Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические предпосылки к разработке пива с заданными потребительскими свойствами 12
1.1. Использование метода « Quality Function Deployment» при разработке новых сортов пива 21
1.2. Теоретические основы регулирования синтеза сенсорно-важных компонентов пива 27
1.2.1. Спирты 27
1.2.2. Органические кислоты 34
1.2.3. Жирные кислоты 37
1.2.4. Эфиры 38
1.2.5. Карбонилы 42
1.2.6. Сульфосоединения 47
1.3. Теоретические основы повышения сенсорной стабильности пива 50
1.3.1. Предельные алифатические альдегиды 52
1.3.2. Непредельные алифатические альдегиды 56
1.3.3. Ароматические альдегиды 58
1.3.4. 3-Метил-2-бутен-1-тиол 60
1.3.5. Заключение 60
1.4. Физико-химическая стабильность пива 62
1.4.1. Типы коллоидного помутнения 64
1.4.2. Химический состав коллоидов пива 65
1.4.3. Роль кислорода в формировании коллоидов при хранении пива 71
1.4.4. Пути повышения коллоидной стабильности пива 72
2. Материалы, объекты и методы исследования 89
2.1. Материалы исследования 89
2.2. Объекты исследования 93
2.3. Методы исследования сусла и пива 95
3. Исследование процессов стабилизации коллоидной системы пива 108
3.1. Влияние сортовой чистоты ячменя на свойства пива 108
3.2. Научное обоснование выбора режима затирания солода 111
3.3. Влияние состава засыпи на коллоидную стойкость пива 116
3.4. Распределения взвешенных частиц в сусле 118
3.5 Исследование инициальной мутности пива при сбраживании сусла 121
3.5.1.Влияние физиологического состояния дрожжей на мутность пива 127
3.5.2. Влияние штамма на мутность пива 129
3.6. Повышение физико-химической стабильности пива 130
3.6.1. Обоснование выбора типа силикагеля 133
3.6.2 . Исследование влияния соотношения фракций фильтровальных материалов и силикагеля 138
3.6.3 . Применение ПВПП для повышения физико-химической стабильности пива 141
3.7. Методология выявления причин низкой физико-химической стабильности пива 148
3.8. Выводы 152
4. Исследование и разработка технологии пива с высокой сенсорной стабильностью 155
4.1. Влияние качества сырья на сенсорную стабильность пива. 155
4.1.1. Влияние сортовой чистоты ячменя на стойкость пива к окислению 155
4.1.2. Влияние длительности хранения солода на сенсорную стабильность пива 157
4.2. Исследование влияния режима затирания солода на химический состав пива 164
4.2.1. Обоснование режима затирания для получения пива длительного срока хранения 164
4.2.2. Влияние режима затирания на изменение концентрации индикаторов старения пива 170
4.2.3. Влияние режима затирания на изменение концентрации алифатических эфиров и гетероциклических кетонов при хранении пива 172
4.2.4. Дегустационная оценка пива 173
4.3. Влияние материала упаковки и условий хранения на изменение органолептических свойств пива 174
4.4. Пути повышения сенсорной стабильности пива 182
4.4.1. Регулирование биосинтеза диоксида серы 182
4.4.2. Регулирование синтеза сероводорода 185
4.5. Влияние некоторых факторов на кинетику образования диацетила в процессе брожения пивного сусла 189
4.5.1. Влияние начальной концентрации дрожжей на синтез диацетила 191
4.5.2. Влияние температуры на содержание диацетила в пиве 201
4.6 Заключение 204
5. Методологический подход к разработке новых сортов пива 208
5.1. Маркетинговые исследования 208
5.2. Планирование разработки нового молодежного бренда 212
5.2.1. Первый этап - планирование продукта 213
5.2.2. Второй этап – проектирование продукта 215
5.2.3. Третий этап - проектирование процесса 221
5.2.4. Итоги реализации проекта 231
5.3. Разработка сорта пива «Балтика «Живое» 233
5.3.1. Планирование продукта 233
5.3.2. Проектирование продукта 234
5.3.3. Проектирование процесса 238
Список литературы 243
Список сокращений 260
- Сульфосоединения
- Научное обоснование выбора режима затирания солода
- Применение ПВПП для повышения физико-химической стабильности пива
- Влияние материала упаковки и условий хранения на изменение органолептических свойств пива
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время на российском пивном рынке реализуются различные сорта пива отечественного и зарубежного производства, отличающиеся органолептическими и физико-химическими показателями качества, а также потребительскими свойствами, которые определяются вкусовыми предпочтениями. В связи с тем, что требования потребителей постоянно меняются, изменяются также число и значение показателей, характеризующих качественный продукт. Так, в 90-е годы в соответствии с ГОСТ 3473-78 определяли семь показателей, характеризующих свойство продукта, которые могли изменяться уже после 7 сут хранения напитка. Ухудшение свойств пива в то время было связано главным образом с отсутствием его биологической стойкости. По мере совершенствования технологии и развития пивной отрасли требования к качеству пива изменились, и его оценка в настоящее время проводится уже по 11 показателям (ГОСТ 51174-2009). Кроме того, в острой борьбе за потребителя лидеры отрасли для контроля продукции ввели дополнительные внутризаводские критерии: горечь, мутность, растворенный в пиве кислород, общий диацетил. Также на предприятиях внедрены многочисленные системы менеджмента качества, стандарты ISO серии 9000, стандарты пищевой безопасности НАССР. Введение международных стандартов на крупных предприятиях отрасли, транспортирующих свой продукт в различные регионы России, потребовало производства пива длительного срока хранения (не менее 6 мес). В связи с этим большое внимание уделяется биологической, коллоидной и вкусовой стабильности напитка, особенно светлых сортов пива. Между тем исследования в этой области ранее ограничивались повышением биологической и коллоидной стабильности. Среди отечественных ученых в этом направлении работали Покровская Н.В., Исаева B.C., Иванова Т.В.
Проблема повышения сенсорной стабильности возникла только после получения положительных результатов, позволяющих стабилизировать коллоидную систему пива и повысить срок его годности до 3 мес. Выяснением причин снижения вкусовой стойкости продукта стали заниматься ведущие ученые институтов пивоварения Германии (Нарцис Л., Ангер X., Вакербауер К. и др), Чехии (Басаржова Г., Шавел Я. и др.), США (Бэмфорт С). В России в этом направлении проводятся исследования во ВНИИ пивобезалкогольной и винодельческой промышленности (г. Москва), в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики учениками научной школы проф. Мелединой Т.В. (Лебедева Е.П., Вишняков И.Г., Баташов Б.Э.) и в исследовательском центре ОАО «Пивоваренной компании «Балтика» (Афонин Д.В., Давыденко С.Г. и др.). С другой стороны, широкое развитие сети минипивзаводов изменило отношение к такому свойству качества как длительность хранения, т.к. в этом случае
продукция реализуется в течение 7-10 дней. В связи с этими изменениями возникла необходимость переосмысления понятия «качество», которое должно рассматриваться как функция свойств напитка и параметров процессов при его получении и зависеть от конкретных требований потребителя.
Таким образом, в связи с немногочисленностью исследований теоретическое обоснование и разработка технологии светлого пива, обеспечивающей разные сроки годности, высокую коллоидную и вкусовую стабильность при длительном хранении является актуальным научным направлением исследования и имеет высокое социально-экономическое значение. Цель и задачи работы. Целью работы является научное обоснование и разработка технологии светлого пива различного срока годности с применением метода структурирования функции качества.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
теоретически и экспериментально обосновать роль физико-химических
показателей сырья и параметров процесса в регулировании
органолептических свойств пива и его стабильности;
изучить влияние сортовой чистоты ячменя, используемого для
солодоращения, на окислительно-восстановительные свойства пива;
исследовать влияние режимов затирания зернопродуктов на химический
состав свежего и состаренного пива;
установить роль дрожжевых клеток в стабилизации коллоидной и
вкусовой стабильности пива;
получить новые сведения о процессах стабилизации коллоидной
системы пива при его фильтровании;
разработать критерии оценки пива длительного срока хранения (не
менее 6 мес);
исследовать окислительно-восстановительные процессы при хранении
пива в разных видах упаковки;
теоретически и экспериментально обосновать и разработать
комплексный подход к выявлению причин коллоидной нестабильности
пива и их устранению;
структурировать функции качества и выделить важнейшие
характеристики сортов пива для отдельных сегментов рынка;
разработать методологические подходы для создания новых сортов пива
с заданными свойствами продукта с применением метода
структурирования функции качества;
разработать технологию и техническую документацию на новые сорта
пива с разным сроком годности. Научная концепция. Предложена концепция создания новых сортов пива, которая базируется на научно обоснованном выборе разработанных технологических процессов, с целью обеспечения стабильного качества
продукции с учетом требований потребителей.
Научная новизна. Проведено структурирование функции качества с применением модели «Дома качества» и выделены важнейшие характеристики продукта с различным сроком хранения, которые должны быть получены при его производстве.
Теоретически и экспериментально обоснован выбор показателей, играющих важную роль в регулировании коллоидной и вкусовой стабильности пива длительного хранения.
Обоснованы новые требования к ячменю как сырью для производства пива.
Установлены режимы затирания солода, обеспечивающие повышение коллоидной и вкусовой стабильности пива.
Доказано, что вкусо-ароматическая и коллоидная стабильность пива зависят от штаммовых особенностей дрожжей, их физиологического состояния и потенциала поверхности клеток.
Определен электрофоретический потенциал соединений, входящих в состав коллоидов пива.
Получено эмпирическое уравнение, которое позволяет прогнозировать динамику образования диацетила при брожении пива в зависимости от величины засева и температуры.
Теоретически и экспериментально получены данные о расходе фильтровальных материалов и стабилизаторов (силикагеля и поливинилполипирролидона), а также режимах стабилизации в зависимости от адсорбирующей способности фильтровального слоя.
Изучены изменения концентрации алифатических альдегидов и 3 -метил- 1-бутен-1-тиола при хранении пива в различных видах упаковки и определены максимальные сроки хранения продукта в этих упаковках.
Основные положения, выносимые на защиту:
- концепция структурирования показателей качества и их регулирование
при производстве пива;
- научно-обоснованные способы получения пива с высокой
вкусо-ароматической и коллоидной стабильностью;
- результаты экспериментальных исследований повышения
антиоксидантных свойств пива;
- методология создания новых сортов пива с различным сроком хранения.
Практическая значимость работы.
Применительно к производству пива разработана модель «Дома качества» и утверждена техническая документация (ТУ 9184-093-01824944) по производству светлого сорта пива длительного срока хранения (не менее 6 мес), которое имеет уникальный вкус, высокую коллоидную и вкусовую стабильность. В 2007 г. было продано данного сорта пива 290 млн. л. Экономический эффект от внедрения данного сорта пива составил 7,5 млрд. руб.
Разработана модель «Дома качества» и техническая документация (ТУ 9184-043-01824944) для сорта светлого пива, не подвергающегося пастеризации, срок годности которого составляет не менее 3-х мес. За 2010 год было продано 9,3 млн. л данного пива. Доход от продажи пива «живое» составил около 620 млн. руб.
Разработаны мероприятия, направленные на регулирование коллоидной стойкости пива, включающие выбор сырья, режим затирания, штамма дрожжей, дозы внесения стабилизаторов при фильтровании пива и режим обработки, применение которых для завода производительностью 1 млн. гл пива в год составляет 1 млн. 242 тыс. руб.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на всесоюзных, международных научных, научно-практических конференциях, симпозиумах и семинарах:
Всероссийской научно-технической конференции: Коршуновские чтения (Тольятти, 2005), Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2005), научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология: Проблемы и перспективы» (Калининград, 2006), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2009), IV и V-ой Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2009, 2011), 4-ой и 5-й Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2010-2011), Всероссийской конференции «Пищевые добавки и современные технологии переработки сельскохозяйственного сырья» (Санкт-Петербург, 2011), 3-м Международном Форуме «Вода в пищевой промышленности: качество, безопасность, экология» (Санкт-Петербург, 2012), семинарах и технических советах ОАО «Пивоваренная компания «Балтика» (Санкт-Петербург, Дания, 2005-2012), международном конгрессе «1st Biotechnology World Congress» (ОАЭ, Дубай, 2012).
Публикации. По теме работы опубликованы 48 печатных работ, в том числе 16 статей в реферируемых ВАК журналах, одна монография, получено 5 патентов на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5 глав, выводов, списка используемых источников (178 наименований) и 19 приложений. Диссертация изложена на 242 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков и 82 таблицы.
Сульфосоединения
В пиве различают два вида помутнения. Холодное помутнение, или обратимое, и необратимое помутнение [26].
Холодное помутнение появляется при охлаждении напитка до температуры 0 С. Эта муть исчезает при 20 С. В состав осадков, формирующихся при низких температурах, входят частицы размером от 0,1 до 1,0 мкм. Молекулярная масса этих частиц может превышать 10 кДa.
Обратимое помутнение объясняется непрочностью связей между низкомолекулярными фенольными соединениями и белками пива. В результате при повышении температуры наблюдаются регидратация и разрушение образовавшихся комплексов.
При длительном хранении продукта вследствие реакций полимеризации, сополимеризации и окисления образуются коллоиды, размер которых превышает 1 мкм. Они выпадают в осадок при охлаждении пива и не переходят в растворимое состояние при последующем нагреве напитка до температуры 20С. Некоторые из этих коллоидов могут растворяться при нагревании пива до температуры свыше 40 С.
Появление необратимого помутнения связано с тем, что помимо водородных связей между отдельными соединениями пива возникают прочные ковалентные связи, которые не разрушаются при нагревании [147, 178]. 1.4.2. Химический состав коллоидов пива
Появление мути во время хранения пива связано с присутствием в нем азотсодержащих веществ (полипептидов), полифенолов, полисахаридов (-глюканов; продуктов гидролиза крахмала; пентозанов и гликогена) и оксалатов.
По данным разных авторов [2, 26, 54], концентрация веществ в холодной мути колеблется от 1,4 до 8,1 мг/л: около 40 % приходится на долю полипептидов, 35 % – это фенольные соединения, 20-30 % составляют полисахариды. Этанол увеличивает дегидратирующие свойства полифенолов (ПФ). При этом в коллоидных осадках возрастает количество как полифенолов ПФ, так и полисахаридов (рис. 1.4.1).
Содержание соединений, входящих в необратимое помутнение, составляет от 6,6 до 14,6 мг/л и зависит от многих технологических факторов и качества сырья [2, 26, 54]. Белки Белки и продукты их гидролиза (полипептиды, аминокислоты) являются наиболее распространенной причиной возникновения мути;(,) их количество в осадке может достигать 44 % (рис.1.12). Эти соединения имеют высокую молекулярную массу (свыше 30 кДа). Они являются продуктами гидролиза белков, содержащихся в солоде и несоложеных материалах. К этим веществам относятся простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. В зависимости от химической природы простетической группы данные белки подразделяются на гликопротеиды, липопротеиды, хромопротеиды и нуклеопротеиды. В коллоидной мути, в частности, обнаружены гликопротеиды с молекулярной массой 16,5 и 30,7 кДа, которые являются кислыми белками [52].
Содержание простых белков в солоде зависит от их количества в ячмене и технологии солодоращения. Уровень данных веществ в пивоваренном ячмене составляет 10-11,5 %. Это альбумины, глобулины, проламины и глютелины. С точки зрения влияния на коллоидную стойкость пива следует выделить -глобулин, который содержит максимальное количество серы (-SH групп), а также - и -фракции проламина, которые входят в состав обратимого и необратимого помутнения пива. Присутствие некоторых аминокислот (пролин, глутаминовая кислота, метионин) также является причиной коллоидной нестабильности пива [48,52,57].
Феноль ны е соединени я В пиве содержатся мономерные и полимерные фенольные соединения. Из мономерных соединений следует обратить внимание на флавоноиды, которые отличаются друг от друга степенью окисленности, количеством и местоположением в молекуле гидроксильных групп, а также степенью их метилирования. В зависимости от степени окисленности (или восстановленности) данные соединения делятся на 10 основных подгрупп, среди которых выделяют - катехины (флаван-3-олы), лейкоантоцианидины (флаван-3,4-диолы), антоцианидины, флавонолы. Катехины легко окисляются как путем аутоксидации (самоокисления), так и путем ферментативного окисления с помощью оксидоредуктаз (например, полифенолоксидазы солода). При этом образуется флобафен, который имеет красный цвет, и приятный слабо вяжущий привкус. Катехины также склонны к полимеризации. Лейкоантоцианидины или антоцианогены окисляются значительно легче катехинов, они растворяются в воде и легко конденсируются с катехинами. При нагревании с соляной кислотой лейкоантоцианидины переходят в антоцианидины (дельфинидин, цанидин и пеларгонидин). Лейкоантоцианидины (антоцианогены) находятся в алейроновом слое. Их количество возрастает с увеличением содержания белка в ячмене и, в частности, его гордеиновой фракции. Флавоноиды, не смотря на высокую молекулярную массу, не обладают дубильными свойствами, поэтому не участвуют в образовании горячих взвесей («бруха») при кипячении сусла. Такими свойствами обладают полимерные фенольные соединения [47, 48, 52, 57].
Научное обоснование выбора режима затирания солода
Следующей группой соединений являются индикаторы термической нагрузки 2-фурфурол, 5-метилфурфурол, гамма-ноналактон. Ранее было установлено, что при использовании одной и той же системы кипячения (варочный аппарата с внутренним кипятильником), содержание фурфурола в холодном сусле с увеличением величины испарения с 4 до 11 % падает c 339 до 274 мкг/л. Во время брожения дрожжи активно восстанавливают этот альдегид в фурфуриловый спирт, в результате этого в свежем пиве концентрация фурфурола продолжает падать, и составляет в конце дображивания пива 20-70 мкг/л. Во время пастеризации содержание фурфурола может возрасти вновь в 10-15 раз по сравнению с исходным пивом. Дальнейшее повышение концентрации фурфурола в пиве происходит во время его хранения, при этом, чем выше температура, тем интенсивнее происходит этот процесс. Например, при хранении пива в течение 12 недель при температуре 20 оС содержание фурфурола может возрасти почти в 10 раз (с 25-30 до 190-200 мкг/л). Этот связано с тем, что во время хранения имеет место окисление фурфурилового спирта, который в большом количестве (от 1,8 до 3,0 мг/л) образуется при брожении пива [44, 57, 78, 84].
Относительно 5-метилфурфурола следует отметить, что в настоящее время на это соединение обращают особое внимание не только при прогнозировании стойкости пива [170], но также соков и других продуктов, в состав которых входят сахариды и аминокислоты. Из всех индикаторов тепловой нагрузки он имеет самый низкий порог ощущения – 17 мкг/л. Для сравнения 2-фурфурол характеризуется порогом ощущения – до 150 мкг/л. Установлено, что пиво, которое содержит до 10 мкг/л 5-метилфурфурола имеет стойкость не менее 6 мес.
Гамма-ноналактон образуется во время сушки солода, далее при кипячении сусла и во время пастеризации пива. Данных о том, что влияет на концентрацию этого соединения, также как двух других индикаторов не обнаружено.
Учитывая все выше изложенное, для экспериментов были выбраны 6 режимов, реализация которых способствовала снижению процессов окисления высших спиртов и жирных кислот.
Первый режим (контрольный вариант) представлял собой классический способ затирания, который начинается при температуре 52 С (рис. 4.4) . Рисунок 4.4 – Режим затирания солода Во втором режиме без изменения температурных пауз с помощью молочной кислоты рН промывных вод снижали до значения 5,1, величина рН затора поддерживалась на уровне 5,4. Снижение рН, с одной стороны, способствует инактивации липоксигеназы, с другой - более интенсивной коагуляции белков и повышению коллоидной стойкости пива.
В третьем варианте опыта в затор добавляли галлотаннин торговой марки Брютан. Дозировка составляла 5 г/гл воды на затирание и 5 г/гл добавляли воду, которая использовалась для промывки дробины. Выбор
В четвертом режиме рН промывных вод понижали с помощью Н3РО4 до 5,0, при поддержании величины рН затора в пределах 5,4. Ортофосфорная кислота разрешена для применения в пищевой промышленности. Внесение минеральной кислоты исключает влияние молочной кислоты на вкус пива. Кроме того, ионы РO-34 стимулируют размножение дрожжей, что положительно влияет на окислительно-восстановительный потенциал пива.
При реализации пятого варианта опыта в сусло добавляли метобисульфит калия (5 г/гл воды, взятой на затирание). Метобисульфит калия, который широко используется при производстве вин длительного хранения.
В шестом режиме, помимо уменьшения величины рН, затирание начинали при температуре 65С, при этой температуре снижается активность липазы и липоксигеназы, т.к. ферменты, содержащиеся в солоде и вызывающие окисление липидов, проявляют свою активность в заторе при 35-65оС (липаза) и 50-55оС (липоксигеназа). Кроме того, при температуре 65оС растворимость кислорода в сусле на 10% меньше, чем при 52оС. Снижение концентрации кислорода препятствует окислительным процессам 169 в сусле. Также, для снижения активности липоксигеназы солода рН затора регулировали, как и во втором режиме, молочной кислотой, которую вносили в промывную воду до достижения рН 5,1-5,2. Для снижения тепловой нагрузки на сусло, влияющей на образование фурфураля, длительность паузы в вирпуле уменьшали до 10 мин. За исключением шестого режима, в котором было изменено время пребывания охмеленного сусла в вирпуле, все последующие операции, начиная с фильтрации затора, во всех случаях проходили в идентичных условиях: фильтрацию затора осуществляли в течение 90-100 мин; поступление сусла из сборника в сусловарочный котел проходило через нагреватель. В этот промежуток времени сусло нагревали горячей водой до температуры 93-95С; кипячение сусла с хмелем проводили при умеренном избыточном давлении с помощью внутреннего кипятильника в течение 60-70 мин; отстаивание охмеленного сусла в вирпуле длилось в течение 20 мин (в шестом режиме опыта - 10 мин); сусло охлаждали до температуры 11 С и аэрировали; полученное сусло сбраживали дрожжами штамма 34/70; брожение проходило в ЦКТ (цилиндроконических танках) при температуре 14С в течение 4 сут, затем с целью восстановления диацетила процесс продолжали при 14-12С в течение 4-5 сут, после чего пиво охлаждали до (0- 2) С в течение 2 сут и далее выдерживали при 0 С в течение 4-6 сут (холодная стабилизация); далее пиво фильтровали, пастеризовали при 28 ПЕ (единицы Пастера) и разливали в бутылки.
Применение ПВПП для повышения физико-химической стабильности пива
И последний шаг – оценка конкурентов – веранда дома (справа, рис 5.1). Конкурентами в данном случае являются компании, чья ниша продаж чуть больше или чуть ниже данного предприятия. Для того чтобы оценить конкурентов для каждого потребительского требования вырабатывается шкала оценок от 1 до 5. Независимые эксперты оценивают в баллах значение каждой характеристики. В данном случае у разрабатываемого сорта пива четыре основных конкурента. Установлено видно, что компания разработчик нового 221 сорта практически не выпускала пива, которое разливалось в бутылку с прозрачной этикеткой, в то же время на заводе решена проблема получения пива с блеском, а у компании №1 – нет и т.д.
Третий этап - проектирование процесса На этом этапе свойства продукта трансформируются в конкретные технологические процессы. В первую очередь в виду того, что вкус и аромат пива зависят от штаммовых особенностей дрожжей, был подобран штамм, отвечающий поставленной задаче получения пива с уникальными органолептическими свойствами. Выбор штамма дрожжей Исследования по созданию новых технологичных штаммов для пивоваренной промышленности ведутся постоянно. Однако после изучения огромной базы данных по культурным пивоваренным дрожжам стало очевидно, что требуется радикальное изменение структуры поиска оригинала. Это связано с тем, что при использовании для брожения современных бродильных аппаратов большой вместимости от 300 до 1000 м3, дрожжи постоянно испытывают стресс, следствием которого является наличие сернистых запахов в пиве [154, 162]. Поэтому было принято решение провести селекционные работы с использованием коллекции микроорганизмов, собранных на Камчатке, и известных лабораторных штаммов с целью введения в генотип уникальных генов устойчивости к экстремальным условиям и «обновить» генотип дрожжей, применяемых в пивоварении. Регион Камчатки был выбран неслучайно, т.к. в этом регионе благодаря вулканической активности, на протяжении многих тысяч лет происходит природная селекция видов, устойчивых к температурным и химическим стрессам. В итоге работы по селекции дрожжей был получен новый штамм Sacсharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3194 (патент на изобретение №
В качестве контроля были использованы дрожжи с наилучшими технологическими характеристиками, которые применяются на большинстве предприятий большой и малой производительности – штамм 34/70. Бродильная активность дрожжей.
Бродильная активность дрожжей определяет интенсивность метаболизма сбраживаемых углеводов сусла с образованием диоксида углерода и этанола. Одним из показателей, указывающих на интенсивность бродильных механизмов в дрожжевой клетке, является степень сбраживания сусла. Применение нового штамма позволяет достичь конечной степени сбраживания через 4,5 сут, при этом она была значительно выше, чем в контроле (рис.5.2). В связи с этим имело место и более интенсивное накопление этилового спирта (рис.5.3).
Сероорганические соединения, образующиеся в процессе брожения пивного сусла, в основном отрицательно влияют на органолептические свойства напитка. Одним из этих соединений является сероводород, придающий пиву неприятный запах тухлых яиц. Наиболее радикальным решением задачи элиминации этого вещества является использование дрожжей, продуцирующих серводород либо в небольших количествах, либо быстро его окисляющих. Полученный штамм обладает уникальной способностью образовывать пониженное количество сероводорода в конце брожения (рис.5.4), что определяется высокой скоростью его метаболизма.
Влияние материала упаковки и условий хранения на изменение органолептических свойств пива
Поскольку ожиданием целевой аудитории соответствовало легко пьющееся, утоляющее жажду пиво, технологическим решением этой задачи было снижение горечи пива до 8 ед. ЕВС . Известно, что в создании горького вкуса пива участвуют горькие и ароматические вещества хмеля, фенольные вещества солода, несоложеных материалов, некоторые аминокислоты, пептиды, экстрагируемые при затирании и кипячении сусла с хмелем. До 95% общей горечи сусла связано с изомеризацией -горьких кислот хмеля. Эта изомеризация происходит во время кипячения сусла с хмелем. - кислоты хмеля имеют меньшую растворимость в воде по сравнению с -кислотами. В процессе кипячения сусла они не изомеризуются, а лишь частично окисляются, образуя продукты окисления, обладающие значительной растворимостью и резкой, но приятной горечью.
Экстрагируемые фенольные вещества хмеля влияют на вкус и качество пива не самостоятельно, а в комплексе с горькими веществами хмеля, белками и аминокислотами. На степень экстрагирования и изомеризации -кислот хмеля влияют различные физико-химические факторы при кипячении (рН, температура, давление), большое значение имеет вид (хмелевые шишки, хмелевые гранулы, экстракты) хмелевых препаратов. Для получения стабильного охмеления было принято решение использовать хмелевые экстракты, преимущество которых перед гранулированным хмелем заключается в сокращении потерь сусла с хмелевой дробиной и повышении степени извлечения горьких веществ из хмеля. Не менее важно снижение затрат на логистические операции с экстрактами. В выборе типа экстракта важным является материал упаковки пива.
Инновации в упаковке Анализ рынка инноваций основных конкурентов нового бренда показал значительное увеличение спроса на пиво, разлитое в прозрачные бутылки. Только за 2 года этот спрос возрос в 3 раза и составил 14% от всех видов упаковки. В связи с этим было принято решение осуществлять розлив нового продукта в прозрачную стеклянную тару. Кроме того, был изменен материал этикетки и пробки. Прозрачная самоклеющаяся этикетка гармонировала с прозрачностью бутылки. Применение новой пробки «ринг-пул» также соответствовало «свободному и открытому» инсайту бренда.
Однако простое, на первый взгляд, требование потребительской аудитории в части использования прозрачной бутылки предполагало решение серьезной технологической проблемы, связанной с органолептической стабильностью напитка при его хранении. Главная проблема состояла в том, что содержащаяся в пиве изо-альфа-кислота, которая определяет горечь продукта, разлагается при длине волны между 350 нм и 500 нм. Этот феномен, известный в литературе уже с 1875 года, проявляется при воздействии на пиво дневного света. Кроме того установлено, что синтезируемый дрожжами в процессе брожения рибофлавин ускоряет этот процесс. Суть процесса заключается в том, что в присутствии серосодержащих аминокислот, например цистеина, при распаде изо-альфа-кислоты образуется 3-метил-2-бутен-1-тиол (МБТ), который имеет неприятный запах «скунса».
Для предотвращения фотолиза изо--кислот было предложено использование восстановленных изо--кислоты - в виде тетра-изо-хопа – экстракта, который не подвергается радикальному процессу окисления при воздействии видимого спектра света. Таким образом, специально для производства нового бренда была создана рецептура светостабильного сусла.
Коллоидная и сенсорная стабильность Использование прозрачной бутылки требовало повышения коллоидной стабильности пива, т.к. помутнение или выпадение осадка незамедлительно будет замечено потребителем. Существует определенная связь между восстановительной способностью напитка и его стабильностью (коллоидной и сенсорной). Сенсорная стабильность пива определяется эндогенной антиоксидантной способностью, на которую влияет каждый этап пивоваренного процесса, начиная от сырья и кончая розливом пива.
В физико-химических и сенсорных свойствах пива фенольные соединения играют как значительную положительную, так и отрицательную роль. Окисленные полифенолы в результате различных реакций способствуют образованию коллоидных осадков, а также «старого» вкуса пива. Напротив, восстановленные формы способствуют длительному сохранению прозрачности и «свежему» вкусу пива.
Выпадение из раствора нестабильных, прежде всего окисленных полифенолов, и их удаление в процессе охлаждения сусла и сбраживания является одной из предпосылок повышения устойчивости пива к образованию коллоидных осадков и к сенсорным изменениям. Процесс осветления в значительной степени зависит от изменений рН и окислительно восстановительной способности сбраживаемой среды. Эти факторы, наряду с технологическими условиями, в частности, гидростатического давления, также зависят от свойств использованного штамма дрожжей (табл. 5.7).
Влияние дрожжей на коллоидную и сенсорную стабильность пива, связано также с метаболизмом серосодержащих соединений, результатом которого является образование диоксида серы. Диоксид серы вследствие своих антиоксидантных и восстановительных свойств в значительной степени предохраняет пиво от отрицательного влияния растворимого кислорода и ряда карбонильных соединений. Он способен ингибировать хемилюминисценцию, и, следовательно, способен «захватывать» активный кислород, тем самым замедляя окислительные реакции. Образование диоксида серы в значительной мере зависит от генетических свойств используемого штамма дрожжей. Вследствие этого выбор штамма является важным выбором пивовара. На примере пива, произведенного с использованием нового штамма и зарубежного штамма Холстен видно, что после искусственного состаривания пива суммарное содержание индикаторов старения продукта при использовании штамма Y-3194 на 36% меньше (табл.5.8).
Похожие диссертации на Биотехнологические основы формирования качества светлого пива
