автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Обеспечение качества пива путем регулирования формирующих его факторов в процессе брожения

На правах рукописи 005017173 ^ИҐ

РУССКИХ РОМАН ВАЛЕРЬЕВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПИВА ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФОРМИРУЮЩИХ ЕГО ФАКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ БРОЖЕНИЯ

Специальность 05.18.15 — технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначеній и обществеїшого питания

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 0 ?П'.?

Кемерово - 2012

005017173

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Помозова Валентина Александровна

Официальные оппонепты: Киселев Владимир Михайлович

профессор кафедры «Товароведение и управление качеством» КемТИПП, доктор технических наук, профессор

Ердакова Виктория Павловна

доцент кафедры «Общая химия и экспертиза товаров» Бийского технологического института (филиала) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», доктор технических наук

Ведущая организация: Негосударственное образовательное учреж-

дение высшего профессионального образования Центросоюза РФ «Сибирский университет потребительской кооперации», г. Новосибирск

Защита диссертации состоится «25» мая 2012 года в 1430 час. на заседании диссертациошюго совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел/факс (8-384-2) 39-68-88

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.keffltipp_.ru).

Автореферат разослан «24» апреля 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Голуб О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Исследования. Пивоваренная индустрия в настоящее время относится к одной из наиболее динамично развивающейся отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности. Пиво в настоящее время, приобретает статус национального напитка, противоборствуя за это место с крепкими алкогольными напитками. В связи с этим повышается его значение среди общей номенклатуры алкогольных напитков. Значительный рост объёмов производства пива привёл к жёсткой конкуренции на рынке его сбыта, что определяет необходимость постоянного повышения эффективности производства и качества продукта, при этом в ряд важнейших показателей ставятся его орга-нолептические характеристики.

Эффективность производства пива определяется скоростью и направленностью основных процессов его производства. Проблема повышения качества пива достаточно сложна в связи с неоднородным составом природного сырья, что влияет на состав, вкусовые и ароматические характеристики готовых напитков.

Наиболее длительной стадией производства пива является сбраживание пивного сусла и созревание молодого пива. На ход брожения и качество пива существенное влияние оказывает физиологическое состояние дрожжей. Качество пива, и, прежде всего его органолептические характеристики определяются составом побочных и вторичных продуктов брожения, которые также образуются в процессе брожения.

Вопросами регулирования метаболизма дрожжей и оценкой их влияния на качество пива занимались и занимаются ряд ученых и специалистов в стране и за рубежом: Грачева И.М., Исаева B.C., Жвирблянская А.Ю., Гернет М.В., Нарцисс JL, Kirsop В.Е., Chapon L„ Van Den Berg и др.

Процесс ведения дрожжевой культуры на предприятии является одной из наиболее сложных стадий, так как эффективность размножения дрожжей и поддержание их жизнеспособности и микробиологической чистоты зависит от большого числа факторов. В последние годы в пивоварении все шире используются активные сухие дрожжи, применение которых дает перспективы для инноваций в процедуре разведения дрожжей. Их преимущество заключается в возможности длительного хранения, упрощении процедуры ведения дрожжей, что особенно важно для предприятий небольшой мощности, где не предусмотрено необходимое оборудование. Однако жизнеспособность сухих дрожжей после регидратации снижена и в отдельных случаях составляет 50-80 %. Кроме того, возможно изменение генетической стабильности дрожжей в процессе их сушки и регидратации.

Одним из путей решения этой проблемы является использование активаторов и подкормок для дрожжей, повышающих их жизнестойкость и обеспечивающих соответствие их характеристик требованиям пивоварения.

Таким образом, обеспечение качества пива путем регулирования формирующих его факторов, одним из которых является активность пивоваренных дрожжей, является актуальной задачей.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является обеспечение качества пива с учетом формирующих его факторов путем повышения активности пивоваренных дрожжей.

В связи с поставленной целью определены основные задачи работы:

- обосновать целесообразность повышения качества пива путем улучшения физиологического состояния сухих пивных дрожжей и оценить их влияние на качество продукта;

- систематизировать факторы, позволяющие повысить активность пивных дрожжей;

- исследовать возможность активирования сухих пивных дрожжей путем обработки минеральными компонентами (цеолитсодержащими туфами, кизельгуром) и оценить их влияние на физиолого-биохимические характеристики дрожжей, ход процесса брожения и качество пива;

- обосновать состав комплексной органо-минеральной дрожжевой подкормки (КДП) для дрожжей;

- исследовать основные закономерности изменения физиолого-биохимических характеристик дрожжей, определить параметры обработки дрожжевой культуры КДП;

- разработать технологию подготовки сухих дрожжей к сбраживанию, провести производственную проверку разработанной технологии, дать товароведную характеристику пиву, полученному в производственных условиях.

Научная новизна полученных результатов заключается в обосновании и разработке способов повышения качества пива путем обеспечения высокой активности сухих пивных дрожжей.

Признакам научной новизны отвечают следующие результаты диссертационной работы:

Систематизированы основные факторы, формирующие качество пива в процессе брожения. Предложена классификация методов активирования дрожжей с помощью физических и химических факторов.

Получена регрессионно-статистическая модель влияния природных цеолитов на ферментативную активность пивных дрожжей.

Обоснован состав комплексной дрожжевой органо-минеральной подкормки (КДП) для активирования сухих пивных дрожжей.

Получены основные закономерности изменения физиолого-биохимических характеристик пивных дрожжей при их активации минеральными и органо-мииеральиыми компонентами.

Практическая значимость результатов работы заключается в разработке методов активирования сухих пивных дрожжей путем использования минеральных и комплексной органо-минеральной подкормок, позволяющих сократить процесс главного брожения пива.

Разработана технологическая инструкция по подготовке сухих пивных

дрожжей, которая внедрена на ООО «Арта», г. Новосибирск.

Техническая новизна разработанных решений подтверждена патентом РФ № 2431657 «Способ производства пива».

Результаты научных исследований используются в учебном процессе при обучении студентов но специальностям «Товароведение и экспертиза товаров»; «Технология бродильных производств и виноделие» и направлениям подготовки бакалавров «Товароведение», «Продукты питания из растительного сырья (профиль «Технология бродильных производств и виноделие»)».

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях: III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания», г. Челябинск, 2009 г.; ХП-й Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии» г. Шымкент, 2009 г., Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Управление инновациями в торговле и общественном питании», г. Кемерово, 2010 г.; VI Всероссийской научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования», г. Магнитогорск, 2011 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ и 1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и шести глав, включающих обзор литературы, методологию проведения исследований, результаты исследований, выводы, список использованных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 156 страницах. Диссертация содержит 36 рисунков и 34 таблицы. Библиографический список включает 151 наименование отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика состояния проблемы повышения эффективности пивоваренного производства, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования,

В первой главе представлен обзор литературы, в котором рассмотрены вопросы обеспечения качества пива путем регуляции метаболической активности. Особое внимание уделено способам повышения активности пивоваренных дрожжей, характеристике различных добавок, активирующих жизнедеятельность дрожжей.

Вторая глава посвящена постановке эксперимента, описанию объектов и методов исследования. Эксперимент разделен на 4 основных этапа.

На первом этапе проведен анализ факторов, формирующих качество пива при использовании сухих пивных дрожжей, обоснованы направления совершенствования технологических режимов, позволяющие регулировать параметры процесса производства пива.

На втором этапе работы были изучены особенности жизнедеятельности сухих пивных дрожжей при использовании природных минеральных подкормок для их активации.

Третий этап работы был посвящен разработке состава и оценке эффективности комплексной органо-минералыюй подкормки (КДП) для дрожжей.

На четвертом этапе проведена производственная оценка способа активации пивных дрожжей в условиях ООО «Арта», г. Новосибирск. Разработана технологическая инструкция по подготовке сухих пивных дрожжей. Проведена товароведная оценка показателей качества и безопасности полученной продукции.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на базе ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Ряд исследований по определению состава побочных и вторичных продуктов брожения проведепы в испытательной лаборатории ФБУ «Кемеровский ЦСМ», показатели безопасности готового пива, полученного в производственном эксперименте, определены в испытательном центре ФБУ «Новосибирский ЦСМ».

Объектами исследования являлись: дрожжи расы ЫЬ и сухие дрожжи БаАадег рас 8-23, 8-189, \У-34/70. В качестве среды для обработки дрожжевой культуры использовали охмеленное пивное сусло, полученное в условиях предприятий ОАО "Новокемеровский пивобезалкогольный завод", ООО "Пи-кем", а также готовое пиво, полученное в ООО «Арта» (г. Новосибирск) при проведении производственного эксперимента.

Для активации дрожжей применяли природные цеолиты различных месторождений, кизелыур, комплексную дрожжевую подкормку (КДП).

В работе использовались общепринятые органолептические, физико-химические и микробиологические методы анализа принятые в пивоваренной промышленности. Активность ферментов дрожжей определяли поляриметрическим методом Физиологическое состояние дрожжей (количество клеток общее, почкующихся, мертвых, с гликогеном) оценивали прямым микроскопировани-ем. Содержание полифенолышх соединений оценивали методом Еруманиса, таниновый показатель - фотоколориметрическим методом ВНИИ ПБП. Скорость сбраживания определяли как время, необходимое для сбраживания 1 % экстракта с помощью 20х10б кл./см3 в линейной фазе снижения удельного роста; удельную скорость роста определяли как часовой прирост, пересчитанный на единицу растущей биомассы и рассчитанный в логарифмической фазе; выход клеток - общее количество полученных дрожжей к концу брожения, скорректированное с учетом количества засевных дрожжей; точку флокуляции -сброженность сусла, при максимальной биомассе дрожжей во взвешенном состоянии.

Для статистической обработки экспериментальных данных использовались стандартные методы статистического, корреляционного анализа.

Третья глава посвящена обоснованию способов улучшения физиологического состояния сухих пивных дрожжей и оценке их влияния на качество пива. Наибольшее влияние на качество в целом, и, в том числе, на органолептические показатели пива оказывают характеристики дрожжей и процессы, происходящие в пиве в результате их жизнедеятельности на стадии брожения и дображи-вания.

В результате жизнедеятельности дрожжей снижается концентрация некоторых соединений, содержащихся в пивном сусле (углеводы, азотистые соединения, хмелевые смолы и др.), и образуются продукты обмена дрожжей, которые входят в состав вкусоароматических компонентов пива. Ряд продуктов брожения: этанол, диоксид углерода, органические кислоты - способствуют осаждению нестойких белков, выведению избыточных хмелевых смол. Дрожжи участвуют в процессах ассимисляции, образования и редукции отдельных соединений, отвечающих за вкус и аромат пива: альдегидов, эфиров, высших спиртов, диацетила, жирных кислот, сернистых соединений и ряда других. В процессе автолиза дрожжевых клеток в пиво выделяются аминокислоты, витамины, сернистые соединения, которые также формируют вкусовые характеристики пива.

Наиболее важными компонентами, влияющими на сенсорные характеристики пива, являются спирты, органические кислоты, эфиры, карбонильные и серосодержащие соединения. Все они в той или иной степени образуются в процессе брожения и дображивания при участии дрожжей.

Анализируя условия, влияющие на образования сенсорно-важных соединений, можно отметить, что на синтез большинства соединений, участвующих в формировании органолептических характеристик пива, влияют штамм дрожжей, их физиологическое состояние, параметры брожения.

В связи с этим использование методов обработки пивных дрожжей, повышающих их активность и улучшающих их физиологическое состояние, будет положительно влиять на качество пива, в том числе на состав вкусоароматических соединений и его органолептические показатели.

Среди основных методов, стимулирующих физиологическую активность дрожжей, можно выделить методы физического воздействия и использование различных препаратов. '

.Нами разработана классификация методов активации пивных дрожжей, приведенная на рис. 1.

Все методы активации разделены на физические, химические и комбинированные. К физическим отнесены все способы воздействия на дрожжи, предусматривающие применение различных приборов, устройств.

К химическим отнесены всевозможные добавки в виде минеральных, органических и органо-минеральных соединений и комплексов различного состава. Комбинированные методы предполагают использование физического воздействия при добавлении в среду химических препаратов.

Физические методы активации имеют преимухцества перед химическими вследствие того, что в обрабатываемую среду, и, впоследствии в пиво не вносятся посторонние вещества. Однако все физические методы предполагают использование дорогостоящего оборудования, не всегда могут быть воспроизведены в условиях производства.

МЕТОДЫ АКТИВАЦИИ ДРОЖЖЕЙ

а изические

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА

ТЕПЛОВАЯ АКТИВАЦИЯ

МЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Роторно-

пульсационная обработка

Перемешивание

химические

минеральные органич еские органоми неральные

, 1 г ' г

Соли аммония, фосфора, цинка, калия, магния, диоксид кремния

V

Гидролизам микробной биомассы, растительное сырье, продукты переработки молока, органические кислоты, кислород

комбинированные

Комплекс солей, аминокислот, витаминов; смесь солей и гид-ролизатов микробной биомассы; Неактивные дрожжи с природными минеиалами

Рисунок 1 - Классификация методов активации дрожжей

Преимуществами химических методов являются доступность, возможность применения в заводских условиях без дополнительных капитальных вложений, целенаправленное воздействие на дрожжи, возможность регулировать активность микроорганизмов в широких пределах.

Для активизации жизнедеятельности дрожжей широко используют специальные препараты («подкормки для дрожжей», «питание для дрожжей»), как однокомпонентные, так и многокомпонентные, содержащие аминокислоты, витамины, минеральные вещества (сульфат цинка, «Yeastex», «Yeastfield», «HY-VIT», питание для дрожжей GF «Yeast Food GF» и др.). Применение этих препаратов сокращает длительность брожения, способствует глубокому сбраживанию сахаров сусла, увеличивает прирост дрожжей, стойкость их к автолизу, в ряде случаев способствуют снижению содержания диацетила в пиве.

Однако в состав этих подкормок в качестве минеральной составляющей входят неорганические вещества (диаммоний фосфат, сульфаты марганца и цинка, метабисульфит калия), чужеродные для пищевого продукта, что с гигиенической точки зрения нежелательно. Более предпочтительно использование природных активаторов, одним из которых является природный цеолитсодер-жащий туф. Цеолиты являются гидроалюмосиликатами каркасного кристаллического строения и обладают комплексом свойств - ионообменных, адсорбционных, молекулярно-ситовых, каталитических, что позволяет достаточно широко применять их в различных отраслях промышленности. Благодаря ионообменным свойствам цеолита при внесении его в среду происходит переход ионов, необходимых клеткам.

Ряд подкормок для дрожжей содержат в качестве азотистого питания смесь аминокислот. Однако выбор их ограничен, не учитывается аминокислотный состав сусла. Поэтому более целесообразно использовать в качестве азотистого питания разрушенные клетки самих дрожжей, в которых присутствуют все необходимые компоненты для метаболизма клеток. Таким образом, в дальнейших исследованиях проводилась разработка и оценка влияния комплексной дрожжевой подкормки, в состав которой включен цеолит и неактивные дрожжевые клетки, подвергнутые разрушению с помощью термической и механической обработки.

Четвертая глава посвящена активации сухих пивных дрожжей природными минеральными компонентами. Для этого были использованы природные цеолитсодержащие туфы различных месторождений: шивыртуйского, пегас-ского, холинского, а также кизельгур крупной фракции.

Эксперимент проводили с использованием дрожжей расы Rh четвертой генерации. В качестве сред были взяты молодое пиво и сусло. Доза внесения минеральных добавок - в пределах от 0,1 до 0,7 г на 100 см3 дрожжевой суспензии. Длительность выдержки одни сутки при температуре б °С. В качестве контроля был взят образец дрожжевой суспензии в соответствующей среде без внесения минеральных добавок. В исходных дрожжах и в процессе хранения определяли зимазную и мальтазную активность. Из исследуемых минералов в большей степени оказали влияние на ферментативную активность и физиологическое состояние дрожжевой культуры шивыртуин и кизельгур.

Увеличение дозировки шивыртуина с 0,1 г до 0,5 г на 100 см3 приводит к возрастанию как мальтазной, так и зимазной активности соответственно в 2,3 и 2,8 раз по отношению к исходным дрожжам. Дальнейшее увеличение дозировки также повышает активность ферментов, но в меньшей степени. Такая же закономерность в отношении дозы наблюдается и при рассмотрении физиологического состояния культуры. Количество мертвых клеток уменьшается в среднем на 60 %, содержание почкующихся увеличивается на 50-60 %, количество клеток с гликогеном - на 70 %. Аналогичные изменения, но в большей степени, характерны для опытных образцов при выдержке в сусле.

Результаты эксперимента для ЦТ Шивыртуйского месторождения обработаны статистически. Получены уравнения регрессии при активации в молодом пиве: у1=117,283+428,762*Х-482,857*Х2 (зимазная активность) 11-0,94; у2=120,786+478,104*Х-954,316*Х3 (мальтазная активность) 11=0,90 и в сусле:

у1=131,17+730,22*Х-1526,85*Х3 (зимазная активность) 11=0,97; у2=198,783+735,738*Х-812,381*Х2 (мальтазная активность) 11=0,95; где Х- доза шивыртуина

Уравнения адекватно описывают изменение активности зимазы и мальта-зы в зависимости от дозы ЦТ.

На рис. 2 приведены экспериментальные и статистические графики, характеризующие изменение активности ферментов при выдержке в сусле.

При главном брожении основным процессом является сбраживание глюкозы. За скорость потребления глюкозы дрожжами несет ответственность зи-мазный комплекс дрожжевой клетки. Мальтаза является адаптивным ферментом, т.е. он появляется в дрожжевой клетке только при наличии в среде необходимого субстрата (мальтозы). В то же время, ферменты дрожжей (зимазный комплекс), ответственные за процесс спиртового брожения, всегда находятся в клетке и их активность не зависит от присутствия в среде соответствующего субстрата. Исходя из этого, можно охарактеризовать поведение исследуемых ферментов в дрожжах при хранении в различных средах. Выявленная закономерность различного влияния минералов на исследуемые показатели дрожжей связана с их химическим составом и свойствами.

Все минералы различаются по содержанию диоксида кремния, активирующее действие которого на дрожжи известно. Наибольшее влияние на ферментативную активность и физиологическое состояние культуры оказал кизельгур А, который характеризуется самым высоким содержанием диоксида кремния.

Аналогичное воздействие на активность ферментов и физиологическое состояние дрожжей оказывают шивыртуин и холинский цеолит. Кроме диоксида кремния положительное влия1гае оказывают и другие ионы, в частности, Са , который стимулирует размножение и флокуляцию клеток. Высокое содержание Ка+ стимулирует сбраживание мальтозы и мальтотриозы.

350 -

>5

I 300

к

? 250 -

0

| 200

1 150 о.

ш

-ел 100 6 О

5 50 £

< 0

0 ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Доза шивыртуина, г/100 см'

А)

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 0,7 Доза шивыртуина, г/100 см*

Б)

Рисунок 2 - Экспериментальные и статистические графики изменения зимазной (А) и мальтазной (Б) активности дрожжей при выдержке с шивыртуи-ном в сусле.

Цеолиты проявляют также адсорбционные свойства. Они извлекают из среды полифенолы, горькие вещества и другие компоненты, переходящие из сырья в среду и отрицательно влияющие на клетки дрожжей.

Таким образом, исследования показали положительное воздействие используемых источников минеральных добавок на активность ферментов и физиологическое состояние культуры. В качестве оптимальной дозировки можно рекомендовать 0,5 г/100см3.

Представляло интерес изучить влияние минеральной добавки на ».«ип.

-Дано

-Предсказано -АВ5

ность зимазного комплекса и а-глюкозидазы (мальтазы) сухих препаратов различных рас дрожжей. Использовали расы 8-23, Б-189 и \У-34/40. В исходных дрожжах определяли исследуемые показатели через 20 минут реактивации, в опытных - после одних суток выдержки.

Исходные сухие дрожжи характеризуются очень высоким содержанием мертвых клеток до 50,3 % и незначительным содержанием почкующихся. Через сутки выдержки в среде (молодом пиве или сусле) с цеолитом активность исследуемых ферментов повышается. В большей степени активность возрастает у дрожжей рас 8-23, \\^-34/70. Активность ферментов при обработке в сусле выше, чем в молодом пиве.

Для всех рас дрожжей характерно повышение количества почкующихся клеток, существенное снижение мертвых клеток. Однако во всех случаях значение этих показателей не достигает рекомендуемой величины.

Таким образом, внесение в среду реактивации цеолита положительно сказывается на исследуемых характеристиках.

Анализ влияния времени обработки показал, что при выдержке в течение одного часа в среде с добавлением цеолита ферментативная активность опытных образцов увеличилась в среднем по отношению к исходной величине на 30 % при выдержке в воде и в 2,8-3 раза - в сусле. Реактивация дрожжей в сусле с цеолитом способствует возрастанию активности ферментов в течение всего периода выдержки. Такая же закономерность наблюдается и в изменениях физиологического состояния дрожжей. Увеличение почкующихся клеток, клеток с гликогеном и уменьшение содержания мертвых клеток происходит в большей степени через час выдержки. Дальнейшее увеличение времени воздействия не влияет на физиологическое состояние клеток, а ферментативная активность уменьшается.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что оптимальным временем активации дрожжей является один час выдержки дрожжевой суспензии с минеральной добавкой.

Задачей следующего этапа исследования являлось изучение совместного воздействия ЦТ и различных дрожжевых подкормок, используемых в настоящее время в пивоваренном производстве, на ферментативную активность и физиологическое состояние сухих дрожжей.

Эксперимент проводили с использованием сухих дрожжей рас 8-23, 8189, '\У-34/70. Длительность выдержки дрожжевой суспензии с подкормками 1ч при температуре 20-22 °С. В качестве контроля был взят образец дрожжевой суспензии в воде без внесения пищевых подкормок. В исходных дрожжах и в процессе выдержки определяли зимазную активность и физиологическое состояние дрожжей.

Полученные данные свидетельствуют о том, что внесение подкормок оказывает положительное влияние как на увеличение зимазной активности, так и на физиологическое состояние сухих дрожжей. В среднем повышение активности зимазы происходит в 1,2-2 раза по отношению к контролю. Физиологи-

ческое состояние исходных сухих дрожжей характеризовалось низким содержанием почкующихся клеток, клеток с гликогеном и высоким содержанием мертвых клеток. Пищевые подкормки способствуют уменьшению количества мертвых клеток в среднем в 1,2-2 раза, повышению количества почкующихся клеток в 1,8-2,7 раз, клеток с гликогеном - в 1,1-1,7 раз по сравнению с контрольным образцом.

Из исследуемых пищевых подкормок в лучшей степени себя проявили «Yeastex» и «Yeast Food».

Сбраживание сусла активированными дрожжами проводили при температуре 6-7 °С с использованием сухих дрожжей расы W-34/70. Сравнивали три варианта: контроль - сбраживание сусла дрожжами (после реактивации); опыт 1 -сбраживание сусла, в которое предварительно был внесен цеолит 0,5 г/100 см3 и истфуд 2 г/гл, реактивированными сухими дрожжами без предварительной обработки; опыт 2 - аналогично 1-му при дозировках цеолита 0,25 г/100 см3 и ист-фуда 1 г/гл; опыт 3- при дозировке цеолита 0,25 г/100 см3 без истфуда; опыт 4 -сусло сбраживали дрожжами, прошедшими активацию цеолитом 0,25 г/100 см3 и истфудом 1 г/гл. Во всех вариантах дрожжевую разводку вводили в сусло из расчета 20 млн. кл./см3 с учетом количества мертвых клеток. Динамика брожения приведена на рис. 3.

-контроль, "" опыт 1, — опыт 2, -опыт 3, - ' - ' — опыт 4

Рисунок 3 Динамика брожения сусла активированными дрожжами

Все опытные образцы бродили активнее контрольного. К концу брожения в опытных образцах молодого пива дрожжей во взвешенном состоянии находится на 33 % больше, чем в контроле, а дрожжевой осадок более плотный, компактный в образцах, где использовали активированные дрожжи или вносили цеолит.

Исходная дрожжевая культура характеризовалась высоким содержанием мертвых клеток, однако предварительная активация дрожжей привела к снижению этого показателя практически в два раза.

В исследуемых опытных образцах к концу брожения клеток с гликогеном

больше, чем в контроле, что в дальнейшем положительно скажется на процессе хранения дрожжей и на сокращении лаг-фазы, если дрожжи предполагается сразу вводить в следующий цикл брожения.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика технологических свойств дрожжей по окончании процесса брожения.

Таблица 1 - Сравнительная оценка технологических свойств дрожжей

Вариант Урожай, млн.кл. Удельная скорость роста, ч"' Продолжительность генерации, ч Время сбраживания 1 % экстракта, ч Точка флокуляции (степень сбраживания сусла). %

Сухие дрожжи

Контроль 0,25 0,009 112,2 7,5 22,4

Опыт1 5,75 0,011 89,6 10,0 31,0

Опыт 2 3,75 0,019 53,5 10,4 31.0

Жидкие дрожжи

Контроль 0,50 0,028 36,2 8,3 33,0

Опыт! 3,25 0,037 27,2 10,6 46,1

Опыт 2 9,75 0,030 33,6 9,2 50,4

Опыт 3 0,75 0,036 27,3 8,8 24,3

Опыт 4 4,50 0,081 12,4 36,6 50,4

С органолептической точки зрения в образцах внесение цеолита и подкормки не сказалось отрицательно на качество пива, напиток имел полный, гармоничный вкус без постороннего привкуса и прозрачность с блеском.

Таким образом, применение цеолитов и цеолитов в комплексе с подкормками для активации позволяет существенно увеличить активность сухих пивоваренных дрожжей и обеспечить получение пива высокого качества.

В пятой главе разработан состав комплексной оргаио-минеральной подкормки для дрожжей (КДП) и проведена оценка ее эффективности для активации сухих дрожжей.

Получение подкормки заключалось в следующем: цеолитсодержащий туф Шивыртуйского месторождения предварительно измельчали до частиц размером 0,8-1,0 мкм в центробежном грануляторе-дезинтеграторе роторного типа, сконструированном и изготовленном в ООО «Догма», г. Томск. Затем измельченный цеолит смешивали с сухими хлебопекарными дрожжами в соотношении 3:1 и снова пропускали через ротационно-пульсациопный аппарат. За счет трения роторов температура резко повышалась до 70-75 °С , вследствие чего дрожжи подверглись термолизу. В результате данного процесса содержащиеся в клетках вещества (белки, аминокислоты, витамины, неорганические компоненты) обогащают минеральную составляющую КДП. Подкормку использовали для активирования дрожжей в концентрации от 0,05 до 0,5 %. В табл. 2 приведены данные, характеризующие активность ферментов.

Использование КДП приводит к увеличению активности исследуемых ферментов дрожжевой клетки в сравнении с контролем - а-глюкозидазы в 1,72,7 раза, зимазы в 1,6-2,4 раза, инвертазы на 9-30 %.

Таблица 2 - Влияние КДП на ферментативную активность дрожжей

Вариант Доза, г/100 см1 Активность

зимазы мальтазы Р-фруктос )уранозидазы

ед./см3 % от контр. ед./см3 % от контр. ед./см3 % от контр.

Контроль - 87,40 100 1,78 100 52,45 100

Опыт 1 0,05 145,70 167 2,85 160 57,22 109

Опыт 2 0,1 165,10 189 2,85 160 62,94 120

Опыт 3 0,2 174,80 200 3,21 180 63,42 121

Опыт 4 0,5 233,10 267 4,28 240 68,19 130

Возрастание ферментативной активности напрямую связано с дозой подкормки. Положительное действие КДП на физиологическое состояние дрожжевой культуры наблюдается уже при минимальной дозировке (0,1 г/100 см3) и, в дальнейшем, при ее увеличении усиливается. Количество почкующихся клеток возрастает в 1,5-2,0 раза в сравнении с контролем, клеток с гликогеном - в 1,61,7 раза, процент снижения концентрации мертвых клеток составляет от 8 до 30 %•

КДП содержит не только минеральные вещества природного цеолита, но и компоненты самой дрожжевой клетки (витамины, аминокислоты, биологически активные соединения и др.), которые входят в состав различных ферментов дрожжей, способствуют улучшению морфологических и физиологических характеристик культуры. Повышение эффективности КДП связано именно с наличием комплекса веществ, влияние которого существенно превосходит действие ионов металлов, витаминов и аминокислот в отдельности.

Проведено сравнение эффективности влияния КДП при внесении её на различных этапах производства. В ходе эксперимента сравнивали три варианта: контроль - сбраживание сусла реактивированными дрожжами без активации; опыт 1 - сбраживание среды дрожжами, активированными КДП (доза 0,1 г/100 см ); опыт 2 - сбраживание сусла, в которое предварительно вносили КДП (из расчета 0,025 и 0,05 г/100 см3 сусла), реактивированными дрожжами без предварительной обработки. Дрожжи предварительно разбраживали в течение 5 часов. Интенсификация процесса сбраживания, как за счет предварительной активации дрожжей, так и собственно на стадии брожения, в определенной степени может оказать влияние на стабильность готового пива к коллоидным помутнениям. В процессе работы были определены показатели брожения и показатели (содержание полифенолов и фракции А белка), косвенно характеризующие коллоидную стойкость пива (табл. 3).

В образцах, в которые была предварительно внесена подкормка, наблюдается более интенсивное снижение видимого экстракта, содержания полифе-нольных соединений, высокомолекулярных белков. В образцах с внесением КДП молодое пиво отличается гармоничным, полным вкусом, мягкой хмелевой горечью.

Таблица 3 - Динамика изменения показателей сусла, характеризующих коллоидную стойкость, в процессе брожения _

Вариант Доза, г/100см3 Длительность брожения, сут

0 I 1 | ' 2 | 3 | 6 | 8

Видимый экстракт, %

К дрожжам 0,1 12,00 11,67 10,84 9,90 7,80 6,10

В сусло 0,025 12,00 11,12 10,24 9,75 6,73 5,50

0,05 12,00 11,06 10,55 9,80 5,73 4,40

Цвет, ц. ед.

К дрожжам 0,1 0,400 0,288 0,275 0,238 0,226

В сусло 0,025 0,400 0,263 0,245 0,230 0,225

0,05 0,400 0,250 0,238 0,222 0,213

Полифенолы, мг/дм3

К дрожжам 0,1 253,00 249,30 ,247,20 245,70 243,50

В сусло 0,025 253,00 247,00 243,50 240,30 238,50

0,05 253,00 243,00 238,30 225,50 222,70

Фракция А белка, мг/100 см1

К дрожжам 0,1 24,00 23,40 21,60 21,20 20,80

В сусло 0,025 24,00 22,30 20,80 20,50 20,10

0,05 24,00 21,90 20,10 19,70 19,02

Таким образом, внесение КДП на различных стадиях приготовления пива позволяет ускорить размножение, обменные процессы дрожжевой культуры, что положительно сказывается на процессе брожения и качестве готового пива.

В шестой главе приведены результаты производственного, проведенного на ООО «Арта», г. Новосибирск на примере пива сорта «Kellers» светлое. На предприятии принята классическая схема производства пива. Для активации дрожжей в сусло при регидратации вносили КДП в количестве 0,1 % и выдерживали для размножения 3 суток при периодической аэрации. Контролем служили дрожжи без добавления КДП. Общая концентрация дрожжей к концу размножения в опытном образце была выше на 18 %, количество мертвых клеток меньше на 16 %, количество клеток с гликогеном и почкующихся также выше в опытном образце.

С использованием активированных дрожжей проведено сбраживание пивного сусла при температуре 13 °С, затем молодое пиво охлаждали до температуры 0- минус 1 °С, снимали дрожжи и проводили дображивание 15 суток. Сбраживание вели дрожжами контрольными (без КДП), дрожжами, активированными КДП в дозировке 0,1 % (опыт 1) и дрожжами, активированными без КДП, но с добавлением КДП в сусло в количестве 0,05 % к объему сусла (опыт 2). Динамика сбраживания и изменения физико-химических показателей сусла приведены в таблице 4.

Как видно из приведенных данных, процесс брожения в опытных образцах идет активнее и заканчивается на 4-е сутки, тогда как в контроле длительность брожения до нормативной величины видимого экстракта составила 5 су-

ток. Молодое пиво дображивали и анализировали по физико-химическим, орга-нолептическим показателям и показателям безопасности (таблицы 5-7).

Таблица 4 - Динамика изменения основных показателей сусла в процессе брожения с использованием КДП__

Вариант Доза КДП, г/100см3 Длительность брожения, сут

0 1 2 3 4 5

Видимый экстракт, %

Контроль 0 11,90 10,50 8,50 6,2 5,2 4,2

Опыт 1 0,1 11,90 10,40 8,30 5,7 4,4

Опыт 2 0,05 11,90 10,30 8,10 5,6 4,3

Кислотность, к.ед.

Контроль 0 1,40 1,70 1,90 2,20 2,30 2,70

Опыт 1 0,1 1,40 1,62 1,87 2,10 2,30 2,60

Опыт 2 0,05 1,40 1,66 1,88 2,10 2,30 2,50

Аминный азот, мг/100 см3

Контроль 0 32,20 30,90 28,00 25,20 23,80 24,0

Опыт 1 0,1 32,20 30,30 27,00 23,80 23,10 23,4

Опыт 2 0,05 32,20 28,00 25,00 22,40 21,70 21,9

Таблица 5 - Физико-химические показатели контрольного и опытного пива

Показатели Норма Контроль Опыт 1 Опыт 2

Экстрактивность начального сусла, % 12,0 12,0 12,0 12,0

Объемная доля спирта, % Не менее 4,5 5,0 5,2 5,3

Кислотность, к.ед Не более 3,2 30 2,9 2,7

Цвет, ц.ед 0,2-2,5 0,50 0,40 0,33

Высота пены, мм Не менее 40 45 40 40

Пеностойкость, мин Не менее 3 4 4 4

Полифенолы, мг/100 см3 250-350 264,2 236,0 214,2

Фракция белка А, мг/100 см3 22-25 24,0 21,7 20,8

Опытные образцы имели показатели качества аналогичные контрольному пиву. В опытных вариантах содержалось чуть больше спирта, они имели более низкую кислотность за счет щелочных компонентов, перешедших из цеолита, немного меньшие значения цвета. Показатели, характеризующие коллоидную стойкость: полифенолы и фракция белка А были лучше в опытных образцах. Общая балльная оценка контрольного образца 23,8, опытного 1 — 24,0; опытного 2-24,2.

Опытный образец пива 2 был проанализирован по показателям безопасности и микробиологическим показателям в аккредитованном испытательном

центре ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии й испытаний в Новосибирской области». Результаты приведены в табл. 6-7.

Таблица 6 - Показатели безопасности опытного пива

Наименование показателей

Токсичные элементы:

Свинец_

Кадмий_

Мышьяк _

Ртуть_

Нитрозамины_

Ед.изм.

Мг/кг

Норма

Не более:

0,3_

0,03

0,2__

0,005 0,003

Результат таний

испы-

<0,004

<0,001

<0,04

<0,002

<0,001

Таблица 7 - Микробиологические показатели опытного пива

Наименование БГКП Salmonella

Нормативные показатели В 0,1 см"1 не допускается В 25 см3 не допускается

Пиво «Kellers» светлое нефильтрованное В 0,1 см3 не выделены В 25 cmj не выделены

Результаты исследований опытного пива показали, что по всем показателям безопасности продукт соответствует нормам, установленным СанПиН 2.3.2:1078-01. Опытное и контрольное пиво было также проанализировано по содержанию побочных и вторичных продуктов брожения в испытательной лаборатории ФГБУ «Кемеровский ЦСМ». Результаты приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Состав побочных и вторичных продуктов брожения оиытно-го и контрольного пива_

Компонент, мг/дм3 Опыт Контроль

Ацетальдегид 21,32 15,62

Метилацетат 0,84 0,72

Этила цетат 22,71 18,16

Метанол 4,18 4,55

Пропанол-1 15,74 16,92

Изобутанол 15,91 14,78

Бутанол-1 0,71 0,62

Изопентанол 76,82 83,81

Сумма 177,49 174,69

Состав побочных и вторичных продуктов в опытном и контрольном образцах аналогичен. Однако в опытном образце больше содержалось эфиров, которые формируют аромат пива, меньше пропилового и изоамилового спиртов.

Таким образом, применение КДП для активации сухих дрожжей положительно сказалось как на физиологическом состоянии дрожжей, позволило уско-

рить процесс брожения и улучшить качество продукта, при этом не повлияло на его безопасность. Для активации сухих пивных дрожжей в условиях ООО «Арта» разработана технологическая инструкция.

ВЫВОДЫ

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. • Обосновано влияние физиологического состояния дрожжей на качество пива, в том числе на состав побочных и вторичных продуктов брожения, формирующих органолеитические показатели пива. Предложена классификация методов активации дрожжей, из которых выбрано использование комплексных дрожжевых подкормок.

2. Показано положительное влияние минеральных компонентов (цео-литсодержащими туфами, кизельгуром) на физиолого-биохимические характеристики дрожжей, ход процесса брожения и качество пива. Рассчитаны уравнения регрессии, описывающие изменение зимазной и мальтазной активностей дрожжей при обработке Шивыртуйским ЦТ. Определены параметры активации дрожжей: время обработки 1 час, доза цеолита 0,5 %. Рекомендовано совместно с цеолитом использование дрожжевых подкормок «Истекс», «Иствуд».

3. Обоснован состав комплексной органо-минеральной подкормки, включающей цеолит и неактивные дрожжи. Разработан состав и способ получения КДП путем совместного измельчения до частиц размером 0,8-1,0 мкм в центробежном грануляторе-дезинтеграторе роторного типа».

4. Исследованы основные закономерности изменения физиолого-биохимических характеристик дрожжей при активации с помощью КДП. Показано существенное увеличение активности ферментов дрожжевой клетки в сравнении с контролем - а-глюкозидазы в 1,7-2,7 раза, зимазы в 1,6-2,4 раза, инвертазы на 9-30 %, а также улучшение технологических параметров брожения сусла и качества пива. Определены параметры обработки дрожжевой культуры КДП: активация в среде пивного сусла при дозировке 0,1 % и внесение КДП в сусло в дозировке 0,05 %. На способ производства пива получен патент на изобретение.

5. Проведена производственная проверка разработанной технологии на ООО «Арта», которая показала эффективность использования КДП при размножении дрожжей и ускорение сбраживания пива активированными дрожжами на 1 сутки. Дана товароведная характеристика пива, полученного в производственных условиях. Разработана технологическая инструкция по подготовке сухих дрожжей к сбраживанию с использованием КДП.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Пермякова, Л.В. Активация пивных дрожжей с помощью комплексной дрожжевой подкормки /Л.В. Пермякова, В.А. Помозова, Д.С. Апено-ва, Р.В. Русских //Пиво и напитки, 2012,- № 1,- С.18-22.

2. Способ производства пива / JI.B. Пермякова, В.А. Помозова, С.И. Хорунжииа, Р.В. Русских. Патент на изобретение. - МПК С 12G 3/Ö2, № 2431657, приор, от 18.06.2011, г.

3. Помозова, В.А. Изучение закономерностей развития сухих пивных дрожжей в производстве напитков / В.А. Помозова, JI.B. Пермякова, Р.В. Русских, Ю.Ю. Миллер // «Аграрная паука - сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии»: Труды XII-й Международной научно-практ. конфер. (Шымкент, 16-17.04.09) - Алматы, 2009.- Т. 1. - С. 535-538.

4. Пермякова, JI.B. Влияние различных подкормок на физиолого-биохимические характеристики сухих дрожжей. / JI.B. Пермякова, Русских P.B.j Помозова В.А. //«Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов»: Сборник научных работ, Кемерово: КемТИПП,- Вып. № 19. -2009. - С. 88-90.

5. Пермякова, JI.B. Влияние природных минералов на ферментативную и физиологическую активность пивных дрожжей /Л.В. Пермякова, В.А. Помозова, Р.В. Русских, С.И. Хорунжина. // «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания»: Сборник материалов III Всероссийской научно-практ. конференции с международным участием, г. Челябинск, 11.12.2009 г. в 3-х т.: Т. 3. «Качество, экономика, образование». - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. - С. 213216.

6. Русских, Р.В. Использование комплексной дрожжевой подкормки для повышения качества пива /Р.В. Русских, Д.С. Апенова, Л.В. Пермякова, В.А. Помозова // «Управление инновациями в торговле и общественном питании»: Материалы Международной конференции с элементами научной школы для молодежи, г. Кемерово, 25-29 октября 2010 г./ Под общей ред. В.П. Юстра-това-Кемерово: КемТИПП, 2010. - С. 254-257.

7. Пермякова, Л.В. Совершенствование технологии производства пива путем предварительной подготовки сухих дрожжей// Л.В. Пермякова, Р.В. Русских, Д.С. Апенова, Н.В. Хитова // «Качество продукции, технологий и образования»: Материалы VI Всероссийской научно-практическая конференции, 12 апреля 2011 г., г. Магнитогорск, 2011- С.218-222.

Подписано в печать 23.04.2012. Формат 60х84'/іб. Бумага офсетная № 1. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 80 экз. Заказ № 147/(57

Адрес издательства и типографии: ООО «Издательство «Кузбассвузиздат». 650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7. Тел. 8 (3842) 58-29-34, т/факс 36-83-77. E-mail: 58293469@mail.ru

61 12-5/3635

ФГБОУ ВПО КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

I На правах рукописи

РУССКИХ РОМАН ВАЛЕРЬЕВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПИВА ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФОРМИРУЮЩИХ ЕГО ФАКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ БРОЖЕНИЯ

Специальность: 05.18.15 - технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор В.А. Помозова

Кемерово — 2012

СОДЕРЖАНИЕ

С.

Введение 3

1. Обзор литературы 7 1.1. Влияние технологических параметров на жизнедеятель- 7 ность пивных дрожжей

1.2 Характеристика дрожжей, используемых в пивоварении 20

1.3 Способы активации дрожжей 25 1.4. Характеристика цеолитсодержащих туфов и их применение 32 1.5 Заключение по обзору литературы 42

2. Методология проведения эксперимента 44

2.1 Организация проведения эксперимента 44

2.2 Объекты и методы исследований 46

2.2.1 Объекты исследований 46

2.2.2 Методы исследований 46

3. Обоснование способов улучшения физиологического со- 49 стояния сухих пивных дрожжей и оценка их влияния на качество пива

4. Активация сухих пивных дрожжей минеральной под- 57 кормкой на основе природного цеолита

5. Разработка состава органо-минеральной подкормки для 104 дрожжей и оценка ее эффективности

6. Анализ факторов, формирующих качество пива при про- 128 изводственной оценке эффективности способа активации дрожжей

Выводы и основные результаты работы 139

Список литературы 141

Приложения 157

Введение

Устойчивая мировая тенденция роста производства и потребления напитков наблюдается, в том числе, и в нашей стране. Несмотря на сложные экономические условия, в России в последние годы интенсивно развивается ряд отраслей пищевой промышленности, в том числе производство слабоалкогольных напитков. Однако приоритеты современного направления в развитии экономики в настоящее время требуют не только простого увеличения объема производства напитков, но и выпуска товаров, максимально удовлетворяющих потребности покупателей.

Пивоваренная индустрия в настоящее время относится к одной из наиболее динамично развивающейся отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности. Значительный рост объёмов производства пива привёл к жёсткой конкуренции на рынке его сбыта. Поэтому сегодня как никогда актуальна проблема повышения качества этого популярного напитка, что делает его конкурентно способным и повышает эффективность производства в целом.

Пиво с точки зрения товароведной классификации считается слабоалкогольным напитком, и, в настоящее время, приобретает статус национального напитка, противоборствуя за это место с крепкими алкогольными напитками. В связи с этим повышается его значение среди общей номенклатуры алкогольных напитков. Однако высокий уровень конкуренции среди производителей пива на отечественном рынке определяет необходимость постоянного повышения эффективности производства и качества продукта, при этом в ряд важнейших показателей ставятся его органолеп-тические характеристики.

Эффективность производства пива определяется скоростью и направленностью основных процессов его производства.

Проблема повышения качества пива достаточно сложна в связи с неоднородным составом природного сырья, что влияет на состав сусла и вкусовые и ароматические характеристики готовых напитков.

Наиболее длительной стадией производства пива является сбраживание пивного сусла и созревание молодого пива. На ход брожения и качество пива существенное влияние оказывает физиологическое состояние дрожжей. Качество пива, и, прежде всего его органолептические характеристики определяются составом побочных и вторичных продуктов брожения, которые также образуются в процессе брожения.

Вопросами регулирования метаболизма дрожжей и оценкой их влияния на качество пива занимались и занимаются ряд ученых и специалистов в стране и за рубежом: Грачева И.М., Исаева B.C., Жвирблянская А.Ю., Гернет М.В., Нарцисс Л., Kirsop В.Е., Chapon L., Van Den Berg и др.

Процесс ведения дрожжевой культуры на предприятии является одной из наиболее сложных стадий, так как эффективность размножения дрожжей и поддержание их жизнеспособности и микробиологической чистоты зависит от большого числа факторов.

В последние годы в пивоварении все шире используются активные сухие дрожжи, применение которых дает перспективы для инноваций в процедуре разведения дрожжей. Их преимущество заключается в возможности длительного хранения, упрощении процедуры ведения дрожжей, что особенно важно для предприятий небольшой мощности, где не предусмотрено необходимое оборудование. Однако жизнеспособность сухих дрожжей после регидратации снижена и составляет 50-80 %. Кроме того, возможно изменение генетической стабильности дрожжей в процессе их сушки и регидратации [7, 46, 62, 66, 67].

Одним из путей решения этой проблемы является использование активаторов и подкормок для дрожжей, повышающих их жизнестойкость и

обеспечивающих соответствие их характеристик требованиям пивоварения [2, 4, 11, 12, 17, 22, 24, 25, 35, 36,41, 42,45, 48, 49, 56, 68, 79, 80].

Таким образом, обеспечение качества пива путем учета формирующих его факторов, одним из которых является активность пивоваренных дрожжей, является актуальной задачей.

Научная новизна

Систематизированы основные факторы, формирующих качество пива в процессе брожения.

Предложена классификация методов активирования дрожжей с помощью физических и химических факторов.

Обоснован состав комплексной дрожжевой органо-минеральной подкормки (КДП) для активирования сухих пивных дрожжей.

Получены основные закономерности изменения физиолого-биохимических характеристик пивных дрожжей при их активации минеральными и органо-минеральными компонентами.

Показано стимулирующее влияние КДП на ферментативную активность пивных дрожжей и процессы сбраживания пивного сусла.

Практическая значимость работы

Разработаны методы активирования сухих пивных дрожжей путем использования минеральных и комплексной органо-минеральной подкормок, позволяющих сократить процесс главного брожения пива.

Разработана технологическая инструкция по подготовке сухих пивных дрожжей, которая внедрена на ООО «Арта», г. Новосибирск.

Техническая новизна разработанных решений подтверждена патентом РФ №

Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности 260504 «Технология бродильных производств и виноделие».

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях: III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания», г. Челябинск, 2009 г.; ХП-й Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии» г. Шымкент, 2009 г., Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Управление инновациями в торговле и общественном питании», г. Кемерово, 2010 г.; VI Всероссийской научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования», г. Магнитогорск, 2011 г.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Влияние технологических параметров на жизнедеятельность пивных дрожжей

Пиво представляет собой сложную систему, включающую комплекс истинно растворимых, коллоиднорастворимых соединений, которые определяют его вкусовые характеристики. На вкус и аромат пива влияет также состав летучих и нелетучих веществ, которые образуются в процессе производства или переходят из сырья [8, 9,14, 18, 19, 23, 37, 38, 51, 63].

Качество пива определяется совокупностью его физико-химических и органолептических свойств. Потребителем также оценивается позиционирование пива на рынке, его цена и вкусовая стабильность напитка, то, что характеризуется как «бренд».

На качество пива влияет ряд технологических факторов [8, 9, 13, 16, 31-34,37, 40,41,52, 54, 60-65, 74, 102-104, 117, 130]:

- качество сырья, его подработка;

- способы приготовление пивного сусла;

- раса и физиологическое состояние дрожжей;

- брожение, дображивание и созревание пива;

- способы фильтрование и консервирования пива (пастеризация, обеспложивающая фильтрация);

- условия хранения пива.

При отклонениях и нарушениях параметров технологического процесса возможно появления посторонних оттенков вкуса и аромата [14, 23, 41, 55, 63, 85]. Например, при нарушениях на стадии приготовления пивного сусла могут появиться вкус и запах пригорелый, травянистый, карамельный, диметилсульфидный, дымный и пр. При нарушениях на стадиях брожения и дображивания в пиве появляются эфирный, сульфитный, сероводородный, дрожжевой, луковый, диацетиловый вкус и запах. При непра-

вильном хранении могут появиться кошачий, медовый, кожи, засвеченный, бумажный, луковый, мучной вкус и запах и др.

Наибольшее влияние на органолептические показатели пива оказывают характеристики дрожжей и процессы, происходящие в пиве в результате их жизнедеятельности на стадии брожения и дображивания.

Учитывая важность этих факторов, более подробно рассмотрим влияние условий среды и технологических параметров на жизнедеятельность дрожжей.

Жизнедеятельность пивных дрожжей протекает в пивном сусле и во многом определяется его составом. Чтобы дрожжи могли нормально размножаться, используемое сусло должно быть полноценным по углеводному, азотистому, минеральному составу, должно содержать факторы роста [10, 14, 41, 55, 73]. От полноценности сусла зависит скорость размножения дрожжей, а от концентрации питательных веществ в нем - количество образовавшейся биомассы.

Физиологическое состояние дрожжей зависит от содержания в сусле сбраживаемых Сахаров, ассимилируемых азотистых соединений, минеральных веществ (в том числе микроэлементов) и витаминов. Кислород, растворимый в сусле, тоже должен рассматриваться как необходимый элемент [15, 41, 55, 56, 59, 73, 75, 77, 78, 82, 98, 100].

Для проявления метаболической активности и бродильной способности дрожжей важно не общее содержание углеводов в сусле, а количество сбраживаемых Сахаров и их соотношение с ассимилируемыми азотистыми веществами. При сбраживании дрожжами сусла с концентрацией сухих веществ 14,5% интенсивность их размножения в большей степени зависит от содержания Сахаров в среде. Дальнейшее увеличение сахара уже не сказывается на размножении клеток. В слабом же сусле, содержащим достаточное количество ассимилируемого азота, размножение лимитируется

только недостатком сахара, и поэтому его добавление увеличивает выход дрожжей [41, 51, 70, 95, 105, 108,113, 120, 128, 133].

Сбраживание отдельных Сахаров происходит в определенной последовательности и обусловлено скоростью их проникновения в дрожжевую клетку [10, 41, 51, 57, 58, 70, 76]. Быстрее всех сбраживаются глюкоза и фруктоза. Сахароза предварительно гидролизуется р-фруктофуранозидазой до глюкозы и фруктозы, которые быстро потребляются дрожжами в начале брожения. После исчезновения в сусле моносахаров дрожжи начинают потреблять мальтозу, предварительно гидролизуя ее а-глкжозидазой до глюкозы, а затем - мальтотриозу.

Для синтеза компонентов, обеспечивающих рост и размножение, дрожжам необходимы источники ассимилируемого азота [10, 41, 51, 70, 73]. Дрожжи могут усваивать как органический, так и неорганический азот. Из неорганических форм азота дрожжи усваивают только аммиачный азот в виде солей фосфорнокислого и сернокислого аммония, а также аммиачные соли уксусной, яблочной, молочной, янтарной и других кислот. Используя неорганический азот дрожжи способны синтезировать все аминокислоты. Из органических форм азота дрожжи потребляют только низкомолекулярные формы - аминокислоты, пептиды, пуриновые и пирими-диновые основания.

При интенсивном размножении клеток аминокислоты, пептиды, а также пурины и пиримидины могут оказаться лимитирующими факторами. Содержание в сусле недостаточного количества аминного азота (менее чем 200 мг/дм в 10 %-ом сусле), ослабляет бродильную активность дрожжей и снижает их флокуляционную способность. Вследствие этого происходит замедление брожения и дображивания и ухудшается осветление пива [41,55,72, 74].

При понижении содержания аминокислот в сусле они потребляются медленнее, чем обычно, и в этом случае большие количества их синтези-

руются самой клеткой. Это приводит к появлению в пиве дополнительных количеств высших спиртов, диацетила и ряда других веществ, отрицательно влияющих на его вкус [14, 32, 41, 51, 89, 113, 120]. Скорость брожения при этом снижается. Пониженное содержание а-аминокислот в сусле в ряде случаев может привести даже к дегенерации дрожжей, а следовательно, и к ослаблению брожения.

Жизнедеятельность дрожжей в значительной мере определяется минеральным составом сусла, который зависит, с одной стороны, от состава воды, а с другой - от состава затираемого солода [41,51, 116, 123-128, 143, 144, 146].

Для своего роста дрожжи нуждаются в довольно большом количестве неорганического фосфата, и его недостаток приводит в отдельных случаях к дегенерации дрожжей. В сусле содержится 450-900 мг/дм Р2О5, из которых от 1/3 до 1/5 составляют органические фосфата.

Неорганический сульфат, необходимый для образования протоплазмы дрожжей, обычно присутствует в сусле в достаточном количестве.

Из микроэлементов для пивных дрожжей особенно важны [41, 95, 116, 143, 144, 146]:

К - активирует многочисленные ферменты дрожжевой клетки, стимулирует сбраживание мальтозы и мальтотриозы. Тесно связан с размножением дрожжей и скоростью брожения;

Са - стимулирует размножение и флокуляцию клеток, замедляет дегенерацию дрожжей;

- активирует многочисленные ферменты, стимулирует сбраживание мальтозы и мальтотриозы;

Си - необходим для синтеза ряда ферментов дыхания. Усиливает бродильную активность дрожжей. В небольших количествах стимулирует почкование клеток, однако при высоких концентрациях медь токсична для дрожжей;

Бе - необходим для синтеза ряда ферментов дыхания. В небольшом количестве (до 0,2 мг/дм3) стимулирует почкование клеток, в большом количестве токсичен для дрожжей;

Мп - активирует многочисленные ферменты дрожжевой клетки - де-карбоксилазы, дегидрогиназы, киназы, оксидазы, пероксидазы и пептида-зы, тем самым усиливая бродильную активность дрожжей;

Ъл - активирует многочисленные ферменты дрожжевой клетки, тем самым усиливая бродильную активность дрожжей. Стимулирует размножение клеток, способствует лучшему оседанию дрожжей;

Со - усиливает бродильную активность дрожжей. Стимулирует использование дрожжами белка. Замедляет рост дрожжей.

В Прикаспийском институте биологических ресурсов ДНЦ РАН проводились исследования по изучению влияния кремния на углеводный и азотный обмен дрожжей рода 8ассЬаготусез, который является одним из центральных путей метаболизма. В результате этих исследований было установлено, что введение в питательную среду природного диоксида кремния способствует более полному усвоению дрожжами углеводов и азотистых веществ, в том числе и аминокислот [1-3].

В ГУП «Экспериментальный завод напитков в Хамовниках» учеными было зафиксировано, что обогащение сусла производными селеноци-стеина оказывает положительное влияние на физиологическое состояние клеток, выразившееся в увеличении продуктивности дрожжей [123].

Однако позже было установлено, что усвоение селеноорганических веществ оказывает негативное влияние на организм человека. Поэтому в настоящее время широко применяют неорганические соединения селена (селениты, селенаты), которые все же имеют существенные недостатки, что ограничивает их применение в продуктах питания, особенно напитках [126, 127].

Некоторые микроэлементы (Во, I, 1л) угнетают бродильную активность дрожжей. Точное количество микроэлементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности дрожжей при брожении пивного сусла, в настоящее время неизвестно вследствие их значительного антагонистического взаимодействия [41, 128].

Очень важным для дрожжей компонентом пивного сусла являются витамины [10, 41, 51, 55, 62, 68, 73, 128], незначительная концентрация которых необходима для жизнедеятельности дрожжей и осуществления ими их основной технологической функции, а именно проведения брожения и дображивания.

Потребность различных рас пивных дрожжей в витаминах различна. Дрожжи низового брожения, как правило, нуждаются в биотине, пантоте-новой кислоте и инозите, а дрожжи верхового брожения еще в тиамине и пиридоксине. Однако, и многие штаммы дрожжей низового брожения не растут в отсутствии пиридоксина.

Пивное сусло, полученное из чистого солода, содержит достаточное для поддержания роста дрожжей и брожения количества витаминов - тиамина, пиридоксина, пантотеновой кислоты, биотина, перешедших из со�