Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 7
1.1 Особенности получения высокоплотных сортов пива 7
1.1.1. Способы приготовления сусла с высокой экстрактивностью 10
1.1.2 Способы разбавления сусла 14
1.2 Вода, используемая для разбавления высокоплотных сортов пива 15
1.3 Характеристика дрожжей, применяемых в пивоваренном производстве 18
1.3.1 Строение дрожжевой клетки 21
1.3.2 Химический состав дрожжей 23
1.3.3 Питание и размножение дрожжей 25
1.4. Оптимизация процесса брожения высокоплотного пивного сусла 31
1.5 Заключение по обзору литературы 40
2 Методология проведения эксперимента 42
2.1 Организация проведения эксперимента 42
2.2 Объекты и методы исследований 44
2.2.1 Объекты исследований 44
2.2.2 Методы исследований 44
3 Обоснование и анализ основных факторов, формирующих качество высокоплотного пива в процессе технологии его производства 46
3.1 Стадия проектирования продукта 46
3.2 Приготовление сусла 50
3.3 Брожение и дображивание 50
3.4 Способ фильтрации и микробиологической стабилизации 54
3.5 Хранение 56
4 Изучение особенностей жизнедеятельности дрожжей различных рас при сбраживании высокоплотного сусла 59
4.1 Выбор рас пивных дрожжей для сбраживания высокоплотного сусла 59
4.2 Влияние нормы внесения дрожжей и температуры брожения 60
5 Влияние углеводного, минерального и витаминного состава сусла на процесс сбраживания плотного сусла 69
5.1 Влияние углеводного состава сусла на процесс брожения 69
5.2 Влияние ионов магния на процесс брожения 80
5.3 Влияние дрожжевых подкормок на процесс брожения 84
6. Влияние режимов сбраживания на качество пива при высокоплотном пивоварении 87
6.1 Исследование влияние температуры брожения на состав и накопление побочных продуктов брожения 88
6.2 Исследование влияния количества подкормки для дрожжей на состав и накопление побочных продуктов брожения 100
6.3. Товароведная оценка готовой продукции 107
7. Оценка экономической эффективности производства пива по технологии высокоплотного пивоварения. Производственная оценка результатов исследований 120
7.1 Расчет себестоимости пива стандартной плотности, выработанного по технологии высокоплотного пивоварения 120
7.2 Расчет цены специальных сортов пива 124
Выводы и основные результаты работы 128
Список литературы 130
Приложения 145
- Вода, используемая для разбавления высокоплотных сортов пива
- Способ фильтрации и микробиологической стабилизации
- Влияние нормы внесения дрожжей и температуры брожения
- Влияние дрожжевых подкормок на процесс брожения
Введение к работе
В связи с возрастающей тенденцией потребления напитков с пониженным содержанием алкоголя и ростом благосостояния населения выпуск пива в России увеличивается. Научные исследования подтверждают, что умеренное потребление пива оказывает положительное воздействие на организм человека. Содержащиеся в пиве витамины группы В, полифенолы, антиоксиданты, минералы и другие вещества благотворно действуют на нервную систему, мышечную ткань, активируют процессы обмена веществ, регулируют гормональный состав крови. /88/.
Обеспечить огромные объемы производства пива и соблюсти при этом классическую технологию производства крайне сложно. Многие зарубежные и отечественные производители переходят на изготовление пива по технологии высокоплотного пивоварения. Суть заключается в приготовлении сусла с высоким содержанием сухих веществ 14 — 23%, его сбраживание, дображивание и разбавление готового высокоплотного пива специально подготовленной водой до стандартной концентрации начального сусла. /105/. С другой стороны сохранение качественных характеристик готового продукта, приготовленного по новой технологии, является важнейшим вопросом. Покупатель очень чутко реагирует на изменение привычных потребительских свойств продукта, в первую очередь на изменение вкусовых характеристик.
При существующем огромном выборе пива в торговой сети конкуренция между зарубежными и отечественными производителями особенно велика. Структура рынка меняется в сторону увеличения доли пива «премиум» класса. Быстро развивающиеся и изменяющиеся предпочтения потребителей и их осведомленность о различных аспектах охраны здоровья влияют на то, какому пиву отдаст предпочтение покупатель. Поэтому проблема повышения качества потребительских товаров отечественных производителей не только актуальна, но и является важным экономическим вопросом.
С другой стороны выполнение требований по качеству и безопасности продуктов не должна сказываться на гибкости и эффективности производства. Успех любого производства может быть стабильным и продолжительным, если оно выпускает высококачественные продукты при низкой стоимости.
Сохранение высоких потребительских свойств готовой продукции при оптимизации технологии ее приготовления является актуальным и перспективным направлением.
Научная новизна
На основании анализа факторов, определяющих качество пива при высокоплотном пивоварении, разработана модель формирования его качества, рассматривающая процесс производства с точки зрения системного подхода.
Выявлено влияние технологических режимов и состава сусла при приготовлении пива по технологии высокоплотного пивоварения на качество готового продукта. Определены рациональные параметры проведения процессов с учетом их воздействия на потребительские свойства готовой продукции.
Установлено положительное влияние ионов магния, повышенной нормы внесения дрожжевых подкормок на процесс сбраживания высокоплотного сусла. Получены математические зависимости скорости сбраживания и накопления дрожжей в этих условиях.
Показано влияние режимов сбраживания и нормы внесения дрожжевых подкормок на накопление побочных продуктов, формирующих органолептические показатели готового напитка, при сбраживании сусла с высокой начальной экстрактивностью.
Практическая значимость
Разработана технологическая инструкция по приготовлению пива по технологии высокоплотного пивоварения с использованием повышенного количества несоложеных материалов (ТИ 9184 - 002 - 92032605 - 2008).
Проведена товароведная оценка пива «Жигулевское», полученного по технологии высокоплотного пивоварения. Результаты исследования использованы для совершенствования технологии пива на Кожевниковском пивзаводе (ИП Иванова Т.А., Томская область).
Произведен экономический расчет себестоимости и цены пива «Жигулевского» и пива специального темного «Блэк Стаут», изготовленного по технологии высокоплотного пивоварения с использованием повышенного количества несоложеных материалов.
Апробация работы
Материалы диссертации представлялись на IV международной конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации» (Москва, 2006 г.), на Всероссийской конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г.Челябинск, 2007 г.), VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (г. Казань, 2007 г.).
Объем работы: основная часть изложена на 144 страницах, включает 36 таблиц и 43 рисунка.
Вода, используемая для разбавления высокоплотных сортов пива
Пивовары, как правило, не называют воду, используемую при получении высокоплотных сортов пива водой для разведения, так как потребитель может понять этот термин неправильно и, не обладая профессиональными знаниями, подумает, что пиво разбавляют. Поэтому в США воду для разведения называют "Di-bra" (жидкий полуфабрикат); в Великобритании эту воду называют "Bruing likua" (водой для пивоварения).
Существует несколько способов получения пива на основе пива 16 Plato (Р) : можно добавить 5 % воды и получить пиво повышенного качества ; добавить 10-15 % "Di-bru" к исходному суслу и получить первосортное пиво; добавить 15-20 % "Di-bru" к исходному суслу и получить лагерное пиво американского типа 11 Р; добавить 20-30 % "Di-bru" и получить светлое пиво 9 Р. Таким образом можно получить разные смеси на основе плотного сусла /73/.
В зависимости от стадии, на которой происходит разбавление, вода обладает соответствующими требованиями.
В случае добавления воды перед брожением, она должна иметь пониженную жесткость и быть абсолютно безупречной с микробиологической точки зрения. Ее не нужно деаэрировать, поскольку дрожжи спустя короткое время используют имеющийся кислород.
При разбавлении пива после фильтрации вода должна соответствовать жестким требованиям, а именно: соответствовать по химическому составу (рН, содержание солей) пиву; иметь температуру -1 С; быть обеспложенной на стерилизующем фильтре; полностью дегазованной (вакуум, промывка С02); карбонизированной до уровня содержания С02 в пиве; тоно дозироваться на протяжении всего времени прохождения пива; одновременно необходимо добавлять фильтрационные остатки /80/.
Содержание кальция в воде для разбавления не должно быть выше, чем его содержание в высокоплотном пиве, подлежащем разбавлению (во избежание образования оксалатов). Рекомендуемый состав воды для разбавления представлен в таб. 1.1. Существуют также строгие требования относительно содержания кислорода, которое должно быть менее 20 мкг/дм . Особенно важен микробиологический состав воды для разбавления, так как эту воду не всегда кипятят /88/.
Существует ряд способов деаэрации воды. Самый простой способ -вакуумирование и промывка углекислотой, за счет чего из воды вытесняется воздух. Остаточное содержание кислорода при таком способе уже не отвечает современным требованиям (менее 10 мкг/дм ). При термической деаэрации используют повышенные рабочие температуры и достигается более низкое содержание кислорода в воде, однако при этом необходимы более высокие энергозатраты. При термической деаэрации повышается риск образования осадка /88/.
Удачным считается способ с применением деаэратора FMC. При этом струя углекислого газа подается снизу, а сверху поступает вода. Углекислый газ выталкивает воздух и растворенный кислород. Эта установка называется колонна De-Ox. Вода стекает вниз, углекислый газ выталкивает воздух, затем вода поступает на автоматическое охлаждающее устройство, в котором смешивается с высокоплотным пивом и водой для разведения до требуемой плотности. Отработанный углекислый газ инжектируют опять в воду, поступающую на установку.
Ранее использовали обработанную воду в танке с деаэрированной водой и очищали воду карбонизирующими кристаллами. В настоящее время в микропивоварнях предпочитают устанавливать смеситель, а не сложное оборудование. Следует учитывать, что карбонизированная деаэрированная вода вызывает коррозию. Поэтому танки должны иметь стеклянную прокладку или быть изготовлены из нержавеющей стали. Если установлены танки со стеклянной прокладкой, то в ней не должно быть трещин и других дефектов, так как в воде может появиться железо /73/.
В последнее время начали применять системы мембранной деаэрации. В ее основе лежит использование половолоконных мембранных модулей с большой площадью поверхности. Мембраны являются полупроницаемыми, то есть они пропускают газ и не пропускают воду. С помощью промывающего газа (С02 или N2) и вакуума можно добиться почти полного удаления кислорода при температуре окружающей среды. В системе мембранной очистки воды целесообразно объединять стерилизацию и фильтрование, причем деаэрированная вода должна охлаждаться до температуры менее 1С. По сравнению с другими системами деаэрации мембранные системы характеризуются более низкими эксплуатационными затратами, отсутствием осадка и компактностью /88/.
Способ фильтрации и микробиологической стабилизации
По окончании процесса брожения и дображивания в пиве содержаться дрожжевые клетки, посторонние микроорганизмы и вещества, которые могут вызвать помутнение пива в процессе хранения: белки, полифенолы, белково-дубильные комплексы, углеводы, оксалаты.
Вещества белковой природы вызывают необратимые помутнения, возникающие в результате нарушения физико-химического равновесия коллоидных компонентов. На образование коллоидных помутнений влияет не только концентрация упомянутых веществ в пиве, но также их окисление, полимеризация, адсорбция. Повышение и понижение температуры продукта ускоряет эти процессы.
Низкие температуры выдержки пива способствуют активному осаждению белков и повышению коллоидной стойкости. Высокоплотное пиво позволяет проводить холодную выдержку при температуре до минус 2С без замерзания, при которой удаляются практически все высокомолекулярные белки, ответственные за образование помутнений.
Замена солода на несоложеные материалы позволяет значительно снизить концентрацию веществ, отвечающих за образование коллоидных помутнений, и положительно влияет на стойкость пива в целом.
Причиной микробиологической порчи могут быть как культурные дрожжи, так и микроорганизмы-контаминанты. Размножаясь в пиве, они вызывают помутнения и меняют органолептические свойства продукта вплоть до непригодности к употреблению. Например, пивные сарцины продуцируют диацетил, что приводит к появлению неприятного сладкого вкуса и аромата; молочно-кислые бактерии образуют целый рад органических кислот; термобактерии образуют сернистые соединения и т.д. Низкотемпературная выдержка высокоплотного пива позволяет подавить жизнедеятельность посторонних микроорганизмов или затормозить их развитие, что способствует повышению биологической стойкости.
Для сохранения стабильных органолептических качеств готового пива необходимо устранить причины, вызывающие коллоидные и биологические помутнения. Удаление микроорганизмов и веществ белковой природы проводят с помощью фильтрования. При фильтровании также происходит снижение цветности пива, горьких и редуцирующих веществ.
Основными фильтрующими материалами являются кизельгур, фильтркартон, перлит, которые позволяют удалить из пива частицы, размером от 1 до 100 мкм (крупные и мелкие твердые вещества, дрожжи, некоторые бактерии).
Для удаления частиц белковой природы, имеющих размер менее 0,1 мкм, используют специальные фильтрующие материалы, способные связывать и удерживать на своей поверхности белки, вызывающие помутнение пива. К ним относятся силикагели и поливинилполипирролидон (ПВПП). Силикагели адсорбируют белки на своей поверхности и могут быть добавлены к пиву на стадии дображивания или в процессе фильтрации к основному фильтрующему средству. Адсорбция полифенольных соединений происходит за счет образования водородных связей с ПВПП. Стабилизация пива может проводиться с добавление ПВПП в процессе фильтрации или может быть выделена в отдельную стадию без использования кизельгура. Так как ПВПП подвергается регенерации, то может использоваться многократно. Удаление микроорганизмов вредителей проводится с помощью тонких фракций кизельгура, обеспложивающего картона, мембранных модульных фильтров, с величиной пор менее 0,5 мкм, а также тепловой обработки пастеризации. Обеспложивающее фильтрование с помощью очень тонких фракций кизельгура позволяет достичь высокой стойкости. Мембранная фильтрация позволяет увеличить стойкость готового пива до одного года, за счет удержания микроорганизмов размером менее 0,5 мкм.
Выбор стадии разбавления пива также оказывает существенное влияние на качество пива. Технологически и экономически целесообразно проводить разбавление высокоплотного пива после фильтрации, где происходит удаление коллоидов и микроорганизмов из меньшего объема пива. После разбавления концентрация мутеобразующих компонентов еще больше сокращается.
Пастеризация — это нагрев и выдержка пива при определенной температуре. Чем выше температура, тем меньше времени требуется для уничтожения микроорганизмов вредителей. С другой стороны, при повышении температуры происходит ускорение многих химических реакций, в частности окисление полифенолов и полипептидов, что может вызвать склонность пива к коллоидным помутнениям; под воздействием аминокислот и остаточных Сахаров происходит избыточное образование карбонильных соединений и окисление высших спиртов, приводящих к изменению вкуса, аромата и цвета пива.
На основании вышеизложенного нами сделан вывод, что биологическую стабилизацию пива предпочтительнее проводить с помощью холодного обеспложивающего фильтрования с применением мембранных фильтров. Это позволит предотвратить негативное влияние повышенных температур пастеризации на готовый продукт. 3.5 Хранение
Органолептические характеристики продукта ухудшаются в процессе хранения в основном в результате окислительных процессов, ферментативных и неферментативных. Ускорению этих процессов способствует высокая температура хранения, свет и продолжительность воздействия указанных факторов.
Повышенная температура ускоряет протекание физико-химических процессов, связанных с изменение органолептических свойств готового продукта, а также способствует окислительным и полимеризационным процессам, приводящим к нарушению коллоидного равновесия.
Наличие в пиве веществ фотосенсибилизаторов, способных поглощать видимый свет и передавать его энергию кислороду, тем самым, активируя его, что приводит к образованию карбонилов старения. Разложение аминокислот, содержащихся в пиве, на свету происходит быстрее, эти реакции усиливаются присутствием полифенолов и спиртов. Под влиянием света также происходит окисление высших спиртов с помощью меланоидинов, фотоокисление жирных кислот с образованием альдегидов, ферментативное окисление жирных кислот с образованием гидроксикислот, с их последующим распадом на ненасыщенные альдегиды. Интенсивный распад изогумулона под влиянием света приводит к снижению горечи в готовом продукте.
Влияние нормы внесения дрожжей и температуры брожения
От бродильной активности дрожжей во многом зависит качество получаемого продукта и продолжительность брожения, и, как следствие, увеличение оборачиваемости оборудования и производительность завода.
На данном этапе эксперимента использовали пивное сусле с начальной экстрактивностью 16 %, полученное путем добавления сахарного сиропа и мальтозной патоки к 11 % солодовому суслу.
Целью исследований являлось определение влияния нормы вносимых дрожжей и температуры брожения на продолжительность процесса, на физиолого-биохимические показатели дрожжей и накопление дрожжевых клеток в процессе сбраживания.
Определение оптимальной дозы внесения дрожжей проводили на основании анализа динамики брожения сусла, процесса размножения и физиологического состояния дрожжевой культуры.
Для эксперимента были взяты чистые культуры 3-х рас дрожжей: Rh, 34 и дрожжи, выделенные из перги (МД). Сусло готовили следующим образом: в готовое охмеленное солодовое сусло, полученное в лаборатории Кемеровского технологического института пищевой промышленности, с начальной экстрактивностью 11 %, вносили сахарный сироп с таким расчетом, чтобы содержание сухих веществ в сусле к началу брожения составляло 16 %. В готовое сусло при температуре 8С вносили расчетное количество дрожжей и проводили брожение при температуре 8—10 С.
Рекомендуемое количество вносимых дрожжей составляет 25 — 35 млн.кл./см сусла. Нами исследован процесс брожения сусла дрожжами в диапазоне концентраций от 20 до 60 млн. кл./см сусла. Таким образом, сбраживали образцы, отличающиеся нормой внесения дрожжей.
Перед брожением сусло было проанализировано по физико-химическим показателям: содержание сухих веществ, % - 16; содержание аминного азота, мг/100 см — 26,6; кислотность, к. ед - 1,5; цвет, ед. ц. - 0,35; содержание мальтозы, мг/100 см - 14,0.
В процессе брожения, один раз в сутки через одинаковый промежуток времени, в образцах определяли видимую массовую долю сухих веществ, общее количество дрожжевых клеток и процент мертвых дрожжевых клеток. Изменение массовой доли сухих веществ при сбраживании 16 %-ного сусла дрожжами рас Rh, 34, МД, а также динамика накопления биомассы дрожжей и изменение количества мертвых клеток этих же рас представлены на рисунках 4.1 - 4.9.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что исходная концентрация дрожжевых клеток в сусле существенным образом отразилась как на скорости брожения, так и на общем количестве клеток и на содержании мертвых клеток к концу брожения.
При сбраживании образцов сусла дрожжами рас Rh и 34 минимальное содержание сухих веществ к концу брожения наблюдается при внесении дрожжей в количестве от 40 до 60 млн. кл./см сусла и составляет 4,6 - 4,7 %. Видимая степень сбраживания составила 71,25 - 70,0 %.
При сбраживании образцов расой 34 наблюдалось несколько замедленное разбраживание. Лаг-фаза при норме задачи 20 млн.кл/см3, заняла в среднем, 3,5 суток, в то время, как лаг-фаза для дрожжей RH составила, в среднем, 2 суток. Сократить время разбраживания позволяет повышенная задача дрожжей уже начиная с 40 млн.кл/см3, что четко видно на рис.4.4 и рис.4.5. Увеличение количества вводимых на брожение дрожжей до млн. кл./см3 сусла сократило процесс брожения на 20%, а тройная дозировка (60 млн. кл./см3 сусла) сократила процесс почти на 30%.
Так как сбраживание опытных образцов проходило при максимальной температуре 10С это также могло послужить причиной увеличения времени лаг-фазы и продолжительности сбраживания до 10 суток при норме задачи 20 млн. кл./см сусла.
При использовании дрожжей, выделенных из перги, скорость брожения практически одинакова при любой дозировке дрожжевой культуры и видна тенденция не только к замедлению, но и к прекращению брожения. Незначительно отличается содержание сухих веществ в сброженных образцах к концу брожения при начальной дозировке МД 40, 50 и 60 млн. кл./см . При этом массовая доля сухих веществ в образцах, сброженных МД, составляет 11,3 - 10,6 %.
Однако слишком высокая дозировка вносимых дрожжей не всегда способствует большому накоплению дрожжевой культуры в процессе брожения, чему свидетельствуют графики, представленные на рисунках 4.4 -4.6. На графиках хорошо видно, что количество дрожжей при начальной дозировке 40 млн. кл./см возросло в 4 раза для рас Rh и 34. В то же время доза внесения дрожжевой культуры 50 млн. кл./см увеличила их максимально в 3,3 раза, а при норме задачи дрожжей 60 млн. кл./см3 - в 2,9 раза в среднем. Максимальный прирост - в 2,2 раза - дрожжей МД наблюдался при начальной задаче 50 млн.кл/см3.
Графики процентного содержания мертвых клеток, представленные на рисунках 4.7 - 4.9, свидетельствуют о том, что слишком большое количество задаваемых дрожжей в среду приводит к увеличению накопления мертвых клеток. Так, внесение дрожжей рас Rh и 34 в количестве 50 млн. кл./см сусла уже способствует большему содержанию мертвых клеток в процессе брожения, а норма введения дрожжей 60 млн. кл./см приводит к увеличению мертвых клеток к концу брожения до 7,9 %.
Влияние дрожжевых подкормок на процесс брожения
С учетом применения большого количества несоложеных материалов при производстве высокоплотного сусла особенно остро стоит вопрос об обеспечении дрожжевых клеток жизненно важными соединениями. В то время как недостаток ионов железа может быть скомпенсирован дополнительным внесением ионов магния, то ограниченное количество ассимилируемого азота, факторов роста, витаминов и минеральных веществ может быть восполнено с помощью специальных препаратов.
Для исследования были выбраны следующие подкормки: «Витамон Ультра» (состав: витамины, минералы, азотистые соединения); «Хай-Вит» (состав: соли кальция, цинка, аммония, аминокислоты, витамины группы В, пептон); «Истфилд» (состав: соли кальция, цинка, марганца, диаммоний фосфат, аминокислоты). Сусло с начальной экстрактивностью 16% приготовлено аналогично п.5.2. Подкормки вносили в сусло в соответствии с рекомендацией производителей в следующих количествах: Витамон Ультра -15 мг/дм , Истфилд - 3,6 мг/дм , Хай Вит - 1,5мг/дм . В качестве контрольного образца использовали 16% сусло без добавок. Сбраживание проводили дрожжами расы Rh при 20 С и норме задачи 40 млн. кл/см .
В процессе брожения через каждые сутки в образцах определяли видимый экстракт, общее количество дрожжевых клеток, процент мертвых клеток. Результаты эксперимента представлены на рис.5.17 - 5. Как видно из полученных графиков наиболее интенсивно брожение протекает с добавлением препаратов Истфилд и Хай Вит. Видимая степень сбраживания составила 77,5 % и 75 % соответственно, видимая степень сбраживания контрольного образца составила 70 % . Внесение подкормок положительно отразилось на накоплении дрожжевой массы. На третьи сутки количество дрожжевых клеток в образце с Истфилдом и Хай Витом возросло в 5 раз, в образце с Витамоном — в 4,5 раза. Процент мертвых клеток к концу брожения сусла с добавками в среднем составляет 8,3%, а в контрольном образце— 12 %.
Проведенный эксперимент подтверждает положительное влияние комплексных препаратов на физиологическое состояние дрожжей. Процесс сбраживания протекает глубже, увеличивается коэффициент прироста дрожжевых клеток. Количество мертвых клеток находится в пределах нормы. Наиболее подходящей комплексной подкормкой для расы Rh при сбраживании высокоплотного сусла (температура брожения 20С) является Истфилд.
Результаты лабораторных испытаний были использованы при сбраживании высокоплотного сусла в производственных условиях. Эксперимент проводился на базе Кожевниковского пивоваренного завода (ИП Иванова Т.А., Томская область).
В связи с тем, что на стадии брожения основными факторами, формирующими качество пива, являются состав сусла и параметры брожения, нами исследовано влияние температуры брожения и количества ростовых веществ в сусле на скорость процессов, физико-химические и органолептические показатели готового пива.
В качестве основного сырья для производства высокоплотного сусла использовался солод пивоваренный ячменный светлый, крупа рисовая, сахар-песок. Соотношение сырья в засыпи: солод светлый — 50 %, крупа рисовая — 25 %, сахар — 25 %. Физико-химические показатели сырья представлены в табл. 6.1 Таблица 6.1 - Физико-химические показатели основного сырья
