автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Усовершенствование технологии игристых вин с использованием дисперсных минералов

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ рг6 оа

5 0 ;;;;; К«

Ковалев Николай Николаевич

УДК 663.223.14

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИГРИСТЫХ ВИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛОВ

05.18.07 - Технология продуктов брожения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук

Киев -2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Украинском государственном университете пищевых технологий Министерства образования и науки Украины и на Киевском заводе шампанских вин "Столичный".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Домарецкий Виталий Афанасьевич,

Украинский государственный универсигег пищевых технологий, кафедра биотехнологии продуктов брожения, экстрактов и напитков, заведующий кафедрой

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шольц-Кулкков Евгений Павлович,

Институт вннограда и вина "Магарач" Академии аграрных наук Украины, г. Ялта, заместитель директора по научной работе

доктор технических наук, профессор Литовченко Александр Михайлович,

Институт садоводства Академии аграрных наук Украины, г. Киев, заведующий отделом хранения и переработки плодов и ягод

Ведущая организация: Украинский научно-исследовательский институт

спирта и биотехнологии продовольственных продуктов Министерства аграрной полишки Украины, г. Киев.

Чашига состоится ''_22_ " декабря 2ООО г. в -14 часов на заседании

специализированного ученого совета Д 26.058.04 Украинскою государственного университета пищевых технологий по адресу: 010.33, г. Киев-33. ул. Владимирская. 68. аудитория А-311.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинского государственного университета пищевых технологий по адресу: 01033, г. Киев-33, ул. Владимирская, 68.

Автореферат разослан ноября 2000 г.

Ученый секретарь специализированного

Ученого совета к.т.н., с.н.с. "ьДи'А Федоренченко Л.А.

А К О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКОТЫ

Актуальность темы. Развитие производства игристых вин в Украине предусматривает постоянны» рост их выпуска. Значительный объем продукции поставляется на экспорт в страны ближнего и дальнего зарубежья. В частности, Киевский завод шампанских вин (КЗШВ) с 1995 по 1999 г.г. включительно экспортировал более 13млн. бут. своей продукции, что составило около 16 % от общего выпуска за этот период. Рыночные отношения создают жесткие условия конкуренции. Одними из факторов, которые обеспечивают конкурентоспособность продукции, являются ее качество и срок хранения. В связи с этим стабильность и устойчивость игристых вин имеют особо важное значение. Решающая роль в получении продукта с высокими органолептическнми и физико-химическими показателями играет интенсификация технологических процессов на различных стадиях производства игристых вин с использованием новых дисперсных минералов. Диссертация посвящена усовершенствованию технологии игристых вин с использованием дисперсных минералов.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Представленная работа является завершающим исследованием, выполненным автором в направлении научной деятельности кафедры биотехнологии продуктов брожения, экстрактов и напитков Украинского государственного университета пищевых технологий по теме: "Разработка высокоэффект ивных технологий и оборудования для производства пищевого и технического спирта, топливного этанола, алкогольных и безалкогольных напитков лечебно-профилактического назначения, пива и вина", "Целевой научно-технической программой по повышению качества важнейших видов продукции на 1986-90 годы и на период до 2000 г,".

Цель и задачи исследования. Цель данной работы состоит в научном обосновании использования природного минерального сырья для интенсификации и усовершенствования технологических процессов при производстве игристых вин.

Согласно цели работы поставлены основные задачи исследований: определить влияние дисперсных минералов различной природы на физико-химические показатели кунажей и игристых вин, полученных из них; установить оптимальные дозы дисперсных минералов для обработки исследуемых купажей; установить оптимальные режимы • периодического и непрерывного культивирования дрожжей ЗассЬ, сегеу1$1ае шт. Киевский; разработать, технологию и новую аппаратурно-технологичсскую линию для непрерывного культивирования трожжей: определить влияние добавок дисперсных минералов на бродильную активность зрожжей при вторичном брожении и добавлении минералов в питательную среду прн сультивировапии дрожжей; изучить влияние добавок минерала на структуру дрожжевой кле гкн в [ронессе вторичного брожения и на показатели игристых пин; па основании исследований

провести апробацию полученных результатов в производственных условиях, разработай нормативно-техническую документацию, определить технико-экономическую целесообразность применения данных разработок.

Объект исследования - производство винодельческой продукции.

Предметом исследования является технология игристых вин, ее усовершенствование с использованием дисперсных минералов, которое базируется на исследовании и научном обосновании влияния минералов на качество готового продукта.

Методы исследований. Использовались методы исследований: электрометрический -определение активной кислотности, диффузионный - содержания общего азота, адсорбционный - содержание металлов, .метод Смирповой-Ребиндера - определение устойчивости пены, а также методы ультратонких срезов дрожжевых клеток, характеристики и объективной оценки игристых и пенистых свойств шампанского.

Научная новизна полученных результатов. Результаты исследовании, связанных с изучением эффективности осветления и стабилизации кулажей различного типа для производства игристых вин дисперсными минералами Черкасского месторождения, позволили показать целесообразность их применения, а именно: установлена эффективность применения дисперсных минералов Черкасского месторождения для осветления и стабилизации купажей различного типа; установлены зависимости между природой дисперсных минералов, их дозами и стабильностью игристых вин; изучены закономерности влияния обработок дисперсными минералами на физико-химические показатели купажей, игристых вин; установлены оптимальные режимы периодического и непрерывного культивирвания дрожжей БассЬ. сегеу1з1ае шт. Киевский; изучено влияние дисперсных минералов на интенсификацию процесса вторичного брожения; изучен процесс культивирования дрожжей с добавлением дисперсного минерала; установлено влияние природы дисперсных минералов, их доз на структуру дрожжевой клетки; разработаны математические модели процессов вторичного брожения и культивирования дрожжей с добавками дисперсного минерала; разработаны технологические инструкции по осветлению купажей дисперсными минералами и культивированию дрожжей.

Практическая ценность полученных результатов. Обоснован выбор осветлителя с конкретной его дозировкой для каждого типа купажа при производстве игристых вин. Применение дисперсных минералов на стадии осветления и стабилизации купажей позволяет сократить продолжительность процесса при более качественном его протекании в 3 - 4 раза по сравнению с контролем. Разработана технология и новая технологическая линия для культивирования дрожжей в непрерывном потоке. Оптимизирован процесс вторичного брожения и культивирования дрожжей в присутствии дисперсных минералов, что позволило

усовершенствовать технологию' игристых вин, повысить качество продукции. Разработаны

■' ?

Технологическая инструкция по применению дисперсных минералов Черкасского месторождения для осветления шампанских виноматериалов, купажей ТИ 02023732 - 2000 и Технологическая инструкция Киевского завода шампанских вин "Столичный" по эксплуатации линии для производства' дрожжей в условиях высокой плотности популяции. Результаты исследований внедрены на Киевском заводе шампанских вин. Разработанная технология выращивания дрожжей нашла дальнейшее развитие на заводе шампанских вин "Новый Свет" для производства шампанского классическим способом и на Одесском заводе шампанских вин -резервуарным методом.

Личный вклад соискателя. Автором лично проведены исследования влияния дисперсных минералов различной природы на процессы осветления и стабилизации купажей при производстве игристых пин. Определены оптимальные дозы минералов для каждого типа купажа. В сотрудничестве с Институтом микробиологии и вирусологии HAH Украины и работниками КЗШВ разработаны и внедрены в производство технология и новая аппаратурно-тсхнологическая линия для культивирования дрожжей с высокой плотностью популяции в непрерывном потоке.

Совместно с д-ром хим. наук|Агабальянцем Э.Г)., Никулиной A.B., Сумиевичем В.Г. проведены работы по определению влияния добавок дисперсных минералов на. процессы вторичного брожения и культивирования дрожжей,

" Электронно-микроскопические исследования дрожжевых клеток при брожении с добавкой дисперсного минерала выполнены в сотрудничестве с канд. биол. наук [Степашоком В.В.[

Анализ и обобщение результатов исследований проведены совместно с научным руководителем.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 2-й республиканской конференции "Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов" (Одесса, 1983г.), ХШ всесоюзном совещании "Глины, глинистые минералы и их использование в народном хозяйстве" (Алма-АДа, 1985г.), б-й международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы создания и внедрения новых ресурсо- и энергосберегающих технологий, оборудования в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности" (Киев,1999г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.

Структура II объем работы. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 6 глав, выводов, содержит 15 таблиц. 2! рисунок. 18 приложений. Список использованных источников включает 193 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Обоснована актуальность темы, определена цель работы и основные задачи исследований.

РАЗДЕЛ 1. Аналитический обзор литературы

Рассмотрены основные проблемы, связанные с осветлением и стабилизацией винопродукции, с получением дрожжей в стадии высокой физиологической активности и с высокой концентрацией биомассы, а также проблемы, возникающие при проведении вторичного брожения из-за образующихся конгломератов дрожжевых клеток.

Анализ обзора литературы позволил сделать следующие выводы: необходим поиск новых материалов, агрегативио устойчивых в винной среде в отличие от бентонита; подбор осветлителя целесообразно производить, исходя из его природы и свойств купажа; существующие способы культивирования дрожжей требуют усовершенствования конструкции аппарата из-за обильного ценообразования и повышения температуры культуральной жидкости в зоне перемешивающего устройства; в литературе отсутствуют данные о проведении процесса шампанизации с использованием дрожжей, выращенных с добавлением высокодисперсных минералов.

Таким образом, необходимы экспериментальные данные о целесообразности применения различных дисперсных минералов на отдельных стадиях производства игристых вин. Необходимо исследовать и научно обосновать влияние добавок дисперсных минералов на процессы осветления купажей различного типа , культивирования дрожжей, вторичного брожения. .

РАЗДЕЛ 2. Объекты и методы исследований

Объектами исследований были кулажи трех типов игристых вин (шампанские, розовые, мускатные) и полученные из них вина, а также питательные среды для культивирования винных дрожжей шт. Киевский. В качестве осветлителей использованы дисперсные минералы: палыгорскит, гидрослюда Черкасского месторождения, бентонит махарадзевский, органические материалы - рыбий клей, таннин. Освещены состав купажей, игристых вин, характеристики и свойства дисперсных минералов, органических материалов.

В работе описаны методы исследований как общепринятые, так и специальные. Для определения устойчивости пены применен метод Смирновой - Ребиндера, основанный на характеристике времени "жизни" двухсторонней пленки. Удельное сопротивление выделению СОг (К) определяли по методу, основанному на количественной характеристике десорбции углекислого газа из вина в стандартных условиях. Описаны методы исследования дрожжей: определение скорости дыхания, электронно-микроскопические исследования методом

ультратонких срезов с фиксацией перманганатом калия. Разработана конструкция проточной

кюветы, которая была использована на стадии пуска промышленного ферментера но

культивированию дрожжей, позволившая непрерывно снимать и выводить на ленту

самопишущего устройства значения рОг и рН культуралыгой жидкости. Достоверность

полученных результатов научных исследований проверяли математико-статистической

обработкой с применением [-критерия Стъюдента для матых выборок на 0,05 уровне значимости

(Лисепков А.Н.). Для характеристики технологических процессов рассчитывали уравнение

регрессии, которое связывает уровни факторов с выходом процесса в области изучаемой

поверхности отклика. Адекватность уравнений проверяли по Г - критерию Фишера.

Приведенные в тексте уравнения адекватно описывали исследуемый процесс.

РАЗДЕЛ 3. Исследование эффективности осветления купажей различными

дисперсными минералами

Проведенные исследования по обработке купажей дисперсными минералами показали

высокую эффективность их осветляющего действия и положительного влияния на физико-

химические свойства купажей и игристых вин, приготовленных из них. 1 :

Осветлению дисперсными минералами подвергались кунажи различного типа -

шампанский, розовый, мускатный. В качестве контроля служили купаяш, обработанные по

типовой технологии с применением рыбьего клея, а также обработанные бентонитом.

Результаты исследований показали, что оптимальной, обеспечивающей стабильно высокую

степень прозрачности при обработке шампанского купажа, является доза палыгорскита - 0,4

г/дм3 (рис.1), розового - гидрослюды - 0,7 г/дм3 (рис.2), а мускатного купажа - палыгорскита 0,7

-г/дм3 (рис.3).

I. % -------I, %

90 50 70 60

50

гЗ -ч >~1

£ Г -4-2 -0-3

А

У

0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1

С, г/дм

Нис. 1 , Зависимость степени прозрачности (I) шампанского купажа от концентрации (С) дисперсных минералов:

1 - палыгорскит; 2 - гидрослюда; 3 - бентонит (контроль)

С, г/ям3

Рис.2 Зависимость степени прозрачности (1) розового купажа от концентрации (С) дисперсных минералов:

1 - палыгорскит; 2 - гидрослюда; 3 — бентонит (контроль)

б

Для определения продолжительности осветления купажи были обработаны минералами в дозировках, обеспечивающих наилучшую их прозрачность. При этом, достижение стабильной оптической плотности наблюдатось раньше у о оз об 09 12 15 и 21 шампанского купажа, обработанного палыгорскитом, с, г/ди1 розового - гидрослюдой и мускатного - палыгорскитом. В

Рис 3. Зависимость степени прозрачности (I) _ ..

мускатного купала от концентрации (С) дисперсных ИССЛвДОВаННЫХ КуПаЖЗХ. ИЗуЧвНО ВЛИЯНИС ОКЛСИКИ минералов:

1- палыгорскит; 2 - гндрослюда; 3 -бентонит ДЦСПврСНЫМИ МИНераЛаМИ раЗЛИЧНОГО прОИСХОЖДвНИЯ На (контроль)

содержание белков и фенольных веществ полисахаридов. Основываясь на имеющихся данных о физико-химической природе и структуре дисперсных минералов, мы попытались выяснить, какие именно хараетеристики осветлителя ценны с точки зрения оклейки купажей. Установлено (табл.1) , что минералы флокулируют белки в различной степени. Так, палыгорскит, по всей вероятности, флокулирует белки благодаря высокому отрицательному заряду своей поверхности (Васильев Н.Г. и др.), махарадзевский бентонит значительно снижает свою активность по отношению к белкам вследствие своей агрегативной неустойчивости в вине и уменьшения эффективной удельной поверхности (Овчаренко Ф.Д.). Влияние гидрослюды по отношению к белкам близко по эффективности к действию палыгорскита. По отношению к фенодьным веществам минералы также ведут себя по-разному. Бентонит максимально удаляет фенольные вещества, а палыгорскит и гидрослюда адсорбируют их менее значительно и примерно в одинаковой степени.

Таблица 1

Показатели химического состава купажей после их обработки дисперсными минералами

Дисперсный Онтнщш>ная Содержание Содержание азота, мг/дм3 Содержание Альдеги-

минерал доза дисперс- полисахари- фенольных ды (свобод-

ного минерала. дов. г/дм3 веществ (об- ные), мг/дм3

г/дм3 общее аминного белкового щее), мг/дм3

1 2 3 4 5 6 7 8

Купаж шампанский

КОНТРОЛЬ

(необработанный) - 3,1 483 97 31 247 11,2

Палыгорскит 0,4 2,6 307 94 9 230 10,7

Гидрослюда 0,6 2,4 427 91 11 234 10,6

Бентонит 1,4 . ...2,8. ... 410 71 17 218 11,6

Продолжение табл. I

1 2 1 3 4 1 5 ] « I 7 ' 1 8

Купаж розовый

КОНТРОЛЬ

(необработанный) - 2,2 613 107 34 470 12,1

Палыгорскит 0,5 0,5 540 105 14 460 П.7

Гмдрослюда •0.7 0,4 570 112 12 450 11,8

Бентонит 1 д. . 0;7 ' 590 89 21 420 12,2

Купаж мускатный

КОНТРОЛЬ

(необработанный) - 1,7 , 762 117 27 334 9,1

Палыгорскпт ' 0,7 0,4 640 124 5 281 8,4

Гидрослгода 0,9 0,5 670 114 9 295 8,5

Бентонит 1,6 Ч 690 %Ь 11 272 9,3

Данные исследований (табл.1) свидетельствуют о значительном удалении из купажей полисахаридов, особенно в случае использования палыгорскита и гидрослюды. Так, влияние обработок на содержание амииного азота очень незначительно при применении палыгорскита и гидрослюды. Большее снижение содержания амишого азота наблюдалось цри оклейке купажей бентонитом. Наибольшее - палыгорскитом. Представляет интерес снижение содержания альдегидов при обработке купажей палыгорскитом и гидрослюдой, что может быть объяснено инактивацией окислительных ферментов, а также удалением из вина катионов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы. Результаты исследований показали, что при обработке розовых купажей дисперсными минералами, особенно гидрослюдой, оттенок окраски по сравнению с обработкой рыбьим клеем практически не изменяется, что может быть следствием малого удаления антоцианов (табл.2).

Таблица 2

Показатели цветности розового купажа и игристого вина после обработки минералами

Объект исследования Общее количество антоцианов, мг/дм3 Оттенок окраски, Д4г»'Д51о

Палыгорскит

Купаж 16,9 0,85

Игристое вино 12,9 0,82

Гидрослюда

Купаж 16,0 0,89

Игристое зино 15,7 0.89

Рыбий клей

Купаж 16,3 0,88

Игристое вино 12,8 0,78

Необработанный купаж 17,5 0.88

Далее были изучены физико-химические показатели купажей и игрисгых вин в ;ависимости от природы оклеивающих материалов. Установлено, что при обработке различных ипов купажей бентонитом наблюдается снижение показателей сопротивления выделению СОг К) и устойчивости пены (X). При обработке палыгорскитйм и гидрослюдой эти показатели вменяются незначительно по сравнению с контролем (табл.3). Купажи после обработки

дисперсными минералами подвергали шампанизации периодическим способом. После окончания брожения определяли физико-химические показатели игристых вин.

Таблица 3

Показатели устойчивости пены и сопротивления выделению СО2 исследуемых купажей в зависимости от природы оклеивающих веществ

Купажи Оклеивающие вещества Устойчивость пены Т,с Сопротивление вина выделению ССЫК)

Наименование Доза, г/дм3

Шампанский Рыбий клей 0,01 6,1 1,21

Бентонит 1,4 5,2 1,07

Палыгорскит 0,4 5.9 1,17

Гидрослюда 0,6 5,8 1,15

Мускатный Рыбий клей 0,02 7,0 1,37

Бентонит 1,6 6,3 1.17

Палыгорскит 0,7 6,8 1,29

Гидро слюда 0,9 6,7 1,26

Розовый Рыбий клей 0,02 6,4 1,29

Бентонит 1,6 5,5 1,12

Палыгорскит 0,9 6,0 1,22

Гидрослюда 0,7 6,2 1,16

Таблица 4

Показатели физико-химических свойств игристых вин в зависимости от способа обработки купажа

Наименование игристого вина Оклеивающие вещества Устойчивость пены Показатель игристых свойств т Показатель пенистых свойств п Сопротивление вина выделению С02(К)

Наименование Доза, г/дм3

Советское Рыбий клей 0,01 7,10 2,77 0,84 1,32

шампанское Бентониг 1,4 5,90 2,30 0,59 1,03

Палыгорскит 0,4 6,90 2,70 0,80 1,27

Гидрослюда 0,6 6,70 2,60 0,78 1,17

Мускатное Рыбий клей 0,02 7,90 3,10 1,13 1,51

игристое Бентонит 1,6 6,40 2,40 0,77 1,18

Палыгорскит 0,7 7,70 3,00 1,02 1,49

Гидрослюда 0,9 7,60 2,90 0,97 1,44

Киевское Рыйий клей 0,02 7,40 2,80 1,24 1,39

игристое Бентонит 1,6 6,10 2,10 0,92 1,10

розовое Палыгорскит 0,9 7,00 2,60 1,13 1,23

Гидрослюда 0,7 7,20 2,73 1,19 1,32

Из табл.4 видно, что при обработке купажей дисперсными минералами Черкасского месторождения (палыгорскиг, гидрослюда) физико-химические показатели близки по значению к контрольным и выше, чем при обработке махарадзевским бентонитом. Исходя из природы и свойств дисперсных минералов, а также типа купажа, можно сделать вывод, что для различных типов купажей можно использовать различные дисперсные минералы, варьируя дозой оклеивающих веществ. Завершающим этапом данных исследований явилась закладка опытно-промышленной партии обработанных купажей и игристых вин, приготовленных из них, на

длительное хранение. В процессе хранения опытные образцы оценивала дегустационная комиссия, проверялась их прозрачность. В результате опытные образцы получили оценку выше контрольных, показали стабильность к помутнениям в процессе хранения.

1'АЗДЕЛ 4. Разработка технологии и попой анпаратурно-технологической .пиши по непрерывному культивированию дрожжей

Основными факторами, ограничивающими повышение эффективности массообменных процессов в дрожжевых аппаратах увеличением скорости вращения мешалок и расхода воздуха, зачастую являются обильное пенообразование и как следствие - неравномерное распределение клеток по объему аппарата, а также повышение температуры культуральной жидкости в рабочей зоне перемешивающего устройства.

В серии выполненных экспериментов по периодическому выращиванию дрожжей в аэробных условиях (р02 20 - 40%) при концентрации сахарозы в винной среде более 1% наблюдалось снижение экономического коэффициента вследствие накопления этанола в культуральной жидкости. Это свидетельствовало о проявлении эффекта Крэбтрп. Следовательно, в условиях непрерывного выращивания дрожжей для достижения высокой концентрации клеток необходимо максимально сократить остаточную концентрацию источника "" углеродного питания. С этой целью было изучено влияние концентрации сахарозы и рОг на процесс размножения дрожжей Sacch. cerevisiae шт. Киевский, используемых в производстве шампанского. Установлены оптимальные значения концентрации сахарозы и парциального давления растворенного в среде кислорода, при которых эффективность использования

При содержании сахарозы в питательной среде от 0,5 до1% эффективность использования

углеводов достигает наибольших значений и составляет 7,5 - 8,0 млн кл./мг сахарозы (рис.4). Влияние парциального давления растворенного в среде кислорода на величину экономического коэффициента

исследовали в условиях хемостата при лимитировании роста источником углеводов.

источника углеводов достигала 9 млн кл./мг сахарозы.

9 | | i . ' ——г 12

0 I I I I I I I I—I- -I 1-1 10

0 1 2 3 4 5 Сахароза,% мае.

Рис.4 Зависимость экономического коэффициента (У) усвоения сахарозы дрожжами ЭассЬ. ссгеуЮае шт. Киевский и накопления этанола от начальной концентрации сахарозы в питательной среде:

¡-экономический коэффициент; 2-конаентраиия этанола в культуральной жидкости

Это позволило использовать среду ( содержанием 2% мае. сахарозы дл) достижения наибольших концентрацш клеток. Установлено, что при скороси разбавления 0,03 ч"', составляющей примерно 0,5 максимальной удельной скорости размножения штамма, изменение рОг от 20 до 60 % не влияет на величин} экономического коэффициента, который

составляет 8-9 млн кл./мг сахарозы. Снижение р02 от 20 до 6 % приводит к постепенному уменьшению эффективности усвоения углеводов до 3 млн кл/мг (рис.5). При этом наблюдалось накопление этилового спирта в культуральной жидкости, что было отмечено нами и ранее. Таким образом, поддержание рС>2 в культуральной жидкости на уровне 20 - 25% обеспечивает эффективное использование сахарозы исследуемым штаммом. Полученные данные явились основанием для разработки новой технологии и аппарагурно-технологической линии непрерывного выращивания дрожжей с целью получения высокой плотности их популяции.

Новая линия (рис.б) состоит из дрожжевого аппарата, коммуникаций подачи питательной среды и отбора дрожжевой суспензии, подающего и отбирающего насосов, воздушной магистрали, системы автоматики и рециркуляционного контура. Перемешивание осуществляется кольцевой турбиной, помешенной в цилиндр. Частота вращения - около ¡бОмин"1. Для усиления степени турбулизации жидкости в аппарате установлены отбойники. Проточная кювета, встроенная в контур рециркуляции, позволила непрерывно снимать и выводить на ленту самопишущего устройства значения рС>2 и рН культуральной жидкости. Оптимизация режима культивирования проведена по парциальному давлению растворенного кислорода в культуральной жидкости. Значения рО> поддерживали в пределах 20 - 40% от насыщения, что обеспечивает ограничение роста дрожжей источником углеродного питания в режиме дыхания клеток. При этом остаточная концентрация сахарозы в культуральной жидкости в течение процесса непрерывного выращивания дрожжей не превышала 0,1%. Это было достигнуто путем варьирования расходом воздуха в пределах 0,2 - 0,6 дм3 воздуха на 1 дм" жидкости в минуту и скорости разбавления 0,02 - 0,05 ч'1. Это позволяет получить дрожжи в состоянии высокой физиологической активности при стабильном увеличении плотности до 160 -180 млн кл/см3.

0 10 20 30 40 50 60 р02, %

Рис. 5 Зависимость экономического коэффициента (У) использования сахарозы дрожжами БассИ. сегеу1$1ае шт. Киевский от парциального давления (р(>) растворенного в среде кислорода

Рис.б Аппаратурио-технологическая схема культивирования дрожжей:

1 - сборник; 2 - насос-дозатор подачи питательной среды; 3 - ротаметр; 4 - датчики уровня; 5 - электродвигатель; 6 - распылитель; 7 - датчик температуры; 8 - дрожжевой аппарат; 9 - цилиндр; 10 - вал; 11 - турбина; 12 - электромагнитный клапан; 13- барботер; 14 -отбойник; 15 - насос рециркуляционный; 16 - проточная кювета; 17 - насос-дозагор отбора дрожжей

РАЗДЕЛ 5.0птнмизацня процесса шампанизации с использованием агрегативно устойчивых дисперсных минералов

Для выяснения динамики брожения при шампанизации вина от содержания в нем дисперсной фазы в виде добавленных минералов различной природы были проведены лабораторные исследования при брожении в сосудах, снабженных эвдиометрами. Динамику брожения регистрировали по количеству выделившегося СОг. В качестве контроля служил образец без добавления минерала. Установлено, что при брожении в присутствии дисперсных минералов происходило более интенсивное потребление сахара дрожжами. Так, в присутствии бентонита сахар потреблялся быстрее, чем в контроле, но менее интенсивно, чем в присутствии палыгорскита и гидрослюды.

Для поиска оптимальных соотношений концентраций дрожжевых клеток и минерала была разработана математическая модель, устанавливающая зависимость бродильной активности дрожжей от содержания палыгорскита при шампанизации. В результате получено адекватное уравнение, апроксимирукяцее в 2-х факторном пространстве динамику сбраживания сахара при шампанизации в присутствии минерала:

У = 1,99 - 0,05Х( + 0,04Хз - 0,2Х)2 , (1)

где У - точка искомого максимума бродильной активности исследуемого штамма дрожжей. %;

X] - концентрация минерала, г/дм3 ; Хз - концентрация клеток, млн кл./см3.

В исследованном факторном пространстве оптимальными значениями концентрации минерала и дрожжей для вторичного брожения являются: Х(= 0,25 г/дм3; Х[ = 4 млн кл./см3.

В.".

— )

1 \ V

\

\

\

а!

Н2

ад «и С. г'дм "

При пом пропет сброженного еачара составит = 92%. Величина сброженною

сачзра в отсутствии минерала. но при максимально выбранной концентрации клеток составляла 85й»

Таким образом, прирост бродильной активности дрожжей а присутствии минерала в оптимальных условиях составляет 7% (рис 7), что

Рис.7 Зависимость прироста бродильной наглядно иллюстрирует эффект влияния

ак-шаност дрожжей Басси. ссолшас шт _ ,,„_,-,

,. .,■>. _ минерала Дооавление 0.2? пдм пилыгорскнга в

киевским (ДВ) от концентрации пзлыгорс- - у к

кита (С) при шампажпации процессе вторичного брожения на 7 "о повышает

бродильную активность дрожжей и имеет явно выраженный максимум. Расчетом по уравнению регрессии определена предельная концентрация палыгорскша (0.44 г.'дм'л болше которой повышение бродильной активности дрожжей по сравнению с контролем не наблюдается Опытами подтверждено, что при дозировке 0.25 г,'дм' палыгорскита прирост бродильной активности дрожжей составил 7 %

Представляла интерес проверка влияния дисперсного минерала на структуру дрожжевой клетки в процессе шампанизации Нами была проведена световая и электронная микроскопия дрожжевых клеток, взятых на ) 1-е сутки вторичного брожения и после 45 суток-Па П-е сутки прослеживается тенденция к снижению рН. Количество клеток с гранулированной цитоплазмой, окрашиваемых мешленопой синью, растет по мере увеличения концентрации минерала. Палыгорскпт в отличие от других минералов иначе влияет на жп ¡недеятельность прожжен при увеличении концентрашш минерала увеличение количества физиологически неактивных клеток не наблюдается После 45 суток во всех препаратах клетки окрашиваются метиленовой енныо. При электронном микроскоппроватш наблюдаются особенно показательные изменения в ядре 'Зафиксировано почкование, наличие в ядре промнтохондриальных структур, отмечено появление мнкротслец Изменения в ядре свидетельствуют об усилении ядерноллазматичсского обмена п процессов метаболизма Полученные данные указывают на интенсификацию процессов при брожении в присутствии минералов

РАЗДЕЛ 6. Оцтнмишшя процесса кульгивированнн дрожжей с использованием дисперсных минералов

Несмотря на положительные стороны внедренной технологии выращивания прожжен, нами было установлено, что как при культивировании дрожжей, так и при вторичном брожении

дрожжевые клетки образуют конгломераты. Это приводит к снижению эффективности работы отдельной клетки. Поэтому необходимо было обеспечить дезагрегацию дрожжевых клеток на различных стадиях производства игристых вин. В связи с этим представляло интерес изучить процесс культивирования дрожжей в присутствии агрегативно устойчивых дисперсных минералов и возможности использования выращенных таким образом дрожжей для вторичного брожения. С этой целью была поставлена серия опытов в лабораторных ферментерах. Был реализован метод математического планирования эксперимента с последующим построением модели в виде уравнения, связывающего два основных фактора процесса - концентрации сахарозы и палыгорскита. Конечный вид адекватного уравнения, связывающего зависимость накопления клеток от содержания сахарозы и палыгорскита в культивируемой среде, следующий:

У= 115 + 53 Х2 - 9,3X1* - 11,2Х22+ 14,6Х,Х2, (2)

где: У - концентрация дрожжевых клеток, млн кл./см3; Х[ - содержание палыгорскита, г/дм3; Х2 - содержание сахарозы, % мае. На рис. 8 показана зависимость концентрации дрожжей от содержания палыгорскита в культивируемой среде. Анализ зависимости позволяет сделать выводы: оптимальной для выращивания дрожжей в присутствии минерала является концентрация сахарозы 2,0 ± 0,2 % мае.; с увеличением содержания сахарозы выше 2% идет ингибирование субстратом и концентрация клеток снижается; оптимальным содержанием палыгорскита в процессе аэробного выращивания дрожжей является концентрация 0,2-0,4 г/дм3.

По. обе стороны от этих значений

концентрация клеток уменьшается. С ростом

концентрации палыгорскита для достижения

той же биомассы требуется больший расход

сахара. Как видно из рис.8, при содержании

палыгорскита 0,37 г/дм3 (точка пересечения

кривых 1 и 2) концентрация сахарозы в

пределах 2 - 3% мае. не влияет на процесс 1 ис.8 Зависимость концентрации дрожжей йассп.

ссгеУ151'ае шт. Киевский (X) от количества введен- накопления клеток, ного палыгорскита (С) в среду с разными концентрациями сахарозы, % мае: 1 - 2,0; 2 - 3,0; 3 - 1,0

Это создает возможность устойчиво проводить культивирование при колебаниях содержания сахарозы в питательной среде в пределах ±10%, предусмотренных инструкцией. Таким образом, оптимальный режим такого процесса характеризуется содержанием палыгорскита 0.37 г/дм3, а сахарозы - 2,0 ± 0,2 % мае. Установлено, что присутствие

120 110 100 90 80

>*

✓ < м ■ - ч

У / ---5 \

/ V

0 ОД 0,2 0,3 0,4 0,5

С, г/дм

палыгорскита » процессе культивирования дрожжей вассЬ. сегсу1з1ае шт. Киевский положительно влияет на процесс накопления клеток. Абсолютное значение прироста биомассы составляет в среднем 7,5млн кл./см3.

Представляла интерес проверка дыхательной активности выращенных таким способом дрожжей. Добавление дисперсных минералов при аэробном культивировании в 1,3 - 1,4 раза повышает дыхательную активность по сравнению с контролем, что согласуется с исследованиями, в которых показано, что одним из возможных механизмов повышения физиологической активности микроорганизмов при их культивировании с высокодисперсными миноратами может быть увеличение массопереноса кислорода в питательную среду, происходящее за счет образования в ней турбулентных мнкрозон вокруг дисперсных частиц (Курдиш И.К.).

РАЗДЕЛ 7. Интенсификация вторичного брожения на дрожжах, выращенных в присутствии дисперсных минералов

Дрожжи, культивируемые с дисперсным минералом - палыгорскитом, добавляли в купаж с содержанием сахара 2,2% мае. и направляли на вторичное брожение: Процесс шампанизации контролировали по изменению содержания аминного азота, альдегидов. Как-видно из табл.5, в опыте прослеживается более интенсивное накопление аминного азота, что можно объяснить более ранним началом процесса автолиза дрожжевых клеток.

Таблица 5

Изменение содержания аминного азота и альдегидов в игристом вине __в процессе периодической шампанизации_

Продолжительность брожения, сут. Содержание аминного азота, г/дм3 Содержание альдегидов (свободных), мг/дм3

Опыт Контроль Опыт Контроль

0 86 • 86 11,67 11,70

3 ' 74 80 12,10 11,90

6 62 72 14,00 13,00

9 51 64 17,30 16,50

12 ' 58 64 14,40 16,00

15,"' 66 66 12,70 15,20

18 . 74 70 11,40 13,20

21 81 76 9,30 11,90

Установлено, что образование альдегидов в начальной стадии вторичного брожения протекает интенсивнее, чем в контроле, но затем происходит более полное их восстановление по всей вероятности за счет активности ферментов, выделяемых дрожжами на более ранней стадии автолиза. Повышение физиологической активности дрожжей при культивировании с дисперсным минералом дает возможность проводить вторичное брожение при пониженных

температурах. Это, в конечном итоге, улучшает пенистые и игристые свойства шампанского. Улучшаются условия фильтрации за счет образования намывного слоя, состоящего из комплексов "клетка - минерал" на фильтровальном картоне. Таким образом, проведены исследования и промышленные испытания но применению дисперсных минералов на различных стадиях производства игристых вин показали их перспективность в плане интенсификации технологических процессов. При этом обеспечивается высокое качество осветления, сокращается его продолжительность. Использование минералов при культивировании дрожжей ведет к повышению их физиологической активности, росту концентрации биомассы, интенсификации процесса шампанизации при получении целевого продукта высокого качества.

ВЫВОДЫ

1. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована технология игристых вин с использованием дисперсных минералов, которая позволяет интенсифицировать технологические процессы осветления и стабилизации купажей, культивирования дрожжей, вторичное брожение и повысить качество конечных продуктов -игристых вин.

2. Установлены оптимальные дозировки дисперсных минералов для обработки исследуемых купажей, а именно: шампанского - палыгорскит в концентрации 0,4 г/дм3, розового - гидрослюда (0,7 г/ дм3) и мускатного - палыгорскит (0,7 г/ дм3).

3. Доказано, что в результате обработки купажей дисперсными минералами существенно уменьшается содержание общего азота, полисахаридов и полифенолов. Все это обеспечивает устойчивость купажей к помутнениям. При этом устойчивость пены, сопротивление вина выделению СОг, пенистые и игристые свойства не ухудшаются, по сравнению с контролем. После обработки розовых купажей гидрослюдой в игристом вине, полученном из этих купажей. наиболее полно сохраняется первоначальная окраска.

4. Максимальная эффективность использования углеводов в условиях периодического культивирования дрожжей, составляющая 7,5 - 8,0 млн кл./мг сахарозы, наблюдается при содержании сахарозы в питательной среде на уровне 0,5 - 1,0 % и парциальном давлении растворенного в среде кислорода в пределах 20 - 25%.

5. Установлено, что наиболее экономически выгодным режимом непрерывного культивирования факультативных анаэробов, достижения высокой плотности биомассы их клеток, является лимитирование процесса размножения дрожжей концентрацией источника углеродного питания в среде, текущая концентрация которого составляет 0,1% мае.

6. Разработаны технология и новая аппаратурно-технологическая линия непрерывного культивирования дрожжей, предотвращающие, в частности, обильное ценообразование и

повышение -.температуры культуралыгой жидкости в зоне перемешивающего устройства. Вторичное брожение в производственных условиях с использованием выращенных по новой технологии дрожжей завершается на 13-е сутки, в то время как по старой технологии оно затухает и останавливается на 18-е сутки при содержании около 0,6% недоброженной сахарозы.

7. На основании полученных математических моделей определена оптимальная дозировка дисперсного минерата - 0,25 г/дм3, обеспечивающая прирост бродильной активности дрожжей на 7% в случае его раздельного введения в бродильную смесь й увеличение их биомассы в среднем на 8 млн кл./см3 — при внесении минерала в питательную среду при культивировании дрожжей. Добавление минерала при аэробном размножении дрожжей в 1,3 -1,4 раза повышает их окислительную способность по сравнению с контролем, устанавливает более высокий уровень критической концентрации растворенного в среде кислорода (1,25 против 0,40 мг Ог/дм3 - без добавления минерала), что свидетельствует о стимулировании процесса дыхания клеток в присутствии минерала.

8. Показана адекватность математических моделей реальному процессу вторичного брожения цри введении минерала в бродильную смесь, а также вторичного брожения на дрожжах", культивируемых с минералом. Благодаря повышению физиологической активности дрожжей при культивировании их с дисперсным минералом вторичное брожение можно проводить при пониженной температуре (+8°С). Это улучшает пенистые и игристые свойства шампанского. Брожение при температуре 10 - 15° С обеспечивает переход дрожжей в стадию автолиза на более ранней стадии.

9. Разработаны Технологическая инструкция по применению дисперсных минералов Черкасского месторождения для осветления шампанских виноматериалов, купажей ТИ 02023732.029 - 2000, Технологическая инструкция по эксплуатации линии для культивирования дрожжей при высокой плотности их популяции в условиях Киевского завода шампанских вин, которые прошли апробацию в производственных условиях.

10. Разработанная на КЗШВ технология выращивания дрожжей нашла дальнейшее развитие на заводе шампанских вин "Новый Свет" для производства шампанского классическим способом и Одесском заводе шампанских вин - резервуарным методом.

11. Экономический эффект от использования новых дисперсных минералов на различных стадиях производства игристых вин в условиях Киевского завода шампанских вин составил 52,9 тыс. грн. на 1 млн. бут.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ '1. Ковалев H.H., Лгабальянц Э. Г., Никулина A.B. Использование в шампанском производстве агрегативно устойчивых дисперсных минералов // Пищ. технология. - 1987. - №3

-С. 99- 100.

2. Квасников Е.И., Гавриленко М.Н., Сумневич В.Г., Киргошин A.B., Саришвили Н.Г., Ковалев H.H., Лензион В.Й.. Непрерывное выращивание дрожжей с высокой плотностью популяции в шампанском производстве // Виноделие и виноградарство СССР. - 1987. - №2 -С. 28 - 30.

3. Подгорський В., Гавриленко М., Ковальов. М., Сумневич В., Домарецький В., Гречко Н. Оптим1зашя процесу культивування др1ждж1в за наявносп дисперсних мшерал1в // Харч, i перероб. пром-сть. - 2000. - №1. - С. 29-30.

4. Ковальов М., Подгорський В., Гавриленко М., Сумневич В., Домарецький В., Гречко Н. Особливосп культивування др1ждж1в на винному середовипд // Харч, i перероб. пром-сть. -2000,-№4.-С. 28- 30.

5. Ковальов М.М., Гречко Н.Я. Вплив технолопчних обробок мшералами на ф1зико-xiMi4iii властивосп купаж^в i шампаиського Н Харч, пром-сть. — 2000. — Вип. 45. — С.83 — 86.

6. Ковальов М.М., Сумневич В.Г., Гавриленко М.М., Домарецький В.А., Гречко Н.Я. ОптимЬавдя процесу шампатзацп вина в присутносл агрегативно-стшких дисперсних мшерал^в // Наук. пр. Укр. Держ. ун-ту харч, технолопй. -2000. - №6. - С.67 - 69.

7. Ковальов М.М., Мацко О.П., Домарецький В.А., Гречко Н.Я. Залежшсть ефективносп осв1тлення шампанських купаж^в вщ природи дисперсних мшерал^в // Харч, i перероб. пром-сть. - 2000. - № 8 - 9. - С.24 - 25.

8. A.c. 1389266 СССР, МКИ4 С 12 Gl/Об. Способ производства игрисых вин / Э.Г. Агабальянц, H.H. Ковалев, A.B. Никулина, В.Г. Сумневич (не подлежит опубликованию в эткрытой печати). Заявка №4100367. Дата подачи заявки 05.08.86.

9. Ковальов М.М., Домарецький В.А., Гречко М.Я. Вплив дисперсних мшерал1в на цр1жджову юнтину пщ час вторинного бродшня. Проблеми та перспектива створення i зпровадження нових ресурсо- та енергоощадних технолопй, обдаднання в галузях харчовоУ i череробноТ промисловост1 : Матер1али UIoctoi м^жнарод. наук.-техн. конф., 19-21 жовт. 1999 р.: У 3-х ч. - К.: УДУХТ, 2000. -Ч. 2. - 144 с.

Аннотация

Ковалев H.H. Усовершенствование технологии игристых вин с использованием шспсрсных минералов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по :пециальности 05.18.07 - Технология продуктов брожения. - Украинский государственный университет пищевых технологий. Киев, 2000.

Диссертация посвящена вопросам интенсификации процессов при производстве игристых вин на различных стадиях с использованием природного минерального сырья.

Полученные результаты по осветлению и стабилизации шампанских купажей показали, что исходя из особенностей строения и свойств дисперсных минералов, а такясе типа купажа можно выбрать оптимальный вариант обработки, варьируя дозой минерала.

Выяснено, что для осветления и стабилизации шампанского купажа лучший осветлитель — падыгорскит. розового — гидрослюда, мускатного - палыгорскит. Кроме того, дисперсные минералы сокращают продолжительность осветления в 3 — 4 раза, по сравнению с контролем. Показано, что применение дисперсных минералов способствует значительному удалению из купажей полисахаридов, общего азота, фенольных веществ, ответственных за помутнения в игристых винах.

В работе' исследовано влияние дисперсных минералов на показатели пенистых и игристых свойств" купажей и шампанского. Установлено, что эти показатели изменяются "незначительно по сравнению с контролем и выше, чем при обработке бентонитом. '

' Изучено влияние концентрации сахарозы и парцальпого давления растворенного в средс кислорода на процесс размножения дрожжей БассЬ. сегеу^зйе шт. Киевский. . . „ : Влияние парциального давления растворенного в среде кислорода на величину экономического коэффициента исследовали в условиях хемостата при лимитировании роста источником углеводов, что позволило использовать среду с 2% сахарозы для достижения наибольших концентраций клеток. Показано, что поддержание рОг в культуральной жидкости на уровне 20 -.25% обеспечивает эффективное использование'сахарозы исследуемым штаммом. На основании этих данных разработаны аппаратурно-технологическая линия и режим непрерывного культивирования дрожжей. Оптимизация процесса культивирования проведена по парциальному давлению растворенного кислорода в культуральной жидкости, что обеспечивает лимитирование роста дрожжей источником углеродного питания в режиме дыхания клеток.

Показано, что ■ добавление дисперсного минерала при вторичном брожении интенсифицирует этот процесс. Прирост бродильной активности составляет 7% при оптимальном содержании минерала 0,25 г/см3. При культивировании дрожжей с добавлением минерала повышается физиологическая активность дрожжей, прирост концентрации биомассы составляет в среднем 8 млн кл./см3, дыхательная активность дрожжей повышается в 1,3 - 1,4 раза.. Установлено, что дрожжи, культивируемые с минералом, интенсифицируют процесс вторичного брожения.

С помощью симплексного метода оптимизированы процессы вторичного брожения и культивирования дрожжей в присутствии дисперсных минералов:

• оптимальный режим вторичного брожения: концентрация дрожжевых клеток 4 млн кл./см3; концентрация минерала 0,25 г/дм3;

• оптимальный режим периодического культивирования дрожжей:

- содержание сахарозы 2,0 - 0,2% мае.; содержание минерала 0,37 г/дм3.

Разработаны Технологическая инструкция по применению дисперсных минералов Черкасского месторождения для осветления шампанских виноматсриалов, купажей ТИ 02023732.029 - 2000 и Технологическая инструкция по эксплуатации линии Киевского завода шампанских вин для производства дрожжей в условиях высокой плотности популяции. Технология выращивания дрожжей, разработанная на КЗШВ, нашла свое развитие на заводе шампанских вин "Новый Свет" для производства шампанского бутылочным способом и Одесском заводе шампанских вин.

Ключевые слова: купаж, осветление, стабильность, белки, фенолыше вещества, полисахариды, дисперсные минералы, дрожжи, культивирование, биомасса, физиологическая активность, вторичное брожение.

Annotation

Kovalev N. N. The improvement of sparkling wines technology by means of dispersional minerals. - Manuscript.

The dissertation for an academic degree of the candidate of technical sciences of speciality 05.18.07. - The technology of fermentation products. The Ukrainian state university of food technologies. Kiev, 2000.

The dissertation is dedicated to questions as to the improvement of technologies of sparkling wines with the help of natural mineral raw materials. There are 9 doctrine works to be defended. These works are theoretical and practical researches on using the dispersional minerals on different production stages of sparkling wines. Besides we have researched the influence of saccharose concentration and partial pressure of oxygen dissolved in sphere on the process of reproduction of yeasts Sacch, cerevisiae Kiev type. Received statistics were the foundation for working out technologies and a new apparatus-technological line for continuous yeast growing with purpose of getting high density of their population. Received results in clarification and stabilization of wine blending showed us that taking into account the peculiarities of structure and properties of dispersional minerals and also wine blending types we can choose optimal type of processing, varying dose of minerals.lt was shown that adding dispersional mineral during second fermentation and cultivation of yeasts intensifies these processes at the account of increasing physiological activity of yeast cells.

Key words: clarification, stability,proteins, phenol substances, polysacharides, dispersional substances, yeasts, cultivation, biomass, physiological activity, second fermentation.