CC BY
208
Современные тенденции переработки
основных побочных продуктов пивоварения
Е.Ю. Руденко
Самарский государственный технический университет
Основные побочные продукты пивоварения — пивная дробина, избыточные дрожжи и кизельгуровый осадок. Необходимость их локальной переработки с выделением и использованием содержащихся в них ценных компонентов обусловливается экономической и экологической целесообразностью. Для устранения загрязнения окружающей среды на пивоваренных заводах постоянно ведутся поиски путей уменьшения количества отходов производства, полного устранения их образования или их использования.
Основные направления использования пивной дробины — производство кормов и продуктов питания. В сельском хозяйстве сырая пивная дробина чаще всего служит добавкой к молокогонным и белковым кормам для сельскохозяйственных животных и птицы взамен мясокостной муки. Пивная дробина имеет высокую усвояемость: белковых веществ — на 71-76 %, жира — на 80-82 %, безазотистых экстрактивных веществ — на 60-65 %, клетчатки — на 40-45 % [2]. В настоящее время на основе пивной дробины разработаны корма и кормовые добавки для различных видов и возрастных групп сельскохозяйственных животных и птицы [2].
При использовании влажной пивной дробины возникает ряд проблем, главные из которых — ее низкая стойкость при хранении и трудности при перевозке. В дробине сохраняют жизнеспособность большинство микроорганизмов, находившихся на поверхности исходного зерна, поэтому при температуре 15...30 °С дробина быстро портится, вследствие чего срок ее хранения составляет 24-74 ч. При хранении сырой пивной дробины возможно также накопление в ней микотоксинов, вызывающих у животных гепатотоксиче-ский эффект. Поэтому в жаркое время года желательно предварительно обрабатывать дробину и непосредственно отпускать свежую дробину потребителям в холодное время года. Существует несколько способов предварительной обработки сырой пивной дробины: консервирование, центрифугирование, фильтрование [4] и сушка [5]. Возможны также различные комбинации этих методов [3]. Силос, получаемый при консервировании пивной дробины традиционными методами, при
помощи специальных силосных заквасок или ферментных препаратов из-за низкой кислотной стабильности рекомендуется скармливать в течение короткого периода времени. Для увеличения сроков хранения силоса используют химические вещества (чаще всего — органические кислоты). Кормовые продукты, получаемые при центрифугировании или фильтровании сырой пивной дробины, являются экологически чистыми, имеют высокое содержание белка, сохраняют минеральные вещества и витамины основного продукта [3]. Сухая пивная дробина — экологически чистый продукт, стоек при хранении и транспортабелен. Однако при сушке часть белковых веществ дробины превращается в непере-вариваемую форму, что вызывает снижение питательной ценности сухой дробины по сравнению со свежей. Обработанная дробина применяется в качестве корма для животных непосредственно или после предварительного смешивания с другими отходами пивоваренного (осадочные дрожжи) или солодовенного (отсев, ростки [4]) производств.
Пивную дробину можно применять для производства белковых концентратов. Они могут быть получены из пивной дробины несколькими способами: гидролизом с последующим брожением продуктов гидролиза, газификацией, дальнейшим синтезом метанола и его биоконверсией либо экстракцией. Чаще всего проводят гидролиз пивной дробины с применением ферментов целлюлолитического действия [6] с последующим культивированием на гидролизатах микроорганизмов-продуцентов белков — дрожжей родов Candida, Yarrowia или Endomycopsis [6, 7, 8]. Получаемые белковые концентраты, содержащие 30-61 % сырого белка, могут быть использованы для приготовления пищевых продуктов или кормов для животных.
В последнее время пивную дробину все чаще добавляют в диетические продукты питания, хлебобулочные, макаронные и кондитерские изделия [1]; мясные и молочные системы. В пищевой промышленности редко используют сырую пивную дробину, в основном ее высушивают и перемалывают в муку, применяя различные технологии. Получаемая мука богата белком, целлюлозой, содержит основные
микроэлементы (Са, Р, Мп, Zп, Fe, Си), жирные кислоты, витамины Е и F. Пищевая и биологическая ценность муки из пивной дробины позволяет заменять ею 10-15 % пшеничной муки при изготовлении хлебобулочных изделий. С увеличением содержания дробины повышаются водопоглотительная способность теста и время его образования, а устойчивость во времени уменьшается. Благодаря этому в тесто необходимо вводить дополнительное количество воды, что позволяет увеличивать выход хлеба и экономить муку. Готовые изделия по органолептическим и физико-химическим показателям практически не отличаются от изделий, приготовленных обычным способом, но содержат большее количество пищевых волокон, минеральных и белковых веществ.
Включение в рецептуру хлеба муки из пивной дробины позволяет замедлить процесс черствения и повысить сохранность изделия. Замена части пшеничной муки при изготовлении хлебобулочных изделий на пивную дробину с экономической точки зрения выгодно для развивающихся стран, вынужденных постоянно закупать пшеницу. В промышленно развитых странах более перспективно применение дробины в производстве хлопьев, печенья, бисквитов и других кондитерских изделий. При производстве кондитерских изделий в смеси с другими рецептурными компонентами добавляют муку из пивной дробины в количестве 15-30 %. Полученные изделия имеют золотисто-кофейный цвет, тонкослойную структуру, равномерную пропеченность, вкус и запах, свойственные данным видам изделий, и отвечают всем качественным требованиям.
Использование муки из пивной дробины позволяет снизить себестоимость мучных кондитерских изделий, обогатить их пищевыми волокнами и исключить из рецептуры жженку, содержащую продукты глубокого распада сахаров, вредные для организма человека. Применение при приготовлении выпечки различных вкусовых, ароматических и функциональных добавок позволяет значительно расширить и разнообразить ассортимент выпускаемых кондитерских изделий. Пивная дробина может быть одним из ингредиентов функциональных композиций, используемых в мясоперерабатывающей промышленности [1]. Применение дробины в производстве мясопродуктов приводит к увеличению рентабельности производства и одновременно с этим обогащает продукты макро- и микронутриентами.
Разработана и запатентована полностью безотходная технология производства ксилита из пивной дробины. Из 1 т дробины помимо ксилита получается 150 кг белковой пасты или 50 кг белкового концентрата, которые используют в хлебопекарной промышленности в качестве
ценных питательных добавок, поскольку не содержат жиров и холестерина. Оставшиеся 750 кг представляют собой универсальный корм для сельскохозяйственных животных. Слегка изменив технологию, на том же оборудовании из дробины можно получать этиловый спирт, а попутно — активированный уголь, углекислоту в виде сухого льда, энтеросорбенты медицинского и ветеринарного назначения, топливные брикеты, волокнистые плиты, кислород, водород, фурановые смолы — связывающий компонент для разных видов ракетного топлива. Помимо ксилита пивная дробина служит источником получения глюкозы, глутаминовой кислоты, глута-мата натрия, аминокислот, липидов, углеводов и т.п. [9].
В связи с тем что цены на нефть и газ растут очень быстро, пивоваренные предприятия могут использовать пивную дробину в качестве источника энергии. Это позволит покрыть 60 % их потребности в энергии. Незначительные прямые капиталовложения относительно быстро амортизируются быстрорастущими затратами на энергию. Получать энергию из пивной дробины можно несколькими способами: путем ее газификации, пиролиза (с образованием кокса, метанола, смолы и газов, в частности Н2, метана и этилена и т.д.), переработки на спирт, непосредственного сжигания или получения биогаза. Чаще всего получают биогаз или производят непосредственное сжигание пивной дробины. Теплота сгорания пивной дробины влажностью около 81 % составляет 3450 кДж/кг, т.е. она обладает такой же теплотворной способностью, как бурый уголь. Для сжигания пивной дробины требуется температура >850°С. Перед сжиганием влажность пивной дробины снижают на фильтр-прессах до 60 % с повышением теплоты сгорания до 7260 кДж/кг или в дисковых сушилках до 10 % с повышением теплоты сгорания до 16 320 кДж/кг, затем размалывают. Благодаря этому уменьшается стоимость подготовки пивной дробины к использованию в качестве топлива. Дробину сжигают в обычных угольных котлах, в специальных котлах-утилизаторах или в печах для сжигания биомассы [10]. Для снижения степени загрязнения окружающей среды продуктами сгорания увеличивают подачу воздуха для сжигания дробины. При выработке биогаза отработанную пивную дробину (одну или с добавлением остаточных пивных дрожжей) после измельчения, обработки ферментами и разбавления до транспортабельного состояния подвергают периодическому или непрерывному аэробному или анаэробному сбраживанию при помощи метанобразующих микроорганизмов. Образующийся биогаз применяют для обогрева технологического оборудования пивоваренного производства либо для выработки электроэнергии.
Пивную дробину можно использовать как органическое удобрение и мелиорант, улучшающий структуру почв. Для получения органического удобрения дробину смешивают с рисовыми отрубями, мочевиной, рыбокостной мукой или активным илом, в смесь вносят бактерии рода Rhodococ-cus и проводят брожение массы в течение 35-40 сут при периодическом перемешивании 1-3 раза в сутки. Из пивной дробины посредством микробной закваски-биоактиватора и компостных червей Eisenia fétida может быть получен вермикомпост, обладающий высокой степенью гумификации и большим содержанием бациллярного и актиномицетного сообществ микроорганизмов. Для выращивания съедобного гриба вешенки обыкновенной (Pleurotus ostreatus) может быть использован субстрат, содержащий 15-20 % пивной дробины. Внесение пивной дробины способствует увеличению урожайности грибов до 70 % и повышению в них содержания белка в 1,2 раза и жира в 2,4 раза.
Сухую пивную дробину применяют при производстве обычных и силикатных кирпичей для увеличения их пористости и в производстве бумаги [61]. В качестве реагента пивную дробину используют для обработки минерализованных буровых растворов, которые применяют при бурении нефтяных и газовых скважин. Пивную дробину используют как питательную среду для выращивания штаммов микроорганизмов продуцентов комплексов ферментных препаратов. С целью применения пивной дробины для производства косметических препаратов(растворов, эмульсий, паст, мазей, гелей, кремов, лосьонов, пудры и мыла) предложено проводить экстракцию сухой пивной дробины с помощью жидкого или газообразного СО2, находящегося под сверхкритическим давлением.
Остаточные пивные дрожжи чаще всего перерабатывают с получением ав-толизатов или гидролизатов. Автолизаты (дрожжевые экстракты) получают под действием собственных протеолитических ферментов дрожжей, гидролизаты — под действием различных физических факторов (например, механического воздействия или ультразвука), химических веществ (солей, толуола, кислот и т.д.) или экзогенных протеаз. Получаемые гидролизаты и автолизаты содержат продукты гидролиза белков, сахара, нуклеиновые и другие биологически активные соединения. Автолизаты и гидролизаты пивных дрожжей обладают сильным биостимулирующим эффектом, поэтому чаще всего их применяют в качестве добавок к питательным средам для увеличения скорости роста при культивировании дрожжей и других микроорганизмов или используют для получения корма для пчел [11]. При добавлении дрожжевых автоли-затов на белковой паузе затирания солода получают молодое пиво, более насыщен-
ное диоксидом углерода и содержащее повышенное количество аминного азота. Использование дрожжевого автолизата позволяет сократить продолжительность сбраживания на 1 -2 сут, тем самым увеличить оборачиваемость оборудования бродильно-лагерного отделения [12]. Ги-дролизаты используют для производства карамельного красителя.
После удаления горечи (например, при помощи бикарбоната натрия) дрожжи представляют собой высококачественный пищевой продукт, не содержащий токсических компонентов. Белковые вещества пивных дрожжей усваиваются живым организмом на 90 %, углероды — почти полностью, жиры — на 70 %, неорганические вещества тоже в основном представляют легкоусваиваемые элементы. Дрожжи можно использовать в качестве добавки при производстве хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий, мясных продуктов, соусов [13], продуктов детского питания и т.д. Избыточные пивные дрожжи могут быть использованы в качестве задаточных дрожжей при производстве пшеничной водки без изменения качества продукции.
Избыточные пивные дрожжи применяют в производстве кормовых дрожжей несколькими способами: путем высушивания [3] (для получения 1 кг сухих дрожжей расходуется в среднем 16 л жидких) или путем сбраживания многокомпонентной питательной среды, содержащей 30-75 % пивных дрожжей, и дальнейшего инакти-вирования дрожжей. При высушивании дрожжей получают кормовой продукт, который не содержит тяжелых металлов, сохраняет минеральные вещества основного продукта, имеет богатый комплекс витаминов группы В и высокое содержание белка (до 50 %). Включение указанного кормового продукта в рационы сельскохозяйственных животных способствует увеличению прироста живой массы и повышению удоев у крупного рогатого скота [3].
Пивные дрожжи богаты витаминами и могут использоваться для получения медицинских препаратов для лечения и профилактики многих заболеваний [12]. Из отработанных пивных дрожжей выделяют фермент инвертазу (в-фруктофура-нозидазу), который применяют для гидролиза сахарозы.
Кизельгуровый осадок можно использовать в промышленности в качестве адсорбента или добавки при производстве цемента, обычных и силикатных кирпичей, а также в сельском хозяйстве в качестве удобрения, вспомогательного материала для регулирования рН почвы (после смешивания с доломитом, оксидом или гидроксидом кальция) или добавки к комбикормам. При введении кизельгура в почву происходит ее разрыхление, увеличивается объем ее пор, улучшается микробиологическое действие почвы, по-
2 • 2007
67
вышается количество удерживаемом влаги и питательных веществ и десорбция фосфатов; при обработке кизельгуром растений облегчается попадание в них H2SiO3, повышаются прочность стеблей и устойчивость растений к повреждениям и их урожайность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фараджева Е.Д., Шахов С.В., Кораблин Р.В., Прибытков А.В. Новые виды биологически активных добавок из вторичных ресурсов пивова-рения//Сб. науч. тр. Воронеж. гос. технол. акад. 2002. № 12.
2. СницарьА.И, Космодемьянский Ю.В., ДардикВ.Б., Сницарь А.А., Иванов А.В. Обоснование работы и экономической эффективности линии производства муки из пивной дробины//Вестн. «Аро-марос-М». 2004. № 1.
3. Патент № 2215426 Россия, МКИ 7 А 23 К 1/06. Способ переработки отходов пивоваренного производства (варианты)/АД. Рекало, А.В. Иванов — № 2002102187/13 заявл. 29.01.02; опубл. 10.11.03.
4. Дегтерев С.В., Горшков В.А. Комплексная переработка отходов органического происхожде-ния//Проблемы химии и экологии: Тез. докл. обл. конф. молодых уч. и студ. — Пермь, 2000.
5. Патент № 2204263 Россия, МКИ А 23 К 1/16, L 1/30, F 17/10. Способ получения пищевой биодобавки и сушилка для его осуществле-ния/С.Т. Антипов, С.В. Шахов, Е.Д. Фараджева и др. — № 2001131709/13; заявл. 11.23.01; опубл. 05.20.03.
6. Tao Y., Tang B. Исследование кормового белка, подвергнутого инверсии из пивной дробины биологическим методом/Д Anhui Inst. Mech. and Elec. Eng. 2001. 16. № 2.
7. Басс Е.Н., Шакир И.В. Глубинное гетерофазное культивирование дрожжей с использованием пивной дробины//Успехи в химии и хим. технол. 2002. № 5.
8. СвиридовД.А., Гернет М.В., Кобелев К.В. Пивная дробина в производстве белковых концентра-тов//Пиво и напитки. 2005. № 6.
9. Долгушина С.В., Ким А.А. Разработка безотходной технологии переработки пивной дробины — отхода пивоваренной промышленности с целью получения глутаминовой кислоты и других ценных продуктов//Ученые записки МИТХТ. 2003. № 7.
10. Пехер К. Тепловая утилизация пивной дробины — экономически выгодное использование экологически чистого источника энергии//Пиво и напитки. 2006. № 5.
11. Бетева Е.А., Кречетникова А.Н., Горелов С.С., Ильяшенко Н.Г., Гернет М.В. Получение корма для пчел с использованием БАД из осадочных пивных дрожжей//Пиво и напитки. 2004. № 6.
12. Акпаева А.А. Исследование влияния дрожжевого автолизата на ход приготовления сусла, сбраживания и качества пива//Сб. тез. докл. Респ. науч. — практ. конф. «Достиж. науки молодых пр-ву».— Ташкент, 1991.
13. Антипов С. Т., Фараджева Е.Д., Шахов С.В., Прибытков А.В., Кораблин Р.В. Особенности способа получения пищевой добавки из пивной дробины и осадочных дрожжей//Хранение и перераб. сельхозсырья. 2002. № 9 и др. <£ï
Российская академия сельскохозяйственных наук
Государственное учреждение ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПИВОВАРЕННОЙ, БЕЗАЛКОГОЛЬНОЙ И ВИНОДЕЛЬЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ГУ ВНИИ ПБ и ВП)
Объявляет прием
в аспирантуру по специальности
05.18.07 «Биотехнология пищевых продуктов
(алкогольная и безалкогольная промышленность)»
Телефон для справок (495)246-87-82
