автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Формирование качества и товароведная характеристика пива и пивных напитков с использованием экструдированного ячменя

На правах рукописи

• -,7

ВОРОНИНА ПОЛИНА КОНСТАНТИНОВНА

ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА И ТОВАРОВЕДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПИВА И ПИВНЫХ НАПИТКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРУДИРОВАННОГО ЯЧМЕНЯ

05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов ' и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 р при т

005562353

Кемерово — 2015

005562353

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный технологический университет» Министерства образования и науки Российской Федерации

Научный доктор технических наук, профессор

руководитель: Курочкин Анатолий Алексеевич

Официальные Елисеев Михаил Николаевич, оппоненты: доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова», профессор кафедры «Товароведение и товарная экспертиза»

Школьникова Марина Николаевна,

доктор технических наук, доцент,

Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», профессор кафедры «Общая химия и экспертиза товаров»

Ведущая Федеральное государственное бюджетное образовательное

организация: учреждение высшего профессионального образования

«Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Тамбовская область

Защита диссертации состоится 16 октября 2015 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» по адресу: 650056, Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8 (384-2) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» (www.kemtipp.ru).

С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru) и ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» (www.kemtipp.ru). ..

Автореферат разослан « у 7 » ¿//¡^ 2015 г.

Ученый секретарь Попова

диссертационного совета Дина Геннадьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 зкструзионной технологии и техники, а также широкого практического использования продуктов экструзии в технологиях создания сбалансированных пищевых продуктов шггания повышенной пищевой и биологической ценности, внесли отечественные и зарубежные ученые: Абрамов О.В., Жушман А.И., Карпов В.Г., Краус C.B., Крылова В.Б., Магомедов Г.О., Малкина В.Д., Остриков А.Н., Юрьев В.П., Altan A., Briggs D.E., Harper J. M. 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 экструдированного 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 па производство пива с экструда-том ячмепя;

— 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 осахарнвания, 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 назначетшя на основе экструдированного растительного сырья, полученного по повой 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 МаШсас! и 81айсПса 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 молодежпого научно-инновациошюго 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 техшяеекий 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, раскрыта научная новизна, определена теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе приведен анализ отечественных и зарубежных источников научно-технической литературы, в котором рассмотрена роль зернового и нетрадиционного сырья в формировании качества пива, аргументирована роль температурной обработки несоложеного зерна в формировании качества пивного сусла и пива, показана роль метаболизма дрожжей, как фактора, формирующего органо-лептические и физико-химические свойства пива. Представлены данные, подтверждающие перспективность применения зерновых экструдатов при производстве пива.

Вторая глава посвящена постановке эксперимента, описанию объектов и методов диссертационного исследования. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет». Исследования, связанные с определением показателей безопасности, выполнены в Региональном центре государственного экологического контроля и мониторинга по Пензенской области ФБУ «ГосНИИЭНП». Ряд анализов по определению белка, белковых фракций и аминокислотного состава зернового сырья проведен в аккредитованной испытательной лаборатории по агрохимическому обслуживанию сельскохозяйственного производства при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия». Производственные исследования проведены в условиях ЗАО «Каменский пивзавод» (Пензенская обл.) и мини-пивоварни ООО «Ван Мюллер» (г. Пенза).

Объектами исследований являлись солод пивоваренный ячменный светлый (ГОСТ 29294-92), ячмень (ГОСТ 5060-86), экструдированный ячмень, полученный по специальной технологии (патент РФ № 2460315), пивное сусло, сухие пивные дрожжи Saflager расы W-34/70 (Fermentis, Франция), молодое пиво, готовое пиво. С целью повышения биологической стойкости пива использовали природные глау-конитовые пески Пензенского месторождения.

В работе использовали общепринятые органолептические, физико-химические и микробиологические методы анализа. Микроструктурные исследования зернового сырья проводили с помощью метода люминесцентной микроскопии с использованием микроскопа Микромед 3 ЛЮМ. Результаты исследований обрабатывали методами математической статистики. В экспериментальной части приведены средние значения показателей.

Третья глава посвящена обоснованию целесообразности применения экс-трудированного ячменя в технологии пива и пивных напитков. Научной основой предлагаемого подхода к применению экструдировапного ячменя в технологии пива и пивных напитков являются установленные российскими и зарубежными ис-

следователями достоверные факты существенного разрушения структуры биополимеров под действием экструзионной обработки.

Исследованы органолептические показатели, углеводный и белковый комплекс, а также жирнокислотный состав липидов экструдированного ячменя, его технологические и микроструктурные свойства.

Установлено, что экструдированный ячмень характеризовался ароматным хлебным запахом и сладковатым хлебным вкусом, хорошей сыпучестью.

В таблице 1 приведена сравнительная оценка показателей качества нативно-го, экструдированного ячменя и солода.

Таблица 1 — Показатели качества нативного, экструдированного ячменя и солода

Показатель Нативный ячмень Экструдат ячменя Солод

Массовая доля влаги, % 14,5 8,8 5,7

Массовая доля крахмала, % СВ 60,8 53,0 60,2

Массовая доля декстринов, % СВ 0,12 8,2 -

Массовая доля редуцирующих Сахаров, %СВ 1,2 2,6 4,2

Массовая доля экстракта, % СВ 75,5 78,6 78,5

Массовая доля протеина, % СВ 12,0 11,5 11,4

Массовая доля липидов, % СВ 2,6 2,5 -

Объемная масса, кг/м3 610 290 560

Экструдированный ячмень характеризуется низкой влажностью. Отмечено снижение содержания крахмала в экструдированном ячмене на 7,8 % в сравнении с нативным ячменем и на 7,2 % в сравнении с солодом. Термомеханическая деструкция крахмала сопровождается значительным повышением уровня декстринов с 0,12 % в нативном ячмене до 8,2 % в экструдированном.

Увеличение степени декстринизации крахмалсодержащего зернового сырья сопровождается увеличением редуцирующих Сахаров. Полученные результаты подтверждают, что содержание указанных веществ в экструдате более чем в два раза выше по сравнению с исходным необработанным ячменем. В связи с деструкцией крахмала, облегчается выход экстрактивных веществ из экструдированного сырья. Содержание экстракта в экструдате ячменя на 3,1 % выше, чем в нативном ячмене.

Установлено, что содержания протеина в экструдате ячменя на 1,0 % ниже, чем в исходном ячмене, что связано, по всей вероятности, с денатурацией белка.

Общее содержание липидов экструдированного и нативного ячменя практически не отличалось.

Показано, что объемная масса не измельченного экструдированного ячменя в 2,1 раза шоке объемной массы нативного ячменя, и в 1,9 раза ниже, чем объемная масса солода, что свидетельствует о деструкции эндосперма ячменя.

Установлено увеличение в сравнении с нативным ячменем содержания водорастворимых (на 3,0 %) и солерастворимых (на 4,0 %) белков, обусловленное, вероятно, воздействием высокой температуры и механических усилий на процесс гидролитического распада гордеина и глютелина.

Количественный и качественный состав аминокислот, как основного источника азотного питания дрожжей, в значительной степени определяет интенсивность метаболизма дрожжевой клетки.

Количественный анализ аминокислотного состава экструдированного и нативного ячменя свидетельствует о практически одинаковой сумме аминокислот.

Установлено изменение качественного состава аминокислот. В экструдированном ячмене повысилось на 69,6 % содержание глицина, участвующего в реакциях образования ароматических и красящих веществ, увеличилось содержание лизина на 55,6 %, и метионина на 48,9 %, активно потребляемых дрожжами. Кроме того, отмечена повышенная концентрация аспарагиновой кислоты (на 21,2 %) и серина (на 6 %) в экструдате ячменя, что, по мнению исследователей, характеризует его как высококачественное несоложеное сырье для пивоварения.

Вместе с этим, в экструдированном зерне ячменя снизилось на 55,9 % содержание триптофана, уменьшилось на 32,5 % содержание аланина, участвующих в реакциях образования высших спиртов и ацетальдегида.

Уровень содержания пролгена и глутаминовой кислоты, способствующих образованию помутнения в пиве, снизился на 24,9 и 3,7 %, соответственно.

Значение липидов в пивоварении определяется их влиянием на интенсивность метаболизма дрожжей при брожении, пеностойкость готового напитка и его вкусовую стабильность. Особенно велика роль полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК). Они необходимы в качестве важных компонентов стенок дрожжевых клеток, для роста и развития микроорганизмов. Кроме этого, ненасыщенные жирные кислоты способствуют повышению резистентности дрожжевых клеток к воздействию этилового спирта, образующегося в процессе сбраживания пивного сусла. Установлено, что сумма ПНЖК в экструдированном ячмене повысилась на 5,84 %.

Результаты микроструктурных исследований подтвердили наличие деструктивных изменений, происходящих в зерне ячменя под воздействием экструзионной обработки. Показано, что в муке из нативного ячменя основными элементами являются неразрушенные зерна крахмала и механически разрушенные клеточные структуры (рисунок 1). В муке из экструдированного ячменя установлено присутствие крупных структурных образований - белково-углеводных комплексов, а также незначительное количество неразрушенных и частично разрушенных зерен крахмала (рисунок 2).

Рисунок 1 - Микроструктура муки нативного ячменя, *800

Рисунок 2 — Микроструктура экструдированного ячменя, *800

Полученные результаты демонстрируют результат глубоких микроструктурных изменений, обусловленных термомеханической обработкой крахмалсодержа-щего сырья..

На основании анализа результатов исследований сделан вывод о целесооб-

разности применения экструдированного ячменя в технологии пива.

Четвертая глава посвящена разработке технологии пива и пивных напитков с использованием экструдированного ячменя и исследованию формирования их качества в процессе брожения.

На начальном этапе исследований были обоснованы режим затирания и рациональная доля экструдированного ячменя к массе зернопродуктов при получении пивного сусла настойным способом.

Формирование потребительских свойств пива на этапе затирания осуществляется путем изменения температурного режима, являющегося мощнейшим фактором регулирования ферментативных процессов. Характеристикой температурного режима, в первую очередь, является начальная температура затирания.

Приготовление пивного сусла осуществляли в лабораторных условиях с заменой части солода на экструдированный ячмень в количестве 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 45 % при начальной температуре затирания 40, 50 и 60°С. В качестве контроля использовали сусло с массовой долей сухих веществ 11 %, приготовленное из 85 % ячменного светлого пивоваренного солода и 15 % несоложеного нативного ячменя.

Полученные экспериментальные данные были использованы для получения математических моделей, в которых критериями для оценки эффективности влияния дозировки экструдата ячменя (а) и начальной температуры затирания (г) являлись выход экстракта (ВЭ) и продолжительность осахаривания крахмала пивного сусла (ПО). Эксперимент реализован с помощью двухфакторного композиционного ротатабельного плана. На основании математической обработки экспериментальных данных с использованием пакета программ МаШсас! и БШкЛса 10 получены регрессионные уравнения, описывающие зависимость выхода экстракта пивного сусла (1) и продолжительность осахаривания крахмала зернопродуктов (2) от исследуемых факторов и построены поверхности отклика (рисунок 3).

ВЭ = 67,6040+0,1392а-0,0016а2+0,1794г-0,0016^—0,0015а-Г (1) ЯО = 80,3240 -1,0011 а+0,0131 а2—2,213 8Н-0,0231 ^+0,0075а-г (2)

Рисунок 3 - Зависимость выхода экстракта (ВЭ, %) и продолжительности осахаривания (ПО) от доли экструдированного ячменя к массе зернопродуктов (а, %) и начальной температуры затирания зернопродуктов (1,°С)

Анализ полученных аналитических и графических зависимостей позволил сделать вывод, что рациональная зона дозировки экструдированного ячменя нахо-

дится в пределах от 15 до 30 % к массе зернопродуктов, при этом достигается выход экстракта выше 73,0 %, и продолжительность осахаривания менее 20 минут.

Учитывая теоретические основы процесса приготовления сусла и полученные результаты математической обработки, следует считать эффективной начальную температуру затирания 40°С.

С целью изучения влияния экструдированного ячменя на формирование качества исследовали физико-химические показатели сусла, приготовленного по режиму затирания, приведенному на рисунке 4.

.....

ж

/

_

Рисунок 4 - Режим затирания солода и экструдированного ячменя Физико-:гамические показатели охмеленного пивного сусла приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические и технологические показатели ___пивного сусла_

Показатель Доля экструдированного ячменя к массе зернопродуктов, %

0 (контроль) 15 20 25 30

Продолжительность осахаривания, мин 22 21 18 19 20

рН 5,65 5,60 5,55 5,53 5,50

Титруемая кислотность, к.ед. 1,58 1,65 1,71 1,78 1,80

Аминный азот, мг/100 см3 28,50 30,65 31,50 31,90 31,60

Массовая доля редуцирующих веществ, г/100 см3 сусла 8,70 8,85 9,00 9,20 8,80

Цвет, ц. ед. 0,48 0,52. 0,53 0,55 0,58

Вязкость, МПа с 1,90 1,90 1,93 1,94 1,95

Выход экстракта, % 71,45 73,00 73,40 73,45 73,25

Внесение 15 % экструдированного ячменя привело к незначительной интенсификации процесса осахаривания крахмала - на 4,6 %. Заметно интенсивнее этот процесс протекал при внесении 20, 25 и 30 % экструдата ячменя, что обусловило сокращение продолжительности осахаривания на 18,2, 13,6 % и 9 %, соответственно.

Фактором, оказывающим влияние на выход экстракта и его состав, является и рН затора. Для активного протекания ферментативных процессов при затирании оптимальной является величина рН 5,3-5,6. Установлено, что в опытных образцах пивного сусла созданы во: гее эффективные условия для действия ферментов солода, чем в контрольном образце. Кислотность пивного сусла повысилась при увеличении доли экструдированного ячменя к массе зернопродуктов, что, вероятно, обу-

словлено расщеплешгем белковых веществ и увеличением содержания аминокислот.

В производстве пива большое значение имеет аминный азот, хорошо ассимилируемый дрожжами при сбраживании пивного сусла. Установлено, что применение 15, 20, 25 и 30 % экструдированного ячменя, приводит к повышению содержания аминного азота на 7,5, 10,5, 11,9 и 10,7 %, соответственно, в сравнении с контрольным образцом.

Важным критерием качества сусла является содержание редуцирующих Сахаров, оказывающих определяющее влияние на накопление этилового спирта при брожении. По отношению к контролю, их содержание в опытных образцах пивного сусла с применением 20 и 25 % экструдированпого ячменя увеличилось на 3,4 и 5,7 %, соответственно. Повышенное количество редуцирующих веществ обусловлено, вероятно, предварительной желатинизацией и декстринизацией крахмала в процессе экструзионной обработки ячменя.

Опытные образцы пивного сусла характеризовались повышенной степенью окраски, что, очевидно, объясняется, более интенсивным цветом экструдированного зерна в сравнении с нативным ячменем. Применение экструдированного ячменя приводит к незначительному увеличению вязкости пивного сусла.

В опытных образцах пивного сусла с применением различного количества экструдированного ячменя, как и ожидалось, повышается выход экстракта на величину от 2,17 до 2,80%.

Таким образом, анализ показателей качества пивного сусла позволил установить, что лучшими технологическими и физико-химическими показателями качества характеризуется сусло, приготовленное с применением экструдированного ячменя в количестве 20 и 25 % к массе затираемых зернопродуктов.

На следующем этапе изучено формирование показателей качества пива в процессе брожения пивного сусла с применением оптимальных дозировок экструдированного ячменя.

Сбраживание пивного сусла проводили с помощью дрожжей расы XV 34/70 при температуре 7-8°С. Дрожжи вносили в пивное сусло из расчета 20x10 /см .

Известно, что качественный и количественный состав образующихся в результате брожения веществ в значительной степени обусловлен физиологическим состоянием дрожжей. Технологическая характеристика дрожжей при сбраживании пивного сусла приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Технологическая характеристика пивных дрожжей

Показатель Доля экструдированного ячменя к массе зернопродуктов, %

0 (контроль) 20 25

Продолжительность сбраживания 1% экстракта, ч 19,0 16,0 16,0

Удельная скорость роста, ч" 0,017 0,022 0,025

Время генерации, ч 42,0 30,0 28,0

Точка флокуляции (степень сброженности пивпого сусла), % 28,0 32,0 34,0

Установлено, что скорость сбраживания экстракта в опытных образцах пивного сусла на 19 % выше, чем в контрольном образце. Применение экструдированного ячменя в количестве 20 и 25 % способствует повышению удельной скорости роста дрожжей в 1,29 и 1,47 раза в сравнении с контролем, сокращению времени генерации дрожжевых клеток в 1,4-1,5 раза и повышению степени сбраживаш«

экстракта сусла, при которой начинается снижение концентрации суспендированных дрожжей в среде.

Результаты физико-химических показателей молодого пива, полученного с использованием экструдированного ячменя, приведенные в таблице 4, показывают, что объемная доля спирта в опытных образцах в 1,04-1,08 раза выше контрольного.

Таблица 4 — Физико-химические показатели молодого пива

Показатель Доля экструдированного ячменя к массе зернопродуктов, %

0 (контроль) 20 25

Объемная доля этилового спирта, % 3,70 3,85 4,00

Видимый экстракт, % 3,90 3,60 3,40

Цвет, ц.ед 0,45 0,48 0,51

Кислотность, к.ед. 1,85 1,85 1,88

Сумма высших спиртов, мг/дм3 64,0 65,0 66,0

Содержание диацетила, мг/ дм3 1,30 1,00 0,90

Содержание ацетоина, мг/дм3 2,80 2,30 2,20

Видимый экстракт опытных образцов на 8,3 и 14,7 % ниже аналогичного показателя контрольного образца, что свидетельствует о более полном сбраживании экстракта пивного сусла в процессе главного брожения.

Цветность опытных образцов молодого пива на 6,7-13,3 % выше, чем в контрольном образце.

Установлено незначительное увеличение кислотности опытных образцов в сравнении с контрольным.

Результаты исследований показали, что сумма высших спиртов в опытных образцах молодого пива незначительно выше аналогичного показателя в контрольном образце, что обусловлено, очевидно, интенсивным образованием биомассы на первых стадиях развития дрожжей. Содержание диацетила, обладающего специфическим запахом, и участвующего в формировании аромата и вкуса пива, в опытном образце находится, как и содержание ацетоина, на более низком уровне, чем в контрольном образце.

С целью улучшения потребительских свойств пива и повышения его стабильности при хранении проведены исследования возможности применения природных сорбентов Лунинского месторождения Пензенской области. Обработку пива проводили в динамических и в статических условиях с помощью глауконитово-го песка. Установлены сорбционные способности глауконитового песка по отношению к микроорганизмам пива, что позволяет сделать вывод о целесообразности внедрения его в производство в качестве природного фильтра для получения пива с повышенной биологической стойкостью и сохранением качественных показателей пива.

В пятой главе приведены результаты товароведной характеристики пива и пивного напитка с использованием экструдированного ячменя. Опытные образцы пива и пивного напитка по содержанию токсичных элементов и по микробиологическим показателям соответствуют требованиям нормативных документов.

Суммарная оценка опытных образцов пива составила более 22 баллов, что позволило присвоить этим образцам оценку «отлично».

Основные физико-химические показатели контрольного и опытного образцов пива приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Физико-химические показатели пива

Показатели Доля экструдировашюго ячменя к массе зерпопродуктов, %

0(контроль) 20 25

Экстрактивность начального пивного сусла, % 11,0 11,0 11,0

Видимый экстракт пива, % 3,4 3,2 2,9

Объемная доля этилового спирта, % 4,0 4,1 4,3

Кислотность, к.ед. 1,73 1,80 1,86

Цветность, ц.ед. 0,44 0,50 0,50

Сумма высших спиртов, мг/дм3 67,0 70.0 72,0

Содержание диацетила, мг/ дм3 0,13 0,11 0,09

Содержание ацетоина, мг/дм3 1,6 1,3 1,2

Высота пены, мм 40 50 60

Пеностойкость, мин 4,7 5,0 6,0

Установлено, что уровень несброжешюго экстракта в опытных образцах напитков на 6,2 и 17,2 % ниже, чем в контрольном, 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, и соответствует требованиям ГОСТ Р 51174-2009. К факторам, определяющим вкус и аромат пива, относят побочные продукты спиртового брожения. 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. Показатели находятся в пределах нормы. Полученные данные свидетельствуют, что в опытных образцах напитков содержать диацетила и ацетоина, отрицательно влияющих на вкус и аромат напитка, меньше, чем в контрольном образце.

Установлено, что пенообразование в образцах напитков с применением экструдированного ячменя было заметно выше. Выше была и стойкость пены по времени.

Шестая глава посвящена разработке технической документации. С целью возможности выпуска пива в промышленных условиях по предлагаемой технологии разработаны и зарегистрированы в установленном порядке технические условия ТУ 9184-001-11984318-13 «Пиво светлое с экструдатом ячменя», № 004945 от 13.11.2013 г.

На завершающем этапе диссертациошгой работы для подтверждения полученных результатов лабораторных исследований проведен производственный эксперимент. Опытные партии пива и пивного напитка с применением экструдированного ячменя были выработаны в условиях ЗАО «Каменский пивзавод» (Пензенская область) и мини-пивоварни ООО «Ван Мюллер» (г. Пенза).

Готовое пиво опытного образца соответствовало всем требованиям ГОСТ Р 51174-2009 по органолептическим и физико-химическим показателям, а качество

пивного напитка — ГОСТ Р 55292-2012. Производственные испытания разработанной технологии пива и пивных напитков с применением экструдированного ячменя подтвердили возможность и необходимость сокращения процесса главного брожения пивного сусла на 36-48 часов. При этом опытные образцы пива содержали больше этилового спирта, имели повышенную степень сбраживания, оригинальный вкус и аромат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность и целесообразность использования в качестве несоложеного сырья экструдированного ячменя, полученного по специальной технологии. Экструдированный ячмень характеризуется повышенным содержанием декстринов, водорастворимых углеводов, пониженным содержанием белка. Отмечено повышенное содержание аминокислот, обусловливающих улучшение вкуса и аромата пива. Микроструктурные исследования свидетельствуют о значительной деструкции крахмальных зерен и белковых молекул экструдированного ячменя.

2. Разработан режим затирания и получены регрессионные уравнения, описывающие зависимость выхода экстракта пивного сусла и продолжительности оса-харивания крахмала зернопродуктов от доли экструдированного ячменя и начальной температуры затирания. Обоснована начальная температура затирания 40 °С и рациональная доля экструдированного ячменя в количестве 15-30 % к массе затираемых зернопродуктов, способствующая созданию эффективной рН среды для протекания ферментативных процессов гидролиза биополимеров зернового сырья (5,53-5,60), сокращению продолжительности осахаривания на 5,0-18,2 %, повышению содержания аминного азота на 7,5-11,9 %, редуцирующих веществ на 1,1-5,7 %, увеличению выхода экстракта на 2,17-2,80 %. При этом лучшими технологическими и физико-химическими показателями качества характеризовалось пивное сусло с внесением 20 и 25 % экструдированного ячменя.

3. Исследованы основные технологические характеристики дрожжей при сбраживании пивного сусла с применением 20 и 25 % экструдированного ячменя и состав побочных продуктов брожения, формирующих качество пива и пивных напитков. Установлена интенсификация скорости сбраживания экстракта опытных образцов пивного сусла (в 1,2 раза), удельной скорости роста дрожжей (в 1,29-1,47 раза), сокращение времени генерации дрожжей (в 1,4-1,5 раза) в сравнении с контрольным образцом. Объемная доля спирта в молодом пиве опытных образцов в 1,04-1,08 раза выше контрольного. Видимый экстракт молодого пива опытного образца на 8,3-14,7% ниже, чем в контрольном, что свидетельствует о более полном сбраживании экстракта пивного сусла в процессе главного брожения.

4. Обоснована эффективность применения глауконитового песка Пензенского месторождения, обусловливающего повышение биологической стабильности пива. В динамических условиях снижение содержания микроорганизмов обеспечивается фильтрацией пива через глауконитовый песок со скоростью 5 см3/мин. В статических условиях установлена эффективность обработки при содержании глауконитового песка в количестве 50-100 г на дм3 пива.

5. Проведена товароведная характеристика пива и пивного напитка с использованием экструдированного ячменя. Подтверждена возможность получения пива и пивных напитков с применением экструдированного ячменя, характеризующихся показателями безопасности, органолегггическими и физико-

химическими свойствами, соответствующими требованиям нормативных документов. Разработанная технология пива защищена патентом РФ (№ 24129861 «Способ производства пива»)

6. Разработана и зарегистрирована в государственном реестре техническая документация на производство пива с использованием экструдата ячменя ТУ 9184-001-11984318-13, №004945 от 13.11.2013 г.

7. Опытно-промышленная апробация подтвердила возможность производства пива и пивных напитков с применением экструдированного ячменя.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи, опубликовапные в рецензируемых журналах, рекомендовапных ВАК

1. Курочкин, A.A. Регулирование функционально-технологических свойств экстру-датов растительного сырья/А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова, П.К. Воронина// Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. -№ 4. — С.86-91.

2. Воронина, П.К. Формирование качества пива в процессе сбраживания пивного сусла с использованием экструдата ячменя/П.К. Воронина, A.A. Курочкин// Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. — 2012. — № 4. — С. 100-103.

3. Курочкин, A.A. Регулирование структуры экструдатов крахмалсодержащего зернового сырья/ A.A. Курочкин, Г.В. Шабурова, Д.И. Фролов, П.К. Воронина //Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 4. — С. 94-99.

4. Воронина, П. К. Разработка технологии п товароведная характеристика пива с экструдатом ячменя/П.К. Воронина// Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. — № 4. - С. 108-113.

5. Шабурова, Г. В. Повышение технологического потенциала несоложеных зерно-продуктов/Г.В. Шабурова, A.A. Курочкин, П.К. Воронина //Техника и технология пищевых производств.-2014.-№ 1.-С. 90-96.

6. Курочкин, А. А. Моделирование процесса получения экструдатов па основе нового технологического решения/А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова, Д. И. Фролов, П. К. Во-ронина//Нива Поволжья. - 2014. - № 1. - С. 70-75.

7. Шабурова, Г.В. Перспективы использования экструдированной гречихи в пивоварении и хлебопечении/Г.В. Шабурова, П.К. Воронина, А.А.Курочкин, Д.И. Фролов// Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. — 2014. — № 4. - С. 79-83.

8. Вороннна, П.К. Практические перспективы термопластической экструзии в технологии напитков/П.К. Воронина// XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2014. -Лй 06 (22). - С. 85- 88.

9. Воронина, П.К. Микроструктурные исследования экструдата ячменя/П.К. Воронина// XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2014. — № 06 (22). - С. 100-102.

Патенты

10. Патент 2412986 Российская Федерация МПК7 С12С 12/00. Способ производства пива / Г.В. Шабурова, Е.В. Тюрина, A.A. Курочкин, П.К. Воронина, А.Б. Терептьев. -№ 2008149378/10; заявл. 15.12.2008; опубл. 27.02.2011, Бюл. № 6. - 3 с.

11. Патент 2460315 Российская Федерация МПК A23L1/00. Способ производства экструдатов / Г.В. Шабурова, A.A. Курочкин, П.К. Воронина, Г.В. Авроров, П.А. Ерушов. - № 2011107960; заявл. 01.03.2011; опубл. 10.09.2011, Бюл. № 25. - 6 с.

Статьи к материалы конференций

12. Воронина, П.К. Применение глауконитов в производстве пива /П.К. Воронина // Сборник конкурсных работ Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика-2008», г. Новочеркасск, 17-23 ноября 2008. - С. 288-290.

13. Курочкин, A.A. Эффективная трансформация белков экструдкрованного ячменя / A.A. Курочкин, Г.В. Шабурова, В.П. Чистяков, П.К. Воронина // Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы: сб. статей II Международной научно-практической конференция. - Пенза, 2008. - С. 60-62.

14. Воронина, П.К. Экструзионное зерновое сырье как фактор формирования качества пива / П.К Воронина, Г.В. Шабурова// Сборник статей III Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование техники и технологии пищевых производств». - Пенза, 2009. - С. 3-7.

15. Воронина, П.К. Трансформация углеводного комплекса экструдированного ячменя /П.К. Воронина, Г.В. Шабурова, A.A. Курочкин, Е.В. Тюрина // Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания: сб. материалов Ш Всероссийской паучно-практ. конф. — Челябинск, том 1. — 2010. — С. 46-48.

16. Воронина, П.К. Регулирование пористости экструдата крахмалсодержащего сырья/П.К. Воронина// Пищевые продукты и здоровье человека: материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Кемерово, 2010. - С. 115116.

17. Воронина, П.К. Инновационные технологии в пивоварении /П.К. Воронина // Инновационные технологии в пищевой промышленности и агропромышленном комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Пенза, 2011. - С. 38-42.

18. Воронина, П.К. Зерновые экструдаты в пищевой промышленности/П.К. Воронина// Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции. Том П.- Пенза, 2011. - С. 41-42.

19. Воронина, П.К. Инновационная технология производства пива с использованием экструдата ячменя/П.К. Воронина, Н.Д. Рыжова// Вопросы питания: теория и практика: труды VII межвуз. научно-практической конференции. — Нижний Новгород, 2012. — С. 280-283.

20. Воронина, П.К. Разработка технологии специального пива с использованием экструдата ячменя / П.К. Воронина, A.A. Курочкин, Г.В. Шабурова // Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы: сб. статей VI Международной научно-практической конференции. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2012.-С. 32-34.

21. Воронина, П.К. Экструдат ячменя в производстве пива/П.К. Воронина// Пищевые продукты и здоровье человека: материалы V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — Кемерово, 2012. — С. 116-117.

22. Курочкин, A.A. Нетрадиционное сырье в производстве пива/А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова, П.К. Воронипа// Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы: сб. статей VII Международной научно-практической конференции. — Пенза: Приволжский дом знаний, 2013. - С. 25-28.

Подписно к печати 31.09.2015. Формат 60x84/16. Объем 1,5 п.л. Тираж 80 экз. Заказ №936. Отпечатано на ризографе. Отпечатано в типографии ООО ПК «Радуга» 650004, г. Кемерово, ул. Соборная, 6.