Интенсификация брожения пива посредством электронно-ионной обработки (ЭИО) пивных дрожжей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Интенсификация брожения пива

посредством электронно-ионной обработки (ЭИО) пивных дрожжей

М.В. Осипова, Л.Ф. Глущенко

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Пиво — продукт биохимической деятельности дрожжей. В процессах брожения сусла и дображивания молодого пива существенная роль принадлежит дрожжам. К пивоваренным дрожжам в производстве пива предъявляются строгие требования, так как их физиологическое состояние влияет на скорость протекания данных процессов и в итоге на качество пива.

За последние годы произошли значительные изменения в процессах производства пива. Большое распространение получили различные способы, интенсифицирующие процессы брожения и созревания пива, например модификация традиционных технологий (аэрация сусла, аэрация дрожжей, иммобилизация дрожжей, рециркуляция сусла и др.), использование химических факторов активации дрожжей (ферментов, витаминов, микроэлементов), применение физических методов активации дрожжей (воздействие ультразвуком, лазерное излучение, высокочастотная обработка, фотоактивация и др.). Многочисленные исследования показали, что все эти способы позволяют интенсифицировать технологический процесс, улучшить качество и выход конечного продукта [1].

Авторы провели исследования по выявлению влияния электронно-ионной обработки (ЭИО) на жизнедея-

тельность пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae немецкой расы Ш с целью интенсификации процесса брожения. Для исследований были взяты дрожжи с 5-й по 7-ю генерации.

При работе использовали опытную установку управления активностью микроорганизмов, смонтированную на технологическом трубопроводе подачи дрожжей в бродильный аппарат. На коронирующую систему электродов подается отрицательный потенциал высокого напряжения и в межэлектродном пространстве, где

140 и

еж 120-

о р 100-

д

ыс 80-

с

г 60-

ои

б 40-

тс

о р 20-

и

р

0-

Рис. 1. Прирост дрожжевой массы по окончании брожения пива с начальной концентрацией сухих веществ 11 % без ЭИО дрожжей и ферментных препаратов (1), с добавлением ферментных препаратов (2), с ЭИО дрожжей (3)

Таблица 1

Показатель Контроль Ферментные препараты ЭИО дрожжей

Количество нежизнеспособных клеток дрожжей, %:

до ЭИО 4,52 4,14 4,78

после ЭИО — — 3,53

Упитанность, % 85,8 85,0 84,7

Посторонние микроорганизмы Отсутствуют

Прирост дрожжевой биомассы, % 71 105 116

Почкующиеся клетки, %:

до внесения в танк 19 15 20

через 4 ч после начала брожения 22 23 29

Скорость сбраживания, 1 % экстракта/ч 0,09 0,14 0,14

Содержание дрожжевых клеток в пиве по окончании брожения перед перекачкой на дображивание, млн/см3 18 10 8

находятся обрабатываемые дрожжи, на них влияют два физических фактора — электрическое поле коронного разряда (неоднородное), характеризующееся напряженностью поля, и поток заряженных частиц (ионов), определяемый концентрацией [2-4]. ЭИО дрожжей осуществляется в потоке на момент их задачи в бродильный аппарат. Толщина обрабатываемого слоя дрожжей была принята из рекомендаций предыдущих исследователей и составила 5 мм, напряженность электрического поля коронного разряда составляла от 1 до 4 кВ/см, экспозиция — 25 с.

Пройдя активную зону, обработанная дрожжевая суспензия выводится через патрубок, расположенный в днище аппарата. В аппарате вследствие воздействия ЭИО достигается наибольшее содержание кислорода в жидкости, что стимулирует метаболические процессы в клетке и размножение клеток.

Для сравнительного анализа воздействия ЭИО на дрожжи как активатора дрожжей для интенсификации процесса брожения была взята техно-

35

5 ^ 30

X

25

? * 20

О X

§ "15

Ь |

||10

£ 5 0

' 1 ' 2 ' 3

□ Количество почкующихся клеток до внесения в бродильный аппарат

□ Количество почкующихся клеток через 4 ч после начала брожения

Рис. 2. Содержание почкующихся

дрожжевых клеток до внесения в бродильный аппарат и спустя 4 ч после начала брожения с начальной концентрацией сухих веществ 11% без ЭИО дрожжей и ферментных препаратов (1), с добавлением ферментных препаратов (2), с ЭИО дрожжей (3)

логия с использованием ферментных препаратов. Исследовали следующие препараты: Глюкозим Л400 — препарат с высокой активностью глюко-амилазы, Клараза Б — препарат с высокой активностью а-амилазы. Цель внесения препаратов — увеличение степени расщепления декстринов до сбраживаемых сахаров, а также для повышения степени сбраживания сусла.

Воздействие ЭИО оценивали по следующим показателям: количе-

5•2006

1

2

3

22

^ 5

° 4,5

I 4

5 3,5

0 и

§ 3 ф

1 2,5

N

£ 2

ь

I !,5

о

= 1

10 15 20 25 30 35 40

Экспозиция, с Напряженность, кВ/см:

1

2

3

4

Рис. 3. Опытные данные по влиянию ЭИО на количество нежизнеспособных дрожжевых клеток

ство почкующихся дрожжевых клеток; количество нежизнеспособных дрожжевых клеток; содержание гликогена в дрожжевых клетках; прирост дрожжевой массы; конечная степень сбраживания сусла (КСС); были проведены оценка качества готового пива по физико-химическим показателям и дегустационная оценка этого пива.

Характеристики дрожжей, используемых для исследований, приведены в табл. 1. У дрожжей, обработанных ЭИО, отмечается хорошая флокуляция дрожжевых клеток, при брожении происходит практически двукратное увеличение дрожжевой массы (рис. 1), увеличение почкующихся клеток (рис. 2) при уменьше-

ь 85

0 5 10 15 20 25 30 35 40 Экспозиция, с Напряженность, кВ/см: — 1 — 2 — 3 — 4

Рис. 4. Изменение конечной степени сбраживания сусла

(рис. 3). Наименьшее количество нежизнеспособных дрожжевых клеток после обработки ЭИО выявлено при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 3,0 кВ/см.

Один из положительных эффектов воздействия ЭИО на пивные дрожжи — увеличение такого показателя качества, как КСС сусла. Это увеличение составляло до 5 %. Изменение КСС сусла с начальной концентрацией сухих веществ 11 % после ЭИО зависит от ее экспозиции. Наибольшее значение КСС сусла отмечали при экспозиции 25 с. Изменение КСС сусла зависит от напряженно-

Таблица 2

Показатель Варианты опытов

без ЭИО дрожжей и ферментных препаратов с ферментными препаратами с ЭИО дрожжей

Массовая доля сухих веществ в начальном сусле,% 11,12 11,10 11,28

Конечная степень сбраживания (КСС), % 82 83,7 85,4

Действительный экстракт, % мас. 3,295 3,017 2,712

Действительная степень сбраживания, % бб б7,7 б8,4

Объемная доля спирта, % 5,57 5,93 5,98

Массовая доля спирта (по табл.), % 4,22 4,40 4,52

рН готового пива 4,2 4,2 4,2

Дрожжевые клетки на стадии дображивания, млн/см3 2,20 2,15 2,10

Содержание диацетила на стадии дображивания, мг/дм3 0,09 0,093 0,07

Кислотность, к. ед. 2,3 2,0 2,0

Цвет, ц. ед. 0,5 0,5 0,5

Массовая доля диоксида углерода, % 0,4б 0,4б 0,4б

Пенообразование: высота пены, мм 50 50 50

Пеностойкость, мин 4,5 5 5

£ 8-ст

о

| б раккст 4

Эк

2 -

1б"1 ! ! а 12

14" 12 -

о ° ° 10-ра

Й 8-ра

2 б-м е

^ 42 -0

1 2 3 4

Продолжительность брожения, сут Продолжительность брожения, сут

— без ЭИО дрожжей и ферментов — с добавлением ферментов — с ЭИО дрожжей

Рис. 55. Изменение температуры (а) и экстрактивности (б) сбраживаемой среды при брожении пива с начальной концентрацией сухих веществ 11 % без ЭИО дрожжей и ферментов, с добавлением ферментов, с ЭИО дрожжей

IV 6

\ N

ч О \

V

N s ч

12 3' 5 б

нии количества нежизнеспособных клеток, увеличивается скорость сбраживания.

После ЭИО дрожжей с количеством нежизнеспособных клеток менее 10 % количество нежизнеспособных клеток сокращается на 26-40 % от первоначального состояния.

Анализ данных результатов эксперимента по изучению влияния напряженности электрического поля показал, что ЭИО дрожжей при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 1,0-4,0 кВ/см приводит к изменению доли нежизнеспособных клеток

сти электрического поля в межэлектродном пространстве. Наибольшее значение КСС сусла наблюдали при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 3,0 кВ/см (рис. 4).

Использование дрожжей, прошедших ЭИО, обеспечивает более глубокое сбраживание пивного сусла, большее образование спирта (табл. 2), позволяет производить пиво, по орга-нолептическим показателям не отличающееся от пива, приготовленного классическим способом.

Было выявлено ускорение брожения пива с начальной концентрацией сухих веществ 11 %, сброженного дрожжами, подвергнутыми ЭИО, на 2 сут (до 38 %) по сравнению с классической технологией. Аналогичный результат был получен при внесении ферментных препаратов для активации дрожжей и ускорения брожения (рис. 5).

Была выявлена сохраняемость свойств дрожжей, подвергнутых ЭИО, в течение нескольких последую-

5 • 2006

95

90

80

0

5

23

щих генераций после обработки в 5-7-й генерации (рис. 6). Режимы ЭИО: напряженность электрического поля коронного разряда — 1-4 кВ/см, экспозиция 25 с. Содержание нежизнеспособных клеток в 10-й генерации (была ЭИО в 5-й генерации) не отличалось от содержания нежизнеспособных клеток в циклах с 6-й по 10-ю генерацию (рис. 7). В то же время необработанная, 8-я генерация дрожжей ухудшилась по показателю «количество нежизнеспособных клеток» и в дальнейшей работе уже не использовалась.

Тщательные исследования дрожжей, начиная от засева до отбора, и их хранения, проведенные нами, выявили возможность интенсификации процесса брожения посредством ЭИО дрожжей. Анализ данных результатов исследований показал, что ЭИО оказывает комплексное воздействие на пивоваренные дрожжи. На основании проведенных опытов

жения рекомендуется использовать ЭИО дрожжей в производстве пива.

ЛИТЕРАТУРА

1. Киселева И.В., Пучкова Е.А., Кобелев К. В., Гернет М. В., Лаврова В.Л. Способ интенсификации процесса сбраживания сус-ла//Пиво и напитки. 2004. № 2. С. 38-39.

2. Глущенко Н.А. Исследование устройств с использованием коронного разряда и аэроионов для интенсификации и стабилизации биологических процессов (на примере дрожжей): Автореф. дис... канд. техн. наук. — М: МТИПП, 1976.

3. Старостина И.Н. Разработка способов активации дрожжей рода Sacchaгomyces с использованием электронно-ионной технологии: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М.: МТИПП, 1988.

4. Осипова М. В., Глущенко Л.Ф. Электронно-ионная обработка (ЭИО) пивных дрожжей — способ ускорения брожения пива. — Самара: Поволжская молодежная академия наук, 2005. ¿ё£

1 2 3 4 5

Продолжительность брожения, дни

6

2 3 4 5

Продолжительность брожения, дни

Рис. 6. Изменение температуры (а) и содержания экстракта (б) сбраживаемой среды

при брожении пива с начальной концентрацией сухих веществ 11 % ЭИО дрожжей 5-й генерации и 10-й генерации (после обработки в 5-й): t1 — температура брожения пива с использованием ЭИО дрожжей 5-й генерации; t2 — температура брожения пива с использованием ЭИО 10-й генерацией дрожжей после их обработки в 5-й генерации; t3 — температура брожения пива без использования ЭИО и ферментов 5-й генерации дрожжей; Е1 — содержание экстракта при брожении с ЭИО дрожжей 5-й генерации; Е2 — содержание экстракта при брожении с ЭИО 10-й генерации дрожжей после их обработки в 5-й генерации; Е3 — содержание экстракта при брожении без ЭИО и ферментов 5-й генерации дрожжей

6

4

4

2

2

0

0

1

6

6

- - ^ -

- Е1 - Е2 - Е3

6

5 5 6

(после ЭИО)

7 8 9 10 11 12

Генерации дрожжей

□ — без ЭИО дрожжей и ферментов; □ — с добавлением ферментов; □ — с ЭИО дрожжей

Рис. 7. Изменение содержания нежизнеспособных клеток в зависимости от генерации дрожжей

можно говорить о положительном влиянии ЭИО дрожжей на ход брожения и физиологическое состояние

дрожжей. Параметры обработки — 3,0 кВ/см, экспозиция 25 с. Таким образом, для ускорения процесса бро-

8

Российский союз производителей соков проводит

VI ежегодную Международную конференцию ууАтуР—2007 »

8—9 февраля 2007г в Центре Международной торговли на Краснопресненской набережной, д.12.

Организационный комитет конференции приглашает специалистов министерств и ведомств, научных учреждений, предприятий промышленности и торговли, занятых в производстве и обороте соков, нектаров и сокосодер-жащих напитков из России, Содружества Независимых Государств, а также стран Европы, Азии, Северной и Южной Америки принять участие в конференции.

Рабочие языки конференции русский и английский.

Примерная тематика конференции:

• Здоровое питание населения, функциональные, в том числе обогащенные, сокосодержащие продукты.

• Законодательное регулирование продовольственного и сокового рынка.

• Аналитические методы исследования сырья и готовой продукции.

Современное состояние рынков сырья и готовой продукции, тенденции потребления соков и напитков. Логистика, маркетинг, реклама Новое в технологии, оборудовании и упаковке для производства соков. Новые сокосодержащие продукты.

Электронный адрес Оргкомитета конференции: [email protected] Тел./факс: +7 (495) 502-99-38

С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте Российского союза производителей соков по адресу www.rsps.ru

5 • 2006

24