Исследование и оптимизация накопления побочных продуктов брожения дрожжами расы н Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

62

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, №5-6, 2001

БП в общей онкологической опасности препарата снизилась до 42,43%.

Следовательно, очистка препарата ВНИРО от ПАУ с использованием хитина оказалась достаточно эффективной мерой, поскольку наблюдалось существенное снижение общего уровня содержания ПАУ и канцерогенного потенциала. Полученные результаты позволяют с высокой долей вероятности рекомендовать использование препарата ВНИРО, особенно очищенного, при изготовлении фаршевых изделий. Проведенные нами расчеты по граничным условиям убедительно это доказывают.

Например, исходя из принятых в Германии норм, т. е. 0,03 мкг БП в 1 кг съедобной части, и канцерогенной доли БП — 42,43% (по самому жесткому варианту — в случае очищенного препарата), коэффициент канцерогенной опасности продукта не должен превышать 0,07 [9]. С учетом того, что исходный и очищенный препараты имеют коэффициент канцерогенной опасности соответственно 0,988 и 0,396 (табл. 2), а расход препарата с подобным химическим составом (табл. 1) при изготовлении фаршевых изделий в исключительных случаях может достигать 2%, общий канцерогенный потенциал готовых изделий с внесением только данных коптильных препаратов будет находиться на уровне 0,02 и 0,008, т. е. соответственно в 3,5 и 9 раз ниже законодательного ограничения, принятого в Германии. В случае уменьшения расхода препарата будет наблюдаться соответствующее снижение канцерогенного потенциала продукта.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование хитина в качестве сорбента для очистки исходного препарата позволило снизить в нем содержание ПАУ в 2 раза, а канцерогенный потенциал в 2,5 раза. Это свидетельствует о возможности расширения сферы использования очищенного препарата, например, при изготовлении фаршевых изделий, поскольку его внесение в существующих в настоящее время пределах

практически не будет повышать общий канцерогенный потенциал готового изделия.

Применение исходного’' препарата ВНИРО при изготовлении подобных Продуктов (при внесении в пределах 1%) также Me окажет заметного повышения канцерогенного Потенциала изделия. Однако его использование в подобных случаях требует повышенной осторожности, поскольку мы не располагаем сведениями о мутагенных и иных отрицательных возможностях исследуемого препарата.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курко В.И. Химия копчения. — М.: Пищевая пром-сть, 1969, — 343 с.

2. Канцерогенные вещества: Справочник / Под ред. B.C. Турусова. — М.: Медицина, 1987. — 336 с,

3. Toth L. Chemie der Raucherung. — VerL: Chemie, 1983.

— 331 s. ;

4. Курко В.И. Основы бездомного копчения. — М.: Легкая и пищевая пром-сть. 1984.— 231 с.

5. Ким Э.Н. Основы бездымного копчения гидробионтов. — Владивосток: Дальрыбвтуз, 1998. — 180 с.

6. Курко В.И. Методы исследования процесса копчения и копченых продуктов. — М.: Пищевая пром-сть, 1977. — 197 с.

7. Ким И.Н., Ким Г.Н., Кривошеева JI.B., Хитрово И.А.

Исследование состава полициклических ароматических углеводородов коптильного дыма / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1999. — № 5-6. — С. 98-102.

8. Карплюк И.А., Гоголь А.Т. Гигиенические аспекты при-менения коптильных, (препаратов в производстве мясных продуктов / / Вопр. питания. — 1978. — № 5. — С. 16-19.

9. Fessman K.D. Rauchertechnologie im Wandel //

Fleischwirschaft. — 1§95. — 75. — № 3, — S. 226-228, 230. I ':

10. Гигиенические проблемы охраны окружающей среды от загрязнения канцерогенами / Н.Я. Янышева, И.С. Киреева, И.А. Черниченко и др. -- Киев: Здоровья. 1985. —

104 с.

11. Ким И.Н., Ким Г.Н. Современное эколого-гигиеническое состояние коптильного производства / / ВИНИТИ. Сер. Экологическая экспертиза. — 2000. — Вып. 5. — С. 2-68.

12. Богданов В.Д., Сафронова Т.М. Структурообразователи и рыбные композиции."— М.: ВНИРО, 1993. — 172 с.

Кафедра охраны труда

Кафедра пищевой инженерии

Кафедра технологии продуктов питания

Поступила 11.01.01 г.

,,,, 519.711.3:663.12

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ НАКОПЛЕНИЯ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ БРОЖЕНИЯ ДРОЖЖАМИ РАСЫ Н

Е.Д. ФАРАДЖЕВА, А.Е. ЧУСОВА

Воронежская государственная технологическая академия

Результатом сложных биохимических процессов, происходящих при брожении и дображивании пива, является получение продукта определенного состава, вкуса и аромата. Вкус и аромат пива во многом определяется летучими побочными продуктами брожения, к которым относятся высшие спирты, диацетил, альдегиды, эфиры, кислоты, сернистые соединения и др. Находясь в пиве в незначительных количествах, они оказывают заметное влияние на его органолептические показатели. Определенные сочетания этих веществ создают специфический вкус и аромат пива. Однако повышенные концентрации побочных продуктов

брожения вызывают Посторонние привкусы и запахи. ч

Цель наших исследований — оптимизация накопления побочных продуктов брожения при использовании новой высокоактивной расы дрожжей Н, селекционированной в Воронежской государственной технологической академии.

Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс сбраживания пива расой дрожжей Н, были применены математические методы планирования эксперимента [1-3]. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов:

I

?5-6, 2001

;анцеро-

PO при несении го повы-я. Одна-требует не рас-,1.x отри-епарата.

ПрОМ-СТЬ, ред. B.C. nie, 1983. 1: Легкая юнтов. —

1ПЧ0НИЯ и

. 1977. —

1ово И.А.

ческих уг-Пищевая

екты при-6 мясных С. 16-19.

tidel // 226-228,

среды от С. Кирее-385. -

гническое НИ. Сер. - С. 2-68. азователи 172 с.

3:663.12

1 н

:ы и за-

ция напри ис-эожжей :ударст-

личных ния пи-темати-а [1-3]. сса мо-гом его ния ре-гтодами

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, №5-6, 2001 63

У = К + 2ь.х. + '2ь.чхх1 + 2^, (1)

I — I Ё > / г = I

где Ь0 — свободный член уравнения, равный средней величине отклика при условии, что рассматриваемые факторы находятся на средних ’’нулевых” уровнях;

х — масштабированные значения факторов, которые определяют функцию отклика и поддаются варьированию; г, / — индексы факторов;

Ь1 — коэффициенты при линейных членах;

Ьи — коэффициенты квадратичных эффектов, определяющие нелинейность выходного параметра от рассматриваемых факторов;

N — число опытов по матрице планирования экспериментов.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс брожения пивного сусла, были выбраны: х1 — количество дрожжевых клеток, вносимых в сусло, млн/см ;

х2 — начальная концентрация сусла, %; х3 — температура брожения, °С.

Все эти факторы совместимы и некоррелирова-ны между собой. Пределы изменения исследуемых факторов: х1 от 10 до 30 млн/см3 с интервалом 5 млн/см3, х2 от 9 до 17% с интервалом 2%, х3 от 7 до 15°С с интервалом 2'С.

Критериями оценки влияния различных факторов на процесс брожения пивного сусла были выбраны:

г/, — количество диацетила, мг/дм ; г/, — общее количество высших спиртов, МГ/а,м3.

Выбор вышеназванных критериев оценки процесса сбраживания пивного сусла обусловлен тем, что они оказывают значительное влияние на вкус и аромат напитка.

Для исследования был выбран полный факторный эксперимент 23 [1-31. В этом случае было применено центральное композиционное рота-бельное униформирование. Порядок рандомизировали посредством таблицы случайных чисел, что исключало влияние неконтролируемых параметров на результаты эксперимента. Опыты в каждой точке матрицы дублировали для повышения точности.

При обработке результатов эксперимента применяли следующие статистические критерии [2, 3]: проверка однородности дисперсий — критерий Кохрена; значимость коэффициентов уравнений регрессий — критерий Стьюдента, адекватность уравнений — критерий Фишера.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс под влиянием исследуемых факторов:

ух = 0,271 - 0,018х, + 0,050х2 - 0,015х3 --0,005х,х2 + 0,005х,х3 + 0,007х2х3 + 0,021х2, +

+ 0,023х22 + 0,005х23; (2)

у2 = 83,418 + 2,192л-, + 4,023х2 + 5,029х3 + + 2,125х,х2 + О.б/бдг.Лз + 0,025х2х3 - 1,199л:2, +

+ 1,099х22 - 2,455х23. (3)

Анализ уравнений регрессии (2)—(3) позволяет выделить факторы, максимально влияющие на рассматриваемый процесс. На выходные параметры наибольшее влияние оказывают факторы х2 и х3 — начальная концентрация сусла и температура брожения. Причем знак "плюс” перед коэффициентами при линейных членах указывает на то, что при увеличении значения фактора значение выходного параметра возрастает, а знак ’’минус” — на то, что убывает.

Введя предположение, что полученные уравнения регрессии (2)-(3) описывают некоторые поверхности в трехмерном пространстве, путем дифференцирования определили параметры оптимизации и коэффициенты окончательных канонических уравнений:

количество диацетила

у1 - 0,2419 = 0,0193х2, + 0,0247х22 + + 0,0050х23; (4)

общее количество высших спиртов

у2 - 80,0599 = -1,6150л:2, + 1,5150х22 -

- 2,4550х23; (5)

Для проверки правильности расчетов при каноническом преобразовании сравниваем суммы коэффициентов при квадратичных членах в уравнениях (2)-(3) (полиномиальная форма) и (4)-(5) (каноническая форма). Во всех случаях расчеты оказались правильными.

Для определения оптимальных режимов был использован ”ридж-анализ” [2-4], который базируется на методе неопределенных множителей Лагранжа. Для выбора оптимального режима по уравнениям регрессии (2)-(3) составим следующую систему уравнений для каждого выходного параметра:

(рп - А)х, + 0,56,2х2 + 0,5Ь,3х3 + 0,56, = 0 ; ■ 0,562,х, + (Ь22 - Я)х2 + 0,5Ь23х3 + 0,ЪЬ2 - 0 ;

0,5Ь31х1 + 0,5&32х2 4- (633 - А)х3 + 0,5Ьг = 0 ;

(6)

где А — неопределенный множитель Лагранжа.

На величину Я накладывается ограничение, определяемое параметром Хор ля [2]:

Я' = 2(Вшах/шп - Ькк), (7)

где — минимальный или максимальный (в

Шсл/ 1П1П ч

зависимости от задачи) каноническии коэффициент;

Ькк — коэффициент регрессии при каждом квадратичном члене.

В данном случае допустимые значения лежали в пределах:

количество диацетила

0<А<0,0050; : : (8)

количество высших спиртов

0>А>-2,4550. (9)

Задавая значения Я из интервалов (8)—(9), вычислили по соответствующим уравнениям вида (6) оптимальные режимы процесса сбраживания пивного сусла по всем выходным параметрам. Результаты расчетов оптимальных режимов для диацетила и высших спиртов представлены соответственно в табл. 1 и 2.

64

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. №5-6, 200!

ИЗВЕС

Таблица 1

х У. —■ 1 Хгу г. У\

0,0050 2.013 0,587 -8,698 0,737

0,0025 -0,911 -2,630 7.718 0,325

0,0020 -0,512 -2,134 5,358 0.248

0,0015 -0,326 -1,885 4,254 0,227

0,0010 -0,206 -1,719 3,525 0,219

0,0005 -0.114 -1,581 2.950 0,218

0,0000 0,026 -1,301 1,483 0,216 Таблица 2

к х'2 *3 У2

-1,600 -14,9400 5,145 -1,989 -333,39

-1,200 1,5630 -1,668 2,345 75,025

-0,800 0,4170 -1,303 1,582 81,732

-0,400 0,0058 -1,356 1,216 82,428

0,000 -0,2690 -1,491 0,986 82,413

режимах. Контролем служила раса 11, широко применяемая в производстве.

По окончании главного брожения молодое вино переводили на дображивание при температуре 0-2°С с давлением 0,04-0,05 МПа.

Сравнительные показатели готового пива (табл. 3) показывают, что в опытном образце пива по сравнению с контролем показатель видимой степени сбраживания выше на 4%, действительная степень сбраживания — на 3%, содержание высших спиртов и диацетила меньше на 20% и более чем в 2 раза соответственно. Опытное пиво получило отличную, а контрольное — хорошую дегустационную оценку. .

. Таблица 3

Показатели готового пива ,

Раса дрожжей

И

н

При выборе оптимальных условий необходимо исходить из их минимальных значений внутри выбранных интервалов варьирования независимых переменных. Анализ табл. 1 показал, что при изменении Я [0,0000; 0,0010] значения количест ва засевных дрожжей лежали в интервале х1 20,13-18,97 млн дрожжевых клеток на 1 см сусла; начальная концентрация сусла х2 10,398-9,562%; максимальная температура брожения х3 13,97-18,05°С. Количество диацетила составит 0,216-0,219 мг/дм3.

Из табл. 2 видно, что в интервале изменения Я [-1,200; 0,000] параметр оптимизации, а именно количество высших спиртов, изменяется в интервале у2 75,025-82,413 мг/дм3. Следовательно, за оптимальные условия надо принять интервалы параметров: количество засевных дрожжей х^ 18,705-27,815 млн дрожжевых клеток на 1 см сусла; начальная концентрация сусла х2 10,018-9,664%; температура брожения х3 12,972-15,960°С.

Таким образом, решая ’’компромиссную” задачу, накладываем оптимальные интервалы независимых друг от друга двух выходных параметров и за окончательные принимаем следующие интервалы их изменения: количество засевных дрожжей 15-20 млн дрожжевых клеток на 1 см3 сусла 10-11%; температура брожения 14-15°С.

Для проверки правильности выбора условий был поставлен ряд параллельных экспериментов. Средняя квадратичная ошибка не превышала 1,3%.

Заключение о целесообразности применения дрожжей той или иной расы в производстве пива невозможно без детального изучения процессов брожения и дображивания. В этой связи были проведены соответствующие исследования.

Ход процессов брожения и дображинания в лабораторных условиях изучали при сбраживании дрожжами расы Н пивного сусла с массовой долей сухих веществ СВ в сусле 10% при оптимальных

Массовая доля СВ в начальном сусле. % 10,0 10

Видимая степень сбраживания, % 67,3 69,8

Действительная степень сбраживания, % 56,6 58,2

Кислотность, к, ед. 2,18 2.19

Цвет, ц. ед. 1,4 1,4

Объемная доля спирта, % 3,7 3,9

Массовая доля двуокиси углерода, % 0,33 0.39

Таниновый показатель, ед. опт. плотности 0,28 0,22

Содержание высших спиртов, мг/дм" 65 52

Содержание диацетила, мг/дм3 0,32 0,15

Продолжительность главного брожения, сут 7 5

Стойкость, сут 8 10

Высота пены, мм ' ;«35 40

Стойкость пены, мин 4 5

Дегустационная оценка, балл 22 24

Внедрение расы дрожжей Н на предприятии ООО ”А и Р” (Ростовская обл.) подтвердило эффективность ее использования в пивоварении. Таким образом, получена математическая модель процесса брожения пивного сусла, позволяющая рассчитать содержание высших спиртов и диацетила в зависимости от начальной концентрации сусла, температуры брожения и количества засевных дрожжей. Определены оптимальные режимы процесса, обеспечивающие высокие показатели готового напитка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.

— М.: Паука, —6. — 279 с.

2. Рузинов JI.П.Статистические методы оптимизации химических процессов. — М.: Химия, —2. — 199 с.

3. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. — М.: Пищевая пром-сть, 1979. — 200 с.

4. Draper N.R. "Ridge analysis” of Response Surfaces .// Technomet-rics, — 1963. — 4. — P. 3-18.

Кафедра технологии бродильных производств и виноделия

Поступила 29.09.2000 г. Ч

И

р.в. і

М.С. 1 Кубані

Воі

сорбе

3]. л

ЗК1

6-16'

слабь

сирог

угс ный і от б( течей воднг

КЗ! може ральї ря н; oблa^ круш Опре нової 74 с прим опре;

СТ[

тичес Я = 5 10 м мг/д твора сравр

а, г/г

0.25 ■

0.15

0.1

0.05