Научная статья на тему 'Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности'

Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
319
69
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Пиво и напитки
ВАК
Ключевые слова
АМИНОКИСЛОТНО-ВИТАМИННЫЙ АКТИВАТОР / AMINOACID-VITAMIN ACTIVATOR / МЕТОД АКТИВАЦИИ / ACTIVATION METHOD / СУХИЕ ДРОЖЖИ / DRY YEAST

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Хныкин А. М., Садова А. И., Тимаев А. М.

В статье представлены результаты исследований, полученные при разработке метода активации сухих пивоваренных дрожжей. Показано влияние применения аминокислотно-витаминного активатора (АВА) на физиологическое состояние и бродильную активность дрожжей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Developing Dry Yeast Activation Method for Small-Scale Breweries

The article contains the results of research on development of activation method for dry brewer's yeast. The effect is shown that application of amino acid and vitamin activator (AVA) has on physiological state and fermenting activity of brewer's yeast.

Текст научной работы на тему «Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности»

ТЕХНОЛОГИЯ^

УДК 663.44

Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности

А. М. Хныкин, канд. техн. наук, доцент ООО «НТЦ «Солодовые напитки»

А. И. Садова, канд. техн. наук, доцент; А. М. Тимаев, магистр Московский государственный университет пищевых производств

Ключевые слова: аминокислотно-витаминный

активатор; метод активации; сухие дрожжи.

Keywords: aminoacid-vitamin activator; activation method; dry yeast.

Большую роль в результативности биотехнологических процессов, происходящих во время сбраживания пивного сусла, играют свойства и активность используемых дрожжей Saccharomyces cerevisiae, которые характеризуются различной бродильной активностью, неодинаковой способностью к потреблению питательных веществ сусла и образованием различных метаболитов [1, 2, 4].

Поведение дрожжей при производстве пива зависит как от условий и параметров технологического процесса, так и от используемого сырья, состава воды, изменения морфологии дрожжевой клетки от генерации к генерации и многих других факторов. В условиях малых пивоваренных заводов технологу необходимо контролировать процесс на всех стадиях производства, следить за качеством как сырья, так и конечного продукта. Малые предприятия редко могут себе позволить профессиональные микробиологические лаборатории с отделением чистой культуры и вынуждены пользоваться сухими пивоваренными дрожжами, которые широко представлены на отечественном рынке. Сухие дрожжи низового брожения (поставляются в розничную продажу французской фирмой Lesaffre group) обеспечивают глубокое вы-браживание сахаров сусла и особенный характерный чистый органолеп-тический букет. В качестве объекта исследования мы использовали расу сухих дрожжей S. cerevisiae штамма Saflager S-189. Дрожжи были получены на пивоваренном заводе

Hürlimann (Швейцария) и входят в коллекцию Weihenstephan под номером W195. Штамм очень известен, используется в мировой практике на большинстве пивоваренных заводов. Эти дрожжи рекомендуются для получения широкого ассортимента пива низового брожения [3, 4].

Для введения дрожжей в производственный цикл необходимо их активировать, т. е. запустить в них основные физиологические процессы (повысить влажность, активировать ферменты и биологические процессы обмена веществ). Существует несколько способов активации сухих дрожжей перед подачей их на главное брожение: введение дрожжей в часть отбираемого сусла с последующей аэрацией, добавление в сусло специальных активирующих препаратов химической природы и последующее их удаление из конечного продукта [2,6]. Данные способы довольно дорогостоящие и не всегда приемлемы для мини-пивоваренных заводов, ориентированных на выпуск «живого», нефильтрованного, непастеризованного и неконсервированного пива.

В процессе высушивания дрожжи претерпевают воздействие многих стрессовых факторов, таких как обезвоживание, повышение осмотического давления, колебание температуры и pH, отрицательно влияющих на активность ферментных комплексов и общее физиологическое состояние культуры. Реактивация — неотъемлемая часть применения сухих дрожжей — процесс восстановления активности ферментных

систем клетки и функции таких клеточных структур, как митохондрии. Аминокислотно-витаминный активатор (АВА) — естественный стимулятор, полученный из остаточных пивных дрожжей. АВА служит источником аминокислот, витаминов и других соединений, необходимых клетке для ее развития. С помощью данного препарата происходят интенсификация процесса размножения дрожжей, повышение их физиологического состояния и сокращение длительности процесса получения физиологически активной чистой культуры дрожжей [5].

На кафедре «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» и учебно-экспериментальном мини-пивоваренном заводе АНО «НТЦ «Солод, напитки, концентраты и добавки» при МГУПП было изучено влияние АВА на физиологическое и морфологическое состояние сухих пивоваренных дрожжей и их бродильную активность. Для проведения экспериментов использовали 12%-ное светлое пивное сусло, физико-химические показатели которого представлены в табл. 1. Изучали влияние АВА на процесс брожения пива с определением оптимальной концентрации его внесения. АВА для проведения работы был получен из дрожжей штамма БаИа§ег Б-189 первой генерации [5]. Дрожжевая культура была раз-брожена в пивном сусле при температуре 20...22 °С и добавлении АВА в количестве 0,2; 0,5 и 1,0% к массе сухих дрожжей, задаваемых в производственный цикл. Экспериментальные данные представлены на рис. 1-3. Добавление активатора в количестве 0,2 и 0,5% стимулировало рост и накопление запасных питательных веществ дрожжевыми клетками. В то же время избыточное количество АВА в дозировке, равной 1,0%, несколько подавляло рост и активность дрожжей. Подсче-

Таблица 1

Показатель Значение

Экстрактивность начального сусла, % 12,0

Кислотность, см3 1н. р-ра NaОН на 100 см3 сусла 1,7

Цветность, см3 0,1н. р-ра йода на 100 см3 сусла 1,6

pH 5,5

Белок по Лоури, мг/100 см3 194,2

Аминный азот, мг/100 см3 30,5

12 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2012

'ТЕХНОЛОГИЯ

X 5

13 5

Продолжительность брожения, сут

Контроль 0,2 % ABA 0,5 % ABA 1 % ABA

Рис. 1. Влияние АВА на накопление биомассы дрожжей

80

70

g 60 е

5 50

х

и

! 40

О

К 30 ен

а 20

П

10 0

Продолжительность брожения, сут Контроль 0,2 % ABA 0,5 % ABA 1 % ABA

Рис. 2. Влияние АВА на количество почкующихся клеток

100 90

70

60

40

10

0 1 3 5

Продолжительность брожения, сут

Щ Контроль 0,2 % ABA 0,5 % ABA 1 % ABA

Рис. 3. Влияние АВА на количество клеток, содержащих гликоген

ты проводили среди клеток, находящихся во взвешенном состоянии в бродящем сусле.

Как видно из рисунков, обработка дрожжей перед засевом способствует их большей физиологической устойчивости. Так, увеличение биомассы с засевной дозировки в 2,8 млн клеток/мл в опыте, обработанном АВА (0,2%), возросло до 7,4 млн клеток / мл, в то время как в контрольном образце — до 5,26 млн клеток/мл. Данные по количеству клеток с резервными питательными веществами в обработанных образцах (0,2 и 0,5%) также показали результат выше по сравнению с контрольными образцами. При этом лучшие результаты были получены при обработке засеваемых сухих пивоваренных дрожжей АВА в дозировке 0,2 % к их массе.

Далее на экспериментальном мини-пивзаводе с варочным оборудованием на 300 л был проведен ряд опытов для изучения обработки дрожжей АВА перед брожением на ход технологического процесса. Для этого дрожжи, обработанные АВА в оптимальном количестве 0,2%, были заданы в сусло с 12,0% сухих веществ, и главное брожение длилось 7 сут при температуре 10.. .12 °C с последующим охлаждением до 6.8 °C в конце брожения. Эта первая задача обработанных сухих дрожжей в сусло на брожение соответствовала нулевой генерации. В наших опытах нулевые генерации обработанной и контрольной пробы достигли необходимой величины видимого экстракта на седьмые сутки брожения в опыте (4,4%) и в контроле (4,5%) со степенью сбраживания 63,3% в опыте и 62,5% в контроле. Динамика сбраживания видимого экстракта опытного и контрольного образцов сусла показана на рис. 4. Оба образца бродили достаточно интенсивно и окончательно выбродили к седьмым суткам брожения. Далее отделенные дрожжи после брожения и обработки АВА снова были использованы для сбраживания 12%-ного пивного сусла на первую генерацию. Первая генерация обработанных и контрольных образцов дрожжей при равной задаче в 12 млн клеток/ см3 достигла положенной видимой концентрации сухих веществ на седьмые сутки брожения: в опытном образце 4,4% и в контрольном 5,3%

8

7

6

4

3

2

1

0

0

7

0

1

3

5

7

80

3 50

30

20

0

7

2 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ

13

2 -

Продолжительность брожения, сут Контроль ■ Опыт (АВА)

0

1

2

7

8

Рис. 4. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (нулевая генерация)

12 -г

10 -

2 -

Продолжительность брожения, сут Контроль ■ Опыт (АВА)

0

1

2

6

7

Рис. 5. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (первая генерация)

10 --

12 -г

6 --

8 -

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4 -

2 -

2 3 4 5

Продолжительность брожения, сут Контроль ■ Опыт (АВА)

0

1

6

7

Рис. б. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (вторая генерация)

с видимой степенью сбраживания 63,3% в опыте и 55,8% в контроле (рис. 5).

Далее дрожжи были направлены на вторую и третью генерации. Вторая и третья генерации обработанных АВА дрожжей также показали интенсивное сбраживание пивного сусла. При этом обработанные дрожжи сокращали время главного брожения на одни сутки как при второй, так и при третьей генерации соответственно, что видно из графиков динамики сбраживания (рис. 6 и 7). Вторая генерация использования дрожжей показала снижение видимого экстракта в опыте на шестые сутки брожения до 3,9 % с видимой степенью сбраживания 67,5%, а в контроле на седьмые сутки брожения до величины 4,1 % с видимой степенью сбраживания 65,8%. Третья генерация на шестые сутки брожения имела в опыте величину видимого экстракта 3,8% и видимую степень сбраживания 68,3 %, при этом в контроле 4,3% и видимую степень сбраживания 64,1% на седьмые сутки брожения. Четвертая и последующие генерации не проводились, так как количество нежизнеспособных (мертвых) клеток как в опыте, так и в контроле превысило 10%. Для того чтобы использовать такие дрожжи в производстве пива для последующих генераций, их необходимо обрабатывать известными способами перед задачей в сусло на главное брожение, например растворами кислот [1, 2, 4].

Обработанные дрожжи и контрольные образцы во всех генерациях сравнивали по физиологическим характеристикам дрожжевой популяции, т. е. определяли процент почкующихся клеток, количество клеток с гликогеном и накопление биомассы дрожжей. Для этого были отобраны образцы в выбранных контрольных точках: на первые сутки брожения — на стадии лаг-фазы и завершения периода адаптации к среде дрожжевой клетки на третьи сутки — при фазе логарифмического роста в период активного брожения; на пятые сутки — во время стационарной фазы при пике прироста дрожжевой биомассы; на седьмые сутки — после 2 ч выдержки при пониженной температуре (6 °С). Полученные результаты представлены в табл. 2 и 3. Как видно из результатов, от генерации к генерации

14 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2012

обработанные дрожжи сохраняют устойчивую динамику к увеличению количества почкующихся клеток (см. табл. 2) и клеток, содержащих гликоген (см. табл. 3). Обработка дрожжей повлияла и на прирост их биомассы (млн клеток/мл), и в то же время обработанные дрожжи лучше флокулировали на стадии охлаждения пива перед перекачкой его на дображивание (табл. 4).

Обработка дрожжей АВА в количестве 0,2 % способствует их более высокой устойчивости к стрессовым факторам, накоплению биомассы и сохранению физиологического устойчивого состояния от генерации к генерации. По завершении главного брожения молодое пиво выдерживали при температуре 0.2 °С в течение 18 сут. Готовое пиво, полученное с использованием АВА в количестве 0,2%, обладало хорошими органолептическими показателями, имело плотную и компактную мелкозернистую пену, а также более высокую степень осветления и меньшую цветность (в опыте с АВА — 1,37 см3 йода на 100 см3 воды, в контроле — 1,54 см3 йода на 100 см3 воды).

Таким образом, на заводах малой мощности для более интенсивного сбраживания пивного сусла и сокращения сроков брожения можно рекомендовать обработку АВА в количестве 0,2% в качестве активатора для сухих пивоваренных дрожжей. Ускорение сроков ведения главного брожения особенно необходимо в напряженные периоды работы мини-предприятий, а именно в весенне-летний период и предпраздничные дни [6].

В результате проведенных исследований было изучено влияние аминокислотно-витаминного активатора (АВА) на бродильную активность сухих пивных дрожжей штамма БаИа§ег Б-189. И при оптимальной температуре брожения (10.12 °С) и при классической схеме сбраживания (6.8 °С) предобработка дрожжей с помощью АВА в количестве 0,2% способствует более интенсивному приросту биомассы дрожжей, однако с увеличением концентрации АВА свыше 1,0% происходит частичное подавление их жизненной активности.

Обработка сухих дрожжей перед подачей на главное брожение АВА в количестве 0,2% стабилизирует

Рис. 7. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (третья генерация)

Таблица 2

Стадия исследования Время, сут

1 3 5 7

1 Нулевая генерация 1

Контроль 53,12 52,9 49,2 22,32

Опыт (АВА 0,2%) 55,8 67,4 51,16 35,18

Первая генерация

Контроль 50,82 52,94 53,94 47,61

Опыт (АВА 0,2%) 53,65 60,63 55,44 50,01

Вторая генерация

Контроль 51,42 39,62 32,11 27,34

Опыт (АВА 0,2%) 61,08 42,17 34,55 29,21

Третья генерация

Контроль 52,46 50,12 30,21 17,24

Опыт (АВА 0,2%) 55,32 51,38 33,55 19,32

Таблица 3

Стадия исследования 1 Время, сут 3 5 7

1 Нулевая генерация 1

Контроль 27,7 52,96 53,86 56,55

Опыт (АВА 0,2%) 31,6 59,74 63,14 68,23

Первая генерация

Контроль 51,49 61,89 72,17 81,01

Опыт (АВА 0,2%) 59,67 68,35 85,22 93,88

Вторая генерация

Контроль 61,55 72,12 77,21 82,28

Опыт (АВА 0,2%) 68,41 79,29 85,33 88,39

Третья генерация

Контроль 57,23 68,38 76,52 81,45

Опыт (АВА 0,2%) 64,86 72,47 79,22 85,21

физиологическое состояние дрожжей, способствует повышению их бродильной активности, увеличению биомассы и количества клеток

с гликогеном, а также почкующихся клеток.

Экспериментально получено подтверждение, что действие АВА

2 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ 15

Таблица 4

Стадияисследования 1 Врем 3 я, сут 5 7

Нулевая генерация 1

Контроль 12,33 25,46 28,72 17,12

Опыт (АВА 0,2%) 14,12 29,72 33,23 17,54

Первая генерация

Контроль 12,87 25,55 28,81 18,68

Опыт (АВА 0,2%) 15,17 29,53 35,12 19,77

Вторая генерация

Контроль 13,62 25,45 31,12 21,12

Опыт (АВА 0,2%) 15,22 31,41 36,89 19,98

Третья генерация

Контроль 15,33 27,13 29,73 24,64

Опыт (АВА 0,2%) 17,21 30,87 33,12 28,78

в дозировке 0,2 % увеличивает бродильную активность дрожжей от генерации к генерации.

Разработан и рекомендован способ добавления АВА в технологический процесс производства пива. АВА необходимо добавлять в количестве 0,2 % от массы сухих дрожжей на стадии предварительного разбраживания дрожжей при тем-

пературе 20.22 °C перед задачей их на главное брожение для повышения их бродильной активности.

Применение АВА в концентрации 0,2 % от количества добавляемых сухих дрожжей позволяет сократить срок главного брожения в среднем на одни сутки и увеличить сбраживание сусла, применение АВА при последующих генерациях дает воз-

можность сократить общее количество добавляемых сухих дрожжей.

Экономическая эффективность, ожидаемая при использовании АВА на заводе мощностью 1000 л пива в сутки, составит около 295 200 руб. в год (при 350 днях работы).

ЛИТЕРАТУРА

1. Ильяшенко, Н. Г. Микробиология пищевых производств / Н. Г. Ильяшенко, Е. А. Бетева, Т. В. Пичугина, А. В. Ильяшенко. — М.: КолосС, 2008.

2. Жвирблянская, А. Ю. Дрожжи в пивоварении/А. Ю. Жвирблянская, В. С. Исаева. — М.: Пищевая промышленность, 1979.

3. Спецификация на пивоваренные дрожжи расы Saflager S-189. www.fermentis.com

4. Фергюс, Д. П. Микробиология пива / Д. П. Фергюс, Й. Кемпбелл. — СПб., 2005.

5. Патент 2151794 РФ МКИ С12 N 1/16, 1/18 // (С 12 N 1/16, С 12 R 1:865). Способ активации дрожжей/Л. Н. Шабурова, Н. Г. Ильяшенко, А. И. Садова, М. В. Гернет, А. М. Хныкин. (РФ) — 99101648/13, заявл. 29.01.1999, опубл. 27.06.2000. Бюл. № 18.

6. Тихомиров, В. Г. Пиво и его производство/В. Г. Тихомиров, А. М. Хныкин. — М.: Экслибрис, 2007. <S?

Вниманию руководителей и специалистов пивоваренных, безалкогольных и винодельческих предприятий, руководителей кафедр профильных институтов!

По решению ученого совета Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности при участии НП «Московская лига виноделов им. князя Л. С. Голицына» и при поддержке Российской академии сельскохозяйственных наук во ВНИИПБиВП создается Музей напитков, в котором будут представлены:

• имена государственных деятелей, талантливых организаторов производств, выдающихся профессионалов, видных ученых, которые определили уровень развития пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности;

• экспонаты продукции, оборудования, документы, рукописи, книги, образцы тары и многое другое, раскрывающие историю развития отраслей напитков.

Материалы для Музея напитков можно присылать по адресу::

119021, Россия, Москва, ул. Ростелимо, д. 7 ГНУ ВНИИПБиВП 1: [email protected]

16 ПИВО и НАПИТКИ

2•2012

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.