Влияние кратности применения минерально-органической подкормки на процесс ферментации сусла и качество пива Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

УДК 663.4

Влияние кратности применения минерально-органической подкормки на процесс ферментации сусла и качество пива

Л. В. Пермякова,

канд. техн. наук, доцент Кемеровский государственный университет

В производственной практике пивоваренных заводов для повышения жизненной активности дрожжей либо нивелирования возникающих для микробной культуры стрессовых условий рекомендуют разные способы и приемы, в том числе с применением химических препаратов. В качестве добавок, стимулирующих жизнедеятельность микроорганизмов, применяют как индивидуальные вещества различной природы (витамины, аминокислоты, карбоновые кислоты, микроэлементы, поверхностно-активные вещества, пуриновые или пиримидиновые основания и т. п.), так и смеси сложного состава [1-3]. В последнем случае продуктивность воздействия на микробные клетки комплексных соединений микро- и макроэлементов с биологически активными веществами и свободными аминокислотами превосходит влияние этих компонентов в отдельности.

Ранее проведенными исследованиями была показана эффективность действия минерально-органической подкормки (МОП) на физиолого-био-химическую активность регидрати-рованных сухих препаратов пивных дрожжей, на процесс ферментации сусла и качество готового пива [4]. Препарат представляет собой смесь природного цеолитсодержащего туфа Ши-выртуйского месторождения с сухими дрожжами (3 : 1), совместно измельченную в ротационно-пульсационном аппарате. При этом в процессе обработки дрожжи подвергаются термолизу за счет повышения температуры до

70...75 °С вследствие трения роторов, а размер частиц минерала достигает 0,8-1,0 мкм. Подкормка содержит как неорганические элементы цеолита, так и компоненты самой дрожжевой клетки (минеральные, азотистые соединения, витамины, липиды и др.).

Производители традиционных дрожжевых подкормок (Хай-Вит, Ис-текс, Алкотен, Родия Зумесит и др.) рекомендуют применять их периодически либо постоянно в зависимости от состава сусла и качества дрожжей [1].

Цель данной работы — изучение влияния кратности применения комбинированной минерально-органической подкормки на процесс сбраживания сусла и отдельные качественные показатели молодого пива.

Объектами исследования служили пивные сухие дрожжи низового брожения расы W-34/70 (FeImentis, Франция), производственное охмеленное сусло экстрактивностью 12% и полученное в результате его сбраживания молодое пиво.

Сухой препарат дрожжей регид-ратировали и реактивировали по схеме:

• сухие дрожжи + сусло (1 : 10);

• регидратация (30 мин, 25 °С) + сусло (1 : 10) + подкормка (0,05% к объему суспензии);

• выдержка (60 мин, 22.25 °С). Оптимальные параметры активации (доза МОП и длительность инкубации) определены ранее [5].

Брожение сусла проводили при температуре 10.12 °С в сосудах с гидрозатворами при норме введения дрожжей 20 млн кл/см3.

ПИВО и НАПИТКИ

2•2018

В дрожжах после реактивации, а также в процессе ферментации сусла методом прямого микроскопирования определяли наличие клеток почкующихся и с гликогеном (путем окрашивания раствором Люголя). Массовую долю сухих веществ в сусле исходном и в динамике брожения анализировали ареометрическим методом; общее содержание полифенолов в молодом пиве — методом Jerumanis J., основанным на реакции этих веществ с лимоннокислым железо-аммонием (III) в щелочной среде; количество высокомолекулярной фракции белка — по таниновому показателю [6].

Оценку влияния кратности применения минерально-органической подкормки на процесс ферментации сусла и отдельные показатели молодого пива проводили по вариантам, представленным в табл. 1.

В 1-м цикле брожения применяли дрожжи сухие после регидратации (опыт 3/1) и предварительно активированные МОП на предферментаци-онной стадии (опыт 1/1, 2/1). Во 2-м и 3-м циклах для засева применяли жидкую разводку дрожжей, полученную, соответственно, после 1-й и 2-й серий брожения. По окончании 1 -й серии брожения дрожжи сразу вводили в следующий цикл, а после 2-й серии дрожжи перед засевом в 3-й цикл во всех вариантах вынужденно хранились в течение 3 сут под слоем молодого пива при температуре 2.. .3 °С.

Во всех циклах 2-х вариантов для ферментации сусла применяли дрожжи, прошедшие активацию препаратом до введения в среду сбраживания.

Все циклы 3-х вариантов характеризуются применением МОП на стадии брожения.

Во всех циклах брожения исходными обозначены дрожжи сухие сразу после регидратации. Нулевая точка во 2-й и 3-й сериях брожения — это показатели дрожжей, взятых для засева с предыдущего цикла. В 1-й серии брожения в зависимости от варианта в нулевой точке приведены характеристики дрожжей либо регидратиро-ванных, либо после дополнительной активации подкормкой.

Оценку эффективности действия подкормки в зависимости от кратности ее применения на разных этапах технологического процесса проводили по количеству клеток активно размножающихся и с запасом гликогена (рис. 1), убыли экстрактивных веществ сусла (рис. 2), а также содержанию

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Таблица 1

Варианты сбраживания сусла с использованием МОП на разных стадиях

Цикл брожения

1-й 2-й 3-й

Опыт 1/1 Опыт 1/2 Опыт 1/3

Дрожжи регидратированные + МОП Дрожжи после 1-го цикла Дрожжи после 2-го цикла

^ сусло ^ сусло ^ сусло

Опыт 2/1 Опыт 2/2 Опыт 2/3

Дрожжи регидратированные + МОП Дрожжи после 1-го цикла + МОП Дрожжи после 2-го цикла + МОП

^ сусло ^ сусло ^ сусло

Опыт 3/1 Опыт 3/2 Опыт 3/3

Дрожжи регидратированные ^ сусло + МОП Дрожжи после 1-го цикла ^ сусло + МОП Дрожжи после 2-го цикла ^ сусло + МОП

Примечание: в обозначении опытов 1-я цифра - номер варианта, 2-я - номер цикла брожения

3 2 >. 3

90 -т 80 -70 I

60 V

50 -40 -30 20 -10 Л

Др. 0 1 2 3 4 5 6 7 исх. Продолжительность брожения, сут

Опыт 1/1

3" 2

90 1 80 -70 -60 50 -40 -30 20 -10 -

Др. 0 1 2 3 4 5 6 7 исх. Продолжительность брожения, сут

э" е

-•- Опыт 2/1

90 1 80 -70 -60 50 -40 -30 -20 -10 -0

Др. 0 1 2 3 4 5 6 7 исх. Продолжительность брожения, сут

■ Опыт 3/1

Опыт 3/2

Продолжительность брожения, сут

Опыт 1/2 -■— Опыт 1/3

Опыт 1/1

Опыт 1/2 -■— Опыт 1/3

90 1 80 -70 -60 ' 50 1

40 -

30 - ---■ 20 -10

Др. 0 1 2 3 6 7 исх. Продолжительность брожения, сут

Опыт 2/2 -■— Опыт 2/3

Опыт 2/1

Опыт 2/2 -■— Опыт 2/3

Др. 0 1 2 3 6 7 исх. Продолжительность брожения, сут

■— Опыт 3/3

■ Опыт 3/1

Опыт 3/2 б

■— Опыт 3/3

0

0

0

0

а

Рис. 1. Влияние кратности применения МОП на изменение количества:

а - клеток почкующихся; б - содержащих гликоген в процессе брожения

основных мутеобразующих компонентов среды (рис. 3).

Из результатов эксперимента видно, что дрожжи опыта 1/1, используемые для засева во 2-й цикл брожения, даже без применения МОП обеспечили высокий уровень активно размножающихся клеток и с достаточным запасом гликогена, однако в 3-м цикле брожения (опыт 1/3) без дополнительного стимулирования ис-

следуемые показатели культуры ниже предыдущих.

Иная ситуация наблюдается при постоянном применении подкормки на стадии подготовки инокулята (опыты 2/1, 2/2, 2/3). Если в 1-м цикле ферментации максимум накопления почкующихся клеток приходится на 3-4 сут, то во 2-м цикле уже на 1 сут раньше, при этом фаза адаптации отсутствует, о чем свидетельствует дина-

2•2018 ПИВО и НАПИТКИ 53

Рис. 2. Влияние кратности применения МОП на изменение видимого экстракта сусла при брожении

Полифенолы

Опыт 1/1 Опыт 2/1 Опыт 3/1

Фракция А белка

Опыт 1/2 Опыт 2/2 Опыт 3/2

Опыт 1/3 Опыт 2/3 Опыт 3/3

Рис. 3. Влияние кратности применения МОП на содержание полифенолов и фракции А белка в молодом пиве

Таблица 2

Характеристика отдельных показателей молодого пива

Показатель 1/1 1/2 1/3 2/1 Опыт 2/2 2/3 3/1 3/2 3/3

Спирт, % об. 4,45 4,50 4,40 4,45 4,60 4,52 4,47 4,56 4,42

рн 4,31 4,20 4,41 4,31 4,15 4,23 4,38 4,26 4,31

Кислотность, к. ед. 2,64 2,70 2,59 2,64 2,78 2,69 2,60 2,75 2,62

мика изменения количества клеток с гликогеном.

Несмотря на то, что в опыте 2/3 засев сусла осуществляли дрожжами после длительного хранения, однако инкубация культуры в присутствии МОП обеспечила размножение клеток и накопление в них запасного углевода на уровне даже более высоком, чем в первом цикле (опыт 2/1).

Практически аналогичные изменения отмечены и при регулярной активации дрожжей МОП непосредственно на стадии брожения (опыты 3/1, 3/2, 3/3). Но, в сравнении со 2-й серией опытов, почти во всех вариантах более или менее выражена лаг-фаза, и максимальное почкование наблюдается на 1 сут позже: в образце 3/2 на 3-и сут и на 4-е сут в образцах 3/1, 3/3.

Улучшение физиологических показателей дрожжевой культуры при постоянном внесении подкормки как

в сусло, так и в инокулят до ферментации позволяет с каждым последующим циклом брожения быстрее (на 1,0-1,5 сут) и глубже сбродить сухие вещества среды, обеспечив видимую степень сбраживания (ВСС) молодого пива на уровне 63-67% (см. рис. 2).Ис-ключением стал 3-й цикл, но и в этом случае (образцы 2/3, 3/3) убыль видимого экстракта среды (ВСС 59-61%) незначительно уступает другим вариантам. Более существенные отличия по этому показателю отмечены в опытном образце 1/3 в сравнении с 1-й и 2-й сериями брожения (1/1, 1/2), что, очевидно, связано с отсутствием дополнительной стимуляции дрожжей после 3-суточного хранения необходимыми питательными компонентами.

Интенсификация процессов при использовании предварительно подготовленного инокулята связана с активацией ферментов (р-фрукто-

фуранозидазы, а-глюкозидазы, зи-мазного комплекса), катализирующих расщепление соответствующих сахаров и последующую утилизацию субстратов, а также стимулированием физиологического состояния дрожжей под действием МОП, что было отмечено в прежних работах [4, 5].

Периодичность применения минерально-органической подкормки на разных стадиях технологического процесса отражается и на показателях, косвенно характеризующих коллоидную стойкость пива (см. рис. 3).

Если в 1-й серии опытов (1/1-1/3) с первоначальной однократной активацией инокулята количество фенольных веществ в молодом пиве уменьшается в среднем на 27% от исходной величины, фракции А белка — на 37%, то регулярное добавление МОП к дрожжам до ферментации среды (опыт 2/1-2/3) приводит к снижению концентрации основных мутеобразующих компонентов соответственно на 32 и 41%, а применение препарата на стадии брожения сусла (опыт 3/1-3/3) — на 35 и 45%.

В образцах молодого пива вариантов 2 и 3 с каждым последующим циклом ферментации убыль фенольных и высокомолекулярных азотистых соединений возрастает, хотя в 3-й серии брожения (2/3 и 3/3) в меньшей степени. Противоположная тенденция отмечается в 1-й серии опытов (1/1-1/3).

Вероятные причины наблюдаемых изменений компонентов коллоидной системы пива — более активное смещение рН сбраживаемой среды в кислую область (в среднем на 0,08 ед.) и повышенная концентрация спирта (в среднем на 1,5%) в образцах с систематической стимуляцией жизненной активности дрожжей (независимо от стадии) минерально-органической подкормкой в сравнении с единичным применением препарата. Благодаря этому белки и белково-фенольные

54 ПИВО и НАПИТКИ 2•2018

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

комплексы лучше выпадают в осадок, фенольные вещества проявляют в большей степени реакционную способность. Кроме того, постоянное присутствие частиц минерала в среде ферментации, особенно в вариантах 3/1-3/3, способствует, возможно, в определенной мере сорбции мутящих компонентов, а также веществ, попадающих в сусло из сырья, оборудования, либо образующихся или выделяемых самой дрожжевой клеткой при брожении и оказывающих негативное влияние на культуру. В результате происходящих процессов коллоидный состав пива стабилизируется (табл. 2).

Полученные данные позволяют говорить о предпочтительности регулярного применения минерально-органической добавки как на стадии

подготовки инокулята, так и при брожении сусла для получения устойчивого активирующего эффекта на дрожжевую популяцию, а также для обеспечения более высокой стабильности пива к коллоидным помутнениям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Меледина, Т. В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении: справочник / Т. В. Меледина. - СПб.: Профессия, 2003. -304 с.

2. Хныкин, А. М. Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности / А. М. Хныкин, А. И. Са-дова, А. М. Тимаев // Пиво и напитки. — 2012. — № 2. — С. 12-16.

3. Павлов, А.А. Формирование качества пива и повышение эффективности дрожжевого производства путем использования акти-

ваторов энергетического и конструктивного обмена дрожжей: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.18.15 / Павлов Александр Андреевич. — Кемерово, 2013. — 20 с.

4. Пермякова, Л.В. Активация пивных дрожжей с помощью комплексной дрожжевой подкормки /Л. В. Пермякова, В. А. Помозо-ва, Д. С. Апенова [и др.] //Пиво и напитки. — 2012. — № 1. — С. 18-22.

5. Патент РФ 2431657, МПК С12С11/00. Способ производства пива / Пермякова Л. В., Помозова В. А., Хорунжина С. И., Русских Р. В.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технол. ин-т пищ. пром-ти. — № 2010125190/10; заявл. 18.06.2010; опубл. 20.10.2011, Бюл. № 29.

6. Ермолаева, Г.А. Справочник работника лаборатории работника пивоваренного предприятия / Г.А. Ермолаева. — СПб.: Профессия, 2004. — 536 с. &

Влияние кратности применения минерально-органической подкормки на процесс ферментации сусла и качество пива

Ключевые слова

активация; брожение; высокомолекулярные белки; дрожжи пивные; минерально-органическая подкормка; молодое пиво; физиологические показатели; полифенолы.

Реферат

В производственной практике для улучшения жизнедеятельности дрожжей применяют различные препараты. Ранее было установлено положительное воздействие на жизнеспособность дрожжей и процесс сбраживания пивного сусла комплексной минерально-органической добавки [совместно измельченной композиции природного минерала и сухих дрожжей (3 :1)]. В работе представлены результаты исследования одно- и многократного применения минерально-органической подкормки на разных этапах получения пива. Препарат добавляли к регидратированным сухим пивным дрожжам, либо к семенным дрожжам, либо в сусло перед введением инокулята. Результативность действия подкормки оценивали по изменению в процессе ферментации среды количества клеток почкующихся и с гликогеном, концентрации сухих веществ, содержанию мутеообразующих компонентов в молодом пиве. Показано, что эффект однократной активации исходной культуры дрожжей (сухих после регидратации) сохраняется только в 1-м и 2-м циклах брожения. В 3-м цикле ферментации дрожжи без стимуляции медленнее размножаются и хуже сбраживают экстракт сусла. Регулярное применение подкормки на стадии подготовки инокулята обеспечивает во всех трех циклах брожения интенсификацию почкования клеток с сокращением фазы адаптации, накопления клеток, упитанных по гликогену, убыли сухих веществ сусла. Схожие изменения наблюдаются и при постоянной активации дрожжей подкормкой на этапе сбраживания среды. Однако в последнем случае в отличие от предшествующей серии опытов в размножении дрожжей присутствует лаг-фаза. максимальный прирост клеток почкующихся происходит на 1 сут позже. Во всех сериях содержание полифенолов и фракции А белка в молодом пиве снижается, но в большей степени (от 32 до 45% по отношению к исходной величине) при постоянном применении подкормки. Таким образом, для получения устойчивого активирующего эффекта на физиологические показатели дрожжевой популяции, процесс ферментации сусла и содержание основных мутеобразующих веществ пива предпочтительнее регулярное применение минерально-органической добавки.

Автор

Пермякова Лариса Викторовна. канд. техн. наук, доцент

Кемеровский государственный университет,

650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6, [email protected]

Influence of the Short-term Application of Mineral-organic Dressing on the Process of Fermentation Wort and Quality of Beer

Key words

activation; fermentation; high-molecular proteins; brewers yeast; mineral-organic top dressing; greenbeer; physiological indicators; polyphenols.

Abstract

In the production for improving the viability of yeast use various drugs. Previously, a positive effect on the viability of yeast and the fermentation process of the beer wort of a complex mineral-organic additive [co-chopped natural mineral composition and dry yeast (3 : 1)] was established. The paper presents the results of the study of a single and multiple application of mineral-organic top dressing at different stages of beer production. The preparation was added to rehydrated dry beer yeast, either to seed yeast, or to the must before introduction of the inoculum. The effectiveness of the feeding action was assessed by the change in the fermentation process of the medium of the number of cells of the budding and cells with glycogen, the concentration of solids, the content of turbid substances in green beer. It is shown that the effect of a single activation of dry yeast after rehydration is retained only in the first and second cycles of fermentation. In the third fermentation cycle, yeast without stimulation reproduces more slowly and the fermentation of the wort is worse. Regular use of top dressing during preparation of the inoculum provides, in all three cycles of fermentation, an intensification of the budding of cells with a reduction in the phase of adaptation, accumulation of cells fattened by glycogen, and loss of the apparent dry substances of the wort. Similar changes are also observed with the constant activation of yeast by feeding at the stage of fermentation of the medium. However, in the latter case, in contrast to the previous series of experiments in the reproduction of yeast, there is a log phase, the maximum increment of cells of budding occurs one day later. In all series, the content of polyphenols and fraction A of protein in green beer decreases, but to a greater extent (from 32 to 45% relative to the initial value) with a constant application of top dressing. Thus, to obtain a stable activating effect on the physiological characteristics of the yeast population, the wort fermentation process and the content of turbid substances of beer, it is preferable to regularly use the mineral-organic additive.

Author

Permyakova Larisa Victorovna,

Candidate of Technical Science, Associate Professor

Kemerovo State University,

6 Krasnaya str., Kemerovo, 650000, Russia, [email protected]

2•2018 ПИВО и НАПИТКИ 55