Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема регулирования показателей качества солодового дистиллята 9
1.1. Способы выбора показателей качества и их контроля 9
1.2. Основные химические составляющие солодового дистиллята 13
1.3. Особенности планирования сенсорного профиля солодового дистиллята 20
1.4. Влияние сырья и технологических режимов на образование примесей солодового дистиллята 24
1.4.1. Влияние сырья 24
1.4.2. Влияние режима затирания 26
1.4.3. Влияние режима брожения 28
1.4.4. Влияние режима перегонки 29
1.5. Выводы по первой главе 30
2. Объекты и материалы исследования и методы определения 32
2.1. Объекты исследования 32
2.1.2. Ячменный солод 32
2.2. Материалы исследования 33
2.2.1. Дрожжи 33
2.2.2 Дрожжевая добавка 34
2.3. Методы исследования 34
2.3.1. Приготовление солодового сусла 34
2.3.2. Планирование эксперимента по установлению зависимости между технологическими параметрами и результирующим сенсорным профилем 35
2.4. Методы определения 41
2.4.1. Определение показателей качества солодового дистиллята 41
2.4.2. Определение сенсорного профиля солодового дистиллята с помощью прибора «электронный язык» 42
3. Результаты и обсуждение 43
3.1. Определение обобщенного показателя сенсорного профиля с использованием экспертного мнения 43
3.2. Определение обобщенного показателя солодового дистиллята, соответствующего наибольшей приемлемости сенсорного профиля 45
3.3. Оценка состава светлого ячменного солода по обобщенному показателю сенсорного профиля дистиллята 48
3.4. Оценка показателей качества солодового сусла по обобщенному показателю сенсорного профиля дистиллята и коррекция режима затирания 50
3.5. Оценка показателей качества зрелой бражки по обобщенному показателю сенсорного профиля дистиллята 55
3.6. Оценка применимости режима фракционной перегонки для получения солодового дистиллята с наиболее приемлемым сенсорным профилем 63
3.7. Выводы по третьей главе 71
4. Определение показателей качества солодового дистиллята с планируемым сенсорным профилем системой «Электронный язык» 71
4.1. Сущность метода 71
4.2. Обработка результатов измерений 75
5. Расчет экономического эффекта от внедрения технологии солодового дистиллята с планируемым сенсорным профилем 81
Заключение 86
Список литературы 88
Приложения 95
- Основные химические составляющие солодового дистиллята
- Оценка показателей качества солодового сусла по обобщенному показателю сенсорного профиля дистиллята и коррекция режима затирания
- Оценка применимости режима фракционной перегонки для получения солодового дистиллята с наиболее приемлемым сенсорным профилем
- Обработка результатов измерений
Введение к работе
Актуальность работы. Крепкие алкогольные напитки на базе солодового дистиллята (спирта двойной простой перегонки из ячменного солода) востребованы отечественным рынком. Солодовый дистиллят и продукты на его основе характеризуются развитым сенсорным профилем, состоящим из органо-лептических характеристик различных примесей. Степень развитости сенсорного профиля влияет на восприятие напитка потребителем.
Создание конкурентоспособного продукта на основе солодового дистиллята возможно лишь при условии, что в параметрах технологии дистиллята закреплены предпочтения потребителя. Последнее возможно в том случае, если для потребительских предпочтений найдено числовое выражение, которое будет использовано при выборе или корректировке технологических параметров.
Такое числовое выражение должно одновременно учитывать физико-химические показатели дистиллята или полупродуктов его производства и предпочтения потребителя, моделируемые с помощью экспертной комиссии. Также оно должно предоставлять возможность коррективать текущий уровень развитости сенсорного профиля на всех технологических стадиях.
Чтобы обеспечить корректировку в рамках той технологической стадии, на которой происходит отклонение текущего значения обобщенного показателя сенсорного профиля от целевого, необходимы готовые шаблоны технологических решений для такой корректировки и метод экспрессного определения обобщенного показателя сенсорного профиля каждой стадии производства дистиллята.
Степень разработанности темы.
Метод функции желательности, использованный в настоящей работе, разработан Д. Харрингтоном, показавшим применимость функции желательности как аппроксиматора других функций. Ж. Робишо и др. было осуществлено регулирование параметров технологии виноматериалов с моделированием потребительской оценки. Однако, для солодового дистиллята подобные исследования не проводились.
Цель и задачи исследования. Цель — определить критерии оценки сенсорного профиля солодового дистиллята и разработать технологию его с планируемым сенсорным профилем.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: -обосновать метод, связывающий сенсорный профиль солодового дистиллята и
параметры технологических стадий производства дистиллята; -определить обобщенный показатель, соответствующий наибольшей приемлемости сенсорного профиля солодового дистиллята; -оценить состав ячменного солода по обобщенному показателю сенсорного
профиля солодового дистиллята; -оценить состав солодового сусла по обобщенному показателю сенсорного профиля солодового дистиллята и найти методику коррекции показателей качества сусла изменением параметров затирания;
-оценить показатели зрелой бражки по обобщенному показателю сенсорного профиля солодового дистиллята;
-исследовать процесс фракционной перегонки с целью получения солодового дистиллята с наиболее приемлемым сенсорным профилем;
-оценить корреляцию между показателями качества солодовых дистиллятов, определенными методом газовой хроматографии, и показателями, определенными методом хемометрики;
-разработать технологию солодового дистиллята с планируемым сенсорным профилем и техническую документацию по производству такого дистиллята;
-провести апробацию технологии в опытно-промышленных условиях.
Научная новизна работы:
-обоснован способ оценки качества солодового дистиллята с помощью обобщенного показателя сенсорного профиля;
-установлена зависимость обобщенного показателя стадии затирания от кислотности затора для коррекции показателей сусла;
-найдены зависимости содержания альдегидов, высших спиртов и средних эфиров, а также обобщенного показателя сенсорного профиля от времени сгонки фракционного дистиллята;
-установлена прямая тесная корреляция результатов определения показателей качества солодовых дистиллятов методом газовой хроматографии и методом хемометрики с коэффициентом RЛ не менее 0,92.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Разработана методика планирования сенсорного профиля, т. е. контроля качества солодового дистиллята с сенсорным профилем в качестве целевого критерия. Разработаны режимы: -приготовления сусла для солодового дистиллята; -сбраживания такого сусла;
-фракционной перегонки для получения солодового дистиллята. Разработана технологическая инструкция для производства солодового дистиллята с планируемым сенсорным профилем.
Подтверждена эффективность применения прибора «электронный язык» в оценке качества солодовых дистиллятов испытаниями на ООО «Ситик».
По результатам опытно-промышленных испытаний установлено, что экономический эффект от внедрения технологии солодового дистиллята с планируемым сенсорным профилем на предприятии производительностью 1000 дал дистиллята в сутки составит 1,2 млн руб. в год.
Положения, выносимые на защиту:
-методология разработки технологии солодового дистиллята с
планируемым сенсорным профилем; -обобщенный показатель, отвечающий наибольшей приемлемости сенсорного
профиля солодового дистиллята; -критерии, используемые при оценке сырья, на стадиях затирания и брожения
для получения наиболее приемлемого сенсорного профиля солодового дистиллята;
-режим фракционной перегонки для получения наиболее приемлемого сенсорного профиля солодового дистиллята; -обоснование возможности определять значения ранее заданных критериев
системой «электронный язык» и достоверное определение таких значений; -технология солодового дистиллята, использующая обобщенный показатель сенсорного профиля в качестве целевого критерия.
Степень достоверности и апробация работы. Степень достоверности сведений, полученных при выполенении работы, подтверждается тем, что экспериментальные данные подвергались статистической обработке прир < 0,05 и методом проекций на латентные структуры, а также проводилась обработка экспертных оценок в виде репрезентативных выборок путем исключения отдельных диссидентных оценок, нахождения среднего отклонения и коэффициента согласованности выборки до и после исключения диссидентных оценок.
Основные положения диссертационной работы представлены на XLIV Научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО (СПб, Университет ИТМО, 2015), VH Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (СПб, Университет ИТМО, 2017), VI и VII Всероссийских конгрессах молодых ученых (СПб, Университет ИТМО, 2017 и 2018).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 — в изданиях, рецензируемых РИНЦ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений и изложена на 106 страницах, включая 16 рисунков, 17 таблиц и список литературы, содержащий 63 наименования, из которых 29 — иностранных.
Основные химические составляющие солодового дистиллята
Для формирования базы экспертных оценок влияния технологических параметров на сенсорный профиль солодового дистиллята прежде всего нужно рассмотреть основные теоретические сведения о формировании сенсорного профиля дистиллятов под влиянием образующихся в производственном процессе сенсорно значимых веществ.
Основные сенсорно значимые вещества дистиллята — три группы низкомолекулярных соединений с выраженно органолептическими качествами:
1. алифатические альдегиды (главным образом предельные CzH2z+1COH);
2. высшие спирты;
3. средние эфиры.
Также следует рассматривать метанол, содержание которого необходимо по возможности уменьшать из соображений пищевой безопасности.
Итак, качество солодового дистиллята зависит от содержания высших спиртов, карбонилов, метилового спирта, эфиров.
Высшие спирты занимают первое после этанола место по концентрации и важности для сенсорных свойств дистиллята. Синтез высших спиртов тесно связан с де- и трансаминированием аминокислот: лейцина, изолейцина, валина, фенилаланина, тирозина, триптофана. Существует два пути образования высших спиртов: катаболический и анаболический.
Катаболический (путь Эрлиха) связан с распадом аминокислот, потребляемых из сусла. В этом случае потребленные дрожжами аминокислоты трансаминируются с образованием -кетокислот с последующим их декар-боксилированием и восстановлением, в результате чего образуются спирты, содержащие на один атом углерода меньше, чем аминокислота.
В качестве источников азота, помимо аминокислот, дрожжи могут использовать аммиак, соли аммония, мочевину (карбамид) и другие амиды, а также азотистые основания. Лучше всего азотистое питание в среде с достатком аминокислот и аммонийных солей. Поэтому возможно регулировать содержание аминокислот в сусле подбором хорошо протеолитически растворенного солода, режима затирания и источника азотного питания дрожжей.
Аминокислоты усваиваются в последовательности, определенной активностью специфических пермеаз. Принцип энергетической выгоды диктует, что усвоение аминокислот следующей группы может начаться не раньше, чем будут исчерпаны запасы аминокислот предыдущей.
– Быстроусвояемые (за 24 ч брожения): арг, аск, асп, глк, глу, лиз, тре, сер. – Среднеусвояемые (в процессе всего брожения): вал, гис, иле, лей, мет. – Трудноусвояемые: ала, гли, тир, тре, фен. – Практически неусвояемые: про.
В клетке система трансаминаз удаляет из молекулы аминокислоты первичную аминогруппу, а остаток включается в кетокислотный «пул» (резерв). Кроме них, в «пуле» присутствуют уже синтезированные дрожжами аминокислоты, нуклеотиды, первичные амины. Если в среде отсутствуют необходимые аминокислоты, то часть имеющихся в «пуле» де- или трансами-нируется. Образующийся при этом ион аммония используется для синтеза недостающих аминокислот.
Анаболический путь связан с биосинтезом аминокислот. В этом случае предпоследней реакцией является образование соответствующей -кетокислоты из пирувата и ацетил-КоА. Далее, как и в первом случае, происходит декарбоксилирование и восстановление этих -кетокислот с образованием высших спиртов [56,61,66].
Таким образом, синтез высших спиртов тесно связан с метаболизмом аминокислот и углеводов сусла. Низкая, равно как и высокая, концентрация аминного азота в сусле приводит к увеличению синтеза высших спиртов.
Органические кислоты являются продуктами гликолиза, а именно цикла Сент-Дьрди — Кребса. Если цикл разомкнут на участке после -кетоглутаровой кислоты, дрожжи выделяют значительные количества органических кислот как побочных продуктов брожения. Таким образом, содержание органических кислот определяется главным образом технологией брожения и физиологическим состоянием клеток. Штаммовые особенности дрожжей влияют на этот процесс незначительно [42,44,56].
Жирные кислоты образуются из запасных липидов ячменя, содержащихся главным образом в тканях зародыша. При проращивании зерно теряет до 30% липидов, гидролизуемых на глицерин и жирные кислоты. Часть жирных кислот в дальнейшем участвуют в построении тканей корешка и ростка. Остальное подвергается дальнейшему расщеплению липок-сигеназами, содержащимися в зародышевых листке и корешке.
Поэтому сусле до 90% свободных жирных кислот представлены высокомолекулярными жирными кислотами: пальмитиновой (C15H31COOH), линолевой (C17H29COOH), олеиновой (С17H31COOH) и стеариновой (С17H35COOH) [55]. Короткоцепочечные же жирные кислоты образуются при автолизе дрожжей, и, следовательно, их накопление в сусле связано с физиологическим состоянием дрожжей и технологией брожения [15,56].
Эфиры, как и высшие спирты, могут влиять на вкус и аромат спирта благотворно и отрицательно. Как правило, сенсорная характеристика того или иного эфира меняется с ростом его концентрации [48,52].
Из всего разнообразия эфиров большинство представлено эфирами уксусной кислоты и спирта как наиболее распространенных.
Следует выделить некоторые аминокислоты, которые являются непосредственными предшественниками альдегидов. В сусле с высоким содержанием кислорода прежде всего окисляются фенилаланин, лейцин и изолейцин. Кроме аминокислот, могут окисляться и другие примеси. Так, подвергаются подобному окислению высшие спирты; в частности, из 2-метилбутанола и изопентанола образуются 2- и 3-метилбутаналь соответственно [58].
Активаторами окисления являются ионы меди [57]. Также в процессе принимают участие побочные продукты реакций Майяра (рисунок 1.1) [56].
Небольшие количества альдегидов синтезируются и дрожжами. Уксусный альдегид, наиболее распространенный, практически заканчивает выделяться на исходе первых суток брожения.
Единственным непредельным альдегидом, имеющим значимость для сенсорного профиля, является акролеин, химическим предшественником которого служит глицерин, образуемый при брожении [10].
Синтез глицерина — результат реакции дрожжей на осмотический стресс [1]. Стимуляция осмосенсоров дрожжей концентрацией углеводов в среде увеличивает активность некоторых ферментов, что и приводит к накоплению глицерина [11]. Образуется глицерин и в нормальных условиях, лишь в меньших количествах, в ходе гликолиза. При расщеплении глюкозы из последней вначале образуется глюкозо-6-фосфат, изомеризуется в фруктозо-6-фосфат и с повторным фосфорилированием дает фруктозо-1,6-ди-фосфат. Затем фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется фруктозодифосфаталь-долазой до глицеральдегид-3-фосфата и дигидрооксиацетонфосфата. Последний восстанавливается глицерин-3-фосфат-дегидрогеназой до глицерин-3-фосфата, который гидролизуется глицерин-1-фосфатазой с образованием глицерина и ортофосфорной кислоты. Всякий раз при этом одна молекула пирувата или ацетальдегида накапливается в клетке и не превращается в этиловый спирт. Даже в период интенсивного брожения синтез глицерина не прекращается [56].
Оценка показателей качества солодового сусла по обобщенному показателю сенсорного профиля дистиллята и коррекция режима затирания
Четыре образца светлого ячменного солода, два производства «Б.С.К.» (I, П) и два — производства «Суффле» (Ш, ГУ), использовались для получения дистиллятов при одинаковых режимах затирания, брожения и дистилляции, изложенных в разделах 2.3.1-2.3.4.
Существенное различие наблюдалось в экстрактивности рассматриваемых солодов: содержание экстракта в соло дах П и ГУ ниже двух других. Это прежде всего привносит риск получить меньшее содержание сбраживаемых углеводов в сусле из этого солода, следовательно, пониженное количество эфиров и несколько уменьшенное — альдегидов в зрелой бражке и дистилляте, но также косвенно затрагивает содержание в сусле отдельных аминокислот и олигопептидов, т. е. сильно опосредованно влияет также и на содержание в дистилляте высших спиртов.
В полученных четырех образцах определялось содержание групп основных сенсорно значимых веществ: альдегидов, высших спиртов, метилового спирта и эфиров, а также крепость (для приведения найденных концентраций этих примесей к безводному спирту).
Поскольку целью эксперимента не было нахождение корреляций между составом сырья и конкретными показателями дистиллятов, а только между составом сырья и гедонически окрашенными сенсорными характеристиками, ранжирование составов солода не могло производиться по какому-либо одному показателю дистиллята. Вместо этого ранжир составов сырья по относительной пригодности для производства дистиллята с наиболее приемлемым сенсорным профилем строился на основании обобщенных показателей С сенсорных качеств дистиллятов из исследуемых солодов, учитывающих общую приемлемость сенсорных характеристик. Неравный вклад, который различные сенсорные характеристики делают в приемлемость сенсорного профиля дистиллята в целом, отражался с помощью коэффициентов значимости каждой из сенсорных характеристик .
Для определения коэффициентов значимости проводилась сессия сбора экспертного мнения. Десять опрошенных, являющихся опытными специалистами спиртового производства и дегустаторами, независимо выражали свое мнение о значимости каждого из физико-химических показателей дистиллята (полупродукта) для наиболее приемлемого сенсорного профиля, выставляя степени значимости соответствующих показателей баллы 0…5.
Чистота эксперимента при сборе экспертного мнения обеспечивалась тем, что все образцы, выставленные на дегустацию, имели одинаковый объем, тару и метки на ней, и комнатную температуру. Нормальный воздухообмен в помещении достигался принудительной приточно-вытяжной вентиляцией. Помещение и мебель были окрашены в нейтральные и холодные тона.
Мнение экспертов собиралось путем слепого анкетирования (неизвестно, какой эксперт как оценил тот или иной образец), обрабатывалось статистически для осреднения наборов баллов по каждому образцу перед дальнейшими расчетами и обоснованного удаления диссидентных мнений, введенных в анкету по ошибке или другим субъективным причинам.
Результаты, сильно отличающиеся от остальных результатов по данному показателю, отбрасывались. Результат отбрасывался, если изменение среднего отклонения (девиации) показывало, что результат сильно уменьшал согласованность. Итоговая согласованность также контролировалась посредством нахождения показателя Кендолла W.
На этой стадии объектом исследования было сусло, приготовленное из солода V по тому же режиму, что и ранее из солодов I и П. Образцы сравнивались по показателям, позволяющим оценить полноту экстракции.
Физико-химические показатели образцов сусла приведены в таблице. В данном случае частными показателями для контроля служили показатели полупродукта — сусла, а место дегустации занял теоретический опрос, где эксперты оценивали вклад каждого из показателей образцов в потенциал сенсорных качеств, которые могли бы иметься у дистиллята, полученного из того или иного сусла с соблюдением режимов дальнейших технологических стадий, использованных в получении эталонов.
Основанием для предпочтения одного из режимов другому вновь было нечеткое сравнение образцов. Образцы сравнивались по содержанию сухих веществ, сбраживаемых углеводов и свободного аминного азота, а также по активной кислотности, с тем чтобы оценить прежде всего полноту экстрагирования тем и другим режимом полезных веществ сырья, независимо от состава последнего.
Физико-химические показатели сусла, полученного при различных режимах затирания, приведены в таблице 3.3.1. Они оценивались привлечением экспертного мнения, как и в предыдущем эксперименте, но в данном случае частными показателями для контроля служили показатели полупродукта — сусла.
Идентичные начальные условия создавались тем, что затирание велось при одном и том же температурном и временнм режиме, описанном в разделе 2.3.2.
Мнение экспертов вновь собиралось путем слепого анкетирования, но данная сессия сбора экспертного мнения представляла собой не дегустацию, а теоретический опрос, где экспертам предлагалось оценить вклад каждого из физико-химических показателей образцов в потенциал сенсорных качеств, которые могли бы иметься у солодового дистиллята, будь он получен из данного сусла с соблюдением режимов дальнейших технологических стадий.
После статистической обработки и удаления диссидентных мнений средние баллы по каждому из показателей образцов переводились в коэффициенты значимости по тому же правилу, что и ранее, и вычислялись обобщенные показатели приемлемости физико-химических свойств образцов относительно потенциала сенсорных качеств.
Физико-химические показатели сусла и результаты их оценки методом функции Харрингтона приведены в таблице 3.3.2.
Оценка применимости режима фракционной перегонки для получения солодового дистиллята с наиболее приемлемым сенсорным профилем
Превращение потенциала сенсорных качеств солодового дистиллята в фактический сенсорный профиль начинается со стадии первой (простой) перегонки, где отделяется бльшая часть воды и других малолетучих веществ, и продолжается перегонкой фракционной. В результате этих стадий концентрации летучих веществ, к которым относится большинство сенсорно значимых, заметно увеличиваются.
Существует возможность менять выход мощности на нагревание во время перегонки. Практика показывает, что более пригодным является плавное нагревание со скоростью 1 мин-1. Более быстрое нагревание нежелательно по нескольким причинам.
Ускоренное нагревание приводит к уменьшению выхода летучих примесей при перегонке, т. к. при быстром нагревании труднее точно отобрать головную фракцию, которая и содержит благотворные летучие примеси и значительное количество спирта, и проще «упустить» слишком много хвостовой, характеризующейся более низкой крепостью и высокой концентрацией нежелательных низколетучих примесей.
Обогрев куба пароводяной рубашкой с собственным нагревателем склонен к запоздалым и вместе с тем резким реакциям на управляющие воздействия, что выводит процесс на неустойчивый колебательный режим, в ходе которого крепость текущего погона пробегает интервал шириной около 30%, а обслуживание перегонной установки затрудняется и отнимает время, необходимое для других вспомогательных операций. Поэтому можно признать нецелесообразным изменение режима нагревания бражки со скоростью подъема температуры 1 мин-1.
Как и в случае затирания (таблица ), нежелательна высокая температура и с точки зрения изменения сенсорного профиля будущего продукта. При быстром нагревании температура может сильно превысить средневзвешенную температуру кипения в данный момент, что способствует образованию нежелательной сенсорно значимой примеси — акролеина.
Наконец, существует опасность начала слишком бурного кипения.
Бражка является по сути водным раствором спирта и разнообразных примесей со взвесью дрожжей. Поскольку и растворитель, и растворенные вещества при перегонке испаряются, степень их разделения пропорциональна разнице в летучести, и, теоретически, путем опытных перегонок всегда можно добиться устойчивого состава дистиллята [12,13,15].
Следует отметить, что реальный процесс перегонки не подчиняется этому идеализированному правилу, и количества вместе кипящих компонентов в парах, следовательно, и в спирте, всегда иные, чем можно полагать из логически обоснованных экстраполяций. Например, из высокой летучести эфиров должно следовать, что их концентрация в текущем погоне резко вырастет, как только приблизится температура кипения самых распространенных эфиров (метил- и этилацетата), а с приближением максимума насыщенности паров спиртом большинство эфиров уже испарится. На самом же деле при перегонке солодовой бражки содержание эфиров в текущем погоне может изменяться волнообразно на протяжении всего процесса, что связано с их новообразованием из спиртов и кислот при высокой температуре [56]. Вещества, участвующие в подобных реакциях, вступают в них при случайном совпадении зон градиентных концентраций обоих участников реакции, и предсказать подобные явления средствами биотехнологического эксперимента практически невозможно [59].
Если при перегонке нескольких партий одной и той же бражки всякий раз брать образцы погона через равные промежутки времени и последовательно нумеровать их, то может оказаться, что в один и тот же момент времени (в образцах с одинаковым номером), но в разных партиях, химический состав заметно различается. Особенно значительными эти колебания бывают непосредственно после пуска производственной линии и во время перехода на новые аппаратурные и технологические решения [51].
Все перечисленное делает контроль качества солодового дистиллята на стадиях простой и фракционной перегонки трудноосуществимым и длительным, т. к. на анализ множества проб распространенными методами (хро-матографическим, масс-спектрометрическим) потребуется существенное время, а также другие ресурсы. Контроль качества дистиллята по критерию сенсорного профиля не сопряжен с такими трудностями, потому что сбор экспертного мнения организуется проще и реализуется быстрее, нежели методы химического анализа. Что касается непостоянства состава текущего погона, теоретические сведения позволяют предположить, что для гедонического фактора сенсорного профиля такие колебания не будут существенны, что должно подтвердиться или не подтвердиться результатами экспертной сессии.
Помимо быстроты, с которой наступают точки кипения различных примесей, мощность нагревания влияет на скорость испарения всех летучих компонентов одновременно, как бы сглаживая пики, отвечающие различным летучим компонентам перегоняемой бражки или первого дистиллята. Это сильно затрудняет определение нужного момента отсечения фракций.
Физико-химические показатели образцов, полученных при различных режимах фракционирования, приведены в таблице 3.5.1. Они оценивались привлечением экспертного мнения.
Мнение экспертов вновь собиралось путем слепого анкетирования. После статистической обработки и удаления диссидентных мнений средние баллы по каждому из показателей образцов переводились в коэффициенты значимости по тому же правилу, что и ранее, и вычислялись обобщенные показатели приемлемости физико-химических свойств образцов относительно потенциала сенсорных качеств.
Обработка результатов измерений
Результаты измерений, проведенных сенсорной системой «электронный язык», еще не представляют истинной картины содержания вкусо- и ароматообразующих веществ в дистиллятах.
Поэтому отклики системы на сенсорные характеристики подлежали обработке методами математической статистики и добычи данных (дейта-майнинга), прежде чем результаты измерений стало возможно использовать для контроля качества солодового дистиллята.
Прежде всего требовались арбитражные данные о точном содержании в образцах дистиллята основных сенсорно значимых веществ, а также крепости образцов (для приведения концентраций сенсорно значимых веществ к безводному спирту).
В качестве арбитражных данных были приняты найденные ранее (раздел 3.) результаты газохроматографического анализа образцов дистиллята на содержание основных сенсорно значимых веществ и их групп:
– 1-бутанола;
– 1-пропанола;
– 2-пропанола;
– изоамилола;
– изобутанола;
– высших спиртов в целом;
– метанола;
– метилацетата;
– этилацетата;
– сложных эфиров в целом;
– уксусного альдегида;
– этилового спирта (крепость).
Перечисленные показатели определялись на хроматографе «Кристалл-2000М» с колонкой «Хьюлетт-Паккард» FFAP и дозатором ДАЖ-2М в фазе 99,999% азота (ос. ч.) Результаты анализа приведены в Приложении 5.
Для анализа результатов, полученных с помощью системы «электронный язык», использовался метод главных компонент (МГК).
Сущность метода в том, что исходные отклики прибора в виде многомерного массива проецируются в новую систему координат, привязанную к дисперсии выборки, где нуль — точка максимальной плотности выборки. В этих координатах данные распределены не сообразно их истинным значениям, а по ширине диапазона статистического разброса. Координатными осями при этом служат прямые, которые и называются главными компонентами.
Вначале через центр облака данных проводится прямая в направлении наибольшего разброса в данных относительно воображаемой плоскости — первая главная компонента ГК1. ГК2 пересекает первую линию под прямым углом, а в третьей степени свободы ориентируется на направление, в котором также наблюдается максимальный разброс точек, но в плоскости, перпендикулярной предыдущей (рисунок 4.2.1).
Матрица счетов содержит в себе координаты образцов в пространстве главных компонент. Матрица нагрузок в свою очередь определяет направление каждой главной компоненты в исходной системе координат. Расстояние от исходных образцов до их проекций в пространстве главных компонент содержит матрица остатков (Е). Последняя является ошибкой моделирования.
Далее строились градуировочные модели, связывающие отклики сенсоров с конкретными численными значениями параметров качества спиртов.
Любая градуировка служит для косвенного нахождения связи одной характеристики с другой. Одним из методов многомерной калибровки, позволяющим находить подобную связь, является метод проекций на латентные структуры (ПЛС).
В методе ПЛС используются уже не три, как в МГК, а две матрицы: X — отклики массива сенсоров в градуировочных образцах и Y — референтные данные о концентрации интересующих веществ в градуировочных образцах, найденной арбитражным методом, в данном случае — газохрома-тографическим. Фактически рассчитывается набор коэффициентов, на который нужно умножить отклики сенсоров, чтобы получить искомые концентрации. В дальнейшем полученная модель (набор коэффициентов) используют для прогнозирования новых значений Y (Ypred) на основе значений X, полученных при новых измерениях.
Для поверки модели значения Ypred сравнивались с соответствующими референтными значениями Yref. Результаты представлены в таблице 4.2.1.
Приведенные в таблице 4.2.1 данные свидетельствуют о наличии тесной (с малыми выпадами экспериментальных значений относительно предсказанных) прямой (увеличению значений независимой переменной Yref соответствует увеличение значений зависимой Ypred) корреляции между результатами, полученными с использованием прибора «электронный язык», и данными арбитражного хроматографического анализа. Следовательно, система «электронный язык» может применяться для контроля текущего качества продукции, критерием которого служат сенсорные характеристики.
Если такой критерий сформирован заранее с помощью построенной на основе экспертной оценки сенсорного профиля кривой желательности, и эти данные используются в качестве референтных, то текущие физико-химические показатели должны определяться отдельно в ходе производства каждой партии дистиллята. Поэтому прибор «электронный язык» может быть применен для контроля текущей степени развитости сенсорного профиля — основного критерия качества солодового дистиллята, — что и позволяет говорить о планировании сенсорного профиля производимого дистиллята. Это делает данную систему важным аспектом производства солодового дистиллята с планируемым сенсорным профилем.