автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Научное обоснование и разработка технологии биоконверсии растительного сырья в производстве солода, пива, алкогольных и безалкогольных напитков

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

ПОЛЯКОВ Виктор Антонович

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОКОНВЕРСИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СОЛОДА, ПИВА, АЛКОГОЛЬНЫХ И БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ

Специальность 05.18.07 — Биотехнология пищевых продуктов

Президиум ВАК России

ДИССЕРТАЦИЯ

(ретмш

Москва

■а?" 2003 г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Востриков Сергей Всеволодович доктор технических наук, профессор Панасюк Александр Львович доктор технических наук, профессор Иванова Людмила Афанасьевна

Ведущая организация:

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Защита диссертации состоится 20 мая 2003 г. в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д006.025.01 при ГУ «Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности» по адресу: 119021, Москва, ул. Россолимо, 7.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке ГУ «Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности».

Диссертация в виде научного доклада разослана 18 апреля 2003 года.

Ученый секретарь диссертацио

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Пищевая и перерабатывающая промышленность, являющаяся одним из главных звеньев народного хозяйства Рос сии, призвана выпускать высококачественную, конкурентоспособную продукцию, включая продукты детского питания на основе достижений биотехнологии и комплексной малоотходной технологии переработки сырья.

Сложившаяся в последние годы в промышленности ситуация характеризуется особой значимостью работ по широкому внедрению технологий биоконверсии растительного сырья, отвечающих приоритетным направлениям развития науки и техники в пивоваренной и безалкогольной, спиртовой и ликероводочной промышленности. К их числу отнесены такие направления как:

• улучшение сырьевой базы отраслей, повышение качества и конкурентоспособности отечественного сырья; снижение доли ввоза сырья по импорту;

• разработка научных основ и рациональной технологии специальных солодов с целью снижения их расхода и повышения коэффициента безотходности производства;

• разработка научных основ технологии и оборудования для производства бальзамов, концентратов и безалкогольных напитков с профилактической направленностью, в том числе для детей дошкольного и школьного возраста;

• создание научно обоснованных технологий и оборудования для выпуска полупродуктов квасного производства, квасов брожения и напитков на зерновом сырье;

• научное обоснование и разработка технологии комплексной переработки зерна на спирт, крахмал и кормопродукты.

Данная работа обобщает научные исследования, проведенные нами во Всероссийском научно-исследовательском институте пищевой биотехнологии, Всероссийском научно-исследовательском институте пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, Московском Государственном Университете пищевых производств в содружестве с другими организациями и предприятиями и предлагает научное обоснование и практические схемы технологических процессов биоконверсии растительного сырья по приоритетным направлениям развития отрасли.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью работы стало разработка принципиально новых и совер шенствование существующих технологических схем переработки зернового, плодово-ягодного, овощного и пряноароматического растительного сырья, привлечение к переработке нетрадиционных видов сырья и пищевых добавок, повышение уровня безотходнос-ги производства.

Как основные определены следующие задачи работы:

Обосновать и разработать способы солодоращения, обеспечи вающие интенсификацию технологического процесса для получения продуктов высокого качества, с увеличением выхода солода на солодовнях различного типа.

Обосновать и разработать ускоренный способ производства специального высокоферментативного солода, ячменного и ржаного, с высоким уровнем активности ферментов для пивоварения и производства концентрата квасного сусла (ККС).

Исследовать технологические, физиологические и биохимические свойства ячменей из нетрадиционных районов их произрастания и разработать режимы солодоращения.

Научно обосновать и разработать технологические режимы и способы механической, водно-тепловой и ферментативной обработки сырья в спиртовом производстве для получения концентрированного сусла и его сбраживания с повторным использованием

фильтрата барды и переработки послеспиртовой барды в сухие и концентрированные кормопродукты.

Научно обосновать и разработать технологию комплексной переработки зерна ржи на спирт, крахмал и кормопродукты

Разработать биотехнологию переработки плодово-ягодного, овощного, пряноароматического растительного сырья с целью получения концентрированных основ, порошкообразных смесей, бальзамов, алкогольных напитков, безалкогольных напитков профилактического назначения с повышенной биологической стойкостью.

Внедрить разработанные технологические схемы биоконверсии зернового, плодово-ягодного, овощного, пряноароматического сырья на предприятиях отрасли и в специализированных цехах по комплексной переработке растительного сырья с целью получения биологически ценных продуктов в ассортименте.

Научная новизна

Разработаны элементы новой научной концепции биоконверсии растительного сырья в производстве солода, пива, алкогольных и безалкогольных напитков, которые послужили основой для создания принципиально новых технологий в пивоваренной и безалкогольной, спиртовой и ликероводочной промышленности.

Научно обоснованы условия ускоренного замачивания и проращивания ячменей с различными пивоваренными свойствами в высоком слое. Разработан способ активного воздействия ферментов на эндосперм ячменя при его направленном росте, позволяющий повысить растворение солода из ячменей с пониженными пивоваренными свойствами. С целью оптимизациии контроля технологического процесса солодоращения разработан метод, основанный на изменении активности окислительно-восстановительных ферментов в прорастающем ячмене.

Изучен фракционный состав азотистых веществ солода. Установлены зависимости между накоплением низкомолекулярных фракций азотистых веществ и продолжительностью процесса получения солода.

Выявлено стабилизирующее действие ионов К+, Са2+, Мп2+ на активность гидролитических ферментов солода при тепловой обработке свежепроросшего солода.

Научно обоснованы технологические режимы ускоренного производства высокоферментативного пивоваренного солода для его использования при выработке пива с повышенным количеством несоложеного ячменя.

Исследованы пивоваренные свойства и биохимический состав ячменей, районированных в южных регионах России и в Средней Азии. На основании изучения влияния белков, жирных кислот и других компонентов ячменя на показатели качества солода, сусла, и пива разработана технология солодоращения высокопленчатого трудноразрыхляемого ячменя.

Усовершенствована технология производства ферментированного ржаного солода для производства ККС. Проведенные исследования позволили установить закономерности применения многократного оросительного замачивания зерна ржи и обработки его раствором гибберелловой кислоты и хлоридом кальция для стабилизации и активации ферментов.

Предложена научная концепция и разработан проект комплексной биотехнологии «Экоспирт» — переработки зернового сырья на спирт, крахмал и кормопродукты. На основании изучения каталитических свойств и специфичности действия ферментных препаратов гидролитического действия обоснованы технологические параметры и режимы механической, водно-тепловой и ферментативной обработки зернового сырья комплексными препаратами для получения концентрированного сусла. Проведен анализ физико-химического состава зерна ржи и научно обоснована необходимость целевого использования каждого из его компонентов. Впервые разработана комплексная технология переработки ржи на крахмал, спирт и кормопродукты.

Научно обоснованы технологические способы повышения биологической стойкости концентратов и напитков на пряноарома-тическом сырье. Проведен количественный учет микроорганизмов в пряноароматическом сырье, в полуфабрикатах, в готовых экстрактах и в напитках. Показано, что биологическую стойкость экстрактов и напитков можно прогнозировать в зависимости от вида

и количества микроорганизмов в исходном сырье. Количество микроорганизмов в 100 см3 готового напитка (показатель КМАФАнМ) не должно превышать 10 КОЕ для стойкости 6 мес. Предложены физические способы обработки полуфабрикатов (УФ, СВЧ) и использование природных консервантов — эфирных масел для повышения биологической стойкости напитков.

Новизна полученных результатов защищена 48 авторскими свидетельствами и патентами РФ, применяемыми в промышленности.

Практическая ценность и внедрение результатов исследований

Проведенные исследования и полученные результаты являются научно-техническими направлениями, включающими комплексную переработку зерна на спирт, крахмал, и кормопродукты, производство солода по принципиально новым и усовершенствованным технологиям, разработку технологии солодовых и зерновых напитков, бальзамов, концентратов для напитков.

Технология производства солода с повышенным использованием компонентов ячменя позволяет на 20—100 % повысить мощность действующих предприятий, на 40—50 % сократить продолжительность солодоращения, на 1,5—2,0 % повысить выход солода, на 1,0—3,0 % увеличить его экстрактивность. Технология интенсивного производства солода на реконструированном оборудовании была внедрена на пивоваренных заводах им. Бадаева, Оршанском (Белоруссия), Воронежском, Самаркандском (Узбекистан) и других. Предложены варианты схем реконструкции различных типов солодовен с целью проведения солодоращения по технологии с перезамачиванием ячменя и по технологии, совмещающей процессы замачивания и проращивания зерна в одном аппарате.

Разработана технология ускоренного производства высокоферментативного пивоваренного солода с уровнем активности ами-лолитических, протеолитических и цитолитических ферментов в 1,3—1,5 раза превышающем уровень активности ферментов обыч-

кого солода. На основании теоретических предпосылок обоснованы технологические режимы переработки несоложеного ячменя при доле последнего в засыпи 30—40 % с высокоферментативным солодом без использования микробных ферментных препаратов. Разработанные технологические схемы включены в Технологическую инструкцию по производству солода и пива ТИ-18-6-47-85 и используются на предприятиях отрасли.

Разработана технология производства ржаного ферментирован -ного солода, предназначенного для выработки ККС с улучшенными органолептическими показателями. Технология внедрена на Каменко-Бугском комбинате и рекомендована для предприятий:, вырабатывающих ККС (утверждена минпищепромом СССР 17.04.1979 г.).

Разработана технология использования в пивоварении высокопленчатых труднорастворимых ячменей из нетрадиционных районов их произрастания. Разработаны и проверены в производственных условиях режимы солодоращения и технология получения пивного сусла и пива высокого качества. Технология внедрена на пивоваренных заводах Средней Азии.

Разработанная биотехнология «Экоспирт» ориентирована на получение основного продукта — этанола высокого качества, снижения его себестоимости и создание малоотходной технологии. Важными преимуществами этой технологии являются сокращение выхода барды, снижение теплоэнергозатрат и водопотребления по всем стадиям производства. Технология внедрена на спиртовых заводах Мичуринском, Тамбовском, Корыстовском (технологический регламент ТР10-13004-2000).

Внедрение комплексной технологии переработки зерна на спирт и кормопродукты позволяет перерабатывать малоиспользуемые отходы в высококачественные белково-углеводные кормопродукты. Совместно со специалистами ВНИИ Птицеводства разработаны технические условия по применению сухой барды в качестве наполнителя при производстве премиксов и рекомендации по ее использованию в рационах сельскохозяйственной птицы. На основе барды разработаны белково-витаминные и аминокислотные концентраты для пищевых и кормовых целей (ТУ 9296-30200008064-98).

Разработана биотехнология производства бальзамов, концентрированных основ и безалкогольных напитков профилактической направленности с применением плодово-ягодного, овощного, пря-ноароматического растительного сырья, натуральных пищевых добавок. Для реализации данного направления разработана комплексная технология, по которой предприятия отрасли вырабатывают концентраты для напитков, различные по форме и составу. Для выработки порошкообразных смесей для напитков в ассортименте разработана технология и предложено аппаратурное оформление.

Разработаны и внедрены технологии производства концентрированных основ для безалкогольных напитков (А.с. №№ 1457195, 1510820, патенты РФ №№ 2081621, 2113141, 2113139, 2113140, 2113141, 2113142).

Научно обоснована и разработана комплексная биотехнология переработки растительного сырья, по которой предприятия отрасли выпускают бальзамы и ликероводочные изделия (патенты РФ №№ 2152431, 2163634); (патенты РФ №№2141516, 2148631, 2144076, 2175005).

Концентрированные основы и бальзамы прошли клинические испытания и имеют официальное подтверждение о лечебно-профилактическом действии на организм человека. Биологически активные соединения, входящие в состав бальзамов, способствуют выведению из организма человека ионов тяжелых металлов, обладают антистрессовыми свойствами, нормализуют обмен веществ и деятельность сердечно-сосудистой системы. Бальзамы Шипова дубрава, Гиперборей, Ратибор рекомендованы в качестве пищевых биологически акгивных добавок (РУ № 002807 Р. 643. 04.2001. Минздрав РФ).

Выпуск концентрированных основ, бальзамов и ликероводоч-ных изделий осуществляется на многих предприятиях РФ и стран СНГ. Среди них: Московская областная ассоциация женьшенево-дов, фирма Союз, ЗАО Ферейн-1, Москва, фирма Финод, г. Киров, ОАОПК Коломенский, г. Коломна, БИОК, г. Курск, винсов-хоз Машук, г. Железноводск, фирма Пилтене, Латвия, ликероводочные заводы Алкон, Великий Новгород, Родник, г. Самара, Бу-турлиновский, Воронежская обл., Кристалл, г. Ливны и другие предприятия отрасли.

С целью получения из цряноароматического сырья концентрированных основ, отвечающих требованиям стандарта по микробиологической чистоте, изучено влияние электрофизических методов воздействия (УФ и СВЧ) на микроорганизмы, присутствующие в пряноароматическом сырье, полуфабрикатах и готовых напитках. Даны рекомендации по применению методов электрофизического воздействия в технологии получения высокостойких концентрированных основ безалкогольных и слабоалкогольных напитков.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных, всесоюзных и всероссийских конференциях, семинарах и симпозиумах в том числе:

Международные симпозиумы по производству солода и пива (Югославия,1975, 1981 гг.).

Всесоюзные научно-технические совещания «О состоянии и внедрении в пивобезалкогольной промышленности научных разработок и перспективах ускорения научно-технического прогресса отрасли» (Рустави, 1980г., Брест, 1982 г., Куйбышев, 1983 г.).

Первый Европейской семинар по контролю качества в пищевой промышленности (Будапешт, 1986 г.).

Всесоюзный семинар «Технология производства концентратов безалкогольных напитков с использованием местного растительного сырья» (Рига, 1990 г.).

Международная конференция «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 1991 г.).

Международная конференция «Экстракция органических соединений» (Прага, 1993 г.).

Международный форум «Мировые достижения в технологии напитков» (Мюнхен, 1993 г.).

Международная научно-практическая конференция «Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности» (Краснодар, 1994 г.).

Национальный российский конгресс «Человек и лекарство» (Москва, 1995 г.).

Международные конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 1995, 1997, 1999 гг.).

Всероссийские научно-практические конференции «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности»