Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Аналитический обзор литературы 11
1.1 Роль зернового и нетрадиционного сырья в формировании качества пива и напитков брожения 11
1.2 Эффективность предварительной температурной обработки несоложеного зерна в формировании качества пивного сусла и пива
1.2.1 Термические методы обработки несоложеного зерна 24
1.2.2 Гидротермическая обработка несоложеного сырья в пивоварении 28
1.2.3 Возможности повышения технологического потенциала несоложеного зерна с помощью термопластической экструзии 1.3 Жизнедеятельность дрожжей как фактор, формирующий потребительские свойства пива 35
1.4 Практические перспективы термопластической экструзии крахмалсодержащего зернового сырья в формировании качества
продовольственных товаров 40
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть 48
2.1 Организация проведения исследований 48
2.2 Объекты исследований 48
2.3 Методы исследований 50
ГЛАВА 3 Обоснование применения экструднрованного ячменя в технологии пива и пивных напитков
3.1 Органолептические показатели экструдированного ячменя 57
3.2 Влияние экструзионной обработки на трансформацию углеводного комплекса ячменя 58
3.3 Трансформация белкового комплекса экструдированного ячменя 62
3.4 Жирнокислотный состав липидов экструдированного ячменя
3.5 Влияние экструзионной обработки на технологические показатели ячменя 69
3.6 Микроструктурные исследования зернового сырья 70
ГЛАВА 4 Разработка технологии пива и пивных напитков с применением экструдированного ячменя 74
4.1 Разработка режима затирания и оптимизация дозировки экструдированного ячменя при приготовлении пивного сусла 74
4.2 Формирование показателей качества пива и пивного напитка в процессе брожения 94
4.3 Повышение стабильности пива с помощью природных сорбентов 104
ГЛАВА 5 Товароведная характеристика пива и пивного напитка с применением экструдированного ячменя 108
5.1 Исследование пива и пивного напитка с применением экструдированного ячменя по показателям безопасности 109
5.2 Оценка органолептических показателей пива и пивного напитка, приготовленного с применением экструдированного ячменя 112
5.3 Исследование физико-химических показателей пива и пивного напитка, приготовленного с применением экструдированного ячменя 115
ГЛАВА 6 Разработка технической документации и промышленная апробация технологии пива и пивного напитка с экструдированным ячменем 118
Заключение 122
Список литературы
- Термические методы обработки несоложеного зерна
- Объекты исследований
- Трансформация белкового комплекса экструдированного ячменя
- Формирование показателей качества пива и пивного напитка в процессе брожения
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из задач, актуальных в последнее время для пивоваренной промышленности Российской Федерации, является расширение ассортимента выпускаемой продукции и разработка перспективных сортов напитков с улучшенными показателями качества на основе изыскания новых нетрадиционных видов сырья, обладающих необходимыми технологическими свойствами и химическим составом, структурные компоненты которого позволят интенсифицировать биотехнологические процессы производства напитка и обогатить продукт комплексом биологически активных веществ.
Для решения проблемы расширения ассортимента продукции пивоваренного производства давно и успешно применяют несоложеное сырье: рис в виде муки, крупки или сечки, кукурузу в виде обезжиренной муки, ячмень. Особо следует отметить ячмень в связи с его близостью по биологической природе к ячменному солоду, а также минимальным влиянием на изменение вкусовых показателей пива.
Анализ способов модификации функционально-технологических свойств зерновых культур с помощью физических воздействий в различных отраслях пищевой промышленности и АПК свидетельствует о возможности эффективной подготовки несоложеного сырья к переработке и изменению структуры белка и крахмала при обработке зерна в экструдере. В связи с этим, представляется актуальным и перспективным исследование технологических аспектов формирования качества и изучение потребительских свойств пива на основе использования экструдирован-ного ячменя.
Степень разработанности темы исследования. Изучению процессов формирования качества и потребительских свойств напитков брожения посвящены работы Елисеева М.Н., Ермолаевой Г.А., Даниловцевой А.Б., Киселевой Т.Ф., Ме-лединой Т.В., Помозовой В.А., Третьяк Л.Н., Fors S., Atkinson В. и др.
Значительный вклад в развитие теоретических основ экструзионной технологии и техники, а также широкого практического использования продуктов экструзии в технологиях создания сбалансированных пищевых продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности, внесли отечественные и зарубежные ученые: Абрамов О.В., Жушман А.И., Карпов В.Г., Краус СВ., Крылова В.Б., Магомедов Г.О., Малкина В.Д., Остриков А.Н., Юрьев В.П., Altan A., Briggs D.E., Harper J. М. и др.
Однако, исследования технологии пива с применением зернового сырья, подвергнутого термопластической экструзии, и его роли в формировании показателей качества пива не получили должного развития.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и практическая реализация технологических приемов формирования качества пива с использованием экструдированного ячменя.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
- определить органолептические, физико-химические, технологические и
микроструктурные свойства экструдированного ячменя с целью обоснования его
использования в технологии пива и пивных напитков;
- разработать режим затирания и обосновать выбор рациональной доли экс
трудированного ячменя при приготовлении пивного сусла;
- исследовать технологические характеристики и уровень образования ос-
новных метаболитов дрожжей, обусловливающих показатели качества напитков в процессе брожения;
обосновать эффективность применения природных сорбентов Пензенского месторождения для повышения биологической стабильности готового пива, полученного с применением экструдата ячменя;
дать товароведную характеристику пива и пивных напитков с использованием экструдированного ячменя;
разработать техническую документацию на производство пива с экструда-том ячменя;
провести опытно-промышленную апробацию разработанной технологии пива и пивных напитков с применением экструдированного ячменя взамен части ячменного солода.
Научная новизна. Диссертационная работа содержит элементы научной новизны в рамках пунктов 2 и 4 паспорта специальности 05.18.15.
Предложена научная концепция использования экструдированного ячменя с целью формирования качества пива и пивных напитков с улучшенными органолеп-тическими и физико-химическими свойствами, позволяющая улучшить ассортиментную политику предприятий по производству напитков.
Определены рациональные технологические параметры процесса затирания солода и экструдированного ячменя при производстве пива.
Доказано, что применение экструдированного ячменя взамен части ячменного солода при производстве пива и пивных напитков приводит к улучшению показателей качества пивного сусла. Установлены высокий уровень редуцирующих веществ, интенсификация процесса осахаривания, повышение содержания аминного азота в пивном сусле опытных образцов.
Выявлены основные закономерности изменения физиологических и технологических характеристик пивных дрожжей при сбраживании пивного сусла, полученного с экструдатом ячменя.
Предложен способ повышения биологической стабильности пива с экструдатом ячменя с помощью природных сорбентов Пензенского месторождения.
Новизна технических решений подтверждена патентами Российской Федерации на изобретения - № 2412986 «Способ производства пива» и № 2460315 «Способ производства экструдатов».
Теоретическая и практическая значимость работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках реализации программы «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года», при поддержке гранта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по федеральной программе «Участник молодёжного научно-инновационного конкурса» (2013 г.), и соответствует направлениям научно-исследовательской работы кафедры «Пищевые производства» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет».
Теоретическая значимость работы заключается в том, что ее результаты могут явиться основой для дальнейших перспективных разработок пищевых продуктов функционального назначения на основе экструдированного растительного сырья, полученного по новой технологии.
Практическая значимость работы подтверждена результатами апробации разработанной технологии в условиях пивоваренного производства ЗАО «Каменский пивзавод» (г. Каменка, Пензенская обл.) и мини-пивоварни ООО «Ван Мюл-
лер» (г. Пенза).
По результатам исследований разработана и зарегистрирована техническая документация ТУ 9184-001-11984318-13 «Пиво светлое с экструдатом ячменя», №004945 от 13.11.2013 г.
Результаты научных исследований используются в учебном процессе при обучении студентов по специальности «Технология продуктов общественного питания», по направлению подготовки бакалавров «Технологические машины и оборудование» (профиль «Машины и аппараты пищевых производств»), при подготовке магистров по направлению подготовки «Технология продукции и организация общественного питания».
Методология и методы исследования. При организации и проведении экспериментов применяли общепринятые методы сбора, сравнительного анализа и систематизации научной информации, лабораторного анализа стандартными физико-химическими методами, сенсорного анализа общепринятыми методами, результаты которых обрабатывались с использованием программных продуктов Mathcad и Statictica 10.
Положения, выносимые на защиту:
особенности химического состава и микроструктуры экструдированного ячменя, полученного по специальной технологии;
обоснование возможности и целесообразности применения экструдированного ячменя при производстве пива и пивных напитков с целью формирования их качества;
технологические подходы к обеспечению стабильности пива;
результаты товароведной характеристики пива и пивных напитков с использованием экструдированного ячменя.
Степень достоверности результатов исследования. Достоверность теоретических и практических результатов проведенных исследований подтверждается корректным использованием математического аппарата, высокой корреляцией полученных результатов с экспериментальными данными и результатами исследований других авторов, широкой апробацией на научных конференциях различного уровня, а также в качестве грантополучателя в федеральной программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса», практической реализацией результатов исследований в производственных условиях.
Апробация результатов исследований. Результаты и основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на пяти международных (Пенза, 2008, 2012, 2013; Челябинск, 2010; Кемерово, 2012), двух всероссийских (Кемерово, 2010, Пенза, 2011) и двух региональных научных конференциях (Пенза, 2009, Нижний Новгород, 2012), а также на трех конкурсах: Всероссийский смотр-конкурс научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «ЭВРИКА-2008», финалист конкурса (Ростовская область, г. Новочеркасск, Южно-Российский государственный технический университет, 2008), Всероссийский конкурс научных работ студентов, аспирантов и молодых ученых, финалист конкурса (Кемерово, 2012), конкурс инновационных проектов по федеральной программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (Пенза, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе девять статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, и два описания изобретений к
патентам Российской Федерации - № 2412986 «Способ производства пива» и № 2460315 «Способ производства экструдатов».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и 11 приложений. Основной текст изложен на 145 страницах, содержит 30 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 188 источников, в том числе 41 публикацию зарубежных авторов.
Термические методы обработки несоложеного зерна
Для улучшения вкусовых особенностей и повышения экстрактивности пива ведутся исследования по использованию в качестве несоложенного сырья не только ячменя, но и кукурузной крупы, пшеницы, сорго, риса, тритикале и других видов зерновых продуктов.
Кукуруза богата жиром, главная масса которого сосредоточена в зародыше, в связи с чем, для приготовления пива применяется, в основном, обезжиренная кукурузная крупа, получаемая из кукурузы после отделения зародышей на специальных машинах. Важнейшими качественными параметрами кукурузной крупки при производстве пивного сусла исследователи считают низкий уровень содержания в ней жира - не более 1%.
Кукуруза в виде обезжиренной крупы занимает одно из первых мест среди несоложеного сырья, используемого в пивоварении. Например, в США используют кукурузную крупу в количестве 30-50 % к массе зернопродуктов.
В кукурузной муке содержание экстрактивных веществ выше, чем в ячмене (82...90 % на сухие вещества). Белки кукурузы, в основном, зеин и глю-телин, малорастворимы, и переходят в сусло в малом количестве.
Некоторыми исследователями рекомендуется в целях повышения рентабельности пивоваренного производства замена солода на кукурузную крупу в качестве несоложеного сырья до 15 %, что позволяет получать пиво с отличительным приятным смягчающим вкусовым тоном [91]. Изучена возможность получения пивного сусла и пива с повышенным (до 50%) количеством не-обезжиренной кукурузы с одновременным внесением ферментного препарата «Амилоцитаза Гх». Показано, что опытные образцы сусла с содержанием 30, 40 и 50% необезжиренной кукурузы не уступали по вкусовым качествам кон 14 трольному образцу и соответствовали нормативным документам, при этом отличались повышенным содержанием этилового спирта [121]. Экономические расчеты показывают, что стоимость пива с применением 30 % кукурузной крупки к массе зернопродуктов на 8 % ниже, чем традиционного пива из солода [180].
О возможности производства пшеничного пива свидетельствуют результаты исследований многих ученых. Предложена технология получения пивного сусла с применением пшеничной муки в качестве несоложеного сырья. Процесс приготовления сусла из солода и пшеничной муки осуществляется раздельно, а соединение заторов производится после фильтрации сусла из солода [49, 127]. При этом установлено, что процесс брожения образцов пивного сусла с использованием повышенного количества (до 40 %) несоложеной пшеницы и с применением при затирании ферментного препарата «Амилоци-таза Гх», завершился на одни сутки быстрее контрольного. Опытные образцы пива с содержанием до 40 % несоложеной пшеницы не уступали по качеству контрольному образцу [120, 162].
Опубликован ряд научных статей, в которых приведены данные по использованию в качестве несоложеного материала сорго. Установлено, что его использование в количестве до 25 % к массе зернопродуктов позволяет варить пиво без применения ферментных препаратов. При этом полученное сусло хорошо сбраживалось низовыми дрожжами, пиво получалось хорошего качества с более низкой себестоимостью [5, 22, 167]. Следует отметить, что особенностью зерновок сорго, как и кукурузы, является наличие относительно крупного зародыша, занимающего более 1/3 площади продольного разреза зерна, с массовой долей до 14 % от общей массы. В зародыше зерна, как кукурузы, так и сорго, находится более 30 % жира, или до 5 % от общей массы зерновки, в то время как в зародыше зерна других зерновых культур массовая доля жира не превышает 2 % [188]. Как известно, высокое содержание жира отрицательно сказывается на потребительских свойствах пива. Рис применяют как добавку к солоду в виде рисовой муки или сечки. Рисовая сечка очень богата крахмалом и содержит мало растворимых белков. Почти 70 % азотистых веществ риса состоят из нерастворимого белка оризе-нина, поэтому применение риса позволяет уменьшить количество растворимых белков в сусле, образующих муть. При производстве пива возможно добавление рисовой сечки в количестве от 10 до 40 % от объема солода.
В научной литературе приводятся сведения о производстве пива, сваренного из 100 % светлого ячменного солода, и с использованием рисовой сечки в количестве 20 % от общей массы зернопродуктов. Отмечено, что уменьшение содержания редуцирующих веществ, а-аминного азота в сусле, приготовленного с использованием несоложеного сырья, привело к снижению образования этилового спирта. Образование пропилового, изобутилового и бутилового спиртов при применении риса также было минимальным. При этом в пиве, приготовленном из солода, содержание ацетальдегида на 35 % выше. Установлено, что замена солода 20 % рисовой сечки допустима без использования ферментных препаратов. Анализ показателей качества готового пива, приготовленного как из 100 % солода, так и с использованием несоложеного сырья, показал их практическую идентичность [16].
Изучалась возможность замены части ячменного солода нешелушеным рисом для получения пивного сусла. Для сравнения использовали сусло, приготовленное с заменой части солода шлифованным рисом. Выявлено, что при больших дозах несоложеных зернопродуктов сусло имело высокое время оса-харивания и вязкость, низкое содержание аминного азота и редуцирующих Сахаров, что свидетельствует о недостаточном ферментативном гидролизе биополимеров затираемой массы под действием собственных ферментов и о необходимости применения ферментных препаратов.
С целью создания мультиэнзимной композиции были проведены эксперименты по получению сусла с использованием максимально возможного ко 16 личества риса. Для этого затор готовили с использованием 15 % нешелушено-го, 25 % шлифованного риса и 60 % ячменного солода с внесением ферментного препарата «Целловиридин Г20х» в различных дозировках - от 0,01 до 0,1 % к массе несоложеного сырья. В результате установлено, что по таким показателям сусла, как вязкость, содержание редуцирующих веществ и аминного азота, применение ферментного препарата в количестве 0,05 % к массе несоложеного сырья улучшает качество сусла по сравнению с контрольным образцом, полученным из 85 % солода и 15 % ячменя. По мнению авторов этих исследований, применение риса в качестве несоложеного сырья в пивоварении экономически выгодно и технологически эффективно [10].
Учеными Тихоокеанского государственного университета установлена более высокая скорость образования диацетила в пиве, приготовленном с заменой 20 % солода на рисовую крупу, в сравнении с пивом, приготовленном из 100 % ячменного солода [122].
Имеются сведения о возможности замены солода крахмальными гидро-лизатами при производстве пива. С этой целью изучен углеводный состав производственного сусла, приготовленного из 100 % солода, с заменой части солода рисом, ячменем, кукурузой, а также ферментолизатом кукурузного и картофельного крахмалов (гидролизат, полученный с помощью амилолитиче-ских ферментных препаратов «Церемикс 2Х L» и «Глюкозим Л 400 С»). Доказана их идентичность и даны рекомендации по приготовлению крахмальных гидролизатов и использованию их в качестве заменителей солода [134].
При производстве пивного сусла в качестве несоложеного сырья ряд исследователей рекомендуют применять овес. В частности, предложено применение в качестве несоложеного сырья овса голозерного. Оптимальная доза несоложеного овса голозерного, добавляемого в затор, по их мнению, составляет 5-15 %. Одновременно отмечается, что увеличение дозировки овса свыше 15 % приводит к увеличению продолжительности фильтрации сусла и уменьшению количества аминного азота [47, 59].
Объекты исследований
Микроструктурные исследования зернового сырья проводили с помощью люминесцентного микроскопа Микромед З ЛЮМ по стандартным методикам.
Массовую долю влаги нативного зерна ячменя и экструдированного ячменя определяли методом высушивания навесок размолотого ячменя до постоянной массы в сушильном шкафу СЭШ-ЗМ при температуре 130 С по ГОСТ 13586.5. Массовую долю влаги солода определяли по ГОСТ 29294.
Массовую долю крахмала зернового сырья определяли по ГОСТ 10845. Массовую долю белка в зерновом сырье определяли по ГОСТ 10846. В основу выделения белковых фракций зерна был положен спектрофо-тометрический метод Брэдфорд [154]. Выделение фракций белков из измельченного зернового сырья проводили водой, 7%-ным раствором NaCl, 0,1%-ным раствором NaOH. Осаждение белка проводили соляной кислотой при рН=3,5.
Качественный и количественный состав свободных аминокислот в сырье определяли хроматографическим методом с использованием инфракрасного анализатора ИК-4500 в аккредитованной испытательной лаборатории по агрохимическому обслуживанию сельскохозяйственного производства при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия».
Содержание редуцирующих Сахаров определяли по методу Бертрана, основанному на способности Сахаров восстанавливать в щелочной среде сернокислую медь в закись меди, по количеству которой рассчитывали массовую долю Сахаров в растворе.
Определение декстринов проводили спектрофотометрическим методом в модификации М.П. Попова и Е.Ф. Шаненко.
Определение массовой доли экстракта в сухом веществе зернового сырья осуществляли по ГОСТ 29294.
Учитывая роль липидов зернового сырья в процессе приготовления сусла и пива, определяли жирнокислотный состав их метиловых эфиров. Масло из экструдированного ячменя выделяли по ГОСТ Р 51483. Получение метиловых эфиров жирных кислот проводили по ГОСТ Р 51486.
Идентификация и определение содержания триацилглицеридов выполнены методом газожидкостной хроматографии. Разделение метиловых эфиров проводили на хроматографе «Кристалл 5000.1».
Условия анализа: колонка капиллярная HP - FFAP, 50 м 0,32 мм 0,5 мкм; газ-носитель - азот; температура инжектора - 250С; температура детектора - 280С; программирование температур с 3 мин. от 140 до 230С со скоростью 4С/мин; длительность анализа 60 мин; величина вводимой пробы - 1 мкл.
Идентификацию пиков проводили по времени удерживания. Для идентификации жирных кислот использовали стандартные вещества - метиловые эфиры высокомолекулярных жирных кислот фирмы «Sigma».
Количественную обработку хроматограмм проводили по площадям пиков с применением компьютерной программы «Хроматэк Аналитик 2.5».
Расчет количественного содержания триацилглицеридов проводили методом процентной нормализации [133].
Анализ пивного сусла и пива осуществляли традиционными методами исследований, принятыми в пивоваренной промышленности [30].
Продолжительность осахаривания определяли методом, основанном на способности крахмала давать интенсивные синее окрашивание с йодом, и выражали временем в минутах, которое требовалось для полного осахаривания затора при температуре 70С.
Определение экстрактивности начального сусла осуществляли по ГОСТ 12787. Выход экстракта зернопродуктов - расчетным способом. Вязкость в пивном сусле определяли с помощью вискозиметра Оствальда. Содержание аминного азота определяли йодометрическим методом. Массовую долю этилового спирта и действительного экстракта опреде 53 ляли в бродящем сусле и пиве определяли в соответствии с ГОСТ 12787. Объемную долю спирта Vc, % рассчитывают по формуле Vc = nicdlg/0,79067, (2.1) где nic - массовая доля спирта, % сІ2о - относительная плотность водно-спиртового раствора при температуре 20 С; 0,79067 - относительная плотность безводного спирта при температуре 20 С. Определение кислотности выполняли прямым титрованием пробы с фенолфталеином по ГОСТ 12788. Концентрацию водородных ионов, имеющую важное значение для протекания ферментативных реакций, определяли с помощью рН-метра в соответствии с ГОСТ Р 53070. Определение цвета - по ГОСТ 12789.
Для оценки технологических свойств дрожжей при сбраживании пивного сусла, приготовленного с применением экструдированного ячменя взамен части солода, использовали методику, рекомендованную Европейской пивоваренной конвенцией (European Brewery Convention - ЕВС) [163]. В соответствии с рекомендациями ЕВС, технологические свойства дрожжей оценивали по таким показателям, как среднее время генерации (на основании кривых роста), скорость сбраживания 1 % экстракта по кривым изменения массовой доли сухих веществ в динамике процесса, выход клеток, а также точку флокуляции, характеризующую степень сброженности пивного сусла в период максимального содержания в сусле дрожжевых клеток.
Удельную скорость роста культуры рассчитывали по данным количества клеток дрожжей в логарифмической фазе роста дрожжей по формуле д = (1пХ0 - ІпХіУСГо - ТО (2.2) где Х0 и Хі - содержание дрожжевых клеток, соответствующие времени ростаТ0иТь Физиологическое состояние дрожжей в динамике культуры развития оценивали количеством клеток, находящихся в среде во взвешенном состоянии, путем их подсчета в камере Горяева [32].
Определение суммы высших спиртов в растворах осуществляли фотоколориметрическим методом, содержание диацетила и ацетоина оценивали с помощью спектрофотометра СФ-26 по методике ЕВС.
Определение органолептических показателей готового пива, высоты пены и пеностойкости осуществляли по ГОСТ 30060, по описательному методу для объективности оценки по 25-балльной шкале.
Исследование воздействия обработки пива глауконитом на обсеменен-ность готового пива изучали с помощью лабораторной установки. Установка представляет собой стеклянную воронку диаметром 50 мм и высотой 200 м, закрепленную на штативе и загруженную глауконитовым песком на высоту 150 мм. В пиве до и после обработке определяли КМАФАнМ в соответствии с ГОСТ 10444.15.
Показатели безопасности оценивали по содержанию токсичных элементов, определению N-нитрозаминов и уровню микробиологических показателей в Региональном центре государственного экологического контроля и мониторинга по Пензенской области ФБУ «ГосНИИЭНП» по методикам, указанным в ГОСТ 51174-2009.
При планировании эксперимента с целью определения рациональной замены пивоваренного солода на экструдированныи ячмень при производстве пива использовали двухфакторный композиционный ротатабельный план. Экспериментальные данные были обработаны методом математической статистики с использованием стандартных пакетов программ Mathcad и Statictica 10.
Трансформация белкового комплекса экструдированного ячменя
Анализ полученных аналитических и графических зависимостей позволил сделать вывод, что зона рациональной доли экструдированного ячменя к массе зернопродуктов составляет от 15 до 30 %, при этом достигается выход экстракта 73,00-73,45 % при начальной температуре затирания от 38 до 52С.
С учетом этих данных, а также теоретических основ процесса приготовления сусла, эффективной начальной температурой затирания следует считать температуру 40С.
Зависимость изменения продолжительности осахаривания от количества экструдированного ячменя в составе зернопродуктов и начальной температуры затирания зернопродуктов приведена на рисунках 4.5 и 4.6. n5 »5 42 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Двумерное сечение, характеризующее зависимость продолжительности осахаривания (ПО, мин) от доли экструдированного ячменя к массе зернопродуктов (а, %) и начальной температуры затирания
зернопродуктов (t,C) Рациональная зона значений продолжительности осахаривания менее 20 минут наблюдается при содержании экструдированного ячменя к массе зернопродуктов от 18 до 34 % при начальной температуре затирания от 38 до 49 С. При этом, эффективной начальной температурой затирания следует считать температуру 40 С, также как и в эксперименте с выходом экстракта.
На основании полученных результатов для приготовления затора с заменой части солода на экструдированный ячмень пивное сусло получали классическим настойным способом затирания [124] с начальной температурой 40 С, с последовательным нагревом затора до 80 С.
Доля экструдированного ячменя к массе затираемых зернопродуктов составила 15, 20, 25 и 30 %.
Следует подчеркнуть, что в процессе затирания солода и экструдированного ячменя необходимо выдерживать паузы, которые позволяют проявить максимальную активность ферментов солода - эндо-Р-глюканазы, экзо-Р-глюканазы, эндопептидазы, Р-амилазы и а-амилазы.
В связи с этим, заторную массу нагревали со скоростью 1 С в минуту до 80 С, с соблюдением белковой, мальтозной и осахаривающей пауз. При температуре 80 С затор выдерживали 10 мин для инактивации ферментов и фильтровали. Режим затирания зернопродуктов приведен на рисунке 4.7. 70 І50 10 20 30 № 50 60 70 80 90 100 110 120 180 ПО 150
Результаты исследований влияния различных количеств экструдированного ячменя в заторе на физико-химические показатели охмеленного пивного сусла приведены в таблице 4.2 и на рисунках 4.8-4.15.
Анализ экспериментальных данных, приведенных в таблице 4.2, позволил установить, что при замене части солода на экструдированныи ячмень произошли заметные изменения технологических и физико-химических показателей пивного сусла в сравнении с контрольным образцом.
Эффективность процесса затирания с различным количеством экструдированного ячменя к массе зернопродуктов оценивали по длительности осаха-ривания крахмала зернового сырья. На рисунке 4.8 приведены результаты изучения влияния доли экструдированного ячменя к массе зернопродуктов на продолжительность осахаривания крахмала.
Отметим, что продолжительность осахаривания характеризует период времени, в течение которого крахмал зернопродуктов в заторе гидролизуется до редуцирующих Сахаров и декстринов под действием ферментов солода.
Продолжительность осахаривания определяют при 70 С, и выражается этот показатель временем в минутах, необходимых для полного осахаривания затора.
Установлено, что применение экструдированного ячменя в заторе оказывало существенное влияние на процесс осахаривания крахмала.
При применении экструдированного ячменя при затирании зернопродуктов во всех опытных вариантах наблюдали снижение продолжительности осахаривания крахмала сырья в сравнении с контрольным вариантом.
Внесение 15 % экструдированного ячменя к массе затираемых зерно-продуктов привело к незначительной интенсификации процесса осахаривания крахмала. Продолжительность осахаривания в этом случае составила 21 мину 86 ту, что на 4,55 % ниже продолжительности осахаривания в контрольном образце. Заметно интенсивнее процесс осахаривания крахмала протекал при внесении 20 и 25 % экструдата ячменя, продолжительность осахаривания в этих образцах на 18,2 и 13,6 %, соответственно, меньше, чем в контрольном.
В опытном образце с внесением 30 % экструдированного ячменя к массе затираемых зернопродуктов интенсивность процесса осахаривания снижалась. Продолжительность осахаривания в этом случае составила 20 минут, что на 9,1 % меньше времени осахаривания крахмала сырья в контрольном образце.
Полученные данные подтверждают результаты микроструктурных исследований (см. рис. 3.6) и свидетельствуют о том, что экструзионная обработка зерна ячменя влияет на разрушение крахмальных гранул и освобождение их от цементирующих веществ, в результате чего облегчается последующие воздействие амилолитических ферментов солода на субстрат. К факторам, оказывающим влияние на выход экстракта и его состав, относится и рН затора. Следует отметить, что оптимальным значением концентрации водородных ионов (рН) для дрожжей при сбраживании пивного сусла и формирования его потребительских свойств является рН 4,6-5,6. Заметное изменение рН в ту или другую сторону приводит к снижению скорости размножения и роста дрожжей. На рисунке 4.9 приведены результаты исследования изменения рН пивного сусла, приготовленного с различной долей экструдированного ячменя к массе затираемых зернопродуктов. С увеличением количества экструдированного ячменя в заторе наблюдали изменение рН от 5,65 до 5,50.
Формирование показателей качества пива и пивного напитка в процессе брожения
Анализ данных, приведенных в таблице 5.1, показывает, что содержание токсичных элементов в опытных образцах пива и пивного напитка находится в пределах допустимых уровней: содержание свинца менее 0,001 мг/дм , со-держание мышьяка не обнаружено, содержание кадмия - менее 0,001 мг/дм , Содержание нитрозаминов - менее 0,003 мг/дм .
Установленные показатели содержания токсичных элементов не превышают допустимые уровни, регламентированные «Едиными санитарно-эпидемиологическими и гигиеническими требованиями к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)», утвержденных Решением Комиссии таможенного союза от 28 мая 2010 года № 299 (глава II, раздел 1 Требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов, индекс 8.4.), «Гигиеническими требованиями безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» СанПиН 2.3.2.1078-01 (индекс 1.8.7) и техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
Следовательно, использование экструдированного ячменя в рецептурах напитков не способствовало повышению содержания токсичных элементов и нитрозаминов. Исследованные образцы по микробиологическим показателям соответствуют требованиям нормативного документа «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)», утвержденного Решением Комиссии таможенного союза от 28 мая 2010 года № 299 (глава II, раздел 1 Требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов, индекс 8.4.), технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», а также соответствуют по микробиологическим показателям требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов», раздел 1.8.7.
Протокол исследований пива по микробиологическим показателям приведен в приложении И. Оценка органолептических показателей пива и пивного напитка, приготовленного с применением экструдированного ячменя
Целью этой части исследования являлось определение органолептических показателей пива и пивного напитка, приготовленного с использованием экструдированного ячменя в количестве 20 и 25 %, соответственно.
Органолептические показатели опытных образцов полученного пива и пивных напитков оценивали по 25-балльной системе, принятой при экспертизе пива. Исследованы шесть показателей, обусловливающих потребительские свойства пива: прозрачность, цвет, аромат, полнота и чистота вкуса, хмелевая горечь, пена и насыщенность диоксидом углерода. В таблице 5.3 приведена описательная характеристика органолептической оценки пива и пивного напитка с применением экструдированного ячменя.
Прозрачность Прозрачная с опалесценцией пенящаяся жидкость, без посторонних включений, не свойственных пиву и без осадка Прозрачная с легкой опалесценцией пенящаяся жидкость, без посторонних включений, не свойственных пиву и без осадка Прозрачная с легкой опалесценцией пенящаяся жидкость, без посторонних включений, не свойственных продукту
Аромат Сброженный солодовый, с хмелевым ароматом, дрожжевой оттенок, без посторонних запахов Сброженный чистый солодовый, с хмелевым ароматом, без дрожжевых оттенков, с тонкими тонами жареного ячменя Сброженный солодовый с хмелевым ароматом, без дрожжевых оттенков, с тонкими тонами жареного ячменя
Вкус Сброженный солодовый, с хмелевой горечью, без посторонних привкусов Чистый, сброженный, солодовый, с хмелевой горечью, без посторонних привкусов Чистый, сброженный, солодовый, с хмелевой горечью, без посторонних привкусов
Анализ приведенных данных показывает, что применение экструдированного ячменя взамен 20 и 25 % солода при производстве пива и напитков положительно отразилось на его органолептических показателях.
Следует отметить более отчетливый вкус и горечь опытных образцов пива и напитка. Присутствие экструдированного ячменя делает вкус напитков более полным.
Результаты органолептической оценки свидетельствуют о заметном улучшении и других органолептических достоинств опытного образца пива и пивного напитка по сравнению с контрольным. В опытном образце пива наблюдалась специфическая полнота вкуса, гармоничность и выраженность аромата.
На рисунках 5.1, 5.2 и 5.3 приведены диаграммы органолептической оценки контрольного и опытного образцов пива и пивного напитка.
Анализ основных качественных показателей контрольного образца пива и опытных образцов напитков свидетельствует об их практической идентичности, и соответствию требованиям ГОСТ Р 51174-2009 «Пиво. Общие технические условия» и ГОСТ Р 55292-2012 «Напитки пивные. Общие технические условия».
В то же время в опытных образцах наблюдали более низкий уровень видимого экстракта. Уровень экстракта в опытных образцах на 6,3 и 17,2 % ниже, чем в контрольном варианте, что свидетельствует о наличии в нем повышенного количества высокомолекулярных соединений, ухудшающих вкус и стойкость контрольного образца.
Объемная доля этилового спирта в опытном образце пива и пивного напитка на 2,5 и 7,5 %, соответственно, выше аналогичного показателя контрольного образца. Кислотность и цветность опытных образцов напитков незначительно отличаются от контрольного образца.
К факторам, определяющим вкус и аромат пива, относят побочные продукты спиртового брожения. Анализ результатов исследований, приведенных в таблице 5.4, показал, что сумма высших спиртов в опытном образце пива с применением 20 % экструдированного ячменя на 4,5 % выше, чем в контрольном варианте. Содержание аналогичного показателя в пивном напитке с применением 25 % экструдированного ячменя на 7,5 % выше, чем в контрольном образце пива.
Полученные данные свидетельствуют, что в опытных образцах напитков содержание диацетила и ацетоина, отрицательно влияющих на вкус и аромат напитка, меньше, чем в контрольном образце.
Установлено, что пенообразование в образце пива и пивного напитка с применением экструдированного ячменя было заметно выше. Выше была и стойкость пены по времени. В опытном образце с применением 25 % экструдированного ячменя наблюдали более высокие показатели - обильную компактную, устойчивую пену, стойкость которой была 60 мм в течение 6 мин. Отмечено обильное и медленное выделение пузырьков газа.
Таким образом, применение экструдированного ячменя в количестве 20 и 25 % к массе затираемых зернопродуктов способствует интенсификации процесса осахаривания при затирании, обогащению сусла аминным азотом, повышению сбраживаемых углеводов, активизации процесса брожения пивного сусла, улучшению органолептических показателей напитка.