Moscow, Russian Federation
The use of alternative types of carbohydrate-containing raw materials to produce distillates is quite common throughout the world. These technologies are usually used to produce drinks with original organoleptic characteristics. Jerusalem artichoke (Heliantustuberosus) is a perennial crop that is used as a raw material for a wide range of products. Today, the most common use of Jerusalem artichoke is to obtain inulin, as well as for feed and fuel purposes. However, there is experience in processing Jerusalem artichoke to produce distillates and alcohol. In addition, Jerusalem artichoke is rich in dietary fiber and vitamins, which allows it to be used comprehensively: for the production of alcohol, as well as functional food and feed products. Jerusalem artichoke is unpretentious, disease-resistant, and also has a high yield, which reaches up to 130 tons of tubers per hectare. The paper provides an overview of the use of Jerusalem artichoke for various purposes. The current and promising market for its application is analyzed. Existing technologies for its processing to obtain various commercial products are considered. The topic of obtaining distillates and alcohol from dried intermediate products obtained from Jerusalem artichoke is touched upon. Examples of the use of Jerusalem artichoke distillates in recipes for the production of alcoholic beverages in different regions of the world are given. The use of Jerusalem artichoke as a source of carbohydrates in the production of distillates or alcohol today is a real prospect for reducing costs and creating alcoholic beverages with original organoleptic characteristics.
Jerusalem artichoke, topinambur, Jerusalem artichoke juice, inulin, distillation, alcohol
Топинамбур, также известный под названиями «земляная груша» или «иерусалимский артишок», представляет собой многолетнее травянистое растение, принадлежащее к роду Подсолнечник. Латинское название топинамбура (Heliantus tuberosus – подсолнечник клубненосный) отражает строение этого растения, а именно образующиеся на концах корневища утолщения, традиционно, хотя и ошибочно, называемые клубнями. Особенностью химического состава этих клубней является высокое (до 20 % масс.) содержание инулина [1].
Неприхотливость топинамбура, его устойчивость к болезням и вредителям в сочетании с хорошей урожайностью (до 1400 ц/га по зеленой массе и до 1300 ц/га клубней) [2] позволяют рассматривать его как перспективную техническую и кормовую культуру. Высокая жизнеспособность этого многолетника дает уникальную возможность использовать его при возвращении земель в сельскохозяйственный оборот, в качестве замещающей культуры для уничтожения борщевика [3]. При этом инвазивность самого топинамбура ограничена вегетативным способом размножения, в умеренном климате семена не прорастают [2].
Топинамбур ввезен в Европу из Северной Америки в начале XVII в., с конца XVIII в. его посадки существовали во многих регионах России – от Санкт-Петербургской губернии до Северного Кавказа. В СССР топинамбур был относительно распространен в 1930-е гг., однако в послевоенное время возделывался ограниченно, несмотря на то, что исследования по этой теме не прекращались [4]. Отдельные сорта топинамбура используются как декоративное и медоносное растение [2]. Несмотря на доказанную пользу топинамбура, особенно при сахарном диабете [5], массовое употребление свежих клубней в пищу не получило широкого распространения [6].
Среди продукции, получаемой из топинамбура, особое место занимает этанол. При этом значительный интерес представляет как топливный спирт, так и алкогольные напитки на основе дистиллятов из топинамбура.
Еще в прошлом веке в США начались исследования по использованию топинамбура в качестве источника топливного спирта, альтернативного традиционным пшенице и картофелю. Интерес вызвала засухоустойчивость и общая неприхотливость этого растения, позволяющая выращивать его практически везде в Северной Америке и тем самым освободить более плодородные земли для культур, употребляемых в пищу [7]. Ранее интерес к топливному спирту из топинамбура естественным образом возник в Европе в период Второй мировой войны [8].
В качестве источника биомассы для производства биоэтанола могут выступать как зеленые части растения (преимущественно стебли), так и клубни [9], а также получаемый из клубней сок. Поскольку углеводы в клубнях и соке топинамбура представлены преимущественно инулином, перед сбраживанием необходимо проводить гидролиз сырья ферментными препаратами, содержащими инулиназную активность. С XIX в. стало известно, что клубни топинамбура содержат некоторое количество подобных ферментов, что открыло новые перспективы для его переработки [10]. Существующие схемы производства биоэтанола из топинамбура с использованием зеленой массы совместно с клубнями растения позволяют получить до 0,252 г спирта на 1 г сухой биомассы [11]. В Китае исследуются технологии получения топливного этанола из топинамбурной муки с использованием иммобилизованных дрожжей, обладающих инулиназной активностью, с целью одновременного осахаривания инулина и сбраживания получающихся сахаров [12]. В России проводился ряд исследований состава вегетативной части растения с целью получения биоэтанола [13]. Польско-литовская группа исследователей обратила внимание на то, что этанол не является единственным энергетически значимым продуктом на основе топинамбура. В частности, указывается на возможность использования как клубней, так и надземной части растения для производства метана, а из самой надземной части могут быть изготовлены топливные брикеты и пеллеты [14].
Анализ публикационной активности показывает, что развитие потенциальных способов применения топинамбура и продуктов его переработки идет преимущественно в направлении топливной промышленности. Тем не менее производство алкогольных напитков из топинамбура имеет давнюю историю и достаточно распространено, хотя объемы производства очень малы.
Использование топинамбура в качестве сырья для алкогольных напитков начато в XIX в., когда из-за поражения виноградников филлоксерой в Европе значительно сократилось производство вина. Сначала во Франции, а затем в южной Германии из топинамбура стали производить слабоалкогольные напитки, а затем – крепкие напитки на основе дистиллятов.
Подробности французской технологии производства спирта из топинамбура описаны в издании 1898 г. В частности, описан метод непрерывной дистилляции, при котором из 1250 кг клубней возможно было получить 100 л спирта и 750 кг отходов, пригодных на кормовые цели [15, 16].
В Германии с 1917 по 1924 г. производство спиртных напитков из топинамбура было запрещено. В настоящее время дистилляты из топинамбура производства Германии поступают на рынок под разными торговыми марками: Obstler, Rossler, Roter Rossler (с добавкой лапчатки), Topinambur-Branntwein, Topinamburbrannt, Topi, Topinambur Schnaps или просто Topinambur. Основные производители подобной продукции – частные предприятия и фермы, расположенные в Баварии и Баден-Вюртемберге. Во многих регионах считается, что такой шнапс благотворно влияет на пищеварение после обильной еды [17].
Дистилляты из топинамбура имеют интенсивный, слегка землистый вкус. Однако вкус шнапса из топинамбура может меняться, если в процессе переработки в него были добавлены другие травы или корни, такие как лапчатка, можжевельник или тмин. Тогда спектр вкуса варьируется от орехового до слегка сладковатого. Если клубни топинамбура не были тщательно очищены, вкус продукта может быть горьким [17]. По мнению производителя из США, штат Техас: «Топинамбур обладает ореховым, чистым вкусом, напоминающим свежие семена подсолнечника. Он пахнет фруктами и имеет легкий орехово-сладкий привкус. Он характеризуется интенсивной, приятной, землистой нотой» [18].
Согласно действующим в настоящее время в Европейском союзе нормативам [19], спиртные напитки из топинамбура должны быть получены исключительно дистилляцией браги из клубней топинамбура и содержать не менее 38 об.% спирта. Из добавок разрешен только карамельный колер для придания требуемого цвета, ароматизаторы не допускаются.
В США спиртные напитки из топинамбура производятся мелкими производителями и небольшими партиями. На рынке алкогольных напитков они позиционируются как «редкие» и «уникальные» [20] и как основа для оригинальных коктейлей [18]. Получение топинамбурных дистиллятов в определенной мере популярно среди американских энтузиастов производства спиртных напитков.
Использование в качестве сырья сушеного топинамбура интересно, в частности, тем, что избавляет производство от сезонности, связанной с сырыми клубнями. В России ведутся исследования по использованию именно этого вида сырья для получения дистиллятов. Запатентован способ производства дистиллята из инулинсодержащего сырья [21], где в качестве исходного материала используется топинамбур сушеный.
Получение дистиллята из топинамбура осуществляется перегонкой сброженного сырья, получаемого в одну или две стадии. Отечественными исследователями отмечается ряд недостатков одностадийного процесса, включающего одновременное осахаривание и сбраживание биомассы клубней топинамбура [22]. К ним относится длительный процесс сбраживания, повышающий вероятность заражения браги посторонней микрофлорой, а также использование пектолитических ферментов, увеличивающих содержание метилового спирта в дистилляте. Первая стадия двухстадийного процесса, при котором осахаривание предшествует сбраживанию, может проходить как под воздействием собственных инулиназ топинамбура, так и с введением инулиназ-содержащих препаратов.
Было показано, что однократная дистилляция сброженного сусла, изготовленного из сушеного топинамбура, позволяет получить дистиллят, богатый вкусо- и ароматообразующими компонентами и при этом имеющий низкое содержание метанола [23].
Данные органолептического анализа топинамбурного дистиллята были опубликованы в 2022 г. Согласно сообщению [24], испытанный образец дистиллята по основным показателям соответствует ГОСТ 33723-2016 «Дистиллят зерновой. Технические условия». Дегустация показала, что этому дистилляту свойственны оригинальные вкус и аромат, отмечаются характерные ноты топинамбура. Посторонних аромата и привкуса не обнаружено.
Топинамбур может использоваться и как добавка в биологический материал для получения иных алкогольных напитков. Так, в недавнем исследовании традиционного корейского напитка Якджу (약주) [25] отмечается, что добавление 10 % топинамбура улучшает готовый напиток с точки зрения сладости, кислоты, аромата и общего качества продукта.
В заключение стоит отметить, что сегодня топинамбур хоть и рассматривается как альтернативный источник топлива, дистилляты и напитки на основе топинамбура тоже заслуживают пристального внимания. Высокое качество продукции, доступность сырья и известные схемы его переработки позволяют увеличить спрос на топинамбур в производстве спиртных напитков. Это позволит разнообразить ассортимент продукции, доступной потребителю, снизить себестоимость спирта благодаря применению альтернативного, дешевого вида сырья, уменьшить количество иного пищевого сырья, в первую очередь – зерна, используемого для производства алкогольной продукции.
1. Kulenkamp A.Yu. Topinambur // Bol'shaya Rossiyskaya Enciklopediya / red. Yu.S. Osipov. M.: BRE, 2004–2017.
2. Medvedev P.F., Smetannikova A.I. Kormovye rasteniya evropeyskoy chasti SSSR. L.: Kolos, 1981. S. 284–287.
3. Patent RF RU 2017 126 571. Sposob unichtozheniya borschevika / Komarov A.A., Anushkevich N.Yu. № 2017126571; zayavl. 24.07.2017; opubl. 24.01.2019, Byul. № 14.
4. Zimin V.S. Ekonomicheskaya effektivnost' mehanizacii vozdelyvaniya i pererabotki tominambura. M., 1997.
5. Reshetnik L.A., Prokop'eva O.V., Kochnev N.K. Dieticheskoe i lechebnoe naznachenie topinambura // Baykal'skiy medicinskiy zhurnal. 1997. T. 11, № 4. S. 11–15.
6. Peschanskaya V.A., Krikunova L.N. Vliyanie rezhimnyh parametrov podgotovki sushenogo topinambura k distillyacii na effektivnost' processov pri poluchenii i sbrazhivanii susla // Innovacionnye processy v pischevyh tehnologiyah: nauka i praktika: mat-ly mezhdunar. nauch.-prakt. konf. posvyasch. 90-letiyu VNIIZ. M., 2019.
7. Crowell T. It may look like a 'sunflower, 'but there's fuel in those stalks. The Christian Science Monitor, 1980.
8. Avando G. De l’alcool au topinambour // Le Chasseur Français, № 604, P. 600, 1941.
9. O. Laosiriwut, P. Srinophakun, T.R. Srinophakun, C.-G. Liu, F.-W. Bai i Y. Chisti. Process Simulation of Ethanol Production from Jerusalem Artichoke Stalk. Vol. 40, № 5, P. 1665–1674, 2021.
10. Green J.R. On the germination of the tuber of the Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus). Annals of Botany. 1888. T. 1, № 3-4, P. 223–236.
11. Kim S., Kim C.H. Evaluation of whole Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) for consolidated bioprocessing ethanol production. Renewable Energy. 2014. T. 65, P. 83–91.
12. Production of ethanol from Jerusalem artichoke by mycelial pellets / C. Zhang [et al.] // Scientific Reports. 2019. T. 9, № 1. P. 18510.
13. Emelina T.N., Ryazanova T.V., Chuprova N.A. Poluchenie uglevodsoderzhaschih substratov iz vegetativnoy chasti topinambura // Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2002. № 2. S. 117–119.
14. Jerusalem artichoke (Helianthus Tuberosus L.) as energy raw material / B. Sawicka [et al.] // Proceedings of the 9th International Scientific Conference Rural Development 2019, 2019.
15. Charavel F. Le Topinambour sa Culture son Emploi pour la Fabrication de l'Alcool, Paris: J. Fritsch, 1898.
16. Delbetz P.T. Du Topinambour: Culture, Panification et Distillation de ce Tubercule, Paris: Libraire Centrale d'Agriculture et de Jardinage, 1867.
17. Topinambur Schnaps. URL: https://topinambur.cc/topinambur-schnaps (data obrascheniya: 03.05.2023).
18. First shot distillery. URL: https://firstshotdistillery.com (data obrascheniya: 03.05.2023).
19. Regulation (ec) no 110/2008 of the european parliament and of the council // Official Journal of the European Union, 2008.
20. Distillery Koval. Sunchoke Spirit. URL: https://koval-distillery.com/newsite/en/119-english/spirits/sunchoke-brandy/104-sunchoke-spirit (data obrascheniya: 03.05.2023).
21. Pat. RF RU 2 608 502 C1. Sposob proizvodstva distillyata i zinulinsoderzhaschego syr'ya / Oganesyanc L.A., Peschanskaya V.A., Krikunova L.N.; patentoobladatel' Vseros. NII pivovarennoy, bezalkogol'noy i vinodel'cheskoy promyshlennosti. № 2016111159; zayavl. 25.03.2016; opubl. 18.01.2017, Byul. № 2.
22. Krikunova L.N., Peschanskaya V.A., Dubinina E.V. Nekotorye aspekty proizvodstva distillyata iz klubney topinambura. Ch. 1. Dinamika raspredeleniya letuchih komponentov pri distillyacii sbrozhennogo susla // Tehnika i tehnologiya pischevyh proizvodstv. 2017. T. 11, № 1. S. 17–23.
23. Krikunova L.N., Dubinina E.V. Vliyanie sposobov distillyacii na kachestvennye harakteristiki distillyatov iz sushenogo topinambura // Tehnika i tehnologiya pischevyh proizvodstv. 2018. T. 48, № 1. S. 48–56.
24. Pererabotka klubney topinambura v distillyaty dlya proizvodstva original'nyh spirtnyh napitkov / A.O. Solov'ev [i dr.] // Industriya pitaniya. 2022. T. 7, № 4. S. 36–43.
25. Fermentation characteristics of yakju containning different amounts of steam-cooked Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) / J.-S. Choi [et al.] // Korean Journal of Food Preservation. 2023. Vol. 30, № 1, P. 155–169.
