Основные процессы пивоварения. Получение пива с помощью иммобилизованных дрожжей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

it

,Основные процессы пивоварения

Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки» 1997-2003 гг.

Получение пива с помощью иммобилизованных дрожжей

1Г.А. Ермолаева

Московский государственный университет пищевых производств

Промышленное применение

иммобилизованных дрожжей

в пивоварении

Последние 30 лет исследований в области использования иммобилизованных дрожжей в пивоварении привели к созданию многочисленных лабораторных, пилотных и промышленных установок. Но при этом возникли трудности, которые не так просто преодолеть. Причем в основном источник инженерных затруднений — проблема обеспечения традиционных органо-лептических показателей пива. Но достижения в области микробиологии, знаний биохимических основ пивоварения, аппаратурных решений привели к созданию промышленных установок.

В настоящее время в промышленном масштабе иммобилизованные дрожжи используют для производства безалкогольного или слабоалкогольного пива, для ускорения созревания пива. Применение этой технологии для осуществления главного брожения пока проблематично, так как необходимо установить реакторы для нескольких стадий с целью имитации периодического процесса.

Производство безалкогольного пива и биологическое подкисление сусла. В последние годы безалкогольное и слабоалкогольное пиво становится все более популярным. Но до настоящего времени не существует устоявшейся технологии для его получения. Часто используемые приемы остановки брожения или охлаждения пива в результате дают продукт с ароматом сусла.

Иммобилизованные дрожжи были успешно применены в непрерывных процессах для получения слабоалкогольного или безалкогольного пива, где основная направленность технологических решений заключена в удалении вкуса сусла, отчасти обусловленного некоторыми карбонильными компонентами. При этом снижение количества альдегидов, определяющих аромат сусла, достигается быстрым его контактом с большим количеством иммобилизованных дрожжей при низких температурах без нежелательного роста дрожжей и образования этанола. Реактор может иметь твердую матрицу (ожижен-

ную) или возможно использование петлевого реактора из силикона карбида. Недостаток кратковременного контакта сбраживаемой среды с дрожжами заключается в том, что при этом образуются только небольшие количества необходимых эфи-ров. Но достоинством является то, что в таких установках дрожжи могут оставаться на носителе в течение 15 мес.

Другая система была разработана и испытана в лабораторных и полупромышленных условиях финской компании Cultor совместно с Bavaria. В результате в пивоварне «Бэк» используют ожижен-ную подложку с пористой стеклянной основой для непрерывного получения безалкогольного пива.

Исследования на Grolsch и Guinness были выполнены в пилотной установке на биореакторе Meura-Delta из силикона карбида. В двухступенчатом реакторе на первой ступени при 15°С при брожении без аэрации было исследовано снижение содержания альдегидов и образование эфиров — двух основных определяющих групп веществ в технологии безалкогольного пива.

Пивзавод Bavaria успешно получил пиво из смеси солодов в промышленной установке. При этом было осуществлено предварительное биологическое подкис-ление сусла иммобилизованными молочнокислыми бактериями для улучшения вкуса. В этой установке охмеленное сусло сбраживалось за короткое время на твердой матрице в колонке с дрожжами, иммобилизованными на ДЭАЭ-целлюло-зе (диэтиламиноэтилцеллюлозе) при низких температуре и концентрации кислорода, для предотвращения роста дрожжей и образования спирта. Содержание альдегидов уменьшалось.

По разным технологиям безалкогольное пиво можно получить в течение 2-5 сут (с момента приготовления сусла).

Ускорение созревания пива. В последние годы экономические факторы заставляют сокращать длительность наиболее продолжительной стадии, — дображива-ния. Собственно дображивание, связанное с уменьшением экстракта, не занимает много времени, но созревание, сопутствующее этому процессу, — длительный процесс, сопровождаемый большим количеством биохимических превращений и фи-

зико-химических изменений, ускорить который на протяжении столетий пока не удавалось. В установках с иммобилизованными дрожжами созревание пива, которое в классической технологии продолжается несколько недель, может быть сокращено до нескольких часов. Большая длительность дображивания необходима в основном для снижения содержания диацетила до количеств, не превышающих вкусовой порог. Обычно при этом достигается конечная степень сбраживания.

Относительно просто «упакованные» реакторы могут быть использованы для удаления диацетила и его предшественника — а-ацетолактата. Традиционно это достигается во время дображивания при температуре около 0 °С. В этом процессе лимитирующая по продолжительности стадия — небиохимическое окислительное декарбок-силирование а-ацетолактата в диацетил. Решением здесь может быть проведение химического декарбоксилирования и биологической редукции на двух раздельных стадиях. На первой стадии при высокой температуре происходит ускорение декар-боксилирования с образованием диацети-ла. На второй стадии образовавшийся диа-цетил редуцируется иммобилизованными дрожжами. Ускоренное созревание пива может быть обусловлено также повышенной температурой и сниженным рН, что одинаково экономично.

Отделение дрожжей с нагревом молодого пива было предложено осуществлять на ферментере с матрицей из ДЭАЭ-целлюло-зы Cultor, сконструированном в содружестве с фирмой «Синебрюхов» (Финляндия). Разработанная система была масштабирована и внедрена в производственных условиях на установке с мощностью 1 млн гл пива в год. По данной схеме технологические стадии главного брожения и после дображивания осуществляются по традиционной технологии. Перед дображивани-ем, которое в данной системе производится иммобилизованными дрожжами, дрожжи главного брожения отделяют от молодого пива сепарированием во избежание автолиза при последующем нагревании, затем отсепарированное пиво нагревают в пластинчатом теплообменнике до 90 °С. При этом предшественники диацетила редуцируются в диацетил. Поэтому в готовом пиве содержание диацетила снизится ниже порогового — до 0,05 см3/дм3.

Также для дображивания используют реакторы с неподвижным слоем носителя и с перепуском, в которых дрожжи иммобилизуются на ДЭАЭ-целлюлозе. Добра-живание осуществляют при температуре 15 °С за 2 ч. Затем готовое пиво охлаждают до 4 °С.

Недавно фирмы «Альфа Лаваль» и Scott Engineering разработали аналогичную систему, используя пористое стекло в качестве носителя для быстрого созревания пива — за 2 ч.

.....""".........

' 1•2004

Системы с иммобилизованными дрожжами могут работать несколько месяцев. Если остановить их работу на неделю, то активность дрожжей не теряется. Для повторного запуска необходимо 2 ч. После более длительного нерабочего периода может потребоваться регенерация свежими дрожжами. Для очистки, регенерации и повторного старта может потребоваться около 2 сут (ранее — 6-12 мес).

Непрерывное главное брожение. Производство пива — традиционно периодический процесс, в результате осуществления которого получают продукт с необходимым качеством, но объем его очень небольшой по сравнению с непрерывными процессами.

Известно, что при главном брожении необходимо соблюдать два условия: на первой стадии обеспечить накопление биомассы дрожжей, а на второй — образование этанола и ароматических компонентов.

Осуществить главное брожение иммобилизованными дрожжами сложнее, чем дображивание, ввиду интенсивного брожения и роста клеток.

Непрерывное производство пива технически осуществлено на пивзаводе Domi-nian в Новой Зеландии, где используют флокулирующие иммобилизованные дрожжи. Применение иммобилизованных дрожжей позволяет имитировать различные стадии периодического процесса в многостадийном процессе, чтобы получить традиционные ароматические характеристики.

Такого вида технология главного брожения предложена пивоваренным заводом Шт в виде многостадийного процесса. При этом используют танк-реактор с перемешиванием для обеспечения роста дрожжей, матрицу с иммобилизованными

дрожжами для образования спирта и эфи-ров, как в традиционном процессе. Все это завершается третьей стадией для снижения содержания вицинальных дикетонов.

В другом реакторе Meura-Delta первая стадия осуществляется на иммобилизованных дрожжах, где происходит частичное сбраживание и рост дрожжей. Затем наступает вторая стадия в танке с перемешивающим устройством — полного сбраживания, образования эфиров и созревания. При этом образование букета пива обеспечивают свободные клетки, удаленные (унесенные) в первой стадии. Конечно, это более сложная система, чем традиционное периодическое сбраживание, но она уже дает ускоренное сбраживание.

В Финляндии создана промышленная установка — фирмы «Хартвалл» по сбраживанию сусла и последующему дображи-ванию молодого пива. Общая продолжительность процесса составляет 2 сут.

Специалисты считают, что в целом можно достичь ускорения общего цикла сбраживания пивного сусла с применением иммобилизованных дрожжей в шесть раз.

В последние годы было много проведено исследований в области изучения микробиологического аспекта брожения с иммобилизацией дрожжей, что обеспечило создание новых технологий, вызывающих интерес пивоваров. Стали появляться коммерчески выгодные установки и технологии.

Важную роль в определении эффективности новой технологии играет выбор матрицы и конструкции реактора, что определяет целесообразность использования иммобилизационной системы. Притяжение клеток к модифицированной поверхности (такой, как ДЭАЭ-целлюлоза), или адсорбция, или колонизация клеток на носителях (таких, как пористое стекло или

керамический материал), может показаться наиболее приемлемым методом для больших промышленных ферментеров. Дальнейший прогресс в области знаний, связанных с физиологией дрожжей при иммобилизации в условиях большого промышленного предприятия, поможет лучшему пониманию механизма действия, оптимизации существующих иммобилизаци-онных систем и развитию инновационных решений, где разрешаются набольшие трудности, связанные с созреванием пива.

Научные исследования по сбраживанию пивного сусла иммобилизованными дрожжами продолжают проводить специалисты многих стран. Исследователям еще предстоит изучить возможную длительность безостановочной работы для оценки процессов старения клеток, накопления инфекции, дать оценку штаммам дрожжей по их адгезионной способности. Но основным критерием оценки предложенных технологий останется качество получаемого пива.

В заключение можно сказать, что только понимание процесса массопереноса, природы иммобилизации и оптимальное конструктивное решение реактора в сочетании с высокой производительностью и обеспечением традиционного аромата и вкуса пива позволят создать широко используемые промышленные установки. Поэтому дальнейшие исследования в области применения иммобилизованных дрожжей в пивоварении продолжаются.

ЛИТЕРАТУРА

1. Людерс Ю. Иммобилизованные дрожжи в пивоварении. — Brauwelt, Мир пива. — 1996, №1. — С. 51-56

2. Debourg A. The impact of new technologies on yeast brewery fermentation. — Proceedings of the First School of Fermentation Technology//TEMPUS JEP-09770-95, Wroclaw. 1996. ^гц-

РУССКО-

АНГЛИИСКИИ

Рубрику ведет Крис Смит,

СЛОВАРЬ

Муть, помутнение — haze [хейз] бактериальное помутнение —

bacterial haze [бэкти риэл хейз] коллоидное помутнение —

colloidal haze [коллоидэл хейз] белковое помутнение — protein haze [про теин хейз]

главный пивовар фирмы Quest, Великобритания

химическое помутнени е —

chemical haze [ке микл хейз] белково-дубильное помутнение —

protein-tannin haze [про теин-тэнин хейз] металлическая муть — metals haze [метэл хейз] холодное помутнение — chill haze [чилл хейз]

Пример использования приведенных слов:

Proteins and polyphenols case chill haze.

Белки и полифенолы вызывают холодное помутнение. Badly washed yeast may be a reason of beer bacterial haze.

Плохо промытые дрожжи могут быть причиной бактериального помутнения пива.

_Продолжение следует... — To be continued... [ту би континьюд]

Обращайтесь по всем возникающим у вас проблемам с переводом в наш журнал. Вы получите консультацию настоящего специалиста.

1•2004

ПИВО и НАПИТКИ