Содержание к диссертации
Введение
1. Информационные исследования по вопросу происхождения и технологии приготовления солодовых напитков на основе пива и ферментированных плодово-ягодных субстратов . 8
1.1 .Современная ситуация в производстве солодовых напитков. 8
1.2. Сырьё для производства солодовых напитков 10
1.2.1.Солодовое сусло. 10
1.2.2. Яблоки 11
1.31 Химический состав солодового сусла яблочного и грушевого соков 11
1.3.1. Азотистые вещества 12
1.3.2. Фенольные соединения 14
1.3.3. Углеводы 15
1.3.4. Органические кислоты 16
1.3.5.Витамины. 17
1.3.6. Липиды 18
1.3.7. Минеральные вещества 18
1.3.8. Возможные витаминизированные и минерализованные добавки к субстратам 19
1.4. Биохимические процессы происходящие при производстве сидра 21
1.4.1. Спиртовое брожение 22
1.4.2. Яблочно - молочнокислое брожение 26
1.4.3. Уксуснокислое брожение 28
1.5. Классификация солодовых напитков добавлением яблочного или груше вого сока и плодов применяемых в его производстве 29
1.6. Некоторые аспекты технологии приготовления солодовых напитков 30
1.6.1. Пиво 31
1.6.2. Активированный уголь 33
1.7. Технологические особенности обработки пива активированным углём 34
1.7.1. Фильтрование пива через слой намытого на кизельгур угля. 34
1.7.2. Фильтрование пива с предварительной обработкой активированным углём 34
1.7.3. Фильтрование пива через опорный фильтр-картон с встроенными угольными секциями 35
2. Объекты и методы исследования 36
2.1. Объекты исследования 36
2.2. Методы исследования 40
3. Исследование процессов при получении солодовой основы 43
3.1. Реализация процесса приготовления солодовой основы 43
3.2. Влияние марки угля на процесс осветления пива 44
3.3. Влияние цвета субстрата на расход адсорбента 46
3.4. Влияние дозировки адсорбента на содержание этилового спирта в фильтрате. 49
3.5. Изменение объёма фильтрата в зависимости от дозировки адсорбента. 51
3.6. Технологические решения при приготовлении солодового напитка в современных производственных условиях 52
4. Исследование процессов ферментации яблочно-солодового сусла 54
4.1. Подбор штамма дрожжей. 54
4.2. Влияние величины отношения яблочный сок / солодовое сусло и штамма дрожжей на процесс брожения. 58
4.3. Анализ интенсивности ферментации яблочно-сусловых образцов 60
4.4. Анализ побочных продуктов брожения, образовавшихся в результате ферментации. 65
4.5. Анализ синтеза сенсорно важных компонентов. 66
4.6. Органолептическая оценка продукта 68
4.7. Экспериментальное сравнение с существующими технологиями обогащения среды азотным питанием 73
4.8. Технология приготовления яблочно-солодовых напитков 75
Выводы. 77
Список использованных источников 78
Приложение 1 86
- Сырьё для производства солодовых напитков
- Классификация солодовых напитков добавлением яблочного или груше вого сока и плодов применяемых в его производстве
- Влияние цвета субстрата на расход адсорбента
- Анализ интенсивности ферментации яблочно-сусловых образцов
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие потребительского рынка в России приводит к увеличению заинтересованности производителей в расширении ассортимента напитков. Одним из направлений для этого является изготовление слабоалкогольных напитков с различными органолептическими свойствами.
Известны физико-химические методы их получения, а именно, путём смешения этилового спирта, воды и вкусо-ароматических компонентов. Однако, существует возможность использования биотехнологических процессов, которые реализуют для получения солодовых напитков.
Для этой цели можно использовать пиво из которого, путём специальной обработки производят обесцвеченную солодовую основу или напитки, полученные путём сбраживания плодово-ягодных соков и солодового сусла.
В современном информационном поле практически отсутствуют сведения о реализации данных процессов. Поэтому изучение закономерностей происходящих при производстве солодовых напитков и разработка их технологии представляется актуальным.
Цель работы состоит в разработке технологии солодовых напитков солодового сусла и яблочного сока. Для этого должно быть решено несколько задач:
1. Исследовать физико-химические процессы при получении солодовой основы из пива;
2. Установить марку и минимальный расход угля для обесцвечивания пива;
3. Разработать технологию получения напитков с использованием солодовой основы;
4. Исследовать влияние величины отношения солодовое сусло/яблочное сусло на кинетику брожения, накопление биомассы, синтез побочных продуктов брожения и сенсорный профиль яблочно-солодовых напитков;
5. Выявить штамм дрожжей, характеризующийся высокими бродильными свойствами, осмо- и спиртоустойчивостью и органолептиче-скими показателями при сбраживании яблочно-солодового сусла;
6. Разработать технологию получения солодового напитка типа «Лам-бик».
7. Разработать и утвердить нормативно-техническую документацию на изготовление напитка с использованием солодовой основы.
Научная новизна работы:
- Установлена возможность приготовления обесцвеченной солодовой основы с помощью активированного угля марки SIHA;
- Установлен минимальный расход угля SIHA для приготовления солодовой основы из пива с цветом 0,5 - 0,7 ед.ц.;
- Установлены потери алкоголя и фильтрата при различном расходе активированного угля SIHA;
- Теоретически установлена и экспериментально доказана возможность компенсации недостатка усвояемого азота в питательной среде состоящей из яблочного и солодового сусла за счёт высокой массовой доли сухих веществ в последнем.
- Установлены зависимости между различными физико-химическими и технологическими характеристиками процесса ферментации яблочно-солодового сусла.
- Установлена зависимость между физико-химическими параметрами процесса производства солодовой базы и применяемым для её производства сырьём.
Практическая ценность.
Разработана технология яблочно-солодовых напитков, производство которых расширяет ассортимент выпускаемой продукции
Разработаны и утверждены технические условия, технологические инструкции и рецептуры солодового напитка «Дипломат айс»
Сырьё для производства солодовых напитков
Химический состав яблок и солодового сусла включает соединения, представляющие разные классы: углеводы, органические кислоты, фенольные, азотистые, минеральные и другие вещества. В плодах эти соединения распределены неравномерно. Например, сахара соредоточены в соке, фенольные соединения - в кожице и семенах. В процессе переработки исходные вещества претерпевают сложные пре вращения и служат источником образования новых соединений. Эти превращения зависят от технологии, поэтому различные типы яблочно-солодовых напитков, полученных из одного и того же сорта яблок, будут отличаться по химическому составу.
Сусло - основной полуфабрикат пивопроизводства. Он представляет собойпродукт ферментативного гидролиза зернопродуктов, главным образом - соло ф да. Является многокомпонентной жидкостью, содержащей вещества, большин ство из которых могут потребляться дрожжами. Солодовое сусло может существенно отличаться по химическому составу в зависимости от технологии и ис ходного сырья. Содержание сухих веществ в нём может варьироваться в зависимости от производственных потребностей.
Яблоки - являются наиболее распространенной плодовой культурой. Средидикорастущих её видов широко известны лесные, китайские и сибирские виды. Плоды их имеют мелкие размеры. У сибирских видов они расположены на ветвях по нескольку штук, зонтиками, на длинных ножках. Отличаются высоким содержанием органических кислот и фенольных соединений. Полученные из них соки используют в купажах для повышения кислотности и экстрактивности солодовых напитков на основе яблочного сока.
Среди садовых яблок различают по времени созревания летние сорта (созревают в июле, августе), осенние (созревают в сентябре) и зимние (созревают в конце сентября - октябре). В производстве солодовых напитков на основе яблочного сока используют все сорта. Рекомендуемые приведены в (табл. 1.1.)
Кроме сидра яблочные виноматериалы входят в состав многих купажных плодово-ягодных вин. Из них можно также получать специальные креплёные вина с тонами хереса, мадеры, портвейна [6,8,9].Химический состав сырья для производства солодовых напитков специфичен. Это проявляется прежде всего в более низком общем содержании в соках Сахаров и более высоком - кислот. Кроме того, содержание усвояемых форм азотистых веществ в соке, незначительно, а пектиновых соединений — велико. Эти особенности сырья привели к необходимости включения особых технологических приёмов, направленных на оптимизацию состава многокомпонентной смеси.
Все компоненты входящие в состав солодового сусла и яблочного сока имеют большое значение при дальнейшей переработке, поэтому целесообразно детально рассмотреть их качественный и количественный состав.Органические формы азота представлены в солодовом сусле и яблочном соке азотом аминокислот, амидов, аминов, пептидов и некоторых других азотистых веществ.
Общее количество азотистых веществ в яблочном соке составляет 0,2 — 1,9 % от массы. Эти колебания обуславливаются сортом яблок, экологическими условиями их произрастания, степенью зрелости, технологией выращивания.Значительная часть их приходится на белки, в основном - альбумины, глобулины, проламины, глютелины; что затрудняет брожение в связи с недостатком в соке усвояемых форм азотистых соединений. Среди свободных аминокислоте яблочном соке преобладают пять основных (табл. 1.2.).
Следует отметить высокое содержание в яблочном соке пролина, который не участвует в метаболизме дрожжей, и является возможной причиной коллоидной нестабильности готового напитка. [81]В солодовом сусле общее содержание азота составляет около 1%, однако, соединения, содержащие азот, в отличие от фруктового сока, представлены не белками, а более усвояемыми дрожжами веществами, что позволяет микроорганизмам легче перерабатывать субстрат.
С научной и производственной точки зрения представляет интерес изучение процесса ферментации смешанного яблочно-солодового сусла, так как недостаток усвояемых аминокислот яблочного сока должен скомпенсироваться аминным азотом солодового сусла.
В ходе технологических операций многие аминокислоты подвергаются трансформации, а также появляются новые аминокислоты (в частности фени-лаланин).Амиды- органические соединения, производные кислот, в которых гидро-ксил ОН карбоновой группы заменён аминогруппой NH2. В соке содержание амидов составляет (3 - 5) % общего количества азотистых веществ, в готовом напитке (1 - 2) %. В процессе брожения амиды потребляются дрожжами наряду с аминокислотами.
Классификация солодовых напитков добавлением яблочного или груше вого сока и плодов применяемых в его производстве
Существует возможность изготавливать солодовый напиток на базе пива, а не сусла, то есть подвергать обработке уже готовую ферментированную базу. В этом случае для придания солодовому напитку какого-то характерного аромата, вкуса и цвета , например с помощью ароматизаторов, следует добиться нейтральности в органолептике у пива. Избавиться от типичных пивных призна ков, таких как: характерная горечь, специфический аромат, соломенный цвет позволяют различные технологические приёмы [63,110]:- ультрафильтрация;- обработка сорбционными препаратами;- осаждение в поле центробежных сил.
С экономической точи зрения для деколоризации и деароматизации, наиболее целесообразна методика воздействия на пиво сорбентами, в частности активированным углём [14,15,44].
При его применении возникает ряд определённых сложностей:- определение оптимальной дозировки угля для достижения требуемого качества продукта;- минимизация потерь алкоголя при достаточной степени снижения цветности и ароматности пива.
Работы, направленные на изучение подобных технологий, активно ведутся в зарубежных странах. В России, вследствие недостаточной известности в данной области, исследовательской работы проводятся мало. Поэтому изучение процессов происходящих при производстве солодовых напитков представляются актуальными и целесообразными для дальнейшего развития пивоваренной отрасли.
Два основных элемента, которые будут взаимодействовать на стадии деколоризации и деароматизации это пиво и активированный уголь; целесообразно наукоемко дать описание этих составляющих.
Факт применения пива как основного сырья для приготовления солодовых напитков объясняется доступностью и относительной простотой его производства на современных предприятиях. К тому же использование уже существующих сортов пива позволяет существенно облегчить задачу производителю, не разрабатывать новые рецептуры и использовать существующие технологии.
Пиво представляет собой жидкость, полученную в результате ферментации солодового сусла дрожжами (табл. 1.8.) [38,43,56,62]. В результате брожения химический состав сусла значительно меняется. Дрожжи включают в свой метаболизм составляющие сусла и выделяют вещества другой химической природы. В результате потребления углеводов в ферментируемой системе в значительном количестве накапливается этиловый спирт, количество которого является одним из решающих факторов для получения солодовых напитков.
Пиво это сложная гетерогенная система имеющая в каждом отдельном случае специфические характеристики: вязкость, плотность, цветность и т.д. Для производства солодовых напитков предпочтительно производить светлое пиво с максимально высоким содержанием алкоголя и минимальной цветностью и горечью. Это связано с тем, что цветность и горечь те показатели , которые должны быть минимизированы и чем значение их величины будут меньше изначально, тем меньшие технологические и экономические затраты предстоят производителю. В свою очередь, большое количество алкоголя скомпенсирует потери спирта, которые неизбежны при контакте пива с углём.
Та горечь от которой впоследствии стремятся избавиться, обусловлена внесением хмеля, полифенолы которого связывают белковые соединения на стадии варки сусла и способствуют хорошей ферментации и коллоидной стабильности продукта [25,38].Характеристики, которых требуется достичь иногда противоречивы. Так, для накопления повышенного содержания спирта самый очевидный и выгодный технологический приём - это увеличение концентрации сухих веществ в сусле перед брожением. Однако, повышение экстрактивности безусловно приведёт к повышению цветности сусла и пива и увеличатся затраты на адсорбцию красящих веществ.
С другой стороны степень снижения цветности диктуется тем, какая характеристика предполагается у готового солодового напитка. Если допускается жёлтый или соломенный цвет, то целесообразно деколоризировать пиво в меньшей степени, чем в случае абсолютно бесцветного напитка. Этим может быть достигнута существенная экономия ресурсов.
Поэтому технологические приёмы и режимы в конечном счёте будут являться компромиссом между затратами на получения продукта и его итоговых кондиций.Активированный уголь представляет собой микропористую форму углерода и производится из таких материалов как торф, древесина, лигнит, кокосовый орех. Процесс активации осуществляется при помощи водяного пара или химического воздействия. В процессе активации в углероде образуются мириады пор молекулярного размера, которые взятые вместе образуют внутреннюю поверхность огромной площади. Площадь внутренней поверхности одного грамма угля может превышать 2000 м2 [44].
Атомы углерода на внутренней поверхности активированного угля притягивают молекулы окружающих газов и жидкостей за счёт действия ван-дер-ваальсовых сил. Усилие притяжения зависит от молекулярной структуры окружающей среды. Различные молекулы притягиваются с разной силой, что позволяет использовать активированный уголь при разделении компонентов смеси [14,15,44,56,].
Основными характеристиками, по которым судят о качестве угля являются [14,15]:- массовая доля влаги, %;- объёмно-насыпная масса, кг/м3;- размер частиц, мм- адсорбционная активность по индикатору метиленовому голубому, метиленовому синему или метиленовому оранжевому, мг/г угля;- адсорбционная активность по мелассе, мг/г угля;- массовая доля золы, %;- массовая доля водорастворимой золы, %;- рн водной вытяжки;- массовая доля соединений железа в пересчёте на fe, %;- содержание водорастворимых соединений железа, %.
Для производства солодовых напитков разумно применять уголь с показателями максимально характеризующими его адсорбционную активность.Для деколоризации и деароматизации пива существует несколько технологических возможностей со своими преимуществами и недостатками.
Влияние цвета субстрата на расход адсорбента
В результате контакта ферментированного субстрата с поверхностью активированного угля происходит адсорбция красящих веществ на поверхности последнего. Процесс поглощения цвета при оптимальных условиях приводит к полному его исчезновению и зависит от начальной цветности пива и дозировки используемого угля. Были исследованы образцы пива с различной начальной цветностью (1,0 , 0,9 , 0,8 , 0,7 , 0,6 , 0,5 ед.ц.) и одинаковой массовой долей сухих веществ. Результаты измерений представлены на рис 3.3.
В большинстве случаев цветность сброженного субстрата зависит от его начальной экстрактивности, чем она выше тем выше и цветность, так как, чем больше сухих веществ находится в растворе, тем болше среди них будет красящих веществ (в случае пива).В табл. 3.2. представлена математическая интерпретация зависимости между цветом пива с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 12,0 ± 0,5 % и дозировкой угля, необходимой для его обесцвечивания.
Полученные формулы вполне подходят для использования в пищевой инженерии (применительно к углю SIHA).X при этом - расход угля SIHA, кг/м3;Y при этом - ед. ц.Следует отметить, что коэффициент (а) определяет скорость снижения цветности пива, коэффициент b соответствует цвету напитка, поступающего на фильтрование. Таким образом можно сделать вывод о том, что чем ниже начальная цветность напитка тем быстрее пройдёт процесс фильтрации.
Если существует производственная необходимость снижать цветность напитка до 0 ед. ц., то для выбора расхода угля в зависимости от цветности, можно воспользоваться формулой (7) полученной на основании зависимости рис. 3.4.
Рис. 3.4. Зависимость расхода активированного угля от цветности исходного пива для достижения полного обесцвечивания фильтрата. #w где x - начальная цветность пива, ед.ц.;у - расход угля для полного обесцвечивания напитка, кг/м3.Таким образом, для обесцвечивания пива с цветностью 0,5 - 0,6 ед.ц. (т.е. большинство «кассических» сортов) дозировка активированного угля марки SIHA будет варьироваться в пределах 10-20 кг/м3.
При контакте с активированным углём пиво теряет не только цвет, аромат и вкус, но и этанол, что не желательно.Было проведено исследование, направленное на определение оптимальной дозировки угля для достижения минимальных потерь алкоголя при доста точной степени обесцвечивания пива.
Для этого было изучено содержание алкоголя в различных пробах до и после фильтрации с применением адсорбента.Для исследования использовали различные образцы светлого пива с цветностью 0,5, 0,6 и 0,7 ед.ц. и массовой долей сухих веществ 12 %, а так же уголь марки SIHA.# Данные исследования угля приведены на рис 3.5. Рис. 3.5 Влияние расхода угля на потерю алкоголя после фильтрованияпива.Математически эта зависимость описывается формулой (8):у = 0,10х2 + 0,34х (8)где х - дозировка угля, кг/м3 у - потери алкоголя, %.
Из полученных данных следует, что потери алкоголя одинаковы при различной цветности пива и эффективность добавления угля оправдывает себя лишь в определённых количественных рамках, а именно от 8 до 13 кг/м3, так как при использовании угля в количестве ниже 8 кг/м3, осветление и деаромати-зация пива будет недостаточной рис. 3.3., а при дозировке свыше 12 кг/м3 потери алкоголя в конечном продукте становятся равными 20 % и выше рис. 3.5 и, следовательно, не перспективными.
Помимо цвета, аромата, вкуса и этилового спирта при фильтровании с использованием активированного угля теряется объём фильтруемой жидкости, за счёт водопоглащения адсорбента.Зависимость потерь по жидкой фазе, при дозировке угля 13 кг/м3, представлена на рис. 3.5.Рис. 3.6. Зависимость потерь жидкой фазы от фильтрования с использованием адсорбента.Математическая интерпретация этих зависимостей выражается формулами (8,9,10).у = 0,97х для дозировки 8 кг/м3 (8) у = 0,89х для дозировки 10 кг/м3 (9) у.= 0,84х для доировки 13 кг/м3 (10) где у - объём фильтрата, м3х - исходный объём пива, м3 Исходя из полученной закономерности можно на предпроизводственных стадиях рассчитать и оценить будущие потери рис. 3.7.
Рис. 3.7. Взаимосвязь дозировки угля и потерь алкоголяМатематически эта зависимость представлена формулой (11)У=1,2х (11)где у - потери алкоголя, %; х - дозировка угля, кг/м3.3.6. Технологические решения при приготовлении солодового напитка в современных производственных условиях.На основании экспериментальных исследований бала разработана технология производства солодового напитка «Дипломат айс», утверждены технические условия, технологические инструкции и необходимая сопроводительная документация прил. 1".Основные технологические операции при производстве этого солодового напитка сводятся к указанным на рис. 3.8.
Анализ интенсивности ферментации яблочно-сусловых образцов
Кинетика изменения сухих веществ отражена на рис. 4.4, изменение степени сбрживания в зависимости от продолжительности ферментации на рис. 4.5 и изменение скорости ферментации в зависимости продолжительности процесса на рис. 4.6.
Рис. 4.5. Изменение степени сбраживания в зависимости от продолжительности ферментацииНа основании анализа полученных зависимостей можно прийти к заключению , что в образцах в которые не добавлялось солодовое сусло (3, 6, 9) процесс брожения происходил менее интенсивно, чем в образцах где солодовое сусло добавлялось, о чём свидетельствует характер кривых на (рис. 4.4 и 4.5), где хорошо видна длительность лаг-фазы.Образцы с наибольшей дозировкой солодового сусла (1, 4, 7) выбродили наиболее полно и накопили большее количество спирта, что говорит об интенсификации спиртового брожения в обогащенных образцах в отличие от контрольных.
На рис. 4.6 хорошо видно, что скорость потребления дрожжами питательных веществ существенно зависит от наличия азотного питания, которое содержит в себе солодовое сусло, так как образцы обеднённые усвояемым азотом (3, 6, 9) медленнее ферментировали субстрат.Образцы взятые как контроль (100 % солодовое сусло) (10,11,12) по своим физико-химическим характеристикам были очень близки к образцам обога щенным солодовым суслом на 20 % (1,4,7), что говорит о тесной взаимосвязи содержания аминного азота в необходимом количестве и дозировкой яблочного сусла в солодовое.
На рис. 4.7 показано влияние величины дозировки солодового сусла на величину конечной степени сбраживания. Отмечено что дозировка сусла с массовой долей сухих веществ в количестве 20 % от общего объёма, необходима и достаточна для достижения максимальной конечной степени сбраживания, так как в контрольных образцах (100 % солодового сусла) величина конечной степени сбраживания равна или близка к образцам (1,4,7).
Большей степени сбраживания чем 71 - 72% в пиве с массовой долей сухих веществ 20% добиться затруднительно так как сильное ингибирующее действие оказывает осмотическое давление среды.Рис. 4.7. Зависимость степени сбраживания субстрата от дозировки солодовогосусла На рис. 4.8 отражен прирост биомассы дрожжей в результате ферментации образцов. Прирост составил в образцах до 11-ти кг/м3, что в относительном исчислении 1-кратному увеличению биомассы относительно начального количества. Это говорит о существенном стрессе, который испытывают дрож жи при высоком осмотическом давлении, так как в обычных условиях, когда массовая доля сухих веществ в среде составляет 12 ± 0,5 % увеличение биомассы как правило 3-х - 5-ти кратное.
Следовательно большее количество усвояемых азотных форм пойдёт не на увеличения белковых структур, а на образование побочных продуктов брожения.Среды обогащенные аминным азотом в большей степени (образцы 1,2,4,5,7,8,10,11,12) в цеом накопили больше биомассы чем образцы обеднённые азотным питанием (3,6,9), что говорит о большей сбалансированности смешанных питательных сред.
Соотношение солодовое сусло/яблочный сокРис 4.8. Накопление дрожжей в результате ферментации яблочно-солодовогосусла Прирост дрожжей и конечная степень сбраживания (рис. 4.7.) в значительной степени определяются составом питательной среды (рис. 4.8.) Наиболее чувствительны к недостатку усвояемого азота пивные дрожжи.Что касается винных дрожжей, то наилучшими показателями по скорости брожения и степени сбраживания были получены при использовании дрожжей марки Sovinion. При этом прирост биомассы не значительно меньше ( 10%), чем при использовании дрожжей марки Ionoform. Таким образом, показано, что добавление яблочного сусла в количестве80 % в солодовое с массовой долей сухих веществ 20%, позволяет сбродить субстрат со схожими показателями процесса, что ив случае использования 100 %-го солодового сусла.
Необходимое и достаточное содержание аминного азота в среде, необходимого для нормальной жизнедеятельности дрожжей можно добиться, придер Ф живаясь вышеуказанной пропорции.
Как показано выше, в оптимизированной по составу среде штамм дрож жей на степень сбраживания влияет незначительно. Это в свою очередь оченьсказывается на биосинтезе вторичных метаболитов, при этом исходным суб стратом для образования является пиру ват, не израсходованный в гликолизе или анаэробном дыхании. Образцы, полученные без добавления солодового сусла (3,6,9) накопили в процессе ферментации завышенное количества побоч ных продуктов брожения, что не желательно. В этих образцах, также остается V большое количество несброженных соединений.
Похожие диссертации на Разработка технологии напитков на основе солодового сусла и яблочного сока
