автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Интенсификация брожения в пивоварении с использованием препарата Spirulina platensis

На правах рукописи

БИДИХОВА Марина Эльбрусовна

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БРОЖЕНИЯ В ПИВОВАРЕНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕПАРАТА «БРтиЬША РЬАТЕГОК»

Специальность 05.18.07 Биотехнология пищевых продуктов (пивобезалкогольная, спиртовая и винодельческая промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена на кафедре "Процессы ферментации и промышленного биокатализа" Московского государственного университета пищевых производств.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гернет Марина Васильевна. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Панасюк Александр Львович, кандидат технических наук Индисова Галина Евгеньевна.

Ведущая организация:

ВНИИ Пищевой биотехнологии

Защита состоится^^^А^^ЗООЗ г. в

ч на заседании

Диссертационного Совета Д212.148.04 Московского государственного университета пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское ш., 11, ауд. У1/3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ 1111.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан

2003 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета, к.т.н., доцент

i

Е.В. Крюкова

2ооз-Д

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Пивоваренная индустрия - сложная и важная отрасль в пищевом производстве многих стран мира, в последнее время динамично развивающаяся и в России.

Важнейшими направлениями развития пивоваренной промышленности являются: повышение качества продукции, расширение ассортимента, интенсификация технологических процессов.

Известно, что пиво является продуктом биохимической деятельности дрожжей. Важными факторами, определяющими бродильную способность дрожжей, является их физиологическая активность и способность адаптироваться к условиям жизнедеятельности в процессе брожения. Эти условия определяют бродильную активность, углеводный и азотистый обмен, образование ферментов.

Однако, в процессе жизнедеятельности дрожжей возникают так называемые «стрессовые факторы», негативно влияющие на физиологическое состояние дрожжевых клеток, такие, как осмотический, этанольный, окислительный, температурный и другие стрессы, а также увеличение циклов генерации дрожжей.

Потеря активности ферментов и белковых соединений происходит в результате недостатка в питательной среде «факторов роста» - аминокислот, витаминов и некоторых микроэлементов.

В связи с вышеизложенным, актуальным в пивоварении является разработка и применение различных биодобавок, позволяющих улучшить физиологическое состояние дрожжей, их- бродильные свойства, и, соответственно, интенсифицировать процесс брожения.

Особый интерес в качестве катализатора физиологических процессов у дрожжей - сахаромицетов представляет препарат сине-зеленой водоросли БркиИпа рЫегш» (Спирулина

включает все незаменимые аминокислоты, пигменты, богатый набор витаминов и минералов.

В работе рассматривалась возможность использования препарата БркиПпа р1а1еп518 в качестве дополнительного источника биологически-активных веществ, что позволит увеличить ферментативную активность дрожжей и ускорить процесс брожения при получении готового пива. -

Цели и задачи исследования

Целью диссертационной работы являлась разработка способа интенсификации брожения с использованием в качестве активатора препарата на основе сине-зеленой водоросли "Спирулина платенсис". В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- исследовать возможность получения чистой культуры дрожжей с применением препарата Спирулина платенсис;

разработать способ применения микроводоросли Спирулина платенсис на стадии брожения в пивоварении (определить наиболее оптимальную дозировку и форму внесения препарата);

- исследовать влияние использования препарата микроводоросли на физико-химические показатели молодого и готового пива;

- оценить влияние препарата Спирулина платенсис на технологические свойства дрожжей различных генераций;

- провести лабораторную и опытно-промышленную апробацию результатов.

- разработать рекомендации по активации чистой культуры дрожжей с использованием препарата Спирулина платенсис.

Научная новизна исследований

На основании анализа литературных данных, касающихся метаболизма дрожжей и их потребности в различных аминокислотах, из имеющихся биологически-активных веществ и источников аминокислот был выбран препарат Спирулина платенсис.

: * ' .«•'„ . 4

г

о " <«

Проведены исследования по влиянию препарата микроводоросли на изменение аминокислотного состава сусла в процессе брожения.

Установлено, что в присутствии Спирулины происходит более интенсивное потребление некоторых аминокислот, а именно: лизина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, аланина, валина, метионина, фенилаланина.

Изучено влияние степени измельчения микроводоросли на качество молодого пива. Выявлена зависимость интенсификации брожения от размера частиц используемого препарата.

Исследовано влияние Спирулины платенсис на физиологическую активность дрожжей различных генераций.

Практическая ценность работы

Путем исследования препарата на основе сине-зеленой водоросли 8р1гиНпа рЫе^э на жизнедеятельность пивоваренных дрожжей разработан способ интенсификации брожения, использование которого позволяет обеспечить высокую физиологическую активность дрожжей в течение нескольких генераций.

Показано, что при внесении препарата в питательную среду процент мертвых клеток снижается на 40 %, доля клеток с гликогеном возрастает на 25-45 % по сравнению с контрольными образцами.

Определены качественные показатели готового пива, полученного с использованием дрожжей, активированных предлагаемым способом. Установлено, что применение препарата позволяет повысить степень сбраживания, в среднем, на 10-20 %.

Процесс главного брожения сокращается на 24-36 часов, процесс дображивания - на 3-4 суток.

Экономический эффект от применения препарата в качестве активатора брожения для завода мощностью 1 млн. дал пива в год составит 2,7 млн. руб.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной конференции "Молодые ученые - пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства)" (г. Москва, МГУПП, 2000 г.); на юбилейной международной научно - практической конференции "Пищевые продукты XXI века" (г. Москва, МГУПП, 2001 г.).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликованы 4 работы: 2 статьи и 2 тезисов, в которых отражены основные ее положения.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описание материалов и методов исследования, а также изложение результатов и их обсуждение, выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Работа содержит страниц машинописного текста, 36 таблиц, 17 рисунков.

Библиография включает 186 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы и определены основные направления исследований.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Проведен аналитический обзор данных научно-технической литературы, касающихся характеристики различных штаммов пивоваренных дрожжей. Приведены данные о факторах, обуславливающих бродильную активность дрожжей. Описаны возможные способы интенсификации процесса брожения. Проанализированы информационные сведения о химическом составе и биологической ценности сине-зеленых водорослей, а также продуктов их переработки.

Обобщены основные результаты опубликованных работ и обосновано направление данного исследования.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Объекты, ма1ериалы и методы исследований

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования служили: пивоваренные дрожжи ЗассИагошусев cerevisiae штаммы 776, 8аМ и 34; производственное пивное сусло завода "Норд-Вест", приготовленное настойным способом- по температурному режиму 52° - 63° - 72 °С; препарат на основе сине-зеленой йодоросли БрпиНпа рЫегшз (Спирулина платенсис) двух типов: полученный путем измельчения на молотковой дробилке

(с размером частиц 250-300 мкм) и измельченный криогенно (размер частиц

■ о< <

3-10 мкм). Криогенное измельчение осуществлялось на установке ЗАО "Биофит" (г. Нижний Новгород).

При выполнении аналитических исследований применяли общепринятые физико-химические и микробиологические методы анализа, описанные в специальной научно-технической и отраслевой литературе. Физико-химические показатели пивного сусла и пива определяли по методикам, принятым в пивоваренной промышленности: содержание этилового спирта - пикнометрическим методом; содержание редуцирующих веществ в растворах определяли с использованием калия железистосинеродистого; кислотность - титрированием раствором щелочи; содержание сухих веществ - рефрактометрическим способом; цветность -путем титрования раствором йода; активную кислотность потенциометрически на рН-метре рН - 121; аминокислотный состав и содержание аминокислот - методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминоанализаторе марки Вю1тотс (Германия); содержание диацетила в готовом пиве определяли спектрофотометрическим методом.

Изучение физиологических характеристик дрожжей проводили общепринятыми в микробиологии методами: количество жизнеспособных

клеток определялось подсчетом под микроскопом после окраски препарата метиленовой синью, количество клеток с гликогеном - путем окрашивания раствором Люголя. Биомассу дрожжей определяли методом прямого счета с использованием камеры Горяева и путем взвешивания предварительно отфильтрованного и высушенного до постоянной массы осадка дрожжей.

Все определения проводились не менее, чем в 3-5 повторностях. В диссертации представлены средние арифметические трех повторностей каждого опыта.

2.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 2.2.1. Характеристика препарата Спирулина платенсис и выбор его дозировки в качестве активатора брожения

Препарат сине-зеленой водоросли Спирулина платенсис, содержит в своем составе, практически, все незаменимые аминокислоты, витамины (р-каротин, витамины С, Е, РР, фолиевую кислоту, В3, В5, В7, В12), богатый набор минералов: кальций, фосфор, железо, йод, цинк, магний, марганец и др.

Кроме того, Спирулина содержит пигменты - хлорофилл, фикоцианин, а также ряд высокомолекулярных жирных кислот.

Наиболее оптимальную дозировку препарата определяли путем оценки его влияния на следующие показатели: прирост биомассы дрожжей, их физиологическое состояние, а также физико-химические показатели молодого пива, полученного с применением препарата микроводоросли.

Как было указано ранее, в работе был использован препарат Спирулины двух типов измельчения: на молотковой дробилке (далее -сокращенно МИ) и более мелкого - криогенного измельчения (далее - КИ). Повышение дисперсности при КИ позволяет снизить дозировку препаратов при их использовании, кроме того, способствует более полному сохранению биологически - активных веществ в измельченном материале.

Спирулину вносили в сусло в виде сухого порошка или в виде водной

суспензии на стадии забраживания. На основании результатов исследований были выбраны следующие дозировки: 0,01-0,02 % (или 10-20 мг/100 см3, т.е. 10-20 мг %)-в случае применения Спирулины платенсис МИ, и 0,002-0,003 % (т.е. 2-3 мг %) - при использовании Спирулины КИ. Добавление препарата в указанных дозировках позволило улучшить физико-химические показатели молодого пива (табл. 1, 2), а также повысить бродильную активность дрожжей.

Таблица 1

Физико-химические показатели молодого пива, полученного с использованием дрожжей расы 8аМ, при выборе дозировки

препарата «молоткового» измельчения

Показатель Контроль Содержание препарата Спирулина платенсис

5 мг % 10 мг % 20 мг %

Содержание алкоголя, масс. % 3,02 3,26 3,96 3,78

Действительный экстракт, масс. % 5,05 4,98 4,27 4,56

Действительная степень сбраживания, % 54,0 54,7 61,1 58,6

Кислотность см3 1 н раствора ЫаОН на 100 см3 2,2 2,3 2,3 2,2

рН 4,2 4,1 4,1 4,2

Цветность, см3 0,1н раствора йода на 100 см3 0,9 0,9 0,9 1,0

РВ, г/100 см3 5,0 4,9 , 4,2 4,6,

Таблица 2

Физико-химические показатели молодого пива, полученного с использованием дрожжей расы 8аМ, при выборе дозировки препарата криогенного измельчения

Показатель Контроль Содержание препарата Спирулина платенсис

1 мг % 2 мг % 3 мг %

Содержание алкоголя, зд 3,5 4,09 3,9

масс. %

Действительный экстракт, 5,1 4,62 4,08 4,2

масс. %

Действительная степень 53,6 58,0 62,9 61,8

сбраживания, %

Кислотность см31н раствора 2,2 2,2 2,4 2,3

ЫаОНна 100 см3

рН 4,2 4,1 4,1 4,1

Цветность, см3 0,1н раствора 1,0 1,0 0,9 0,9

йода на 100 см3

РВ, г/100 см1 4,0 3,6 3,2 3,2

2.2.2. Динамика главного брожения при использовании Спирулины платенсис

Сопоставление данных, полученных при исследовании динамики главного брожения с использованием препарата обоих типов измельчения показало, что все исследуемые штаммы дрожжей интенсивно сбраживали пивное сусло в присутствии препарата водоросли.

При использовании Спирулины МИ видимая степень сбраживания на седьмые сутки брожения для штаммов 8аМ и 34 в опытных образцах превышала контрольные варианты на: 8,5 % и 11,1 %, соответственно (рис. 1).

8аМ

34

0 1 2 3 4 5 6 7 Продолжительность брожения, сут.

0 1 2 3 4 5 6 7 Продолжительность брожения, сут.

—л— . контроль

Рис. 1. Изменение видимой степени сбраживания при использовании Спирулины платенсис, измельченной на молотковой дробилке

Этанол во всех опытных образцах накапливался более интенсивно, чем в контрольных, в крнце главного брожения его содержание превышало контрольные показатели, в среднем, на 10-13 % (рис. 2).

8аМ

34

0 1 2 3 4 5 6 7

Продолжительность I " брожения, сут.

- ОПЬ'Т

- контроль

"¡V ^ I * ГЛ "м^и 1'т

^ >

$ £ й V.....

144ч

р» & V Зч-. г" Ь ■ 4 Иг 1

0 1 2 3 4 5 6 7 Продолжатель ность брожения, сут.

Рис. 2. Изменение!Массовой доли этанола при главном брожении с использованием препарата Спирулины платенсис, измельченного на молотковой дробилке

Изменение видимой степени сбраживания и содержание этанола в ходе главного брожения при использовании препарата КИ представлены на рис. 3,4.

8а М

34

0 12 3

Продолжите!*» ность брожения, суг.

— - опыт

— - контроль

Продоляоттель ность брожения, сут.

Рис. 3. Изменение видимой степени сбраживания при использовании криогенно измельченной Спирулины

8аМ

34

4,5 4

3,5 3 2.5 2 1.5 1

0,5 О

-т........т "у , ,., „1

-Щ

"Ъ* ' 4-.yQ.ji у с ь;; Е * |

1 1-' ^м......1 • I « | А

0 1 2 3 4 5 6 7 Продолжатель ность брожения, сут.

- - опыт

— - контроль

Продолжитель ность брожения, сут.

Рис. 4. Изменение массовой доли этанола при главном брожении с использованием препарата Спирулины платенсис криогенного измельчения

Как показывают результаты, в опытных вариантах быстрее сбраживаются сухие вещества сусла по сравнению с контролем, что свидетельствует о повышенной физиологической активности дрожжей.

В табл. 3. представлена сравнительная характеристика молодого пива, полученного с применением препарата Спирулина "молоткового" и криогенного типов измельчения.

> Таблица 3

Характеристика молодого пива, полученного с использованием

препарата различных типов измельчения

Характер измельчения препарата

Показатель измельчение на молотковой дробилке криогенное измельчение

Действительный экстракт, % 4,84 4,26

Действительная степень 57,57 62,63

сбраживания, %

Этиловый спирт, % мае. 3,96 4,12

РВ, г/100 см3(по мальтозе) 3,0 2,62

Аминный азот, мг/100 см3 15,0 13,2

Активная кислотность, (рН) 4,42 4,34

Цветность, см3 0,1 н р-ра йода на 1,1 1,2

100 см3

Очевидно, что использование криогенно измельченного препарата оказалось более эффективным: степень сбраживания повышается на 8,8 %, содержание этанола увеличивается на 4 % по сравнению с образцами, где вносили препарат Спирулина МИ. Кроме того, добавление в сусло КИ препарата повышало выход биомассы дрожжей на 15-20 % по сравнению с вариантами, где использовали Спирулину платенсис более грубого измельчения.

Полученные данные продемонстрировали, что дрожжи опытных вариантов интенсивнее потребляют углеводы и азотистые вещества сусла в процессе брожения.

Согласно литературным данным, аминокислотный состав сусла и дрожжей разный, так как дрожжи осуществляют синтез новых аминокислот и химическое превращение одних в другие.

Несмотря на то, что дрожжи могут синтезировать все аминокислоты, роль прямой ассимиляции их из сусла очень важна. Для синтеза белков наиболее значимы глутаминовая и аспарагиновая кислоты, а также аланин.

Проведенные нами исследования показали, что во всех образцах (как в контрольных, так и в опытных), в процессе брожения наблюдалось снижение концентрации всех аминокислот по сравнению с их первоначальным содержанием. Однако, в присутствии Спирулины потребление некоторых аминокислот в опытных образцах было интенсивнее по сравнению с контролем, а именно: лизина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, аланина, валина, метионина и фенилаланина.

Процентное содержание аминокислот (от первоначального их содержания в сусле) на протяжении процесса брожения представлено на примере лизина, глутаминовой кислоты и валина (рис. 5).

Лизин

о - опыт

к-КОНТРОЛЬ

О К ' О К 4 10

Продолжительность брожения, сут.

Рис. 5. Содержание аминокислот в сусле в процессе брожения

Глутаминовая кислота

^¿Ш

'* " "11

- ' И

Щрй!

Продолжительность брожения, сут.

Валин

100 100

О к о к

4 10

Продолжительность брожения, сут.

О - опыт К - контроль

Рис. 5. Содержание аминокислот в сусле в процессе брожения

Опытные дрожжи отличались более высокой бродильной активностью по сравнению с контрольными и быстрым забраживанием сусла, что говорит о сокращении латентной фазы роста в опытном варианте, но к концу главного брожения в опытных образцах на дне бродильного сосуда формировался плотный осадок, дрожжи хорошо флокулировали, что способствовало хорошему осветлению пива и благоприятному протеканию дображивания.

Следует отметить более длительное оседание дрожжей штамма 34 по сравнению с другими. Очевидно, причиной этого являются более пылевидные свойства этого штамма.

Полученные данные подтверждают сделанные ранее выводы о возможности интенсификации процесса брожения, в среднем, на 15-20 % за счет повышения активности дрожжей.

2.2.3. Исследование влияния препарата Спирулиныаплатенсис на

физиологическую активность дрожжей различных генераций.

Следующим этапом исследований было изучение длительности использования засевных дрожжей в присутствии активатора.

Литературные данные показывают, что можно использовать дрожжи до 10-12 и более генераций. На пивоваренных заводах обычной практикой является разведение чистой культуры дрожжей через каждые 7-10 циклов брожения, так как бродильная активность значительно снижается.

Нами были проведены исследования по влиянию номера генерации дрожжей на их бродильные свойства при использовании Спирулины.

Препарат микроводоросли вносили в двух вариациях:

- однократно (т.е. при первой генерации, все последующие - без добавления Спирулины);

- на каждой генерации.

Параллельно ставили на брожение контроль без добавок.

На рис. 6, 7 представлены показатели молодого пива по содержанию этанола, действительной степени сбраживания на протяжении десяти генераций (на примере образцов с использованием штамма 8аМ).

Полученные данные продемонстрировали, что однократное внесение Спирулины повышает степень сбраживания молодого пива, улучшает состояние культуры дрожжей на протяжении двух-четырех генераций, на пятой генерации препарат добавляли повторно.

Варианты, где препарат использовали на каждой генерации, оказались наиболее результативными.

1 2 3 4 5 6 7 8 , ,9 10

Номер генерации

@ - контроль без добавок,

ш - препарат Спирулина платенсис вносили на I и на V генерациях, п - препарат Спирулина платенсис вносили на каждой генерации

Рис. 6. Содержание этанола в молодом пиве на протяжении десяти генераций с использованием дрожжей расы 8аМ и препарата Спирулина криогенного измельчения

■ - контроль без добавок,

■ - препарат Спирулина платенсис вносили на I и на V генерациях, □ - препарат Спирулина платенсис вносили на каждой генерации

9 10 Номер генерации

Анализ показателей данного эксперимента позволяет сделать вывод, что добавление препарата водоросли в сусло активирует работу дрожжей, повышает качество молодого пива и дает возможность поддерживать бродильную активность дрожжей 9-10-ой генераций на уровне показателей физиологической активности контрольных дрожжей 3-5-ой генераций.

Содержание мертвых клеток в опытных дрожжах 8-10-ой генераций было, в среднем, на 35-45 % ниже, чем в контрольных образцах; содержание клеток, содержащих гликоген, превышало контрольные значения на 28-40 %.

2.2.4. Разработка способа стабилизации сбраживания пивного сусла с помощью препарата Спирулина платенсис Нами были проведены исследования по влиянию препарата на физиологическую активность ослабленных дрожжей 10-ой генерации (контрольных). Ранее аналогичные исследования проводились с использованием аминокислотно - витаминного активатора, полученного путем плазмоптиза дрожжевых клеток, были получены положительные результаты. Мы же, в свою очередь, в качестве активатора использовали препарат Спирулина платенсис.

Перед внесением в бродильный аппарат ослабленные дрожжи 10-ой генерации предварительно разбраживали в сусле с добавлением криогенно измельченного препарата в количестве 0,002-0,004 %, т.е. 2-4 мг % в течение 60-90 мин. Далее вели брожение обычным способом.

Было установлено, что активация дрожжей Спирулиной перед внесением в бродильный аппарат позволяет восстановить их бродильную активность и продлить срок использования дрожжей до 12-13 генераций без существенной потери их физиологической активности (табл. 4, 5).

Показатели действительного экстракта и действительной степени сбраживания молодого пива, полученного с использованием активированных Спирулиной дрожжей 10-й генерации

Таблица 4

Образец Действительный экстракт, % Действительная степень сбраживания, %

Номер генерации

11 12 13 11 12 13

776 (контроль) 5,6 5,72 5,8 52,5 51,5 50,8

776 (опыт) 4,86 4,7 4,64 58,8 60,2 60,7

8аМ (контроль) 5,5 5,58 5,8 53,4 52,7 50,8

8аМ (опыт) 4,9 4,6 4,5 58,5 61,0 61,9

34 (контроль) 5,7 5,8 5,85 51,7 50,8 50,4

34 (опыт) 4,7 4,5 4,2 60,2 61,9 64,4

Физиологическое состояние дрожжей 10-ой генерации, активированных препаратом Спирулина платенсис

Таблица 5

Образец Содержание мертвых клеток,% Содержание клеток с гликогеном, %

Номер генерации

11 12 13 11 12 13

776 (контроль) 6,5 6,8 7,4 54,0 50,6 48,2

776 (опыт) 2,0 2,4 2,6 78,1 84,8 87,0

8аМ (контроль) 6,0 6,6 7,0 56,1 53,0 50,8

8аМ (опыт) 1,5 2,0 2,2 80,5 82,0 85,5

34 (контроль) 7,5 7,5 7,9 47,0 45,8 45,0

34 (опыт) 2,3 2,8 3,0 79,7 80,6 83,3

Таким образом, рекомендованный технологический прием внесения препарата Спирулины платенсис в сусло может использоваться не только как регулярная, обязательная операция, но и для активации ослабленных в ходе технологических процессов, многократно применявшихся дрожжей.

2.2.5. Получение гидролизата Спирулины платенсис и его влияние на

. • 41."

процесс сбраживании пивного сусла

В литературных источниках приводилась информация об использовании гидролизатов сине-зеленых водорослей (не Спирулины) в качестве источников аминокислот в составе питательной среды при культивировании хлебопекарных дрожжей на малоазотистой мелассе, что увеличивало их выход и улучшало качество дрожжей.

Нами был осуществлен кислотный гидролиз Спирулины «молоткового» измельчения. Гидролизат добавляли в сусло на стадии забраживания.

Контролем служили пробы, сброженные без добавления гидролизата, кроме того, параллельно на брожение составили образцы с добавлением в качестве активатора негидролизованной сухой препарат Спирулины МИ.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование гидролизованной Спирулины позволяет повысить контрольные показатели по таким параметрам, как степень сбраживания, содержание алкоголя, (рис. 8), прирост биомассы дрожжей (рис. 9). Однако, применение сухого негидролизованного препарата оказалось более эффективным.

Действительная степень сбраживания,

Содержание алкоголя, */»

■ контроль без добавок

• вариант с использованием негидролизованного препарата Спирулины

• вариант с использованием гидролизата Спирулины

Рис. 8. Действительная степень сбраживания и содержание алкоголя в молодом пиве при использовании гидролизата Спирулины

Биомасса дрожжей по окончании главного брожения.

- контроль Оез добавок

- вариант с использованием негидролизованного препарата Спирулины

вариант с использованием гидролизата Спирулины

Рис. 9. Биомасса дрожжей по окончании главного брожения, %

Возможно, это обусловлено тем, что, согласно литературным данным, при кислотном гидролизе происходит сильное разрушение триптофана, а также целого ряда других аминокислот: лизина, аргинина, цистеина и гистидина.

В дальнейших исследованиях использовали негидролизованный препарат Спирулины.

2.2.6. Качественные характеристики готового пива, полученного при использовании препарата Спирулины платенсис Физико-химические показатели готового пива, полученного с использованием микроводоросли, представлены в табл. 6.

Таблица 6

Физико-химические показатели готового пива с использованием криогенно обработанного препарата Спирулина платенсис в качестве

активатора брожения

Показатели Контроль Опыт

Массовая доля видимого экстракта, % 3,96 3,5

Видимая степень сбраживания, % 62,26 69,3

Массовая доля действительного экстракта, % 4,88 4,35

Действительная степень сбраживания, % 57,19 61,8

Содержание алкоголя, % масс 3,75 4,31

рН 4,4 4,3

Титруемая кислотность, к.ед. 2,0 2,05

Цветность, ц.ед. 0,8 0,8

Содержание диацетила, мг/дм 0,16 0,1

Пеностойкость, мин 4 Более 5

Высота пены, мм. 45 55

Содержание углекислоты, % масс 0,42 0,5

Полученные результаты показали, что применение препарата позволяет повысить степень сбраживания на 6,2 %, содержание этанола - на 15 %, выросло количество углекислоты в пиве, повысились высота пены и пеностойкость.

Органолептические характеристики готового пива опытных образцов существенного не отличались от контрольных. Пиво обладало приятным вкусом с мягкой хмелевой горечью, вкус - без посторонних привкусов, свойственный данному типу пива.

При использовании Спирулины наблюдалась более интенсивная редукция диацетила, его содержание в контрольном и опытном образцах готового пива составляло, соответственно, 0,16 и 0,1 мг/дм3.

Поскольку диацетил является побочным продуктом в синтезе валина, его образование происходит наиболее интенсивно в первой стадии главного брожения, т.е. в процессе наиболее интенсивного конструктивного обмена дрожжей, валин синтезируется для построения внутриклеточных молекул и структур. Согласно литературным данным, добавление в сусло валина подавляет образование диацетила.

Как было отмечено ранее, в процессе брожения в опытных образцах происходило более интенсивное потребление валина по сравнению с контролем, что, вероятно, объясняет более низкое содержание диацетила в готовом пиве опытных вариантов.

Применение Спирулины платенсис позволило сократить продолжительность главного брожения на 1-1,5 сут., продолжительность дображивания на 3-4 суток.

ВЫВОДЫ

1. Разработан способ интенсификации брожения пивного сусла с использованием в качестве активатора препарата на основе сине-зеленой водоросли Спирулина платенсис. Препарат вносится в готовую питательную среду на стадии забраживания в сухом измельченном виде или в виде водной суспензии.

2. Разработан способ получения чистой культуры дрожжей с применением Спирулины, который позволяет получать посевной материал дрожжей с повышенной физиологической активностью.

Показано, что при внесении препарата в питательную среду процент мертвых клеток снижается на 35-45 %, доля клеток с гликогеном возрастает на 28-40 %, по сравнению с контролем.

3. Проведена сравнительная оценка препарата Спирулины, измельченного на молотковой дробилке и криогенно. Определено, что более эффективным является использование препарата более мелкого -криогенного измельчения.

4. Исследовано влияние использования препарата на физико-химические показатели молодого и готового пива. Показано, что применение препарата позволяет повысить степень сбраживания, в среднем, на 10-20 %, содержание этанола в пиве увеличивается, в среднем, на 15-25 %. Длительность процесса главного брожения сокращается на 1-1,5 сут., дображивания - на 3-4 суток.

5. Исследовано влияние гидролизата Спирулины на процесс главного брожения. Внесение в питательную среду гидролизата позволяет увеличить физико-химические показатели молодого пива, увеличить выход биомассы дрожжей по сравнению с контролем, однако использование негидролизованного препарата Спирулины оказалось более эффективным.

6. Исследовано влияние препарата на физиологическую активность и технологические свойства дрожжей различных генераций. Наиболее эффективным является внесение Спирулины в сусло на каждой генерации, что способствует более активному брожению и обеспечивает более глубокое сбраживание сусла.

7. Рекомендованный технологический прием использования Спирулины платенсис может использоваться не только как регулярная, обязательная операция, но и для активации ослабленных в ходе технологических процессов, многократно применявшихся дрожжей и стабилизации их технологических свойств.

8. Условно-годовая экономия от внедрения препарата Спирулина платенсис в качестве активатора брожения составит 2727,8 тыс. руб при производстве 1 млн. дал пива в год.

Список работ, опубликованных по результатам диссертации:

1. Бидихова М.Э., Гернет М.В., Лаврова В Л. Повышение бродильной активности пивных дрожжей путем использования препарата сине-зеленой водоросли Спирулина платенсис.

- Тезисы докладов научно-технической конференции "Молодые ученые-пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства)". - МГУПП. - М„ 2000. - С. 81.

2. Бидихова М.Э., Гернет М.В. Разработка технологии главного брожения в пивоваренном производстве с использованием препарата Спирулина платенсис в качестве активатора.

Сборник докладов юбилейной международной научно-практической конференции "Пищевые продукты XXI века". Том 1. МГУПП, Москва, 2001 г., с. 250.

3. Бидихова М.Э., Лаврова B.JL, Гернет М.В. Влияние Спирулины платенсис на физиологическое состояние пивоваренных дрожжей. - Пиво и напитки, 2001, №5. - С. 26 - 27.

4. Бидихова М.Э., Лаврова В.Л., Гернет A.M., Груздева А.Е. Повышение жизнеспособности пивоваренных дрожжей с использованием Спирулины платенсис. - Пиво и напитки, 2002, №6. - С. 10-12.

Формат 30x42 1/8. Бумага типографская №1. Печать офсетная. Уч. - изд. л. 1,2. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 343. 125080, Москва, Волоколамское ш., 11 Издательский комплекс МГУПП

IM 67 9 9

i \

4

I

I

I

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1. Технологические свойства пивоваренных дрожжей.

1.1.1. Пиво как продукт биохимической деятельности дрожжей.

1.1.2. Расы дрожжей, применяемые в пивоваренном производстве и их влияние на вкус пива.И

1.1.3. Факторы стресса для дрожжей.

1.2. Способы интенсификации процесса брожения.

1.2.1. Повышение температуры брожения.

1.2.2. Повышение концентрации засевных дрожжей.

1.2.3. Использование иммобилизованных дрожжевых клеток.

1.2.4. Использование дрожжей с термотолерантными и осмофильными свойствами.

1.2.5. Использование химических веществ - «разобщителей», повышающих скорость размножения дрожжевых клеток.

1.2.6. Использование биосорбентов.

1.2.7. Использование препаратов, ускоряющих созревание пива.

1.2.8. Использование методов физического и электрофизического воздействия на дрожжи.

1.3. Роль отдельных веществ в метаболизме дрожжей.

1.3.1. Влияние некоторых химических элементов на дрожжи.

1.3.2. Влияние витаминов на жизнедеятельность дрожжей.

1.3.3. Способы активации дрожжей рода БассИаготусеБ. Использование биостимуляторов.

1.4. Использование сине-зеленых водорослей и продуктов их переработки.

1.5. Микроводоросль Спирулина платенсис.

1.6. Криогенное измельчение растительного сырья.

2. Экспериментальная часть.

2.1. Объекты, материалы и методы их исследования.

2.2. Результаты исследований и их обсуждение.

2.2.1. Характеристика препарата Спирулина платенсис и выбор его дозировки в качестве активатора брожения.

2.2.1.1. Определение технологических показателей препарата микроводоросли.

2.2.1.2. Выбор дозировки препарата.

2.2.1.2.1. Подбор оптимальной дозировки препарата Спирулина платенсис, измельченного на молотковой» дробилке.

2.2.1.2.2. Подбор оптимальной дозировки криогенно измельченного препарата.

2.2.1.3. Определение вкусового порога восприятия Спирулины.

2.2.1.3.1. Определение вкусового порога восприятия препарата в водном растворе.

2.2.1.3.2. Определение вкусового порога восприятия препарата в готовом пиве.

2.2.2. Увеличение физиолого-биохимической активности дрожжей. Динамика главного брожения при использовании препарата Спирулина платенсис: определение основных физико-химических показателей.

2.2.3. Исследование влияния препарата микроводоросли на физиологическую активность дрожжей различных генераций.

2.2.4. Разработка способа стабилизации сбраживания пивного сусла с помощью препарата Спирулина платенсис.

2.2.5. Получение гидролизата Спирулины платенсис и его влияние на процесс сбраживания пивного сусла.

2.2.6. Характеристика готового пива, полученного с использованием препарата на основе сине-зеленой водоросли

Спирулина платенсис.

3. Технологическая часть.

4. Экономическое обоснование.

Выводы.

Актуальность работы

Пивоваренная индустрия — сложная и важная отрасль в пищевом производстве многих стран мира, в последнее время динамично развивающаяся и в России.

Важнейшими направлениями развития пивоваренной промышленности являются: повышение качества продукции, расширение ассортимента, интенсификация технологических процессов.

Пиво — тонизирующий напиток, характеризующийся чистым полным вкусом, приятной горечью, специфическим ароматом, насыщенностью диоксидом углерода, золотистым цветом, прозрачностью и блеском. Оно хорошо утоляет жажду, обладает пищевой ценностью, кроме того, является конкурентом крепким алкогольным напиткам, выполняет определенную социальную роль.

Пивоварение имеет многовековую историю, в течение которой накапливался опыт производства пива, совершенствовалась технология, улучшалось качество. Наиболее длительными стадиями приготовления пива является сбраживание сусла и созревание напитка [76]. Интенсивность процессов на этих стадиях не только определяет продолжительность приготовления пива в целом, но и существенно влияет на его качество, в первую очередь, на органолептические показатели и стойкость при хранении.

Известно, что пиво является продуктом биохимической деятельности дрожжей. Важными факторами, определяющими бродильную способность дрожжей, является их физиологическая активность и способность адаптироваться к условиям жизнедеятельности в процессе брожения. Эти условия определяют бродильную активность, углеводный и азотистый обмен, образование ферментов. Однако, в процессе жизнедеятельности дрожжей возникают так называемые «стрессовые» факторы, негативно влияющие на физиологическое состояние дрожжевых клеток, такие, как осмотический, этанольный, окислительный, температурный и другие стрессы, а также увеличение циклов генерации дрожжей.

Деятельность всех биологических структур клетки тесно связана с физиологическим состоянием организма и условиями окружающей среды. Внешние факторы определяют химический состав микроорганизмов, в том числе, и дрожжей. Он, в свою очередь обуславливает их биологическую функцию, которая зависит от синтеза ферментов и уровня их каталитического действия. Как известно, количество различных ферментов и их активность в дрожжевых клетках зависят от условий культивирования этих микроорганизмов, связанных, прежде всего, составом питательной среды.

Потеря активности ферментов и белковых соединений происходит в результате недостатка в питательной среде «факторов роста» - витаминов и некоторых микроэлементов.

В связи с вышеизложенным, актуальным в пивоварении является разработка и применение различных биодобавок, позволяющих улучшить физиологическое состояние дрожжей, их бродильные свойства, и, соответственно, интенсифицировать процесс брожения.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы являлась разработка способа интенсификации брожения с использованием в качестве активатора препарата на основе сине-зеленой водоросли "Спирулина платенсис". В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- исследовать возможность получения чистой культуры дрожжей с применением препарата Спирулина платенсис;

- разработать способ применения микроводоросли Спирулина платенсис на стадии брожения в пивоварении (определить наиболее оптимальную дозировку и форму внесения препарата);

- исследовать влияние использования препарата микроводоросли на физико-химические показатели молодого и готового пива;

- оценить влияние препарата Спирулина платенсис на технологические свойства дрожжей различных генераций; провести лабораторную и опытно-промышленную апробацию результатов.

- разработать рекомендации по активации чистой культуры дрожжей с использованием препарата Спирулина платенсис.

Научная новизна исследований

На основании анализа литературных данных, касающихся метаболизма дрожжей и их потребности в различных аминокислотах, из имеющихся биологически-активных веществ и источников аминокислот был выбран препарат Спирулина платенсис.

Проведены исследования по влиянию препарата микроводоросли на изменение аминокислотного состава сусла в процессе брожения.

Установлено, что в присутствии Спирулины происходит более интенсивное потребление некоторых аминокислот, а именно: лизина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, аланина, валина, метионина, фенилаланина.

Изучено влияние степени измельчения микроводоросли на качество молодого пива. Выявлена зависимость интенсификации брожения от размера частиц используемого препарата.

Исследовано влияние Спирулины платенсис на физиологическую активность дрожжей различных генераций.

Практическая ценность работы

Путем исследования препарата на основе сине-зеленой водоросли

8р1гиНпа рЫегшв на жизнедеятельность пивоваренных дрожжей разработан способ интенсификации брожения, использование которого позволяет обеспечить высокую физиологическую активность дрожжей в течение нескольких генераций.

Показано, что при внесении препарата в питательную среду процент мертвых клеток снижается на 40 %, доля клеток с гликогеном возрастает на 25-45 % по сравнению с контрольными образцами.

Определены качественные показатели готового пива, полученного с использованием дрожжей, активированных предлагаемым способом. Установлено, что применение препарата позволяет повысить степень сбраживания, в среднем, на 10-20 %.

Процесс главного брожения сокращается на 24-36 часов, процесс ® дображивания - на 3-4 суток.

Разработаны рекомендации по получению чистой культуры дрожжей с применением препарата Спирулина платенсис.

Экономический эффект от применения препарата в качестве активатора брожения для завода мощностью 1 млн. дал пива в год составит 2,7 млн. руб.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разработан способ интенсификации брожения пивного сусла с использованием в качестве активатора препарата на основе сине-зеленой водоросли Спирулина платенсис. Препарат вносится в готовую питательную среду на стадии забраживания в сухом измельченном виде или в виде водной суспензии.2. Разработан способ получения чистой культуры дрожжей с применением Спирулины, который позволяет получать посевной материал дрожжей с повышенной физиологической активностью.Показано, что при внесении препарата в питательную среду процент ® мертвых клеток снижается на 35-45 %, доля клеток с гликогеном возрастает на

28-40 %, по сравнению с контролем.3. Проведена сравнительная оценка препарата Спирулины, измельченного на молотковой дробилке и криогенно. Определено, что более эффективным является использование препарата более мелкого - криогенного измельчения.4. Исследовано влияние использования препарата на физико-химические показатели молодого и готового пива. Показано, что применение препарата позволяет повысить степень сбраживания, в среднем, на 10-20 %, содержание этанола в пиве увеличивается, в среднем, на 15-25 %. Длительность процесса главного брожения сокращается на 1-1,5 сут., дображивания — на 3-4 суток.^ 5. Исследовано влияние гидролизата Спирулины на процесс главного брожения. Внесение в питательную среду гидролизата позволяет увеличить физико-химические показатели молодого пива, увеличить выход биомассы дрожжей по сравнению с контролем, однако использование негидролизованного препарата Спирулины оказалось более эффективным.6. Исследовано влияние препарата на физиологическую активность и технологические свойства дрожжей различных генераций. Наиболее эффективным является внесение Спирулины в сусло на каждой генерации, что способствует более активному брожению и обеспечивает более глубокое сбраживание сусла.7. Рекомендованный технологический прием использования Спирулины платенсис может использоваться не только как регулярная, обязательная операция, но и для активации ослабленных в ходе технологических процессов, многократно применявшихся дрожжей и стабилизации их бродильных свойств.8. Условно-годовая экономия от внедрения препарата Спирулина платенсис в качестве активатора брожения составит 2727,8 тыс. руб при производстве 1 млн, дал пива в год.

1. АС СССР 1284998. БИ № 3, 1987

2. АС СССР 532621. Питательная среда для выращивания микроорганизмов. (Сиренко А.А., Файбич М.М., Ширшов В.А....) Заявл. 25.10.74. № 2075034. Опубл.25.10.76. МКИ с 12 к 1/06. Б.И. №39, 1976, 64.

3. ГОСТ 12786-80 Пиво. Методы отбора проб.

4. ГОСТ 12787-81 Определение спирта этилового.

5. ГОСТ 12787-81 Определение экстрактивности.

6. ГОСТ 12788-87 Определение кислотности. ® 7. ГОСТ 12789-87 Определение цвета.

7. ГОСТ 12790-81 Определение углекислоты.

8. ГОСТ 30060-93 Определение органолептических показателей.

9. Абрамов Ш.А., Котенко Ц., Эфендиева Д.А. Влияние питательной ^ среды на содержание белка в дрожжах. // Прикладная биохимия и микробиология, 1994, №2 с. 275-278.

10. З.Абрамов Ш.А., Котенко Ц. и др. Морфологические и биохимические свойства нового штамма Saccharomyces cerevisiae 1-503. // Прикладная биохимия и микробиология. 1997. №3 с. 325-328.

11. Абрамов Ш.А., Котенко Ц. и др. Способ получения питательной среды для выращивания хлебопекарных дрожжей.// Пат. 2084519, Россия, с 12 №1/18, опубл. 20.07.97. Бюл. №20

12. Бартенев Ю.С. Влияние величины засева дрожжей и температуры на процессы брожения и образования высших спиртов. Автореф. дисс... К.Т.Н. МТИПП, 1973, 32.

13. Бекер М.Е., Лиепыньш Г.К., Райпулис Е.П,, Биотехнология. М, Агропромиздат, 1990, с.334.

14. Беренцвейг И.А. Исследование образования основных и побочных ® продуктов брожения с целью разработки технологии непрерывного брожения и дображивания пива. //Автореф. дисс..., канд. техн. наук,- М., 1975,0.24.

15. Богатырев А.Н., Большаков О.В., Макеева И.А., Тутельян В.А. Использование БАД в пищевых продуктах.// Пищевая промышленность, 1997, №9, стр. 19.

16. Батурина Е.Н., Батурин В.Н, Усков А.А., Пименов Е.В., Комоско Г.В., Швецов А. Способ получения хлебопекарных дрожжей. Пат. № 2113470, Россия, с 12 №1/18, опубл. 20.06.98. Бюл. №17.

17. Брандль, Шробенхаузен. Разведение чистой культуры дрожжей, ее выращивание и сохранение. // Браувельт - мир пива, 1996, №1, стр. 24.

18. Булгаков Н.И. Биохимия солода и пива. М., Пищевая промышленность, 1976,0.26.

19. Булгаков Н.И. Химия пивоварения М., Пищевая промышленность, 1964, с. 14.

20. Булдаков А. Пищевые добавки. Справочник. - СПб, 1997, с. 48.

21. Бэйн Ф. Руководство по разведению дрожжей. // Спутник пивовара, 1997, №3, с. 13. ® ®