CC BY
81
УДК 663.63
AI. УКРАШЕЦЬ, Р.М. МУКОЩ, Ю.В. БОЛЬШАК, Н.В. НИЖНИК, ТА. МАРТИНЕНКО
Нацiональний унiверситет харчових технологш
ЕЛЕКТРОХ1М1ЧНА АКТИВАЦ1Я ВОДИ ЯК АЛЬТЕРНАТИВНИЙ БЕЗРЕАГЕНТНИЙ СПОС1Б ВОДОП1ДГОТОВКИ У ВИРОБНИЦТВ1 ПИВА
За результатами анализу новацш впровадження безреагентних методгв в пивоварнш галуз1 визначено перспективи виробництва пива з використанням активовано'1 води як способу водотдготовки. Досл1джено вплив хгмгчного складу води на технологгчт особливостг виробництва пива. Запропоновано використання електрох1м1чно'1 активаци води як безреагентний спосгб пгдготовки, що забезпечуе отримання питно'1 води високо'1 якостг - основно'1 сировини у виробництвi пива.
Ключовi слова: хiмiчний склад води, пивоварiння, водотдготовка, електрохiмiчна активацiя, рН, окисно^дновний потен^ал.
А.И. УКРАИНЕЦ, Р.М. МУКОИД, Ю.В. БОЛЬШАК, Н.В. НИЖНИК, Т.А. МАРТЫНЕНКО
Национальный университет пищевых технологий
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ВОДЫ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ БЕЗРЕАГЕНТНЫЙ СПОСОБ ВОДОПОДГОТОВКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИВА
По результатам анализа новаций внедрения безреагентных методов в пивоваренной отрасли определены перспективы производства пива с использованием активированной воды как способа водоподготовки. Исследовано влияние химического состава воды на технологические особенности производства пива. Предложено использование электрохимической активации воды как безреагентный способ подготовки, который обеспечивает получение питьевой воды высокого качества - основного сырья в производстве пива.
Ключевые слова: химический состав воды, пивоварение, водоподготовка, электрохимическая активация, рН, окислительно-восстановительный потенциал.
A. UKRAINETS, R. MUKOID, Y. BOLSHAK, N. NYZHNYK, Т. MARTYNENKO
National University of Food Technologies
ELECTROCHEMICAL ACTIVATION OF WATER AS AN ALTERNATIVE NON - REAGENT METHOD OF WATER TREATMENT IN BEER PRODUCTION
According to the results of the analysis of innovations in the implementation of non-reagent methods in the brewing industry, prospects for beer production using activated water as a method of water treatment were determined. The influence of chemical composition of water on technological features of beer production is investigated. The use of electrochemical activation of water as a non-reagent method of water treatment is envisaged, which ensures the production of high-quality drinking water, the main raw material for beer production.
Keywords: chemical composition of water, brewing, water preparation, electrochemical activation, pH, oxidation-reduction potential.
Постановка проблеми
Вода - найважливша сировина, що використовуеться у пивоваршш, ф1зико-х1м1чт властивосп яко1 мають суттевий вплив на технолопчш аспекти виробництва i яшсть пива. Вимоги до води для пивоварно1 промисловосп практично таю ж, як i до питно1 води. Вода повинна вщповщати дшчим фiзико-хiмiчним, органолептичним, мжробюлопчним вимогам щодо питно1 води. 1снуе ряд параметрiв води, дотримання яких ошгашзуе технолопчний процес i забезпечуе отримання найкращих органолептичних i споживчих показнишв [1].
Аналiз останшх дослвджень i публжацш
Яшсть води, яка застосовуеться в бродильних виробництвах, мае вщповщати особливим вимогам, забезпечувати при збалансованому складi макро - i мжроелеменлв вщсутшсть мiкроорганiзмiв, хлору, важких металiв та iнших токсичних елеменпв, органiчних контамiнантiв [1].
Розчиненi у водi мiнерали мають важливий вплив на загальну хiмiю процесу пивоваршня. 1они з
цих мiнералiв змiнюють рН води, Н жорстюсть, лужнiсть, залишкову лужнiсть i мiнеральний склад. Ц1 параметри е найважливiшими факторами у визначеннi придатносп води для пивоваршня. Змiна одного параметра може вплинути на шшг
Кислотно-лужний баланс рН пива на рiзних стадiях його виготовлення залежить вiд анiонiв та катiонiв води, вш впливае на хiд ферментативних процеав, а вiд них залежить, як буде проходити бродiння, якими будуть смак пива i його стшшсть.
Основнi завдання, як1 необхщно вирiшити при пiдготовцi води для використання на пивоварному заводi i приведения И у вiдповiднiсть нормативним вимогам [2]:
- оптимiзацiя органолептичних властивостей: зменшення кольоровостi, ткшдацш каламутностi, нейтралiзацiя стороннiх запахiв, освилення;
- корекцiя мiнерального складу: часткова або повна демiнералiзацiя з метою досягнення шльшсних i як1сних параметрiв згiдно галузевих нормативiв;
- корегування лужностi i жорсткостi води;
- деманганащя i видалення залiза;
- оптимiзацiя мiкробiологiчного середовища;
- тдготовка води для приведення в норму перманганатно! окислюваностi;
- видалення з води солей важких металiв;
- позбавлення вiд радону та шших радiоактивних елементiв;
- корекцiя рН.
Величина рН впливае на швидшсть ферментативних реакцш, як пiд час затирання солоду, так 1 тд час бродiння сусла. Опосередковано, через ютзащю компонентiв пива, рН впливае на органолептичш властивостi напою. Оптимальний рН при виробництвi пива слщ приймати 5,2...5,4. При пiдвищеннi рН сусла в процеа затирання зернопродуклв i промивання дробини з'являеться цший ряд негативних явищ, а саме [3]:
- збшьшення тривалостi оцукрювання;
- уповiльнення швидкостi фiльтрування;
- тдвищення каламутностi та кольоровостi сусла;
- зниження виходу екстракту;
- поява рiзкого смаку i грубо! фенольно! гiркоти.
Величина рН впливае на штенсившсть обмiнних процесiв в клтганах дрiжджiв, що вiдбиваеться на коефщенп приросту бiомаси, швидкостi росту клгган i синтезi вторинних метаболтв.
Величина рН впливае на дисощацш кислот i лугiв, а, отже, впливае на перенесення поживних речовин всередину клiтини, а також на стутнь токсичностi iнгiбiторiв росту.
Кислотшсть сусла i величина рН взаемопов'язаш мгж собою. Зниження кислотностi сусла викликае тi ж негативнi процеси, як1 вiдбуваються при пiдвищеннi величини рН. Зниженню кислотносп сусла (тдвищенню величини рН) сприяють бiкарбонати i карбонати.
У пивоварiннi мiнеральнi сол^ що входять до складу води, дмть на хiмiчно активнi i хiмiчно неактивнi. Хiмiчно активними солями е все солi кальцiю i магнiю, а також карбонат натрш [4].
Активнiсть ферментiв солоду i дрiжджiв, фiзико-хiмiчна стабiльнiсть пива i його органолептичш властивостi тiсно пов'язаш з iонним складом води. При цьому надзвичайно велику роль вщграють катiони кальцiю, залiза, мiдi, цинку, а також анюни, вплив яких наведено в табл. 1.
З таблиц бачимо, що органолептичнi показники пива безпосередньо залежать не тшьки вiд якостi солоду, хмелю i використовуваних технологiй приготування продукту, але i вiд фiзико-хiмiчних показник1в якосп води [4].
Вода для пивоваршня перед використанням в технологiчних потребах для виробництва пива проходить калька ступенiв очищення. Зазвичай це мехашчна очистка через сiтчастi фiльтри для видалення рiзних не розчинених суспензш у водi. Використовуеться також засипки фiльтруючих середовищ у напорнi фiльтри-освiтлювачi води. Пiсля чого воду очищають на вугiльних фiльтрах, де сорбуються оргашчш сполуки, хлор i хлороргашчш речовини.
Якщо вода мiстить не бажаш рiвнi iонiв !! пропускають через рiзнi iонообмiннi фiльтри, наприклад катiонiтовi фiльтри або декарбонiзацiйнi установки. Знесолення води проводять також на установках зворотного осмосу. Зворотний осмос мютить в собi мембрану, яка затримуе практично всi розчиненi юни у водi. Така вода близька за сво!м складом до дистильовано!. Тому пiсля !! очищення часом виникае необхщшсть коригування складу, змiшуванням iз мiнералiзованою водою i додаванням в потоцi необхiдно! кiлькостi мшеральних речовин (солей).
Таблиця 1
Вплив неоргашчних шшв (ашошв та катiонiв солей основних кислот) на процес пивоваршня,
органолептичнi властивост пива i його колоТдну стшккть ^4]_
1они Вплив на процес пивоваршня
Ca2+ Стабшзують альфа-амiлазу i збшьшують И активнiсть, в результатi чого шдвищуеться вихiд екстракту. Збiльшують актившсть протеолiтичних ферментiв. Визначають рiвень зниження рН сусла при затираннi, кип'ятшш сусла з хмелем i бродшш Визначають флокуляцiю дрiжджiв. Оптимальним е концентрацiя iонiв 45-55 мг/дм3 сусла. Знижують екстракцiю танiнiв, як1 надають пиву грубу гiркоту i терпкий смак. Знижують утилiзацiю гiрких речовин хмелю. Осаджують оксалати, тим самим знижують можливють появи оксалатного помутншня в пивi. Збiльшують коагуляцiю бшшв при кип'ятiннi сусла з хмелем. Знижують екстракцш кремнiю, що сприятливо позначаеться на колошнш стiйкостi пива.
Mg2+ Входять до складу ферментiв глiколiзу, тобто необхiднi як для бродшня, так i для розмноження дрiжджiв. Надають гiркий присмак пива при концентрацп бiльше 15 мг/дм3.
K+ Стимулюють розмноження дрiжджiв, входять до складу ферментних систем i рибосом.
Fe2+ Негативний вплив на процеси затирання. При концентрацп бшьше 0,2 мг/дм3 можуть викликати дегенерацiю дрiжджiв. При вшсп в пивi бiльше 0,5 мг/дм3 збшьшують колiр пива, коричнева шна. Надають пиву металевий присмак. Прискорюють окиснi процеси, викликають коло1дне помутнiння.
Mn2+ Входять в якосп кофактора в ферменти дрiжджiв. Масова частка не повинна перевищувати 0,2 мг/дм3.
При концентращях понад 10 мг/дм3- токсичш для дрiжджiв. Можуть бути мутагенним фактором для даждж1в. Негативно впливають на стабiльнiсть смаку. Пом'якшують сiрчистий присмак у пива. Негативно впливають на коло1дну стабшьшсть пива, виступаючи каталiзатором окислення полiфенолiв.
Zn2+ У концентрацп 0,1 - 0,2 мг/дм3 стимулюють розмноження дрiжджiв. При високих концентрацiях iнгiбують активнiсть a-амiлази.
а- Знижують флокулящю дрiжджiв. При концентрацп бшьше 500 мг/дм3 уповшьнюють процес бродшня. Надають пиву бшьш тонкий i солодкий смак. При концентрацп юшв близько 300 мг/дм3 пiдвищують повноту смаку пива i надають йому динний смак i аромат. Покращують колошну стiйкiсть.
HCOз- При високих концентращях призводять до пiдвищення рН, а отже до зниження активносп амшолггичних i протеолiтичних ферментiв, знижують вихш екстракту i сприяють пiдвищенню кольоровосп сусла. Концентрацiя не повинна перевищувати 20 мг/дм3.
SiOз2- Знижують актившсть бродшня при концентрацп бшьше 10 мг/дм3. Силжати з'являються переважно з солоду, але шода, особливо навеснi, причиною 1х пiдвищення в пивi може бути вода. Знижують колошну стшшсть пива в зв'язку з утворенням нерозчинних сполук з iонами кальщю i магнiю.
№+ При концентрацiях понад 150 мг/дм3 обумовлюють солоний смак. При концентращях 75...150 мг/дм3- знижують повноту смаку.
SO42- Надають пиву терпкость i пркоту. При концентрацп бшьше 400 мг/дм3надають пиву «сухий смак». Можуть передувати утворенню сiрчистих смашв i запахiв, пов'язаних з життедiяльнiстю небажаних мiкроорганiзмiв i др1ждж1в.
Ш3- Негативно впливають на процес бродшня при концентрацп бшьше 25 мг/дм3.
Часто щ методи вимагають великих витрат при гх проведеннi. Перспективним сучасним пiдходом у водопiдготовцi та водоочистщ визнаеться електрохiмiчна обробка води у електрохiмiчних мембранних реакторах [5].
Перевагами електрохiмiчноí обробки води е те, що вона дозволяе коригувати значения водневого показника рН i окислювально-вщновного потенцiалу Еh, вiд якого залежить можливiсть протiкання рiзних хiмiчних процеав у водi, пiдвищуе ферментативну актившсть, зменшуе питомий опiр i покращуе умови коагуляцií i седиментацií оргашчних осадiв [6].
Формулювання мети дослвдження
Метою роботи е наукове обгрунтування застосування безреагентного способу водопiдготовки у виробнищга пива, а саме використания електрохiмiчно активованоГ води (ЕХА - води).
Вщповщно до мети дослщжень поставлено завдания: на основi аналiзу лiтературних джерел обгрунтувати технологiчнi переваги методу електрохiмiчноí активацií води як способу водотдготовки в технологií бродильних виробництв.
Викладення основного матерiалу дослвдження
Актуальною темою при виробництвi пива е використання води, активовано1' в сучасних електрохiмiчних установках «1ЗУМРУД», «СТЕЛ» та ш., що забезпечують спрямовану змiну властивостей води, в т. ч. значения рН i окислювально-виновного потенщалу. 1х вiдмiнними рисами е здатшсть до знищения широкого спектра мiкроорганiзмiв i до руйнувания мжробних токсинiв, яка зберiгаеться протягом тривалого часу , а також можливють корекцií рН i окислювально-вщновно1' рiвноваги води.
Процеси очищения води обумовлеш протiканиям електрохiмiчних реакцiй окисления i вiдновления, багаторазово прискорених за рахунок прямих електрохiмiчних впливiв, а також завдяки участi в процесах очищения хiмiчно синтезованих з само1' води i розчинених в нiй солей високоактивних реагеипв: озону, атомарного кисню, пероксидних сполук, хлорнуватисто1' кислоти, короткоживучих вiльних радикалiв [7].
Вiдмiнною особливютю i перевагою таких установок е 1'х ефективнiсть при знищеннi мiкроорганiзмiв всiх видiв i форм i руйнуваннi мiкробних токсинiв за допомогою вироблених на установках анолiтiв [8, 9].
Результати аналiзiв води, оброблено1' в установцi 1ЗУМРУД-К1, забезпеченою зовшшшм вугiльним фiльтром наведено, в табл.2.
Таблиця 2
Результати аналшв води, оброблено'1 в установцi 1ЗУМРУД-К1 [8]_
№ п/п Показники Одиницi вимiру Нормативи по СанШН 2.1.4.1074 -01 [9] Нормативи по Т173-10 [10] Парамет-ри на входi в установку Парамет- ри на виходi при витрап 40 дм 3/год
1 2 3 4 5 6 7
1 Водневий показник Од. рН 6-9 6,0-6,5 7,8 6,1
2 ОВП мВ Н/Н Н/Н +350 -290
3 Кольоршсть град. 20 10 19 2
4 Мутшсть мг/дм3 1,5 1,0 1,4 0,1
5 Жорстшсть мг-екв/дм3 7,0 Менше 4 3,79 1,9
6 Окислювашсть мг/дм3 5 2 3,3 1,5
7 Сульфати мг/дм3 500 100-150 72 66
8 Хлориди мг/дм3 350 100-150 49 42
9 Кальцiй мг/дм3 Н/Н 40-80 49,00 29,43
10 Магнш мг/дм3 Н/Н слщи 10,80 0,65
11 Залiзо мг/дм3 0,3 0,1 4,95 0,03
12 Нiтрати мг/дм3 45 10 3,49 3,55
13 Нiтрити мг/дм3 3 0 0,05 0,00
14 Алюмiнiй мг/дм3 0,5 0,5 0,11 0,04
15 Мщь мг/дм3 1,0 0,5 0,01 Н/В
16 Марганець мг/дм3 ОД 0,1 0,021 0,002
17 Силiкати мг/дм3 10 2,0 3,3 0,3
Продовження таблиц 2
1 2 3 4 5 6 7
18 Лужшсть мг-екв/дм3 Н/Н 0,5 - 1,5 1,8 0,6
Хлор залишковий мг/дм3
19 вшьний 0,3-0,5 Н/Н 0,2 0,03
зв'язаний 0,8-1,2 0,6 Н/В
20 Хлороформ мг/дм3 0,2 Н/Н 0,028 Н/В
21 Озон залишковий мг/дм3 0,3 Н/Н Н/В Н/В
22 Формальдепд мг/дм3 0,05 Н/Н Н/В Н/В
23 Мiнералiзацiя мг/дм3 1000 500 371 335
24 Загальне мжробне число КУО/см3 50 Н/Н 45 0
Примггка: Н / Н-не нормовано; Н / В - не виявлено в межах чутливосп методу.
Висновки
1. Науково обгрунтовано застосування методу електрохiмiчноl активацп води як способу водопiдготовки в пивоваршнг
2. При отриманнi пива з концентрату з використанням ЕХА-води i дрiжджiв верхового бродiння встановлено ефект штенсифжацп приросту бiомаси дрiжджiв в 2 рази, вмiст клггин з глiкогеном збiльшуeться в 3 рази, тривалють бродiння скорочуеться на 12 годин. Дрiжджi пiсля зашнчення бродiння з урахуванням значного полшшення 1х фiзiологiчного стану (зниження шлькосп мертвих клiтин в 5 разiв i збiльшення вмiсту клiтин з гакогеном) можуть бути повторно використаш в пивоварiннi.
3. При використанш ЕХА - води спостерiгаеться прискорення процесiв оцукрювання i фiльтрування сусла, збшьшуеться обсяг фiльтрату, пiдвищуеться штенсившсть бродiння, а його тривалiсть скорочуеться майже на 1 добу.
Список використаноТ лiтератури
1. [Електронний ресурс]. - Режим доступу : < http://ncwt.ru/ ochistka_vody_i_vodopodgo-tovka/55/434/ >.
2. [Електронний ресурс]. - Режим доступу : <https://pivo.by/articles/water-knowledge-part1 >.
3. [Електронний ресурс]. - Режим доступу : < http://techdrinks.info/ru/ news/voda-v-proyzvodstve-pyva-osnovnyie-trebovanyya-k-vodopodhotovke >.
4. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении / Т.В. Меледина. - Спб.: «Профессия», 2003. - 304 с.
5. Мосин О.В. Электрохимическая обработка воды // С.О.К. Сантехника, отопление, кондиционирование. 2012. № 12.
6. [Електронний ресурс]. - Режим доступу : <https://www.c-o-k.ru/articles/ elektro-himicheskaya-obrabotka-vody>.
7. [Електронний ресурс]. - Режим доступу : <http://эхарос.рф/opisanie-ustanovki-izumrud>.
8. Козлов, И. В. Разработка способа применения электрохимически активированной воды в технологии пива и безалкогольных напитков / И.В. Козлов: дис. канд.. тех. наук. - М.: МГУПП, 2009.- 153 с.
9. СанПШ 2.1.4.1074-01 «Питна вода. Гшешчш вимоги до якосп води централiзованих систем питного водопостачання. Контроль якосп »
10. ТИ 10-5031536-73-10 «Технологическая инструкция по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков»
