Влияние фуллерена полигидрооксилированного на процесс спиртового брожения в производстве спирта

Введение. В соответствии с Указом Президента РФ от 25 апреля 2022 г. № 231 «Об объявлении в Российской Федерации Десятилетия науки и технологий» одной из задач является содействие вовлечению исследователей и разработчиков в решение важнейших задач развития общества и страны. Одним из приоритетных направлений развития страны является биотехнологическая отрасль [1]. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации – основной документ, утвержденный Правительством России, в котором отражены желаемые качественные и количественные характеристики развития биотехнологий в стране. В программе выделяют девять отраслей биотехнологии, одна из которых – промышленная биотехнология – включает производство пищевого белка, ферментных препаратов, пребиотиков, пробиотиков, синбиотиков, функциональных пищевых продуктов (лечебных, профилактических и детских), а также производство пищевых ингредиентов и глубокую переработку пищевого сырья [2].

В последние два десятилетия обнаружены, синтезированы или изготовлены различные новые формы углеродных наноматериалов, в т. ч. фуллерены. Они являются перспективным материалом для многих отраслей наноиндустрии, так как обладают уникальными свойствами.

Фуллерен – молекула, состоящая из четного числа атомов углерода, образующих замкнутую выпуклую поверхность многогранника, двенадцать граней которого образованы пятиугольниками, а остальные – шестиугольниками [3].

Одним из перспективных производных фуллеренов с точки зрения применения в пищевой и химической промышленности являются фулле-ренолы (полигидроксилированные фуллерены) – представляют собой производные фуллеренов с присоединенными ОН группами, при x > 16, являются веществами органической группы, растворяются в воде, нетоксичны. В пищевой промышленности их рекомендуют использовать в качестве компонента пищевой продукции для изготовления: напитков, водных растворов и концентратов для напитков; пищевых полуфабрикатов и пищевого сырья; специализированной пищевой продукции; пищевых добавок и в качестве антиоксиданта [4].

Работ по использованию полигироксилиро-ванных фуллеренов в пищевой промышленности недостаточно [5–7].

В спиртовой промышленности возможность использования полигидроксилированного фуллерена не рассматривалась.

Цель исследования – изучить влияние фул-леренола С 60 (ОН) 20-24 на процесс спиртового брожения в производстве спирта.

З адачи : провести процесс спиртового брожения с использованием фуллеренола; исследовать органолептические показатели, содержание углеводов и спирта в браге; рассмотреть возможность влияния полигироксилированного фуллерена на массу сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления браги.

Объекты и методы . Объект исследования – модельные образцы браги с добавлением в малых дозах полигидроксилированного фуллерена С 60 (ОН) 20-24 . Контрольный образец производили по традиционной рецептуре (0,7 л воды + 187 г сахара песка + 4,7 г спиртовых дрожжей ( Saccha-romyces cerevisiae )) – гидромодуль 1 : 4, в I опытный образец дополнительно к основной рецептуре добавляли фуллеренола 0,01 г (0,1 % от массы гидромодуля); во II опытный образец – 0,03 г (0,3 % от массы гидромодуля). Технологическое обоснование применения фуллеренола представлено в Технических условиях на фуллерен полигидроксилированный [4], однако дозировки, необходимые для достижения технологического эффекта, пока не определены. Все исследования проводили в трехкратном повторении. Во всех образцах исследовали следующие показатели: органолептические по – ГОСТ 338172016 (использовали 10-балльную шкалу, разделение максимальных баллов по отдельным органолептическим показателям следующее: внешний вид – 2 балла, аромат и запах – 4 балла, вкус – 4 балла); массовые доли углеводов и спирта (рефрактометрический метод), активную кислотность зрелой браги – по ГОСТ 31764-2012; массу дрожжей (сухой вес после термостатирования и осветления) (метод высушивания) – по ГОСТ 54607.4-2015.

Результаты и их обсуждение. Технологический процесс производства браги зрелой представлен на рисунке 1.

•Подготовка сырья к сбраживанию (сахар, вода, дрожжи)

•Разведение сахара в исправленной воде t = 30–35 °С

•Введение сухих дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ) •В I опытный образец добавляли фуллеронола 0,1 % от массы гидромоля, во II
опытный – 0,3 %	—>

•Термостатирование (спиртовое брожение) при t = 24–28 °С в течение 4–5 дней

• •Осветление браги при t = 4 °С в течение одних суток

Рис. 1. Технологический процесс производства браги

Как видно из рисунка 1, процесс производства браги состоял из следующих этапов: подготовки сырья (сахара, воды, дрожжей), разведение сахара в исправленной воде t = 30–35 °С до полного растворения, добавление дрожжей согласно методике и рецептуре. В I опытный образец на данном этапе добавляли фуллеронола 0,1 % от массы гидромодуля, во II опытный –

0,3 %. Далее проводили термостатирование при t = 24–28 °С в течение 4–5 сут. Осветление браги в конце брожения проводили в холодильнике при t = 4 ± 2 °С в течение 1 сут.

Результаты исследований органолептических показателей опытных образцов браги зрелой представлены на рисунке 2.

Внешний

—♦—Контрольный

•*• I опытный

—A— II опытный

Рис. 2. Профилограмма органолептических показателей опытных образцов браги зрелой

Как видно из данных рисунка 2, внешний вид у всех образцов соответствовал норме (2 балла) – это была прозрачная жидкость без посторонних веществ; цвет у I и II опытных образцов был желтоватый (за счет добавления фуллеренола) по сравнению с контрольным образцом – это не является пороком зрелой браги; запах у всех об- разцов был характерным для браги (4 балла), в контрольном образце наблюдался более сладковатый вкус с легкой горчинкой и кислинкой (3 балла) по сравнению с опытными образцами (4 балла).

Активная кислотность зрелой браги опытных образцов представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Активная кислотность (рН) опытных образцов зрелой браги, ед.

Как видно из рисунка 3, показатель активной кислотности у I и II опытных образцов по сравнению с контрольным был ниже соответственно на 0,04 и 0,11 ед., что подтверждают показатели органолептической оценки по вкусу и запаху.

Результаты исследования содержания углеводов и спирта в браге в конце термостатирования (брожения) и осветления представлены на рисунке 4.

■ Массовая доля углеводов, %

■ Объемная доля спирта, %

Рис. 4. Содержание сахара и спирта в конце термостатирования и осветления в браге

Как видно из рисунка 4 в I и II опытных образцах браги по сравнению с контрольным содержание углеводов снижалось соответственно на 0,2 и 1,2 %, объемная доля спирта наоборот повышалась соответственно на 0,4 и 0,8 %. Это говорит о возрастании сбраживающей активности дрожжей при добавлении в опытные образцы фуллеренола, что способствует увеличению содержания спирта в исследуемых образцах. Полученный результат позволяет спрогнозировать прирост выхода спирта с наименьшими затратами и, возможно, улучшить его органолептические показатели.

Результаты исследования сухого остатка массы дрожжей после термостатирования и осветления браги представлены на рисунке 5.

Рис. 5. Масса сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления браги, г

Как видно из рисунка 5, использование в малых дозах фуллеренола при производстве браги в I и II опытных образцах по сравнению с контрольным увеличивает массу сухого остатка дрожжей после термостатирования и осветления соответственно на 9,1 и 14 %. Можно предположить, что фуллеренол является биостимулятором спиртового брожения.

Заключение . Использование фуллеренола в малых дозах – 0,3 % от массы гидромодуля 1 : 4 (II опытный образец) при производстве браги в технологии спирта позволяет улучшить органолептические показатели на 1 балл за счет улучшения вкуса, снизить показатель активной кислотности на 0,11 ед. и содержание углеводов в браге на 1,2 %, повысить содержание спирта на 0,8 %, что свидетельствует о повышении бродильной активности дрожжей. Масса сухого остатка дрожжей после брожения во II опытном образце по сравнению с контрольным увеличивается на 14 %, что может свидетельствовать о фуллереноле как биостимуляторе, который позволяет интенсифицировать процесс спиртового брожения. Технологическое обоснование применения данного вещества при производстве спирта, определение оптимальной дозировки, необходимой для достижения технологического эффекта, требует уточнений и дальнейших исследований.