Содержание к диссертации
Введение
1. Информационные исследования по технологии производства пива с использованием нетрадиционных видов сырья 8
1.1. Особенности углеводного состава несоложеных материалов 8
1.2. Растение амарант и его применение в народном хозяйстве 11
1.2.1. Применение амаранта при производстве напитков 13
1.2.2. Применение амарантовой муки в хлебопечении 14
1.2.3. Применение амаранта в масложировой промышленности 15
1.3. Влияние углеводов ячменя на ход биотехнологических процессов и качество готового продукта 16
1.3.1. Крахмал ячменя 16
1.3.2. Моно-, ди- и олигосахариды ячменя 19
1.3.3. Некрахмалистые полисахариды ячменя 20
1.4. Влияние углеводов амарантового шрота на ход технологических процессов и качество готового пива 22
1.4.1. Крахмал амарантового шрота 22
1.4.2. Моно- и олигосахариды амарантового шрота 27
1.4.3. Некрахмалистые полисахариды амарантового шрота 29
1.5. Влияние углеводов кукурузы и риса на ход технологических процессов и качество готового пива 30
1.5.1. Крахмал кукурузы и риса 30
1.5.2 Моно-, олигосахариды и некрахмалистые полисахариды кукурузы и риса 31
1.6. Влияние веществ белковой природы несоложеного сырья на ход технологических процессов и качество готового пива 31
1.6.1. Влияние процессов, протекающих при затирании зернопродуктов на состав белковых фракций 32
1.6.2. Влияние процессов, протекающих при фильтровании затора на состав белковых фракций 33
1.6.3. Влияние процессов, протекающих при кипячении сусла с хмелем на состав белковых фракций 34
1.6.4. Влияние аминокислот несоложеных материалов на качество суслаи пива 35
1.6.5 Влияние процессов, протекающих при брожении на состав белковых фракций 35
1.6.6. Влияние белковых веществ пива, приготовленного с использованием несоложёных материалов, на качество пены и мутность пива 37
1.7. Белки ячменя 38
1.8. Белковые вещества амаранта ...40
1.9. Белковые вещества кукурузы и риса 43
1.10. Влияние липидов несоложеного сырья на ход технологических процессов и качество готового пива 44
1.10.1. Липидный состав сусла и пива и влияние параметров технологических процессов на соотношение различных лшшдных компонентов 45
1.10.2 Липиды зерна кукурузы и их влияние на качество готового пива 50
1.10.3 Липиды амаранта и их влияние на качество готового пива... 51
1.11. Применение нетрадиционных культур в пивоварении 52
1.11.1. Пшеница 52
1.11.2. Овёс 57
1.11.3. Просо 59
1.11.4. Сорго 61
1.11.5. Другие несоложеные культуры 63
1.11.6. Использование корнеплодов в пивоварении 66
1.12. Особенности технологии пива при использовании несоложеных материалов 68
2. Объекты и методы исследований 72
2.1 Объекты исследований... 72
2.2 Методы исследований исследования свойств несоложеного сырья, сусла, готового пива 74
3. Экспериментальные исследования 80
3.1 Сравнительный анализ физико-химических и биохимических показателей несоложеного сырья 80
3.1.2 Несоложеное и нетрадиционное сырье 81
3.1.3 Гидролиз крахмала нетрадиционного сырья 85
3.1.4 Автоклавирование амарантового шрота 87
3.1.5 Изучение влияния ферментного препарата Ceremix на биотехнологические показатели сусла и пива 93
3.2 Сравнительный анализ физико-химических, биохимических и органолептических показателей сусла, зеленого и готового пива, приготовленного с использованием несоложеных материалов 99
3.2.1 Сравнительный анализ динамики гидролиза крахмала затора 100
3.2.2Сравнительный анализ изменения содержания сухих веществ в бродящем сусле и пиве 108
3.2.3Сравнительный анализ изменения аминного азота в бродящем сусле и пиве 111
3.2.4Сравнительный анализ изменения титруемой кислотности в бродящем сусле и пиве 116
3.2.5Сравнительный анализ изменения активной кислотности в бродящем сусле и пиве 120
3.2.6Изучение влияния внесения нетрадиционного сырья на органолептические показатели готового пива 124
Выводы 134
Список использованных источников
- Растение амарант и его применение в народном хозяйстве
- Некрахмалистые полисахариды амарантового шрота
- Методы исследований исследования свойств несоложеного сырья, сусла, готового пива
- Изучение влияния ферментного препарата Ceremix на биотехнологические показатели сусла и пива
Введение к работе
В настоящее время за рубежом отмечается стабильность на рынке пива - существует довольно четкое разделения на три сектора: пиво, приготовленное по классической технологии (из 100% ячменного солода), пиво, приготовленное с использованием несоложеного сырья и пиво, приготовленное с использованием нетрадиционных видов сырья.
Если на Западе, ввиду устоявшейся традиции и развитости рыночных отношений, каждый из трех секторов имеет своих постоянных потребителей, то в России другая ситуация. Как отмечают исследователи, российский потребитель не имеет определенных предпочтений, его вкусы постоянно меняются. Если к этому еще добавить пока недостаточную осведомленность о потребительских свойствах товаров, то становится ясно, почему второй и третий сектор пивного рынка (продукции которого и посвящена данная работа) у нас в стране слабо развит.
Изменяющаяся экономическая ситуация должна привести к увеличению заинтересованности производителей и потребителей в отношении новых сортов пива, приготовленных из нетрадиционного сырья. Кроме того, пиво, приготовленное с использованием нетрадиционного сырья, имеет более низкую себестоимость.
Несмотря на то, что несоложеные материалы и другое нетрадиционное сырье давно и успешно применяется в пивоварении, до настоящего времени не проводилось комплексных исследований по нетрадиционным видам пивоваренного сырья (кроме влияния кукурузы и риса, отдельные исследования охватывали также и некоторые другие культуры).
Целью настоящей диссертационной работы было изучение биотехнологических процессов производства пива с использованием нетради ционных видов сырья, главным образом - амарантового шрота (обезжиренного остатка после экстракции амарантового масла растворителем).
Амарантовый шрот (как и шроты других культур) до сих не применялся в пивоварении; использование амарантового шрота в пивоварении позволит решить проблему снижения себестоимости амарантового масла, отличающегося высокой ценностью как продукт, содержащий большое количество питательных и биологически-активных веществ,
В ходе исследований решались следующие задачи:
- произведен анализ различных видов сырья, перспективных для производства пива;
- произведены исследования биотехнологических процессов производства пива с целью определения условий применения нетрадиционных видов сырья;
- разработка технологии производства пива с использованием нетрадиционных видов сырья;
- разработка нормативной документации для выпуска новой продукции - пива на основе нетрадиционных видов сырья.
По результатам исследований разработаны:
- Технологические инструкции и рецептуры по применению амарантового шрота, проса и обрушенного овса в пивоварении.
Растение амарант и его применение в народном хозяйстве
Наиболее широкое применение амарант нашел в хлебопекарной и кондитерской промышленности, где также как и в пивоварении широко используются различные добавки как зерновой, так и незерновой природы. Будучи широко распространенной в древности, амарантовая мука и сейчас представляет интерес для хлебопечения. Однако, как было указано выше, гранулы крахмала амаранта чрезвычайно малы, из-за чего затруднено освобождение крахмала от клеточной оболочки при механической обработке. Для решения этой проблемы было предложено использовать воздействие на зерна амаранта инфракрасного излучения, одного из перспективных физических методов обработки пищевых продуктов.
Кроме хлеба, амарантовая мука также используется при приготовлении булочек, хлебных крошек, галушек, кондитерской выпечки, плова. В ряде европейских стран были разработаны методики, позволяющие применять амарантовую муку как один из компонентов детского питания.
Пивные дрожжи и продукт переработки амаранта возможно использовать для получения различных улучшителей. Для повышения качества и ассортимента хлебобулочных изделий предложено использовать глико-липидный протеиновый комплекс (ГЛГОСА) [69]. Кроме того, выяснилось, что при использовании ГЛПКА интенсифицировался процесс тес-товедения, повысилась биологическая и витаминная ценность.
Применение амаранта в масложировой промышленности
Основным продуктом при использовании амаранта в маслоэкстрак-ционном производстве является амарантовое масло, одно из ценнейших растительных масел; побочным продуктом является амарантовый шрот [28], [104].
После стадии очистки, сушки, освобождения зерна амаранта от оболочек, создания необходимой структуры для обезжиривания наступает стадия извлечения масла. Процесс извлечения масла можно осуществлять методом прямой экстракции и методом предварительного прессования. В обоих случаях побочным продуктом является амарантовый шрот.
Амарантовый ШРОТ. Шрот, получаемый как в ходе прямой экстракции, так и в ходе прессования, поступает на очистку от растворителя (испарение).
Очищенный шрот поступает на склад или на переработку, а растворитель идет на рекуперацию [92].
При очистке амарантового шрота протекают процессы, имеющие значительную роль в пивоварении. Регулируя режимы сушки шрота можно создать условия, при которых будут иметь место процессы, проте кающие при физиологической и химической стадии сушки солода. При этом в шроте будет происходить цитолиз стенок крахмала, гидролиз белковых фракций. При экстракции масла низкокачественным бензином, шрот приобретает темную окраску; в амарантовом шроте накапливаются продукты изменения глицеридных и нежировых частей. В результате необратимой реакции Сахаров и аминокислот образуются меланоидины.
Основным несоложеным сырьем в пивоварении является ячмень, поэтому другие виды сырья, используемые в работе будут анализироваться по различным показателям именно в сравнении с ячменем,
В литературных источниках наблюдается значительный разброс данных в отношении количественного содержания крахмала ячменного зерна. Значительное расхождение между отдельными источниками существует из-за того, что используются различные методики при определении крахмала, а также от способов культивации и природных факторов [3], [82]. Обычно пивоваренный ячмень содержит 63...65% крахмала [123].
Некрахмалистые полисахариды амарантового шрота
Содержание некрахмалистых полисахаридов в светлоокрашенных сортах амаранта в два и более раз меньше, чем в ячмене, что, в целом, является положительным фактором, так как повышенное содержание некрахмалистых полисахаридов может привести к значительным технологическим трудностям (увеличение продолжительности фильтрации) и ухудшению органолептических характеристик готового пива.
На ход технологического процесса влияет содержание некрахмалистых полисахаридов в несоложеных зернопродуктах. При использовании ячменя в качестве несоложеного продукта наличие плохо гадролизую-щихся гумми веществ может оказать отрицательное влияние на продолжительность осахаривания затора и скорость фильтрования сусла. В амарантовом шроте содержится меньше некрахмалистых полисахаридов (табд. 1.2), то есть, использование амарантового шрота в качестве несоложеного материала является положительным фактором по сравнению с ячменем [47].
Кроме того, избыток продуктов гидролиза (как промежуточных, так и конечных) может отрицательно сказаться на конечной степени сбраживания (при наличии большого количества арабинозы); некоторые декст рины некрахмалистых полисахаридов участвую в образовании мути в пиве.
Если в светлоокрашенных сортах содержание целлюлозы составляло 3,9...4,9%, то в темно-окрашенных сортах амаранта этот же показатель составляет 14,3...16,5% [47]. Ввиду того, что клетчатка входит в состав клеточных стенок, видно, что применение темно-окрашенных сортов приведёт не только к снижению экстрактивности (целлюлоза практически не подвергается гидролизу ферментами солода), но к затруднениям при гидролизе крахмальных гранул.
Содержание крахмала в кукурузе и рисе велико (табл. 1.3); их относят к высокоэкстрактивным культурам. Состав крахмала кукурузы и риса см. табл. 1.2. Как рис, так и кукуруза характеризуется высоким температурным интервалом клейетеризации [35]. Это обусловлено не только свойствами крахмала, но и наличием в мучнистом теле риса и эндосперме кукурузы большого количества белка, что затрудняет термическую обработку [107], [114].
Соотношение амилоза:амилопектин в крахмале кукурузы близко к оптимуму [16]. Эндосперм кукурузы состоит из мучнистого и роговидного крахмала. Хотя мучнистый эндосперм значительного легче обрабатывается, считается, что дефицит роговидной составляющей крахмала нежелателен в пивоварении [40].
Из кукурузного зерна получают солод [132].
Данные по растворимым сахарам представлены в табл. 1.3. Все растворимые сахара кукурузы сбраживаются дрожжами, причем их содержание в зерне незначительно и практически не оказывает влияния на углеводный состав сусла [40].
Каких-либо сведений по растворимым сахарам риса не обнаружено.
Данные по некрахмалистым полисахаридам кукурузы и риса представлены в табл. 1.3. Из сравнительного анализа данных видно, что в целом и в отношении отдельных фракций содержание некрахмалистых полисахаридов в кукурузе и рисе ниже, чем ячмене [40], [66]. В общем, это является положительным фактором. Однако, дефицит в заторе некрахмалистых полисахаридов (как и избыток) может негативно сказаться на ходе технологического процесса и качестве готового пива (см. раздел 1.3). Крахмал,
Вещества белковой природы ячменя играют огромную роль в пивоварении. Недостаточное содержание белка в зерне может способствовать возникновению проблем при брожении. Наоборот, повышенное содержа ниє белка может быть причиной следующих явлений: пониженный выход экстракта, появление белковой (и других видов) мути в готовом продукте, грубый вкус пива и ряд других нежелательных явлений.
Из общего количества белковых продуктов солода около 35% переходит в сусло. Среди них следует выделить образовавшиеся при соложении полипептиды и аминокислоты, которые присутствуют и в охмелённом сусле [22]. В ходе затирания образуется много солей, что создает значительную концентрацию электролитов, способных растворять альбумины и глобулины [6]. При использовании несоложёных материалов в некоторых случаях в сусле наблюдается недостаток продуктов гидролиза белков, в частности, аминокислот, что отрицательно сказывается на брожении сусла и пива [105]. Для того, чтобы избежать этого рекомендуется применять протеолитические ферменты.
По данным Василенко О.М. [14] в затор переходит не более 35.. .40% от общего количества белков солода, «а при замене части солода несоложеным ячменём ещё меньше». При использовании протеолитических препаратов был сделан вывод, что их применение способствует увеличению азотистых веществ в сусле на 10...40% и увеличению выходы экстракта на 2...7%. Данная практика способствовала улучшению вкусовых качеств пива по сравнению с контролем [14].
Одним из путей решения проблемы низкого содержания аминного азота в сусле, при получении которого использовались несоложёные материалы, является более эффективный гидролиз проламинов и глютели-нов (щелочной протеолиз) [63], [64].
Процесс униполярной обработки воды (обработка происходила при значение р№=10,0..Л0,5) преследует собой увеличение скорости роста и бродильной активности дрожжей [7].
Исследованы различные температурные режимы затирания солода с различной степенью белкового растворения, целью которых было определение наиболее оптимальных режимов затирания для солодов различного белкового растворения с целью получения максимального содержания аминного азота в сусле [22], [129]. Целесообразно придерживаться этих режимов, так как во многих случаях, когда используются несоложеные материалы, в готовом сусле наблюдается недостаток аминного азота.
Кроме образования аминокислот при затирании также происходят процессы, связанные с изменением в соотношении белковых фракций различной молекулярной массы (изменяется соотношение между фракциями А:В:С по Лундину). Образующиеся при затирании полипептиды и пептиды различной молекулярной массы оказывают существенное влияние на качество готового продукта [9]. Наличие в заторе нетрадиционных материалов может привести к изменению в соотношении этих фракций, что может вызвать количественные изменения в соотношении А:В:С. Однако, варьируя режимы затирания, можно подобрать такие параметры, при которых соотношение белковых фракций будет близко к оптимальному [36].
Методы исследований исследования свойств несоложеного сырья, сусла, готового пива
Солод светлый ячменный.
При исследовании светлого ячменного солода испытания проводились по следующим показателям; влажность (высушиванием), время оса-харивания (цветная реакция с раствором йода), экстрактивность (пикно-метрический метод), амилолитическую активность методом измерения оптической плотности, активная кислотность (потенциометрический метод), титруемая кислотность (титрование), аминный азот (нингидриновый калориметрический метод - Приложение 1).
Несоложеные зешопродукты.
Для определения качества амарантового шрота, ячменя, кукурузной крупы, рисовой крупы, картофельного крахмала, обрушенного овса и проса использовались следующие показатели качества: влажность (высушиванием), динамика гидролиза крахмала (цветная реакция с йодом -Приложение 2), экстрактивность (пикнометрически), активная кислотность (потенциометрически), титруемая кислотность (титрование), аминный азот (нингидриновый калориметрический метод).
Для определения качества фиников, молодых сосновых побегов, плодов конского каштана и желудей использовались следующие показатели качества: влажность (высушиванием), экстрактивность (пикнометрически).
При исследовании амарантового шрота, кроме вышеперечисленных методик определялся углеводный состав продуктов его гидролиза (методом жидкостной хроматографии- Приложение 3).
В одной из серий экспериментов амарантовый шрот подвергали вда-готепловой обработке под давлением 23,54х104 Па (1,4 избыточных атмосферы) в автоклаве АГ-1. Приведенная ниже методика была разработана автором. 50 г амарантового шрота (с известной влажностью) помещают в заторный стакан, в который добавляют дистиллированную воду примерно 200 мл. Полученную смесь размешивают и постепенно нагревают до кипения. Для разжижения затора, по мере необходимости, добавляют дистиллированную воду. После того, затор достиг температуры кипения, его кипятят в течение 15 мин.
По завершении кипячения затор количественно переносят в емкость для обработки под давлением (далее - автоклавнрования) и помещают в автоклав. После достижения заданного режима давления 23,54x104 Па производят автоклавирование. Далее снимают избыточное давление и затор количественно переносят обратно в заторный стакан.
Объем затора доводят примерно до 400 мл и нагревают до 70С. Далее вносят ферментный препарат Termamil и через каждые 2 мин определяют степень осахаривания затора. Время осахаривания определяли по достижении желтой окраски при реакции затора с йодным раствором.
Полученное сусло из 100% амарантового шрота отфильтровывали через двойной складчатый фильтр. В фильтрате определяли экстрактив-ность и углеводный состав методом жидкостной хроматографии (см. Приложение 3).
В процессе определения качества пивного сусла определялись следующие показатели: динамика гидролиза крахмала (цветная реакция с йодом), содержание сухих веществ (пикнометрически), аминный азот (нингидриновый калориметрический метод), активная кислотность (по-тенциометрически), титруемая кислотность (титрометрически).
При исследовании свойств зеленого пива определение производили по следующим показателям: содержание сухих вещества (также их динамику в ходе брожения) - рефрактометрически; аминный азот (также его динамика в ходе брожения путем расчета показателя аминный азот:израеходованный экстракт) - данная методика была разработана автором; активная кислотность (также динамику активной кислотности в ходе брожения) - потенциометрически; титруемая кислотность (также динамику титруемой кислотности в ходе брожения) - титрометрически.
Соотношение аминный азот : израсходованный экстракт. Для характеристики динамики брожения и размножения дрожжей было решено ввести относительную величину, показывающую, какое количество аминного азота потребовалось на расходование 1% сухих веществ.
Этот показатель рассчитывается следующим образом: определяется какое количество аминного азота дрожжи потребили за исследуемый период (AN), определяется количество экстракта, которое было израсходовано за этот период (АЕ), и вычисляется их соотношение AN/AE; единица измерения мг N/r СВ.
Изучение влияния ферментного препарата Ceremix на биотехнологические показатели сусла и пива
Статистическая обработка резудьтатоа Внесение небольшого коли чества несоложеных материалов обычно приводит к некоторому увели чению продолжительности осахаривания. После того, как уровень несо ложеных материалов достигнет 25...40% (столь значительный расброс зависит от вида сырья) продолжительность осахаривания достигает не I скольких часов, а по достижении 50.. .60% и более, полное осахаривание практически невозможно, затор из 100% несоложеных материалов может никогда не осахариться. Таким образом, зависимость между долей несоложеного материала в засыпи и временем осахаривания, можно представить в виде непрерывной функции, стремящейся к бесконечности (экспонента), что справедливо для заторов, содержащих (исследованных ранее) ячмень, кукурузу и рис.
Необходимо определить, сохранится ли экспоненциальный вид зависимости и для других, ранее не исследованных, видов сырья - то есть, необходимо узнать при помощи величины достоверности аппроксимации, насколько экспериментально полученные зависимости будут близки к экспоненте.
Экспериментально установлены следующие уравнения регрессии: ячмень у=15,577е41233х, R2=0,9945; рис у=15,774е4Л166х, R2=0,9952; кукуруза у=15,406е41303х, R2=0,9927; амарантовый шрот у=12,064е4 3215х, R2=0,8381; овес у=24,436е 931х, R2=0,9856; просо у=17,819е40058х, R2=0,9943; картофельный крахмал у=14,503е41854х, R2=0,9912.
Для амарантового шрота величина R2 намного ниже, чем для остальных культур (возможно, это связано с особенностями состава крахмала амарантового шрота - см. в разделе 1.4.1), поэтому здесь имеет место другая, более сложная зависимость. Для не исследованных ранее овса, проса и картофельного крахмала характер зависимости такой же, как и у ячменя, кукурузы и риса.
Был приведен сравнительный анализ результатов осахаривания заторов из 100% несоложеного сырья (см. также раздел 3.1.3) и результатов осахаривания сусла с 20% несоложеных материалов.
Так, согласно данным табл. 3.8 несоложеные культуры должны оса-хариваться в следующей последовательности:
Теоретическая зависимость: овес, картофельный крахмал (быстрая скорость осахариванияі; ячмень, амарантовый шрот (средняя скорость осахаривания); рис, просо, кукуруза (низкая скорость осахаривания/
Однако, на основании экспериментальных данных была получена несколько другая последовательность (20% несоложеных материалов, «Конгресеный метод»): амарантовый шрот, кукуруза, картофельный крахмал (быстрая скорость осахаривания/ овес, ячмень (средняя скорость осахаривания); рис, просо (низкая скорость осахаривания/
При одноотварочном способе и 100% содержании несоложеных материалов последовательность будет следующей: амарантовый шрот, кукуруза, картофельный крахмал (быстрая скорость осахаривания); овес, просо (средняя скорость осахаривания); ячмень, рис (низкая скорость осахаривания).
Причина этого несоответствия (кажущегося) состоит в том, что наряду с термическим гидролизом имеет место ферментативный гидролиз (в основном а-амилаза). Этот фактор, а также форма и размер крахмальных гранул, межпространственные включения могут способствовать тому, что используя такой показатель как температурный интервал клеисгеризации крахмала, нельзя с уверенностью предположить, как измениться скорость осахаривания затора с несоложеным материалом.
На основании анализа температурного интервала клейстеризации (табл. 3.8) и экспериментальных данных можно сделать вывод - температурный интервал клейстеризации крахмала не является доминирующим параметром при определении продолжительности осахаривания по одно-отварочному методу, так как теоретическое ожидание и экспериментальные данные не всегда совпадали друг с другом.
Похожие диссертации на Применение амарантового шрота и других видов нетрадиционного сырья в биотехнологических процессах получения пива
