CC BY
35
HayKOBHH BicHHK .HHyBMET iMeHi C.3. I^H^Koro, 2017, t 19, № 75
HayKOBHH BicHHK .HbBiBCbKoro Ha^oHaibHoro ymBepcureTy BeTepHHapHoi' MeguuHHH
Ta 6ioTexHonoriH iMeHi C.3. I^H^Koro Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after S.Z. Gzhytskyj
doi: 10.15421/nvlvet7530
ISSN 2519-268X print ISSN 2518-1327 online
http://nvlvet.com.ua/
УДК 663.45
г* • • • • г •
Зниження вм1сту вщинальних д1кетон1в при зброджуванш високогустинного сусла
Т.В. Харандюк, Р.Б. Коав, О.М. Борух, Р.С. Далибожик, Л.Я. Паляниця, Н.1. Березовська
tetyanakharandyuk@gmail.com, kosivruslana@gmail.com
Нацюнальний ун1верситет «Льв1вська полтехтка», вул. С. Бандери, 12, м. Льв1в, 29013, Укра'та
Одним ¡з завдань високогустинного пивовартня як сучасноi енергоощадноi технологи е отримання пива високоi якостг, адже смак i аромат напою - його головш споживчг властивостг.
Вщинальт джетони - дгацетил (2,3-бутандгон) та 2,3-пентандюн — вгдгграють значну роль у формувант смаку. За-вдання пивоваргв полягае в зведенн до мтмуму ixутворення або пришвидшенн ix вгдновлення до речовин i3 вищим порогом вгдчуття. До основних методгв зниження вмкту джетотв належать оптимгзащя параметргв бродтня та дозргвання, використання модифжованих штамгв дргжджгв та гммобтзованих дргжджових клтин. Цього досягають також засто-суванням ферменту а-ацетолактатдекарбоксилази, який мктиться в ферментному препаратг Матурекс. Вт каталгзуе реакщю перетворення а-ацетолактату безпосередньо в ацетот, минаючи утворення дгацетилу. Таким чином значно зни-жуеться вмкт джетотв у пивг та скорочуеться тривалкть його дозргвання. В роботг дослгджено вплив параметргв зброджування високогустинного сусла - концентрацП сухих речовин у суслг, температури та тривалостг процесу на вмгст джетотв у пивг. Визначено оптимальн умови головного бродтня: концентраця сусла 16% сухих речовин, температура бродтня 15 °С, тривалгсть 7 дгб. Встановлено вплив дози ферментного препарату Матурекс 1, 2 i 3 г на 1 гл сусла на вмкт вщинальних джетотв у молодому пивг. Визначено оптимальну дозу препарату, яка становить 2 г на 1 гл сусла. Дос-лгджено вплив ферментного препарату Матурекс на фгзико-хгмгчнг показники молодого та готового пива - вмкт екстра-кту та етанолу, рН i кислоттсть, вмкт вщинальних джетотв.
Таким чином, для пришвидшення процеЫв дозрiвання пива в технологи високогустинного пивовартня, зниження вмiсту вщинальних джетотв у пивi та збыьшення ефективностi виробництва можна рекомендувати зброджування сусла конце-нтращею 16% сухих речовин при температурi 15 °С впродовж 7 дiб з додаванням ферментного препарату Матурекс у кiлькостi 2 г на 1 гл сусла.
Knmnoei слова: високогустинне пивовартня, головне бродтня, дозрiвання, вiцинальнi джетони, ферментний препарат Матурекс.
Снижение содержания вицинальных дикетонов при сбраживании
высокоплотного сусла
Т.В. Харандюк, Р.Б. Косив, О.М. Борух, Р.С. Далыбожик, Л.Я. Паляныця, Н.И. Березовская
tetyanakharandyuk@gmail.com, kosivruslana@gmail.com
Национальный университет «Львовская политехника», ул. С. Бандеры, 12, м. Львов, 29013, Украина
Одной из задач высокоплотного пивоварения как современной энергосберегающей технологии является получение пива высокого качества, ведь вкус и аромат напитка - его главные потребительские свойства.
Вицинальные дикетоны - диацетил (2,3-бутандион) и 2,3-пентандион — играют значительную роль в формировании вкуса. Задача пивоваров заключается в сведении к минимуму их образования или ускорении их восстановления к веществам
Citation:
Kharandiuk, T.V., Kosiv, R.B., Borukh, O.M., Dalybozhyk, R.S., Palianytsia, L.Ya., Berezovska, N.I. (2017). Decreasing of vicinal diketones content during fermentation of high gravity wort. Scientific Messenger LNUVMBT named after S.Z. Gzhytskyj, 19(75), 149-152.
Науковий вкник ЛНУВМБТ iMeHi С.З. Гжицького, 2017, т 19, № 75
с высоким порогом ощущения. К основным методам снижения содержания дикетонов принадлежат оптимизация параметров брожения и созревания, использование модифицированных штаммов дрожжей и иммобилизованных дрожжевых клеток. Это достигается также применением фермента а-ацетолактатдекарбоксилазы, который содержится в ферментном препарате Матурекс. Он катализирует реакцию превращения а-ацетолактата непосредственно в ацетоин, минуя образование диацетила. Таким образом значительно снижается содержание дикетонов в пиве и сокращается продолжительность его созревания. В работе исследовано влияние параметров сбраживания высокоплотного сусла - концентрации сухих веществ в сусле, температуры и продолжительности процесса, на содержание дикетонов в пиве. Определены оптимальные условия главного брожения: концентрация сусла 16% сухих веществ, температура брожения 15 °С, продолжительность 7 дней. Установлено влияние дозы ферментного препарата Матурекс 1, 2 и 3 г на 1 гл сусла на содержание вици-нальных дикетонов в молодом пиве. Определена оптимальная доза препарата, которая составляет 2 г на 1 гл сусла. Исследовано влияние ферментного препарата Матурекс на физико-химические показатели молодого и готового пива - содержание экстракта и этанола, рН и кислотность, содержание вицинальных дикетонов.
Таким образом, для ускорения процессов созревания пива в технологии высокоплотного пивоварения, снижения содержания вицинальных дикетонов в пиве и увеличения эффективности производства можно рекомендовать сбраживание сусла концентрацией 16% сухих веществ при температуре 15 °С в течение 7 суток с добавлением ферментного препарата Матурекс в количестве 2 г на 1 гл сусла.
Ключевые слова: высокоплотное пивоварение, главное брожение, созревание, вицынальные дикетоны, ферментный препарат Матурекс.
Decreasing of vicinal diketones content during fermentation of high gravity wort
T.V. Kharandiuk, R.B. Kosiv, O.M. Borukh, R.S. Dalybozhyk, L.Ya. Palianytsia, N.I. Berezovska tetyanakharandyuk@gmail.com, kosivruslana@gmail.com
National University «Lviv Polytechnic», Bandera Str., 12, Lviv, 29013, Ukraine
One of the objectives of high gravity brewing as a modern energy-saving technology is to obtain beer of high quality, because the taste and aroma of the drink - its main properties.
Vicinal diketones - diacetyl (2.3-butandion) and 2.3-pentandion play a significant role in formation of taste. Brewers task is minimizing their formation or accelerating their reduction to substances with a higher threshold of sensation. The main methods to decrease content of diketones are optimization offermentation and maturation parameters, using of yeast modified strains and immobilized yeast cells. This could also be achieved by use of enzyme a-acetolactate decarboxylase contained in the enzyme preparation Maturex. It catalyses the reaction a-acetolactate conversion into acetoin directly without going through the formation of diace-tyl. So diketone content in beer is significantly reduced and the duration of its maturation decreased.
In this work we investigated the influence of parameters of high gravity wort fermentation - the wort concentration, temperature and duration of the process on the content of diketones in beer. The optimum conditions for the main fermentation were determined: the wort concentration of 16%, fermentation temperature 15 °C, the duration of 7 days.
The effect of enzyme dosage of Maturex 1, 2 and 3 g/100 L of wort on the content of vicinal diketones in young beer was studied. The optimum dose of the enzyme preparation was determined, which is 2 grams per 100 L of wort. The effect of enzyme preparation Maturex on physical and chemical properties of the young and finished beer - content extract and ethanol, pH and acidity on the content of vicinal diketones was studied.
Therefore, to accelerate the maturation of beer in high gravity brewing technology, to decrease content of vicinal diketones in beer and increase production efficiency recommended parameters of main fermentation are: concentration of wort should be 16%, temperature 15 °C, and duration of the process 7 days with the addition of enzyme preparation Maturex in an amount of 2 g/100 L of wort.
Key words: high gravity brewing, the main fermentation, maturation, vicinal diketones, enzyme preparation Maturex.
Вступ
Високогустинне пивовар1ння - сучасна енергооща-дна технолопя пива. Щдвищення концентраци збро-джуваного сусла дозволяе ефектившше використовува-ти наявне обладнання, зменшити витрати пари та холоду i, в щдсумку, соб1вартють готового продукту.
Однак при впровадженш ще! технологи виникае низка проблем, пов'язаних 3i змшою активносп дргж-джiв. Наслщком може бути змша органолептичних властивостей напою. Дрiжджi активують, зокрема, пвдвищенням температури, яка в свою чергу мае сут-тевий вплив на склад побiчних продукпв бродшня, що формують смаковий профшь готового пива (Kosiv et al., 2016).
Значну роль у формуванш смаку пива вщграють вщинальш дшетони (ВДК), до яких належать дiацетил
(2,3-бутандюн) та 2,3-пентандюн. Ддацетил при пере-вищенш порогового значення сприйняття 0,10— 0,12 мг/дм3 зумовлюе масляний та неприемний солод-куватий присмак готового пива. Пентандюн завдяки вищому порогу сприйняття 0,6—0,9 мг/дм3 мае значно менший вплив.
При зброджуванш дрiжджi синтезують а-ацетолактат, а з нього неферментативним шляхом за межами клгтин утворюеться дiацетил. В мiру знижен-ня концентраци кисню в зброджуваному су^ та зме-ншення штенсивносп розмноження клгтин дiацетил за участю фермента алкогольдепдрогенази, локалiзо-ваного в клгтиннш стшщ дргждж1в, перетворюеться в ацето!н i далi в 2,3-бутандюл. Тобто процес редукци дiацетилу пов'язаний з ферментативною дГяльшстю др1ждж1в.
Науковий вкник ЛНУВМБТ ¡меш С.З. Гжицького, 2017, т 19, № 75
Кшькють утвореного дiацетилу залежить вщ низки факторiв (Inoue and Yamamoto, 1970; Boulton and Box, 2003), зокрема величини рН сусла та температури бродшня (Garcia et al., 1994). Щiдвищення температури веде до бГльшого утворення дiацетилу на початку процесу як наслгдок штенсифшацп росту дргждж1в. При цьому нагромаджуеться бiльша бiомаса дрГж-дж1в, яка швидше перетворюе дiацетил в 2,3-бутандюл (Saerens et al., 2008).
Зниження концентрацй дiацетилу в зеленому пивГ е вартiсною i трудомюткою частиною процесу. Тому завдання пивоварiв полягае в зведеннi до мшмуму утворення дiацетилу або прискореннi його вщновлен-ня.
До основних методiв зниження вмюту ВДК належать оптимiзацiя параметрiв бродшня та дозрiвання, використання модифшованих штамiв дрГждж1в (Krogerus ana Gibson1, 2013) та iммобiлiзованих дрь жджових клпин (Verbelen et al., 2006).
Зменшення вмюту дiацетилу досягають застосу-ванням ферменту а-ацето-лактатдекарбоксилази, який мютиться в ферментному препаратi (ФП) Матурекс. Вш каталiзуе реакцiю перетворення а-ацетолактату безпосередньо в ацетош, минаючи утворення дГацети-лу. Таким чином значно знижуеться вмют ВДК у пивГ та скорочуеться тривалють його дозрГвання.
Метою роботи було встановлення ефективносп застосування ферментного препарату Матурекс у технологй' високогустинного пивоваршня.
MaTepia™ i методи досл1джень
Об'ектами дослщжень були пивш дргждш штаму Saflager W-34/70. 1х культивували в охмеленому стерильному суслГ концентращею 12% сухих речовин (СР) за схемою:
стад1я 1 2 3
об'ем сусла, см3 10 50 200
зас1в мжробюлопчною петлею 10 см3 з 1-! стадй 60 см3 з 2-! стадй
тривалють стадй, год. 24 24 24
Отриману на 3-й стадй бюмасу вщокремлювали вгд культурального середовища центрифугуванням впродовж 10 хв. при 4000 хв.-1 i застосовували для бродшня.
Для дослгдження впливу концентрацй' сусла, температури i тривалосп процесу на вмют ВДК в пивГ зброджували 200 см3 стерильного охмеленого сусла з вмютом СР 14, 16 i 18% при концентрацй дрщдж1в 22,5 млн. клиин в 1 см3 сусла. Головне бродшня вели при температурах 9, 12 i 15 °С тривалютю 5, 7 i 9 дГб. При дослгдженш впливу ФП Матурекс на вмют ВДК в пивГ зброджували 16% сусло при температурГ 15 °С впродовж 5, 6, 7 i 8 дГб з додаванням 0 (контроль), 1, 2 i 3 г ФП на 1 гл сусла. Вмют ВДК визначали спектро-фотометричним методом (Pfenninger, 2002). З метою дослГдження впливу ФП Матурекс на якють пива визначали фГзико-хГмГчш показники молодого пива на 7-у добу бродшня та готового пива, отриманих при
додаванш 0 (контроль) i 2 г ФП на 1 гл сусла, за при-йнятими в галузГ методиками (Melet'yev et al., 2008).
Результати та ix обговорення
При впровадженш технологи високогустинного пивоваршня бажаного економГчного ефекту досягають зброджуванням сусла щдвищено! концентрацй', що негативно впливае на метаболГзм дргждж1в, зни-жуючи !х бродильну активнють. Це призводить до подовження тривалосп бродшня, утворення бшьшо! шлькосп побГчних продуклв. З метою пгдвищення активносл дргждж1в тдвищують температуру бродшня, що, в свою чергу, зумовлюе нагромадження бшьшо! шлькосп побГчних метаболтв, зокрема дГа-цетилу. Тому важливо дослГдити вплив концентрацй сусла та температури бродшня на утворення ВДК в npoucci головного бродшня (рис. 1).
-•-14% 9 С 14% 12 С
4 ? 6 7 8 9 10
Тршзалкхь öpojiHHH, ,.i'>
— допустимий BMicT ВДК в молодому гам 0,3 мг/дм3 (Nartsiss, 2007) Рис. 1. Вплив пapaмeтpiв бро.мнни на вмiст ВДК в молодому nrni
АналГзуючи отримаш результати дослщжень, встановлено, що впродовж 5-7-о! дГб бродшня вгдбу-ваеться редукщя ВДК зГ зменшенням !х вмюту. Подовження процесу до 9 дГб не впливае на вмют джетошв у молодому пивг
Найнижчий вмют ВДК спостерГгали при темпера-турГ бродшня 9 °С. Проте вона несприятлива для зброджування високогустинного сусла, оск1льки при цьому значно знижуеться бродильна активнють дргж-дж1в (Kharandyuk and Kosiv, 2015), а, отже, зростае тривалють процесу.
0,05
4 5 6 7 8 9
Г]>нк;1 иг ь оридишя, ддб
— допустимий вмкт ВДК в готовому пивГ 0,1 мг/дм3 (Nartsiss, 2007) Рис. 2. Вплив дози препарату Матурекс на вмкт ВДК в молодому пивi
HayKOBHH BicHHK .HHyBMET iMeHi C.3. iKHibKoro, 2017, t 19, № 75
nigBH^eHHH TeMneparypu go 15 °C cnpuago po3M-HO^eHHM gpiKgKiB i b pe3ygbTaTi mBugmin pegyKiii BflK gpiKgKoBHMH KgiTHHaMH. Hu3bKoro BMicTy BflK b MogogoMy nHBi 0,2 Mr/gM3 6ygo gocarHyTo npH 36po-g^yBaHHi cycga KoHieHipaiieM 16% CP npH TeMnepa-Typi 15 °C.
BpaxoByMHH, ^o b roToBoMy nHBi noporoBe 3HaneH-hh BflK cTaHoBHTb 0,1 Mr/gM3, pegyKiiiH B,3,K Big 3Ha-neHHH 0,2 go 0,1 Mr/gM3 cnpmHHHTHMe TpHBage go3pi-BaHHH nHBa, ^o 3MeHmyBaTHMe e^eKTHBHicrb Horo bh-po6HHiTBa. ToMy goiigbHo gocgigHTH BngHB ®n MaTy-peKc npu go3yBaHHi 1, 2 i 3 r ®n Ha 1 rg cycga Ha BMicT B^K b MogogoMy nuBi, nopiBHMMHH 3 KoHTpogbHHM 3pa3KoM, go HKoro ^epMemHHH npenapaT He gogaBagu
(puc. 2). ^k noKa3agu pe3ygbTaTH gocgigKeHb, 36igb-meHHH go3H ^epMemHoro npenapaTy Big 1 go 2 r/rg npu3Bogugo go 3HHKeHHH BMicTy B,3,K b MogogoMy nHBi. nogagbme nigBH^eHHa go3H He Mago cyTTeBoro BngHBy. ToMy onTHMagbHoM go3oM ®n e 2 r/rg, npu hkh B5Ke Ha 6-y go6y 6pogiHHH 3HanHo 3HHKyBagacb KoHieHTpaiia B,3,K b MogogoMy nuBi go 0,15 Mr/gM3, a Ha 8-y go6y gocaraga 3HaneHHa, xapaKTepHoro gga roTo-Boro nHBa - 0,1 Mr/gM3.
npu BnpoBagKeHHi 3MiH y TexHogoriw nuBoBapiHHH BaKgHBo, ^o6 HKicHi noKa3HHKH nHBa He noripmyBa-gucb. 3 iieM MeToM KompogMBagu $i3HKo-xiMiHHi noKa3HHKH Mogogoro Ta roToBoro nHBa (Ta6g.).
Тa6мицм
OniiKo-xiMi'iiii noKimiiiKii Mo.iogoio Ta roToBoro nHBa
noKa3HHKH Mogoge nHBo ToTOBe nHBo
flo3a On, r/rg flo3a On, r/rg
0 2 0 2
KoHiernpaiifl cycga, % CP 16,30 16,23 16,30 16,23
BMicT eTaHogy, % o6. 6,80 6,82 7,22 7,23
BMicT eKcTpaKTy, % Mac.:
BHgHMHH 3,35 3,32 3,18 3,19
giHcHHH 5,72 5,69 5,54 5,59
BMicT B^K, Mr/gM3 0,20 0,12 0,15 0,08
pH 4,54 4,55 4,49 4,52
KucgoTHicTb, cm3 1h Na0H/100 cm3 2,3 2,3 2,3 2,3
Pe3ygbTaTH gocgigKeHb 3acBig^HgH, ^o Bci 3pa3KH roToBoro nHBa BignoBigagH BHMoraM cTaHgapTy, goga-BaHHH ^epMeHTHoro npenapaTy MaTypeKc He BngHBago Ha $i3HKo-xiMinHi noKa3HHKH Mogogoro Ta roToBoro nHBa - BMicT eKcrpaKTy Ta eTaHogy, pH i KucgoTHicTb, a gume go3Bogago 3HH3HTH BMicT B,3,K
BlICIIOBK'll
OTpHMaHHH Hanora bhcokoi aKocri - BaKgHBe 3a-BgaHHH TexHogorii' nHBa, 3oKpeMa BHcoKorycTHHHoro nHBoBapiHHa aK cynacHoi eHeproo^agHoi TexHogorii. 3HanHy pogb y ^opMyBaHHi cMaKy nHBa BigirpaMTb вiцннagbнi giKeToHH. 3 MeToM 3HHKeHHa i'x BMicTy y nHBi Ta npHmBHgmeHHa npoцeciв noro go3piBaHHa b TexHogorii BHcoKorycTHHHoro nHBoBapiHHa, 36igbmeHHa e^eKTHBHocTi внpo6ннцтвa peKoMeHgyerbca 36pogKy-BaTH cycgo KoH^mpa^era 16% cyxHx penoBHH npH TeMnepaTypi 15 °C BnpogoBK 7 gi6 3 gogaBaHHaM $ep-MeHTHoro npenapaTy MaTypeKc y KigbKocri 2 r Ha 1 rg cycga.
Bi6giorpa$iHMi iIOCII. lainm
Kosiv, R., Kharandiuk, T., Polyuzhyn, L., Palianytsia, L., Berezovska, N. (2016). Optimization of Main Fermentation of High-Gravity Wort. Chemistry and Chemical Technology. 10(3), 349-353. Boulton, C., Box, W. (2003). Formation and disappearance of diacetyl during lager fermentation, in Brewing Yeast Fermentation Performance. Smart, K. Ed. Blackwell Science: Oxford, 183-195.
Inoue, T., Yamamoto, Y. (1970). Diacetyl and beer fermentation. Proc. Am. Soc. Brew. Chem. 28, 198208.
Garcia, A., Garcia, L., Diaz, M. (1994). Modelling of diacetyl production during beer fermentation. J. Inst. Brew. 100, 179-183.
Saerens, S., Verbelen, P., Vanbeneden, N., Thevelein, J., Delvaux, F. (2008). Monitoring the influence of high-gravity brewing and fermentation temperature on flavour formation by analysis of gene expression levels in brewing yeast. Appl. Genet. Mol. Biotechnol. 80, 1039-1051.
Krogerus, K., Gibson1, B. (2013). Diacetyl and its control during brewery fermentation. The Institute of Brewing & Distilling. 119, 86-977.
Verbelen, P., de Schutter, D., Delvaux, F., Verstrepen, K., Delvaux, F.R. (2006). Immobilized yeast cell systems for continuous fermentation applications. Biotechnol. Lett. 28, 1515-1525.
Pfenninger, H. (2002). Methods collection of the Mitteleuropäischen Brautechnischen
Analysenkommision. MEBAK, 134.
Melet'yev, A.C., Todosiychuk, S.R., Koshova, V.M. (2008). Tekhnokhimichnyy kontrol' solodu, pyva ta bezalkohol'nykh napoyiv. Vinnytsya: Nova knyha (in Russian).
Nartsiss, L. (2007). Kratkiy kurs pivovareniya. SPb: Professiya (in Russian).
Kharandyuk, T.V., Kosiv, R.B. (2015). Vplyv temperatury na brodyl'nu aktyvnist' pyvnykh drizhdzhiv. Odesa: Zbirnyk naukovykh prats' molodykh uchenykh, aspirantiv ta studentiv. 157 (in Ukrainian).
Cmammn nadiümna do peda^ii 28.02.2017
