Технология производства алкогольных напитков

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ферментация или брожение протекает в специальном сосуде - биореакторе, где к раствору добавляется чистая культура дрожжей. Если можно внести какую-нибудь биотехнологическую новизну в эту ставшую классической технологию — это в первую очередь ка­сается культуры дрожжей. С этой целью традиционно использовали селективно отобранные в течение сотен лет дрожжи.