автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Создание препарата растительного белка и разработка технологии его применения в виноделии

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ВИНОГРАДА И ВИНА "МАГАРАЧ'

ВЕСЮТОВА АНТОНИНА ВАЛЕРЬЕВНА

УДК 663.256.15/.257.3:547.9б

СОЗДАНИЕ ПРЕПАРАТА РАСТИТЕЛЬНОГО БЕЛКА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В ВИНОДЕЛИИ

05.18.05 - технология сахаристых веществ и продуктов брожения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 ДЕК ¿014

Ялта —2014

005556595

005556595

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Национальном институте винограда и вина "Магарач" Национальной академии аграрных наук Украины.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент НААН Загоруйко Виктор Афанасьевич, Национальный институт винограда и вина "Магарач", сектор коньяка, заведующий

доктор технических наук, профессор Мартыненко Эдуард Яковлевич,

Ялтинский филиал Европейского университета, кафедра менеджмента и социально-гуманитарных дисциплин, профессор

кандидат технических наук, доцент Толстенко Дмитрий Павлович, Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского, кафедра органической и биологической химии, доцент

Защита состоится "24" декабря 2014 г. в 14е2 часов на заседании специализиро ванного ученого совета Д 53.365.02 в Национальном институте винограда и вин "Магарач" по адресу: ул. Кирова, 31, г. Ялта, Республика Крым, 298600.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального института ви нограда и вина "Магарач" по адресу: ул. Кирова, 31, г.Ялта, Республика Крым 298600

Автореферат разослан ноября 2014 г.

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь специализированного ученого совета

В.А. Бойко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важной составляющей качества готовой винодельческой продукции остается ее стабильность к помутнениям коллоидной природы. Актуальность данной проблемы подтверждается значительным количеством теоретических и практических исследований отечественных и зарубежных ученых: Г.Г. Ва-луйко, E.H. Датунашвили, В.И. Зинченко, H.A. Мехузлы, Н.М. Агеевой, В.А Заго-руйко, O.A. Чурсиной, J. Ribereau-Gayon, Е J. Waters, Т.С. Somers, К. Wücherpfennig и др. Работы учёных были направлены на изучение механизмов процессов дестабилизации вин и факторов, влияющих на эти процессы, обоснование применения тех или иных вспомогательных материалов и их взаимодействия с компонентами вина при различных обработках.

Сложность решения данной проблемы заключается не только в многообразии состава вина и процессов, обусловливающих его дестабилизацию, но и в специфичности свойств используемых вспомогательных материалов, производимых в стране и поставляемых из стран ближнего и дальнего зарубежья.

Производство собственных эффективных вспомогательных препаратов для виноделия сдерживается в первую очередь, отсутствием инновационных технологий и научно обоснованных технологических требований к этим материалам. Широко применяемые в виноделии белковые препараты животного происхождения обусловливают потерю виноматериалами аутентичности, как объектов растительного происхождения.

В связи с этим возникает потребность в разработке перспективных вспомогательных материалов из растительного сырья, обладающих высокими технологическими качествами. Такими препаратами могут быть белки растительного происхождения.

Недостаточное обеспечение виноделия оклеивающими веществами отечественного производства, а также отсутствие широкого их ассортимента, делают перспективным создание отечественных препаратов растительного белка и актуальной разработку технологии обработки сусла и виноматериалов препаратами растительного белка.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Исследования, результаты которых представлены в диссертационной работе, выполнялись в соответствии с научно-техническими программами НА АН и тематическими планами НИВиВ «Магарач» (2006-2010 гг., 2011-2015 гг.) в рамках заданий: «Разработать новые энергосберегающие технологии производства тихих вин с комплексным использованием новых материалов, препаратов микроорганизмов, технологического оборудования и системы ТХМК» (0106U004459), «Исследовать основные закономерности процессов стабилизации виноматериалов к коллоидным помутнениям на основе использования новых вспомогательных материалов» (0111U004124).

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось создание препарата растительного белка (ПРБ) для виноделия и разработка технологии обработки сусла и виноматериалов с целью осветления сусла и стабилизации вин против коллоидных помутнений.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать выбор сырья и разработать режимы и параметры получения препарата растительного белка для виноделия;

- изучить состав и физико-химические показатели полученных препаратов белка, оценить их технологические свойства;

- разработать методические указания по оценке качества ПРБ и технологическую инструкцию получения ПРБ;

- исследовать изменение физико-химических свойств сусла и виноматериалов при обработке ПРБ;

- разработать режимы и параметры технологии обработки сусла и виноматериалов ПРБ;

- провести производственную апробацию технологии обработки сусла и виноматериалов препаратом растительного белка.

Объект исследования — коллоидные помутнения вин.

Предмет исследования — технология обработки сусла и виноматериалов препаратами растительного белка для виноделия против коллоидных помутнений.

Методы исследования — стандартизированные и специальные биохимические, физико-химические, микробиологические, органолептические, аналитические и математические методы анализа.

Научная новизна полученных результатов:

Впервые:

- определены физико-химические характеристики ПРБ: аминокислотный состав (соотношение диаминомонокарбоновых и моноаминодикарбоновых кислот); величина поверхностного заряда (0,08-0,14 мг-экв/г); фракционный состав белков (молекулярная масса свыше 67 кДа), которые обусловливают эффективность их применения в виноделии;

- установлены закономерности взаимодействия компонентов сусла и виноматериалов с ПРБ, которые определяются физико-химическими свойствами препаратов: особенности аминокислотного состава обусловливающего высокую величину поверхностного заряда, позволяющего эффективно реагировать с фенольными веществами и их полимерными формами; высокомолекулярные белки, обеспечивающие формирование плотного осадка.

Получили дальнейшее развитие:

- исследование режимов и параметров получения препаратов из различного растительного сырья;

- изучение способов осветления сусла и стабилизации виноматериалов.

Практическая значимость полученных результатов.

Разработаны режимы и параметры получения ПРБ для виноделия экстракцией растительного протеина 7%-ным раствором хлорида натрия, в течение 30 минут и соотношение гидромодуля (растворитель:твердая фракция) 8:1.

Разработана «Технологическая инструкция на производство препарата растительного белка для виноделия на опытной установке производительностью 300 кг/сутки» (ТИУ (00334830)-001:2013), утвержденная Украинским научно-исследовательским институтом масел и жиров НААН.

Разработаны требования к препаратам растительного белка для виноделия и методические указания «Методика технологической оценки препаратов растительного белка для виноделия (КД 00334830.100 - 2013), утвержденные НААН.

Разработана «Технологическая инструкция по обработке сусла и виномате-риалов препаратом растительного белка», утвержденная НИВиВ «Магарач», проведена ее производственная апробация в ООО «Агрофирма «Золотая балка», 2012 г. Общий объем внедрения составил 101,9 тыс. дал сусла и виноматериалов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии обработки сусла и виноматериалов составит 6,72 грн. и 11,2 грн. на 1000 дал соответственно. Ожидаемый экономический эффект от производства ПРБ на основе гороха составит - 4,6 грн. и на основе подсолнечника - 5,5 грн. на 1 кг препарата растительного белка.

Личный вклад соискателя в разработку научных результатов, вынесенных на защиту, состоит в анализе специальной литературы, постановке задач исследования, планировании и постановке экспериментов, анализе и обработке полученных результатов, подготовке к печати научных трудов, разработке нормативной документации, организации и проведении производственных испытаний, разработанной технологии.

Апробация результатов диссертации. Основные научные положения и результаты исследований доложены на заседаниях секций Ученого совета НИВиВ «Магарач» по виноделию (2008-2013 гг.); на конференции молодых ученых «Научные достижения молодежи — решению проблем питания человечества в XXI веке, (Киев, 2008 г.), международной научно-технической конференции «Химия и технология жиров», (Харьков-Алушта, 2008), международном форуме виноделов и эноло-гов «Вино и экология, традиции, инновации» (Киев, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе, 5 статей в специализированных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 109 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, четырех разделов, выводов, списка литературы (162 источника, в том числе 29 зарубежных авторов). Основной текст диссертации содержит 28 таблиц, 34 рисунка, 11 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и её значение в создании препаратов растительного белка и разработке технологии его применения в виноделии, сформулированы цель и задачи исследований, изложена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представлены данные их апробации, а также сведения о личном вкладе автора в проведенных исследованиях.

Первый раздел посвящен анализу литературных данных, на основании которых обоснован выбор сырья по производству ПРБ для виноделия. Критериями выбора являлись: достаточные площади посевов, высокая урожайность и процентное содержание белка в сырье, а также низкое содержание токсических веществ, жирных и ароматических масел. Указанным требованиям соответствовало такое сырье, как семена злаковых и бобовых сельскохозяйственных культур, а также шрот подсолнечника.

Во втором разделе «Методика исследований» представлена общая методика проведения экспериментальных исследований. Дана краткая характеристика материалов исследований, приведены физико-химические методы исследований и математические методы обработки экспериментальных данных.

Исследования проводили в НИВиВ «Магарач», Украинском научно-исследовательском институте масел и жиров (УкрНИИМЖ) НААН (г. Харьков), на кафедре высокомолекулярных соединений Киевского Национального университета (КНУ) им. Т.Г. Шевченко, в условиях микровиноделия Государственного предприятия «Агрофирма «Магарач» (п. Вилино, Бахчисарайский р-н). Производственные испытания проведены на базе ООО «Агрофирма «Золотая балка» (г. Севастополь).

В работе использовали семена зерно-бобовых и масличных культур, опытные образцы и зарубежные препараты растительного белка (ПРБ), сусло белых и красных сортов винограда, столовые белые и красные виноматериалы, крепленые (крепкие и десертные) белые виноматериалы.

Схема проведения исследований состояла из следующих этапов:

— обоснование растительного сырья для производства ПРБ;

— разработка технологических режимов и параметров получения нового ПРБ для виноделия велась в направлении поиска оптимального растворителя и его концентрации; температуры и времени экстракции; подбор соотношения твердой и жидкой фракций при максимальном выходе продукта из сырья;

— исследование физико-химических показателей препаратов растительного белка;

— приготовление виноматериалов из белых сортов винограда с внесением препаратов на стадии сусла в различных дозах;

— обработка виноматериалов с целью их стабилизации к коллоидным помутнениям с использованием ПРБ различного происхождения;

— закладка обработанных виноматериалов на контрольное хранение с целью определения сроков стабильности исследуемых образцов.

Оценку сырья проводили по показателям: органолептическая характеристика, массовая доля сырого протеина и жира, в пересчете на абсолютно сухое вещество, показатель рН десятипроцентной суспензии. ПРБ оценивали по следующим физико-химическим и технологическим показателям: молекулярно-массовое распределение белковых фракций методом электрофореза, аминокислотный состав методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, плотность поверхностного заряда методом потенциометрического титрования, таниносаждающая способность.

Всего было проанализировано 12 партий семян и шрота, 29 образцов сусла и 25 виноматериалов, 8 партий растительного белка зарубежного производства и 12 опытных партий ПРБ.

Полученные экспериментальные данные систематизировали и обрабатывали методами математической статистики с применением стандартного пакета прикладных программ (Microsoft Excel).

В третьем разделе «Разработка препарата растительного белка для виноделия» приведены результаты экспериментальных исследований растительного сырья, режимов и параметров получения препаратов, обоснование аппаратурно-технологической схемы их производства.

Исследования растительного сырья позволили установить массовую долю сырого протеина в пересчете на абсолютно сухое вещество в исследуемом сырье: в шроте подсолнечника 47 %, горохе — 37 %, пшенице — 21 %; при этом массовая доля растворимых протеинов к их общему содержанию составляла 80, 79, 77 % соответственно. Содержание жиров обнаружено только в продукте из шрота подсолнечника - 0,3 % от массы препарата.

Обязательным условием эффективной работы белков в кислой среде сусла и виноматериалов в процессе их технологической обработки является показатель рН их суспензии. Сравнительная характеристика препаратов, полученных солевым и щелочным способом, показала, что солевая экстракция позволяет получить препараты с более низким значением рН суспензии (4,5 ед. по сравнению с 6,5 ед. при щелочном способе).

Установлено, что для получения препаратов белка из семян гороха и шрота подсолнечника необходимо применять метод солевой экстракции (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема получения ПРБ для виноделия

Оптимальная концентрация хлорида натрия в экстрагенте составляет 7 %, время экстракции - 30 мин, соотношения растворителя и твердой фракции - 8:1.

Выход препарата из одного килограмма сырья для ПРБ солевой экстракции составляет 360 г, что на 63 % превосходит аналогичный показатель препаратов, полученных щелочным методом.

Исследование физико-химических показателей опытных препаратов проводилось в сравнении с желатином и зарубежными препаратами для виноделия, выработанными из растительного сырья.

Изучение эффективности действия разработанных препаратов на модельных растворах, сусле и виноматериалах позволило установить важную технологическую роль их физико-химических показателей: молекулярной массы белковых молекул, их поверхностного заряда и аминокислотного состава.

Особенности формирования осадка при взаимодействии ПРБ и фенольных компонентов обусловлены молекулярно-массовым составом белковых фракций. Методом электрофоретического разделения веществ на полиакриламидном агаровом геле, была установлена неоднородность белкового состава разработанных препаратов, характеризующихся наличием нескольких фракций с различными молекулярными массами. В ПРБ из подсолнечника обнаружено 9 фракций белка, 3 из которых находились в зоне 67 кДа и выше; белок ПРБ из гороха представлен одной четко выраженной фракцией в пределах 90 кДа (рис.2.) Препараты зарубежного производства имели близкие электрофоретические профили, превалирующими фракциями являлись белки с молекулярной массой 25-67 кДа.

Молекулярная масса, кДа

М 1 2 3 4 5 6

М-маркеры; 1 - ПРБ «Подсолнечник»; 2 - ПРБ «Горох»; 3 - «Provgreen Must»; 4 -«Provgreen Red»;5 - «Provgreen White»; 6 -желатин

Рис. 2. Электрофореграммы белковых препаратов

Нами показано, что состав аминокислот определяет совокупное соотношение в белке функциональных групп заряженных отрицательно (карбоксильных) и поло-

жительно (аминных), что обусловливает различный заряд молекул и, соответственно, величину их поверхностного заряда.

Анализ аминокислотного состава препаратов растительного белка из гороха и подсолнечника показал наличие в их составе 17 аминокислот (рис.3). Установлено наибольшее содержание от суммы всех аминокислот: глутаминовой кислоты для ПРБ «Горох» - 16 %, для ПРБ «Подсолнечник» - 22 %, аспарагиновой кислоты -11-13%, аргинина - 8-10 %, лейцина - 8-7 %, лизина 2,5-5 %, фенилаланина - 6-7 % соответственно.

В препарате «Горох», по сравнению с препаратом «Подсолнечник», обнаружено повышенное содержание аминокислоты лизин (в 3,4 раза), которая является представителем диаминомонокарбоновых кислот, и более низкое содержание моно-аминодикарбоновых кислот — глютаминовой и аспарагиновой, что определяет более высокий положительный заряд белков «Гороха» при рН 2,8-3,4 характерных для сусла и виноматериалов.

20 15 10

1 Глутаминовая кислота 7

2 Аспарагиновая кислота 8

3 Аргинин 9

4 Лизин 10

5 Лейцин 11

6 Фенилаланин 12

Валин

Изолейцин

Глицин

Серии

Алании

Гистидин

13 Пролин

14 Треонин

15 Тирозин

16 Метионин

17 Цистин

Рис. 3. Аминокислотный состав ПРБ «Горох» и «Подсолнечник»

Исследования показали (рис.4.), что величина поверхностного заряда, характеризующая реакционную способность белковых молекул по отношению к другим белковым веществам, для разработанных нами ПРБ, составляет: 0,14-0,08 мг-экв/г («Горох») и 0,11-0,07 мг-экв/г («Подсолнечник»), и превосходит показатели ПРБ иностранного производства 0,09-0,06 мг-экв/г («Provgreen White») и 0,04-0,02 мг-экв/г («Provgreen Must»).

ВГорох

□Подсолнечник

-Л-ПРБ горох -О—НРБ подсолнечник -0-"Provgreen White" —О— "Provgreen Must" Рис. 4. Величина поверхностного заряда ПРБ

Одним из показателей оценки качества белков является их таниносаждающая способность, т.е. способность белковых фракций к полному взаимодействию с танином. Наиболее высоким значением таниносаждающего показателя обладают опытный препарат растительного белка ПРБ «Горох» и зарубежные препараты «Provgreen White», «Provgreen Must» - 5 г танина на г препарата растительного белка. Ниже показатели у ПРБ «Подсолнечник» и «Provgreen Red» — 2-4 г/г. Самые низкие значения отмечены у отечественного препарата желатина и зарубежного ПРБ «Provgreen Red» - показатель таниносаждающей способности не превышает 1,5 г/г.

Нами проведены эксперименты по установлению степени сродства выделенных растительных белков к фенольным веществам различной химической природы. На примере препаратов танинов гидролизуемого (препарат «Танигал») и конденсированного (препарат «Танирейзен») типов показано, что разработанные препараты с указанными танинами взаимодействуют на 20-30 % эффективнее, чем их зарубежные аналоги. Это позволяет рекомендовать применение разработанных препаратов для обработки сусла и виноматериалов как самостоятельно, так и в сочетании с различными препаратами танинов.

При осветлении сусла важным технологическим моментом является физическая характеристика осадков, сформировавшихся в результате седиментации образовавшихся комплексов. Обработка сусла с использованием ПРБ проводилась в сочетании с бентонитом. Установлено, что разработанные препараты образуют плотный невзмучиваемый осадок, что упрощает процесс снятия осветленного сусла (рис.5).

Наибольший объем гущевых осадков 37 % отмечен при самоосветлении сусла в течение 12 часов при температуре отстаивания 10-12 °С. Применение желатина в сочетании с бентонитом привело к получению рыхлого осадка большого объема (до 1/5 объема сусла).

Опытные препараты «Горох» и «Подсолнечник» формируют трудно взмучиваемый осадок, при этом наименьший объем (2 %) плотного осадка дает обработка

сусла ГТРБ «Горох». Препарат ПРБ «Пшеница» и «Provgreen Must» образует легко взмучиваемый осадок, занимаемый 20 % и 18 % соответственно, от общего объема обработанного сусла, что значительно затрудняет декантацию его осветленной части и приводит к дополнительным потерям при технологических операциях.

100°-»

2 г so0., 'Л

0 .1 <50%

■J ^

1 | 40'.. = 5 20°о

г° " 0%

□

1 - самоосветление; 2 - желатин; 3 - ПРБ «Горох»;

4 - ПРБ «Подсолнечник»; 5 - ГТРБ «Пшеница»; 6 - «Provgreen Must»

Рис. 5. Образование осадков при оклейке сусла ПРБ

Таким образом, предложенные препараты являются эффективными средствами удаления фенольных веществ, образуя при этом плотный невзмучиваемый осадок, что упрощает процесс технологической обработки.

В четвертом разделе «Разработка технологии осветления сусла и стабилизации виноматериалов препаратом растительного белка» представлены исследования обработки сусла, шампанских, столовых белых и красных, крепких, десертных виноматериалов препаратами растительного белка.

Показана высокая эффективность применения ПРБ «Горох» и «Подсолнечник» для обработки сусла с различным содержанием взвесей, превышающая осветляющее действие желатина, в среднем, на 30-40 %. Для сусла различных фракций математически обоснованы дозы ПРБ, обусловливающие образование минимального объема осадка и содержание взвесей в сусле после обработки (10-30 мг/дм ): при содержании взвесей 60-120 г/дм3 доза препарата составляет 20-40 мг/дм в сочетании с бентонитом 0,5-1,5 г/дм3 (рис. 6), при содержании взвесей 120-150 г/дм - доза ПРБ 50-60 мг/дм3 в сочетании с бентонитом - 1,5-2 г/дм3.

Рассчитаны регрессионные уравнения зависимости снижения массовой концентрации взвесей в сусле от внесенной дозы ПРБ: для сусла с содержанием взвесей- 60-120 г/дм3 (1) и 120-150 г/дм3 (2):

Y = 31,8 + 0,68 *Х (1)

Y = 51,9+1,15 *Х, (2) з

где Y-снижение содержания взвесей, г/дм

X - доза ПРБ для осветления сусла, мг/дм

I

12 3 4?

кветлевная часть сусла В осадок

ч

24 4

22 -L

^ 20 -г

rf 8 t «16-19 14 -

§ 12 I

S 10 --

® 8 —

4 -2 -j-

0 -i-i-!--1---—+

6 -+■

0

10 20 30 40 50

дозаПРБ, мг/дм3

объем осадка —•-массоваяконцентрация взвесей

Рис. 6. Обоснование доз ПРБ и бентонита для обработки сусла

Установлено, что применение ПРБ «Горох» и «Подсолнечник» не привносит посторонние оттенки в органолептические показатели вин, обработанных ими на стадии сусла или виноматериалов, что подтверждается дегустационной характеристикой. Не установлено влияния ПРБ на такие показатели, как объемная доля спирта, рН, массовая концентрация Сахаров, титруемых кислот, общего и приведенного экстракта.

Обработка виноматериалов ПРБ исключает риск помутнений за счет избытка внесенного белка, так как рабочие дозы этих веществ значительно ниже уровня, обусловливающего переоклейку, что принципиально отличает ПРБ от белков животного происхождения (рис.7.).

Обработка белых виноматериалов, для производства шампанских вин не снижает пенистых свойств шампанизированных образцов (табл.1). Аналогичные закономерности получены при проведении обработки ПРБ красных виноматериалов для производства игристых вин.

о 7-1

0 jn,.jBmizi-ешга.tsaг i tsai t tmi г. ш_____ви_ ш

10 20 30 40 50 75 100 150 Доза препарата, мг/дм3

□ПРБ "Горох" О ПРБ "Подсолнечник" ВЖелатин Рис. 7. Влияние обработки ПРБ на показания танинового теста столового белого виноматериала

и

Таблица 1

Физико-химические показатели шампанизированных вин

Вариант обработки Мутность, ф.е. Тесты на НКП, ф.е. Пенистые свойства

таниновый экспрессный Максимальный объем пены, см3 Скорость разрушения пены, см3/с.

Контроль 8,7 5,0 3,6 850 20,2

Бентонит 1,1 1,5 1,1 440 21,3

«Кристалин» 0,4 0,9 0,8 420 21,8

ПРБ «Горох» 0,4 0,5 0,6 430 21,4

ПРБ «Подсолнечник» 0,2 0,8 0,8 420 21,8

«Provgreen White» 0,4 0,6 0,8 420 21,6

Разработанные препараты растительного белка превышают реакционную способность желатина по отношению к полимерным формам фенольных веществ. Ва-нилинреагирующие фенольные вещества эффективнее удаляет ПРБ «Горох», про-цианидины - ПРБ «Подсолнечник», что позволяет проводить целенаправленное удаление заданной группы фенольных соединений с целью максимального стабилизирующего эффекта при минимальных затратах вспомогательных материалов. Ан-тоцианы, обусловливающие окраску красных столовых и игристых вин, в большей степени удаляются желатином, что позволяет рекомендовать обработку ПРБ для сохранения цвета красных виноматериалов.

Наиболее трудным моментом в стабилизации вин является обработка крепленых виноматериалов, характеризующихся высоким содержанием полимерных форм фенольных веществ.

Обработка крепленного крепкого вина «Портвейн белый» против коллоидных помутнений показала, что более значительное снижение массовой концентрации, как общих фенольных веществ, так и их полимерных форм дает применение ПРБ «Горох» - 247 мг/дм3, из них 243 мг/дм3 приходится на полимерные формы, ПРБ «Подсолнечник» - 211 и 120 мг/дм3 соответственно. Для желатина эти показатели ниже и составили, соответственно, 136 и 98 мг/дм3. Это свидетельствует о высокой способности ПРБ образовывать связи с окисленными формами фенольных веществ, участвующих в формировании обратимых коллоидных помутнений.

Эффективность обработки виноматериалов разработанными нами препаратами, к обратимым коллоидным помутнениям, подтверждена результатами тестов на розливостойкость.

Высокая эффективность ПРБ показана в случае обработки крепленых десертных виноматериалов, трудно поддающихся стабилизации (табл. 2).

Таблица 2

Результаты оклейки крепленого десертного белого виноматериала

Схема обработки Мутность после фильтрации, ф.е. Массовая концентрация фенольных веществ, мг/дм3 Тест ОКП*, ф.е.

общих полимерных форм

Без обработки 34,4 400 187 75

Желатин 15,3 366 165 9,8

ПРБ «Горох» 9,8 364 144 1,5

ПРБ «Подсолнечник» 8,0 362 137 2,7

* обратимые коллоидные помутнения, формазинные единицы

Оклейка желатином не обеспечила стабильность виноматериала к ОКП (9,8 ф.е.), мутность после фильтрации также оказалась высокой (15,3 ф.е.). Снижение содержания фенольных веществ во всех вариантах опыта - 34-38 мг/дм ; полимерные формы снижаются более значительно за счет взаимодействия с ПРБ «Горох» (43 мг/дм3), ПРБ «Подсолнечник» (50 мг/дм3), что превышает результат действия желатина в 2 раза. Стабильность виноматериалов была достигнута при внесении ПРБ в дозе 75 мг/дм3 в сочетании с бентонитом (2 г/дм3).

Таким образом, показана эффективность применения ПРБ для оклейки сусла и обработки виноматериалов различных типов.

В пятом разделе приведено обобщение результатов исследований. Анализ литературных данных и результатов экспериментальных исследований позволили установить причинно-следственные связи между физико-химическими показателями ПРБ и качеством технологической обработки (рис.8). Доказано, что присутствие высокомолекулярных белков обусловливает формирование плотного невзмучивае-мого осадка; аминокислотный профиль, включающий значительное содержание диаминомонокарбоновых кислот определяет более высокий, а моноаминодикарбо-новых - более низкий положительный поверхностный заряд белковых молекул. ПРБ с более высоким зарядом активнее реагируют с фенольными веществами, что обеспечивает коллоидную стабильность меньшими дозами препарата. Показано высокое сродство разработанных ПРБ к фенольным веществам различной природы, что обусловливает эффективное их удаление, особенно полимерных фракций.

Нами установлено, что наибольшая величина поверхностного заряда определяет более высокую реакционную способность (рис. 9). Установлена тесная корреляционная связь между величиной поверхностного заряда и снижением содержания фенольных веществ в сусле и виноматериалах (г = 0,94). Наиболее эффективным является препарат с максимально положительным поверхностным зарядом - ПРБ «Горох» (0,12 мг-экв/г), далее следуют: ПРБ «Подсолнечник» (0,7 мг-экв/г), «Provgreen White» (0,6 мг-экв/г), «Provgreen Must» (0,04 мг-экв/г).

ПРЕПАРАТ РАСТИТЕЛЬНОГО БЕЛКА

Особенности технологии и

солевая экстракция

семена гороха шрот подсолнечника

Качественный и количественный >став аминокислот

Высокое содержание диаминомонокарбоновых кислот

Эффективность при стабилизации к коллоидным помутнениям

Рис. 8. Взаимосвязь физико-химических показателей ПРБ и их стабилизирующего эффекта

2 о х

5 <

0 ®

1 е

I?

М s

2 я

я 5 = й. 5 3

0,14 j -0,12 | 0,1 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 --ol

Y 150 ж

5 Ь

- 120 3 Я в о О

- 90 § 2 ■•> о о —

+ 60 5 х 3 з

й 2

г 11

-1 0 g

1 2 образец

Я ветчина поверхностного заряда ♦ снижение с одержана фенольных вешеств 1 -ПРБ «Горох»; 2 - ПРБ «Подсолнечник»* - «Provgreen White»; 4 - «ProvgreenMust»

Рис 9 Влияние величины поверхностного заряда на снижение содержания фенольных веществ, при обработке сусла

Полученные результаты позволили разработать требования к ПРБ для виноделия (табл. 3), включающие показатели: органолептическая характеристика, массовая доля сырого протеина, массовая доля растворимых протеинов к общему содержанию массовая доля жира, показатель рН.

Таблица 3

Требования к препарату мстительного белка для виноделия

Наименование показателя Характеристика

«Подсолнечник» | «Горох»

Внешний вид однородный порошок

Цвет от белого до от светло-желтого светло-серого до желтого

Вкус и запах чистый, обезличенный, без постороннего привкуса и запаха

Массовая доля сырого протеина, в пересчете на абсолютно сухое вещество, %, не менее 73

Массовая доля растворимых протеинов к общему содержанию, %, не менее 79

Массовая доля влаги, %, не более 4,0-5,0

Массовая доля жира, в пересчете на абсолютно сухое вещество, %, не более 0,3

Массовая доля золы (в пересчете на абсолютно сухое вещество), %, не более 1,0-3,0

рН, 10 % суспензии 4,0-4,5

Отработанная в лабораторных условиях схема получения препаратов растительного белка была апробирована в промышленных масштабах на базе УкрНИ-ИМЖ НА АН. Аппаратурно-технологическая схема (рис.11) включает: приемку, подготовку сырья и основных материалов; экстракцию белковых веществ водным раствором хлористого натрия; концентрацию суспензии центрифугированием и отделение экстракта концентрата от нерастворимого остатка; осаждение растворимого белка во взвеси белковой части семян из дисперсии в изоэлектрической точке 10 % соляной кислотой; отделение осадка; промывку водой от поваренной соли; гомогенизацию пасты концентрата; сушку концентрата; утилизацию нерастворимого остатка и сывороточных вод.

Физико-химические показатели (органолептическая характеристика, массовая доля сырого протеина и жира, рН) полученных препаратов соответствует требованиям, установленным в результате данной работы.

На основании проведенных исследований были разработаны ТИ У (00334830)-001:2013 «Технологическая инструкция на производство препарата растительного белка для виноделия на опытной установке производительностью 300 кг/сутки», утвержденная УкрНИИМЖ НААН и МУ КД 00334830.100-2013 «Методика технолопчноТ оцшки препаратов рослинного бшку для виноробства», утвержденные НААН.

Рис. 10. Аппаратурно-технологическая схема получения ПРБ: 1,2 - экстрактор периодического действия; 4,17,18 -центрифуга; 5,12 - мерник; 6,11 - бак промежуточный; 7 - сборник экстракта; 8 - бак; 9 - мешалка; 10 - сушильная установка; 13 - бак нейтрализации; 3, 14,15,16 - насос; 19,20 - аппарат электрофлотационной очистки.

Математическая обработка полученных результатов производственных обработок сусла и виноматериалов позволила обосновать оптимальные дозы ПРБ (табл. 4).

Таблица 4

Рекомендуемые дозы ПРБ для обработки сусла и виноматериалов, мг/дм3

Препарат растительного белка Сусло Белые Красные Крепленые крепкие и десертные белые

столовые и шампанские столовые и игристые

«Горох» 20 20-30 20-50 50-75*

«Подсолнечник» 30

* доза, для труднообрабатываемых вин

Выработка ПРБ в условиях производства проводилась на опытной установке на базе УкрНИИМЖ НА АН. Проведена производственная апробация ПРБ в ООО «Агрофирма «Золотая балка» для осветления сусла и стабилизации вин против коллоидных помутнений.

Ожидаемый экономический эффект от производства ПРБ «Горох» составит — 4,6 грн. и «Подсолнечник» - 5,5 грн. на 1 кг препарата растительного белка.

Общий объем внедрения составил 101,9 тыс. дал сусла и виноматериалов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии обработки сусла составит 6,72 грн и виноматериалов -11,2 грн на 1000 дал.

ВЫВОДЫ

1. На основании проведенных теоретических исследований показана целесообразность создания препарата растительного белка для виноделия и разработки технологии его применения для обработки сусла и виноматериалов; обоснованы источники растительного сырья — семена злаковых и бобовых сельскохозяйственных культур, а также шрот подсолнечника.

2. Установлено, что качество обработки сусла и виноматериалов ПРБ обусловлено присутствием в препаратах высокомолекулярных белков, обеспечивающих образование плотного невзмучиваемого осадка; реакционноспособность ПРБ по отношению к фенольным веществам связана с величиной поверхностного заряда белковых молекул, зависящей от соотношения диаминомонокарбоновых или моноами-нодикарбоновых аминокислот.

3. Разработана технология получения ПРБ для виноделия, основанная на методе солевой экстракции со следующими режимами: концентрация хлорида натрия - 7 %, температура - 50 °С, гидромодуль -8:1, время экстракции - 30 мин.

4. Разработаны требования к ПРБ, включающие показатели: органолептиче-ские — нейтральные вкус и аромат, массовая доля сырого протеина, в пересчете на абсолютно сухое вещество - не менее 73 %, массовая доля растворимых протеинов к общему содержанию — не менее 79 %, массовая доля жира, в пересчете на абсолютно сухое вещество — не более 0,3 %, рН- 4,0-4,5.

5. Определены физико-химические характеристики новых препаратов: величина поверхностного заряда в зоне pH вина - 0,08-0,14 мг-экв/г; аминокислотный состав, включающий 17 аминокислот; превалирование белков с молекулярной массой 67 кДа и более.

6. Показана высокая эффективность применения ПРБ «Горох» и «Подсолнечник» для обработки сусла с различным содержанием взвесей, превышающая осветляющее действие желатина на 30-40 %. Математически обоснованы дозы ПРБ для сусла различных фракций.

7. Установлено, что обработка виноматериалов ПРБ не снижает пенистых свойств шампанских и игристых вин по сравнению с традиционными препаратами. Рекомендованы дозы разработанных ПРБ для обработки: столовых, шампанских виноматериалов - 20-50 мг/дм3; крепленых - 50-70 мг/дм3.

8. Разработаны Методические указания «Методы оценки препарата растительного белка для виноделия», утвержденные НААН. Создано экспериментальное производство ПРБ для виноделия на базе УкрНИИМЖ НААН. Разработана и утверждена «Технологическая инструкция на производство препарата растительного белка для виноделия на опытной установке производительностью 300 кг/сутки». Ожидаемый экономический эффект производства составляет 4,6 и 5,5 грн/кг для ПРБ «Горох» и «Подсолнечник» соответственно.

9. Проведена производственная апробация ПРБ в ООО «Агрофирма «Золотая балка». Общий объем внедрения составил 101,9 тыс. дал сусла и виноматериалов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии обработки сусла -6,7 грн. и виноматериалов -11,2 грн. на 1000 дал. Разработана «Технологическая инструкция по обработке сусла и виноматериалов препаратом растительного белка», утвержденная НИВиВ «Магарач».

СПИСОК РАБОТ,

опубликованных по теме диссертации Статьи в специализированных изданиях

1. Препараты растительных белков для виноделия / В.А. Загоруйко, O.A. Чурсина, A.B. Весютова, П.Ф. Петик, A.C. Макаров, Д.П. Ермолин,

A.A. Соколов // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2008. - № 3. - С. 37-38.

2. Характеристика препаратов растительных белков для виноделия /

B.А. Загоруйко, O.A. Чурсина, A.B. Весютова, A.A. Соколов // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2009. — № 1. — С. 32-33.

3. Розробка вимог до npenapaiiß рщкого желатину для виноробства з метою обгрунтування Тхнього виробництва в УкраУш / В.О. Загоруйко, В.Г. Гержикова, О.О. Чурсша, Н.В. Гниломедова, O.JI. Удод, A.B. Весютова // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2009. — № 4. — С. 33.

4. Загоруйко В.О. Розроблення технолоп1 виробництва желатину для виноробства / В.О. Загоруйко, О.О. Чурсша, A.B. Весютова // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2011. - № 4. - С. 34.

5. Применение растительных белков при производстве игристых вин / В.А. Загоруйко, O.A. Чурсина, A.B. Весютова, Д.В. Ермолин, A.C. Макаров,

A.A. Соколов, П.Ф. Петик // Виноградарство и виноделие: сб. науч. трудов НИВиВ «Магарач». -Ялта. - 2013. - Т. XLIII. - С. 71-73.

6. Разработка препаратов растительного белка для виноделия / O.A. Чурсина,

A.B. Весютова, В.А. Загоруйко, П.Ф. Петик, JI.M. Горшкова, З.П. Федякина,

B.В. Карабутов // Сб. «Химия и технология жиров». Тез. межд. научн.-практ. конф. (Алушта, 29 сентября - 3 октября 2008 г.). - Алушта: УНИИМЖ, УААН. - 2008. -

C. 41—43.

7. Перспективне використання препаратав рослинного бшку у виноробств1 / A.B. Весютова, О.О. 4ypcÍHa, В.О. Загоруйко, I.M. Бабич // «Науков1 здобутки молод! - вирппенню проблем харчування людства у XXI столггп»: матер1али 74-оТ наук. конф. молодих учених, асшранттв i студен-пв. - Кшв, НУХТ. - 2008. - С. 195.

8. Инновации и качество вин / В.А. Загоруйко, O.A. Чурсина, A.B. Весютова// Тезисы международного форума виноделов и экологов «Вино и экология. Традиции, инновации» (Киев, 2-3.11.2011). - Киев, 2011. - С. 18-19.

9. Применение растительных белков для осветления и стабилизации виномате-риалов / A.B. Весютова, O.A. Чурсина, В.А. Загоруйко // Тезисы международного форума виноделов и экологов «Вино и экология. Традиции, инновации» (Киев, 2-3.11.2011).-Киев, 2011.-С. 15-16.

10. Загоруйко В.А., Чурсина O.A., Весютова A.B. Новый препарат желатина для виноделия - эножелатин // Напитки. Технологии и Инновации. - № 1-2. - 2012. -С. 62.

Личный вклад соискателя в научных работах. Теоретический анализ литературных источников, участие в постановке задач и проведении экспериментальных исследований, математическая обработка данных, написание и подготовка статьи к публикации [2, 3, 5-7]; участие в проведении экспериментальных исследований, написании статьи [1, 4, 8-10].

АННОТАЦИЯ

Весютова A.B. Создание препарата растительного белка и разработка технологии его применения в виноделии. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05 - технология сахаристых веществ и продуктов брожения. — Национальный институт винограда и вина "Магарач", Ялта, 2014.

Диссертационная работа посвящена вопросам осветления сусла и стабилизации вин против коллоидных помутнений на основе применения препаратов растительного белка.

Предложена схема получения ПРБ для виноделия, основанная на методе солевой экстракции, включающая режимы: концентрация хлорида натрия - 7 %, температура - 50 °С, гидромодуль - 8:1, время экстракции - 30 мин. Разработаны требования к ПРБ, включающие показатели: вкус и запах - нейтральный, массовая доля сырого протеина, в пересчете на абсолютно сухое вещество - не менее 73 %, массовая доля растворимых протеинов к общему содержанию - не менее 79 %, массовая доля жира, в пересчете на абсолютно сухое вещество - не более 0,3 %, pH 10%-ной суспензии — 4,0-4,5 ед. Научно обоснованы физико-химические характеристики новых препаратов, обусловливающие эффективность обработки сусла и виноматериа-

лов: величина поверхностного заряда в зоне рН вина - 0,08-0,14 мг-экв/г, аминокислотный состав, включающий 17 аминокислот, наличие белков с молекулярной массой 67 кДа и более, таниносаждающая способность — 2-5 г/дм3. Предложен способ обработки новыми ПРБ белых и красных столовых и шампанских виноматериалов, виноматериалов для производства игристых вин, крепленых виноматериалов. Разработаны методические указания «Методы оценки препарата растительного белка для виноделия», утвержденные НААН. Разработана и утверждена «Технологическая инструкция на производство препарата растительного белка для виноделия на опытной установке производительностью 300 кг/сутки». Ожидаемый экономический эффект производства составляет 4,6 и 5,5 грн/кг на ПРБ из гороха и подсолнечника соответственно. Разработана «Технологическая инструкция по обработке сусла и виноматериалов препаратом растительного белка», утвержденная НИВиВ «Магарач». Общий объем внедрения составил 101,9 тыс. дал сусла и виноматериалов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии обработки сусла — 6,7 1рн. и виноматериалов - 11,2 грн. на 1000 дал.

Ключевые слова: препарат растительного белка, семена гороха, шрот подсолнечника, сусло, виноматериал, обратимые и необратимые коллоидные помутнения.

АНОТАЩЯ

Весютова А.В. Створення препарату рослинного бшку та розробка технологи його використання у виноробствк — Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещ-алыпстю 05.18.05 - технолопя цукристих речовин 1 продукпв бродшня. - Нацюна-льний ¡нстатут винограду 1 вина "Магарач", Ялта, 2014.

Дисертацшна робота присвячена питаниям освгглення сусла та стабшзаци ви-номатер1ал1в до колоТдних помутишь на основ1 застосування препйратав рослинного бЬпсу (ПРБ).

Запропонована схема одержання ПРБ для виноробства Грунтуеться на метод! сольовоТ екстрающ, що включае режими: концентращя хлориду натрию - 7 %, температура- 50 °С, пдромодуль - 8:1, тривал1сть екстракцй'-ЗО хв. Розроблено вимо-ги до ПРБ, що включають показники: смак 1 запах - нейтральний, масова частка сирого протеТну, у перерахунку на абсолютно суху речовину - не менше 70 %, масова частка розчинних протеГшв до загального вмюту - не менше 79 %, масова частка жиру, у перерахунку на абсолютно суху речовину - не бшыпе 0,3 %, рН 10%-ний суспензп - 4,0-4,5 од. Науково обгрунтоват ф1зико-х1М1чш характеристики нових препарат1в, що обумовлюють ефектившсть обробки сусла й виноматер1ал1в: величина поверхневого заряду в зош рН вина - 0,08-0,14 мг-экв/г, амшокислотний склад, що включае 17 аминокислот, наявнють бшюв з молекулярною масою 67 кДа й бшь-ше, танш-осаджувальна здатшсть - 2-5 г/дм3. Запропоновано споаб обробки новими ПРБ бших 1 червоних столових 1 шампансысих виноматер1ал1в, виноматер1ал1в для виробництва цристих вин, кршлених виноматерхагпв. Розроблено методичш вказ1в-ки «Методи оцшки препарату рослинного бшку для виноробства», затверджеш НААН. Розроблено й затверджено «Технолопчну шструкцпо на виробництво препарату рослинного бшку для виноробства» на дослщнш установи! продуктившстю

300 кг/добу. СЫкуваний економ1Чний ефект виробництва становить 4,6 i 5,5 грн/кг на ПРБ i3 гороху й соняшнику вщповщно. Розроблено й затверджено «Технолопчну шструкщю з обробки сусла та виноматер1агпв препаратом рослинного бшку». Зага-льний обсяг впровадження склав 101,9 тис. дал сусла й виноматер1ашв. Економ1чний ефект в1д впровадження технологи обробки сусла складатиме 6,72 грн. i виноматерь arcie 11,74 грн. на 1000 дал.

Ключов1 слова: препарат рослинного бшку, наання гороху, шрот соняшника, сусло, виноматер1ал, зворотш та незворотш коло'щш помутншня.

ANNOTATION

Vesuytova A.V. Creation of the plant protein and development of its application in winemaking. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate of Technical sciences in specialty 05.18.05 - The technology of sugary substances and fermentation products. - National Institute of Vine and Wine «Magarach», Yalta, 2014.

The thesis is devoted to the issues clarification of must and stabilization of wine materials to colloidal clouding on the basis of its application plant protein. A scheme of plant protein for winemaking, based on the method of salt extraction, which includes regimes: concentration of sodium chloride - 7%, temperature - 50 °C, hydromodul - 8:1, the extraction time - 30 minutes. Developed requirements for plant protein, including indicators: taste and odor - neutral, pH of 10% suspension - 4.0-4.5. Substantiated physical and chemical characteristics of new products, which make treatment of must and wine materials more effective. This method of treatment with new products proposed for white and red dry wine materials, sparkling wine materials and fortified wine materials. Developed Methodical instructions "Methods of assessing the plant protein for winemaking" approved by NAAS of Ukraine. Developed and approved "Technological instructions for the production of plant protein for winemaking on the experimental installation with a capacity of 300 kg per day". The expected economic effect from production of new products plant protein - 4,6 and 5,5 UAH/kg from peas and sunflowers, respectively.The total volume of introduction 101.9 thousand gave of must and winematerials. The economic effect from the introduction of technology treatment of must - 6.72 UAH and winematerials 11.2 UAH at each 1000 gave.

Keywords: plant protein, pea seeds, shrot of sunflowers, must, winematerials, reversible and irreversible colloidal clouding.

Подписано в печать 22 октября 2014 г. Формат 60x90x16 Бумага печатная. Печать ризограф. Услов. печ. листов 1,9; тираж 100 экз.; заказ № к 1

Печатная группа Национальный институт винограда и вина "Магарач" 298600, г. Ялта, ул. Кирова,31