Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1 Анализ ассортимента выпускаемой продукции в пивоваренной отрасли России 8
1.2 Разновидности специальных сортов пива 9
1.2.1 Классификация нетрадиционных добавок к пиву . 15
1.3 Техн.ологические аспекты производства яблочного и вишневого соков 16
1.3.1 Состав яблочного сока 19
1.3.2 Производство вишневого сока 23
1.3.3 Состав вишневого сока 25
1.3 А Причины возникновения микробиологического и коллоидного помутнения в соках и способы их предотвращения 26
1А Дрожжи, используемые в производстве пива 30
1.5 Вещества, влияющие на коллоидную стойкость пива 32
1.6 Технологические аспекты приготовления пива с использованием готовых безалкогольных напитков и фруктовых соков 35
1.7 Влияние потребления пива и соков на здоровье человека 37
Экспериментальная часть
2. Материалы и методы 44
2.1 Материалы 44
2.2 Объекты исследования 47
2.3 Методы исследования 50
2.3.1 Анализ соков '. 50
2.3.2 Анализ солода пивоваренного ячменного 54
2.3.3 Анализ хмеля 54
2.3.4 Анализ охмеленного и неохмеленного сусла 55
2.3.5 Анализ дрожжей 55
2.3.6 Анализ готового пива специального 57
2.3.7 Статистическая обработка экспериментальных данных 62
3. Результаты и обсуждение 64
3.1 Способы приготовления пива специального 64
3.2 Подбор расы дрожжей для приготовления пива специального 68
3.2.1 Исследование микробиологических показателей рас дрожжей Kluyveromyces marxianus 69
3.2.2 Исследование способности различных рас дрожжей рода Kluyveromyces marxianus утилизировать пектин, содержащийся в яблочном и вишневом соках 70
3.2.3 Исследование динамики сбраживания соков и пивного сусла различными дрожжами 72
3.2.4 Выбор оптимальной концентрации сухих веществ во фруктовых соках, используемых при получении-пива специального 75
3.2.5 Исследование влияния дополнительных источников аминокислот на интенсивность сбраживания фруктовых соков S2
3.2.6 Подбор концентрации сахара для приготовления вишневого сока 91
3.2.7 Исследование способности к флокуляции различных рас дрожжей К. marxian us и S. cerevisiae 93
3.3 Приготовление пива специального с использованием различных технологических схем ... 98
3.3.1 Подбор дозировки хмеля для приготовления пива специального 98
3.3.2 Смешивание готового пива со сброженным соком 102
3.3.3 Совместное дображивание смеси молодого пива и сброженного фруктового сока 104
3.3.4 Совместное дображивание смеси молодого пива и свежего фруктового сока 108
3.4 Исследование влияния различных температурно-временных
режимов главного брожения и дображивания на органолеп-
тические и физико-химические свойства пива специального 113
3.5 Применение различных видов адсорбентов для повышения
коллоидной стойкости пива специального 115
3.6 Анализ готового пива специального 120
3.7 Аппаратурно-технологическая схема производства пива специального 125
Выводы 127
Список литературы
- Классификация нетрадиционных добавок к пиву
- Вещества, влияющие на коллоидную стойкость пива
- Анализ солода пивоваренного ячменного
- Исследование микробиологических показателей рас дрожжей Kluyveromyces marxianus
Введение к работе
В настоящее время отмечается рост производства низкоалкогольных и-безалкогольных напитков, что побуждает производителей увеличивать производство этих напитков. К числу популярных в Европе низко алкогольных напитков относятся бельгийские «Ламбик» и «Лимфанс Кри», а также комбинированные напитки на основе пива, такие как английское специфическое пиво «Лагер энд лайм», немецкий пивной коктейль «Радлер», голландское яблочное пиво «Бавария» и т.д. Комбинированные напитки на основе пива - бирмиксы, как их называют в Европе, или специальные сорта пива, согласно принятой классификации в - России, представляют собой напиток, состоящий из пива и какого-либо 'Прохладительного напитка, например лимонада или сока. К бирмиксам также относят ароматизированное пиво.
Производство таких напитков представляет собой еще очень молодой сегмент рынка напитков, который пользуется все возрастающей популярностью у потребителей.
Поэтому разработка технологии пива специального с использованием различных соков, которая будет способствовать расширению ассортимента комбинированных напитков является актуальной задачей.
Целью наших исследований являлась разработка технологии пива специального с использованием яблочного и вишневого соков длительного срока хранения.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- обосновать и провести выбор отдельных видов фруктовых соков для получения пива специального;
- провести скрининг дрожжей и изучить возможность применения
дрожжей Kluyveromyces marxianus при производстве пива специального;
' f - исследовать . способность дрожжей Kluyveromyces marxianus
..:: ..; утилизировать содержащийся в яблочном и вишневом соках пектин;
- .исследовать динамику брожения пивного сусла и выбранных
фруктовых соков с использованием дрожжей Kluyveromyces marxianus;
провести сравнительный анализ флокуляционной способности дрожжей Kluyveromyces marxianus с расами пивных дрожжей;
апробировать различные технологические схемы приготовления пива с использованием фруктовых соков и на основании сравнительного анализа выбрать наиболее эффективную схему;
- изучить влияние различных стабилизаторов на коллоидную
' стойкость пива специального и провести анализ готового напитка.
* > Научная новизна.
Проведен скрининг, дрожжей рода Kluyveromyces marxianus и выявлена возможность использования некоторых рас для их культивирования на пивном сусле, яблочном и вишневом соках.
Установлена зависимость степени сбраживания яблочного и вишневого соков от аминокислотного состава биологически активных добавок, применяемых в процессе брожения, и расы используемых дрожжей.
Исследована флокуляционная способность дрожжей Kluyveromyces marxianus в сравнении с традиционными дрожжами, используемыми в пивоварении.
Установлено, что применение дрожжей Kluyveromyces marxianus способствует снижению содержания пектиновых веществ в яблочном и вишневом соках.
Практическая ценность работы.
Впервые в России разработана технология приготовления пива специального с использованием фруктовых соков.
На основании данных.настоящего исследования получен патент на изобретение №2200758 «Способ получения пива специального».
Технология апробирована на пилотной установке в полупроизводственных условиях ГУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности.
На основании полученных данных разработана технологическая инструкция по производству пива специального,..ТИ 95120-00334600-277-03.
Ожидаемый экономический эффект составит 695,0 тыс, руб. и 11575,0 тыс. руб. на 1 млн. дал в год для пива специального с использованием яблочного и вишневого соков соответственно. Разработанная технология позволяет расширить ассортимент пиво-безалкогольной продукции.
Классификация нетрадиционных добавок к пиву
Используемые в« производстве - пива--нетрадиционные добавки отвечают различным целям при их применении. Одни выполняют технологические : функции; обладая бактерицидными свойствами, способствуя осветлению пивного сусла (можжевельник, имбирь, тысячелистник, орехи и др.)"Другие-формируют.его органолептические и физико-химические, иногда фармакологические свойства, смягчают действие алкоголя на организм, повышают пищевую ценность пива (продукты переработки плодов, ягод, мед, цедра цитрусовых, травы, коренья и др.).
С целью обобщения технологического опыта использования нетрадиционных добавок в пивоварении предложена классификация добавок, используемых в производстве пива в нашей стране и за рубежом (рис. 1) [35].
Добавки, имеющие технологическое назначение, применяют благодаря присутствию в них углеводов, полифенольных веществ,-близких по составу к хмелевым дубильным веществам, азотистых или минеральных веществ. К :сырью,гиспользование" которого .имеет цель : обогатить продукт .углеводами,-можно отнести зернопродукты (рис, овес, пшеницу, ячмень и др.), а также сахаросодержащее сырье (мед, патоку, сахар). Источники полифенольных веществ вносятся, главным образом, как заменитель хмеля. К ним относятся различные виды растительного сырья (травы, корни, орехи и т.п.) и продукты их переработки.
Добавки фармакологического назначения используют для создания напитка, обладающего выраженным профилактическим эффектом в отношении какого-либо заболевания (с антиканцерогенными, гепатопротекторными свойствами и т.п.). Для этой цели также вносят, как правило, растительные ингредиенты или алоэ. .
Следующая группа добавок обеспечивает формирование определенных органолептических свойств пива. Для этой цели вносят источники ароматических и вкусовых веществ (эфирные масла, эссенции, настои, экстракты ароматического сырья) или продукты, содержащие ароматические и вкусовые компоненты (сброженные основы, безалкогольные напитки, фруктовые соки, вина, коньяки и т.п.).
В России в основном вырабатывают следующие концентрированные соки: яблочный (от 20 до 50 тыс. т), в зависимости от урожая; виноградный (от 5 до 10 тыс. т), вишневый (в небольших количествах); черноплодно-рябиновый (в небольших количествах); черносмородиновый (в небольших количествах) [11].
Таким образом, выбирая вид сока для производства специальных сортов пива целесообразно остановиться на яблочном соке, вследствие его широкой распространенности в России и на вишневом соке, т.к. во всем мире пивные напитки на его основе завоевали широкую популярность.
Для : приготовления яблочного хока используют яблоки высокого качества. Некоторые плесени, особенно пенициллиум, придают очень сильный плесневый запах.
Имеется четыре общих типа яблочного сока, обозначаемых производственниками как натуральные, из дробленых плодов с мякотью (crushed), осветленные и фильтрованные [42].
Неосветленные соки. Соки процеживаются и не подвергаются какой-либо другой обработке для удаления осадка или яблочных частиц. Получается светлый сок, непрозрачный, с небольшим осадком.
Сок из дробленых яблок (crushed) содержит значительное количество тонко измельченной суспендированной пульпы. Количество пульпы колеблется от 3 до 10% [50].
Осветленный яблочный сок готовится обычным способом, но его центрифугируют для удаления большого количества частиц пульпы или обрабатывают такими осветляющими агентами, как селикагель, ,желатин, бентонит или хитозаном (диацетилированный хитин, поли-р(1-4)Ы-ацетил-глюкозамин) [38, 109, 166]. Маршалом и коллегами отмечено, что качество сока может быть ухудшено вследствие образования постороннего привкуса при добавлении бентонита низкого качества [101].
Фильтрованный яблочный сок кристально прозрачен и бывает янтарного цвета или светлый в зависимости от использования антиокислителей [105], Цвет полученного яблочного сока обуславливает присутствие фермента полифенолоксидазы, который вызывает потемнение фруктов и соков за счет окисления фенольных веществ.
Вещества, влияющие на коллоидную стойкость пива
Значительная часть веществ пива, обусловливающих его характерные особенности: вкус, прозрачность, способность к ценообразованию, игристость и т. п., находится в коллоидном состоянии. При длительном хранении пива или его охлаждении до 0С в нем в результате нарушения физико-химического равновесия коллоидных компонентов образуется коллоидное помутнение.
В состав коллоидного помутнения пива входят 40—76% полипептиды, 7—55 — полифенолы, 3—13 — полисахариды, 1—8 % — зольные остатки [43].
Частицы лиофильных коллоидов имеют в нормальных условиях одинаковые электрические заряды, которые удерживают их рассеянными в растворе, благодаря взаимному отталкиванию. При рН пива коллоидные компоненты легко утрачивают свои заряды, главным образом путем адсорбции веществ с противоположными зарядами. Таким образом, частицы могут образовывать большие по размеру комплексы, в результате чего возникает видимое помутнение.
Коллоидные частицы в пиве имеют диаметр до 0,1 мкм. Поэтому они -обладают большой-. поверхностью и в связи с этим значительной поверхностной активностью.
С точки зрения коллоидной стойкости пива особое значение имеет окислительная полимеризация полифенолов, которая приводит к резкому увеличению их молекулярной массы, а затем и образованию сложных комплексных- лолифенолов с полипептидами, обладающих пониженной растворимостью. Полимеризованные полифенолщ составляют 80—90 % в помутнениях, вызванных полифенолами. Полифеноловая фракция коллоидного помутнения содержит, прежде всего, антоцианогены, производные лигнина, димеры полифенолов, сложные эфиры простых фенолов.
Большей частью полипептиды пива состоят из денатурированных, высокомолекулярных полипептидов или из небольших комплексов, образующихся в результате протеолиза. Эти данные позволяют предположить, что полипептидная фракция коллоидного помутнения пива содержит компоненты всех белковых фракций исходного ячменя;и солода: альбумина, Р-глобулина, гордеина, глютелина.
Особого внимания среди них заслуживает (3-глобулин. Он содержится в пиве в форме продуктов неполного распада, имеет довольно высокую молекулярную массу, заряжен положительно, содержит серу в виде активных сульфгидрильных групп, способную легко окислиться до дисульфидных групп, что приводит к резкому увеличению молекулярной массы белка.
Белки в пиве находятся в гидратированной форме и имеют небольшие электрические заряды. Изоэлектрическая точка этих белков находится в диапазоне рН от 4 до 5. Поэтому частицы белков в пиве легко утрачивают электрические заряды, но в коллоидном растворе их удерживает гидратация.-Белковая фракция -коллоидных помутнений пива — содержит в качестве главного компонента высокомолекулярные пептиды с молекулярной массой 60000; Даже незначительное изменение количества белков этой фракции сильно влияет на стойкость пива. В холодное помутнение пива входят белки с молекулярной массой 10000— 40000, і которые богаты протеином и глутаминовой кислотой.
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.
Из способов повышения коллоидной стойкости пива можно выделить следующие [8]: - химические. К ним относятся осаждение белков пива таннином, добавление восстанавливающих веществ таких, как аскорбиновой кислоты, сульфитов, формальдегида или пероксида водорода. - адсорбционные. Здесь применяют природные (диатомиты, перлит, бентониты, активированный уголь и силикагели) или синтетические (полиамиды, например нейлон, поливинилпирролидон или поливинилполипирролидон) адсорбенты. ферментативные. Применяют протеолитические и полифенолоксидазные ферменты.
Для более эффективной стабилизации пива применяют комбинированную обработку пива на разных стадиях, например, вносят ферментный препарат протеолитического действия в начале брожения, а затем обрабатывают ПВПП и селикагелем.
Анализ солода пивоваренного ячменного
Проведение микроскопирования, определение морфологического состояния клеток, биологической чистоты, количества резервных веществ (упитанность дрождісей), числа мертвых клеток, а также способности дрожжей к размножению проводили по методам, описанным в «Лабораторном практикуме по технохимическому контролю производства» [18]. Определение флокуляционной способности дрожжей проводили по методу Хелма в модификации Бендиака [54]. . .. .
Суспензию дрожжей отцентрифугировали 2,5 минуты при скорости 13 000 об/мин для отделения дрожжей от сусла. Полученный осадок дролокеи ресуспендировали в дистиллированной воде и определили количество клеток дрожжей в полученной суспензии на счетной камере. Разбавили дистиллированной водой до концентрации клеток 108 кл/мл. Затем снова определили количество клеток дрожжей в полученной суспензии на счетной камере.
По 1 мл полученной суспензии добавили в пять пробирок Eppendorf (на 1,5 мл) для сравнения (пробирки А) и по 1 мл этой же суспензии в десять пробирок Eppendorf (на 1,5 мл) для анализа (пробирки Б). Каждую пробирку отцентрифугировали 2,5 минуты при скорости 13 000 об/мин. Образовавшуюся надосадочную жидкость слили.
Осадок в пробирках А ресуспендировали добавлением в каждую пробирку 990 мкл дистиллированной воды и 10 мкл 0,05М раствора ЭДТУ (динатриевая соль ЭДТУ, рН 7). Эту суспензию тщательно перемешивали в течение 15 секунд- на встряхивателе. Из-пробирок-взяли по 100 мкл суспензии, добавили по 900 мкл дистиллированной воды и измерили оптическую: плотность: полученной суспензии на спектрофотометре при длине волны X = 600 нм (стеклянные кюветы с толщиной поглощающего слоя 10 мм и. толщиной .хтенки: 1 мм). Раствор сравнения — дистиллированная вода.
Осадок в пробирках Б ресуспендировали добавлением 1 мл моющего раствора (0,5.1 г CaS04 віл дистиллированной воды), тщательно перемещали в течение 15 секунд на встряхивателе,. Полученную суспензию отцентрифугировали, как описано выше, образовавшуюся надосадочную жидкость слили. Затем в каждую пробирку добавили по 1 мл суспензионного раствора (0,51 г CaSC 4, 6,8 г ацетата натрия СНзСОСЖа и 4,05 г ледяной уксусной кислоты віл дистиллированной воды, рН 4,5). Суспензию в пробирках тщательно перемешали в течение Л 5 секунд на встряхивателе. После этого все десять пробирок опрокинули пять раз в течение 15 секунд и поместили в холодильник при 4С на 6 минут. По истечение этого времени отобрали из каждой пробирки верхние 100 мкл, добавили к ним 900 мкл дистиллированной воды и измерили оптическую плотность полученной суспензии на спектрофотометре при длине волны X = 600 нм (стеклянные кюветы с толщиной поглощающего слоя 10 мм и толщиной стенки 1 мм). Раствор сравнения - дистиллированная вода.
Процент сфлокулированных клеток (X) определяли по формуле: „ _ 100 -(А- Б) Х А где А - среднее значение оптической плотности для пяти пробирок А; Б— среднее значение оптической плотности для десяти пробирок Б.
Определение -"прогнозируемой стойкости готового пива- - -"; специального проводили путем измерения мутности пива специального в процессе выдержки его по определенному температурному режиму 4070С или 6070С по ИК 9184-1385-05031531-96 [12].
.Определение видимой и действительной степени сбраживания, качества пенообразования, массовой доли двуокиси углерода, кислотности, массовой доли спирта, а также измерение уровня рН проводили -по «Инструкции по технохимическому контролю пивоваренного производства» [14].
Дегустационную оценку пива специального проводили по «Инструкции по технохимическому контролю пивоваренного производства» [14].
Определение мутности проводили с помощью мутном ера «Hafntians Hazemeter... ЕВС» .. - в .соответствии, с инструкцией, по . . использованию прибора.
Определение содержания диацетила проводили по методу, основанному на реакции диацетила с орто фенил ендиамином с образованием 2,3-диметилхинок-салина, количество которого определяют спектроф отом етрически.
Аппаратура, материалы и реактивы Спектрофотометр с погрешностью измерения коэффициента пропускания не более 1%, с кварцевыми кюветами с толщиной поглощающего свет слоя 10 мм.
Весы лабораторные общего назначения с наибольшим пределом взвешивания 200 г ценой деления 0,1 мг по ГОСТ 24104-88. Аппарат дистилляционный, состоящий из: колбы плоскодонной вместимостью 500 см по ГОСТ 25336-82; холодильника стеклянного лабораторного по ГОСТ 25336-82;
Исследование микробиологических показателей рас дрожжей Kluyveromyces marxianus
Исследование микробиологических показателей рас дрожжей Kluyveromyces marxianus. Проведен скрининг дрожжей рода Kluyveromyces marxianus рас 216, 217, 363 и 365 из коллекции кафедры «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» МГУПП.
Культивирование проводили на пивном сусле, вишневом и яблочном соках с содержанием сухих веществ 12%. Начальная концентрация клеток составила 2 10 клеток/см . Микробиологические показатели культур дрожжей снимали через 24 ч. Результаты исследования представлены в табл. 7, 8 и 9.
Из полученных данных видно, что клетки дрожжей 217 и 363 рас при культивировании на пивном сусле или фруктовых соках по размеру мелкие, по внешнему виду зернистые, что говорит о неблагоприятной для них среде культивирования, по форме — овальные или круглые. Эти расы дрожжей имеют не большой процент почкующихся клеток.
Расы 216 и 365 в свою очередь имеют довольно высокий процент почкующихся клеток, чем и объясняется более высокая концентрация клеток в среде. Однако более благоприятной средой для этих рас дрожжей является пивное сусло: больший процент почкующихся клеток и более высокое содержание клеток. По внешнему виду клетки этих рас дрожжей независимо от среды, на которой культивируются, однородные, крупные, имеют круглую или овальную форму.
На основании вышеизложенного для дальнейшего исследования были выбраны расы дрожжей Kluyvewmyces marxianus рас 216 и 365.
Исследование способности различных рас дрожжей рода Kluyvewmyces marxianus утилизировать пектин, содержащийся в яблочном и вишневом соках.
Плодово-ягодные соки, в том числе вишневый и, особенно, яблочный, содержат некоторое количество пектина. Присутствие пектина является одной из причин коллоидного помутнения, как самих осветленных соках, так и соков? смешанных с пивным суслом, молодым или готовым пивом. Следовательно, для предотвращения такого помутнения целесообразно применять пектолитические ферменты.
Из литературных.-данных известно, что дрожжи Kluyveromyces marxianus обладают : способностью .: синтезировать : комплекс пектолитических ферментов в процессе своей жизнедеятельности.
Для изучения способности выбранных рас дрожжей утилизировать пектиновые вещества яблочного и вишневого соков были проведены следующие исследования. В осветленный и неосветленный яблочный соки и осветленный вишневый сок с начальной концентрацией сухих веществ -8% вносили дрожжи рас 216 и 365 в количестве 210 . кг/мл и проводили брожение в течение 3 суток при 28С. Результаты исследований представлены в табл. 10.
Представленные в табл. 10 данные свидетельствуют о том, что в процессе сбраживания вышеуказанных соков дрожжами K.marxianus 216 и 365 наблюдается заметное снижение содержания пектина. В яблочном соке, со значительно большим исходным содержанием пектина по сравнению с вишневым соком, в процессе брожения происходит снижение его количества в осветленном соке на 32,4 — 41,0%, в неосветленном на 44,2-45,5%.
В связи с тем, что при приготовлении пива специального в производственных условиях могут использоваться-соки с различным содержанием пектиновых веществ, то применение выбранных рас дрожжей K.marxictnus для сбраживания соков позволяет исключить стадию .предварительной-подготовки- (депектинизацию) соков, что может в дальнейшем положительно сказаться на стойкости готового напитка.
