автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка способов интенсификации спиртового брожения в бродильных производствах

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Московский Государственный университет пищевых производств

На правах рукописи

1 3 1307

ФАЙЗ Мохаммед Амин

УДК 663.1.031:663.51:661.183 (043.3)

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ В БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

Специальность 05.18.07 - Технология продуктов брожения, алкогольных и безалкогольных напитков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор, академик АЭН Гернет М.В.

Официальные оппоненты - дя.н., доцент Щербаков С.С.

к.т.н., зам. генерального директора ООО "Интеграл Геха" по научной работе Жаркова Л.П.

Ведущая организация - ВНИИ ПБТ

Защита состоится МОЯ 1997 г. в часов на заседании Диссертационного совета К.063.51.04 Московского Государственного университета пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП.

Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, МГУПП, Ученому секретарю Диссертационного Совета

Автореферат разослан " ОПр^Л$ 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета,

к.т.н. Тихомирова О.И.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Московский Государственный университет пищевых производств

На правах рукописи

ФАЙЗ Мохаммед Амин

УДК 663.1.031 -.663.51:661.183 (043.3)

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ В БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

Специальность 05.18.07 - Технология продуктов брожения, алкогольных и безалкогольных напитков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современная экономическая ситуация и высокая конкуренция на рынке алкогольных напитков как с внутренними, так и с зарубежными производителями заставляет предприятия стремиться к снижению себестоимости продукции при сохранении и даже улучшении ее физико-химических и органолептических характеристик. Одним из наиболее эффективных путей решения згой сложной задачи является использование достижений науки, внедрение в производство передовых технологических процессов и приемов.

Базируясь на них, необходимо разрабатывать ресурсосберегающие технологии, так как известно, что в бродильных производствах расходы на сырье могут составлять большую часть себестоимости готовой продукции. Кроме того, неполная утилизация компонентов сырья приводит не только к значительным экономическим потерям, но и снижает качество продукции.

Одной из ключевых стадий бродильных производств, определяющих эффективность и результативность всей технологической цепочки, является сбраживание углеводсодержащих сред. Недостаточная конвертация питательных веществ дрожжами может вызываться разными причинами. Определение и устранение этих причин может интенсифицировать спиртовое брожение, уменьшить потери ценных составляющих сбраживаемых сред, стандартизировать состав и качество готовой продукции.

Перспективным способом решения этой проблемы является применение сорбирующих материалов при брожении.

Цели и задачи исследования. Основными целями диссертации являлись: интенсификация процесса брожения пивоваренных и

спиртовых производств за счет применения сорбентов; разработка способа получения эффективного сорбирующего материала.

Работа предусматривала решение следующих задач:

- определение пригодности различных типов сорбирующих материалов для интенсификации спиртового брожения;

- определение режимов применения сорбентов, обеспечивающих наилучшие результаты сбраживания углеводсодержащих сред;

- исследование взаимного влияния основных технологических параметров стадии брожения и использования сорбирующих материалов;

- разработку технологичного способа получения сорбирующего материала; изучение основных свойств такого сорбента;

- исследование механизма действия сорбирующего материала.

Научная новизна работы. Разработан способ получения многофункционального природного биосорбента на основе остаточных пивных дрожжей; предложены и научно обоснованы области его применения: активация спиртового брожения и устранение недобродов в пивоварении и производстве спирта из мелассы.

Изучены свойства и исследованы условия внесения биосорбента ОД-2 (полученного из остаточных пивных дрожжей) на стадии главного брожения в пивоварении: оптимальная концентрация препарата, влияние используемой расы дрожжей ЗассЬагогпусеБ сегеу151ае. Определены значения этих параметров, позволяющие увеличить количество этилового спирта в молодом и зрелом пиве.

Изучено влияние декановой кислоты на жизнедеятельность популяции дрожжей, используемых для сбраживания пивного сусла.

Изучены закономерности использования биосорбента ОК-2 (полученного из дрожжей, применяемых в производстве цитохромов) в пивоварении и определены оптимальные условия внесения препарата для интенсификации стадии главного брожения: стадия внесения,

концентрация препарата, способ его применения, день внесения препарата на стадии главного брожения, концентрация пивного сусла, раса дрожжей, используемых для сбраживания. Установлены значения этих параметров, обеспечивающие значительное увеличение выхода спирта в молодом пиве и более высокую утилизацию сбраживаемых Сахаров.

Изучены параметры применения биосорбента ОК-2 при сбраживании мелассного сусла: концентрация препарата, срок внесения, концентрация мелассного сусла. Определены значения этих параметров, обеспечивающие заметную интенсификацию сбраживания мелассного сусла.

Практическая ценность. Разработанный способ позволяет без применения сложных технологических приемов и дорогостоящего оборудования получать эффективно действующий биосорбент.

Полученный по предложенному способу биосорбент обеспечивает увеличение выхода этилового спирта в молодом пиве на 36% или позволяет сократить продолжительность главного брожения на 1 - 2 суток.

Определены параметры применения биосорбента при сбраживании мелассного сусла, обеспечивающие увеличение выхода этилового спирта на 5 - 7% по сравнению с контролем.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 25 таблиц. Библиография включает 141 наименование, из них 84 иностранных источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определены задачи исследования.

В обзоре литературы рассмотрены современные представления о негативном влиянии различных компонентов, накапливающихся в ходе процесса брожения или являвшихся составляющими сырья. Рассмотрены различные аспекты применения биосорбентов на основных стадиях пивоваренных производств и в виноделии. Рассмотрены проблемы, которые позволяет устранить такой технологический прием. Приведены сравнительные характеристики различных биосорбентов; рассмотрены строение и свойства сорбирующих препаратов на основе клеточных стенок дрожжей.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

1. Материалы и методы исследований.

В работе использовали ускоренный метод определения этилового спирта (Валуйко Г.Г., 1980), а также определяли содержание этанола дистилляционным методом (Мальцев П.М., 1976). Содержание редуцирующих веществ в растворах определяли с использованием калия железосинеродистого (Великая Е.И., Суходол В.Ф., 1983), а также по методу Шомодьи-Нельсона (Nelson N., Somogyi М., 1952). Бродильную активность испытуемых микроорганизмов определяли весовым методом (Колчева РА., Херсонова Л А. и др., 1988). Влажность материалов определяли методом доведения до постоянной массы (Великая Е.И., Суходол В.Ф., 1983). Для нахождения содержания сухих веществ в растворах применяли рефрактометрический метод (Великая Е.И., Суходол В.Ф., 1983). Активную кислотность определяли электрометрически. Изучение влияния декановой кислоты на дрожжи

проводилось качественным методом, основанным на диффузии кислоты в среду сусло-агар, засеянную исследуемыми дрожжами. Соединения липидной фракции сусла определяли методом адсорбционной хроматографии в тонком слое. Концентрацию белков в растворах находили по методу Лоури (Грачева И.М. и др., 1982). Содержание аминокислот в растворах определяли по числу карбоксильных групп в водно-спиртовой смеси (Мальцев П.М., 1976). Все определения проводили в трех повторностях. В диссертации представлены средние арифметические трех повторностей каждого опыта.

2. Результаты и обсуждение.

2.1. Применение сорбентов на стадии главного брожения пивоваренных производств.

На первом этапе изучали целесообразность применения двух различных по типу действия препаратов. (5-Циклодекстрин обладает способностью образовывать комплексы включения с молекулами веществ различной химической природы, в том числе и с соединениями, негативно воздействующими на процесс спиртового брожения, таким образом, связывая их. Биосорбент ОК-2 любезно предоставлен автором способа его получения на основе дрожжевых клеток д.т.н. Щербаковым С.С. Препарат способен сорбировать токсичные компоненты бродящей среды.

Для определения эффективности применения препарата ОК-2 и р-циклодекстрина с целью улучшения качественных характеристик молодого и готового пива был проведен следующий эксперимент. Препарат ОК-2 и Р-циклодекстрин вносили в количестве 0,1% (вес/об.) каждый. Главное брожение вели дрожжами БассЬаготусез сеге\чз1ае (11 раса; здесь и далее, если не указано иначе) в течение 8 дней при

температуре б - 7°С. Использовали 11 %-ное "жигулевское" сусло. В качестве контроля применяли такое же сусло без добавления циклодекстрина. Для оценки эффективности применения препарата здесь и далее определяли основные химические и биологические показатели, характеризующие протекание процесса брожения: содержание этилового спирта; содержание редуцирующих веществ; бродильную активность. Результаты эксперимента представлены в табл. 1 и 2.

Таблица I.

Влияние р-циклодекстрина на выход этилового спирта и утилизацию Сахаров при главном брожении.

День брожения Контроль Р-Ц иклодекстрин

Этанол РВ Этанол РВ

% об. %(') мг/мл %Р) % об. %(') мг/мл %и>

0 0 0 93,6 100,0 0 0 93,6 100,0

1 0,05 1,6 93,3 99,7 0,15 4,7 91,6 97,9

2 0,25 7,9 - - 0,48 15,1 86,7 92,6

4 0,71 22,4 83,5 89,2 0,92 29,0 80,1 85,6

5 1,27 40,1 74,9 80,0 1,68 53,0 68,2 72,9

6 1,89 59,6 65,3 69,8 2,76 87,1 51,2 54,7

7 2,44 77,0 56,9 60,8 2,92 92,1 49,1 52,5

8 3,17 100,0 45,5 48,6 3,32 104,7 43,1 46,1

(1) Здесь и далее за 100% принято содержание этилового спирта в

контрольном варианте на последний день главного брожения. (2) Здесь и далее за 100% принято содержание РВ в контрольном варианте до начала главного брожения. Видно, что использование Р-циклодекстрина позволяет повысить количество этилового спирта в молодом пиве на 4,7% по сравнению с

контролем. Кроме того, показано, что при использовании р-циклодекстрина удается повысить интенсивность брожения в первые дни.

Таблица 2.

Влияние препарата ОК-2 на выход этилового спирта и утилизацию

Сахаров при главном брожении.

День брожения Контроль Препарат ОК-2

Этанол РВ Этанол РВ

% об. % мг/мл % % об. % мг/мл %

0 0 0 93,6 100,0 0 0 93,6 100,0

1 0,05 1,6 93,3 99,7 0,04 1,3 - -

2 0,25 7,9 - - 0,15 4,7 91,6 97,5

4 0,71 22,4 83,5 89,2 0,62 19,6 85,6 90,8

5 1,27 40,1 74,9 80,0 1,13 35,7 76,3 81,5

6 1,89 59,6 65,3 69,8 2,23 73,5 58,2 62,2

7 2,44 77,0 56,9 60,8 2,48 78,2 56,5 60,4

8 3,17 100,0 45,5 48,6 3,42 107,9 41,5 44,^

Видно, что внесение биосорбента обеспечивает увеличение выхода этилового спирта в молодом пиве на 7,9% по сравнению с контролем. Показано, что препарат ОК-2 начинает проявлять свое интенсифицирующее воздействие к концу стадии плавного брожения (после 5 дня). Очевидно, к этому времени в бродящей среде накапливаются токсичные для дрожжей продукты метаболизма, тормозящие процесс. Присутствующий в сусле биосорбент аккумулирует эти соединения, облегчая протекание спиртового брожения. По результатам двух описанных выше экспериментов был сделан вывод о том, что оба препарата позволяют достичь

преимуществ в накоплении этилового спирта в молодом пиве по сравнению с контролем. Поэтому в следующих экспериментах отрабатывались оптимальные параметры внесения и р-

циклодекстрина, и препарата ОК-2. Основное внимание было уделено биосорбенту, как обеспечившему лучшие результаты.

На следующем этапе работы определяли оптимальную концентрацию препарата ОК-2. Для сбраживания применяли 11 %-ное сусло. В качестве контроля использовали сусло без внесения сорбирующего препарата. Брожение продолжалось 8 суток при температуре 5 - 7сС. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.

Из таблицы видно, что оптимальной из рассмотренных концентраций сорбирующего препарата ОК-2 является концентрация,

Таблица 3.

Определение оптимальной концентрации препарата ОК-2

Доза пре- Показа- День брожения

парата, % тель 0 1 3 6 8

Контроль Спирт, % об. 0 0,99 1,62 1,98 2,23

% 0 44,4 72,7 88,8 100,0

РВ, мг/мл 80,0 77,0 75,0 72,0 68,0

% 100,0 96,3 93,8 90,0 85,0

0,03 Спирт, % об. 0 1,01 2,13 2,45 2,50

% 0 45,3 95,5 109,9 112,1

РВ, мг/мл 80,0 75,0 71,0 67,0 60,0

% 100,0 92,6 87,7 82,7 74,1

0,05 Спирт, % об. 0 1,01 2,43 2,68 2,79

% 0 45,3 109,0 120,2 125,1

РВ, мг/мл 80,0 75,0 70,0 63,0 57,0

% 100,0 92,6 86,4 77,8 70,4

0,10 Спирт, % об. 0 1,01 2,59 2,89 3,07

% 0 45,3 116,1 129,6 137,7

РВ, мг/мл 80,0 74,0 69,0 60,0 51,0

% 100,0 92,5 86,3 75,0 63,8

0,20 Спирт, % об. 0 1,00 2,53 2,85 3,00

% 0 44,8 113,5 127,8 134,5

РВ, мг/мл 80,0 74,0 70,0 64,0 52,0

% 100,0 92,5 87,5 80,0 65,0

0,30 Спирт, % об. 0 1,01 2,44 2,74 3,03

% 0 45,3 109,4 122,9 135,9

РВ, мг/мл 80,0 75,0 70,0 65,0 52,0

% 100,0 92,6 87,5 80,3 64,2

0,40 Спирт, % об. 0 1,01 2,28 2,85 3,01

% 0 45,3 102,2 127,8 135,0

РВ, мг/мл 80,0 73,0 72,0 64,0 53,0

% 100,0 91,3 90,0 80,0 66,3

0,50 Спирт, % об. 0 0,85 2,60 н/д 3,01

% 0 38,1 116,6 н/д 135,0

РВ, мг/мл 80,0 76,0 60,9 н/д 53,0

% 100,0 95,0 76,1 н/д 66,3

равная 0,1% (вес/объем сусла). Внесение такого количества биосорбента обеспечивает повышение содержания спирта в молодом пиве на 37,7 % по сравнению с контрольным вариантом (без внесения препарата). С другой стороны, все рассмотренные дозировки препарата ОК-2 позволяют интенсифицировать процесс брожения, увеличить степень утилизации сбраживаемых Сахаров и накопить этилового спирта на 12-37% больше, чем в контроле.

к

Оптимальную концентрацию р-циклодекстрина определяли аналогичным способом; она составила 0,075% (вес/об.)

В предыдущих экспериментах препарат вносили в начале главного брожения. Однако, из литературных данных известно, что биосорбент может связывать не только те отрицательно воздействующие на дрожжи компоненты, которые накапливаются во время брожения, но и негативно влияющие на процесс вещества, входящие в состав сырья. Последние, возможно, целесообразнее удалять еще на стадии, предшествующей главному брожению. Поэтому биосорбент применили на стадии затирания, внося его после смешения засыпи и налива. Для сравнения препарат ОК-2 вносили уже изученным способом в начале

Таблица 4.

Результаты внесения препарата ОК-2 на стадиях затирания и главного

брожения.

Стадия Показатель День брожения

внесения 0 1 4 5 6 7 8

Конт- Спирт, % об 0 0,41 0,57 0,71 0,94 М7 1,52

роль % 0 27,0 37,5 46,7 61,8 77,0 100,0

РВ, мг/мл 92,8 88,3 87,4 87,0 85,0 83,1 79,4

% 100,0 95,2 94,2 93,8 91,6 89,6 85,6

Затира- Спирт, % об 0 0,23 0,66 0,79 0,99 1,17 1,44

ние % 0 15,1 43,4 52,0 65,1 77,0 94,7

РВ, мг/мл 92,8 92,0 86,8 86,4 85,0 84,0 81,6

% 100,0 99,1 93,5 93,1 91,6 90,5 87,9

Главное Спирт, % об 0 0,28 0,65 0,84 1,05 1,23 1,61

брожение % 0 18,4 42,8 55,3 69,1 80,9 105,9

РВ, мг/мл 92,8 90,4 86,1 84,8 83,2 82,1 78,0

% 100,0 97,4 92,8 91,4 89,7 88,5 84,0

главного брожения. В качестве контроля, использовали то же сусло, что и в опытных вариантах (приготовленное по одноотЕарочному способу затирания из 85% солода и 15% ячменя, гидромодуль 1 :4, плотность охмеленного сусла 11,6%), но без внесения биосорбента. Препарат ОК-2 вносили в концентрации 0,1%. Брожение вели в течение 8 суток при температуре 5 - 6°С. Результаты эксперимента представлены в табл. 4. Из таблицы видно, что внесение препарата на стадии затирания не дает никаких преимуществ для интенсификации спиртового брожения. Оптимальным было признано внесение препарата ОК-2 на стадии главного брожения.

В литературе обсуждается вопрос о необходимой продолжительности контакта сорбента и бродящей среды. В ряде случаев рекомендуется после инкубации отделять сорбент. Для проверки целесообразности такого приема был поставлен следующий эксперимент. К 11%-ному суслу добавляли препарат ОК-2 в количестве 0,1%, смесь выдерживали в течение часа при 6°С, затем отделяли нерастворимую часть биосорбента фильтрованием через бумажный фильтр. После этого вносили семенные дрожжи. В качестве контроля использовали 11 %-ное сусло без добавления препарата ОК-2. Для сравнения вели сбраживание 11 %-ного сусла, в которое добавляли биосорбент в той же концентрации (0,1%), но препарат не отделяли после часовой инкубации. Течение процесса контролировали, определяя бродильную активность дрожжей весовым методом. Брожение вели в течение 8 суток при 5 - 7°С. Результаты эксперимента представлены в табл. 5.

Из таблицы 5 видно, что инкубирование и последующее отделение препарата ОК-2 не дает никаких преимуществ по сравнению с контролем. Оптимальным способом применения биосорбента следует призать его внесение на стадии главного брожение без инкубации с суслом и последующего отделения.

Для выяснения оптимального срока внесения биосорбента был проведен следующий эксперимент. Препарат в концентрации 0,1% добавляли в 11,6%-ное сусло перед внесением дрожжей, а также на 1,2,

Таблица 5.

Влияние способа применения препарата ОК-2 на результаты брожения.

Продолжительность Бродильная активность дрожжей (убыль веса, г)

брожения, дней Контроль Сусло + ОК-2 Сусло, обрабо-

танное ОК-2

0 0 0 0

1 0,04 0,05 0,03

5 0,34 0,47 0,31

6 0,41 0,57 0,39

7 0,50 0,69 0,49

8 0,61 0,80 0,60

5, 6 и 7 дни главного брожения. Ход процесса контролировали, определяя содержание спирта и РВ. Температуру поддерживали равной 6 - 7°С. Результаты эксперимента представлены в табл. 6.

Видно, что наилучшие результаты достигнуты при внесении биосорбента на I день главного брожения. Более позднее внесение препарата ОК-2 уменьшает эффективность этого технологического приема с точки зрения накопления спирта и утилизации сбраживаемых Сахаров. Однако, внесение препарата на первый день в производственных условиях технологически и аппаратурно более затруднительно, чем введение биосорбента перед началом главного брожения. Разница между этими двумя вариантами (0 и 1 дни) довольно значима, однако, принимая во внимание вышеизложенные

соображения, было решено признать наиболее целесообразным внесение препарата ОК-2 перед началом главного брожения. В дальнейших экспериментах биосорбенг вносился именно таким образом.

Таблица 6.

Влияние срока внесения препарата ОК-2 на результаты главного

брожения.

День Показатель День брожения

0 1 2 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Конт- Спирт, % об 0 0,58 0,68 1,52 1,70 2,03 ГТзб

роль % 0 24,6 28,8 64,4 72,0 86,0 100,0

РВ, мг/мл 92,8 86,4 86,0 71,2 69,8 63,0 59,5

% 100,0 93,1 92,7 76,7 75,2 67,9 64,1

0 Спирт, % об 0 0,46 0,61 1,62 1,93 2,56 2,89

% 0 19,5 25,8 68,6 81,8 108,5 122,5

РВ, мг/мл 92,8 87,5 86,7 70,1 67,9 60,3 57,2

% 100,0 94,3 93,4 75,5 73,2 65,0 61,6

1 Спирт, % об - 0,51 0,65 1,75 2,15 3,04 3,19

% - 21,6 27,5 74,2 91,1 128,8 135,2

РВ, мг/мл 92,8 86,7 86,1 69,2 65,3 55,8 52,3

% 100,0 93,4 92,8 75,6 70,4 60,1 56,4

2 Спирт, % об - - 0,62 1,55 1,75 2,31 2,56

% - - 26,3 65,7 74,2 97,9 108,5

РВ, мг/мл 92,8 86,4 70,9 69,3 62,1 58,0

% 100,0 - 93,1 76,4 74,7 66,9 62,5

5 Спирт, % об - - - 1,57 1,77 2,31 2,56

% - - 66,5 75,0 97,9 108,5

РВ, мг/мл 92,8 - - 70,0 68,6 60,4 58,1

% 100,0 - - 75,4 73,9 65,1 62,6

6 Спирт, % об - - - - 1,88 1,98 2,19

% - - - - 79,7 84,0 92,8

РВ, мг/мл 92,8 _ - 68,0 65,6 65,0

% 100,0 - - - 73,3 70,7 70,0

7 Спирт, % об - - - - - 2,10 2,15

% - - - - - 89,0 91,1

РВ, мг/мл 92,8 - - - - 65,2 65,1

% 100,0 - - - - 70,3 70,2

В работе было рассмотрено влияние препарата ОК-2 на результаты сбраживания сусла различными расами дрожжей ЗассЬаготусге сегеу1Б1ае.

Изучалось также влияние дехановой кислоты на рост популяции дрожжей. Показано, что декановая кислота в любой концентрации угнетающе действует на развитие дрожжей, наиболее часто применяющихся в пивоварении; чем выше концентрация кислоты в среде, тем более затруднен рост популяции микроорганизма.

Было определено влияние биосорбента ОК-2 на липидный состав бродящей среды. Применение препарата позволяет изменить липидный состав, практически полностью удаляя соединения, близкие по молекулярной массе к декановой кислоте.

2. Применение препарата ОК-2 для интенсификации брожения в спиртовом производстве. Для выяснения целесообразности применения биосорбента с целью повышения выхода этилового спирта при сбраживании мелассного сусла был проведен следующий эксперимент. В мелассное сусло концентрацией 21 % сухих веществ вносили препарат ОК-2 в количестве 0,5% (вес/об.) перед началом брожения, которое вели в течение 3 суток при температуре 0°С дрожжами йассЬаготусея сегеУ1Б1ае. В качестве контроля использовали сусло той же концентрации без добавления биосорбента. Результаты представлены в табл. 7.

Видно, что применение биосорбента позволяет повысить выход спирта.

Затем рассматривались дозировки препарата из диапазона 0,5 -3,0% (вес/об.). Препарат вносили в 21%-ное мелассное сусло. Брожение вели в течение 3 суток при температуре 30°С дрожжами

Таблица 7.

Влияние препарата ОК-2 на выход этилового спирта при сбраживании

мелассного сусла.

День Контрольный вариант Вариант с добавлением ОК-2

брожения Спирт, % об. Спирт, %(» Спирт, % об. Спирт, %

0 0 0 0 0

1 1,32 30,3 2,1 ( 48,4

2 2,54 58,3 2,84 65,2

3 4,36 100,0 4,65 106,7

№ За 100% здесь и далее, если не указано иначе, принимали содержание этилового спирта в контроле по окончании брожения

Таблица 8.

Влияние дозировки препарата ОК-2 на выход этилового спирта при

сбраживании мелассного сусла.

Дозировка Показатель День брожения

препарата ОК-2, % 0 1 2 3

Контроль Спирт, % об. 0 2,08 3,07 4,61

% 0 45,1 66,6 100,0

0,5 Спирт, % об. 0 3,00 3,60 4,68

% 0 65,1 78,1 101,6

1,0 Спирт, % об. 0 3,04 4,74 4,81

% 65,9 102,9 104,5

1,5 Спирт, % об. 0 3,04 4,71 4,73

% 0 65,9 102,3 102,6

2,0 Спирт, % об. 0 3,20 4,67 4,69

% 0 69,4 101,4 101,8

3,0 Спирт, % об. 0 3,29 4,65 4,68

% 0 71,3 100,9 101,6

ЗассИагошусев сегеу1$1ае (здесь и далее, если не указано иначе). В качестве контроля использовали мелассное сусло той же концентрации без внесения биосорбента. Результаты представлены в табл. 8.

Видно, что все рассмотренные дозировки препарата ОК-2 позволяют повысить выход этилового спирта не менее, чем на 1,6%. Наилучший результат - повышение выхода на 4,5% по сравнению с контролем по окончании брожения - был достигнут при использовании 1,0% препарата ОК-2.

Для отработки наилучших технологических режимов и минимизации экономических затрат при сбраживании мелассного сусла был проведен следующий эксперимент. Препарат ОК-2 (1,0%) вносили перед началом брожения в мелассное сусло с начальной концентрацией сухих веществ 24%, 21%, 18%, 15%. В качестве контроля использовали

Таблица 9.

Влияние препарата ОК-2 на выход этилового спирта при сбраживании

мелассного сусла различной концентрации.

Концентрация Показатель День брожения

сусла, % 1 2 3 4 5

Контроль Спирт, % об. 0 0,16 0,86 2,73 4,74

% 0 3,3 18,2 57,6 100,0

24 Спирт, % об. 0 0,23 2,01 2,88 5,02

% 0 4,8 42,4 60,9 105,9

21 Спирт, % об. о - 0,56 2,29 3,96 5,07

% 0 11,8 48,3 83,5 106,9

18 Спирт, % об. 0 0,16 2,04 3,50 5,01

% 0 3,3 43,0 73,8 105,7

15 Спирт, % об. 0 0,30 1,58 3,69 4,38

% 0 6,3 33,4 77,9 92,5

21%-ное мелассное сусло без добавления биосорбента. Брожение вели при температуре 30°С в течение 5 суток, используя дрожжи ЗассЬаюшусез сеге\ч51ае. Результаты эксперимента представлены в табл. 9.

Видно, что при сбраживании мелассного сусла концентрацией 18 -24% сухих веществ за счет применения биосорбента удается накопить на 5 - 7% этилового спирта больше, чем в контрольном варианте. Наиболее целесообразным выглядит сбраживание 18%-ного мелассного сусла с применением биосорбента, так как в этом случае удается в условиях эксперимента, израсходовав меньшее количество сырья, получить на 5,7% спирта больше. Необходимо отметить, что при сбраживании 15%-ного сусла удается накопить всего на 7,5% спирта меньше, чем при использовании контрольного 21 %-ного сусла.

Было показано также, что наиболее целесообразным является добавление биосорбента перед внесением дрожжей, то есть, в начале брожения.

2.3. Применение препарата ОД-2 на стадии главного брожения пивоваренных производств.

Был разработан способ получения биосорбента, не требующий сложных технологических процессов, дефицитного оборудования и больших экономических затрат.

Основные стадии получения биосорбента включают, как указывалось в обзоре литературы: разрушение клеток, отделение цитоплазмы от клеточных стенок, высушивание препарата и измельчение частиц. Предложенный нами метод заключался в следующем. Осадочные дрожжи трижды промывали водопроводной водой (10 объемов на 1 объем дрожжевой суспензии). Воду удаляли декантацией. Затем дрожжи подвергали обработке для интенсификации разрушения клеток.

Затем суспензию клеток выдерживали 24 часа при 50°С, после чего снова трижды промывали десятикратными объемами воды. Клеточные стенки отделяли це!лрифугированием (5000 об/мин, 15 мин) и высушивали при температуре 60°С в течение 3 суток, после чего измельчали.

Для разрушения клеток могут применяться различные способы, в том числе, использование ферментов. В нашей работе для разрушения клеток проводили автолиз. В качестве агента, интенсифицирующего этот процесс, применяли: термообработку суспензии дрожжей (100°С, 15 мин); этанол и (по 5% каждого к объему суспензии дрожжей); толуол (1 % к объему суспензии дрожжей). В зависимости от того, какой была обработка дрожжей, получили три типа биосорбентов: ОД-1, ОД-2 и ОД-3, соответственно. Все остальные стадии проводились одинаково.

С целью определения эффективности применения сорбирующих препаратов ОД-1, ОД-2 и ОД-3 на стадии главного брожения для интенсификации процесса, накопления спирта и более полной утилизации Сахаров был поставлен следующий эксперимент. Препараты вносили в 11%-ное сусло в количестве 0,1% (вес/об.). Выбор дозировки предопределили данные, полученные при отработке параметров применения препарата ОК-2 в предыдущих экспериментах. Сходное происхождение биосорбентов обуславливает аналогичные строение и свойства, поэтому дозировка препарата ОК-2 была выбрана в качестве ориентира на первых этапах работы с препаратом ОД-2. Внесение препарата осуществляли перед началом главного брожения. Брожение вели дрожжами Эассаготусев сегеУ151ае раса 776 (здесь и далее, если не указано иначе) в течение 7 дней при температуре 5°С. В качестве контроля использовали сусло с 11% сухих веществ без внесения биосорбента. Для сравнения сбраживали 11%-ное сусло с

добавлением препарата ОК-2. Результаты эксперимента представлены в табл. 10.

Таблица 10.

Влияние биосорбентов на выход этилового спирта при сбраживании

пивного сусла.

День Показа- Препарат

брожения тель Контроль ОД-1 ОД-2 ОД-3 ОК-2

1 Спирт, % об 0,19 0,10 0,17 0,18 0,20

% С) 22,1 11,6 19,8 20,1 23,3

3 Спирт, % об 0,22 0,16 0,19 0,20 0,24

% 25,6 18,6 22,1 23,3 27,9

4 Спирт, % об 0,24 0,18 0,23 0,26 0,41

% 27,9 20,1 26,7 30,2 47,7

5 Спирт, % об н/д И 0,30 0,61 0,41 0,72

% н/д 34,9 70,9 47,7 83,7

6 Спирт, % об 0,33 0,41 0,81 0,56 0,89

% 38,4 47,7 94,2 65,1 103,5

7 Спирт, % об 0,45 0,60 1,04 0,76 М7

% 52,3 69,8 120,9 88,4 136,0

8 Спирт, % об 0,86 1,07 1,26 1,19 1,42

% 100,0 124,4 146,5 138,4 165,1

О Здесь и далее, если не указано иначе, за 100% принимали количество этилового спирта в контрольном варианте по окончании главного брожения.

С2) Нет данных.

Видно, что препарат ОК-2 наиболее эффективен и позволяет добиться 65%-ного увеличения выхода этилового спирта по сравнению с контролем. Однако, и три других биосорбента (ОД-1, ОД-2, ОД-3)

позволяют интенсифицировать брожение и накопить больше спирта по сравнению с контрольным вариантом. Из препаратов, полученных на основе пивных дрожжей, лучший результат (увеличение содержания этилового спирта на 46,5%) обеспечило применение биосорбента ОД-2, который и использовался в дальнейших экспериментах. Кроме того, полученные результаты подтверждают известные литературные данные о том, что применение биосорбентов тем эффективнее, чем труднее протекает брожение.

Молодое пиво, полученное в предыдущем эксперименте, дображивали в течение 21 суток при температуре 2°С. По окончании дображивания определяли содержание этилового спирта. Результаты представлены в табл. 11.

Таблица 11.

Результаты дображивания молодого пива, полученного с применением

биосорбентов различных типов.

Препарат Содержание этилового спирта

%об. % И

Контроль 3,04 100,0

ОД-1 3,40 111,8

ОД-2 3,55 116,8

ОД-3 3,45 113,5

ОК-2 3,65 120,1

И За 100% принимали количество этилового спирта в контрольном варианте по окончании дображивания.

Видно, что разница концентраций спирта в контрольном и опытных вариантах сокращается, однако интенсифицирующий эффект применения биосорбентов сохраняется значительным, причем в тех же пропорциях, что и в молодом пиве.

При исследовании фракционного белкового состава препарата ОД-2 было определено, что использование препарата в рекомендованных дозировках не приведет к снижению коллоидной стойкости готового пива.

Оптимальную концентрацию биосорбента определяли следующим образом. ОД-2 вносили перед задачей дрожжей (то есть, на 0 день) в 11%-ное сусло, брожение вели в течение 8 дней при температуре 8°С. В качестве контроля использовали 11%-ное сусло без добавления препарата Од-2, результаты эксперимента представлены в табл. 12.

Таблица 12.

Определение оптимальной концентрации препарата ОД-2.

Доза Показатель День брожения

ОД-2 1 2 3 4 6 7 8

Конт- Спирт, % об 0,08 0,45 0,58 0,71 1,09 1,55 1,75

роль % 4,6 25,7 33,1 40,6 62,3 88,6 100,0

0,05% Спирт, % об 0,25 0,56 0,81 0,84 1,24 1,70 1,83

% 14,3 32,0 46,3 48,0 70,9 97,1 104,6

0,10% Спирт, % об 0,30 0,58 0,81 0,85 1,27 1,72 1,95

% 17,1 33,1 46,3 48,6 72,6 98,3 111,4

0,25% Спирт, % об 0,28 0,60 0,84 0,91 1,35 1,75 1,98

% 16,0 34,3 48,0 52,0 77,1 100,0 113,1

0,50% Спирт, % об 0,31 0,61 0,86 0,94 137^ 1,85 2,05

% 17,7 34,9 49,1 53,7 78,3 105,7 117,1

Видно, что внесение любой из рассмотренных дозировок препарата ОД-2 позволяет облегчить процесс брожения и накопить в молодом пиве больше этилового спирта, чем в контроле. Выбор какой-либо из них в качестве оптимальной зависит от ряда факторов, в первую очередь, от цели применения биосорбента.

ВЫВОДЫ.

1. Разработан способ получения сорбирующих препаратов на основе остаточных пивных дрожжей, не включающий сложных технологических приемов, позволяющий решить проблему утилизации вторичных продуктов пивоваренных производств.

2. Проведено исследование технологически важных характеристик сорбирующего препарата ОД-2. Показано, что влажность биосорбента равна 10%; белковый фракционный состав препарата не приводит к ухудшению коллоидной стойкости пива.

3. Проведено сравнительное изучение влияния различных типов сорбирующих материалов на накопление этилового спирта на стадии главного брожения пивоваренных производств. Выявлено, что применение р-циклодекстрина позволяет накопить в молодом пиве на 5 - 23% больше этилового спирта, чем в контроле; применение препарата ОК-2 повышает количество этанола в молодом пиве на 6 - 35%.

4. Определено влияние декановой кислоты на часто применяемые в пивоварении расы дрожжей йассИаготусез сегеу181ае. Показана прямая зависимость между увеличением концентрации кислоты и ослаблением роста популяции.

5. Исследовано влияние сорбирующего препарата ОК-2 на накопление этилового спирта при сбраживании мелассного сусла в спиртовом производстве, позволяющее увеличить выход этилового спирта в лабораторных условиях на 5 - 7% по сравнению с контролем.

6. Разработаны условия применения биосорбента ОК-2 на стадии главного брожения пивоваренных производств, обеспечивающие наибольшую интенсификацию процесса: концентрация препарата 0,1 %

(вес/об.), внесение перед началом главного брожения. Для интенсификации сбраживания мелассного сусла биосорбент следует вносить до начала брожения в количестве 0,5%.

7. Разработаны условия применения препарата ОД-2 на стадии главного брожения в пивоварении: внесение до начала процесса в количестве 0,5% (вес/об.).

8. Интенсификация стадии главного брожения в пивоварении позволяет в результате дображивания молодого пива, полученного при использовании биосорбентов ОД-2 и ОК-2, повысить содержание этилового спирта в зрелом нефильтрованном пиве на 17 и 20%, соответственно, по сравнению с контролем.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Карпенко Д.В., Гернет М.В., Мохаммед Амин Файз. Способы интенсификации стадии главного брожения пивоваренных производств. - Тезисы докл. Международной конференции "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК". - Москва, 1995, с. 74.

2. Карпенко Д.В., Гернет М.В., Мохаммед Амин Файз. Применение биосорбента для интенсификации стадии главного брожения пивоваренных производств. - "Мир пива", 1996, № 5.

3. Мохаммед Амин Файз, Карпенко Д.В., Гернет М.В. Применение биосорбента для интенсификации сбраживания мелассного сусла в спиртовом производстве. - Научно-технический информационный сборник. Винодельческая, пивобеза,тсогольная, спиртовая, ликеро-

водочная и дрожжевая промышденн г., выпуск 1 - 2.

- М.: АгроНИИТЭИПП, 1997