Разработка технологии затирания солода из овса Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 663.443

Разработка технологии затирания солода из овса

М. С. Чекина,

аспирант; Т. В. Меледина,

д-р техн. наук, профессор Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

М. Д. Хлыновский,

канд. техн. наук Представительство АО «Новозаймс А/С» (Дания), Москва

В настоящее время большой интерес представляют зерновые культуры, обладающие рядом полезных и лечебных свойств, для переработки и дальнейшего использования их в продуктах специального назначения. Одна из таких культур — овес голозерный. Интерес к этому вида овса обусловлен его диетическими и лечебно-профилактическими свойствами. Голозерные сорта овса по сравнению с сортами пленчатыми имеют более высокое содержание белка (до 20% и более) и жира (до 7% и более) [1]. Зерно содержит меньше спирторастворимых белков что обеспечивает более сбалансированный аминокислотный состав [2]. Также отмечено, что изготовление сиропа из овса голозерного упрощает процесс производства, увеличивает вы-

ход готовой продукции на 20-25 % и снижает ее себестоимость [3]. Для получения продукта с высоким содержанием полезных веществ, витаминов и собственных ферментов, нами была разработана энергоэффективная технология проращивания солода короткого ращения из овса [4]. Ранее такой солод в производстве напитков и сиропов не использовался.

Цель исследований — разработка технологии затирания солода короткого ращения из голозерного овса.

Задачами исследования было научное обоснование режима затирания; исследование влияния гранулометрического состава помолов овса на выход экстрактивных веществ и вязкость сусла; выбор ферментных препаратов.

Таблица 1

Показатели Солод из зерна Промышленный солод овса Вятский фирмы Castle Malting

Разница массовых долей экстракта солода тонкого и грубого помола, AE -10,1* -11,5*

Скорость фильтрования затора, мин Более 60

Массовая доля белковых веществ солода, % 13,10 15,60

Растворимый азот, мг/дм3 532 505

Число Кольбаха, % 28,0 21,5

Свободный аминный азот (FAN), мг/дм3 117 111

Число Хартонга, % 26,1 33,2

Цвет сусла до кипячения, ЕВС 3,9 5,2

Массовая доля экстрактивных веществ в грубом помоле, % * 74,5 79,4

Продолжительность осахаривания, мин Не осахаривается

Массовая доля влаги, % 5,7 5,1

рН сусла 5,8 5,4

Прозрачность сусла(визуально) Опалесцирующее

* Массовая доля экстракта тонкого помола меньше массовой доли экстракта грубого помола

ПИВО и НАПИТКИ

6^ 2015

Таблица 2

Ферментный Основные Рекомендуемая дозировка, г/т Оптимум действия

препарат активные ферменты Несоложеное сырье Солод pH t, °C

Ультрафло Коре ß-Глюканаза 250 100 5,0-6,0 55...65

Шеарзим 500Л Ксиланаза 250 100 4,5-6,0 60...65

Ондеа Про Пуллуланаза, ß-глюканаза, ксиланаза, протеаза, липаза, термостабильная а-амилаза 2000 500 4,5-6,0 45...85

Церемикс Флекс Мальтогенная амилаза, термостабильная а-амилаза, пуллуланаза 3000 750 5,0-6,0 55...65

Нейтраза 0.8 Л БрюКью Протеаза 2500 400 5,5-7,0 30...50

Термамил СЦ ДС Термостабильная а-амилаза 200 75 5,0-6,0 85...95

Технология

Таблица 3

Содержание частиц в исследуемой пробе, % Солод грубого помола Солод тонкого помола

Диаметр частиц в пробе, мкм

< 10 103,3 10,8

< 50 730,0 274,4

< 90 1445,6 555,8

Среднее значение 1188 373 частиц в пробе , ,

75 -

65

55

10

20

30

40

50

60

Время, мин

70

—I— 80

90

100

110

Рис. 1. Режим затирания солода из овса

Для исследований использовали солод короткого ращения, приготовленный из овса голозерного сорта Вятский, а также овсяный солод Ша-то Оут производства фирмы Castle Malting, Бельгия. Физико-химические показатели обоих образцов солода близки, за исключением цвета кон-грессного сусла (табл. 1). Это связано, по всей видимости, с большим содержанием меланоидинов в сусле, полученном из солода фирмы Castle Malting, именно поэтому число Коль-баха в этом образце ниже, чем в опытном варианте.

Для снижения вязкости заторов и повышения выхода сусла применяли ферментные препараты компании Новозаймс (табл. 2) [5].

Дробление солода производили на дробильной машине Buhler Universal; определение тонкости помола — с использованием лазерного дифракционного анализатора гранулометрического состава Malvern Mastersizer 2000. Гранулометрический состав помолов солода и овса представлен в табл.3.

Определение массовой доли сухих веществ осуществляли рефрак-

тометрическим способом по ГОСТ 6687.2 [6]. Определение активной кислотности (pH) проводили по-тенциометрическим методом на рН-метре / иономере / титраторе 848 Titrino Plus фирмы «Metrohm» в диапазоне измерения от 2 ед. pH до 9 ед. pH по ГОСТ 31764-2012

[7]. Определение динамической вязкости (далее вязкости) сусла производили вискозиметром ВПЖ-2 согласно ГОСТ 333-2000

[8]. Углеводный состав сусла определяли на жидкостном хроматографе Shimadzu LC-10AD vp.

Овес представляет собой зерновую культуру с высоким содержанием ß-глюкана (до 6,6 %) [9]. В процессе солодоращения его количество в зерне снижается в результате действия комплекса ферментов ß-глюканаз. Активность этих ферментов возрастает при проращивании злаков. Однако, содержание ß-глюкана в солоде остается достаточно высоким и составляет более 500 мг/дм3 в кон-грессном сусле. Следовательно, режим затирания овсяного солода должен отличаться от режима, при-

меняемого для ячменного солода. В результате экспериментов установлено, что при температуре затирания зернопродукта ниже 65 °С происходит многократное увеличение вязкости затора. Это связано с низкой температурой клейстеризации крахмала овса (55...60 °С), а также с недостаточной активностью эндо-Р-глюканазы и экзо-р-глюканазы солода. Также следует учесть, что при температуре затирания 62.65 °С из клеточных стенок клеток эндосперма под действием фермента Р-глюкан-солюбилазы происходит дополнительное высвобождение Р-глюкана, который вообще не подвергается гидролизу, так как геми-целлюлазы при такой температуре имеют очень низкую активность [10]. Поэтому затирание солода следует начинать при температуре 65.67 °С. Длительность выдержки затора при этой температуре для получения высокой концентрации мальтозы должна составлять не менее 60 мин. Далее температуру затора для создания условий проявления максимальной активности а-амилазы необходимо поднять до 72.73 °С (нагревание 1°С/мин). Длительность паузы в связи с низкой активностью этого фермента должна составлять не менее 30 мин. Инактивацию ферментов, как и в технологии затирания ячменного солода, следует осуществлять при 78 °С. Рекомендуемый режим затирания приведен на рис. 1. В связи с высокой вязкостью затора предложен гидромодуль 1:4.

В связи с тем, что затор, приготовленный из овсяного солода не осахаривался, возникла необходимость внесения экзогенных ферментов. Обоснование выбора ферментных препаратов для получения сусла из овсяного солода осущест-

80 -г

70 -

60 -

6^ 2015

ПИВО и НАПИТКИ 45

технология'

Таблица 4

Образец Применяемый ферментный препарат Дозировка, г/т Время осахаривания, мин Выход экстрактивных веществ, % от экстрактивности солода pH Вязкость, мПа-с

Ультрафло Коре 250

1 Шеарзим 500Л 250 50 87,99 5,13 1,47

Ондеа Про 2000

2 Ультрафло Коре 250 30 79,2 5,07 1,67

Церемикс Флекс 2000

3 Шеарзим 500Л 250 30 77,8 5,06 1,62

Церемикс Флекс 2000

4 Церемикс Флекс 2000 30 66,1 5,57 1,77

Нейтраза 0.8 Л БрюКью 400

5 Церемикс Флекс 2000 30 86,8 5,06 1,75

6 Термамил СЦДС 200 60 71,5 4,96 1,73

Контроль Без ферментов — Не осахаривается

Таблица 5

Доля частиц тонкого помола в засыпи, % Время осахаривания, мин Выход экстрактивных веществ, % pH Вязкость, мПа-с

0 30 86,3 5,06 1,75

5 30 84,7 4,80 1,79

10 30 82,3 4,68 1,82

15 30 80,1 4,65 1,84

20 30 77,6 4,80 1,87

y = 0,029 х + 1,727; = 0,987

10

Доля тонкого помола в засыпи, %

15

20

Рис.

2. Зависимость изменения вязкости овсяного затора

от количества (%) частиц тонкого помола солода в засыпи

вляли путем затирания солода Ша-то Оут фирмы Castle Malting. Сусло готовили из солода грубого помола со средним размером частиц в пробе 118,8 мкм. Физико-химические показатели сусла при использовании различных ферментных препаратов представлены в табл. 4. Применение ферментных препаратов Ультрафло Коре и Шеарзим 500Л было направлено на снижение содержания в сусле некрахмальных полисахаридов, а, значит, на уменьшение вязкости затора. Фер-

ментные препараты Ондеа Про, Церемикс Флекс, Термамил СЦДС были применены в качестве дополнительного источника а-амилазы вследствие недостаточного количества собственных амилолитических ферментов в солоде из овса. Ферментный препарат Нейтраза 0.8 Л БрюКью был применен в качестве дополнительного источника про-теазы для расщепления белка.

Основными показателями для выбора варианта использования ферментных препаратов были вы-

ход экстракта, вязкость сусла и его сенсорные характеристики. Как следует из табл. 4, первый и пятый образцы сусла характеризуются максимальным выходом экстракта (86-88%). Вместе с тем в первом образце вязкость составляла всего 1,47 мПа-с при массовой доле сухих веществ 17,4 %. Это привело к тому, что продукт характеризовался низкими органолептически-ми свойствами. В образце сусла № 5, для получения которого применяли многофункциональный ферментный препарат Церемикс Флекс, вязкость сусла равнялась 1,75 мПа-с при массовой доле СВ в сусле 17,3%, что характерно для сусла данной плотности. При затирании овсяного солода внесение ферментного препарата Церемикс Флекс способствовало сокращению длительности осахаривания затора по сравнению с первым вариантом с 50 до 30 мин. Кроме того образец № 5 имел хорошие органолепти-ческие характеристики, а низкое значение величины рН будет способствовать снижению активности липоксигеназы при затирании, и, следовательно, повышению сенсорной стабильности продукта. Поэтому для дальнейших исследований был выбран режим затирания, в котором использовали ферментный комплекс Церемикс Флекс.

Так как солод из овса имеет отрицательные значения разности массовых долей экстракта солода тонкого (средний размер частиц 37,3 мкм) и грубого (средний размер частиц 118,8 мкм) помолов, представляло интерес изучить влияние гранулометрического состава засыпи на выход экстракта. Затирание зернопродук-

0

5

46 ПИВО и НАПИТКИ

6 • 2015

тов проводили, начиная с 65 °С. Ферментный препарат Церемикс Флекс вносили в начале затирания в количестве 2000 г/т. Физико-химические показатели сусла при различных соотношениях тонкого и грубого помолов (|р|< 0,10) представлены в табл. 5.

Установлено, что с повышением доли тонкого помола в засыпи вязкость затора повышается. Это, по-видимому, связано с увеличением экстракции р-глюканов из солода. Установлена прямолинейная зависимость между гранулометрическим составом помола солода из овса и вязкостью в диапазоне содержания частиц тонкого помола в засыпи от 0 до 20%. Данная зависимость представлена на рис. 2 и описывается уравнением

у = 0,029* + 1,727,

где у — вязкость затора, мПа-с; * — доля тонкого помола в засыпи, %.

Установлена прямолинейная зависимость между гранулометрическим составом помола солода из овса и выходом экстрактивных веществ в диапазоне содержания частиц тонкого помола в засыпи

от 0 до 20 %. Данная зависимость представлена на рис. 3 и описывается уравнением

у = -2,2* + 88,8,

где у — выход экстрактивных веществ, %; * — доля тонкого помола в засыпи, %.

Важный показатель продуктов функционального назначения — их углеводный состав. Низкое количество легкоусвояемых моносахаридов — глюкозы и фруктозы — предпочтительно для данных продуктов, в то время как для напитков брожения желательно более высокое содержание олигосахари-дов, которые имеют меньшую осмо-ляльность [11]. В связи с этим был определен углеводный состав сусла, полученного из промышленного солода и солода короткого ращения по режиму затирания, описанному выше (табл. 6).

Как следует из табл. 6, сусло из солода короткого ращения содержало 121,4±9,7 г/дм3 сбраживаемых углеводов. В сусле, полученном из промышленного образца солода, этот показатель практически не отличался от первого образца

88 -г-

74 -|-1-i-1-i-1-i-1-i

0 5 10 15 20

Доля тонкого помола в засыпи, %

Рис. 3. Зависимость выхода экстрактивных веществ овсяного затора от количества (%) частиц тонкого помола солода в засыпи

Таблица 6

Образец сусла Концентрация углеводов в сусле, г/дм3

Декстрины Мальтотриоза Мальтоза Глюкоза Фруктоза

№ 1. Сусло из солода короткого ращения Вятский 30,8 10,6 92,7 16,6 1,5

№ 2. Сусло из солода производства фирмы Castle Malting 28,0 13,1 93,3 19,5 1,5

1 технология

и составлял 127,4±11,2 г/дм3, при этом массовая доля сухих веществ обоих образцов была также одинаковой 17,1 ±0,3 %. Однако заторы различались по соотношению между моно-, ди-, три- и более сахаридами. Для 1-го образца это соотношение составляло 1:5, 1:0, 6:1,7; для 2-го образца — 1:4, 4:0, 6:1,3. Это отразилось на вкусе продукта. Образец № 2 был более сладким из-за большего содержания в сусле глюкозы.

Таким образом, научно обоснован и практически подтвержден режим затирания солода из овса. Установлено что целесообразно начинать процесс затирания солода из овса с температуры 65 °С. Для увеличения показателя выхода экстрактивных веществ, а также уменьшения вязкости овсяных заторов, предпочтительно использование грубого помола солода из овса со средним размером частиц 118,8 мкм. Применение ферментного препарата Церемикс Флекс компании Новозаймс позволяет получить сусло не только с хорошими органолептическими свойствами, но и с высоким выходом экстракта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белкина, Р. И. Технологические и биохимические свойства зерна овса в условиях северного Зауралья/Р. И. Белкина, М. И. Марикова // Аграрный вестник Урала. — Екатеринбург, 2009. — № 5. — С. 55-57.

2. Козлова, Г. Я. Сравнительная оценка голозерных и пленчатых сортов овса по основным показателям качества зерна /Г. Я. Козлова, О. В. Акимова // Сельскохозяйственная биология. — М.: 2009. — № 5. — С. 87-89.

3. Баталова, Г. А. Перспективы и результаты селекции голозерного овса/Г. А. Баталова // Зернобобовые и крупяные культуры. — Орел, 2014. — № 2 (10). — С. 64-69.

4. Чекина, М. С. Влияние режима проращивания зерна на ферментативную активность солода из овса голозерного Вятский/М. С. Чекина, Т. В. Меледина, Е. С. Сергачева // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — Киров, 2015. — № 5 (48). — С. 46-52.

5. Brewing Handbook/Novozymes A/S. — Дания, 2013. — 124 c.

6. ГОСТ 6687.2. Продукция безалкогольной промышленности. Методы определения

6 • 2015 ПИВО и НАПИТКИ 47

технология'

сухих веществ. — Введ. 1991-07-01. — М.: Изд-во стандартов, 2002. — 13 с.

7. ГОСТ 31764-2012. Пиво. Метод определения рН. — Введ. 2013-07-01. — М.: Стан-дартинформ, 2013. — 7 с.

8. ГОСТ33-2000. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамиче-

ской вязкости. — Введ. 2002-01-01. — М.: Стандартинформ, 2008. — 23 с.

9. Химический состав зерна овса // Agro-portal.su: [сайт]. URL.: http://agro-portal.su/ oves /2607-himicheskiy-sostav-zerna-ovsa. html.

10.Нарцисс, Л. Краткий курс пивоварения/ Л. Нарцисс, В. Бак. Пер. с нем. А. А. Ку-

реленкова. — СПб.: Профессия, 2007. — 640 с.

11.Устинова, А. С. Влияние углеводного состава высококонцентрированного ячменного сусла на бродильную активность спиртовых дрожжей/А. С. Устино [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2013. — № 3. — С. 37-40. &

Разработка технологии затирания солода из овса

Ключевые слова

вязкость; выход экстрактивных веществ; грубый помол; затирание; овсяный солод; овсяное сусло; тонкий помол; ферментные препараты.

Реферат

Переработка голозерного овса в сусло представляет сложность из-за высокой вязкости овсяных отваров, обусловленной повышенным содержанием ß-глюканов в овсе. В пивоваренной промышленности голозерное зерно овса используется в качестве несоложеного сырья в количестве 5-15% для создания оригинальных сортов пива, пленчатое — для создания дополнительного фильтрующего слоя, а значит повышения качества фильтрации. Технология сусла из 100% овсяного солода отсутствует. Между тем голозерный овес обладает рядом лечебных и профилактических свойств, а значит представляет интерес как сырье для производства продуктов специального назначения после переработки его в солод или сироп. Производству сиропа предшествует затирание овсяного солода с последующим сгущением сусла. Цель работы — разработка технологии затирания солода короткого ращения из овса голозерного. Работы выполняли в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики. В работе применяли общепринятые методы исследований для пивоваренной промышленности. Из овсяного солода короткого ращения сорта голозерного Вятский готовили сусло с применением различных ферментных препаратов, а также помолов различного гранулометрического состава. В качестве контроля использовали промышленный образец овсяного солода Шато Оут производства фирмы Castle Malting, Бельгия. В сусле определяли массовую долю сухих веществ, активную кислотность, динамическую вязкость, углеводный состав. В результате эксперимента установлено, что на выход сусла из овсяного солода и его вязкость влияет гранулометрический состав дробленого сырья и начальная температура затирания. Максимальный выход сусла получен при затирании засыпи, состоящей из 100% солода грубого помола (размер частиц 118,8 мкм) и начальной температуре 65 °С. Снижение доли тонкого помола (размер частиц 37,3 мкм) в засыпи с 20 до 0% и применение ферментного препарата Церемикс Флекс ^eremix Flex) увеличивает выход экстрактивных веществ с 77,6 до 86,3% и снижает вязкость сусла с 1,87 до 1,75 мПа-с. Разработанный режим затирания позволяет получить сусло с высоким содержанием мальтозы 93±0,5 г/дм3 и пониженным содержанием глюкозы 18±1,5 г/дм3 и фруктозы 1,5 г/дм3. Данный углеводный состав является предпочтительным для использования в продуктах функционального назначения при дальнейшей переработке образцов в сироп.

Авторы

Чекина Мария Сергеевна, аспирант;

Меледина Татьяна Викторовна, д-р техн. наук, профессор

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики,

191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, msch18_25@mail.ru

Хлыновский Михаил Данилович, канд. техн. наук

Представительство АО «Новозаймс А/С» (Дания),

119330, Москва, Ломоносовский проспект, 38, mkv@novozymes.com

Development of Oats Mashing Technology

Key words

viscosity; extractives yield; coarse grind; mashing; oat malt; oat mash; fine grind; enzyme preparations.

Abstract

The recycling of naked oats to oats wort causes the difficulties due to the high viscosity of oat mash resulted from a high content of p-glucans in oats. In the brewing industry naked grain oat is used as adjuncts in amount of 5-15% for creating of original sorts of beers and hulled — to provide additional filter layer, and thus to improve the filtration quality. Technology of wort production from 100% oat malt is not available. Meanwhile, the naked oats has a number of therapeutic and preventive properties, and thus it is of interest as a raw material for the production of special products after its processing into the malt or syrup. Syrups production is preceded by mashing of oat malt, followed by condensation of wort. The purpose of research is developing of short germination malt mashing technology from naked oat. The work was performed in St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics. The traditional research methods of the brewing industry were used. The wort from Vyatsky naked oat malt of short germination with applying of different enzyme preparations and different grists was made. The oat malt Chateau Out manufactured by Castle Malting, Belgium was applied as a control sample. The mass fraction of solids, acidity, dynamic viscosity, carbohydrate composition were determined in the wort. It was found that grain size of crushed materials and the initial temperature of the mash have influence on the extraction yield and viscosity. The maximum wort yield is obtained by mashing the grist consisting of 100% coarse grind of malt (particle size 118.8 microns) and under initial temperature of 65 °C. Reducing of the proportion of fine malt grind (particle size 37.3 microns) in the grist from 20 to 0% and using of the enzyme preparation Ceremix Flex increase the yield of extractives from 77.6 to 86.3%, and reduce the wort viscosity from 1.87 to 1.75 mPas per second. The developed mode of mashing wort allows to get the wort with high maltose content 93±0.5 g/dm3 and reduced glucose content 18±1.5 g/dm3 and fructose content 1.5 g/dm3. Such carbohydrate composition is preferred for using in the products with the functional purpose when processing the samples to the syrup.

Authors

Chekina Maria Sergeevna, Post-graduate Student;

Meledina Tatyana Viktorovna, Doctor of Technical Sciences, Professor

Saint-Petersburg State Research University

of Information Technologies, Mechanics and Optics,

9 Lomonosova St., Saint-Petersburg, 191002, Russia, msch18_25@mail.ru

Khlynovskiy Michail Danilovich, Candidate of Technical Science

Representative office JSC «Novozymes A/S» (Denmark),

38 Lomonosovskiy Prospect, Moscow, 119330, Russia, mkv@novozymes.com

48 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2015