Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
СПЖОКИТЮЛЬЗУЕ^^ 8
1. ЕЩЦЕНИЕ 9
2 ОБЗОР ЛИШРАТУРЫ 16
21. Вторичные материалы пивоваренного производства Способы утилизации. 16
22 Применение сорбирующих препаратов в бродиль^гьк производствах. 25
23. Еиосорбция - способ корректировки химического состава жидких технологических сред. 36
23.1. Основные понятия, определения, процессы и участники биосорбции... 36
23.2 Биосорбция - способ детоксиющии пищевых сред. 50
23.21. Токсикантывьюшихорганизмов 51
23.22 Токсикашымикроорганизмов 56
23.23. Применение биосорбентов для удаления нежелательных компонентов технологических сред. 63
23.3. Еиосорбция - способ активации спиртового брожения. 71
24. Строение и свойства клеточных стенок дрожжей. 79
25. Механизм действия биосорбента ('дрожжевых корок") по отношению к металлам.. 87
26. Заключение. 98
3. ЗКСПЕРИМЕОТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 99
3.1. МАТЕРИАЛЬШМЕЮДЬЬ 99
3.1.1. Определение содержания этилового спирта в растворах ускоренным методом. 99
3.1.2 Определение содержания алкоголя и действительного экстракта дистилляционным способом. 100
3.1.3. Определение содержания редуцирующих веществ (РВ) в растворе с использованием калия железосинеродистого (ЮКС) 100
3.1.4. Опгзедежние содержания РВ по методу Ш>мдьи-Нельсона 100
3.1.5. Определение бродильной агаивности весовым методом 101
3.1.6. Метод определения влажности. 101
3.1.7. Мзтод определения сухих веществ в растворах. 101
3.1.8. Метод определения активной кислотности. 101
3.1.9. Метод изучения влияния декановой кислоты на дрожжи. 101
3.1.10. Разделение липидов методом адсорбционной хроматографии в тонком слое. 102
3.1.11. Определение ионов железа (III) по методу с салициловой кислотой... 102
3.1.11.1. Отработка метода определения Fe3* с салициловой кислотой. 102
3.1.11.2 Определение влияния сорбирукяцего препарата «ОД-2» на результаты определения ионов железа (III) по методу с салициловой кислотой... 104
3.1.11.3. Модификация метода определения содержания Fe3+ с салициловой кислотой. 105
3.1.11.4. Определение влияния различных концентраций сахарозы на точность определения Fe3* по методу с салициловой кислотой 106
3.1.11.5. Методика определения ионов железа (III) с салициловой кислотой... 108
3.1.12. Мзтодика определения ионов Са. 108
3.1.13. Метод определения временной жёсткости. 108
3.1.14. Метод определения числа омыления. 108
3.1.15. Методика засева сусла дрожжами. 110
3.1.16. Определение концентрации белка в растворах. 110
3.1.17. Определение кощентрации аминокислот в растворах 110
3.1.18. Методика приготовления пивного сусла одноотварочным способом с кипячением густой части затора НО
3.1.19. Методика охмеления пивного сусла. 111
3.1.20. Метод определения числа дрожжевых клеток 111
3.1.21. Методика расчета коэффициента почасового прироста дрожжейпо соотношению размеров клетки. 111
3.1.22 Метод определе№шконцоітрацгаї танина в водных растворах. 112
3.1.23. Способ іюлучениямеланоидинов 112
3.1.24. Мзтодикаїфиготовленияли^ 113
3.1.25. Колориметрическое оіфеделениепюшосш .. ИЗ
3.1.26. Определение содержания диацетила ИЗ
3.1.27. Определение общего содержания полифенолов ИЗ
3.1.28. Определение цветности пива ИЗ
3.1.29. Определение кислотноспи пива 114
3.1.30. Способ подготовки порошкообразного материала и проведение его злектронно-мшфс>скоііического исследования. 114
3.1.31. ХарактфистакабиооэрбентаОК-2. 115
3.1.32 Характеристики некоторідо использованных в работе. 116
3.2 РЕЗУЛЬТАТЬШОБСУЖДЕНИЕ 118
3.21. Цэименение сорбирующих препаратов для активации спиртового брожения в бродильных производствах. 118
3.21.1. Определение эффективности применения р-циююдекстрина и препарата ОК-2 119
3.21.2 Определение влияния дозировки препарата ОК-2 и р-циклодекстрина на протекание стадии главного брожения. 123
3.21.3. Определение влияния времени внесения биосорбента ОК-2 на протекание стадии главного брожения. 128
3.21.4. Влияние препарата ОК-2 на результаты сбраживания сусла различными расами щюжя^Засскагогпусеясегеутае. 134
3.21.5. Изучение влияния каприновой (цекановой) кислоты на жизнедеятельность популяции дрожжей и степени связывания соединений липиднсмпгяфодыпгхпаратом ОК-2 137
3.21.6. Применение сорбирующего препарата ОК-2 для интенсифшсации броженияв спиртовом производстве. 140
3.21.7. Определение влияния срока внесения биосорбента ОК-2 на результаты сбраживания мелаосного сусла 143
3.22 Разработка способов получения и изучение свойств сорбирующего препарата «ОД-2» 147
3.221. Разработка способов получения биосорбентов на основе клеточных стенок пивных дрожжей. 147
3.222 Определение влияния применения сорбирующих препаратов ОД на течение стадии главного брожения. 152
3.223. Элэсфонно-микроскопическое исследование влияния различных способов автолиза на дрожжевые клетки. 157
3.224. Определжие оптимальной концентрации пг^^ 164
3.225. Влияние препарата «ОД-2» на результаты сбраживания сусла различными расами дрожжей. Saccharomyces cerevisiae. 167
3.226. Определение влияния различных факторов на оорбционную споообность препарата «ОД-2» по отношению к Fe3+ 169
3.227. Определение предельной дозидовкип^ 184
3.228. Определение сорбционной способности препарата «ОД—2» по отношению к ионам Са. 186
3.229. Изучение влияния концентрации обрабатываемого раствора хлорида кальция на количество ионов кальция, связанных препаратом «ОД-2». 194
3.2210. Изучение влияния объема обрабатываемого раствора хлорида кальция на количество ионов кальция, связанных препаратом «ОД-2» 196
3.2211. Изучение влияния обработки воды сорбирующим препаратом «ОД-2» на ее жесткость. 197
3.2212 Изучение процессов связывание ионов биосорбентом «ОД-2» в двухкомпонентных смесях 211
3.2213. №учение влияния сорбирующего препарата «ОД-2» на содержание жирных кислот в жидких средах. 212
3.2214. Влияние генерации пивных дрожжей на свойства полученного из них сорбирующего препарата «ОД-2» 220
3.2.215. Сопоставление влияния аминного азота и оорбируЕощего препарата «ОД-2» на течение стадии главного брожения. 223
3.2216. Определение влияния основных групп компонентов препарата «ОД-2» на его сорбционную споообносгь. 225
3.23. Цэименение препарата «ОД-2» для интенсификации главного брожения в пивоварении. 238
3.23.1. Определение зависимости результатов применения биосорбента «ОД-2» от температуры главного брожения пивоваренного производства 239
3.23.2 Определение влияние применения биосорбента «ОД-2» на резутьтаты сбраживамгапишогосусяасгмаличньзми веществ 241
3.23.3. Определение результатов применения сорбирующих препаратов «ОД-2»,
полученных из пивных дрожжей различных генераций (2,5,8) на стадии главного брожения пивоваренного производства 245
3.2.3.4. Определение стабильности препарата «ОД-2» при хранении. 247
3.23.5. Изучение возможности многократного применения биосорбента «ОД-2» в неассшьких циклах главного брожения. 249
3.23.6. Применение сорбирующего препарата «ОД-2» для снижения в жидких средах кощентрации соединений фенольной природы: 256
3.23.7. Определение результатов обработки биосорбентом «ОД-2» охмеленного сусла 272
3.23.8. Определение результатов обработки сорбирующим препаратом «ОД-2» темного пива 274
3.23.9. Определение сорбционнои способности препарат «ОД-2» по отношению к меланоидинам в водном растворе 275
3.23.10. Отработка параметров применения сорбирующего препарата «ОД-2» с целью снижения цветности охмеленного сусла 277
3.23.11. Влияние добавления сорбирующего препарата «ОД-2» в сусло перед кипячением с хмелем на цветность охмеленного сусла. 279
3.2.4. Цзименение препарата «ОД-2» для интшсификации брожения в спиртовом производстве. 281
3.24.1. Определение эффективности применения биосорбента «ОД-2» при сбраживании мелаосного сусла. 281
3.24.2 Определение влияния дозировки сорбирующего препарата «ОД-2» на результаты сбраживания мелаосного сусла. 283
3.2.4.3. Определение влияния сорбирующего препарата «ОД-2» на результаты сбраживания мелаосного с^таїа различной концентращш. 284
3.24.4. Определение влияния времени внесения препарат «ОД-2» на накопление этилового спирта при сбраживании мелассного сусла 286
3.25. Определение влияния биосорбента «ОД-2» на развитие дрожжевых популяций 288
3.25.1. Изучение влияния сорбирующего препарата «ОД-2» на развитие популяции пивоваренных дрожжей в присутствии различных металлов.. 288
3.2.5.2 Применение препарата «ОД-2» с целью обработки сусла для выращивания хлебопекарных дрожжей. 320
3.26. Определение влияния обработки препаратом «ОД-2» на содержание в мелассном сусле различных металлов 322
3.27. Сопоставление сорбционной способности препарата 'ОД—2" и активированного угля. 324
3.28. Определение основных характеристик готового пива, полученного с использованием биосорбеятов «ОД-2» и производного №2 326
4. ВЫВОДЫ 330
5. ОТЮОКИ^ГЮЛЬЗОВАННЭЙЛИГЕРАТУРЫ 334
6. гаиложЕния. 366
Введение к работе
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. После перехода отечественной экономики к рыночным отношениям в пивоваренном производстве сложились условия жесткой конкуренции как с отечественными, так и зарубежными производителями. Они делают необходимым повышение качественных характеристик готовой гцюдукции, не приводящее к существенному возрастанию ее цены Дополнительные трудности создают удорожание производственных ресурсов и технологического сырья при снижении, в ряде случаев, качества последнего. Упомянутые факторы обуславливают необходимость внедрения новых технологических приемов, позволяющих интенсифицировать протекание основных производственных стадий. Безусловно, ключевыми могут быть могут быть признаны несколько этапов, но одним из существенно влияющих на результаты является сбраживание сусла Хэд спиртового брожения зависит от целого ряда факторов: параметров сбраживаемой среды, характеристик используемых дрожжей и технологического оборудования, выбранных режимов, использования тех или иных активаторов.
В настоящее время разработан целый ряд гфинципиально отличающихся подходов к решению задачи наиболее эффективного проведения стадий главного брожения и дображивания: конструирование новых типов оборудования; подбор, селекция, а в перспективе и промышленное применение генетически модифицированных рас пивных дрожжей; изменение режимов сбраживания сусла; наконец, введение в сбраживаемую среду тех или иных компонентов. Очевидно, последний прием после необходимой оптимизации может дать существенный эффект при наименьших затратах.
Спектр добавок, вносимых в сусло до начала или в процессе спиртового брожения достаточно широк и может быть разделен на две основные группы; реагенты, изменяющие (улучшающие) химический состав среды и, таким образом, опосредованно облегчающие условия развития дрожжевой популяции, и компоненты, оказывающие положительное влияние непосредственно на клетки дрожжей, их состояние, активность и размножение. Большинство известных, промыЕПленно применяемых препаратов позволяют решить локальные задачи при сбраживании, но, будучи нехарактерными для классической технологии пивоварения, требуют специальных мер для их удаления из пива Кроме того, в ряде случаев, наблюдается определенное изменение качества, в том числе, вкуса готового продукта по сравнению с традиционным
Актуальность проблемы определяется необходимостью разработки способа получения и применения многофункционального препарата, отвечающего ряду требований:
- простота и сравнительная дешевизна производства, экономичность применения;
- способность интенсифицировать процессы, протекающие при сбраживании пивного и других сусел;
- возможность решения широкого круга технологических задач в пивоваренном и пищевых производствах: интенсификация развития микробных популяций, корректировка состава жидких сред и т. д
- отсутствие необходимости сложных и затратных мероприятий по отделению биосорбента от обработанной среды;
- решение поставленных задач без ухудшения аналитических и фішїолептические характеристик готовой гпюдукции, в первую очередь, пива
Дополнительный интерес представляла возможность частичной утилизации осадочных пивных дрожжей, выводимых из технологического процесса, традиционная переработка которых в соответствии с действующим законодательством вызывает определенные экономические или технологические затруднения.
Цель и задачи исследований. І атью работы являлись научное обоснование и разработка практических основ технологии производства и применения в бродильной промышленности мноіофункционального биосорбента на основе осадочных пивных дрожжей, позволякщего решать следующие задачи: интенсификация спиртового брожения и развития микробных популяций; повышение степени утилизации компонентов сбраживаемых (питательных) сред; удаление нежелательных соединений различной химической природы.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- осуществлено сопоставление используемых в лгюмышленноста сорбентов, разработаны критерии оценки эффективности их применения в бродильных производствах;
- разработана технология получения биосорбентов из осадочных пивных дрожжей;
- изучена зависимость технологических характеристик биосорбента от различных параметров получения препарата;
- исследованы строение и свойства биосорбентов, проанализирована роль их отдельных компонентов;
- разработаны способы и изучены результаты применения биосорбента в бродильных производствах;
- изучена зависимость между условиями и эффективностью применения биосорбента в пивоварении;
- проведено сопоставление эффективности применения различных препаратов с целью интенсифшсации сбраживания сахарсодержащих сред;
- рассчитана экономическая эффективность применения биосорбента Научная новизна. Епервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена перспективность получения многофункционального сорбента биологической природы на основе осадочных пивных дрожжей, использование которого позволяет при производстве пищевых продуктов решить ряд важных технологических и экологаческих проблем, влияющих на ітнтедаїфикацию технологических процессов и качественные характеристики готовой пгюдукции.
ЬЬучно обоснованы способы интенсификации спиртового брожения в пивоваренном и спиртовом производствах, улучшения качества и стабилизации свойств жидких технологических сред и готовых напитков из растительного сырья, базирующиеся на использовании полифункциональных биосорбентов дрожжевой природы
Установлено влияние качества исходного биоматериала и способа его обработки на технологические особенности получения биосорбента с индивидуальными характеристиками.
На основании изучения компонентного состава препарата установлена зависимость между различными способами применения биосорбента и снижением концентрации ряда металлов в водных растворах и сусле, показано позитивное влияние биосорбента на развитие популяции дрожжей как в отсутствии, так и при наличии воздействия негативных внешних факторов. Усовершенствован метод определения концентрации ионов железа (III) в водных растворах с салициловой кислотой.
Разработана математическая модель, основанная на корреляции процесса биосорбции и основными физическими параметрами жидких технологических сред.
С помощью злектрошто-микроскопического исследования биосорбентов, элементом которого являлся модифицированный нами метод подготовки проб, определены их состав и структура, позволяющие прогнозировать эффективность применения препаратов на различных технсоюгаческих этапах производства пива спирта и других гфодуктов питания
На основе обобщения теоретических разработок и анализа результатов исследований научно обоснованы направления и области практического применения многофункциональных биосорбентов, полученных из осадочных пивных дрожжей.
Практическая значимость. Разработана технология получения сорбента биологической природы «ОД-2» из вторичного ресурса пивоварения осадочных пивных дрожжей, дальнейшее использование которых на стадии главного брожения не предполагается:
Установлено, что сорбент «ОД-2», полученный предлагаемым способом, обладает характеристиками, обеспечивающими целесообразность и эффективность его применения в бродильных и других пищевых производствах.
При сопоставлении биосорбента «ОД-2», технология получения которого предложена в данной работе, и ряда сорбентов, традиционно применяемых в бродильной и пищевой промьжпленности, обоснована большая целесообразность использования первого.
Разработаны способы применения биосорбента «ОД-2» для решения ряда технологических задач: более быстрого или полного сбраживания сахарсодержащих сред, более интенсивного развития популяции производственных дрожжей, удаления из жидких технологических сред нежелательных компонентов различной природы
Гюведена аналитическая оценка качественных характеристик полупродуктов и готовой продукции бродильных производств, полученных с использованием биосорбента
Экспериментально установлено, что пиво, полученное с применением биосорбента «ОД-2», имеет лучшие аналитические характеристики и не уступает контрольному, произведенному классическим способом варианту по оргшолетическим показателям.
Разработана и утверждена нормативная документация на биосорбент «Сорбент «ОД-2». Технические условия» ТУ 9184-081-02068631-00, «Технологическая инструкция по производству сорбента «ОД-2» ТИ 9184-081-02068631-00.
Экономический эффект от применения биосорбента «ОД-2» на стадии главного брожения в пивоваренном производстве составит 0,99 млн руб. при годовом выпуске 3 млн. дал пива
В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в период с 1987 по 2003 годы лично автором или при его непосредственном участии в качестве руководителя дигоюмных и диссертационных работ, а также исполнителя хоздоговорных и госбкщжетных НИР.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на международных, Всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах: VI Всесоюзный симпозиум по инженерной энзимологии, Вильнюс, 1988; Всесоюзная научно-практическая конференция «Ферменты - народному хозяйству», Черновцы, 1990; Международная конференция «Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК», Москва, 1995; Международная научно-практическая конференция №учно-технический прогресс в бродильных производствах», Воронеж, 1997; Международная научно-техническая конференция Ре зрсоо5ерегакшще технологии пищевых производств», Санкт-Петербург, 1998; Международная научно-практическая конференция «Ріцгустрия продуктов здорового питания -третье тысячелетие (Человек, наука, технология, экономика)». - Москва, 1999; Третья международная научно-техническая конференция «1Ъща Экология. Человек», Москва, 1999; Международный семинар «Вино, пиво и безалкогольные напитки», Москва, 200О, Международная научная конференция 1 грессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию», Краснодар, 2000; 6-я Московская международная выставка-ярмарка «Пивоиндустрия-2000», Москва, 2000; & Congress Engineering of Nancy, France, 2001; Юбилейная международная научно-практическая конференция «ГЪщевые продукты ХХЕ века», Москва, 2001 г, Всероссийская научно-техническая конференция-выставка «Качество и безопасность продуктов іштания», Москва, 2002 г.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 38 работ, в том числе 3 отдельных издания, 22 статьи, тезисы 13 докладов; получено 3 авторских сввдетельства СССР.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 13 глав, заключение, выводы, список использованной литературы из 340 наименований и приложения. Работа изложена на 373 сяраницах, содержит 121 таблицу и 26 рисунков.
