автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии пива из гречихи с низким содержанием глютена

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

04201452308 и

На правах рукописи

Писарев Иван Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПИВА ИЗ ГРЕЧИХИ С НИЗКИМ

СОДЕРЖАНИЕМ ГЛЮТЕНА

Специальность 05.18.07. - Биотехнология пищевых продуктов

и биологических активных веществ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., проф. М.В. Гернет

Москва - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................................6

1 Обзор литературы..................................................................................................................11

1.1 Влияние глютеносодержащих продуктов на жизнедеятельность человека........................................................................................11

1.2 Международные нормы для безглютеновых продуктов....................14

1.3 Обзор злаковых культур, влияющих на безопасностьбольных целиакией......................................................................................................................................16

1.3.1. Классификации растений согласно глютеновой токсичности... 16 1.3.2 Обзор зернового сырья, не содержащего глютен,

пригодного для солодоращения................................................................................20

1.4 Электрохимическая обработка....................................................................................29

1.4.1 Микотоксины гречишного солода............................................................................33

1.5 Технология безглютенового пива............................................................................38

1.6 Резюме обзора литературы..........................................................................................41

2 Экспериментальная часть..................................................................................................42

2.1 Материалы исследований................................................. 42

2.2 Методы исследований..........................................................................................................45

2.2.1 Определение физико-химических показателей солода, сусла,

пива......................................................................................................................................................45

2.2.2 Определение ферментативной активности........................................................45

2.2.3 Описание производства ЭХА растворов............................................................45

2.2.4 Определение количества глютена..............................................................................47

2.2.5 Определение общего, аминного азота и общего белка........................48

2.2.6 Определение микотоксинов солода........................................................................49

2.2.7 Определение активной кислотности (рН)........................................................49

2.2.8 Определение титруемой кислотности..................................................................49

2.2.9 Затирание зернопродуктов..............................................................................................50

2.2.10 Определение продолжительности осахаривания......................................50

2.2.11 Определение вязкости лабораторного сусла..................................................50

2.2.12 Определение прозрачности лабораторного сусла....................................50

2.2.13 Определение цвета лабораторного сусла............................................................51

2.2.14 Определение массовой доли экстракта................................................................51

2.2.15 Определение окислительно-восстановительного потенциала.... 51

2.2.16 Определение показателей готового пива на

приборе Anton Paar................................................................................................................51

2.3 Результаты исследования и их обсуждения....................................................52

2.3.1 Подбор сорта гречихи для получения

низкоглютенового или безглютенового пива................................................52

2.3.2 Подбор необходимых условий для солодоращения..................................52

2.3.3 Влияние электрохимически обработанных

растворов на процесс солодоращения..................................................................63

2.3.4 Влияние электрохимически обработанных растворов на количество микотоксинов................................................................................................68

2.3.5 Разработка технологии безглютенового пива................................................71

2.3.5.1 Затирание, фильтрация, кипячение сусла с хмелем..................................71

2.3.5.2 Разработка технологии главного брожения и дображивания

при использовании гречишного солода..............................................................78

2.4 Технологическая схема производства солода из гречихи..................84

2.5 Разработка технологии производства пива из

гречишного и ячменного солодов..............................................................................86

2.6 Процессуальная схема производства солода и низкоглютенового пива с использованием гречихи..................................89

2.7 Опытно-промышленные испытания и разработка технологических рекомендаций для процесса

получения пива с использованием гречихи....................................................90

Выводы............................................................................................................................................94

Список использованных источников....................................................................96

Приложение 1 111

Приложение 2 113

Приложение 3 121

Приложение 4 124

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АС - амилолитическая способность ВЭ - выход экстракта

ДАк - декстриногенная активность (калориметрический метод)

ДС - диастатическая сила

ИФА - иммуноферментный анализ

МЭ - массовая доля экстракта

ОВП- окислительно-восстановительный потенциал

ОС - осахаривающая способность

ПС - протеолитическая активность

ФА - ферментативная активность

ФП - ферментный препарат

ЦА - целлюлолитическая активность

ЭХА - электрохимическая активация

ЭХО - электрохимическая обработка

АБР/ШЭР - видимая/действительная степень сбраживания

|3-ГЛА - р-глюканазная активность

Еа - видимый экстракт

Ег - действительный экстракт

[Е] - концентрация фермента

[Б] - концентрация субстрата

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Пиво является одним из самых древних напитков на земле. Оно отражает культурные, этнические, социальные, географические и многие другие характеристика народов мира.

Отечественный рынок пива весьма насыщен и разнообразен, но есть проблема с нехваткой функциональных напитков для отдельных групп граждан.Создание широкого ассортимента функциональных продуктов питания, в том числе и напитков, становится целесообразным. В России рынок пива специального назначения практически не представлен [1].

В последние годы во всем мире увеличилось число лиц с нарушенным иммунным статусом и устойчивостью к естественным и техногенным факторам окружающей среды.

Одна из болезней, связанная с различными видами аллергий - цилиакия. Это заболевание аутоиммунного характера именуют нетропической спру или глютеновой непереносимостью. Глютен — от латинского gluten (клей) — группа белков (в основном, проламинов и глютелинов), содержащихся в злаковых растениях - пшенице, ржи, овсе и ячмене. Больных в мире не менее 1% населения, они должны всю жизнь соблюдать безглютеновою диету, в которую не попадает классическое пиво, полученное из ячменного солода.

Зерновые гречиха, сорго, рис и могут быть сырьем для безглютенового производства, так как содержат лишь следовые количества глютена в своем составе. РФ лидирует в мире по производству гречихи вместе с такими странами как Китай и США. Поэтому разработка технологий новых низкоглютеновых напитков, основанных на национальном сырье, позволяющих расширить ассортимент пива и сделать его более доступным для определенной группы людей, представляется актуальной.

Цель и задачи исследования.

Цель работы: разработка технологии низкоглютенового пива на основе гречихи, включая технологию её солодоращения.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1) Провести мониторинг сортов российской гречихи с последующим отбором наиболее технологичного для солодоращения.

2) Разработать технологию солодоращения выбранного сорта гречихи, включая способ замачивания сырья в электрохимически активированных растворах, полученных на установках нового поколения, с целью интенсификации процессов.

3) Исследовать физико-химические и микробиологические показатели гречишного солода и изучить влияние электрохимической обработки зерна на микотоксины, находящиеся в солоде.

4) Разработать технологические режимы производства пива с низким содержанием глютена из гречишного солода.

5) Провести опытно-промышленную апробацию разработанной технологии для оценки физико-химических показателей в сравнении с традиционной технологией.

Научная новизна:

• В результате оценки биохимических показателей образцов гречихи обоснована целесообразность использования сорта Куйбышевская 85 для его солодоращения и получения пива.

• Выявлена корреляционная зависимость основных параметров солодоращения гречихи на показатели качества готового солода.

• На основании изучения микробиологических показателей зерна гречихи на стадиях производства солода выявлены эффективные методы фунгицидной обработки, основанные на совместном применении 2% КМп04 и ЭХО воды

(католита с редокс-потенциалом (ф) -700мВ и рН=11; анолита с ср= +700мВ и рН=2). Применение такой обработки приводит к значительному снижению микотоксинов, что было подтверждено иммуноферментными анализами.

• Исследованы основные каталитические свойства гречишных солодов, полученных при различных режимах, и экспериментально доказана необходимость внесения экзогенных ферментных препаратов для осахаривания крахмала сырья в технологии пива с пониженным содержанием глютена.

• Получены новые научные данные, положенные в основу технологии производства пива с пониженным содержанием глютена.

• Методом иммуноферментного анализа доказана принципиальная возможность получения пива из солода гречихи с пониженным содержанием глютена.

Практическая значимость: На основании проведенных исследований разработаны новые технологические приемы интенсификации процесса солодоращения гречихи с помощью электрохимически активированных растворов. Доказано, что электрохимическая обработка интенсифицирует процесс солодоращения до 62% на стадии замачивания и на 21% - на стадии проращивания гречихи.

Разработаны технологические приемы снижения количества патогенных микроорганизмов за счет использования электрохимически активированных растворов при солодоращении, количество микотоксинобразующих микроорганизмов снижено до 64% в различных образцах.

Нами совместно с лабораторией брожения и санитарии пивоварения ГНУ ВНИИПБиВП разработана технологическая инструкция (ТИ 9184-

00334600-240-10) по производству специального пива с низким содержанием глютена.

Новый продукт смотрится весьма конкурентоспособным, учитывая

•5

невысокую цену (60 руб за 1дм ) по отношению к аналогичным импортным продуктам (90 руб за 1 дм ). Ожидаемый среднегодовой экономический эффект при производстве 500 т/г солода из гречихи и 60 000 дал/г пива с низким содержанием глютена составляет 3 096 400руб и 4 914 ОООруб соответственно.

Социальный эффект от реализации предложенной технологии заключается в создании принципиально нового продукта (низкоглютенового пива) на российском рынке, который будет востребован определенной группой населения.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Технология свежепроросшего солода из гречихи;

• Влияние ЭХО растворов на интенсификацию солодоращения;

• Количество микотоксинов в солоде после ЭХО;

• Технология пива с низким содержанием глютена;

• Подбор ферментных препаратов и создание МЭК для затирания зернопродуктов гречихи и ячменя;

• Выявление пределов соотношения гречишного и ячменного солодов соответствующих низкоглютеновому пиву.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно -практических конференциях: «Молодых ученых и специалистов по направлению «Технология и производственный менеджмент» (ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 2011 г), «Пути интенсификации производства и переработки

сельскохозяйственной продукции» (ГНУ Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной продукции Россельхозакадемии, Волгоград, 2012 г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 3 — в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 110 листах машинописного текста, проиллюстрировано 23 рисунками и 26 таблицами. Список литературы включает 156 источников отечественных и зарубежных авторов.

и

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Влияние глютеносодержащих продуктов на жизнедеятельность человека

Жизнедеятельность человека, физиологические потребности в питательных веществах и энергии обеспечиваются продуктами питания. Сегодня в медицине остро стоит проблема непереносимости глютена. Впервые в мире в 1950 году была установлена несомненная связь между развитием такого заболевания как целиакия и употреблением глютеносодержащих продуктов. Целиакия известна как кишечная спру, нетропическая спру или глютеночувствительная энтеропатия. Белок под названием «глютен» вызывает активацию как клеточного (Т-клетка), так и гуморального (В-клетка) иммунного ответа организма человека на проламины и глютелины зерновых: пшеницы, ржи, ячменя и, возможно, овса.

Новейшие исследования в медицине отражены в следующих данных:

• целиакия распространена во всем мире с частотой от 1:100 до 1:300

в Европе, 1:133 в Северной Америке [121]. После проведенного в 1993-1995гг. в Италии обследования на целиакию у 17201 школьника в возрасте 6-15 лет частота целиакии составила 1:184;

• отношение заболевших женщин/мужчинам составляет 2:1;

• болезнь часто возникает без гастроинтестинальных синдромов;

• эпидемиология целиакии имеет характеристики айсберга: гораздо

больше невыявленных случаев болезни, чем выявленных. В Северной Америке, например, один пациент с выявленным диагнозом к 10 с невыявленным;

Болезнь может возникнуть после перенесенного инфекционного заболевания (кишечной инфекции, ОРВИ). Опасность целиакии в том, что она без видимой причины поражает организм [32, 145].

Заболевание подстерегает человека с младенчества после введения в питание глиадинсодержащих продуктов. Очень часто таким продуктом является манная каша, которую обычно вводят в рацион ребенка с 4-6 месяцев. В ряде случаев глиадинсодержащие продукты, в том числе некоторые смеси для искусственного вскармливания, могут вводиться раньше указанных сроков. Статистика показывает, что проявление целиакии происходит в поздние сроки, порой через 5-6 месяцев и более после первого введения в питание глиадинсодержащих продуктов.

Риск целиакии гораздо выше у родственников первой степени родства (почти 10%), что сопоставимо с частотой генетической предрасположенности к диабету и другим аутоиммунным заболеваниям [115, 118].

Болезнь нередко сопровождается вторичными обменными нарушениями. Страдают все виды обмена, в первую очередь, белковый. Нарушение всасывания кальция и витамина D приводит к развитию остеопороза и формированию рахитоподобных деформаций костной системы. Нарушения всасывания липидов и углеводов сказываются на энергетическом обмене. На фоне целиакии может формироваться пищевая аллергия, в том числе непереносимость белков коровьего молока.

Только эндоскопия с биопсией тонкого кишечника в сочетании с положительными лабораторными тестами на целиакию дают основание поставить диагноз.

По данным зарубежных исследователей при длительном течении нераспознанной целиакии повышается риск возникновения опухолей желудочно-кишечного тракта и другой локализации, а также ассоциированных с целиакией аутоиммунных заболеваний: сахарного диабета, склеродермии,

миастении, ревматоидного артрита, аутоиммунного хронического активного гепатита, герпетиформного дерматита, первичного билиарного цирроза печени [15,113].

Таким образом, у 100% больных целиакией не отмечалось ни одного общего симптома, чем и обусловлено множество диагностических ошибок. Поэтому целиакию называют «Великий Мим» [114, 115].

На сегодняшний день она - наиболее трудно диагностируемое заболевание. В США ему подвержены свыше 2 миллионов человек и свыше 5 миллионов в мире. Как хроническое заболевание, передающееся по наследству, она при отсутствии лечения приводит к хроническому истощению организма и ряду тяжелых необратимых последствий.

Целиакия традиционно считается в России одним из редких заболеваний с частотой 1 случай на 5-10 тыс. детей. Данных о частоте распространения у взрослого населения России не имеется. Можно предположить, что число больных на территории Российской Федерации не отличается от европейских и общемировых показателей.

Таким образом, целиакия - одна из самых больших проблем медицины, остро стоящая в Европе и мире и недавно поднятая в России.

При всех видах пищевой переносимости независимо от ее природы наиболее эффективным лечением является исключение из пищи причинно-значимых продуктов [25, 121]. Полезные продукты выполняют профилактические и лечебные функции, являясь лечебной диетой в комплексной терапии ряда заболеваний [2, 114].

Единствен�