Investigation of metabolic processes of alcohol yeast during the fermentation of buckwheat-corn wort

Е. M. Serba; Серба Е. М.; E. R. Kryuchkova; Крючкова Е. Р.; L. V. Rimareva; Римарева Л. В.; M. B. Overchenko; Оверченко М. Б.; N. I. Ignatova; Игнатова Н. И.; S. V. Pavlenko; Павленко С. В.

doi:10.21323/2618-9771-2024-7-1-77-83

Investigation of metabolic processes of alcohol yeast during the fermentation of buckwheat-corn wort

Autores: Serba Е.M.¹, Kryuchkova E.R.¹, Rimareva L.V.¹, Overchenko M.B.¹, Ignatova N.I.¹, Pavlenko S.V.¹
Afiliações:
1. Federal Research Center of Food, Biotechnology and Food Safety
Edição: Volume 7, Nº 1 (2024)
Páginas: 77-83
Seção: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/2618-9771/article/view/295847
DOI: https://doi.org/10.21323/2618-9771-2024-7-1-77-83
ID: 295847

Citar

Texto integral

Resumo
Texto integral
Sobre autores
Bibliografia
Arquivos suplementares
Estatísticas

Resumo

To expand the range of competitive alcoholic beverages with original organoleptic properties, it is promising to study the use of new types of plant raw materials in grain distillate technologies. The purpose of this work was to establish the influence of the characteristics of the composition of grain wort prepared with the joint use of an alternative raw material source — buckwheat and corn, which is widely used in alcohol production, on the metabolic processes of the yeast Saccharomyces cerevisiae 985-T and alcoholic fermentation. The objects of the study were buckwheat and corn; enzyme preparations — sources of amylases, xylanases, â-glucanases and proteases; samples of grain wort, mash and mash distillates. The prospects of introducing mixed grain media prepared using non-traditional buckwheat raw materials into the technology of original alcoholic beverages are substantiated. It was shown that the use of buckwheat as a source of biocomplete protein, essential amino acids and minerals together with corn containing a high level of starch and a low level of non-starch polysaccharides contributed both to an increase in the yield of alcohol and a change in the quantitative content of secondary metabolites in the composition of volatile impurities. It was found that an increase in the concentration of soluble carbohydrates in the wort and a decrease in its viscosity by 15.5–40.3% occurred due to the inclusion of corn in the composition of the grain mixture, and the enrichment of the wort with nitrogen assimilated by yeast by 19.0–41.8% — as a result adding buckwheat. The optimal ratio of corn and buckwheat in the composition of the grain mixture (7:3) was selected, which made it possible to improve the biochemical and technological parameters of grain must, increase the efficiency of the vital processes of yeast and alcoholic fermentation, ensure an increase in the yield of alcohol by 1.8%, reduce the formation of side metabolites, especially higher alcohols, and change their composition in the direction of increasing the proportion of aldehydes and esters, which can have a positive effect on the organoleptic characteristics of the distillate.

Palavras-chave

buckwheat, fermentation, yeast, ethanol, metabolites, grain distillates

Texto integral

1. Введение

В последние годы активно проводятся исследования биотехнологического потенциала растительных культур местной селекции с целью научного обоснования перспективности их использования в технологиях производства конкурентоспособных спиртных напитков, обладающих оригинальными органолептическими свойствами [1, 2, 3]. Особенно это направление исследований актуально для производства наиболее популярной в настоящее время продукции — спиртных дистиллятов, качество которых зависит прежде всего от качества и состава сырья и от степени биокаталитической конверсии его полимеров при получении сусла, а также от биосинтетической способности используемой расы дрожжей и от аппаратурно-технологических особенностей процесса дистилляции [1, 3, 4]. Возможность применения новых видов растительного сырья как альтернативы традиционным зерновым культурам (пшеница, рожь, кукуруза, ячмень) зависит от состава технологически значимых компонентов, а также от биохимических и органолептических характеристик сырья, влияющих на вкус и аромат зерновых дистиллятов и обеспечивающих эффективную конверсию углеводов в этанол [5, 6].

Результаты проведенных в последнее время исследований показали, что к таким видам сырья относятся тритикале (амфидиплоид ржи и пшеницы) [7], сахарное сорго (зерно и сироп зеленой массы) [8] и топинамбур (земляная груша) [9, 10]. Эти растительные культуры достаточно широко распространены в различных регионах Российской Федерации, обладают хорошей устойчивостью к условиям выращивания и высокой продуктивностью. Их использование позволяет подготовить сусло с требуемыми показателями качества, обеспечивающими высокий выход спирта.

Известны также разработки российских исследователей, направленные на применение возвратных отходов хлебопекарной промышленности в качестве альтернативного сырья для производства дистиллятов [11, 12]. Полученные авторами результаты комплексных исследований трансформации исходного биохимического состава этого сырья по стадиям производства показали возможность на этапе дистилляции целенаправленно регулировать состав и концентрацию летучих компонентов, определяющих физико-химические и органолептические характеристики конечного продукта.

Однако остаются недостаточно изученными вопросы подбора перспективных видов нетрадиционных растительных культур, в состав которых входят ароматобразующие и биологически ценные компоненты, способствующие получению оригинальных алкогольных напитков из натурального отечественного сырья. Приведенные в публикациях данные показывают, что определенный интерес для производителей бродильной продукции в этом аспекте представляет гречиха (Fagopyrum esculentum Moench) [13, 14, 15]. Гречиха, как и все традиционно применяемые в производстве спиртных напитков зерновые культуры, содержит крахмал — полимер, состоящий из глюкозы, конверсируемой дрожжами в этанол [14, 16, 17]. По количеству крахмала зерно гречихи практически приравнивается к пшенице и ржи, но несколько уступает кукурузе.

Белок гречихи отличается низким содержанием глютена и в основном представлен альбуминовыми и глобулиновыми фракциями, доля которых составляет порядка 60–70%; данное вещество обладает более высокой биологической ценностью за счет повышенного количества незаменимых аминокислот (триптофана, изолейцина, лизина, метионина и цистина), необходимых для жизнедеятельности дрожжей [14, 16, 18]. В отличие от злаковых культур, гречиха является более богатым источником антиоксидантов и витаминов, особенно рутина, тиамина, рибофлавина и ниацина, а также минеральных веществ (магния, меди, фосфора, марганца, железа) [14, 16, 19]. Использование гречихи в пищевой промышленности позволяет не только получать безглютеновую продукцию, но и придавать ей функциональные свойства [18, 19, 20]. Обнаруженное в гречихе высокое содержание флавоноидов, обладающих антиоксидантными, капилляроукрепляющими, гепатопротекторными и антимикробными свойствами, определяет перспективность ее применения в качестве источника биологически активных веществ (БАВ) [21, 22]. При этом авторы отмечают, что функционально-технологические свойства гречневой муки находятся в корреляционной зависимости от срока созревания зерна, а наиболее высокий уровень содержания БАВ приходится на период молочно-восковой спелости [23].

В работах ряда авторов, посвященных исследованиям возможности применения гречихи в бродильных производствах, показано, что полная и даже частичная замена традиционного сырья в производстве пива [15, 16], кваса [24], ферментированного солода [16] и оригинальных напитков [14, 17, 25] позволяет не только получать целевую продукцию хорошего качества, но и придавать ей новые функциональные свойства и приятные сенсорные характеристики. Авторы отмечают, что использование ферментированной гречихи в качестве компонента питательных сред для культивирования дрожжей и пробиотических бактерий имеет ряд положительных аспектов, таких как более высокое содержание незаменимых аминокислот, полифенолов и других БАВ, способствующих ускорению роста микроорганизмов и повышению интенсивности биосинтетических процессов [6, 17, 26].

Анализ результатов исследований гречихи, в состав которой входят наряду с основными углеводными и белковыми полимерами ароматические и биологически ценные компоненты, подтверждает перспективу ее применения для получения оригинальных спиртных напитков. Особенно важную роль в этом процессе, по-видимому, будут играть полифенолы, присутствующие в гречихе и способные даже в малых концентрациях влиять на вкус и аромат напитков [6]. При этом остаются неизученными вопросы о способах рационального использования этой перспективной растительной культуры в производстве дистиллятов, а также о методах подготовки сырья для получения зернового сусла с качественными биохимическими и реологическими показателями, обеспечивающими его эффективную конверсию в этанол и в другие ароматобразующие метаболиты.

Как показали результаты последних исследований, в гречишном дистилляте, по сравнению с дистиллятами из традиционного зернового сырья, отмечался более низкий уровень содержания побочных летучих веществ, сопутствующих синтезу этанола, в основном за счет высших спиртов [17]. Установлено, что в составе метаболитов повышалась доля альдегидов и эфиров, которые могут оказывать влияние на появление оригинальных оттенков и тонов в аромате и вкусе дистиллятов. Однако такой важный показатель, как выход спирта, был существенно ниже, что, по-видимому, связано с высоким содержанием в гречихе некрахмальных полисахаридов, особенно клетчатки [14, 16, 17]. Повышение дозировки ферментов ксиланазного и â-глюканазного действий оказало положительное влияние на реологические и технологические свойства гречишного сусла: вязкость снизилась в 2,3 раза, повысилось содержание растворимых углеводов (на 15,3%) и аминного азота (на 9,0%), но достигнуть нормативных показателей выхода целевого продукта — этанола — не удалось [17]. Особенности состава гречишного сырья требуют дальнейшей разработки специальных подходов и биотехнологических методов его переработки, так как основной целью применения нетрадиционного сырья в спиртовом производстве является не только получение дистиллята со специфическими органолептическими свойствами, но и достижение нормативного уровня выхода спирта с единицы крахмала перерабатываемого сырья.

По-видимому, одним из перспективных путей применения гречихи при приготовлении зернового сусла является совместное ее использование с традиционной зерновой культурой, например, с кукурузой. Известно, что кукуруза отличается более высоким содержанием крахмала и более низким — клетчатки и гемицеллюлозы, а гречиха превосходит кукурузу по количеству белка в зерне [17]. При этом белки гречихи в основном представлены фракциями альбуминов и глобулинов, а белки кукурузы — фракциями проламинов и глютелинов [13, 14, 16]. Количество аминокислот, содержащих серу, в частности пролина, в кукурузе несколько выше, чем в гречихе, при этом в ее составе ограничено содержание незаменимых аминокислот, особенно триптофана, лизина и метионина [14]. По сравнению с гречихой кукуруза содержит меньше минеральных соединений. В этой связи введение гречихи в состав среды с кукурузой позволит сбалансировать биохимический состав зернового сусла по основным макро- и микро-веществам, необходимым для обеспечения жизнедеятельности дрожжевых клеток. Поэтому дальнейшие исследования о применении нетрадиционного сырья гречихи в спиртовом производстве должны быть направлены не только на получение дистиллята со специфическими органолептическими свойствами, обусловленными особенностями биохимического состава сырья и продуктами метаболизма дрожжей S. cerevisiae, но и на обоснование возможности применения гречихи в технологиях зерновых дистиллятов, в которых одним из ключевых факторов является показатель выхода спирта.

Цель данных исследований состояла в изучении процессов метаболизма дрожжей Saccharomyces cerevisiae расы 985-Т и спиртового брожения при культивировании их на средах, приготовленных с совместным использованием альтернативного сырьевого источника — гречихи и широко применяемой в спиртовом производстве кукурузы.

2. Объекты и методы

Объектами исследований служили следующие составляющие: зерно гречихи и кукурузы, измельченные до размера частиц 40–120 мкм при помощи мультифункциональной дробилки «Вилитек VLM-6» (ООО «Вилитек», Россия); ферментные препараты (ФП): источники термостабильной á-амилазы — «Неозим АА 180» (Hunan Hong Ying Xiang Biochemistry Industry Co., LTD, КНР), глюкоамилазы — «Биозим 800L» (Shandong Longda Bio-products Co, КНР), ксиланазы и â-глюканазы — «Висколаза 150L» (Shandong Longda Bio-products Co., LTD, КНР) и протеаз — «Протоферм FP» (Shandong Longda Bio-products Co., LTD, КНР); дрожжи Saccharomyces cerevisiae расы 985-Т (с термотолерантными и осмофильными свойствами) для сбраживания зернового сусла [17].

Определение активности ферментов проводили согласно существующим методикам [17]. За единицу амилолитической активности (АС) принимали такое количество фермента, которое катализирует гидролиз 1 г растворимого крахмала до декстринов различной молекулярной массы в стандартных условиях (30 °C, рН 6,0, 10 мин); за единицу глюкоамилазной активности (ГлС) принимали количество фермента, катализирующего гидролиз крахмала при 30 °C и рН 4,7 с высвобождением за 1 мин 1 мкмоль глюкозы; за единицу ксиланазной активности (КС) принимали количество фермента, действующего на ксилан из березы с высвобождением 1 мкмоля восстанавливающих сахаров (в глюкозном эквиваленте), которые образуются за 1 мин в стандартных условиях (50 °C и рН 5,0); за единицу общей протеолитической активности (ПС) принимали такое количество фермента, которое за 1 мин при температуре 30 °C, рН 5,3 приводит гемоглобин в не осаждаемое ТХУ состояние в количестве, соответствующем 1 мкмоль тирозина.

Приготовление зернового сусла проводили по схеме ферментативно-гидролитической обработки зерна в колбах Эрленмейера объемом 750 см³, содержащих измельченное зерно и воду, помещенных в водяную баню ПЭ-4300 («Экрос», Россия). В водно-зерновую суспензию (гидромодуль 1:3) добавляли термостабильную á-амилазу и выдерживали при температуре 40–60 ºC в течение 30 мин. Дальнейшее приготовление замеса осуществляли при температуре 85–90 ºC в течение 120 мин при периодическом перемешивании [17]. Далее содержимое колб охлаждали до 58–60 ºC и инкубировали в присутствии ферментов в течение 60 мин. Для получения зернового сусла осахаривание крахмала и гидролиз некрахмальных полисахаридов осуществляли ФП: источниками глюкоамилазы и гемицеллюлаз (ксиланазы и â-глюканазы). Для гидролиза белковых веществ использовали ФП, содержащий комплекс грибных протеаз.

Процесс биокаталитической конверсии углеводных и белковых полимеров в зерновом сусле тестировали по содержанию общих и редуцирующих веществ (РВ) колориметрическим методом, а также по уровню образования аминного азота методом йодометрического титрования [27, 28]. Вязкость подготовленного к сбраживанию сусла измеряли на вискозиметре SV-10 (Япония). Растворимые сухие вещества (РСВ) сусла фиксировали на рефрактометре Rochet PAL-S (ATAGO, Япония). Значение рН сусла измеряли на pH-метре/ионометре (Mettler-Toledo SevenCompact™, Швейцария).

Процесс сбраживания сусла, приготовленного с использованием смеси кукурузы и гречихи в различных соотношениях, проводили в одинаковых анаэробных условиях: при температуре 30 °C длительностью 70 ч. Для сбраживания применяли водную суспензию клеток дрожжей S. cerevisiae 985-Т, которую вносили в зерновое сусло из расчета 10 млн клеток/см³ сусла.

Состав и содержание летучих метаболитов, синтезируемых дрожжами, тестировали с использованием газового хроматографа серии HP Agilent 6890 (CША) [29]. Концентрацию этанола в бражке определяли на анализаторе относительной плотности спирта Densimat-Alcomat 2 (Gibertini, Италия).

Статистическую обработку новых экспериментальных данных, полученных не менее чем в трех повторностях, осуществляли методом однофакторного дисперсионного анализа с апостериорным анализом по критерию Тьюки при р < 0,05 с использованием программы Statistica 6.0.

3. Результаты и обсуждение

Сравнительные исследования процессов генерации дрожжей и спиртового брожения проводили на средах, приготовленных с совместным использованием альтернативного сырьевого источника — гречихи и широко применяемой в спиртовом производстве кукурузы в различных соотношениях.

Как показали результаты ранее проведенных исследований [17], для приготовления кукурузного и гречишного сусла с концентрацией растворимых сухих веществ (РСВ) порядка 20% были использованы ферментные препараты (ФП) амилолитического, ксиланазного, â-глюканазного и протеолитического действий в дозировках, указанных в Таблице 1.

Таблица 1. Характеристика и дозировка ферментных препаратов по уровню активности основных ферментов

Table 1. Characterization and doses of enzyme preparations by the activity level of the main enzymes

Наименование ФП	Основной фермент	Активность, ед./см³	Дозировка ФП
Неозим АА 180	Термостабильная á-амилаза (АС)	1805,0 ± 85,2	0,6 ед. АС/г крахмала
Биозим 800L	Глюкоамилаза (ГлС)	13203,0 ± 632,0	10,0 ед. ГлС/г крахмала
Висколаза 150L	Ксиланаза (КС) â-глюканаза (â-ГкС)	6100,0 ± 294,3 1050,0 ± 52,5	0,6 ед. КС/ сырья 0,1 ед. â-ГкС/ г сырья
Протоферм FP	Протеазы (ПС)	820,0 ± 39,2	0,3 ед. ПС/ г сырья

Примечание: значения представлены в виде средних ± стандартное отклонение.

В Таблице 2 представлены экспериментальные данные по биохимическому составу и реологическим показателям зернового сусла, приготовленного с использованием смеси кукурузы и гречихи в различных соотношениях. Введение гречихи в состав зерновой смеси позволило повысить содержание аминного азота на 19,0–41,8% в зависимости от ее долевого содержания, а использование кукурузы способствовало увеличению количества общих (ОРВ) и растворимых (РВ) редуцирующих углеводов, а также снижению вязкости сусла на 15,5–40,3% (Таблица 2).

Таблица 2. Характеристика зернового сусла, приготовленного с использованием кукурузы и гречихи

Table 2. Characterization of grain wort prepared with the use of corn and buckwheat

Состав зерна в сусле, %	Содержание крахмала в сырье %	Показатели зернового сусла
Состав зерна в сусле, %	Содержание крахмала в сырье %	рН	РСВ, %	РВ, %	ОРВ, %	Аминный азот, мг %	Вязкость, мПа · сек
Гречиха — 100	54,5 ± 1,6^a	6,18	19,8 ± 0,9^a	15,8 ± 07^a	20,5 ± 0,6^a	59,7 ± 2,8^a	28,3 ± 1,3
Гречиха — 70 Кукуруза — 30	57,7 ± 2,3^ab	6,10	20,4 ± 0,9^ab	16,5 ± 0,7^ab	20,9 ± 0,4^a	54,3 ± 2,6^ab	23,9 ± 1,1^a
Гречиха — 50 Кукуруза — 50	59,5 ± 1,5^ab	6,03	21,2 ± 1,0^ab	16,7 ± 0,7^ab	21,3 ± 0,8^a	51,1 ± 2,4^b	21,8 ± 1,2^a
Гречиха — 30 Кукуруза — 70	61,9 ± 2,2^bc	6,04	22,4 ± 1,0^b	17,3 ± 0,8^b	21,8 ± 0,5^a	45,6 ± 1,9	16,9 ± 0,8
Кукуруза — 100	65,0 ± 2,0^c	5,80	22,5 ± 1,0^b	17,5 ± 0,8^b	22,0 ± 0,9^a	38,3 ± 1,8	15,3 ± 0,7

Примечание: значения представлены в виде средних ± стандартное отклонение. Различие значений в каждом столбце, обозначенных одинаковыми буквенными индексами, статистически не значимо при р < 0,05.

Дальнейшие исследования показали, что качество зернового сусла, приготовленного с использованием различных зерновых композиций, сказалось на процессах генерации дрожжей и спиртового брожения (Рисунок 2, Таблица 3). Наиболее высокая концентрация дрожжевых клеток (159 млн/см³) отмечена через 24 ч при сбраживании сусла, приготовленного полностью из гречишного сырья; по мере сокращения доли гречихи в составе сусла их количество снижалось. При этом на гречишном сусле уже к 12 ч количество клеток достигло 125 млн/см³, в то время как на кукурузном сусле — только 69 млн/см³ (Рисунок 1). По-видимому, целесообразно проводить генерацию дрожжевых клеток на гречишном сусле, содержащем наиболее высокое количество легко ассимилируемого аминного азота (59,7 мг%).

Таблица 3. Технохимические показатели бражки

Table 3. Technochemical indicators of mash

Состав зерна в сусле, ٪	Показатели зерновой бражки на 70 ч брожения					Выход спирта, см³/100 г условного крахмала
Состав зерна в сусле, ٪	рН	РВ, %	ОРВ, %	СО₂, г	Спирт, % об.	Выход спирта, см³/100 г условного крахмала
Гречиха — 100	4,95	0,40 ± 0,02^a	0,45 ± 0,02^a	13,1 ± 0,52	9,95 ± 0,20^a	65,1 ± 0,39^a
Гречиха — 70 Кукуруза — 30	4,86	0,39 ± 0,02^a	0,43 ± 0,02^a	14,9 ± 0,60^b	10,50 ± 0,26^ab	65,3 ± 0,52^ab
Гречиха — 50 Кукуруза — 50	4,78	0,37 ± 0,01^b	0,41 ± 0,02^b	16,3 ± 0,65^bc	11,10 ± 0,32^b	65,9 ± 0,32^ab
Гречиха — 30 Кукуруза — 70	4,62	0,30 ± 0,01^b	0,34 ± 0,01^b	16,8 ± 0,67^c	11,90 ± 0,18^c	66,3 ± 0,46^b
Кукуруза — 100	4,32	0,29 ± 0,01^b	0,34 ± 0,01^b	16,9 ± 0,70^c	12,10 ± 0,30^c	66,4 ± 0,37^b

Анализ процесса генерации дрожжей подтвердил, что наличие в гречихе биологически полноценного белка и других биологически активных компонентов способствовало интенсификации развития дрожжей S. cerevisiae; даже на среде, в составе которой содержание гречихи составило только 30% от объема зерновой смеси, количество клеток увеличилось на 25% (Рисунок 1).

Рисунок 1. Концентрация клеток дрожжей S. cerevisiae 985-Т при генерации на сусле, приготовленном с использованием гречихи и кукурузы (в течение 12 и 24 ч роста)

Figure 1. Concentration of cells of the yeast S. cerevisiae 985-T upon generation on wort prepared with the use of buckwheat and corn (during 12 and 24 h of growth)

Примечание: различие значений, обозначенных одинаковыми буквенными индексами на каждой диаграмме, статистически не достоверно при p < 0,05.

Показано, что повышение концентрации в сусле растворимых углеводов и снижение его вязкости за счет включения в состав зерновой смеси кукурузы способствовали эффективному сбраживанию и увеличению концентрации этанола в бражке. Установлено, что при сбраживании сусла, в составе которого доля гречихи составляла 30% от общего содержания сырья, были достигнуты практически такие же показатели бражки, как и при сбраживании кукурузного сусла. При этом выход спирта составил 66,3 см³/100 г крахмала, что превысило на 1,8% показатели в контрольном варианте по сбраживанию гречишного сусла (Таблица 3).

Как известно, летучие компоненты, образующиеся в дистиллятах, влияют на качество спиртных напитков, формируя их вкус и аромат [29, 30]. Поэтому интересно было установить, какое влияние оказывает используемое нетрадиционное сырье, в частности гречиха, содержащая достаточно высокое количество флавоноидов, на синтез побочных метаболитов дрожжами S. cerevisiae 985-Т (Таблица 4).

В результате исследований выявлено, что использование гречихи привело к снижению уровня образования побочных метаболитов на 23% по сравнению с аналогичными показателями в отгоне кукурузной бражки. При этом показано, что концентрация сопутствующих синтезу этанола летучих метаболитов изменялась в зависимости от содержания гречихи в сбраживаемом сусле (Таблица 4).

Таблица 4. Образование летучих метаболитов дрожжами S. cerevisiae 985-Т в зависимости от содержания гречихи в составе сбраживаемого сусла

Table 4. Production of volatile metabolites by the yeast S. cerevisiae 985-T depending on the buckwheat content in the composition of fermented wort

Сопутствующие метаболиты	Концентрация метаболитов в отгонах бражки, мг/дм³
	Содержание гречихи в составе зернового сырья сусла,%
	100	70	50	30	0
ацетальдегид	80,13 ± 3,20	72,37 ± 2,17	65,10 ± 2,28	59,09 ± 2,95	32,20 ± 1,22
ацетон	1,12 ± 0,04	1,56 ± 0,07	2,09 ± 0,10^a	2,10 ± 0,11^a	2,10 ± 0,11^a
этилацетат	74,80 ± 3,30^a	71,54 ± 3,52^ab	66,20 ± 3,28^bc	62,51 ± 2,64^c	53,00 ± 2,10
метанол, % об	0,003 ± 0,0001^a	0,004 ± 0,0001	0,003 ± 0,0001^a	0,003 ± 0,0001^a	0,003 ± 0,0001^a
2-пропанол	0,26 ± 0,0 12^a	0,25 ± 0,012^a	0,15 ± 0,007^b	0,22 ± 0,009	0,16 ± 0,006^b
изобутилацетат	0,15 ± 0,006^a	0,16 ± 0,005^a	0,26 ± 0,009	0,29 ± 0,011^b	0,29 ± 0,012^b
1-пропанол	58,15 ± 1,74^a	69,92 ± 2,10^b	86,77 ± 3,56	67,46 ± 3,2^b	56,20 ± 2,26^a
изобутанол	92,10 ± 4,24^a	95,60 ± 4,30^ab	97,25 ± 4,67^ab	101,20 ± 4,45^ab	105,40 ± 5,17^b
1-бутанол	0,70 ± 0,03^a	0,75 ± 0,03^a	0,86 ± 0,05^a	1,60 ± 0,08^b	1,60 ± 0,09^b
изоамилол	275,00 ± 10.45^a	310,30 ± 11,48^a	384,40±11,53	431,80±21,45	512,60 ± 22,53
1-пентанол	0,60 ± 0,02	1,02 ± 0,05	0,36 ± 0,01^a	0,40 ± 0,01^a	0,80 ± 0,04
этиллактат	0,50 ± 0,02^a	0,60 ± 0,03	0,50 ± 0,02^a	0,40 ± 0,02	0,50 ± 0,02^a
гексанол	0,95 ± 0,03^a	0,92 ± 0,05^a	1,27 ± 0,06^b	1,40 ± 0,08^b	1,70 ± 0,09
бензальдегид	9,30 ± 0,38^a	9,40 ± 0,48^a	23,02 ± 1,04^b	28,50 ± 1,14	25,30 ± 1,01^b
бензалкоголь	0,30 ± 0,01^a	0,34 ± 0,02^a	0,32 ± 0,02^a	0,40 ± 0,02	0,50 ± 0,03
фенилэтанол	35,25 ± 1,41^a	36,37 ± 1,73^a	39,48 ± 1,37^a	47,07 ± 2,16^b	51,90 ± 2,33^b
этилкапрат	60,20 ± 2,83^a	59,60 ± 1,97^a	57,50 ± 2,18^a	56,53 ± 2,20^ab	50,04 ± 1,75
Итого	689,51	730,70	825,53	860,97	894,29

Примечание: значения представлены в виде средних ± стандартное отклонение. Различие значений в каждой строке, обозначенных одинаковыми буквенными индексами, статистически не значимо при р < 0,05.

Сравнительный анализ состава метаболитов, синтезированных дрожжами S. cerevisiae 985-Т, показал, что эти изменения происходили в основном за счет снижения синтеза высших спиртов (Рисунок 2). При этом установлено, что с увеличением количественного содержания гречихи в составе сбраживаемого сусла повышалась концентрация альдегидов и эфиров, которые могут оказывать существенное влияние на формирование сложного букета напитка и способствовать появлению оригинальных оттенков и тонов в аромате и вкусе дистиллятов [5, 6, 17]. Особенно в составе летучих примесей отгона кукурузно-гречишной бражки повысилось содержание ацетальдегида (более чем в 2 раза) и этилацетата (на 36%) (Таблица 4). Кроме того, несколько изменилась концентрация компонента энантового эфира, представленного в виде этилкапрата.

Рисунок 2. Состав летучих метаболитов, синтезированных дрожжами S. cerevisiae 985-Т в результате сбраживания зернового сусла, содержащего различные количества гречихи

Figure 2. Composition of volatile metabolites synthesized by the yeast S. cerevisiae 985-T as a result of fermentation of grain wort containing various quantities of buckwheat

Полученные результаты подтвердили перспективность использования гречихи в качестве нетрадиционного сырья в технологиях оригинальных зерновых дистиллятов. Выявлено, что значимым фактором, влияющим как на процессы генерации дрожжей и спиртового брожения, так и на образование ценных ароматобразующих летучих компонентов, является соотношение гречихи и кукурузы в составе зернового сусла. Подобрано оптимальное соотношение кукурузы и гречихи в зерновой смеси (7:3), позволившее улучшить биохимические и технологические показатели зернового сусла, повысить эффективность процессов жизнедеятельности дрожжей и спиртового брожения.

4. Выводы

В результате исследований обоснована и экспериментально подтверждена возможность применения гречихи в технологиях зерновых дистиллятов, в которых одним из ключевых факторов является уровень выхода спирта.

Показано, что при разработке зерновых композиций для получения спиртовых дистиллятов целесообразно применение гречихи в качестве источника биополноценного белка, незаменимых аминокислот, флавоноидов и минеральных веществ совместно с кукурузой, содержащей высокий уровень крахмала и низкое количество некрахмальных полисахаридов. Установлено, что особенности биохимического состава исследуемых культур (гречихи и кукурузы) оказывают влияние на качественные показатели зернового сусла, на процессы генерации дрожжей и спиртового брожения. При этом гречиха обогащает сусло ассимилируемым дрожжами азотом, а кукуруза способствует повышению концентрации сбраживаемых углеводов и улучшению реологических показателей.

Разработанная зерновая композиция (оптимальное соотношение кукурузы и гречихи составило 7:3) позволила улучшить биохимические и технологические показатели зернового сусла, обеспечить нормативные показатели бражки, интенсифицировать процесс генерации дрожжей, повысить выход спирта, сократить образование побочных метаболитов и изменить их состав в сторону увеличения доли альдегидов и эфиров, что может оказывать влияние на аромат и аналитические показатели дистиллята. В дальнейшем могут быть разработаны спиртные напитки, обладающие своеобразными оттенками и тонами в их аромате и вкусе, что будет способствовать расширению ассортимента отечественной продукции.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ: АС — амилолитическая активность; ГлС — глюкоамилазная активность; КС — ксиланазная активность; â-ГкС — â-глюканазная активность; ПС — протеолитическая активность; РВ — редуцирующие вещества; ОРВ — общие редуцирующие вещества; РСВ — растворимые сухие вещества; ФП — ферментный препарат.