автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства российских коньяков на основе использования биохимически активированной древесины дуба

На правах рукописи

РЕЗНИЧЕНКО Кристина Вячеславовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РОССИЙСКИХ КОНЬЯКОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ДУБА

05.18.01 — Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

■ (

Краснодар - 2013

005531031

Работа выполнена в государственном научном учреждении «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии (ГНУ СКЗНИИСиВ РАСХН)

Научный руководитель: Оселедцева Инна Владимировна

кандидат технических наук, доцент Официальные оппоненты: Мишнев Павел Ягутнлович,

доктор технических наук, генеральный директор ОАО "Дербентский коньячный комбинат"

Блягоз Аслан Русланович,

кандидат технических наук, доцент кафедры технологии, машин и оборудования пищевых производств ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный технологический университет»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Всероссийский научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия им. Я.И. Потапенко» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 27 июня 2013 года в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корпус Г, ауд. 248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

Автореферат разослан 24 мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность темы. Технология производства бренди (коньяка) во всех странах с развитым виноградарством и виноделием имеет свою специфику. Индивидуальные отличительные черты этого напитка формируются за счет ряда технологических факторов. В Российской Федерации коньячное производство представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей пищевой промышленности. Производство коньяка в стране за 2010-2012 гг. составило более 8 млн дал, при этом наблюдается постоянный рост объемов его производства главным образом за счет импорта коньячных дистиллятов. В таких условиях важнейшей задачей является разработка и внедрение технологических приемов, направленных на улучшение качественных характеристик продукции и снижение ее себестоимости. Этого можно добиться за счет более эффективного и рационального использования природного потенциала древесины дуба.

Значительный вклад в разработку технологически гибких способов подготовки древесины дуба для выдержки коньячных дистиллятов внесли российские и зарубежные ученые: Агабальянц Г.Г., Гаджиев М.С., Джанполадян Л.М., Егоров И.А., Родопуло А.К., Кишковский З.Н., Личев В., Мартыненко Э.Я, Мнджоян E.JL, Мишиев П.Я., Нилов В.И., Оганесянц JI.A., Саришвили Н.Г., Скурихин И.М., Шприцман Э.М., Е.Т. Krebs, Р. Chatonnet и другие.

Повышение эффективности использования древесины дуба может быть достигнуто путем реализации приемов активации, основанных на биокатализе, так как процессы, протекающие при естественной сушке древесины, имеют биохимическую основу. В настоящее время активацию процесса созревания дубовой клепки традиционно осуществляют с использованием физических и химических способов. Процесс биохимической активации дубовой древесины, используемой в коньячном производстве, остается малоизученным. Таким образом, исследования, направленные на совершенствование технологии производства российских коньяков посредством использования приемов биохимической активации древесины дуба являются актуальными.

1.2 Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось совершенствование технологии производства российских коньяков на основе использования биохимически активированной древесины дуба.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

-исследовать естественную микрофлору дубовой клепки и оценить возможность использования биохимического способа предварительной обработки древесины дуба;

- исследовать влияние способа предварительной обработки на свойства древесины дуба и химический состав получаемых водно-спиртовых экстрактов;

-усовершенствовать методику оперативного контроля качества коньячных дистиллятов в процессе выдержки;

- выбрать оптимальные параметры процесса предварительной обработки древесины дуба с использованием биохимической активации;

- исследовать режимы выдержки коньячных дистиллятов в контакте с биохимически активированной древесиной дуба с использованием промышленных ферментных препаратов;

-усовершенствовать технологию производства российских коньяков на основе использования биохимически активированной древесины дуба, разработать техническую документацию и апробировать усовершенствованную технологию в производственных условиях;

- рассчитать ожидаемый экономический эффект от использования усовершенствованной технологии производства российских коньяков.

1.3 Научная новизна. Экспериментально подтверждена достоверность высказываемой в научной литературе гипотезы о возможности применения биохимических способов активации древесины дуба, используемой в коньячном производстве. Впервые показана целесообразность биохимической активации посредством применения промышленных ферментных препаратов при предварительной обработке дубовой клепки, используемой для выдержки коньячных дистиллятов. Определено влияние биохимической активации древесины дуба на формирование комплекса легколетучих и экстрактивных компонентов выдерживаемых коньячных дистиллятов. Установлена взаимосвязь между параметрами предварительной обработки древесины дуба, предусматривающей её биохимическую активацию с последующим термическим воздействием, химическим составом получаемых выдержанных коньячных дистиллятов и их органолептическими характеристиками. Выявлены закономерности процесса обогащения коньячных дистиллятов ароматобразующими компонентами при выдержке в контакте с био-

химически активированной древесиной дуба. Показана возможность регулирования процесса созревания коньячных дистиллятов посредством использования биохимически активированной древесины дуба на различных этапах выдержки.

Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2433167 «Способ обработки дубовой клепки, используемой при созревании коньячных и им подобных спиртов».

1.4 Практическая значимость. Усовершенствована технология производства российских коньяков, позволяющая направленно регулировать процесс созревания коньячных дистиллятов посредством использования биохимически активированной древесины дуба как в режиме полной выдержки, так и в режиме довыдержки. Разработаны технологические инструкции на производство коньячных дистиллятов на основе режима полной выдержки (ТИ 9174-003-371273102012) и с использованием режима дополнительной выдержки (ТИ 9174-00437127310-2012), российских коньяков трехлетних «Новинка» (ТИ 9174-00537127310-2012) и «Дамский» (ТИ 9174-006-37127310-2012). Проведены производственные испытания усовершенствованной технологии на предприятиях ООО «Коньячный завод «Темрюк» и ОАО АПФ «Фанагория». Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составляет 47,4 руб./дал готовой продукции в ценах 2012 г.

1.5 Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Ш-У1 Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2009-2012 гг.), Международной научно-практической конференции «Высокоточные технологии производства, хранения и переработки винограда» (г. Краснодар, 2010 г.), X Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Современные достижения в виноградарстве и виноделии» (г. Ялта, 2011 г.), Международной научно-практической конференции «Разработки, формирующие современный облик садоводства и виноградарства» (г. Краснодар, 2011г.), IV Международной научно-практической конференции НТТМ-2012 «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2012 г.), Международном научно -практическом семинаре «Агротехнические и технологические приемы, способствующие формированию качества винодельческой продукции» (г. Краснодар,

2012 г.), на ежегодных заседаниях Ученого совета ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхо-закадемии. Работа включена в программу НИР, финансируемых Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (государственный контракт№ 11439 р/17136 от31.01.2013 года).

1.6 Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получен патент РФ на изобретение № 2433167 «Способ обработки дубовой клепки, используемой при созревании коньячных и им подобных спиртов».

1.7 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы, методической и экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы (208 источников, в том числе 45 - зарубежных авторов) и приложения. Основной текст диссертации изложен на 132 страницах компьютерного текста, содержит 25 рисунков и 9 таблиц.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследований использовали дубовую клепку, полученную из древесины дуба черешчатого (Q. robur), выращенного в Абинском, Майкопском и Хадыженском районах (Россия), провинции Лемузен (Франция); комплексные ферментные препараты: Тренолин Супер ДФ, Фруктоцим МА, San Super 240L, Fludase и Глюкозим Л-400-С+; коньячные дистилляты молодые и выдержанные в контакте с биохимически активированной дубовой клепкой.

Основные физико-химические показатели коньячных дистиллятов определяли по действующим нормативным документам. Определение легколетучих компонентов в дистиллятах проводили газохроматографическим методом (газовый хроматограф «Кристалл 2000» (Россия). Содержание дубильных веществ определяли титриметрическим методом, массовую концентрацию общего экстракта в дистиллятах - методом выпаривания и сушки до постоянного веса. Идентификацию ароматических альдегидов и фенольных кислот проводили методом капиллярного электрофореза (прибор Капель-105 (Россия). Методика определения концентрации ароматических альдегидов и фенольных кислот была усовершенствована в процессе выполнения диссертационной работы. Разработанные условия предусматривают изменение состава рабочего буферного раствора и режима измерения путем перехода длины волны с 373 нм на 280 нм перед выходом сире-

невой, феруловой, ванилиновой и галловой кислот, что позволяет дифференцировать ванилиновую и феруловую кислоты и идентифицировать данные компоненты с высокой точностью. Усовершенствованная методика оформлена в виде СТО 00668034-030-2011 «Коньячные дистилляты. Методика измерений содержания ароматических альдегидов и кислот методом капиллярного электрофореза», аттестована и внесена в реестр методик измерения РФ. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Исследование естественной микрофлоры дубовой клепки. В процессе сушки дубовой клепки, используемой для выдержки коньячных дистиллятов, на ее поверхности развиваются различные виды микроорганизмов, которые играют важную роль в созревании клепки. С целью идентификации естественной микрофлоры нами была исследована дубовая клепка, заготовленная в различных районах, подвергнутая естественной сушке и выдержке в условиях климата Краснодарского края. На поверхности всех исследуемых образцов было выявлено несколько видов мицелиальных грибов (таблица 1).

Таблица 1 - Мицелиальные грибы, идентифицированные на поверхности

дубовой клепки

Происхождение древесины Российский дуб (Кавказский) Французский дуб (пров. Лемузен)

Абинский р-н Майкопский р-н Хадыженский р-н

Микроорганизмы Aspergillus sp. Pénicillium sp. Alternaria sp. Rhizopus sp. Aspergillus sp. Pénicillium sp. Rhizopus sp. Aspergillus sp. Pénicillium sp. Alternaria sp. Rhizopus sp. Aspergillus sp. Pénicillium sp. Alternaria sp.

Видовой состав грибов во всех образцах был идентичен, что можно объяснить влиянием микобиоты местности, где происходила выдержка клепки. Эти виды микроорганизмов обладают высокой ферментативной активностью, именно данные штаммы грибов способны синтезировать такие ферменты как амилазы, целлюлазы, пектиназы и каталазы. Направленное развитие выявленных мицелиальных грибов на дубовой клепке, сопровождающееся ферментативными процессами, способствует увеличению пористости древесины, ее проницаемости для жидкости, трансформации лигнина, что сделает древесину дуба более пригодной для использования в коньячном производстве.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

Интенсификация процесса выдержки и созревания древесины дуба для коньячного производства в желаемом направлении может быть достигнута путем колонизации древесины необходимыми микроорганизмами для активации естественных процессов выдержки клепки в парках хранения. Нами было выдвинуто предположение, что применение ферментных систем, продуцируемых микроорганизмами, обладающих высокой целлю-лолитической, гликозидазной и пектолитической активностью обеспечит условия, позволяющие добиться трансформации структурных компонентов древесины, минуя стадию культивирования живых микроорганизмов на древесине.

3.2 Влияние способа предварительной обработки древесины дуба на её свойства и химический состав получаемых водно-спиртовых экстрактов. С целью установления степени влияния различных способов обработки на свойства дубовой древесины были исследованы химический (обработка 0,3%-ми растворами соляной кислоты (НС1) и гидроокиси натрия (NaOH)), термический (нагревание дубовых кусочков при температуре 140°С в течение 45 часов) и биохимический способы предварительной обработки древесины. Биохимический способ заключался в обработке древесины суспензией ферментных препаратов с целлюлолитической активностью. Залив обрабатываемой древесины водно-спиртовым раствором (65% об.) осуществляли из расчета достижения удельной поверхности 150 см2/дм3.Выдержку проводили в герметично закрытой таре в течение 1 месяца. 19-°----

fro-------------------■---щ---

В качестве критерия степени | Г_Ж ■ " И

влияния способа обработки древе- | -------_-В-В-В—

сины на ее свойства была использо- 12.0 ■ -=— j |_

вана величина адсорбции уксусной 0,0 ........~

#

кислоты на поверхности древесины fo<?fc° дуба, характеризующая её пори- ¿Р ^ ^ ^

стость (рисунок 2). Качество полу- ¿f*

в кавказский дуб ■ французский дуб

Рисунок 2 - Величина адсорбции уксусной кислоты на поверхности фенольных альдегидов и кислот, ду- древесины дуба, обработанной различными способами

ченных экстрактов оценивали по уровню легколетучих компонентов,

бильных веществ, а также уровню рН экстрактов. Установлено, что при обработке древесины любым из исследуемых способов сорбция уксусной кислоты на её поверхности увеличивалась в несколько раз по сравнению с необработанной. При этом выявлено, что при химической активации данный показатель увеличивается в 2,2 - 5,6 раза по сравнению с необработанной древесиной, щелочная обработка более, чем в 2 раза повышает сорбционную емкость древесины по сравнению с кислотной. При термообработке величина адсорбции уксусной кислоты на поверхности древесины увеличивается в 4,4 раза по сравнению с исходной. Установлено, что самый низкий уровень адсорбции наблюдается при кислотной и ферментативной активации.

При увеличении времени воздействия на древесину ферментными препаратами величина адсорбции имеет тенденцию постоянного роста (рисунок 3). При исследовании состава полученных водно-спиртовых экстрактов установлено, что способ обработки

Продолжительность обработки, сут

—♦—кавказский дуб —Э— французский дуб

Рисунок 3 - Динамика адсорбции уксусной кислоты на поверхности древесины при биохимической активации древесины оказывает наибольшее

влияние на накопление следующих соединений: ацетальдегида (рисунок 4), коричного, капринового альдегидов, фурфурола и 5-метилфурфурола (рисунок 5). Самый высокий

каприновыи альдегид

і ацетальдегид

I 5-метилфурфурол

Рисунок 4 - Содержание ацетальдеги- Рисунок 5 - Содержание легколетучих да в экстрактах при различных спосо- альдегидов в экстрактах при различ-бах обработки древесины ных способах обработки древесины

уровень указанных веществ был идентифицирован в образцах с древесиной, активированной биохимическим методом.

Кроме того, биохимическая обработка древесины способствовала высокому накоплению этилкаприлата, являющегося компонентом «энантового эфира» (рисунок 6), а также масляной и изовалериановой кислот (рисунок 7).

■ этилкаприлат 3 метилкоприлат

■ изоамилацетат В этилвалериат

— о этилбутират В этилформиат

Рисунок 6 - Содержание эфиров в экстрактах при различных способах обработки древесины

а масляная к-та в изовалериановая к-та

Рисунок 7 - Содержание летучих кислот в экстрактах при различных способах обработки древесины

Фенольные альдегиды и кислоты были идентифицированы во всех опытных образцах (рисунок 8). При этом наивысший уровень концентраций указанных соединений наблюдался при осуществлении активации биохимическим и термическим способами. Во всех экстрактах древесины кавказского дуба было отмечено более высокое содержание ароматических альдегидов и

п галловая кислота з ванилиновая кислота а феруловая кислота и сиреневая кислота ш ванилин

□ сиреневый альдегид

ш конифериловый

альдегид ■ синаповый альдегид

Способ обработки древесины

Рисунок 8 - Уровень массовой концентрации ароматических альдегидов и кислот в исследуемых экстрактах

кислот по сравнению с древесиной лемузенского дуба.

При исследовании динамики накопления экстрактивных веществ было выявлено, что в результате кислотной и щелочной обработки древесины в

дистилляты интенсивно переходит значительное количество дубильных веществ, что может быть причиной грубого вкуса. Биохимический способ обработки способствует умеренному накоплению дубильных веществ, что может быть обусловлено щадящим режимом обработки дубовой клепки, который не трации дубильных веществ, общего экс- приводит к экстремальным изме-

тракта и значение рН в исследуемых нениям структуры древесины дуба экстрактах

(рисунок 9).

3.3 Выбор оптимальных параметров процесса предварительной обработки древесины дуба с использованием биохимической активации. С целью установления оптимальных параметров проведения процесса биохимической активации древесины дуба нами были выбраны: оптимальные дозировки комплексного ферментного препарата (КФП), приоритетная активность ферментной системы и продолжительность воздействия КФП на дубовую древесину. В качестве контрольного варианта был использован традиционный способ обработки дубовой клепки, предусматривающий двукратное замачивание древесины в холодной воде, обработку острым паром, ополаскивание холодной и горячей водой и высушивание до влажности 60%. При определении дозировок ориентировались на рекомендуемые нормы по обработке мезги и винограда ферментными препаратами. С целью последующей инактивации ферментного препарата проводили последующую сушку обработанной древесины при температуре 125-150 С до приобретения ею коричневой окраски. При этом также достигается дополнительная активизация процессов гидролитического расщепления углеводов древесины и деполимеризации лигнина с образованием низкомолекулярных фрагментов, способных растворяться в спиртовых растворах. Обработанную дубовую клепку помещали в 65%-ный коньячный дистиллят с рН 4,0 из расчета удельной поверхности 150 см2/дм3 и вы-

дуб К, дуб Ф, дуб К, дуб Ф, дуб К, І' дуб Ф, 1* дуб К, дуб Ф, №04 ИаОН НСІ НСІ био био

сиобщий экстракт, г/дм} ншдубильные вещества, г/ли1 -*-рН

Рисунок 9 — Уровень массовой концен-

держивали в течение 6 месяцев при температуре 22-25°С. Анализ результатов исследований показал, что оптимальным является режим обработки дубовой клепки, предусматривающий ее двукратное замачивание в холодной воде, обработку острым паром, ополаскивание, последующую ферментативную обработку клепки в течение 3-4 суток с помощью водной суспензии комплексного ферментного препарата, обладающего целлюло-литической, Р-полигалактуроназной и |3-гликозидазной активностью с суммарной активностью 6000-6200 ед/см3 с дозировкой препарата из расчета 0,75-1,0 г на 1 кг дубовой клепки, ополаскивание и сушку ферментированной дубовой клепки при температуре 125-150°С в течение 18-24 часов до появления коричневой окраски. Увеличение концентрации КФП, а также увеличение продолжительности процесса обработки нерационально, так как, согласно результатам исследований, сверхсильная интенсификация процесса этанолиза, позволяющая значительно увеличить концентрацию фенольных альдегидов и дубильных веществ, не способствует улучшению качества: в образцах данной группы были отмечены во вкусе излишняя танинность, некоторая слащавость, кроме того, они приобретали легкий буроватый оттенок. Научная новизна полученных решений подтверждена патентом на способ обработки дубовой клепки, используемой при созревании коньячных и им подобных спиртов.

3.4 Исследование режимов выдержки коньячных дистиллятов в контакте с биохимически активированной древесиной дуба с использованием промышленных ферментных препаратов. С целью установления оптимальных параметров и режимов выдержки коньячных дистиллятов в контакте с биохимически активированной древесиной дуба нами были проведены исследования, направленные на изучение влияния различных известных промышленных ферментных препаратов, используемых для активации, на состав и динамику накопления легколетучих и экстрактивных компонентов в коньячных дистиллятах. Для обработки использовали следующие КФП: Тренолин Супер ДФ, Фруктоцим МА, ЗапБирег 240Ь, Р1ис1а5е и Глюкозим Л-400-С+. Обработка клепки проводилась в установленных ранее дозировках препарата в течение 1,3,4,5 и 10 суток с последующей фиксирующей термообработкой. Обработанную ду-

бовую клепку заливали молодым коньячным дистиллятом (65% об.) из расчета удельной поверхности 150 см2/дм3 и выдерживали в герметично закрытой таре в течение 6 месяцев. m 4Q0_____

1 3 4 5 ю Продолжительность обработки, сут

Глюкозим Л-400-С+ -О-Тренолин Супер ДФ -й-ФруктоцимМА —San Super 240L —Fludase

Рисунок 10 - Динамика изменения концентрации ацетальдегида в дистиллятах

Согласно полученным данным, ч: 350

>300

при обработке древесины дуба различных районов произрастания исследуемыми КФП наблюдалась тенденция повышения концентрации ацетальдегида в дистиллятах при увеличении продолжительности времени обработки. Наиболее выражена эта тенденция была в дистиллятах, выдержанных на древесине лемузенско-го дуба (рисунок 10). Можно предположить, что при увеличении длительности контакта клепки с ферментным препаратом создаются условия, при которых образование ацетальдегида в дистиллятах происходит более интенсивно.

При исследовании динамики изменения концентрации уксусной кислоты была зафиксирована неустойчивая тенденция накопления ее содержания при увеличении времени активации древесины дуба КФП (рисунок 11).

Концентрация этилацетата в дистиллятах изменялась хаотично (рисунок 12), при этом во всех образцах было отмечено снижение содержания этилацетата при увеличении продолжительности обработки клепки до 3-4 дней, что можно объяснить созданием условий, при которых происходит гидролиз данного эфира или вступление его в реакции переэтерификации.

о

О 1 3 4 5 10 Продолжительность обработки, сут

-о— Глюкозим Л-400-С+ —в-Тренолин Супер ДФ

-й— Фруктоцим MA -San Super 240L

-Fludase

Рисунок 11 - Динамика изменения концентрации уксусной кислоты в дистиллятах

* О 1 3 4 5 10

Продолжительность обработки, сут —♦—Глюкозид» Л-400-С+ -»—Тренолин Супер ДФ

—Фруктоцим MA -San Super 240L

—і—Fludase

Рисунок 12 - Динамика изменения концентрации этилацетата в дистиллятах

образуется больше мономерных соединений, входящих в состав структурных элементов древесины, в частности пентоз, которые при последующей тепловой обработке в результате дегидратации превра-

Для фурфурола, в целом, установлена тенденция повышения концентрации при увеличении продолжительности обработки древесины дуба (рисунок 13). Это может быть обусловлено тем, что при увеличении продолжительности воздействия ферментов на древесину дуба 60

0 1 3 4 5 10 Продолжительность обработки, сут

-Глюкозим Л-400-С+ —в—Тренолин Супер ДФ

-Фруктоцим МА -San Super 240L

-Fludase

щаются в фурфурол. При этом самая „ ,~ „

г Рисунок 13 - Динамика изменения кон-

высокая концентрация фурфурола в центрации фурфурола в дистиллятах дистиллятах была зафиксирована

при обработке древесины лемузенского дуба препаратом SanSuper 240L.

При исследовании высших спиртов (рисунок 14) установлено, что уровень концентраций изоамилового и изобутилового спиртов при увеличении продолжительности обработки снижается. При этом концентрация

Глкжозим Л-400-С+

Ае Ае Ав Ае Ае'Аг А г А Г А Г А ГА (т А Гг А ^ А (т А ^ А Б А 5 А Б А* А А Г АI АI А ! 1345 10 1345 10 1345 10 1345 10 1345 10 Продолжительность обработки, сут н изоамиловый спирт ■ изобутанол

Рисунок 14 - Динамика изменения концентрации изоамилового и изобутилового спиртов в дистиллятах

указанных соединений зависит от района произрастания дуба.

800 _ Концентрация метанола в дистиллятах при ферментативной обработке клепки изменяется хаотично. При этом минимальный уровень метанола был установлен в образцах из апше-ронского дуба при трехдневной активации (рисунок 15).

При исследовании динамики изменения концентрации фенольных

0 1 3 4 5 10 Продолжительность обработки, сут

-Глюкозим Л-400-С+ -а—Тренолин Супер ДФ -Фруктоцим MA —San Super 240L

-Fludase

Рисунок 15-Динамика изменения альдегидов и кислот при фермента-концентрации метанола в дистиллятах

тивной обработке установлено, что происходит значительная интенсификация процесса образования и накопления фенольных альдегидов и кислот (рисунок 16). С увеличением периода обработки клепки КФП наблюдается планомерное повышение концентрации компонентов.

San Super 240L Fludase

Глюкозим Л-4 00-С+

Фруктоцим МА

350,0

<п 300,0 S et

250,0

S

« 200,0 =Г

2. 150,0

3- 100,0

X

о

^ 50,0 0,0

1 1 і і і і

1 1 і і і і

1 1 і і і і

1 1 »J і і

1 1 11 ■1 У gji і

ii я 64 N і1 ! і ЙЙ0 j:

__Ü і ■ 1 Liäsi l_ за 1 її! К жш

А ё А§ А§'Аі А Г АІ А1 А ї'А ^ АЛ" А й-А ^ А ^ А в Аэ Аэ Аэ Ав'А( Af Af Af Af 345 10 1345 10 1345 10 1345 10 1345 10

Продолжительность обработки, сут

и ванилиновая кислота и сиреневая кислота

и сиреневый альдегид и конифериловый альдегид

п галловая кислота и ванилин

Рисунок 16 - Динамика изменения концентрации фенольных альдегидов и

кислот в дистиллятах Проведенная статистическая обработка данных, направленная на установление связи между районом произрастания дуба, видом ферментного препарата, продолжительностью обработки и дегустационной оценкой, основанная на многофакторном дисперсионном анализе, позволила установить, что из перечня анализируемых факторов на дегустационную

оценку оказывают влияние вид ферментного препарата и продолжительность обработки дубовой клепки (рисунок 17).

Оптимальной является продолжительность обработки клепки в течение 3-4 суток независимо от района произрастания дуба для ферментного препарата, обладающего целлюлолитической, полига-

лактуроназной и гликозидазной о >

Рисунок 17 - Влияние вида ферментного активностью. При этом установ- препарата и продолжительности обра-

лено, что применять КФП Трено- ботки древесины дуба на уровень дегу-

лин Супер ДФ целесообразно для стационной оценки дистиллятов

обработки древесины дуба, выращенного в Апшеронском, Хадыженском и Майкопском районе. КФП Фруктоцим МА наиболее подходит для активации древесины лемузенского дуба и древесины дуба, выращенного в Майкопском районе.

3.5 Совершенствование технологии производства российских коньяков на основе использования биохимически активированной древесины дуба. С целью установления оптимальных параметров выдержки коньячных дистиллятов в контакте с биохимически активированной древесиной дуба, исследовали три производственных режима: I режим - режим полной выдержки, П-й и Ш-й - режимы довыдержки коньячных дистиллятов, полученных в производственных условиях. Первый режим предусматривал закладку молодого коньячного дистиллята на выдержку в контакте с дубовой клепкой, обработанной комбинированным способом с биохимической активацией, из расчета удельной поверхности 600-700 см2/дал. Выдержку проводили в течение 3-х лет. При реализации второго и третьего режимов использовали коньячный дистиллят, выдержанный в производственных условиях 24 месяца (2 года) и 30 месяцев (2,5 года) соответственно. Опытные образцы, согласно решению главного технолога, направлялись на дополнительную операцию - термическую обработку, что допускается основными правилами по производству. Дистилляты

продолжительность обработки

направляли на дополнительную выдержку на активированной разработанным способом дубовой клепке до достижения 3-летнего возраста. В выдерживаемых коньячных дистиллятах с интервалом 6 месяцев определяли массовую концентрацию фенольных альдегидов и кислот, дубильных веществ, а также проводили органолептический анализ образцов. В качестве индивидуального контроля для второго и третьего режимов выдержки были использованы исходные дистилляты, выдержку которых продолжали в первоначальных условиях. В качестве общего контроля был принят 3-летний коньячный дистиллят высокого качества, выработанный в производственных условиях.

При исследовании динамики накопления экстрактивных компонентов (I режим) наблюдалась устойчивая тенденция увеличения содержания суммарной концентрации фенольных альдегидов и кислот и дубильных веществ в процессе выдержки (рисунок 18). При этом с увеличением срока выдержки улучшались органолептиче-ские свойства, в аромате появлялись цветочно-смолистые оттенки, вкус приобретал полноту и мягкость.

При выдержке двухлетнего дистиллята (II режим) содержание дубильных веществ увеличилось в 8 раз, суммарная концентрация фенольных альдегидов и кислот увеличилась в 6 раз, при этом полученный трехлетний коньячный дистиллят обладал требуемыми органолептическими свойствами (рисунок 19).

При выдержке 2,5-летнего дистиллята (III режим) содержание ду-

Продолжительностьвыдержки, мес Езфенольные альдегиды и кислоты г—[дубильные вещества —*—дегустационная оценка

Рисунок 18 - Динамика накопления компонентов коньячного дистиллята, выработанного по I режиму

§ -§16 ш І 14

У

ш £

г §

■ 8.5

-

0,4 2" X

0.2 О

контроль 3-летний дистиллят

Продолжительность выдержки, мес

Рисунок 19 - Динамика накопления компонентов коньячного дистиллята, выработанного по II режиму

контроль 3-летний дистиллят Продолжительность выдержки, мес

бильных веществ увеличилось в 2,5 раза, а концентрация фенольных альдегидов и кислот выросла в 2,4 раза, что в целом способствовало также повышению органолеп-тической оценки (рисунок 20).

Таким образом, установлено, что технология выдержки коньячных Рисунок 20 - Динамика накопления дистиллятов может быть реализована компонентов коньячного дистиллята, как по схеме непрерывной выдержки выработанного по 111 режиму коньячного дистиллята, так и путем дополнительной выдержки дистиллятов с недостаточным уровнем созревания. Экспериментально установлено, что наиболее приоритетным является режим с периодом довыдержки в течение года.

В результате проведенных исследований была разработана аппаратурно-технологическая схема производства трехлетнего российского коньяка с использованием биохимически активированной дубовой клепки (рисунок 21). Согласно данной схеме дубовую клепку обрабатывают в горизонтальном резервуаре (3) по разработанной схеме, предусматривающей двукратное замачивание в холодной воде, обработку острым паром и водной суспензией КФП из расчета 1 г препарата на 1 кг дубовой клепки. Ферментацию дубовой клепки проводят в течение 3 суток в горизонтальном резервуаре. После обработки клепку ополаскивают с целью удаления остатков ферментного препарата, проводят обработку острым паром для инактивации ферментов, снова ополаскивают и оставляют для стекания и высушивания при температуре 20-25°С. После этого проводят термическую обработку клепки в туннельной печке при температуре 125-150°С в течение 18-24 часов до приобретения ею коричневой окраски. Обработанную дубовую клепку укладывают в резервуар (10), куда насосом (9) подается коньячный дистиллят. Резервуар заполняют с недоливом не более 2%. Выдержку коньячного дистиллята в контакте с обработанной дубовой клепкой проводят до достижения им трехлетнего возраста. В процессе выдержки проводят дозирование газообразного кислорода 2 раза в год в количестве не менее 15 мг/дм3.После выдержки коньячный дистиллят перекачивают в купаж-

ную емкость (12), где происходит приготовление купажа коньяка. Обработки купажа назначаются на основании результатов исследования розливостойкости купажа. Готовый коньяк хранят в резервуаре (21), из которого потом направляют на розлив.

Коньячный дистиллят Раствор - оклеивающих

14 12 ВС1||ССТВ

О

ТГТТТ

он1

о

о

[ТрГ

20

О

На розлив

1.5.9 - насос центробежный; 2,6 - парогенератор;

3.7.10 - горизонтальный резервуар; 4 - ленточный транспортер; 8 - туннельная печка для термической обработки дубовой клепки; 11 - кислородный баллон; 12,14,18,21 -резервуар; 13,20 - фильтр-пресс; 15,17- теплообменник; 16 - термос-резервуар

Рисунок 21 - Аппаратурно-технологическая схема производства трехлетнего российского коньяка с использованием активированной дубовой клепки

Проведены производственные испытания разработанной технологии на предприятиях ООО «Коньячный завод «Темрюк» и ОАО АПФ «Фанагория». Разработаны технологические инструкции на производство выдержанных коньячных дистиллятов на основе режима полной выдержки и с использованием режима дополнительной выдержки, а также российских коньяков трехлетних «Новинка» и «Дамский». Ожидаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии составляет 47,4 руб./дал готовой продукции в ценах 2012 года.

ВЫВОДЫ

1. Показана целесообразность применения ферментных систем, продуцируемых микроорганизмами, обладающих высокой целлюлолитиче-ской, гликозидазной и пектолитической активностью для направленной

трансформации структурных компонентов древесины дуба, используемой в коньячном производстве.

2. Установлено, что при биохимической активации древесины дуба посредством использования комплексных ферментных препаратов наблюдается изменение ее механических характеристик: адсорбционная способность древесины дуба, а следовательно, и пористость увеличивается в 2,43,7 раза. При этом продолжительность обработки древесины ферментными препаратами прямо пропорциональна увеличению величины адсорбции уксусной кислоты на ее поверхности, и, соответственно, пористости.

3. Экспериментально установлено, что водно-спиртовые экстракты, получаемые в результате выдержки в контакте с биохимически активированной древесиной дуба, обогащаются ароматическими и фурановыми альдегидами более чем на 50 % по сравнению с щелочным, химическим и термическим способами активации, кроме того, более чем на 15 % повышается уровень концентраций этилкаприлата, при этом увеличение концентрации дубильных веществ не наблюдается, что позволяет сбалансировать химический состав и улучшить органолептические свойства получаемой продукции.

4. Усовершенствована методика определения ароматических альдегидов и кислот посредством капиллярного электрофореза (СТО 00668034030-2011) за счет изменения состава рабочего буферного раствора и режима измерения путем перехода длины волны с 373 нм на 280 нм перед выходом сиреневой, феруловой, ванилиновой и галловой кислот, что позволяет дифференцировать ванилиновую и феруловую кислоты, повысить селективность и прецизионность.

5. Установлено, что при активации дубовой древесины промышленными ферментными препаратами определяющим фактором является ферментативная активность препарата и продолжительность обработки древесины независимо от района произрастания дуба.

6. Экспериментально установлено, что оптимальный результат при предварительной обработке дубовой древесины комплексными ферментными препаратами достигается при обработке клепки в течение 3-4 суток с помощью водной суспензии комплексного ферментного препарата, обла-

дающего целлюлолитической, Р-полигалактуроназной и Р-гликозидазной активностью с суммарной активностью 6000-6200 ед/см3 с дозировкой препарата из расчета 0,75-1,0 г на 1 кг дубовой клепки, с последующей сушкой ферментированной дубовой клепки при температуре 125-150 °С в течение 18-24 часов.

7. В результате проведенных исследований усовершенствована технология и разработана аппаратурно-технологическая схема производства российских коньяков, позволяющая регулировать процесс созревания коньячных дистиллятов посредством использования биохимически активированной древесины дуба как в режиме полной выдержки, так и в режиме довыдержки. Усовершенствованная технология позволяет обеспечить снижение затрат на производство за счет сокращения периода подготовки дубовой древесины, снижения количества закладываемой на выдержку дубовой клепки и, соответственно, потерь спирта на впитывание. Разработаны технологические инструкции по производству коньячных дистиллятов на основе режима полной выдержки (ТИ 9174-003-37127310-2012) и с использованием режима дополнительной выдержки (ТИ 9174-004-371273102012), а также по производству российских коньяков трехлетних «Новинка» (ТИ9174-005-37127310-2012) и «Дамский» (ТИ9174-006-37127310-2012). Ожидаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии составляет 47,4 руб./дал готовой продукции в ценах 2012 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кокорина (Резниченко) К.В. Исследование динамики изменения экстрактивных компонентов в коньячных спиртах, вырабатываемых в РФ / К.В. Кокорина (Резниченко), И.В. Оселедцева // Сб. статей III межд. науч. -практич. конф. «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы». - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2009.-С. 48-50.

2. Кокорина (Резниченко) К.В. Экстрактивные компоненты как определяющий фактор качества выдержанных коньячных спиртов / К.В. Кокорина (Резниченко), И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина, Н.М. Агеева // Сб. науч. труд, по матер, межд. науч. - практич. конф. «Научные исследования и

их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2009». Том 3. Техн. науки. - Одесса: Черноморье, 2009. - С. 20-24.

3. Кокорина (Резниченко) К.В. Выявление критериальных зависимостей между возрастом коньячных спиртов и составом ароматических и дубильных веществ / К.В. Кокорина (Резниченко), И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина, Н.М. Агеева // Матер. III всерос. науч. - практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» - Краснодар: КубГАУ,

2009.-С. 220-221.

4. Резниченко К.В. Разработка и апробация методики контроля качества процесса выдержки коньячных спиртов при хранении / К.В. Резниченко, ИВ. Оселедцева // Матер. IV всерос. науч. - практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» - Краснодар: КубГАУ,

2010.-С. 295-297.

5. Оселедцева И.В. Легколетучие идентификационные показатели качества коньячной продукции / И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина, Ю.Ф. Якуба, К.В. Резниченко // Плодоводство и виноградарство Юга России: темат. сетевой электрон, науч. журнал ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии - Краснодар,

2011. № 7(1), 14 с. -URL: http://www.journal.kubansad.ru/pdCll/01/08.pdf.

6. Оселедцева ИВ. Выбор и обоснование группы критериальных легколетучих показателей качества коньячной продукции / И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина, Ю.Ф. Якуба, К.В. Резниченко // Сб. науч. труд. НИВиВ «Магарач» «Виноградарство и виноделие». Том XLI., ч.1, - Ялта, 2011. - С. 8185.

7. Оселедцева И.В. Установление взаимосвязи между составом бренди и дегустационной оценкой / И.В. Оселедцева, Т.И Гугучкина, М.Г. Марковский, К.В. Резниченко // Сб. науч. труд. НИВиВ «Магарач» «Виноградарство и виноделие». Том XLI., ч. 2, -Ялта, 2011. - С. 100-102.

8. Оселедцева И.В. Характеристика подлинных и забракованных образцов бренди (коньяков) / И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина, М.Г. Марковский, К.В. Резниченко // Виноделие и виноградарство: № 2, 2011 -С. 16-17.

9. Оселедцева ИВ. Методика определения ароматических альдегидов и кислот в коньячной продукции / И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина,

К.В. Резниченко, М.В. Антоненко // Ред. журн. «Изв. вузов. Пищ. технология» -Краснодар, 2011. - 7 с. - Деп. в ВИНИТИ, 21.02.2011, № 78-В2011.

10. Резниченко К.В Разработка эффективной системы контроля процесса выдержки коньячных спиртов / К.В. Резниченко, И.В. Оселедцева // Матер, регион. науч. - пракгич. конф. «Научное обеспечение производства сельскохозяйственной и пищевой продукции высокого качества и повышенной безопасности» / ГНУ ВНИИТТИ. - Краснодар, 2011. - С. 256-258.

11. Резниченко, К.В. Особенности динамики компонентов древесины дуба / К.В. Резниченко, И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина // Матер. VIII межд. науч. - практич. конф. «Настоящи изследвания и развитие - 2012. Екология. Химия и химически технологии. Селско хозяйство. Ветеринарна наука».

( обия, р. Болгария, 2012. - Том 18. - С. 82-84.

12. Резниченко, К.В. Экстрактивные компоненты выдержанных коньячных дистиллятов отечественного и импортного производства / К.В. Резниченко, И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина // Виноделие и виноградарство: № 3,2012 — С. 20-23.

13. Резниченко К.В. Разработка технологии производства коньяков и бренди на основе использования биологически активированной дубовой древесины / К.В. Резниченко, И.В. Оселедцева // Сб. докл. IV межд. науч. -практич. конф. «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» / М: МГСУ, 2012. - С. 342-343.

14. Резниченко К.В. Биологическая активация дубовой древесины в коньячном производстве / К.В. Резниченко, И.В. Оселедцева, Т.И. Гугучкина // Виноделие и виноградарство: № 5,2012 - С. 30-33.

15. Патент РФ на изобретение № 2433167. Способ обработки дубовой клепки, используемой при созревании коньячных и им подобных спиртов / Н.М. Агеева, Т.И. Гугучкина, И.В. Оселедцева, К.В. Кокорина (Резниченко) -Бюл.№ 31, опубл. 10.11.2011.

Подписано в печать 22.05.2013. Формат 60x84 Vie Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 871 Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571, e-mail: olfomenko@yandex.ru

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ЗОНАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ САДОВОДСТВА И ВИНОГРАДАРСТВА . РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РОССИЙСКИХ КОНЬЯКОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ДУБА

05.18.01 - технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

("¡47(11 1

На правок рукописи

Резниченко Кристина Вячеславовна

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

кандидат технических наук доцент Оселедцева И.В.

Краснодар -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................7

1.1 Характеристика процесса формирования типичных свойств коньяков.......7

1.2 Роль древесины дуба в формировании коньячной продукции...................16

1.3 Сравнительная оценка способов предварительной подготовки дубовой древесины в виноделии.........................................................................................23

1.4 Применение биологических катализаторов (биокаталитических технологий) в различных отраслях промышленности.......................................31

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................38

2.1 Объекты исследований....................................................................................38

2.2 Методы исследований.....................................................................................39

2.2.1 Совершенствование методики определения ароматических альдегидов и кислот в коньячной продукции......................................................................41

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................................45

3.1 Исследование естественной микрофлоры дубовой клепки.........................45

3.2 Влияние способа предварительной обработки древесины дуба на её свойства и химический состав получаемых водно-спиртовых экстрактов.....48

3.2.1 Изменение пористости дубовой древесины при различных способах её активации.............................................................................................................48

3.2.2 Влияние биохимической обработки древесины на состав получаемых водно-спиртовых экстрактов.............................................................................52

3.3 Выбор оптимальных параметров процесса предварительной обработки древесины дуба с использованием биохимической активации........................62

3.4 Исследование режимов выдержки коньячных дистиллятов в контакте с биохимически активированной древесиной дуба с использованием промышленных ферментных препаратов............................................................67

3.5 Разработка технологической схемы производства российских коньяков на основе использования биохимически активированной древесины дуба.........97

3.6 Экономическое обоснование разработанной технологической схемы.... 109

ВЫВОДЫ.................................................................................................................110

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................112

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) СТО 00668034-030-2011 «Коньячные дистилляты. Методика измерений содержания ароматических альдегидов и кислот методом капиллярного электрофореза»...................................................133

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) Акты внедрения и производственного испытания усовершенствованной технологии производства российских коньяков на ООО «Коньячный завод «Темрюк».................................................143

ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное) Акты внедрения и производственного испытания усовершенствованной технологии производства российских коньяков на ОАО АПФ «Фанагория»...................................................................147

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное) ТИ 9174-003-37127310-2012 Технологическая инструкция по производству дистиллята коньячного выдержанного...............151

ПРИЛОЖЕНИЕ Д (обязательное) ТИ 9174-004-37127310-2012 Технологическая инструкция по производству дистиллята коньячного выдержанного...............159

ПРИЛОЖЕНИЕ Е (обязательное) ТИ 9174-005-37127310-2012 Технологическая инструкция по производству российского коньяка трехлетнего «Новинка»... 167

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж (обязательное) ТИ 9174-006-37127310-2012 Технологическая инструкция по производству российского коньяка трехлетнего «Дамский»..........................................................................................177

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (обязательное) Расчет экономической эффективности от внедрения усовершенствованной технологии производства российских коньяков на ООО «Коньячный завод «Темрюк».................................................187

ПРИЛОЖЕНИЕ И (обязательное) Расчет экономической эффективности от внедрения усовершенствованной технологии производства российских коньяков на ОАО АПФ «Фанагория»...................................................................191

ВВЕДЕНИЕ

Производство коньяка во всех странах с развитым виноградарством и виноделием имеет свою специфику и занимает особое положение в алкогольной промышленности. Индивидуальные отличительные черты этого напитка формируются за счет многих факторов, обусловленных почвенно-климатическими условиями, используемыми агротехнологическими приемами и особенностями технологии производства продукции [1].

Свое название напиток получил по имени города Коньяк (фр. Cognac) согласно решению Парижской конвенции 1864 года. Впоследствии Франция добилась признания коньяка всеми странами мира благодаря эффективной региональной специализации, позволяющей в полной мере использовать природные условия отдельных районов и получать высококачественную продукцию. Согласно постановлению ЕЭС коньяком может называться только бренди из столового вина с обязательными элементами в технологии, выработанный и разлитый в Департаменте Коньяк. В других странах традиционно такую продукцию называют бренди [2].

Первое упоминание о производстве в Российской империи виноградного бренди (коньяка) относится к 1865 году. Эта дата характеризует начало промышленного производства бренди на Кавказе [3].

Российским коньяком (согласно ГОСТ Р 51618-2009 «Российский коньяк. Общие технические условия») называется винодельческий продукт с объёмной долей этилового спирта не менее 40,0 %, изготовленный из коньячных дистиллятов, полученных фракционированной дистилляцией столового виноматериала, произведённого из винограда вида Vitis vinifera, и выдержанных в контакте с древесиной дуба не менее трёх лет.

На сегодняшний день в Российской Федерации коньячное производство представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей пищевой промышленности. Среднегодовое производство коньяка в стране за

2010-2012 гг. составляет более 8 млн дал, при этом наблюдается постоянный рост производства этого напитка. Однако заметную долю рынка коньяков занимает продукция зарубежных производителей [4]. В таких условиях остро стоит вопрос о повышении конкурентоспособности отечественной коньячной продукции, за счет совершенствования технологических приемов производства, способствующих улучшению качества.

Необходимым технологическим фактором в производстве высококачественных коньяков является древесина дуба. При увеличивающемся спросе на продукцию высокого качества встает вопрос дефицита дорогостоящей дубовой тары, использование которой предусмотрено традиционной технологией. При этом запасы высококачественной древесины для производства винодельческих бочек неуклонно снижаются [5].

Значительный вклад в разработку технологически гибких способов подготовки древесины дуба для выдержки коньячных дистиллятов внесли российские и зарубежные ученые: Агабальянц Г.Г. (1951), Гаджиев М.С. (2003,2012), Джанполадян Л.М. (1957, 1966), Егоров И.А. (1978, 1981), Родопуло А.К. (1978,1988),Кишковский З.Н. (2004, 2008),Личев В. (1961), Мартыненко Э.Я (2003), Мнджоян Е.Л. (1977, 1981), Мишиев П.Я. (2012),Нилов В.И. (1958), Оганесянц Л.А. (1992,1993, 1995, 1998), Саришвили Н.Г. (1992, 1996), Скурихин И.М. (1968, 1986, 2005) , Шприцман Э.М. (1960)Е.Т. Krebs и Е.Т. Krebs, Jr. (1934, 1944), P. Chatonnet (1989)и др.

Повышение эффективности использования древесины дуба может быть достигнуто путем реализации приемов активации, основанных на биокатализе, так как процессы, протекающие при естественной сушке древесины, имеют биохимическую основу. В настоящее время активацию процесса созревания дубовой клепки традиционно осуществляют с использованием физических и химических способов. Процесс биохимической активации дубовой древесины, используемой в коньячном производстве, остается малоизученным. Таким образом, исследования, направленные на совершенствование технологии

производства российских коньяков посредством использования приемов биохимической активации древесины дуба являются актуальными.

Исследованиями французских ученых последних лет показано, что биохимические превращения на стадии созревания коньячного спирта играют важную роль. Ферментативные процессы, затрагивающие компоненты дубовой древесины, протекают в дубовой клепке в период ее сушки и непосредственно при выдержке коньячного спирта [6].

К настоящему времени отсутствуют теоретические и практические данные по вопросам биохимической активации дубовой древесины. Имеются лишь разобщенные данные по вопросам возможного использования биохимической активации при производстве коньяков

Таким образом, исследования, направленные на совершенствование технологии производства российских коньяков посредством использования биотехнологических способов активации древесины являются актуальными и соответствуют современному технологическому укладу в промышленности.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Характеристика процесса формирования типичных свойств коньяков

Индивидуальность коньяка обусловлена природными факторами (почвы и климат), подбором сортов, перегонкой, выдержкой и купажированием материалов для производства коньяка. При этом доминирующим фактором типичности коньяков служит выдержка коньячного дистиллята в контакте с древесиной дуба [1].

В ходе выдержки происходит созревание коньячного дистиллята в результате протекания сложных физических, химических и биохимических процессов, в которых наряду с составными веществами дистиллята активно участвует древесина дуба [7].

Основным физическим процессом при выдержке дистиллятов является испарение спирта и его примесей, в результате чего происходит изменение концентрации ароматобразующих соединений. Экстрагирование растворимых соединений из дубовой древесины является еще одним определяющим процессом при выдержке коньячных дистиллятов [6].

В общем виде потери коньячного дистиллята складываются из перемещения дистиллята через клепку бочки и испарения спирта в воздух хранилища [8].

Согласно исследованиям И.М. Скурихина [9,10] все эти процессы могут быть описаны физическими законами.

По данным А.В.Лыкова [11], древесина относится к коллоидным капиллярнопористым телам, в которых перемещение жидкости обусловлено как диффузионно-осмотическими, так и капиллярными силами.

В работах В.А. Баженова [12] показано, что проницаемость древесины в зависимости от направления волокон различна. Л.М. Джанполадян [13] показал, что проницаемость коньячного дистиллята вдоль волокон древесины дуба в 2,4 раза выше, чем в тангенциальном направлении.

Перемещение жидкости и пара в древесине под действием диффузионно-осмотических и капиллярных сил может быть описано в общем виде формулой, аналогичной формуле закона Фика (I):

<№

Ах , (I)

где ¡2 - количество влаги, проходящее через поперечное сечение образца в единицу времени;

л: - толщина образца; И - коэффициент влагопроводности; Ж- влажность образца.

Из закона Фика вытекает, что скорость перемещения жидкости или пара прямо пропорциональна градиенту влажности образца. Внутренние слои дубовой клепки, соприкасающиеся с коньячным дистиллятом, могут иметь влажность порядка 110-165%, что зависит от плотности древесины. Наружные слои в зависимости от внешних условий (температуры, относительной влажности, скорости испарения и др.) имеют влажность 10-30%. В результате градиента влажности осуществляется перемещение коньячного дистиллята к наружной поверхности дубовой клепки. В зависимости от влажности древесины перемещение будет осуществляться в виде жидкости или в виде пара. При большой влажности клепки влага перемещается в виде жидкости, а при малых значениях влажности перемещение влаги происходит только в виде пара[8].

Л.М. Джанполадян [13] указывает, что при толщине дубовой клепки 30 мм на глубине 8-11 мм дистиллят находится в виде жидкости, а на глубине 19-22 мм - в виде паров. Скорость испарения дистиллята определяется скоростью диффузии пара через пограничный слой, прилегающий к поверхности жидкости. При одних и тех же условиях, но с увеличением скорости воздухообмена, испарение возрастает. Поэтому в помещениях более загерметизированных, где воздухообмен ограничен, потери коньячного дистиллята всегда ниже [14, 15].

Температурно-влажностный режим в хранилище оказывает влияние на изменение объема и крепости коньячного дистиллята. Значительное понижение крепости (до 1% об.в год) происходит при хранении коньячного дистиллята в условиях повышенных температур и высокой влажности. Относительно высокие потери коньячного дистиллята (до 5% об. в год) наблюдаются при ярусном размещении бочек вследствие появления макро- и микротечей в уторах и между клепками бочек, располагающихся в нижнем ярусе [6].

Влияние испарения на состав примесей коньячного дистиллята остается до настоящего времени слабоизученным вопросом. Это связано с тем, что при выдержке помимо улетучивания имеет место взаимодействие между примесями, сопровождающееся новообразованием одних и исчезновением других. Эти процессы протекают одновременно и разделить их практически невозможно.

Значительную роль при созревании коньячных дистиллятов играют диффузионные процессы, в результате которых происходит переход в дистиллят нелетучих компонентов, экстрагируемых из дубовой древесины. Установлено, что динамика концентраций этих компонентов имеет тенденцию к увеличению в ходе многолетней выдержки [8]. При этом учеными было отмечено существенное ослабление диффузионных процессов к 7-8 годам выдержки и начале преобладания процессов трансформации компонентов с потерей их растворимости и выпадением в осадок.

Вальтер наблюдал расслоение экстрактивных и летучих компонентов по высоте бочки при выдержке в ходе диффузионных процессов. При этом было отмечено уменьшение содержания спирта около дна бочки и увеличение содержания экстракта. В верхней части бочки наблюдался обратный процесс [16]. В работах Л.М. Джанполадяна и Ц.Л. Петросян описано увеличение перекисей в нижней части бочки, а кислорода - в верхней [17].

Х.Г. Барикян при усилении диффузионных процессов простым перемешиванием было отмечено существенное ускорение созревания коньячных дистиллятов [18].

Определенным индикатором скорости протекания физических процессов при выдержке является изменение цвета коньячных дистиллятов. Интенсивность окраски зависит от содержания экстрактивных веществ, состава дубовой древесины и условий выдержки [6].

Из химических процессов, происходящих при выдержке коньячных дистиллятов, наибольшее значение имеют окислительно-восстановительные превращения, гидролиз, этерификация, конденсация и карбониламинные реакции.

Окислительным процессам при выдержке коньячных дистиллятов всегда придавали большое значение. В работах Г.Г. Агабальянца [19] показано, что основными процессами при выдержке коньячного дистиллята являются окислительные, которые протекают в порах дубовой клепки, куда, с одной стороны, проникает кислород, а с другой - коньячный дистиллят, при этом развитая поверхность пор способствует увеличению скорости этих процессов.

С.М. Манская и М.П. Емельянова [20] считают, что извлекаемые из древесины при выдержке фенолы под воздействием кислорода образуют перекиси. Л.М. Джанполадян и Ц.Л. Петросян считают, что окислительные реакции, протекающие с участием перекисей, являются важнейшими для формирования букета и вкуса коньячного дистиллята [21].

В целом, кислород участвует во всех реакциях, связанных с улучшением качества коньячных дистиллятов [22]:

1) окисление пропилфенольных компонентов лигнина по двойной связи с образованием простейших ароматических альдегидов типа ванилина, при этом

I

наблюдается усиление ванильных тонов в аромате;

2) окисление дубильных веществ древесины дуба с образованием растворимых соединений, улучшающих вкус коньячного дистиллята.

При созревании коньячных дистиллятов происходит ряд сложных превращений летучих и нелетучих компонентов. Содержание летучих компонентов в процессе выдержки изменяется достаточно медленно. При этом,

являясь наиболее реакционноспособными, легколетучие соединения вступают во взаимодействие с другими группами веществ [23].

По мнению A.M. Аджиева легколетучие компоненты - альдегиды, средние эфиры, высшие спирты, летучие кислоты и.т.д. - играют особую ро�