Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 9
1Л Коллоидная стойкость пива и способы её повышения 9
1ЛЛ Понятие коллоидной стойкости 9
1Л.2 Химический состав коллоидного осадка и механизм его образования 9
1 Л.З Технологические способы повышения коллоидной стойкости пива 16
1.1,4 Специальные способы повышения коллоидной стойкости пива 20
1.2 Вкус пива и повышение его стабильности 37
1.2Л Вещества, влияющие на вкус и аромат пива 37
1.2.2. Механизм старения вкуса... 50
1.2.3. Технологические приёмы повышения вкусовой стабильности 61
1.2.4 Специальные способы повышения вкусовой стабильности 66
1.3 Заключение по обзору литературы 70
ГЛАВА 2. Методология проведения эксперимента 73
2.1 Организация проведения эксперимента 73
2.2 Объекты исследования 75
2.3 Методы исследования 76
ГЛАВА 3. Результаты исследования и их анализ 79
3.1 Разработка технологии стойкого пива с использованием гексаметилентетрамина 79
ЗЛЛ Исследование влияния гексамина на процесс приготовления сусла и его качество 79
ЗЛ .2 Изучение влияния гексамина на ферментные системы затора 82
3.1.3 Влияние гексамина на процесс брожения сусла и физиологическое состояние дрожжей 85
3.1.4 Влияние гексамина на качество пива и его коллоидную стойкость 89
3.1.5 Влияние гексамина на вкусовую стойкость пива 92
3.1.7 Рассмотрение возможности использования гексамина при кипячении сусла с хмелем 96
3.1.8 Разработка метода определения в пиве гексаметилентетрамина...103
3.2 Исследование возможности совершенствования технологии и повышения вкусовой и коллоидной стабильности пива с использованием аскорбиновой кислоты 106
3.2.1 Влияние аскорбиновой кислоты на процесс приготовления сусла и его качество 107
3.2..2 Влияние аскорбиновой кислоты на ферментные системы затора 114
3.2.3 Исследование процесса сбраживания сусла и качества пива, приготовленного с использованием аскорбиновой кислоты 118
3.2.4 Исследование содержания аскорбиновой кислоты в процессе производства пива 123
3.2.5 Влияние аскорбиновой кислоты на вкусовую стабильность пива... 127
3.3 Изучение возможности совершенствования технологии и повышения стойкости пива с использованием на стадии затирания антиоксидантов фенольной природы 130
3.3.1 Изучение возможности использования при затирании в качестве антиоксиданта экстракта прополиса 130
3.3.2 Исследование возможности использования в производстве сусла кровохлёбки в качестве антиоксиданта 137
3.3.3 Исследование эффективности применения в производстве сусла препарата Танал 142
3.4 Разработка технологии стойкого пива с использованием глютатионсодержащих продуктов 147
3.4.1 Разработка способа обогащения дрожжей глютатионом 148
3.4.2 Исследование процесса приготовления сусла и пива с использованием дрожжей, обогащенных глютатионом 158
3.4.3 Рассмотрение возможности использования при затирании проросшего ячменя в качестве источника глютатиона 163
Выводы и основные результаты работы 170
Список
Литературы
- Химический состав коллоидного осадка и механизм его образования
- Исследование влияния гексамина на процесс приготовления сусла и его качество
- Исследование возможности совершенствования технологии и повышения вкусовой и коллоидной стабильности пива с использованием аскорбиновой кислоты
- Исследование содержания аскорбиновой кислоты в процессе производства пива
Введение к работе
Пивоваренная индустрия в настоящее время относится к одной из наиболее динамично развивающейся отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности. Значительный рост объёмов производства пива привёл к жёсткой конкуренции на рынке его сбыта. Поэтому сегодня как никогда актуальна проблема повышения стабильности этого популярного напитка, что делает его конкурентно способным и повышает эффективность производства в целом.
На сегодняшний день с успехом решена проблема биологической стойкости пива путём использования пастеризации и обеспложивающей фильтрации. Но до конца не решена проблема повышения коллоидной и вкусовой стабильности продукта, несмотря на пристальное внимание к ней пивоваров у нас и за рубежом.
Существующие способы и приёмы повышения коллоидной стабильности основаны на двух основных принципах: на снижении содержания в пиве основных мутеобразователей и минимизации окислительных процессов. Вкусовую стабильность на современном производстве увеличивают также путём снижения негативного влияния на продукт кислорода.
Обработку пива адсорбентами и антиоксидантами проводят, как правило, на конечной стадии производства. Однако известно, что основные мутеобразователи - полифенольные вещества негативно влияют не только на стойкость, но и на вкус, цвет пива, ферментные системы затора и процесс сбраживания сусла. Поэтому целесообразно более раннее удаление из среды этой группы веществ. Для сорбции полифенолов в основном применяют дорогостоящий поливинилполипирролидон. Актуальны исследования по использованию для этой цели более дешёвых и доступных средств. В литературе имеются единичные сведения о возможности эффективного удаления полифенолов из продукта с помощью пищевой добавки
гексаметилентетрамина. Одной из целей диссертационной работы является исследование влияния гексамина на процессы приготовления сусла и пива с целью разработки технологии его использования с внесением добавки на ранней стадии производства.
Для минимизации негативного влияния кислорода на технологический процесс и качество пива применяют антиоксиданты, которые вносят на конечном этапе производства продукта. Однако окислительные процессы протекают и на более ранних стадиях приготовления пива, отрицательно влияя на фильтруемость заторов, выход сусла, цвет пива и его вкусовую стабильность. В данной работе изучена возможность устранения негативного влияния кислорода на технологический процесс и стабильность пива путём использования антиоксидантов при затирании.
На основании всего вышеизложенного можно сказать, что решение вопросов повышения коллоидной и вкусовой стабильности путём устранения негативного влияния полифенолов и кислорода в ходе всего технологического процесса производства пива является актуальным и перспективным направлением.
Научная новизна
Обоснована целесообразность и возможность удаления полифенолов на стадии затирания зернопродуктов с использованием гексаметилентетрамина. Показано положительное влияние удаления из среды мутеобразующнх полифенолов на активность ферментных систем затора, выход экстракта, химический состав сусла и его прозрачность, коллоидную и вкусовую стабильность пива.
Обоснована необходимость минимизации окислительных процессов при затирании путём внесения антиоксидантов: аскорбиновой кислоты, природных источников флавоноидов, глютатионосодержащих продуктов. Показано положительное влияние антиоксидантов на ферменты солода, фильтрование заторов, процесс сбраживания, вкусовую и коллоидную стабильность пива.
Установлена взаимосвязь между восстанавливающей способностью сусла, стабильностью пива и содержанием в нём побочных и вторичных продуктов брожения.
Показана эффективность использования дрожжей, обогащенных глютатионом, в качестве антиоксидантной добавки при затирании. Получена математическая зависимость влияния условий обработки дрожжей на накопление в них трипептида.
Практическая значимость работы
Разработана технология стойкого пива с использованием гексаметилентетрамина, внедрение которой позволит значительно повысить стабильность продукта.
Разработана технология пива с использованием аскорбиновой кислоты, позволяющая значительно увеличить выход сусла, ускорить фильтрование заторов и повысить как вкусовую, так и коллоидную стойкость напитка. Внедрение разработанной технологии позволит получить значительный экономический эффект за счёт увеличения выхода продукта.
Предложена практическая реализация способов производства стойкого пива с использованием в качестве природных источников флавоноидов прополиса, кровохлёбки; в качестве антиоксидантов - остаточных дрожжей, проросшего ячменя. Разработан способ обогащения дрожжей глютатионом. Обогащенные дрожжи могут найти применение не только в пивоварении, но и в других отраслях пищевой промышленности, а также в медицине.
Модифицирован метод определения гексамина для контроля его остаточного содержания в пиве.
Разработана и утверждена техническая документация: ТИ 9184 - 054 -02068315 - 2006 « Технологическая инструкция по производству коллоидно-стойкого пива с использованием пищевой добавки гексаметилентетрамина; ТИ 9184 - 055 - 02068315 - 2006 «Технологическая инструкция по производству пива с использованием аскорбиновой кислоты».
Проведены производственные испытания разработанных технологий на ЗАО «Иркутскпищепром», ОАО «Тогучинский ПивВинкомбинат», ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод».
Выполнен расчёт экономической эффективности применения при затирании аскорбиновой кислоты.
Химический состав коллоидного осадка и механизм его образования
Из 1дм3 пива может быть получено 4-8мг веществ холодной мути и 6,6-14,6 мг веществ устойчивого осадка [78]. Основными компонентами коллоидного помутнения являются белки, полифенолы, углеводы, минеральные вещества и липиды. Данные по исследованию химического состава коллоидной мути разными авторами представлены в таблице 1.1
Из данных, представенных в табл. 1.1 видно, что результаты исследований отдельных учёных значительно отличаются, однако в большинстве случаев обнаружено, что основными компонентами мути являются полипептиды и полифенолы. По современным представлениям в основе образования коллоидного помутнения лежит взаимодействие между полифенолами и протеинами, в результате которого образуются сложные комплексы, обладающие меньшей, чем исходные вещества, растворимостью [78,148].
Исследованиями последних лет показано, что основную роль в образовании коллоидных помутнений играют полифенолы пива из-за своей более высокой химической активности, чем у полипептидов [99].
В пиве содержится 150-300 мг/дм3 веществ фенольной природы, большая часть которых - полифенолы солода [99].
Из хмеля в пиво переходят в основном флавонол-гликозиды: кверцитрин (1 мг/дм3), кверцетин (5-125 мг/дм3), кемферол (5-20 мг/дм3), мирицитрин (1мг/дм3), изокверцитрин и рутин (1-6мг/дм3); простые фенольные кислоты: протокатеховая, ванилиновая, кофейная, n-кумаровая, хлорогеновая, синаповая (1-20мг/дм3), галловая (5-29мг/дм3), сиреневая (2-21 мг/дм3), феруловая (1-7мг/дм3) и другие фенолкарбоновые кислоты.
Катехины (5-55мг/дм3), эпикатехины (9-24мг/дм3), лейкоцианидины -цианидин, дельфинидин (25-70мг/дм3) попадают в пиво из солода [84,160]. Фенольные соединения принимают участие в формировании антиоксидантой системы пива и влияют на его коллоидную стойкость. В образовании коллоидного помутнения участвуют полифенолы солода [65].
Простые флавоноиды не образуют помутнений. Низкополимеризованные полифенолы дают с белками при охлаждении легко распадающиеся комплексы. Окисление полифенолов приводит к возникновению конденсированных продуктов, которые образуют с белками устойчивую постоянную муть [65]. Образование холодного и постоянного помутнения можно упрощённо представить следующими схемами: [28]. 0С Протеины+полифенолы Протеино-полифенольный комплекс 20 С (обратимый) Ог, углеводороды, металлы Протеины+полифенолы Протеино-полифенольный комплекс (необратимый)
При образовании холодного помутнения возникают непрочные водородные связи между водородом фенольных гидроксильных групп полифенолов и кислородом пептидных групп белка. Необратимое помутнение более устойчиво за счёт увеличения числа водородных связей вследствие конденсации полифенолов и образования более прочных ковалентных связей между карбонилами окисленных полифенолов-хинонов и свободными аминогруппами белков [56,99].
В свежеразлитом пиве нет холодного помутнения, и полифенольные вещества - предшественники образования коллоидного осадка - существуют как простые флавоноиды. Мономеры полифенолов (катехин и лейкоантоцианы) имеют молекулярную массу около 500 и не дают соединений с белками, поскольку энергия водородных связей мономерных полифенолов недостаточна для удержания молекул в комплексе с белками [99].
Исследование влияния гексамина на процесс приготовления сусла и его качество
Для адсорбции полипептидов применяют чаще всего неорганические вещества-алюмосиликаты и препараты кремниевой кислоты. Бентониты - алюмосиликатные глины. Состав бентонита: SiCh - 48-52%; АЬОз - 11-22%; отношение &02:АЬОз= 4:1 [99].
Механизм взаимодействия бентонита с белковыми компонентами пива носит коагуляционный (флокуляционный) характер и осуществляется главным образом за счёт адгезии. При этом частицы минерала образуют с белками крупные агрегаты, предсталяющие собой послойные структуры, в которых второй и последующий слои возникают за счёт сил когезии между одноименно заряжёнными частицами [99].
Бентониты активно поглощают воду (5-ти кратное количество) и сильно набухают. Поэтому при их использовании потери пива могут достигать 3-4%. К другому недостатку данного адсорбента относится и то, что бентониты наряду с высокомолекулярными азотистыми веществами адсорбируют средне-и низкомолекулярные, что негативно отражается на пенистых свойствах пива [18, 78,99].
На эффективность удаления белков влияет дозировка адсорбента (табл). Обычно она составляет 50-100 г/гл. Дальнейшее увеличение количества бентонита негативно влияет на вкус и пену пива. Бентониты частично удаляют из пива и фенольные вещества [56].
Самыми распространёнными и эффективными адсорбентами полипептидов являются препараты на основе кремниевой кислоты -силиказоли и силикагели.
Исходный материал для производства силиказолей и силикагелей -жидкое натриевое стекло, которое получается в определённых условиях из специального песка, соды и воды [60].
Силиказоль - гидрозоль кремниевой кислоты применяют в индустрии напитков с 1940г. Сначала его использовали в виноделии, а в 1983г. фирма «Стабиквик Брауэрай-Техник» предложила применять силиказоль в пивоварении (препарат «Стабизоль») [59].
Силиказоли - коллоидные растворы кремниевой кислоты (SiO) в воде. Они содержат несвязанные шарообразные частицы высокочистой аморфной кремниевой кислоты величиной от 5 до 105 нм [59].
При производстве силиказоля жидкое стекло при определённой температуре и рН с помощью сложных процессов ионного обмена переводят в гидрозоль кремниевой кислоты - дисперсный раствор мельчайших частиц диоксида кремния. Основной структурный элемент частиц - ортокремниевая кислота. Гидроксильные группы кислоты, тетрагонально расположенные вокруг атома кремния - силанольные группы, высоко реактивны. При соединении отдельных молекул кремниевой кислоты через силанольные группы при выделении воды образуется поликремниевая кислота со связью Si-O-Si, а далее - мельчайшие сферические частицы, содержащие на своей поверхности активные силанольные группы [60].
Силиказоли можно рассматривать как предварительный этап получения селикагелей [61]. Силикагели получают также из жидкого стекла. При обработке его серной или соляной кислотами сначала образуется золь кремниевой кислоты с размерами частиц в 5-50 раз больше исходных молекул кизельгуровой кослоты. В процессе производства золя раствор становится более вязким и опалесцирующим. Конденсируется всё большее количество силанольных групп с образованием молекул, превосходящих исходную уже в сотни раз. При этом возникает трёхмерная сетчатая структура, состоящая из цепочек и колец поликремниевой кислоты. Золь затвердевает, превращаясь в гидрогель -высокопористое твёрдое вещество. Образовавшиеся при реакции соли вымывают водой, а синерезисная вода удаляется из пор тепловой обработкой при этом из гидрогеля образуется кизельгель. Процесс сушки силикагеля проводится таким образом, чтобы сохранить силанольные группы, которые придают кизельгелю гидрофильные свойства и наряду с капилярной структурой определяют его адсорбционные возможности [60].
Впервые использовать силикагели в пивоварении предложил немеций учёный Карл Райбле в 1961 году на конгрессе ЕВС в Вене [60,61].
Основное преимущество силикагелей перед другими адсорбентами белка заключается в том, что они удаляют из пива только мутеобразующие полипептиды, не затрагивая фракции, положительно влияющие на пену и вкус [40,56,61].
О высокой селективности силикагеля было доказано уже в 1966 году исследованиями Райбле и Клоса. Ими было обнаружено, что аминокислотный состав белков, адсорбированных силикогелем, соответствует составу аминокислот белковой фракции коллоидной мути [60,61].
Исследование возможности совершенствования технологии и повышения вкусовой и коллоидной стабильности пива с использованием аскорбиновой кислоты
Основными факторами, вызывающими снижение как коллоидной так и вкусовой стабильности пива, являются окислительные процессы. Данные процессы негативно влияют не только на качество готового продукта, но и на технологию его производства. Для минимизации отрицательного воздействия кислорода на технологию и качество напитка используют антиоксиданты, которые вносят, как правило, на конечных стадиях производства пива. Однако доказано, что негативное воздействие кислорода на технологию и качество пива начинается уже на стадии дробления и затирания солода и связано с окислением липидов и фенольных веществ. Окисление жирных кислот приводит к накоплению в пиве карбонилов старения. Повышение цвета пива и снижение его редуцирующего потенциала связано с окислением фенольных веществ.
Исследованиями последних лет доказано, что кислород также негативно влияет и на фильтруемость заторов. Снижение скорости фильтрования объясняется окислением тиолосодержащих белков зернопродуктов. При этом образуются дисульфидные мостики, что приводит к формированию высокомолекулярных поперечносшитых белков, гелей и тестообразных субстанций. Образующиеся агрегаты снижают проницаемость фильтрующего слоя и замедляют фильтрование. При окислении заторов также уменьшается и выход сусла [26,40,67].
Вышеизложенное указывает на целесообразность использования антиоксидантов на ранних стадиях производства - при затирании. Одним из сильнейших антиоксидантов является аскорбиновая кислота.
Целью данного раздела являлось изучение возможности совершенствования технологии и повышения вкусовой и коллоидной стабильности пива путём использования на стадии затирания аскорбиновой кислоты.
Аскорбиновая кислота широко применяется в пивоварении. Её вносят в готовое пиво в количестве 0,8-5 г/гл [56]. Аскорбиновая кислота путём окисления в дегидроаскорбиновую кислоту снижает содержание в среде молекулярного кислорода [20, 56, 78]. В литературе имеются сведения и о том, что данный антиоксидант удаляет из пива свободные радикалы и ингибирует радикальные реакции [134].
Готовили сусло по способу, описанному в разделе 3.1, используя солод среднего качества. В начале процесса в затор вносили аскорбиновую кислоту в количестве 100-500г/т солода. Определяли время фильтрования, количество сусла и содержание в нём мальтозы, аминного азота, белка, полифенолов. Продукты окисления липидов контролировали по тиобарбитуровому числу -ТБЧ. Полученные данные представлены на рис. 3.13 - 3.20.
Из рис.3.13 видно, внесение в затор аскорбиновой кислоты положительно отражается на выходе экстракта. Так при экстрактивности исходного солода 76,6 %, расчётная экстрактивность при внесении в затор 400 г/т аскорбиновой кислоты увеличилась на 2 %. Полученные результаты свидетельствуют о более интенсивном гидролизе биополимеров солода в присутствии антиоксиданта. Эффективный прирост сухих веществ наблюдается при увеличении количества вносимого витамина С до 400 г/т.
Об активизации гидролиза крахмала и белка при внесении в затор аскорбиновой кислоты показывают и результаты, представленные на рис.3.14, 3.15,3.16.
Заметное повышение содержания в сусле редуцирующих веществ наблюдается уже при внесении небольших доз витамина С и продолжается до увеличения количества вводимой в затор добавки до 200 г/т (рис.3.14). Такая же дозировка аскорбиновой кислоты является оптимальной и для накопления в сусле аминного азота (рис.3Л 5). При этом содержание данного показателя в сусле увеличивается на 21 %. Дальнейшее повышение количества вносимой в затор кислоты несколько снижает концентрацию аминного азота, но она остаётся выше, чем в контрольном образце при добавлении всех исследуемых дозировок. Такая необычная закономерность влияния дозировки аскорбиновой кислоты на содержание в сусле аминного азота неоднократно повторялась в лабораторных условиях и была обнаружена при проверке результатов исследований в условиях производства. Вероятно, данная концентрация активатора ферментов - витамина С является оптимальной для протеолитических ферментов.
Положительно влияет антиоксидант и на содержание в сусле потенциальных мутеобразователей - фракции белка А (рис.3.16) и полифенолов (рис.3.17). Концентрация основных мутеобразующих веществ активно снижается при внесении в затор кислоты в количестве до 400 г/т. При этом содержание высокомолекулярных белков и полифенолов в опытном сусле на 23% и 15 %, соответственно, ниже, чем в контрольных образцах.
Понижение концентрации высокомолекулярной фракции белка А связано с активизацией протеолиза в присутствии витамина С. Более низкое содержание фенольных веществ обусловлено, вероятно, их меньшим выщелачиванием в более кислой среде, создаваемой добавлением в затор аскорбиновой кислоты.
При использовании аскорбиновой кислоты значительно интенсифицируется процесс разделения заторов. Как видно из рис.3.18, продолжительность фильтрования сокращается наиболее эффективно при добавлении в затор антиоксиданта в количестве до 200 г/т. При дальнейшем увеличении дозы кислоты время фильтрования снижается менее значительно. Максимальная скорость разделения заторов достигается при использовании антиоксиданта в дозировке 400г/т. При этом время фильтрования сокращается на 52%. Аскорбиновая кислота, вероятно, защищает от окисления сульфгидрильные группы белков и препятствует образованию поперечносшитых дисульфидными мостиками тестообразных агломератов, снижающих проницаемость фильтрующего слоя. Более проницаемый фильтрующий слой удерживает меньше сусла. Поэтому при внесении аскорбиновой кислоты увеличивается и выход продукта. Это наглядно демонстрирует рисунок 3.19. Видно, что прослеживается прямопропорциональная линейная зависимость между количеством вносимой в затор кислоты и выходом сусла. При использовании антиоксиданта в дозировке 400г/т выход сусла увеличивается на 5 %.
Исследование содержания аскорбиновой кислоты в процессе производства пива
Известно, что витамин С быстро разрушается при высоких температурах [961
В способе, предложенном в данной работе, аскорбиновая кислота вносится в начале затирания и подвергается воздействию высоких температур, что должно негативно отразиться на её сохранности. Однако, полученные результаты показывают, что витамин С остаётся и в готовом пиве, выполняя свои антиоксидантные функции. Так, согласно данным табл. 3.11, восстанавливающая способность опытных образцов пива значительно выше, чем контрольных. О присутствии аскорбиновой кислоты при брожении и дображивании свидетельствует и состав вторичных и побочных продуктов брожения (табл. 3.12).
Представляло интерес проконтролировать содержание аскорбиновой кислоты в процессе производства сусла и пива. С этой целью готовили заторы настойным способом с внесением в начале процесса аскорбиновой кислоты в количестве 400 г/т. Отфильтровывали сусло и кипятили его с хмелем 1,5 ч. В конце основных пауз (белковой, мальтозной, осахаривания), а также в начале фильтрования затора и после кипячения сусла с хмелем отбирали пробы и определяли в них содержание аскорбиновой кислоты.
Полученные данные представлены на рис. 3. 1 - начало затирания; 2 - белковая пауза; 3 - мальтозная пауза; 4 - пауза осахаривания; 5 - начало фильтрования; 6 - конец кипячения сусла с хмелем
Как видно из рис.26, содержание в заторе аскорбиновой кислоты практически не меняется до конца мальтозной паузы и на 12 % снижается лишь после паузы осахаривания. Полученные данные свидетельствуют о том, что повышение температуры до 70-72 С не оказывает на витамин С значительного негативного влияния, что можно объяснить защитным действием веществ затора на аскорбиновую кислоту. Дальнейшее же повышение температуры существенно снижает содержание витамина С: так в начале фильтрования при температуре 78 С в сусле остаётся 71,5 % витамина С от его содержания в начале затирания. Таким образом, в процессе приготовления затора содержание аскорбиновой кислоты снижается на 28,5 %.
При кипячении сусла с хмелем концентрация аскорбиновой кислоты понижается на 46,2%. В готовом сусле остаётся 3,08 мг% витамина С, что на 61,5% ниже содержания его в начале затирания.
Проведённые исследования показывают, что в сусле после кипячения его с хмелем остаётся ещё достаточное количество витамина С для выполнения им антиоксидантной функции (в пиво рекомендуется вносить 0,8-5 мг% аскорбиновой кислоты).
Проконтролировали содержание аскорбиновой кислоты на дальнейших стадиях производства пива. Для этого охмелённое сусло сбраживали дрожжами 34 расы при температуре 8 С, дображивали при 0 - 2 С. В молодом и готовом пиве определяли содержание витамина С - рис.3.27.
Как видно из рис.3.27, концентрация аскорбиновой кислоты при брожении снизилась на 49,5 % - с 3,08 мг% до 1,54 мг%, что связано, вероятно, с потреблением витамина С дрожжами и расходом его на окислительные процессы. От молодого пива до готового содержание аскорбиновой кислоты меняется незначительно - на 8,4 %.
