CC BY
1Восточно-Сибирский государственный технологический университет
УДК 637.5.6/ S
ТЕХНОЛОГИЯ ПИВА СВЕТЛОГО, ОБОГАЩЕННОГО СЕЛЕНОМ
Одной из актуальных проблем, возникающих в последние годы в пищевой перерабатывающей промышленности, является создание пищевых продуктов, способных служить дополнительными источниками дефицитных компонентов в питании человека и, вместе с тем, расширить ассортимент выпускаемой продукции.
Ключевые слова: здоровое питание, пиво, обогащенный продукт, селен, брожение, дрожжи, размножение, технология
V.N. Luzan, Dr. Sc. (Engineering), Prof.
TECHNOLOGY OF BEER LIGHT, ENRICHED BY SELENIUM
One of the urgent problems arising in recent years in the food processing industry, is to create foods that can serve as additional sources of scarce components in human nutrition and at the same time expand the product range.
Key words: healthy food, beer concentrate, selenium, fermentation, yeast, reproduction, technology
Введение
В охране здоровья человека защитная роль принадлежит антиоксидантам. Известно, что одним из наиболее важных антиоксидантов является селен. Селен как активный антиоксидант выполняет в организме человека особую роль в предохранении печени от токсичных повреждений перекисями, снижает образование свободных радикалов, предохраняет липиды от переоксидации. Токсические повреждения печени человека в первую очередь связывают с употреблением продуктов длительного хранения (окисленных), излишним употреблением спиртных напитков, в том числе пива. В связи с этим разработка технологических подходов к созданию продуктов, обогащенных селеном, обладающих антиоксидантными свойствами, в современных условиях является актуальным направлением. Таким продуктом может служить новый сорт пива, обогащенный селеном.
Цель исследования
Целью настоящей работы явилось изучение возможности использования препарата «Неоселен» для создания технологии пива, обогащенного селеном.
Материалы и методы исследования
Объектами исследований служили: пивные дрожжи, штамм S АМ И 11 Saccharomyces cerevisiae, разведенные до цеховой стадии, с содержанием дрожжевых клеток ^х10б, препарат Неоселен (ФСП 42024710110), основной субстрацией в котором представлен натрия селенит (Na2 SeO3) в виде 0,05%-го раствора в 4%-ном растворе кислоты хлористоводородной, пивное сусло, пиво «Жигулевское» 11%-ное светлое, (ТУ 91S4-023-05224230-04) - контроль и новое пиво «Лунное», обогащенное селеном.
При исследовании массовой концентрации селена в объектах использовали флуоресцентный метод (ГОСТ 49413-S9 (МУК 4.1.033. -95)). Метод основан на взаимодействии селенит-иона с реактивом 2,3-диаминонафталином в кислой среде с образованием соединения 4,5-бензопиазоселенола, экстрагируемого гексаном, измеряемого прибором «Флуориметром 02-2М».
Морфолого-физиологические свойства пивных дрожжевых клеток (морфологическое состояние клеток, биологическая чистота, количество резервных веществ (упитанность дрожжей), число мертвых клеток, а также способность дрожжей к размножению) определяли по методическим указаниям «Лабораторный практикум по технохимическому контролю производства».
Культуральные характеристики дрожжевых клеток изучали, высевая исследуемый материал на плотные и жидкие питательные среды с последующим подсчетом и визуальным наблюдением выросших колоний.
Определение массовой доли сухих веществ, температуры, активной и титруемой кислотности, рН сусла проводили по «Инструкция по технохимическому контролю пивоваренного производства».
Определение цветности пива проводили по ГОСТ 127S9-S7.
Содержание этилового спирта и действительного экстракта пива проводили дистилляционным методом (путем перегонки) ГФ Х1 вып.1.
Органолептические показатели пива определяли согласно Межгосударственному стандарту ГОСТ 30060-9.
Физико-химические показатели готового пива (экстрактивность начального сусла, %, объемная доля спирта, %, кислотность, цветность, мутность) определяли по ГОСТ 12787-81, 12788-81, 12789-81.
Для изучения микробиологических показателей пива (18) использовались следующие документы: СанПиН 2.3.2.1078-01, ГОСТ Р 50474-93, ГОСТ Р 50480-93, ГОСТ 10444.12-88, ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ 30712-2001, ГОСТ 18963-73, ИК 10-04-06-140-87, МУК 4.2.1018-01.
Результаты исследований и их обсуждение
При выборе селенсодержащего препарата остановились на селените натрия. При определении оптимальной дозы препарата селена руководствовались рекомендациями ВОЗ, что пределы безопасного и адекватного суточного потребления микроэлемента селена для взрослого человека составляют 50-200 мкг/сут, однако учитывали и рекомендации Н.А. Голубкиной (РАМН), которая предлагает дифференцировать суточную дозу употребления микроэлемента в зависимости от селенового статуса региона [1].
С целью обоснования дозы, оптимальной для жизнедеятельности дрожжевой клетки, провели экспериментальные исследования. Вносили от 50 до 200 мкг/л селенита натрия в пивное сусло и определяли поведение дрожжевой клетки в процессе брожения в течение 12 часов при температуре 370С по следующим показателям: жизнеспособность, количество почкующихся клеток, упитанных по гликогену, мутности, количеству КОЕ. Контролем служило пивное сусло без добавления селенсодержащей добавки. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что чем больше доза внесения Неоселена в пивное сусло, тем больше жизнеспособных клеток, очевидно, дрожжи используют селен в процессе жизнедеятельности. Известно, что селен замещает серу в серосодержащих аминокислотах, активизируя ферментный комплекс дрожжевой клетки. Поэтому возрастает количество упитанных клеток по гликогену и почкующихся клеток, однако с увеличением дозы введения селенита натрия до 150 мкг/л повышается мутность (0,25 мут.ед.) и соответственно количество дрожжевых клеток, что является нежелательным в производстве пива. В связи с этим в качестве рациональной выбрана доза - 100 мкг/л, что и подтверждают табличные данные. В дальнейших исследованиях использовали обоснованную дозу внесения Неоселена - 100 мкг/л.
Таблица 1
Влияние селенита натрия на морфолого-физиологические характеристики пивных дрожжей
Доза селенита натрия, мкг/л Количество жизнеспособных клеток, % Количество мертвых клеток, % Количество почкующихся клеток, % Упитанность по гликогену, % Количество КОЕ, %
Контроль 72,8 ±0,9 27,2±1,3 5,3±0,8 20,1±1,1 10±1,3
50 73,4±1,1 26,6±0,9 6,5±1,1 21,1±1,3 21±1,1
100 78,2±0,7 21,8±0,7 10,3±1,1 30,5±1,2 33±0,7
150 82,5±1,3 17,5±1,2 12,8±0,9 35,7±0,8 67±1,2
200 85,8±1,1 14,2±1,4 15,4±1,5 41,3±1,3 80±1,7
При выяснении вопроса о стадии введения препарата селена учитывали исследования Н.А. Голубкиной, Я.А. Соколова, С.А. Хотимченко [2], которые утверждают, что дрожжевые клетки при производстве хлеба, также как и молочнокислые бактерии, используют селен в процессе жизнедеятельности и способны аккумулировать микроэлемент.
Следовательно, является возможным внесение селенита натрия на этапах основного брожения или дображивания. Этому вопросу и были посвящены дальнейшие исследования.
Для изучения биохимической активности пивных дрожжей штамм 8 АМ И 11 8ассЬагошусе8 сегеу181ае в присутствии селенита натрия проводили модельные опыты: в стерильное производственное пивное сусло вносили биомассу пивных дрожжей, разведенных до цеховой стадии, с содержанием дрожжевых клеток 18х106 и 0,05%-ный раствор селенита натрия, обеспечивая содержание селена в сусле 100 мкг/л. Опытные и контрольные образцы выдерживали в охлаждающих условиях, в соответствии с традиционной технологией пива светлого «Жигулевское». Процесс основного брожения начального сусла вели по определенному температурному графику. В первые и вторые сутки максимальную температуру воздуха поддерживали на уровне 8-90С в течение 36 часов, после чего температуру постепенно снижали для того, чтобы к концу сбраживания данный параметр пивного сусла составлял 4 - 4,50 С. Продолжительность
Темпе- 12 ратура, оС 10 8 6 4 2 0
18 30 42 54 66 78 90 102 114 126 138 150 Продолжительность, час
162
температура сусла содержащего селен 100 мкг / л
□ Температура сусла, не содержащего селен - контроль
6
Рис. 1. Изменение температуры сусла в процессе основного брожения
Плотностё,
% 10 -
864-
Плотность сусла содержащего селен 100 мкг / л
Продолжительность,час
п плотность сусла без селена - контроль
2
0
Рис. 2. Изменение плотности сусла в процессе основного брожения
0 36 72 144 168
Продолжительность, час
□ Количество клеток в сусле, не содержащего я Количество клеток в сусле, содержащего селен селен - контроль 100 мкг / л
Рис. 3. Рост дрожжевых клеток в процессе основного брожения
рН
36
72 144
Продолжительность, час
168
рН сусла, не содержащего селен - контроль
I рН сусла, содержащего селен 100 мкг/л
6
5
4
3
2
0
0
Рис. 4. Изменение значения рН сусла в процессе основного брожения основного брожения составила 7 суток (рис. 1).
Окончание процесса брожения определяли по предельным значениям плотности (или содержанию видимого экстракта), которые должны находиться в пределах от 3,9 до 4,1%.
В течение всего процесса основного брожения пивного сусла изучали ряд показателей, которые позволили установить особенности данного биохимического процесса по стадиям, различные по внешнему виду поверхности сбраживаемого сусла, а также по изменению экстрактивности и степени осветления молодого пива в присутствии селена. В технологии приготовления пива различают 4 стадии главного брожения начального сусла: забел; период низких завитков; стадия высоких завитков; стадия опадания завитков и формирования деки.
Сравнительный анализ по всем стадиям главного брожения начального сусла производили как контрольных, так и опытных образцов.
На первой стадии брожения, называемой забелом, которая продолжалась 36 часов, в контрольном образце на поверхности бродящего сусла по периферии появлялась полоса нежно-белой пены, что указывает на процесс интенсивного почкования и размножения дрожжей. При этом плотность сусла снижалась на 2 % в сутки, а температура поднималась на 20С в сутки (рис. 1 и 2). К окончанию первой стадии в контрольном сусле плотность составляла 9%, а температура - 100С. В опытных образцах появление нежно-белой пены наблюдалось уже в первые сутки сбраживания сусла, что говорит о более быстрой адаптации дрожжевых клеток к пивному суслу и интенсивному их размножению (рис. 3).
Дрожжи, оседая, увлекали за собой селен. Установлено, что 19% селена осело с осадочными дрожжами, а 81% микроэлемента перешел в молодое пиво.
Вторая стадия брожения, составляющая 36 часов и характеризующаяся образованием завитков за счет выделения диоксида углерода, показывает, что в контрольных и опытных образцах происходит более интенсивное выделение диоксида углерода, что подтверждали выделяющиеся пузырьки и образование густой, компактной, поднимающейся пены в виде завитков. Однако в опытных образцах количество образовавшейся пены больше. Как в контрольных, так и в опытных образцах пена вначале по цвету была белая, а затем постепенно темнела из-за окисления хмелевых смол и частичного обезвоживания. Экстрактивность сусла в этой стадии снижалась на 0,5-1 % в сутки, и рН в конце стадии установилась 4,9 -4,7, при начальном значении 5,6 (рис. 4). Повышение температуры контрольного сусла к окончанию второй стадии прекратилось. В опытных образцах температура продолжала подниматься на 0,5-0,8 0С в сутки.
В начале третьей стадии брожения (стадии высоких завитков), которая продолжалась трое суток, пивное сусло контрольных и опытных образцов охлаждали до 40С, чтобы обеспечить оседание дрожжей. Наблюдалась наибольшая интенсивность брожения, которая отмечалась максимальной температурой процесса брожения пивного сусла с добавлением селенита натрия. Снижение экстрактивности сусла достигало 1-1,5 % в сутки. Пена становилась рыхлой и объемной, а завитки достигали наибольшей величины, при этом верхние участки имели коричневый цвет, нижние - белый, рН снизилась до 4,6-4,4 (рис. 4). Размножение дрожжей приостановилось в связи с недостатком кислорода и уменьшением питательных веществ. В то же время в опытных емкостях брожение сусла продолжалось.
На четвертой стадии, называемой стадией формирования деки, длившейся одни сутки при температуре 40С, было замечено, что в контрольных образцах пена опадала, завитки исчезали, в результате чего поверхность сусла покрывалась тонким слоем деки. Опадание завитков продолжалось двое суток. Экстрактивность сбраживаемого сусла понижалась на 0,5-0,2% в сутки. Прекратилось размножение дрожжей и брожение. В модельных опытах опадание пены наблюдалось на 6-8 часов позднее, чем в контрольных образцах, замечено продолжение процесса брожения. Это объясняется тем, что в опытных партиях содержится большее количество дрожжевых клеток, чем в контрольных образцах (рост количества клеток составил: контроль - 10%, 100 мкг/л - 33%).
Проводились исследования по изучению осветления молодого пива. Данные представлены в таблице 2. Анализ этих показателей показывает, что в контрольных образцах осветление молодого пива проходило быстрее, чем в опытных партиях. Причем в сбраживаемом сусле при добавлении селенита натрия при завершении процесса брожения мутность составила 0,20 мут.ед. ЕВС по сравнению с контролем 0,17 мут.ед. ЕВС. Большая мутность опытных образцов сусла наблюдалась из-за наличия не осевших дрожжевых клеток. Оседание дрожжей в опытных партиях происходит медленнее, что и приводит к помутнению молодого пива.
Таблица 2
Осветление молодого пива в процессе основного брожения
Срок отбора образцов пива Показатели Контроль Добавка селенита натрия 100,0 мкг/л
2 суток Мутность, мут.ед.ЕВС 0,22±0,007 0,25±0,008
Цветность, цв.ед. 0,6±0,001 0,6±0,001
Толщина слоя осевших дрожжей, см 1,0±0,009 0,7±0,002
Содержание селена, мкг/л 8,6±1,7 65±1,8
4 суток Мутность, мут.ед.ЕВС 0,20±0,001 0,23±0,008
Цветность, цв.ед. 0,6±0,002 0,6±0,002
Толщина слоя осевших дрожжей, см 1,2±0,01 1,0±0,008
Содержание селена, мкг/л 8,5±1,5 64±1,6
7 суток Мутность, мут.ед.ЕВС 0,17±0,004 0,20±0,005
Цветность, цв.ед. 0,6±0,003 0,6±0,003
Толщина слоя осевших дрожжей, см 1,5±0,01 1,0±0,008
Содержание селена, мкг/л 7,5±1,1 54±1,5
При понижении температуры до О0 С дрожжи в опытных емкостях более интенсивно оседали на дно. Данные таблицы 2 показывают, что количество селена в молодом пиве с добавкой селена составило 65,0±1,8 мкг/л, что выше внесенного количества - 50 мкг/л (в пересчете на селенит натрия -100 мкг/л). Это свидетельствует о наличии данного микроэлемента в исходном сырье: хмель - 50 ± 1,1 мкг/кг; ячмень - 95± 8,0 мкг/кг; вода - 0,08 мкг/л.
Для более полного оседания дрожжевых клеток необходимо изменить температурный режим в процессе основного брожения, т.е. постепенное снижение температуры до 00С производить не на третьи сутки, как в классической технологии, а на вторые, или, не изменяя температурных параметров, уменьшить количество используемого посевного материала. Для уточнения этого вопроса были проведены модельные экспериментальные исследования с добавлением селенита натрия и с учетом снижения положенного посевного материала. Количество биомассы дрожжей в процессе основного брожения снижали на 10, 15, 20 и 25%. Однако впереди процесс дображивания, после изучения которого можно сказать о количестве снижения биомассы посевных дрожжей.
Таблица 3
Содержание селена в образцах молодого пива по мере его созревания
Пиво, обогащенное
Срок отбора образцов пива Контроль селеном, мкг/л
Содержание селена Содержание селенита натрия
Через 8 суток 7,5±1,5 54,0±1,6, 102,1±8,0
Через 14 суток 7,3±1,0 52,0±1,5 102,4±6,1
Через 21 сутки 7,1±1,1 53,5±1,4 101,5±8,9
Через 28 суток 7,4±1,5 52,4±1,9 105Д±7,7
В пиве после фильтрации 6,8±1,1 43,5±1,7 91,0±3,4
Дображивание молодого пива в производственных условиях производили в течение 21 суток при температуре 0-20С в закрытых сосудах под давлением 0,05 - 0,06 МПа, без соприкосновения пива с воздухом. При дображивании и созревании пива происходят следующие процессы: насыщение диоксидом углерода, осветление и созревание.
По мере созревания молодого пива проводились исследования на содержание селена, данные исследований представлены в таблице 3. Анализ данных таблицы 3, показывает, что с момента закладки в сусло количество селена частично осело с дрожжевыми клетками в процессе основного брожения (18-20%), оставшаяся часть (80-82%) перешла в молодое пиво. В дальнейшем процессе дображивания с интервалами отбора проб в 7 суток были взяты образцы молодого пива. Оказалось, что содержание селена в течение 21 суток не менялось.
Фильтрацию в производственных условиях производили в кизельгуровом фильтре и сепараторе. После фильтрации теряется 17-20% селена, перешедшего в молодое пиво.
Таким образом, данные эксперимента показывают, что при внесении 50 мкг/л селена поступление микроэлемента с исходным сырьем составило 65 мкг/л. В процессе основного брожения часть селена теряется с осевшими дрожжами - 18-20% (11,7-13,0 мкг/л), а часть - 17-20% от оставшегося в молодом
пиве задерживается в процессе фильтрации (8,95-10,5 мкг/л). Однако потери селена после фильтрации могут увеличиваться, когда пиво будет фильтроваться в кизельгуровом фильтре и сепараторе.
Вместе с тем однозначно сказать, что весь селен находится в органическом состоянии, невозможно, но можно предположить, что селен находится в растворе в виде метаболизированной жидкости переработки дрожжей, а следовательно, в органическом состоянии.
Через 7, 14 и 21 сутки дображивания проводились исследования на содержание дрожжевых клеток при уменьшении посевного материала на 10,15, 20 и 25 %. Данные экспериментальных исследований показывают, что на протяжении всего процесса дображивания количество дрожжевых клеток увеличивается, что свидетельствует о продолжении сбраживания сахаров молодого пива.
Показатели содержания дрожжевых клеток в молодом пиве лежат в пределах допустимых значений. Однако при снижении биомассы дрожжей на 20-25% количество клеток недостаточно для того, чтобы завершились процессы созревания пива, поэтому оптимальным количеством уменьшения дрожжевой биомассы следует считать 15-17%.
Исследования физико-химических показателей нового нефильтрованного пива проводили после завершения основных процессов брожения и дображивания (табл. 4).
Таблица 4
Физико-химические и микробиологические показатели молодого нефильтрованного пива
Показатели Пиво контрольное Пиво, обогащенное селеном, 100мкг/л
Без снижения посевного материала После снижения посевного материала на 15-17%
Экстрактивность начального сусла, % 11,0 Не изменяется Не изменяется
Объемная доля спирта, % не менее 4,0 4,1 Не изменяется
Кислотность, к.ед. 2,1 2,3 Не изменяется
Цвет, цв.ед. 0,4-1,5 Не изменяется Не изменяется
Содержание селена, мкг/л 7,4±1,5 50,3±1,3 52,4±1,9
Дрожжевые грибы, КОЕ/л не более (500) 420,0 ±25,0 540±22,0 450,0 ±12,0
Основные показатели пива, обогащенного селеном, не превышают данные значения в контрольных образцах и соответствуют требованиям нормативной документации, что подтверждает предположение, сделанное ранее, о необходимости снижения посевного материала.
Влияние селенита натрия в процессе основного брожения пивного сусла с использованием дрожжей штамма 8 АМ И 11 Saccharomyces cerevisiae позволяет не только сократить количество посевного материала, но и получить продукт с необходимыми для позитивного питания компонентами.
Проведенные исследования позволили выделить ряд технических решений, которые использованы при разработке новой технологии пива.
Сущность разработанной технологии нового пива заключается в применении новых технологических приемов: использование 0,05%-ного раствора селенита натрия в качестве селенсодержащего препарата, снижение посевного материала, а именно пивных дрожжей штамм 8 АМ И 11 Saccharomyces cerevisiae, на 15-17%.
За основу технологической схемы производства пива светлого «Лунное» была взята технология пива светлого «Жигулевское» с включением процесса селенирования дрожжей [3]. В связи с тем, что процесс основного брожения пивного сусла после внесения селенита натрия изменяется, возникла необходимость определения качественных показателей и показателей безопасности готового осветленного пива, которые представлены в таблице 5.
По основным физико-химическим показателям пиво «Лунное» практически не отличается от контрольного пива «Жигулевское». Однако следует отметить, что при использовании промышленного кизельгурового фильтра, где более высокая степень очистки, потери селена составили 6,0 мкг/л, или 1%.
Микробиологические показатели пива, сваренного по новой технологии, свидетельствуют об отсутствии микроорганизмов-вредителей пивоваренного производства. Следовательно, пиво «Лунное» будет обладать повышенной коллоидной стойкостью.
Органолептическая оценка опытной партии пива «Лунное» с использованием селенита натрия показала, что пиво характеризуется высокими органолептическими показателями. Пиво, сваренное по новой технологии, обладает приятным вкусом и мягкой хмелевой горечью.
По результатам органолептической оценки дегустационной комиссией установлено, что пиво «Лунное» получило наиболее высокую оценку по сравнению с другими образцами пива, представленными
на дегустацию. Комиссия отмечает наличие дрожжевого привкуса в пиве, приготовленном с добавлением селенита натрия без снижения посевного материала.
Таблица 5
Качественная характеристика пива «Лунное» по физико-химическим и микробиологическим показателям
Показатели Контроль Пиво «Лунное»
Объемная доля спирта, % 4,0±1,1 4,1±1,2
Экстракт, % 5,59±1,3 5,49±1,1
Экстрактивность начального сусла, % 11,0 11,0
Видимый экстракт, % 4,48±1,0 4,87±1,1
Видимая степень сбраживания, % 59,6±2,1 58,7±2,2
Действительная степень сбраживания, % 49,7±2,4 45,2±2,3
Фильтрация Прозрачная Прозрачная
Кислотность, к.ед. 2,1±0,09 2,1±0,08
Цветность, цв.ед 0,7±0,05 0,7±0,01
Содержание селена 6,5±1,1 37,5±1,7
Токсичные элементы мк/кг, не более:
свинец 0,3 0,3
мышьяк 0,2 0,2
кадмий 0,03 0,03
ртуть 0,005 0,005
Нитрозамины НДМА и НДЭА, мг/кг, не более 0,003 0,003
КМАФАнМ, К0Е/100 см3, не более 500 420,0 ±25,0 450,0 ±12,0
БГКП (колиформы), не допускается в объеме более 10 см3 9,0±1,3
Патогенные, в т.ч. сальмонеллы, не допускается в объеме более
25 см3 23,0±1,9
Дрожжи и плесени, не допускается в объеме более 40 см3 36,0±3,3
Библиография
1. Алферова П.А., Андреева О.Т., Вощенко А.В., Червонная С.С. и др. Селеноцеолитовые удобрения коррекции селенового статуса растений, животных и человека: Монография / Под ред. П.А. Алферовой, Л.А. Мининой / Сиб. НИИСХ, СО РАСХ. - Новосибирск, 2006. - 52 с.
2. Голубкина Н.А., Соколов Я.А., Хотимченко С.А. и др. Селенобогащенные дрожжи Saccharomyces cerevisiae // Биотехнология. - 1996. - № 75. -С. 52-56.
3. Лузан В.Н., Червонная С.С., Усачева О.А. Производство пива, обогащенного селеном // Пиво и напитки. -2006. - № 5. - С. 63-64.
Bibliography
1. Alferova PA., Andreeva O.T., Voshchenko A.V., Chervonaja S.S etc. Selenium and zeolite fertilizers correcting the selenium status of plants, animals and humans: Monograph / Ed. by P.A. Alferova, L.A. Minina / Sib. Agricultural Research Institute, SB RAAC - Novosibirsk, 2006. - 52p.
2. Golubkina N.A., Sokolov Y.A., Khotimchenko S.A. et al. Selenium-enriched yeast Saccharomyces cerevisiae / / Biotechnology. - 1996. - № 75. , p.52-56.
3. Luzan V.N., Chervonnaya S.S., Usacheva O.A. Production of beer enriched with selenium // Beer and Beverages. 2006, № 5, P. 63-64.
