CC BY
30
ЭХА-растворы в технологии пива,
полученные на установках нового поколения
Б. В. Кругликов, М. В. Гернет, И. В. Козлов
Московский государственный университет пищевых производств
В настоящее время пивоваренная отрасль — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей пищевой промышленности. Рост объемов производства пива привел к острой конкуренции на рынке сбыта.
Поэтому сегодня, как никогда, актуальна проблема повышения конкурентоспособности. В связи с этим приоритетными исследованиями становятся разработки новых технологических приемов, оказывающих влияние на качество пива, а также позволяющих снизить его себестоимость.
Один из возможных путей решения данной проблемы — применение электрохимических активированных (ЭХА) растворов в производстве пива.
Сущность явления электрохимической активации состоит в том, что разбавленные растворы минеральных солей (к ним относится и обычная питьевая вода) в результате анодной или катодной (униполярной) обработки в диафрагменном электрохимическом реакторе переходят в метастабильное состояние, характеризующееся аномальной физико-химической активностью, которая постепенно убывает во времени (релаксирует). Именно в период релаксации ЭХА-среды проявляют свои главные технологические качества.
Технические средства для реализации ЭХА (диафрагменные электролизеры) известны сравнительно недавно. Но коммерческое использование техники ЭХА стало возможным лишь в последнее 15 лет благодаря появлению промышленных электрохимических систем нового типа на основе проточных электрохимических модульных элементов третьего поколения (ПЭМ-3) и реакторов РПЭ в виде блоков элементов ПЭМ-3 различной конфигурации.
В данной работе для получения аналита использована установка нового поколения СТЭЛ-Перокс-20. Получаемый на ней ана-лит Перокс производится путем электрохимического синтеза из водного раствора карбоната натрия.
Как указывалось ранее, вода после электрохимической обработки переходит в метастабильное состояние, отличающееся от стабильного аномальными значениями физико-химических параметров, в частности значениями рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
При анодной электрохимической обработке кислотность воды увеличивается, ОВП возрастает за счет образования устойчивых и нестабильных кислот (серной, соляной, хлорноватистой), а также пероксида водорода, пероксосульфатов, пероксокарбонатов, кислородсодержащих соединений хлора. Также в результате анодной электрохимической обработки несколько уменьшаются поверхностное натяжение, концентрация водорода, азота, увеличиваются электропроводность, содержание растворенных хлора и кислорода, изменяется структура воды.
Количественная характеристика кислотности воды — водородный показатель рН, который определяется активностью ионов водорода (аН+), или, иначе, соотношением концентрации ионов гидроксония Н3О+ и гидроксила ОН-.
Активность ионов водорода — это термодинамическая характеристика их химического потенциала в воде.
Окислительно-восстановительный потенциал — это другой важнейший параметр, поскольку характеризует активность электронов в водном растворе (воде).
Природа ОВП обусловлена квантомеха-ническими характеристиками атомов элементарной электрохимической системы. Электронные структуры атомов и ионов определяют также характер и энергетику процессов гидратации ионов.
При электрохимической обработке воды значения рН и ОВП выходят далеко за пределы термодинамической устойчивости воды, ограниченной потенциалами кислородного и водородного электродов.
В ЭХА-воде активная концентрация ионов меняется за счет изменения коэффициентов активности, но не концентрации.
Существует связь между ОВП и рН, которая практически выражается в том, что при изменении рН питьевой воды на единицу ОВП соответственно меняется приблизительно на 59 мВ, т.е. ОВП увеличивается при снижении рН и уменьшается при его увеличении.
Известно, что ЭХА-растворы с низкой степенью минерализации наиболее устойчивы, т.е. сохраняют аномальные свойства во времени. Для определения времени релаксации ЭХА-растворов были
5•2008
36
приготовлены три образца воды со степенью минерализации от 0,2 до 0,5 мг/дм3. До степени минерализации 0,4 и 0,5 мг/дм3 исходную питьевую воду с параметрами: рН 7,1; ОВП 0 мВ; степень минерализации 0,2 мг/дм3 — доводили питьевой содой (№НС03). Затем все образцы воды подвергали электрохимическому регулированию. Физико-химические показатели, полученных образцов ЭХА-растворов, представлены в табл. 1.
После проведения электрохимической активации все образцы были доведены 0,1н. №ОН до значения рН, оптимального для затирания (5,0-5,5).
Затем в течение 7 дней (каждый день) в образцах воды измеряли рН и ОВП как основные характеристики воды. Период 7 дней выбран как максимальный для наличия запаса воды с целью обеспечения ритмичной работы производства. Полученные данные приведены в табл. 2.
Как видно из данных табл. 2, самый большой период релаксации у аналита с минерализацией 0,4 г/дм3.
Таблица 1
Физико-химичешие показатели Образец
1 2 3
рН 2,76 2,87 2,92
ОВП, мВт 250 243 236
Минерализация, дм/мг3 0,2 0,4 0,5
Затирание зернопродуктов — главный этап приготовления сусла, от которого в большей степени зависит качество пива. При приготовлении пивного сусла было интересно изучить влияние ЭХА воды, полученной на установке нового поколения, на физико-химические показатели сусла.
В данной серии экспериментов при изучении влияния ЭХА-растворов на физико-химические свойства пивного сусла в качестве сравнения была выбрана вода, умягченная на установке обратного осмоса
Таблица 2
Показатель Время релаксации, сут Образец
1 2 3
рН 0 5,45 4,99 5,38
ОВП, мВт 86 118 95
рН 1 6,46 5,37 7,17
ОВП, мВт 34 96 -7
рН 2 6,46 5,34 7,13
ОВП, мВт 34 98 -5
рН 3 6,54 5,26 7,09
ОВП, мВт 29 102 -2
рН 4 6,56 5,28 7,07
ОВП, мВт 28 101 -1
рН 5 6,56 5,31 7,05
ОВП, мВт 28 99 0
рН 6 6,54 5,35 7,04
ОВП, мВт 29 97 0
рН 7 6,54 5,38 7,03
ОВП, мВт 29 96 1
Таблица 3
Физико-химические Значения Значения после обработки
показатели воды по НТД ЭХА Обратный осмос Дистилляция
рН 6-6,5 2,87 5,77 6,19
ОВП — 243 62 56
Жесткость общая, мг-экв/дм3 2-4 0,25 0,12 0,023
Таблица 4
Физико-химические Образцы сусла, приготовленные с использованием воды, умягченной разными способами
ЭХА Обратный осмос Дистилляция
рН 5,59 5,53 5,57
ОВП, мВт 92 95 94
СВ, % 13,5 13 12,9
Время фильтрования, мин 85 65 65
Время осахаривания, мин 10 20 20
Физико-химические показатели пива Сусло, приготовленное на воде-микс, %
100 % ОО 10:90 20:80 30:70 40:60 50:50 60:40 70:30 80:20 90:10 100 % ЭХА
рН 5,84 5,87 5,84 5,86 5,85 5,85 5,85 5,85 5,86 5,86 5,84
ОВП, мВт 69 68 69 68 69 69 69 69 68 68 69
Экстрактивность сусла, % 13,0 13,5 14,1 14,0 13,5 14,0 13,5 13,5 13,2 13,1 13,3
Объем сусла, см3 230 206 210 198 203 198 204 220 228 224 226
Сухие вещества 29,9 27,8 29,6 27,7 27,4 27,7 27,5 29,7 30,1 29,3 30,0
и дистиллированная вода. Физико-химические показатели воды, умягченной разными способами, приведены в табл. 3.
Для исследования влияния ЭХА-рас-творов на физико-химические показатели сусла и скорость его фильтрации был выбран образец 2 ЭХА-раствора с рН 2,87, ОВП 243 мВт и степенью минерализации 0,4 мг/дм3, поскольку данный образец имел самый длительный период релаксации.
Вода, умягченная разными способами, была доведена до значения рН, оптимального для затирания (5,0-5,5). До этого значения рН вода, прошедшая электрохимическую активацию, была доведена 0,1н. №ОН, а вода, умягченная на установке обратного осмоса (ОО) и прошедшая дистилляцию, — яблочной кислотой. Контрольным служил образец пивного сусла, приготовленного с использованием ЭХА-раствора, в качестве опытных образцов применяли образцы пивного сусла, приготовленные с использованием воды, умягченной на установке обратного осмоса и дистиллированной водой.
Затирание проводили настойным способом. В процессе приготовления затора контролировали время осахаривания. В не-охмеленном сусле определяли содержание сухих веществ, рН и ОВП. Результаты представлены в табл. 4.
Было показано, что использование аналита ускоряет ферментативный гидролиз крахмала, вследствие чего время осахаривания контрольного образца меньше времени осахаривания двух образцов сравнения. Кроме того, экстрактивность в контрольном образце выше, чем в двух других образцах (табл. 4).
Затем все образцы приготовленного сусла были отфильтрованы для отделения сусла от нерастворимых частиц солода (дробины).
Контрольный образец фильтровали дольше по сравнению с 1-м и 2-м образцами. Наименьшее время фильтрации имел образец, приготовленный на воде, умягченной на установке обратного осмоса.
Исследование процессов водоподготов-ки и практика использования воды в родственных отраслях промышленности пока-
зывают, что умягчение производственной воды должно быть заменено кондиционированием, т.е. получением воды с заранее заданными свойствами. Данная проблема возникла сравнительно недавно, поскольку обычная пресная питьевая вода, не имеющая каких-либо особенностей по химическому составу, обладает различными показателями биологической и каталитической активности в зависимости от источника ее получения.
Однако устойчивые и воспроизводимые технологии получения воды и водных сред с заранее заданными окислительно-восстановительными свойствами созданы только на основе феномена электрохимической активации.
В связи с этим было интересным выбрать оптимальный солевой состав воды
Таблица5
для приготовления пивного сусла и определить его влияние на физико-химические показатели пивного сусла и скорость его фильтрации. Для этого с учетом ранее полученных данных была приготовлена вода, полученная смешиванием ЭХА-раствора с обратноосмотической водой в соотношениях от 10 : 90 % до 90 : 10 % (вода-микс).
Со всеми образцами воды-микс было приготовлено сусло. В процессе приготовления затора контролировали время осахаривания (см. рисунок). В неохмелен-ном сусле определяли содержание сухих веществ, рН и ОВП (табл. 5).
На основании полученных данных было выбрано оптимальное соотношение смеси для приготовления пивного сусла, а именно 20:80 %. Данный образец имел лучшие результаты по времени осахаривания и содержанию сухих веществ (был повторен лучший результат при использовании в приготовлении сусла ЭХА-растворов в 100%-ном объеме) и скорости фильтрации (был повторен лучший результат при применении в приготовлении сусла воды, умягченной на установке обратного осмоса в 100%-ном объеме).
Таким образом, применение ЭХА-раствора, полученного на установке нового поколения, на стадии затирания положительно влияет на качество сусла, экономически целесообразно, поскольку позволяет сократить время осахаривания, увеличить экстрактивность сусла и скорость его фильтрации. &
20
10
100 % ОО 90:10 80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80 Образцы затора, обратный осмос : ЭХА, %
Время осахаривания затора, приготовленного на воде-микс, в составе которой обратноосмотическая и ЭХА-вода в различных соотношениях
10:90 100% ЭХА
25
15
5
5 • 2008
37
