автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Интенсификация солодоращения пивоваренного ячменя микроэлектротоком

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Строение и химический состав ячменя

1.2. Ферменты ячменя и солода

1.2.1. Протеазы ячменя и солода

1.2.2. Цитазы ячменя и солода

1.2.3. Амилазы ячменя и солода

1.3. Солодоращение и влияние на него различных факторов

1.3.1.Травмирование ячменя, виды травм

1.3.2. Влияние травмирования ячменя на его микрофлору

1.3.3. Технология солодоращения

1.3.3.1. Замачивание ячменя

1.3.3.2. Проращивание ячменя

1.3.3.3. Сушка солода

1.4. Способы интенсификации солодоращения

1.4.1. Модификация традиционных технологий

1.4.2. Химическая активация семян

1.4.3. Физическая активация семян

1.4.3.1. Температура

1.4.3.2. Давление

1.4.3.3. Звук

1.4.3.4. Радиация

1.4.3.5. Свет

1.4.3.6. Электромагнитное поле и электрический ток

1.5. Постановка задачи

2. Экспериментальная часть

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования

2.2.1. Определение способности прорастания ячменя

2.2.2. Определение экстрактивности солода

2.2.3. Определение продолжительности осахаривания

2.2.4. Определение вязкости сусла

2.2.5. Определение растворимого азота (число Кольбаха)

2.2.6. Определение степени растворения солода

2.2.7. Определение амилолитической активности солода

2.2.8. Определение протеолитической активности солода

2.2.9. Определение степени растворения эндосперма зерна

2.3. Ошибка эксперимента

3. Результаты исследования и их обсуждение

3.1. Влияние способа и продолжительности обработки зерна микроэлектротоком на процесс солодоращения ячменя

3.1.1 .Способность прорастания ячменя

3.1.2. Ферментативная активность солода

3.2. Влияние обработки зерна переменным микроэлектротоком разной частоты на процесс солодоращения ячменя

3.2.1. Влияние обработки на способность прорастания ячменя

3.2.2. Влияние обработки на ферментативную активность солода

3.3. Изучение механизма действия микроэлектротока на зерно ячменя

3.3.1. Изменение проницаемости биомембран

3.3.2. Изменение активности ферментов

3.3.3. Изменение активности микрофлоры

Актуальность: Россия вступила в третье тысячелетие и одной из главных задач государства в настоящее время является преодоление экономического кризиса, спада промышленного производства и насыщение потребительского рынка товарами массового спроса, это требует внедрения в производство прогрессивных и ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих увеличение выпуска продукции и улучшение ее качества. [1;2;3]

В решении этой задачи особая роль принадлежит сельскому хозяйству, а также связанных с ним пищевой и перерабатывающей промышленности.

Пивоваренная отрасль, как и другие отрасли промышленности, тоже претерпевает большие изменения. Динамика темпов роста производства пива в 2002 г. составила 14,5% [1;2;3]. В связи с таким темпом роста, отрасль стала испытывать недостаток в сырье и в новых рациональных технологиях, позволяющих улучшить качество продукции.

Основным сырьем для производства пива является солод, который в свою очередь получают из пивоваренного ячменя. За последние годы резко снизилось качество посевного материала, а посевные площади сократились на 31%, что вызвано экономическим упадком в сельском хозяйстве [4]. В 2002 г. в Россию было завезено 84 т. тонн ячменя пивоваренного и 567 т . тонн солода. В этой связи поиск путей получения из сравнительно низкосортного сырья продуктов высокого качества - солода и пива является одной из актуальных задач.

Известны три пути интенсификации солодоращения: совершенствование технологий, использование химических добавок, использование физических методов активации семян (зерна). Последний путь отличается простотой, технологичностью и эффективностью. 6

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является интенсификация процесса солодоращения ячменя пропусканием микроэлектротока через зерно ячменя, что позволяет получить солод хорошего качества из низкосортного ячменя

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать влияние продолжительности воздействия микроэлектротока на прорастание зерна различного качества и ферментативную активность получаемого солода.

2. Сравнить влияние положительной и отрицательной поляризации зародыша зерновки на прорастание ячменя и ферментативную активность получаемого солода.

3. Сравнить эффективность различных способов пропускания микроэлектротока через зерновку и выявить и выявить оптимальный.

4. Исследовать механизм действия микроэлектротока на прорастающий ячмень.

5. Разработать технологию производства пива с использованием микроэлектротока в процессе солодоращения.

Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование влияния микроэлектротока на солодоращение ячменя и обоснован способ интенсификации этого процесса методом пропускания тока непосредственно через зерновку.

На основании исследования различных способов пропускания микроэлектротока через зерновку выработаны критерии для технологической обработки ячменя током в промышленных условиях .

Установлена взаимосвязь частоты переменного тока в диапазоне 5010000 Гц, применяемого на разных стадиях солодоращения, на способность прорастания ячменя и активность гидролитических ферментов получаемого 7 солода. Выявлены диапазоны, обеспечивающие устойчивый рост указанных характеристик.

Предложен и подтвержден механизм действия микроэлектротока на зерно.

Практическая значимость. На основании изучения характеристик прорастающего под действием микроэлектротока зерна и качества полученного ячменного солода разработаны и научно обоснованы рекомендации и технические приемы по обработке ячменя с целью интенсификации процесса солодоращения и получения солода с улучшенными показателями.

Разработана и внедрена в производство технология солодоращения с использованием переменного микроэлектротока частотой 200 Гц. Предложенные рекомендации позволили получить солод и пиво с хорошими показателями при использовании ячменя 2-го класса.

Результаты исследований проверены и подтверждены на пивоваренном заводе ОАО «Дека» (г. Великий Новгород).

Экономический эффект от внедрения данного способа составил 3763 руб./т. зерна. 8

1. Литературный обзор.

Выводы

1. Интенсифицирован процесс солодоращения ячменя пропусканием микроэлектротока через ячмень.

2. Использование кратковременной обработки увлажненного зерна микроэлектротоком (5 мкА на зерновку) приводит к резкому изменению способности прорастания зерна и ферментативной активности получаемого солода. Эффект сохраняется независимо от сорта используемого зерна и способа обработки микроэлектротоком.

3. Сравнение действия разных способов обработки током показало, что лучшие результаты по увеличению способности прорастания зерна и активности ферментов солода достигаются положительной поляризацией зародыша зерновки. Эффект изменения поляризации зародыша снижается при наложении пульсаций тока. Переход к переменному току обеспечивает рост всех показателей по сравнению с контролем практически при любой продолжительности воздействия.

4. Исследован механизм воздействия микроэлектротока на ячмень. Доказано, что обработка влажного зерна микроэлектротоком приводит:

- к изменению проницаемости биомембран зерновки,

- к изменению активности ферментов в составе зерновки.

5. Доказано подавление микрофлоры на поверхности зерновок в процессе обработки ячменя микроэлектротоком, что является одной из причин увеличения способности прорастания ячменя и усиления активности ферментов получаемого солода.

6. Установлен оптимальный режим обработки ячменя переменным микроэлектротоком (15 мин, 200 Гц), предложенный для внедрения данного способа в промышленность с целью получения из зерна низкого сорта солода и пива хорошего качества. Предложенный способ внедрен на ОАО

92

Дека» (г. Великий Новгород). Экономический эффект от внедрения составил 3763 руб. на тонну ячменя.

7. Разработана технология производства пива с использованием микроэлектротока в процессе солодоращения ячменя различного качества.

9.3

1. Газета "Деловой Петербург" "Конъюнктура рынка солода подгоняет инвесторов" - 14.04.03 г. № 64(1406).

2. A.M. Беличенко, JI.A. Оганесянц. Тенденции развития индустрии напитков. Пиво и напитки. 2001. №4.1. 3 .A.M. Беличенко. Тенденции развития пивобезалкогольной отрасли России. Пиво и напитки. 2002. №2.

3. Т.В. Горпитенко, З.Ф.Анинанова. Качество ячменя для пивоварения.

4. Л. Нарцисс. Технология солода. М. Пищевая промышленность. 1980.

5. В. Складал, JL Догнал, Л. Горак и др. Пивоваренный ячмень. М. Государственное издательство сельскохозяйственных плакатов. 1961.

6. D.A. Reid, G.A. Wide, R.G. Dahms. Barley. M. Колос.

7. Э.Д. Неттевич, З.Ф. Анинанова, Л.М. Романова. Выращивание пивоваренного ячменя. М. Колос. 1981.

8. В. Кунце.Технология солода и пива. Санкт - Петербург. 2001.

9. И.Г. Легнер, А.И. Жукова, Д.Б. Лифшиц. Достижения в технологии солода и пива. М. Издательство технической литературы. 1980г.

10. С.И. Хорунжина. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. М. Колос. 1999.

11. Е.Г. Иванова, Л.В. Киселева, Н.Г. Ленец. Влияние гемицеллюлоз на гидролиз некрахмалистых полисахаридов. Пиво и напитки. 2002. №2.102

12. В.А. Кретович. Биохимия зерна. М. Наука. 1981 .

13. Г. Басаржова, Я. Яноушек. Влияние аминокислот на технологию производства и качества пива. Пиво и жизнь. 2001. № 2 (27).

14. Е.А. Казакова, И.Н. Грибкова, Е.Ф. Шаненко, Г.А. Ермолаева. Определение активности цитолитических ферментов солода. Пиво и напитки. 2001.

15. Г.А. Ермолаева. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. М. 2000.

16. А.М. Петров. Состояние пищевой промышленности России на рубеже веков. Пищевая промышленность. 2001. №5.

17. Ф.М. Куперман. Морфофизиология растений. М. Высшая школа. 1977.

18. В.Г. Тихомиров. Технология пивоваренного и безалкогольного производства. М. Колос. 1998.

19. В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов и др. Биохимия растительного сырья. -М. Колос. 1999.

20. A.C. Гинзбург, М.А. Громов. Теплофизические свойства зерна, муки, крупы. М. Наука. 1971.

21. Патент. ФРГ. №13000089, кл. 6А, 2, 1970.

22. Патент. ФРГ № 1290110. кл. 27,1, 1969.

23. Патент. Австралия. № 296023, кл. 27,1; 1969.

24. Патент. США. № 174909, кл. 195-69

25. В.Е. Балашов, Б.Н. Федоренко. Технологическое оборудование предприятий пивоваренного и безалкогольного производства. М. Колос. 1994.103

26. В.Ф. Верзилов. Регуляторы роста и их применение в растениеводстве. М. Наука.1971 .

27. П.Б. Куратов. Гормональный баланс растений. Методы его изучения и регулирования. Автореферат докторской диссертации. - М. 1966.

28. Патент ФРГ № 850884; кл. 6а ; 2; 1971.

29. B.C. Исаева, H.H. Раттель, Т.Н. Волкова. Краткий атлас посторонних микроорганизмов пивоваренного производства. М. 1977.104

30. Г.А. Романенко, А.И. Тютюнников. Агробиологические основы возделывания однолетних растений на корм. М. РАСХН. 1999.

31. М.С. Двораковский. Экология растений. М. Высшая школа. 1983.

32. Авторское свидетельство. СССР. №309609, кл. С12Е. 1972.

33. Е.Э. Атрощенко. Действие ударно-волновой обработки семян на морфофизиологические особенности и продуктивность растений. -М. Автореферат. 1997.

34. В.Б. Акопян, В.Д. Казанцев. Физические основы применения ультразвука в сельском хозяйстве. Москва. МГАВМиБ им. Скрябина. 1988.

35. В.Б. Акопян. Механизм биологического действия ультразвука. М. Колос. 1983.

36. И.Е. Эльпинер. Биофизика ультразвука. М. Наука. 1973.

37. Кок; Уинстон. Звуковые и световые волны. М. Мир. 1966.

38. С.Ф. Данько, Т.Н. Данильчук, В.В. Егоров. Проращивание ячменя после воздействия звуком разной частоты. Пиво и напитки. 2000. №5.

39. С.Ф.Данько. Влияние акустических колебаний на процесс солодоращения. М. МГТА. Сборник материалов конференции молодых ученых "Химия и биотехнология пищевых продуктов". 2000.

40. С.Ф. Данько, Т.Н. Данильчук, В.В. Егоров. Звуковая обработка ячменя на разных стадиях солодоращения. Пиво и напитки. 2000. №5.105

41. С.Ф. Данько, Т.Н. Данильчук, В.В. Егоров Д.Н. Юрьев. Роль частоты акустических волн в процессе солодоращения. Сборник научных трудов МГАВМ и Б им. Скрябина "Актуальные вопросы экологии". 2000.

42. С.Ф. Данько, Т.Н. Данильчук, В.В. Егоров Д.Н. Юрьев. Влияние озвучивания на прорастание ячменя. М. МГТА. Сборник тезисов третьей международной научно-технической конференции "Пища, экология, человек". 1999.

43. С.Ф. Данько, Т.Н. Данильчук, В.В. Егоров Д.Н. Юрьев. Влияние частоты звука на прорастание ячменя. М. МГТА. Сборник тезисов международной конференции "Информатизация пищевых технологий и биосистем". 1999.

44. С.Ф. Данько. Интенсификация процесса солодоращения ячменя действием звука различной частоты. М. Автореферат. 2001 .

45. A.M. Кузин. Идеи радиационного гормезиса в атомном веке. М. Наука. 1995.

46. А.А. Шахов. Фотоэнергетика растений и урожай. Москва. Изд. Наука. 1993.

47. A.M. Кузин, Д.А. Каушинский. Прикладная радиобиология. М. Энергоиздат 1981.

48. А. Абдурахманова. Исследование полезных биохимических сдвигов в ценном растительном сырье под влиянием ионизирующих облучений. М. Автореферат. 1971.

49. Н.Ф. Батыгин, В.Н. Савин. Использование ионизирующих излучений в производстве. М. Колос. 1966.106

50. М. Березина, Д.А. Каушинский. Предпосевное облучение сельскохозяйственных растений. М. Издание 2. 1975.

51. Ю.А. Холодов. Шестой незримый океан. Москва. Изд. Знание. 1978.

52. М. Хасанова. Влияние электрического поля постоянного тока на некоторые физиолого-биохимические процессы и урожай яровой пшеницы. М. Автореферат. 1973.

53. A.M. Гордеев, В.Б. Шершнев. Электричество в жизни растений. М. Наука. 1991.

54. С.М. Кондратьева. Интенсификация процесса проращивания ячменя на солод методом электрической и аэрационной обработки. М. Автореферат. 1975.

55. Г.Н. Зацепина. Электрическая система регуляции процессов жизнедеятельности. М. Изд. Московского университета. 1992.

56. М.Б. Беккинбант, Е.Г. Глаголева. Электричество в живых организмах. М. Наука. 1988.

57. H.H. Григорьева, В.Г. Шахбазов. Мутагенный эффект постоянного электрического тока. Генетика. 1989. №1.

58. В.М. Попов. Теоретические аспекты механизма разрушения растений током высокого напряжения. Челябинск. ЧГАУ. Т. 14; 1996.

59. В.В. Пилюгина, A.B. Регуш. Электромагнитная стимуляция в растениеводстве. М. ВНИИТЭИСХ. 1978.

60. E.H. Живописцев. Электротехнология в сельскохозяйственном производстве. М. ВНИИТЭИСХ. 1978.107

61. Б. Стрельцов, К. Стрельцов. Управление метаболизмом растений путем пропускания слабого электрического тока. М. Международный агропромышленный журнал. 1990. № 6.

62. Д.А. Алиев, В.Ф. Азызанов. Информационная роль биоэлектрических потенциалов в растительных объектах. -Известия АН Азербаджанской ССР. 1982. № 1.

63. Ч. Разенович. Ритмические сигналы у растений. Экология и биохимия культурных растений. Т. 17. 1985. №6.

64. В.Г. Сазыкин. Классификация воздействия электричества на растения. Краснодар. Кубанский сельскохозяйственный институт. 1985. №249.

65. И.Ф. Бородин, И.Н. Щербаков. Электрофизические способы стимуляции роста растений. Техника в сельском хозяйстве. 1998. №4.

66. Е.В. Бурлакова. Особенности сверхмалых доз биологически активных веществ и физических факторов низкой интенсивности. -Всероссийский химический журнал. 1999.

67. М.Г. Барышев, Г.И. Касьянов. Влияние электромагнитного поля на физико-химические и биологические системы. Хранение и переработка сельхозсырья. 2001. №9; № 10.

68. С.Н. Храпенков, М.В. Гернет, В.М. Бахир. Воздействие электрохимически активированных систем на ферменты солода. -Пиво и напитки. 2002. №5.

69. Е.В. Чернова, A.M. Гернет, JI.H. Шабурова, A.A. Кочеткова. Применение электрохимически активированных растворов в пивоварении. Пиво и напитки. 2002г. №2.108

70. Г.Р. Ефимова, B.B. Егоров, С.Ф. Данько. Солодоращение ячменя в католите и анолите. Пиво и напитки. 2002г. №4.

71. М.И. Сметанин. Свет исправляющий воду. М. Пиво и напитки. 2002. №2.

72. А.Ф. Лысенков. Влияние озвученной воды на семена древесных культур. Физиология растений. 1966. Т13, вып. 4.

73. И.С. Смирнова. Применение токов высокой частоты для дезинсекции зерна. М. Автореферат. 1955.

74. Ю.А. Холодов. Человек в магнитной паутине. М. Знание. 1972.

75. А.П. Дубров. Геомагнитное поле и жизнь. М. Гидрометиоиздат. 1974.

76. С.Н. Маслоброд. Электрический язык растений. Кишинев. 1981.

77. Патент. Англия. № 1163067; кл. С6Е 1969.

78. K.M. Мирзаева. Влияние электромагнитных полей на объекты. М. МГАВМиБ. 2001.

79. В.А. Веселов, Т.В. Веселовская, Д.С. Чернавский. Трехфазная (парадоксальная) дозовая зависимость реакции растительной клетки на факторы внешней среды. Хранение и переработка сельхозсырья. 2000. №6.

80. К.Т. Жашко. Пивоваренный ячмень и особенности его качественных характеристик в урожаях последних лет в Российской федерации. Пиво и жизнь. 1999. №1 (20).

81. В.Л. Касперович, Г.Г. Романюк, С.Ю. Вавилов. Интенсификация процесса солодоращения. Пиво и напитки. 1999. №1.109

82. Нгуен Тхи Тху Хыонг, Е.Ф. Шаненко, В.В. Кирдяшкин. Применение ИК-излучения в производстве солода из вьетнамского риса. Пиво и напитки. 1998г. №3.

83. И.А. Ананин, Я.Д. Каданер, Л.М. Урусова, В.В. Шмырев. Импульсный и микроволновый метод способ повышения стойкости напитковю Пиво и напитки. 1998.

84. Х. Алекс, У.Шанк. Комбинированное измерение экстракта и определение потока жидкости. Вгагшек. 2002. №1.

85. Э.С. Насретдинов, К.Х. Мажидов, Р.Б. Нахимов. Применение магнитного поля в пищевых производствах. Хранение и переработка сельхозсырья. 1997. №7.

86. А.И. Украинец. Влияние электромагнитных полей на величину электрокинетического потенциала клеток микроорганизмом. -Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. №5.

87. Патент ФРГ №850884; класс 6а, 2, 1971.

88. И.Н. Алейников. Новые технологии тлеющего разряда. Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. №6.

89. П.М. Мальцев. Химико-технологический контроль производства солода и пива. М. Пищевая промышленность. 1976.

90. Г.И. Косминский. Технология солода, пива и б/а напитков. Лабораторный практикум по технохимконтролю производства. -Минск. Изд. Дизайн ПРО. 2001.

91. Технические условия. Ячмень пивоваренный. ГОСТ 5060-86. Госкомитет по стандартам.110

92. Технические условия. Солод. ГОСТ 29294-92. Госкомитет по стандартам.

93. Технические условия. Пиво.

94. E.JI. Гвоздева, В.В. Мосолов. Влияние окисления пероксидазой хрена активность белка ингибитора протеиназ и альфа амилазы из зерна пшеницы. - С. Петербург. Третий Всероссийский съезд общества физиологов растений. Тезисы докладов. 1999.

95. И.М. Грачева, А.Ю. Кривова. Технология ферментных препаратов. М. Изд. Элевар. 2000.

96. И.П. Выродов. Физико-химическая природа процессов набухания зерна. Известия вузов. Пищевая технология. 2001. №1.

97. Л.Ф. Петракова, В.В. Егоров, С.Ф. Данько. Фотоактивация солодоращения ячменя. Пиво и напитки. 2002. №6.101. "Growing in Fields" // New Scientists Electric, August; 1997j.