же новых инструментальных методов определения макро- и микроэлементов в воде и водках поз-

волит решить проблему обеспечения качества и безопасности готовой алкогольной продукции в процессе ее длительного хранения.

Таким образом, в связи с существованием в настоящее время большого количества фальсифицированной алкогольной продукции, имеющих место случаях отравления от употребления алкогольной продукции, произведенной из этилового спирта непищевого происхождения; ухудшения качества готовой продукции, в связи с присутствием в водках нежелательных микроэлементов - делают крайне важной и актуальной задачу по созданию методологии комплексного, контроля показателей безопасности и технологической адекватности сырья для спиртового и ликероводочного производства.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью настоящей работы является разработка методологии комплексного контроля сырья для спиртового и ликероводочного производств, обеспечивающей повышение эффективности производства на всех стадиях биотехнологического процесса переработки зернового сырья в высококачественную и безопасную алкогольную продукцию.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать научно-обоснованную систему мониторинга и комплексного контроля качества сырья, а также готовой продукции на всех этапах биотехнологического процесса производства спирта и ликероводочных изделий.

2. Разработать научно обоснованные исходные требования к качеству зерна для получения высококачественных сортов этилового спирта «Альфа», «Люкс» и «Экстра»;

3. Провести анализ опасных факторов биотехнологического производства спирта и ликероводочной продукции для выявления необходимости разработки современных инструментальных методов анализа, обеспечивающих оперативный контроль критических точек производства, качества и безопасности целевой продукции.

4. С применением современных аналитических методов включающих спек-трофотометрию в ближней ИК, видимой и ближней УФ областях спектра электромагнитных волн разработать:

- методику экспрессного определения «условной крахмалистости» и влажности зерна пшеницы, ржи и тритикале с использованием метода спектроскопии в ближней инфракрасной области;

- методику определения прозрачности этилового спирта из пищевого сырья в видимой и УФ - области спектра электромагнитных волн позволяющую оценивать качество и безопасность исследуемого продукта;

5. С использованием методов многомерного спектрально-люминесцентного анализа разработать:

- экспресс-методику идентификации этилового ректификованного спирта, произведенного из пищевого и непищевого сырья;

- методику идентификации спиртов различного происхождения в водках и водках особых;

6. С применением методов ионной хроматографии (ИХ):

- разработать селективные и высокочувствительные методики определения катионов (лития, натрия, аммония, калия, кальция, магния, стронция, бария) в воде и водках;

- разработать методику определения силикатов в водках;

- разработать методику определения жесткости воды и водки;

Научная новизна диссертационной работы. На основании разработанной методологии комплексного контроля биотехнологического процесса производства этилового спирта и ликероводочной продукции предложен новый подход к оценке применяемого сырья, основанный на анализе его отдельных компонентов, оказывающих влияние на качество и безопасность готового продукта.

Впервые исследована взаимосвязь между спектрами пропускания зерна в ближнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн и показателем «условной крахмалистости» зернового сырья. На основании выявленных закономерно-

стей обоснована перспективность применения метода спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра для оценки качества зерна.

Впервые установлена корреляция между прозрачностью этилового спирта в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазоне электромагнитных волн и его технологической адекватностью, позволившая разработать новый метод оценки качества и безопасности исследуемого продукта.

Впервые выявлено, что для этиловых ректификованных спирт�