CC BY
64
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 663.41; 663.45 DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10024
Несахаромицетные дрожжи в производстве слабоалкогольного пива
К.В. Кобелев, д-р техн. наук; Т.Н. Волкова*, канд. биол. наук; И.В. Селина; М. С. Созинова
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, Москва
Дата поступления в редакцию 15.06.2020 * [email protected]
Дата принятия в печать 18.09.2020 © Кобелев К. В, Волкова Т. Н, Селина И. В, Созинова М. С, 2020
Реферат
Интерес к безалкогольному и слабоалкогольному пиву значительно вырос за последнее десятилетие, на что имеется целый ряд причин. Доля его на мировом рынке пива продолжает расти. Однако, эти сорта пива, производимые как физическими, так и биологическими методами, по своим органолеп-тическим свойствам значительно отличаются от традиционного крепкого пива. Они имеют ряд дефектов, главные из которых - снижение вкусоарома-тики и «тела» пива как следствие процессов деалкоголизации. Попытки улучшить вкус и аромат продукта привели к использованию нетрадиционных, несахаромицетных дрожжей, благодаря их способности в ходе брожения образовывать меньше спирта и одновременно обладающих своеобразным вкусоароматическим профилем. Помимо уже давно применяющегося коммерчески, но дающего не лучшие результаты штамма Saccharomycodes ludwigii, испытывали штаммы Candida, Cyberlindnera, Hanseniaspora, Pichia, Torulaspora, Zygosaccharomyces, многие из которых были известны как вредители пивоварения. Привлекли внимание также дрожжи разных видов, выделенные из чайного гриба (комбучи). Некоторые из них (Lachancea fermentati, L. thermotolerans) обладали способностью в ходе спиртового брожения образовывать большие количества молочной кислоты, что уже используется в виноделии. Есть надежда, что подробное изучение физиологических и культуральных свойств новых, несахаромицетных дрожжей, а также химический и сенсорный анализ произведенного ими пива помогут создать напитки, во всех отношениях удовлетворяющие потребителя.
Ключевые слова
безалкогольное пиво; деалкоголизация; несахаромицетные дрожжи; ограниченное брожение; сенсорные особенности; слабоалкогольное пиво. Цитирование
Кобелев К.В, Волкова Т.Н., Селина И.В., Созинова М.С. (2020) Несахаромицетные дрожжи в производстве слабоалкогольного пива //Пиво и напитки. 2020. № 3. С. 6-12.
Non-Saccharomyces Yeasts in Low Alcohol Beer Production
K. V. Kobelev, Doctor of Technical Science; T. N. Volkova*, Candidate of Biological Science; I. V. Selina; M.S. Sosinova All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry -Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow
Received: June 15,2020 Accepted: September 18,2020
Abstract
The interest in nonalcoholic and low alcohol beer is rapidly growing in last decade due to a number of reasons. The market share of it in the global beer industry is increasing. However, these beers, dealcoholized by physical or biological methods, both significantly differ in their organoleptic properties from standard strength beer. The main defect they have among others: decreasing in the aromatic secondary metabolites and decreasing of «body» which are result of dealcoholization processes. Attempts to improve the taste and aroma of the product led to the use of unconventional, non-Saccharomyces yeasts, due to their limited abilities to ferment wort sugars, ability to reduce the alcohol during fermentation and at the same time to form a range of flavors with a new flavor profile. In addition to the strain of Saccharomycodes ludwigii, that has been applied commercially for many years, but without best results, strains of Candida, Cyberlindnera, Hanseniaspora, Pichia, Torulaspora, Zygosaccharomyces were tested, many of which were mostly known as spoilage yeasts for beer. Also, various species of yeasts isolated from Kombucha draw attention. Some of them (Lachancea fermentati, L. thermotolerans) were able to form large amounts of lactic acid during alcoholic fermentation, what is already used in winemaking. Further detailed studies of the physiological and cultural properties of new, non-Saccharomyces yeasts, as well as chemical and sensory analysis of the beer its produce, are considered potentially extremely perspective, and will hopefully lead to creation of new drinks that satisfy the consumer demands in all respects.
Key words
nonalcoholic beer; dealcoholization; non-Saccharomyces yeasts; limited fermentation; sensory; low alcohol beer. Citation
Kobelev K.V., Volkova T.N., Selina IV, Sosinova MS. (2020) Non-Saccharomyces Yeasts in Low Alcohol Beer Production //Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2020. No. 3. P. 6-12.
[email protected] © Kobelev K. V, Volkova TN, Selina I. V, Sosinova M.S, 2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
современные технологии для производства пИВАи напитков
Рынок безалкогольного и слабоалкогольного пива в последние годы значительно растет на фоне очевидного снижения потребления пива в целом. Согласно прогнозам, этот рост будет продолжаться [1]. Поведение сектора безалкогольного и слабоалкогольного пива на существующих и вновь возникающих рынках может быть обязано новой политике, демографии, трендам жизненного стиля и улучшающимся методам производства. Фактором повышения внимания пивоваров к безалкогольному пиву служит также введение более строгого государственного законодательства в отношении водителей в состоянии алкогольного опьянения или запрета на продажу алкогольной продукции.
Мировой рынок безалкогольного и слабоалкогольного пива за период с 2011 по 2016 гг. демонстрировал общее увеличение на 20 % и (по прогнозам) обещает вырасти до 2021 г. еще на 24 % [1]. Западноевропейский рынок в 2017 г. был наибольшим по объемам и составлял 41 % от мирового. В частности, германский рынок, один из самых больших в мире, в 2016 г. составлял по объему 41 % от общего рынка в западноевропейском регионе (за ним шла Испания с 39 %, далее вся остальная Европа с 20 %) и 14 % от всего мирового рынка безалкогольного и слабоалкогольного пива. Согласно Германской Ассоциации Пивоваров, германское безалкогольное пиво занимало в 2017 г. долю более 6 % на рынке Германии, представляя более 400 различных брендов [1]. Анализ рынков
безалкогольного и слабоалкогольного пива более подробно представлен в работах [1, 2].
В сфере безалкогольного пива не существует единой терминологии и единых лимитов содержания алкоголя. Классификация безалкогольного пива определена в законодательстве отдельный стран. Во многих европейских странах — Германии, Швейцарии, Австрии, Финляндии, Португалии — термин «безалкогольное» («alcohol-free») допускает максимальное содержание 0,5 %об. этанола. В Дании и Нидерландах термин «alcohol-free» применяют к пиву с содержанием этанола ниже 0,1 %об., в Великобритании термин «alcohol-free» относится к пиву с менее 0,05 %об. этанола, а термин «dealcoholized» — когда содержание алкоголя меньше 0,5 %об. В США и Китае лимит менее 0,5 %об. описыта-ется термином «non-alcoholic». Другие страны, как Испания и Франция, более толерантны к термину «alcohol-free», установив лимит 1,0 и 1,2 %об. соответственно [3].
Для безалкогольного пива в мире существуют различные наименования: «alcohol-free beer», «near beer», «small beer», «dealcoholized beer», все они означают пиво с содержанием алкоголя в пределах 0,0-0,5 %об.
Слабоалкогольное пиво, также на-зытаемое «low alcoholic beer», «lower alcohol beer», «low-point beer», «alcohol-reduced beer», а иногда «light beer», содержит разное количество алкоголя, в зависимости от законодательства данной страны [3]. В РФ норма, уста-
Таблица 1
Методы получения безалкогольного пива
Физические (деалкоголизация) Биологические (снижение образования этанола)
Термические Выпаривание Традиционное Незавершенное пивоваренное или остановленное брожение
Ректификация (ректификационная колонна) оборудование Изменение режимов затирания
Колонна с вращающимся конусом (низкотемпературная вакуумная дистилляция) Специальные дрожжи
Мембранные Диализ Специальное Режим непрерывного брожения
Обратный осмос оборудование с иммобилизованными дрожжами
Осмотическая дистилляция
Нанофильтрация
Первапорация
Другие Сверхкритическая флюидная экстракция
Экстракция твердым СО2
Десорбция
Микробные топливные элементы (microbial fuel cell, MFC)
новленная для светлого и темного безалкогольного пива, составляет не более 0,5 % объемной доли спирта [4]. В настоящем обзоре для безалкогольного пива принято значение не более 0,5 %об., а для слабоалкогольного пива — 0,6-3,5 %об. алкоголя.
Методы получения безалкогольного и слабоалкогольного пива. Производство безалкогольного и слабоалкогольного пива можно разделить на две главные категории: физические методы и биологические методы [1-2, 5-7] (табл. 1). Физические методы основаны на удалении спирта из готового пива (деалкоголизации), биологические методы базируются на ограничении образования этанола дрожжами в ходе процессов затирания и брожения.
Помимо биологических методов (см. таблицу 1), также предлагается использование новых видов сырья, содержащего меньше углеводов [8]. Важно отметить, что технологии, применяемые в промышленных масштабах, часто представляют собой комбинации стратегий, использующих традиционное пивоваренное оборудование [5].
Физические процессы, в свою очередь разделяющиеся на термические и на методы мембранной фильтрации, ставят своей задачей удаление алкоголя из традиционного крепкого пива и требуют значительных вложений в специальное оборудование [5, 8], а потому непригодны для крафтовых пивоварен. В случае термических процессов пиво нагревают для выпаривания этанола, при этом одновременно происходит частичное или полное удаление летучих ароматических компонентов. Процесс нагревания может также порождать посторонние запахи, окисленные или автолиза.
В ходе процессов, основанных на мембранной фильтрации, этанол, а также и ароматические компоненты удаляются, главным образом, в зависимости от их молекулярного веса. В обоих случаях может происходить уменьшение ароматики и «тела» пива, сопровождающееся образованием значительной кислотности [6].
Вакуумная дистилляция была одним из первых методов, с помощью которых делали пиво с содержанием спирта менее 0,5 %об. Мембранная фильтрация — второй общепринятый метод [9]. Мембрана, предназначенная для этого процесса, пропускает спирт, пигменты и некоторые вкусоарома-тические компоненты. В результате
£ ш
I
0
1
<
I ш Ь
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
современные технологии для производства пИВАи напитков
В
спирт и вода удаляются из пива. Спирт отгоняется, а воду и ряд ароматических соединений возвращают в пиво. Эта методология более доступна для небольших крафтовых пивоварен, что способствует удешевлению безалкогольной продукции. Главный недостаток, связанный с мембранной фильтрацией, — возможность утраты части вкусоароматики вместе со спиртом. Однако, возможно и получение наилучших результатов. По мнению Mangindaan et al. [7] и Blanco et al. [8], это наиболее перспективный метод деалкоголизации напитков.
Физические методы деалкоголизации пива и других напитков рассмотрены и детально обсуждены в обзорах Branyik et al. [5], Müller et al. [6], Mangindaan et al. [7].
Биологические методы и возникающие при них дефекты пива. Биологические методы получения безалкогольного и слабоалкогольного пива подразделяют на две группы исходя, прежде всего, из экономических соображений: методы 1-й группы можно использовать на традиционном пивоваренном оборудовании, методы 2-й группы требуют специального оборудования и дополнительных инвестиций.
Первая группа методов — это внесение изменений в режимы затирания и (или) брожения, уменьшающих количество образующегося спирта, а также применение новых видов дрожжей, образующих меньше спирта.
Во 2-ю группу входят те же методы изменения режимов брожения, но проводимые в условиях непрерывного процесса производства пива (непрерывного брожения) на дрожжах, иммобилизованных на специальных носителях. Для этого требуются специальные ферментеры и дополнительное оборудование.
Биологические методы кажутся достаточно перспективными, однако, с их помощью трудно достигнуть величины ниже 0,5 %об. спирта, то есть можно получать только слабоалкогольное пиво.
Изменения в режиме затирания за счет повышения или понижения температуры затора могут снизить количество сбраживаемых сахаров (средний состав сбраживаемых сахаров в сусле: 12 % — глюкозы и фруктозы, 5 — сахарозы, 65 — мальтозы, 17,5 % — мальтотриозы [10]). Поддержание температуры затора выше 70 °C дает больше декстринов. Этот способ позволяет получить слабоалкогольное
пиво, но одновременно может придать ему «сусловой» привкус и аромат. Разбавление водой и повышение уровня карбонизации — два способа борьбы с «сусловым» вкусом и запахом [8]. Холодное затирание — еще один способ. При нем температура затора поддерживается ниже температуры разжижения крахмала (желатинизации).
Методы, основанные только на изменениях режимов затирания, редко оказываюгся успешными. Они должны в дальнейшем комбинироваться с другими мерами, например, с интенсивным кипячением сусла, снижающим уровень альдегидов, подкислением сусла, ограничением брожения, коррекцией цвета и горечи и др. [5].
Остановленное брожение (до достижения определенной концентрации спирта) проводится или температурной инактивацией дрожжей (охлаждением или пастеризацией), или удалением дрожжей (фильтрацией или центрифугированием) [6]. Полученное таким способом пиво часто воспринимается как сладкое из-за незавершенности процесса брожения: при этом сахара не сбраживаются дрожжами или сбраживаются не полностью, а ароматические вторичные метаболиты образуются в очень малых количествах или вообще не образуются.
Эти методы осуществляются на традиционном пивоваренном оборудовании, но требуют тщательного и постоянного аналитического контроля. Они представляют для ряда стран самый обычный способ производства безалкогольного или слабоалкогольного пива [5]. Например, в Чехии в 2012 г. из выпускаемых 30 брендов безалкогольного пива 26 брендов производились методом остановленного/ ограниченного брожения (по крайней мере, в одном случае использовали также процесс изменения режима затирания), два производили методом брожения на специальных дрожжах и только в одном случае использовали метод вакуум-ректификации [5].
Для процессов остановленного или ограниченного брожения желательна исходная плотность сусла 4,0-7,5 %, тогда как при плотности 9-13 % вкус и аромат безалкогольного пива отличались сильным сусловым запахом благодаря нередуцированным альдегидам сусла.
Наиболее практичный инструмент для подавления метаболизма дрожжей — низкая температура. Так называемый «cold contact process»
(«контактный холод») (охлаждение до 0...1 °С) имеет успех, так как в этих условиях продукция спирта замедляется, но другие биохимические процессы, такие как образование высших спиртов и эфиров и восстановление карбонилов, могут проявлять умеренную активность.
Ряд карбонильных соединений, присутствующих в сусле, известны как источник суслового постороннего привкуса. Среди них разветвленные альдегиды (3-метилбутаналь, 2-метилбутаналь и 3-метилпропио-нальдегид) с очень низкими порогами восприятия запаха. Нередко в слабоалкогольное пиво, полученное методом «контактного холода», бывает необходимо вносить добавки для улучшения ароматических характеристик [5].
Непрерывное брожение. Недавно было опубликовано несколько обзоров о современном состоянии методов непрерывного брожения при производстве пива и о вкусоароматических особенностях получаемого в этих условиях продукта [5, 8]. Потенциальные преимущества этих методов состоят, главным образом, в ускоренном превращении сусла в пиво благодаря увеличенной биомассе дрожжей. Последнее достигается за счет иммобилизации дрожжей. Для этого в пивоварении используют различные типы адсорбирующих инертных носителей: DEAE-целлюлозу, древесную щепу, отработанное зерно, оказавшиеся технически полезными и доступными экономически. Для каждой техники иммобилизации клеток требуется подобрать биореактор (ферментер) особой конфигурации и свой режим работы [5].
Хотя непрерывное брожение в пивоварении изучалось в течение нескольких десятилетий, его промышленное применение весьма ограничено. Главное препятствие в применении этой технологии—трудность достижения корректного баланса сенсорных компонентов в конечном продукте [5]. Учитывая сдвиги в метаболизме клеток, трудно «транслировать» традиционные процессы, происходящие при периодическом культивировании, в непрерывный процесс с иммобилизованными дрожжами. Эта технология не получила широкого применения и из-за необходимости в специальном оборудовании (ферментер и инструменты для его непрерывного питания и контроля), а также в дополнительных методах (иммобилизация) и материалах (носители).
8
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 3 • 2020
ISSN 2072=9650
■-современные технологии для производства пИВАи напитков
Информация об измененных режимах затирания, остановленном или ограниченном брожении и непрерывном брожении при производстве безалкогольного и слабоалкогольного пива детально рассмотрена в обзоре Вгапу4к et а1. [5] и, по мнению ВеПШ: et а1. [1], не выявила больших успехов. Считается, что непрерывное брожение — это перспективная, но маргинальная технология [5].
Несахаромицетные дрожжи для производства слабоалкогольного пива. Вкус и аромат безалкогольного и слабоалкогольного пива, полученного как физическими, так и биологическими методами, далеки от совершенства и мало похожи на вкус и аромат обычного крепкого пива. Поэтому продолжаются поиски новых способов в этой области. В последние годы значительно расширились исследования по использованию специальных дрожжей, так как кажутся весьма перспективными: замена дрожжей для пивоваров не представляет сложности и не требует значительных инвестиций.
При применении штаммов дрожжей, которые не способны сбраживать основные сахара сусла мальтозу и мальтотриозу, устанавливается естественный механизм ограничения брожения. И нет необходимости его останавливать отделением дрожжей или охлаждением, так как оно само приходит к остановке по мере исчерпания сбраживаемых сахаров (глюкозы, фруктозы и сахарозы).
Проблема, однако, состоит в том, чтобы найти такие несахаромицетные дрожжи, которые были бы способны создавать вкусы и ароматы, маскирующие посторонний сусловой привкус, образуемый остаточными саха-рами и альдегидами [3]. Эти штаммы могли бы иметь позитивные свойства в отношении вкусоароматики, как, например, способность к повышенному образованию эфиров при сохранении пониженной способности к сбраживанию сахаров. Они могут производить пиво с содержанием алкоголя около 1-1,5 %об. в зависимости от штамма и от состава затора [1].
Применение так называемых нетрадиционных, несахаромицетных дрожжей (то есть не относящихся к роду БаесИаготусев, к которому принадлежат обычные пивоваренные дрожжи) со сниженной способностью к сбраживанию сахаров и со сниженным образованием спирта — не новый подход в производстве слабоалкоголь-
ного или безалкогольного пива. Неса-харомицетный вид Saccharomycodes ludwigii применялся коммерчески для этих целей в течение многих лет и представляется наиболее популярным и подробно исследованным видом [1]. Он был запатентован Glaubitz et Haehn в 1929 г. и снова обсуждался в 1990 г. в патенте Huige et al. MeierDornberg et al. в 2014 г. делали попытки с помощью Saccharomycodes ludwigii сбраживать пшеничное пиво, однако, характерные компоненты аромата пшеничного пива — этилацетат, изоа-милацетат и 4-винилгваякол — в этом брожении отсутствовали [1].
Несахаромицетные дрожжи испытывали в разных режимах: в совместном брожении с Saccharomyces cerevisiae, в дображивании после Sac-charomyces cerevisiae, а также самостоятельно [11].
Детальных исследований применения несахаромицетных дрожжей, больше известных как вредители пивоварения, опубликовано мало. Sae-rens & Swiegers [1, 3] запатентовали в Европе в 2014 г. и в США в 2017 г. способ применения Pichia kluyveri для производства слабоалкогольного и безалкогольного пива с ароматическим профилем, очень близким к традиционному 4%-ному пиву. Авторы сочли, что Pichia kluyveri — идеальные дрожжи для производства безалкогольного и слабоалкогольного пива [3].
Патент Li et al. предлагает использовать для производства безалкогольного пива Candida shehatae. Sohrabvandi et al. исследовали применение Zy-gosaccharomyces rouxii для дображи-вания после Saccharomyces cerevisiae в целях получения безалкогольного пива. При этом наблюдали значительное снижение спирта, однако, вкус был неудовлетворительным. De Francesco et al. исследовали штаммы Z. rouxii в комплексе с Saccharomycodes ludwigii для производства слабоалкогольного пива. Для этих же целей был предложен штамм Torulaspora delbrueckii WLP603, не сбраживающий мальтозу и мальтотриозу [1, 9].
Важно отметить, что все перечисленные выше штаммы не относятся к генномодифицированным организмам, хотя некоторое количество ГМО-штаммов в этой области существует [9].
В виноделии несахаромицетные дрожжи находят применение для обогащения вкуса [1].
Видам несахаромицетных дрожжей, уже опробованных для производства
слабоалкогольного пива, посвящен обзор Ве11Ш: е: а1. [1]. Список этих дрожжей и их основные вкусоарома-тические характеристики приведены в табл. 2. Поскольку характер брожения и состав ароматических продуктов строго зависят от субстрата и его углеводного состава, в обзор Ве11Ш: е: а1. [1] включены только работы, проведенные на средах, содержащих сусло, и ограничены случаями, где выходом было слабоалкогольное пиво с содержанием спирта 0,5-1,2 %об.
При изучении новых видов неса-харомицетных дрожжей обычно их сравнивали с уже используемым коммерчески штаммом Saccharomycodes ludжgii и с традиционными пивоваренными дрожжами Saccharomyces сегЫ-siae, преимущественно верховыми [3].
Ве11Ш: е: а1. [3] изучали пять штаммов разных видов несахаромицетных дрожжей, выделенных из чайного гриба (комбучи) (табл. 3).
В этой работе впервые несахароми-цетные дрожжи были исследованы так подробно и всесторонне с точки зрения их пригодности в производстве безалкогольного пива. Определяли физиологические и культуральные особенности: кривую роста и процент живых клеток; флокуляционную способность дрожжей; способность утилизации сахаров, устойчивость к хмелевым кислотам, наличие или отсутствие фенольных посторонних запахов. По окончании брожения определяли массу дрожжей, плотность сусла, этанол, рН. В готовом пиве анализировали сахара, спирт, свободные вицинальные дикетоны, конечную концентрацию побочных продуктов (ацетальдеги-да, этилацетата, н-пропанола, изо-бутанола, изоамилацетата, амиловых спиртов), содержание аминокислот и свободного аминного азота.
Особое внимание было уделено сенсорной оценке полученных образцов пива, для чего была привлечена компетентная дегустационная комиссия. Для анализа сенсорных данных и построения многомерных сенсорных профилей использовали специальные программы «SensoMineR». Для сравнения средних применяли программу Опе^ау ANOVA (однофакторный дисперсионный анализ), а для попарного сравнения средних использовали тест Тьюки с 95%-ным доверительным интервалом. Значения статистической значимости как для ANOVA, так и для анализов попарного сравнения были установлены при p=0,05. Конечные
£ ш
I
0
1
<
I ш Ь
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
В
Таблица 2
Штаммы несахаромицетных дрожжей на средах с суслом
Вид дрожжей Штамм* Плотность сусла, Po Содержание спирта, %об. Вторичные метаболиты, мг/л, [эфиров/ [высших спиртов Сенсорные характеристики
Candida shehatae CLCC 1766 9 0,47 Нет данных Нет данных
Candida zemplinina Y.01670 12 1,5 То же То же
Cyberlindnera fabiani 9 штаммов 12 0,6 40:60 »
Cyberlindnera mrakii NCYC500 13,8 1,7 Нет данных »
Hanseniaspora valbyensis Из комбучи 6,6 0,35 0,90/23,30 Сусловой, медовый, зерновой, диацетила
Hanseniaspora vineae Из комбучи 6,6 0,34 6,0/20,2 Сусловой, медовый, черного чая, карамели
Mrakia gelida DBVPG5952 12 1,16 0,6/25,5 Фруктовый (абрикос, грейпфрут, личи), солодовый, хмелевой
Pichia kluyveri LAB PK-KR1 8,3 0,7 3,5/27,7 Нет данных
Pichia kluyveri NAB PK-KR1 8,3 0,1 2,9/1,8 То же
PK-KR2 8,3 0,2 2,5/2,0 Лучше, чем коммерческое безалкогольное пиво
Pichia kudriavzevii 24 штамма 12 0,5-0,8 50:50 Нет данных
Torulaspora delbrueckii DiSVA 254 12,7 2,66 3,80/58,54 Фруктовый, лимонный, с «телом»
Torulaspora delbrueckii DiSVA 254 12,3 2,62 4,56/61,99 Нет данных
Torulaspora delbrueckii Из комбучи 6,6 0,50 0,77/18,1 Сусловой, медовый
Torulaspora delbrueckii 9 штаммов 12 0,83-0,94 2,23-5,96/20,53-36,79 Медовый, грушевый, цитрусовый
Torulaspora delbrueckii Из комбучи 12,2 2,34 Нет данных Эфирно-фруктовый, с «телом»
Zygosaccharomyces bailii Из комбучи 6,6 0,42 1,0/23,1 Сусловой, медовый, травяной, фруктовый, белого вина
Zygosaccharomyces kombuchaensis Из комбучи 6,6 0,48 1,0/22,0 Сусловой, медовый, диацетил
Zygosaccharomyces rouxii 5 штаммов из DBVPG 12 0,93-3,32 2,16-71,15/61,80-196,77 Нет данных
Zygosaccharomyces rouxii DSM 2531 6,5 2,0 Нет данных То же
Zygosaccharomyces rouxii DSM 2531 6 0,36-0,40 То же »
Zygosaccharomyces rouxii DSM 70535, 70531 6 0,04-0,40 » Невкусный
' Перечисленные штаммы взяты из разных коллекций разных стран, а также выделены из разных источников, в частности, из чайного гриба (комбучи).
Таблица 3
Виды дрожжей
Штамм, обозначение Вид дрожжей Происхождение (коллекция)
KBI 5.4 Zygosaccharomyces kombuchaensis Комбуча, Австралия
KBI 7.1 Hanseniaspora vineae Комбуча, США
KBI 22.1 Hanseniaspora valbyensis Комбуча, Австралия
KBI 22.2 Torulaspora delbrueckii Комбуча, Австралия
KBI 25.2 Zygosaccharomyces bailii Комбуча, США
TUM SL 17 Saccharomycodes ludwigii Вайнштефан, Германия
WLP001 Saccharomyces cerevisiae для эля Калифорн Эль, Сан-Диего, США
TUM 68 Saccharomyces cerevisiae низовые Вайнштефан, Германия
результаты выражены в виде средних ± стандартное отклонение.
Дисперсионный анализ (ANOVA) показал отсутствие существенной разницы (p < 0,05) между образцами безалкогольного пива, полученными с разными штаммами из комбучи. Чтобы создать многомерный сенсорный профиль всех образцов пива, воспользовались методом главных компонент (principal component analysis, PCA — метод главных компонент, статистический метод, широко применяемый во многих областях, в том числе, при проведении сенсорной оценки пищевых продуктов), где в качестве дескрипторов были выбраны из ароматов — сусловой и фруктовый,
из вкусов — сладкий и кислый, а также «тело» пива.
Как и ожидалось, пиво, приготовленное на штамме Saccharomyces сеге-У1Б1ае WLP001 (для эля), резко отличалось от всех других образцов пива более выраженным фруктовым ароматом, более кислым вкусом, отсутствием сладкого вкуса и суслового запаха. Образцы безалкогольного пива незначительно различались между собой, но все они обладали более сладким вкусом и сусловым запахом. Незначительная разница между образцами слабоалкогольного пива, обнаруженная в сенсорном анализе, подтверждалась и химическими анализами вторичных метаболитов. Не было также выявлено
различий во вкусе пива между пятью исследованными несахаромицетны-ми видами дрожжей и коммерческим штаммом Saccharomycodes ludwigii.
У исследованных дрожжей из комбучи отсутствовали такие нежелательные свойства, как образование постороннего фенольного запаха и чувствительность к хмелю. Они показали отличные способности к размножению, превосходя по этим показателям штамм Saccharomycodes ludwigii TUM SL 17. В брожении все несахаромицетные дрожжи обнаружили сходное поведение с несущественными различиями в составе летучих компонентов. В процессе дегустации пиво, сброженное штаммом коммерческих дрожжей Saccharomycodes ludwigii TUM SL 17, не могли отличить от безалкогольного пива, сброженного изучаемыми штаммами из комбучи, что указывает на потенциал последних в плане применения их в безалкогольном пивоварении [3].
По аналогичному протоколу были изучены несахаромицетные дрожжи Lachancea fermentati KBI 12.1, также выделенные из чайного гриба [11]. Род Lachancea обладает необычным свойством — эти дрожжи образуют значительные количества молочной
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
^СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
Таблица 4
Различные компоненты вкуса в пиве и пороги чувствительности к ним
Соединение Вкус в пиве Порог чувствительности (ppm)
Высшие спирты
н-Пропиловый спирт Спирта 800,00
Изобутиловый спирт Спирта 200,00
Амиловый спирт Спирта, банана, медицинский, растворителя, фруктовый 65,00
Изоамиловый спирт Спирта, банана, сладковатый, ароматный 70,00
2-Фенилэтанол Розы, сладковатый, парфюмерный 125,00
Эфиры
Этилацетат Растворителя, фруктовый, сладковатый 21,00
Изоамилацетат Банана, яблока, растворителя, эфирный, груши 1,40
2-Фенилэтилацетат Розы, медовый, яблока, сладковатый 3,80
Этилкапроат Кислого яблока, аниса 0,17
Этилкаприлат Кислого яблока 0,30
Вицинальные дикетоны
Диацетил Маслянистый вкус и аромат 0,15
2,3-Пентандион Медовый, ириски 1,00
Органические и жирные кислоты
Каприловая кислота Козий, жирных кислот 14,00
Капроновая кислота Козий, жирных кислот 8,00
Каприновая кислота Воска, прогорклый 10,00
Альдегиды
\ Ацетальдегид Травянистый, зелёных листьев, фруктовый 25,00
кислоты в ходе спиртового брожения. В частности, Lachancea thermotolerans (прежние названия Zygosaccharomyces thermotolerans, Kluyveromyces thermotolerans) исследовали в целях использования в виноделии для снижения рН и повышения общей кислотности [11], а также и в производстве кислого пива без использования молочнокислых бактерий [12].
Было установлено, что Lachancea fermentati KBI 12.1 не использует маль-тотриозу. Штамм имел отличные характеристики процесса размножения. В готовом пиве, сброженном штаммом KBI 12.1, концентрация молочной кислоты достигала 1,3 г/дм3, что придавало пиву кислый вкус. Сенсорный анализ показал, что пиво имеет еще и фруктовый аромат. Что касается соображений безопасности нового штамма дрожжей — он не образует повышенных концентраций нежелательных побочных продуктов (диацетила, аце-тальдегида), он выделен из пищевого продукта (комбучи), вид Lachancea fermentati упомянут в списке 2012 IDF/ EFFCA («Список микроорганизмов с технологически полезной ролью в ферментируемых пищевых продуктах») благодаря истории его применения в виноделии. Было сделано заключение, что Lachancea fermentati KBI 12.1 — подходящий штамм для производства безалкогольного и слабоалкогольного
пива с инновационным ароматическим профилем.
Что касается других видов изученных несахаромицетных дрожжей, они обладали различными свойствами и образовывали разные побочные продукты, формирующие вкусоаромати-ческий профиль пива (см. таблицу 2). Все они были признаны в той или иной степени перспективными для производства безалкогольного и слабоалкогольного пива.
Для получения продуцентов безалкогольного и слабоалкогольного пива применяли и генетические подходы с целью создания энзим-дефицитных штаммов с пониженной продукцией этанола: гибридизацию ДНК, получение мутантов дрожжей, использование техники нокаута гена [1, 8].
Еще один фактор должен учитываться при введении новых, необычных видов дрожжей — это их безопасность для потребителя. Однако, даже если они не имеют статуса «Qualified Presumption of Safety» (QPS, European Food Safety Authority) или «Generally Recognized As Safe» (GRAS, American Food and Drug Administration), большинство видов, которые обсуждались в этом обзоре, присутствуют в разнообразных списках микроорганизмов, уже применяющихся при производстве пищевых продуктов, как например, в «Inventory of Microorganisms
with a documented history of use in food» [1], или в их аналогах в других государствах, которые служат важным фактором в правилах пищевой безопасности.
Сведения по маркетингу и по предпочтениям потребителей говорят о том, что будущее безалкогольного и слабоалкогольного пива актуально [1]. Однако, проблема несовершенного вкуса по сравнению с обычным крепким пивом еще стоит на повестке дня. Поэтому очень важно определять и оценивать различные компоненты аромата, которые воздействуют на органолептические характеристики (табл. 4), чтобы получать продукт, удовлетворяющий запросам потребителя.
Вкусовые недостатки слабоалкогольного пива рассмотрены в обзоре Blanco et al. [8]. Главные из них — это снижение «тела», снижение вкусоаро-матики, усиление сладкого привкуса и появление суслового запаха. В деал-коголизированном пиве, полученном физическими методами, вкусовые недостатки проявляются, главным образом, в горьком и кислом привкусе, тогда как безалкогольное и слабоалкогольное пиво, произведенное путем остановленного брожения, часто отличается сусловым посторонним запахом и сладковатым привкусом [8]. Причиной вкусовых дефектов в безалкогольном пиве служит, главным образом, потеря ароматических эфиров, недостаток альдегидов, снижение концентрации или потеря спиртов и другие неуловимые изменения в компонентах в ходе процесса деалкоголизации.
Большое число недавних исследований показывает, что производство безалкогольного пива с помощью несахаромицетных дрожжей вполне оправданно, наряду с физическими методами деалкоголизации, а также ввиду низкой сенсорной оценки безалкогольного пива, сделанного с помощью штамма Saccharomycodes ludwigii, уже применяемого в пивоварении. Несахаромицетные дрожжи с их разнообразными метаболическими характеристиками могли бы послужить созданию инновационных вкусоаро-матических профилей безалкогольного и слабоалкогольного пива.
Однако, исследования этих видов в большинстве своем до сих пор остаются на стадии скрининга в лабораторных масштабах, за исключением Pichia kluyveri, которая готова для коммерческого применения. Более того, во многих прошлых исследованиях отсутствует сенсорный анализ конеч-
£ Ш
I
0
1
<
I ш Ь
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
В
ного продукта, несмотря на важность фактора вкуса и аромата.
Сенсорный анализ конечных продуктов брожения несахаромицетных дрожжей, там, где он был сделан, часто обнаруживал фруктовые ноты (например, абрикоса, личи, груши, цитрусовых), которые не относятся к обычным привычным ароматам пива. Однако, эти фруктовые запахи хорошо воспринимались потребителями на дегустациях [1]. Возникает вопрос: должен ли вкус безалкогольного пива копировать своего алкогольного партнера или может оцениваться как у самостоятельного напитка? Применение несахаромицетных дрожжей для производства безалкогольного и слабоалкогольного пива может быть использовано как шанс подчеркивать необычность атипичных ароматов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bellut, K. Chance and Challenge: Non-Saccha-romyces Yeasts in Nonalcoholic and Low Alcohol Beer Brewing — A Review / K Bellut & E. K Arendt // Journal of the American Society of Brewing Chemists. — 2019. — Vol. 77 (2). — P. 77-91. DOI: 10.1080/03610470.2019.1569452 (дата обращения: 20.03.20).
2. Кобелев, К.В. Методы получения безалкогольного и слабоалкогольного пива. / К. В. Кобелев [и др.] // Пиво и напитки. — 2020. — № 2. — С. 24-30.
3. Bellut, K. Application of Non-Saccharomyces Yeasts Isolated from Kombucha in the Production of Alcohol-Free Beer / K Bellut, [et al.] // Fermentation. — 2018. — Vol. 4 (66). — P. 1-19. DOI: 10.3390/fermentation4030066 (дата обращения: 20.03.20).
4. ГОСТ 31711-2012. Пиво. Общие технические условия. — Введ. 2013-07-01. — М.: Стандартинформ, 2013. — 12 с.
5. Branyik, T. A review of methods of low alcohol and alcohol-free beer production / T. Branyik, [et al.] // Journal of Food Engineering. — 2012. — Vol. 108 (4). — P. 493-506. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2011.09.020 (дата обращения: 20.03.20).
6. Müller, M. Physical Methods of Dealcoholi-zation of Beverage Matrices and Their Impact
on Quality Attributes [Electronic resource] / M. Müller, [et al.] // ChemBioEng Rev. -2017. - Vol. 4. - P. 310-326. DOI: 10.1002/ cben.201700010 (дата обращения: 20.03.20).
7. Mangindaan, D. Beverage dealcoholization processes: Past, present, and future. Review [Electronic resource] / D. Mangindaan, K Khoirud-din, I. G. Wenten // Trends in Food Science & Technology. - 2018. - Vol. 71. - P. 36-45. DOI: 10.1016/j.tifs.2017.10.018 (дата обращения: 20.03.20).
8. Blanco, C.A. Low alcohol Beers: Flavor Compounds, Defects, and Improvement Strategies / C.A. Blanco, C. Andrés-Iglesias, O. Montero // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. - 2016. - Vol. 56 (8). - P. 1379-1388. DOI: 10.1080/10408398.2012.733979 (дата обращения: 20.03.20).
9. Non-Alcoholic Or Low Alcohol Beer Production [Электронный ресурс] // White Labs News (San Diego, Ca, USA). - URL: https:// www.whitelabs.com/news/non-alcoholic-or-low-alcohol-beer-production (дата обращения: 20.03.20).
10. Kunze, W. Technology Brewing & Malting / W. Kunze, S. Pratt. - 4th ed. - Berlin: VLB, 2010.
11. Bellut, K. Investigation into the Potential of Lachancea fermentati Strain KBI 12.1 for Low Alcohol Beer Brewing [Electronic resource] / K. Bellut, [et al.] // J. of the American Society of Brewing Chemists. - 2019. - Vol. 77 (3). - P. 157-169. DOI: 10.1080/03610470.2019.1629227 (дата обращения: 27.04.20).
12. Domizio, P. Lachancea thermotolerans as an alternative yeast for the production of beer / P. Domizio, [et al.] // J. Inst. Brew. - 2016. -Vol. 122. - P. 599-604. DOI 10.1002/jib.362 (дата обращения: 27.04.20).
REFERENCES
1. Bellut K, Arendt EK. Chance and Challenge: Non-Saccharomyces Yeasts in Nonalcoholic and Low Alcohol Beer Brewing - A Review. Journal of the American Society of Brewing Chemists. 2019;77 (2):77-91. DOI: 10.1080/03610470.2019.1569452. (In Eng.)
2. Kobelev KV, Volkova TN, Selina IV, Sozinova MS. Metody polucheniya bezalkogol'nogo i slaboalkogol'nogo piva. [Methods of alcohol-free and low alcohol beer production]. Pivo i
napitki [Beer and beverages]. 2020;2:24-30. (In Russ.)
3. Bellut K, Michel M, Zarnkow M, Hutzler M, Jacob F, De Schutter DP, [et al]. Application of Non-Saccharomyces Yeasts Isolated from Kombucha in the Production of Alcohol-Free Beer. Fermentation. 2018;4 (66):1-19. DOI: 10.3390/fermentation4030066. (In Eng.)
4. GOST 31711-2012. Pivo. Obshchije uslovija. [State Standard 31711-2012. Beer. General specifications]. Moscow: Standartinform; 2013. 12 p. (In Russ.)
5. Brányik T, Silva DP, Baszczynski M, Lehnert R, Almeida E, Silva JB. A review of methods of low alcohol and alcohol-free beer production. Journal of Food Engineering. 2012;108 (4):493-506. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2011.09.020 (In Eng.)
6. Müller M, Bellut K, Tippmann J, Becker T. Physical Methods of Dealcoholization of Beverage Matrices and Their Impact on Quality Attributes. ChemBioEng Rev. 2017;4:310-326. DOI: 10.1002/cben.201700010. (In Eng.)
7. Mangindaan D, Khoiruddin K, .Wenten IG. Beverage dealcoholization processes: Past, present, and future. Review. Trends in Food Science & Technology. 2018;71:36-45. DOI: 10.1016/ j.tifs.2017.10.018. (In Eng.)
8. Blanco CA, Andrés-Iglesias C, Montero O. Low alcohol Beers: Flavor Compounds, Defects, and Improvement Strategies. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2016; 56 (8):1379-1388. DOI: 10.1080/10408398.2012.733979. (In Eng.)
9. Non-Alcoholic Or Low Alcohol Beer Production [Internet]. [cited 2020 March 20]. Available from: https://www.whitelabs.com/news/non-alcoholic-or-low-alcohol-beer-production.
10. Kunze W, Pratt S. Technology Brewing & Malting, 4th ed. Berlin: VLB; 2010. (In Eng.)
11. Bellut K, Michel M, Hutzler M, Zarnkow M, Jacob F, De Schutter DP, [et al.]. Investigation into the Potential of Lachancea fermentati Strain KBI 12.1 for Low Alcohol Beer Brewing. J. of the American Society of Brewing Chemists. 2019;77 (3):157-169. DOI: 10.1080/03610470.2019.1629227. (In Eng.)
12. Domizio P, House JF, Joseph CML, Bisson LF, Bamforth CW. Lachancea thermotolerans as an alternative yeast for the production of beer. J. Inst. Brew. 2016;122:599-604. DOI: 10.1002/ jib.362. (In Eng.) &
Авторы
Кобелев Константин Викторович, д-р техн. наук; Волкова Татьяна Николаевна, канд. биол. наук; Селина Ирина Васильевна; Созинова Марина Сергеевна
Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, 119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Authors
Konstantin V Kobelev, Doctor of Technical Science; Tatyana N. Volkova, Candidate of Biological Science; Irina V.Selina, Candidate of Technical Science; Marina S. Sosinova
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems of RAS, 7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
