CC BY
71
ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 664.66.022.3
Технология переработки остаточных пивных дрожжей
для использования в хлебопекарном производстве
B.Е. Куцакова,
д-р техн. наук; Т.В. Шкотова, канд. техн. наук;
C.В. Ефимова, аспирант; Т.В. Чичина, аспирант
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Важной тенденцией развития хлебопекарного производства в мире и в нашей стране является повышение пищевой ценности хлебобулочных изделий. Это достигается путем расширения ассортимента продукции диетического назначения, главным образом за счет обогащения изделий жизненно важными и незаменимыми нутриентами.
Генеральная цель хлебопекарной промышленности нашей страны сформулирована на основании «Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2020 года» и Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации как полное удовлетворение потребностей населения в безопасных отечественных хлебобулочных изделиях при обеспечении стабильности внутреннего производства. При этом удовлетворение потребностей предполагает наличие продукции надлежащего качества, в объеме и ассортименте, соответствующих предпочтениям различных групп населения. Реализация этой цели позволит решить задачи обеспечения продовольственной безопасности в сфере хлебопечения. Концепция предполагает переход к инновационному типу развития хлебопекарной промышленности, который предусматривает улучшение ассортимента выпускаемой продукции при снижении удельных затрат ресурсов всех видов [1].
Для достижения поставленной цели особый интерес представляет применение побочных продуктов пивоварения для обогащения витаминного и минерального состава готовых изделий. Наиболее ценным отходом пивоварения являются остаточные
пивные дрожжи (ОПД). Состав пивных дрожжей уникален: витамины группы В, а также D, E, F, К и важные микроэлементы, находящиеся в биоусвояемой форме [2]. В больших количествах в пивных дрожжах содержится трипептид глутатион, имеющий в своем составе глицин, глютаминовую кислоту и цистеин с -БН-группой. В дрожжах глутатион находится как в окисленной, так и в восстановленной форме. Глута-тион — биохимически важный активатор некоторых ферментов, природный антиоксидант, обладающий противораковыми свойствами [3]. Качество белка ОПД определяется содержанием в нем всех аминокислот: лизина, гистидина, тирозина, треонина, метионина в количестве соответственно 7,67; 3,99; 3,86; 5,61; 1,48% общей массы белка [4]. Разнообразный химический состав биомассы пивных дрожжей делает этот вид отходов весьма перспективным сырьем для производства ценного белково-витаминного ингредиента, используемого в хлебопекарной промышленности.
Наряду с повышением биологической ценности хлеба и хлебобулочных изделий значимым является вопрос интенсификации процесса производства данного вида изделий. Одним из основных и наиболее длительных этапов в технологии производства хлеба и хлебобулочных изделий является брожение (созревание) теста. Длительность брожения теста исчисляется часами и составляет большую часть общей длительности производственного процесса приготовления теста. При этом для брожения теста требуются и соответственно большие емкости (дежи, бункера и т. п.). Это делает
28 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2014
особо актуальной задачу форсирования созревания теста в период его брожения, до разделки [5]. Форсирование процесса созревания теста может быть достигнуто за счет введения специальных добавок, повышающих подъемную силу дрожжей. К таким добавкам можно отнести и ОПД.
Количество остаточных (отработанных) пивных дрожжей напрямую связано с количеством выпускаемого пива и составляет примерно 1,2% объема пива. При пересчете на абсолютно сухое вещество годовые объемы отработанных пивных дрожжей в России могут составить 1,0-1,3 млн т. Однако большая часть отработанных пивных дрожжей оказывается невостребованной.
Основными факторами, препятствующими широкому использованию отработанных, деактивированных пивных дрожжей в пищевой промышленности, являются сильно выраженная горечь и большое количество нуклеиновых кислот, содержащихся в остаточных пивных дрожжах, при расщеплении которых образуется мочевая кислота, что приводит к мочекаменной и желче-каменной болезни. Горечь остаточных пивных дрожжей обусловлена образовавшимися из хмеля в процессе производства пива изо-альфакислотами. Они в значительном количестве содержатся как в жидкой фазе в остатках молодого пива, так и в адсорбированном состоянии на поверхности дрожжевых клеток. Кроме того, следует отметить, что, несмотря на то что белок дрожжей сбалансирован по содержанию аминокислот и напоминает белок мяса, он плохо переваривается из-за высокой устойчивости полисахаридных клеточных стенок дрожжей к действию пищеварительных ферментов.
Существующие способы переработки остаточных пивных дрожжей путем термолиза, автолиза, плазмолиза и цитолиза являются длительными, энергоемкими и сложными для практического применения. При этом готовый продукт имеет недостаточно высокое качество.
Задачей данного исследования является получение белкового ингредиента на основе остаточных пивных дрожжей с повышенной пищевой ценностью за счет увеличения переваримости дрожжевых белков и удаления нуклеиновых кислот. Исследуется также возможность применения полученного белкового ингредиента из ОПД при производстве пшеничного хлеба.
Технология получения белкового ингредиента из ОПД заключается в том, что остаточные пивные дрожжи разбавляют водой в соотношении 1:1 и концентрируют центрифугированием при 3000 мин-1 в течение 7-10 мин. Полученный осадок гомогенизируют при перепаде давлений 200-220 атм, далее полученную суспензию обрабатывают гидроксидом натрия при рН 9,0-10,0 и температуре 50.. .60 °С в течение 10 мин, после чего нейтрализуют соляной кислотой до рН 6,5-7,0 и сушат. Сушку суспензии проводят при температуре теплоносителя на входе в сушильный агрегат 150.160 °С.
В полученном продукте измерение горечи проводилось согласно методу European Brewery Convention (EBC, 1987) и определялось в вытяжке числом стандартных единиц горечи BU. Исходная горечь в дрожжах составляет 85,7 BU. Конечная горечь в продукте — 0 BU [6]. Исследование содержания нуклеиновых кислот (высокомолекулярных) в готовом продукте — по методу O. Bendova, A. Kotyk, G. Basarova, M. Kahler. STANOVENINUKLEO-
Рис. 1. Влияние доли внесения белкового ингредиента из ОПД на подъемную силу хлебопекарных дрожжей
ТЕХНОЛОГИЯ
УУСНКУБЕЬШ — показало, что образцы полученного препарата из остаточных пивных дрожжей содержат следовые количества РНК, содержание ДНК в образцах менее 0,1%. Такое снижение содержания нуклеиновых кислот увеличивает пищевую ценность получаемого продукта за счет уменьшения риска накопления мочевой кислоты, образующейся в организме из пуринов в составе РНК и ДНК [7]. Кроме того, необходимо отметить, что переваримость протеина необработанных остаточных сухих пивных дрожжей составляет 40-45%. Использование данной технологии обработки остаточных пивных дрожжей позволяет увеличить процент переваримости до 90-92%, что подтверждается результатами исследования содержания сырого и переваримого протеина в образцах полученного белкового препарата: среднее содержание сырого протеина по ГОСТ 51417-99 составляет 46±1%, среднее содержание переваримого протеина по ГОСТ51432-99 — 42±1%, тогда как средняя переваримость протеина в образцах полученного белкового препарата — 91±1%.
Как отмечалось ранее, в настоящее время одной из наиболее важных проблем хлебопекарной промышленности является вопрос интенсификации процесса производства хлеба, в частности этапа брожения теста, основной задачей которого является разрыхление теста диоксидом углерода при сбраживании сахаров хлебопекарными дрожжами. Основным показателем качества хлебопекарных дрожжей является подъемная сила.
В данной работе исследовано влияние полученного белкового ингредиента на качество (подъемную силу) дрожжей (рис. 1). Подъемную силу хлебопекарных дрожжей определяли по ГОСТ Р 54731-2011 «Дрожжи хлебопекарные прессованные. Технические условия». Белковый ингредиент вносили в смеси с мукой в количестве 0,5-2% массы муки.
Из полученных данных (см. рис. 1) видно, что внесение белкового ингредиента на основе ОПД в количестве 0,5-1% массы муки позволяет увеличить подъемную силу хлебопекарных дрожжей на 23-43%. Такое выраженное стимулирующее влияние на сбраживающую активность дрожжевых клеток белкового ингредиента из ОПД связано с обогащением питательной среды хлебопекарных дрожжей витаминами, аминокислотами и минераль-
5 • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 29
ТЕХНОЛОГИЯ'
30 60 90
Продолжительность брожения, мин
0 %
| 0,5 %
| 1 %
| 2 %
Рис. 2. Изменение титруемой кислотности в процессе брожения
в зависимости от доли внесения белкового ингредиента из ОПД к массе муки при производстве хлеба из пшеничной муки высшего сорта
0
120
170 150 130 110 90 70 50
30
60 90
Продолжительность брожения, мин
120
0 %
| 0,5 %
| 1 %
| 2 %
190
30
Рис. 3. Влияние доли внесения белкового ингредиента из ОПД к массе муки на газообразующую способность теста в процессе брожения при производстве хлеба из пшеничной муки высшего сорта
Показатель Значение показателей качества пшеничного хлеба при доле внесения белкового ингредиента из ОПД к массе муки, %
0 0,5 1 2
Удельный объем хлеба, мл/100 г 313 360 399 387
Формоустойчивость подового хлеба (Н : 0), дол. ед. 0,5 0,45 0,42 0,38
Упек, % 8,97 6,93 6,33 5,32
Пористость мякиша, % 74,8 76,5 81,5 80,8
ными веществами, входящими в состав ОПД. Последующее снижение подъемной силы хлебопекарных дрожжей при внесении более 1% добавки из ОПД к массе муки, предположительно, может быть связано с влиянием меланоидинов, образующихся в процессе переработки остаточных пивных дрожжей. Образование меланоидинов в результате реакции Майара снижает эффективность использования обогатителя из ОПД за счет снижения количества аминокислот и сахаров. Кроме того, в процессе образования меланоидинов происходит образование ряда промежуточных соединений,
таких как алифатические альдегиды и кетоны, а также гетероциклические производные имидазола, пиррола и пиразина. Известны и антисептические свойства меланоидинов [8].
В настоящей работе представлены также исследования влияния введения полученного белкового ингредиента на основе ОПД на ход технологического процесса и основные показатели качества хлеба из пшеничной муки высшего сорта. Белковый ингредиент вносили в смеси с мукой в количестве 0,5-2%. Тесто готовили безопарным способом по следующей рецептуре (кг): мука пшеничная хлебопекарная высше-
го сорта — 1,0; дрожжи хлебопекарные прессованные — 0,025; соль поваренная пищевая — 0,015.
При изготовлении пшеничного теста проводилось измерение титруемой кислотности и газообразующей способности (ГОС) теста через каждые 30 мин в процессе брожения. Результаты измерений представлены на рис. 2 и 3.
Из этих рисунков видно, что с увеличением доли внесения белкового ингредиента на основе ОПД к массе муки до 1% наблюдается выраженная интенсификация процесса кислотона-копления и газообразования в процессе брожения. Необходимое значение титруемой кислотности в конце брожения (3±0,5 град) в соответствии со стандартами для пшеничного хлеба было достигнуто за 90 мин брожения, в то время как в контрольном образце время брожения до достижения показателя титруемой кислотности (3±0,5 град) составило 120 мин. Однако при последующем увеличении доли внесения белкового ингредиента (до 2% к массе муки) дальнейшего снижения продолжительности брожения не происходит, а значения тити-труемой кислотности и ГОС в образце теста с внесением 2% ингредиента из ОПД снижены по сравнению с образцом с внесением 1% ингредиента из ОПД к массе муки.
Установлено, что внесение полученного белкового ингредиента позволяет также сократить продолжительность расстойки тестовых полуфабрикатов. Наибольшее снижение продолжительности расстойки тестовых полуфабрикатов наблюдается при внесении 1% ингредиента из ОПД к массе муки (продолжительность расстойки уменьшается на 23,2% по сравнению с контрольным образцом).
Влияние полученного белкового ингредиента на качество готовых изделий представлено в таблице.
Анализ качества готовых изделий (см. таблицу) показывает, что при введении белкового ингредиента из ОПД в рецептуру пшеничного хлеба в количестве 0,5-1% удельный объем хлеба увеличивается на 13-27%, пористость — на 1,7-6,7%, а упек уменьшается на 2,04-2,64% по сравнению с контрольным образцом. Кроме того, у изделий с добавкой белкового ингредиента из ОПД увеличивается пищевая ценность. Результаты расчетов показали, что при внесении 1% полученной белковой добавки к массе муки при производстве пшеничного хлеба
30 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2014
'ТЕХНОЛОГИЯ
содержание витамина РР и витамина В2 увеличивается соответственно в 2,2 и 3 раза по сравнению с контрольным образцом. Кроме того, коэффициент рациональности аминокислотного состава (йс) возрастает с йс = 0,47 (для контрольного образца) до йс = 0,5 (для образца с внесением 1% белкового ингредиента из ОПД).
Таким образом, представлена технология переработки остаточных пивных дрожжей, позволяющая получить белковый ингредиент из ОПД с повышенной пищевой ценностью за счет снижения горечи в готовом продукте до 0 Ви, увеличением переваримости протеина дрожжей до 90-92% и практически полным удалением нуклеиновых кислот. Использование белкового ингредиента, полученного по предлагаемой технологии, в количестве 1% к массе
муки при производстве пшеничного хлеба позволяет сократить процесс брожения и расстойки соответственно на 25 и 23,2%. При этом увеличивается удельный объем хлеба на 27%, пористость — на 6,7, а упек уменьшается на 2,64% по сравнению с контрольным образцом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шапошников, И. И. Концепция и прогноз развития хлебопекарной промышленности России в 2011-2015 гс /И. И. Шапошников// Хлебопечение России. — 2011. — № 1. — С. 4-7.
2. Bekatorou, A. et al.: Food Grade Yeasts, Food Technol. Biotechnol. 44 (3) 407-415, 2006.
3. Чижикова, О. Г. Разработка порошкового полуфабриката для хлебопекарного производства/О. Г. Чижикова, Т. В. Тилин-дис, Н. О. Коршенко, Л. О. Абдулаева//Тех-
ника и технология пищевых производств. — 2012. — № 2. — С. 24-29.
4. Киреееа, Т. В. Хлеб на основе остаточных пивных дрожжей/Т. В. Киреева//Известия вузов. Пищевая технология. — 2008. — № 4. — С. 28-30.
5. Ауэрман, Л.Я. Технология хлебопекарного производства: учебник, 9-е изд., перераб. и доп.; под общ. ред. Л. И. Пучковой/Л. Я. Ауэрман. — СПб.: Профессия, 2002. — 416 с.
6. Куцакоеа, В. Е. К вопросу об удалении горечи из отработанных пищевых дрожжей/В. Е. Ку-цакова, В. Ф. Фролов, Т. В. Шкотова, Т.В. Чи-чина//Известия вузов. Пищевая технология. — 2012. — С. 67-69.
7. Kvasinkyvevyzkumu a praxi. Red. Ko-ckova-Kratochvilova A. — Praha: Academia, 1986.
8. Космачееская, О. В. Вездесущая реакция Майара/О. В. Космачевская//Химия и жизнь. — 2012. — № 2. &
Технология переработки остаточных пивных дрожжей для использования в хлебопекарном производстве
Ключевые слова
белковый ингредиент; остаточные пивные дрожжи; хлеб из пшеничной муки. Реферат
Важной проблемой хлебопекарной промышленности является улучшение ассортимента выпускаемой продукции при снижении удельных затрат ресурсов всех видов. Для решения данной проблемы особый интерес представляет применение побочных продуктов пивоварения — остаточных пивных дрожжей. Состав пивных дрожжей уникален: они содержат полноценный по своему аминокислотному составу белок, витамины группы В, й, Е, Р, К и важные микроэлементы. Разнообразный химический состав биомассы дрожжей делает их перспективным сырьем для производства ценного белково-витаминного ингредиента, используемого в хлебопекарной промышленности. Существующие способы переработки остаточных пивных дрожжей длительны, энергоемки и сложны в применении. При этом готовый продукт имеет недостаточно высокое качество вследствие низкой переваримости полученных белковых добавок, что снижает их пищевую ценность, а горечь и наличие нуклеиновых кислот в конечном продукте затрудняет их применение в пищевой промышленности. В статье предложена технология получения обезгореченного белкового ингредиента на основе остаточных пивных дрожжей с повышенной пищевой ценностью, увеличенной переваримостью протеина дрожжей с 40-45 до 90-92% и практически полным удалением нуклеиновых кислот. Показано, что использование ингредиента, полученного по предлагаемой технологии, в количестве 1% к массе муки при производстве пшеничного хлеба позволяет сократить процесс брожения и расстойки соответственно на 25,0 и 23,2%. При этом удельный объем хлеба увеличивается на 27%, пористость — на 6,7, а упек уменьшается на 2,64% по сравнению с контрольным образцом.
Авторы
Куцакова Валентина Еремеевна, д-р техн. наук, профессор; Шкотова Татьяна Викторовна, канд. техн. наук; Ефимова Светлана Васильевна, аспирант; Чичина Татьяна Викторовна, аспирант
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет
информационных технологий, механики и оптики,
191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, [email protected]
Technology for Processing Residual Brewer's Yeast for Use in Bread Production
Key words
protein ingredient; residual brewer's yeast; wheat bread. Abstracts
Improving the range of products while reducing the unit cost of resources of all kinds is an important issue when it comes to the baking industry. The use of brewing byproducts — remaining brewer's yeast — could be a good solution to this issue. The ingredients of brewer's yeast is unique: they contain protein and B, D, E, F and K vitamins valuable in terms of their amino acid composition as well as of important microelements. The diverse chemical composition of yeast biomass makes it suitable foodstuff to produce valuable protein and vitamin ingredients for baking industry. The existing methods of processing remaining brewer's yeast consume too much time, energy and are complicated in terms of its practical application. At the same time due to the low digestibility of produced protein supplements the ready-made product has insufficient quality, which decreases its nutritive value, and the bitterness and the presence of nucleic acids in the end product make it more difficult to use these methods in the food industry. The article features the technology of producing an unbittered protein ingredient on the basis of remaining brewer's yeast that has high nutritive value, increasing the digestibility of the yeast protein from 40-45% to 90-92% and almost completely removing nucleic acids. The research shows that the use of the ingredient produced by applying the suggested technology at a ratio of 1% to the flour mass when producing wheat bread allows to reduce the time needed for fermentation and proving by 25.0% and 23.2% respectively. At the same time there is a 27% increase of specific bread volume, a 6.7% increase of porosity and a 2.64% decrease of oven loss compared to the reference template.
Authors
Kutsakova Valentina Eremeevna, Doctor of Technical Science, Professor; Shkotova Tatyana Viktorovna, Candidate of Technical Science; Efimova Svetlana Vasilyevna, Graduate Student; Chichina Tatyana Viktorovna, Graduate Student
St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics,
9, Lomonosova St., St. Petersburg, 191002, [email protected]
б • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 31
