CC BY
39
технология^
УДК 663.45:663.452.4.033.23 (045)
Влияние наночастиц металлов на сбраживание пивного сусла
Д. В. Карпенко, д-р техн. наук, доцент; Ю. А. Уваров
Московский государственный университет пищевых производств А. И. Маринин, канд. техн. наук; В. В. Олишевский, канд. техн. наук Национальный университет пищевых технологий, Украина, г. Киев
Ключевые слова: ионы; медь; наночастицы металлов; пивное сусло; сбраживание; цинк.
Keywords: ions; copper; metal nanoparticles; beer wort; fermentation; zinc.
Бурное развитие нанотехнологий в последние годы ставит новые вопросы в области безопасности пищевых продуктов и проведения технологических процессов их производства. Причиной этого стало повышение содержания в окружающей среде наночастиц различной химической природы. Изучение свойств нанообъектов свидетельствует о том, что они могут обладать совершенно иным биологическим (в том числе токсическим) действием, чем вещества в обычном физико-химическом состоянии [1]. Следовательно, их присутствие в производственном сырье может повлиять не только на безопасность конечного продукта, но и на ход технологических процессов, базирующихся на использовании биологических объектов.
Пивоварение — поизводство, успешные результаты которого зависят от протекания целого ряда биологических и биохимических процессов. По этой причине представляется важным изучить влияние различных наночастиц, используемых или предполагаемых для применения в производственном масштабе, на результаты отдельных стадий и всего цикла пивоваренного производства. На предыдущих этапах наших исследований было изучено влияние наночастиц серебра на результаты основных стадий пивоваренного производства. Было установлено, что присутствие в технологических средах нано-частиц серебра приводит к ухудшению результатов основных стадий пивоварения: проращивания ячменя, затирания и сбраживания пивного сусла. Было показано, что наносеребро отрицательно влияет не только на микроорганизмы, но и на биообъекты другого уровня организации, а также на ферменты.
Однако в настоящее время в промышленном масштабе применяются наночастицы не только серебра, но и других металлов и неметаллов. В частности, предлагается использовать наноцинк и наномедь в производстве антикоррозийных покрытий и проводящих материалов, материалов бытовой химии, лакокрасочных материалов, бактерицидных тканей, дезинфицирующих средств, а также для очистки воды [2]. Кроме того, цинк, как правило в составе солей или комплексных препаратов, рекомендуется некоторыми европейскими специалистами к использованию для активации популяций пивных дрожжей, а концентрация меди может повышаться в технологических средах пивоварения, так как емкостное оборудование в ряде случаев изготавливают из этого металла.
Поэтому решено было исследовать влияние наночастиц цинка и меди на
результаты стадии главного брожения пивоваренного производства. Вышеупомянутые нанопрепараты были произведены, охарактеризованы и любезно предоставлены сотрудниками Национального университета пищевых технологий (Украина, г. Киев).
Для решения поставленной задачи готовили 11%-ное пивное сусло из концентрата «Finlandia lager» так, чтобы получить равные объемы с различным содержанием наночастиц цинка и меди: 0 (контроль), 1,5 и 33,0 мкг / см3. Такие концентрации были выбраны, чтобы можно было сопоставить результаты данных экспериментов с теми, которые были получены ранее, при исследовании результатов сбраживания сусла, содержащего наночастицы серебра. Каждый вариант засевали сухими дрожжами из расчета 100 мг на 100 см3 сусла. В сусле определяли сухие вещества (СВ, рефрактометрически), редуцирующие вещества (РВ, по методу с динитросалициловой кислотой), амин-ный азот (АА, по числу карбоксильных групп), а также титр дрожжевых клеток (Nü6i4, подсчетом в камере Горяева) сразу после засева (табл. 1). По нашему мнению, характеристики сусел, использованных для проведения двух циклов главного брожения в присутствии определенных концентраций наночастиц металлов, были достаточно близкими. Заметную разницу наблюдали в титрах дрожжевых клеток сразу после засева образцов сусел в двух экспериментах, однако это позволило сопоставить полученные результаты, по крайней мере, внутри каждой из двух серий опытов.
В обоих экспериментах сбраживание проводили при 6...9 °С в течение 7 сут. В ходе процесса каждые сут-
Таблица 1
Вариант (концентрация, мкг/см3) СВ, % РВ, % АА, мг/см3 N б , обш' 106 кл/см3
Наномедь (33,0) 10,8 8,7 1,104 29,0
Наномедь (1,5) 10,8 8,6 1,109 27,0
Наномедь (0, контроль) 10,8 8,6 1,107 27,5
Наноцинк (33,0) 10,8 9,2 1,288 17,5
Наноцинк (1,5) 10,8 8,9 1,285 17,5
Наноцинк (0, контроль) 10,8 9,1 1,285 19,0
Таблица 2
Вариант Время культивирования, сут
(концентрация, мкг/ см3) 0 1 4 5 6 7
Наномедь (33,0) 29,0 30,0 30,0 32,5 35,5 40,5
Наномедь (1,5) 27,0 29,5 29,0 36,5 39,5 40,0
Наномедь (0, контроль) 27,5 29,5 31,0 38,5 40,5 42,0
Наноцинк (33,0) 17,5 25,5 33,5 33,0 32,5 36,0
Наноцинк (1,5) 17,5 28,5 31,0 35,5 39,5 40,5
Наноцинк (0, контроль) 19,5 26,0 33,5 41,5 39,5 40,5
16
ПИВО и НАПИТКИ 2012
ки определяли общий титр дрожжей (106 кл/ см3, табл. 2), а также содержание этилового спирта (данные не приведены). По окончании главного брожения в образцах устанавливали содержание этилового спирта и действительный экстракт (дистилляционным способом, табл. 3). Кроме результатов описываемых экспериментов в табл. 3 приведены аналогичные показатели, определенные ранее в эксперименте по изучению влияния наночастиц серебра на результаты главного брожения, проведенного в условиях, аналогичных вышеописанным. Это сделано с целью сопоставления степени влияния различных нанометаллов на результаты сбраживания пивного сусла.
Следует отметить меньший, чем обычно в производственных условиях, прирост титра дрожжевых клеток на протяжении стадии главного брожения, особенно в серии опытов с наночасти-цами меди. В то же время, по нашему мнению, на основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
повышение концентрации наноча-стиц меди в начальном сусле привело в условиях эксперимента к некоторому замедлению развития дрожжевой популяции — прирост титра по окончании сбраживания по отношению к его исходному значению составил 39,7% при концентрации наномеди, равной 33,0 мкг/см3, 48,1% при 1,5 мкг/см3 и 52,7% в контрольном варианте, не содержавшем нанометалла; это хорошо согласуется с известным мнением о том, что медь, по крайней мере ионы этого металла, негативно влияет на дрожжевые клетки, причем это влияние прямо пропорционально их концентрации; очевидно, наночастицы меди оказывают аналогичное воздействие;
влияние наноцинка на развитие популяции дрожжей было следующим — увеличение титра в контрольном варианте данной серии опытов равнялось 107,7%, тогда как присутствие наночастиц цинка в концентрации 1,5 мкг / см3 обеспечило увеличение этого показателя до 131,4%; однако дальнейшее возрастание концентрации нанометалла до 33 мкг/см3 привело к увеличению общего титра дрожжевых клеток по сравнению с исходным его значением лишь до 105,7%, т. е. меньше, чем в контрольном варианте данной серии опытов. Это позволяет предположить, что низкие концентрации цинка, в том числе в наноформе, могут оказывать активирующее воздействие на разви-
Технология
Таблица 3
Вариант Содержание этанола Действительный экстракт,
(концентрация, мкг/ см3) в молодом пиве, мас. % мас. %
Наномедь (33,0) 2,51 5,32
Наномедь (1,5) 2,20 5,64
Наномедь (0, контроль) 2,25 5,84
Наноцинк (33,0) 3,41 4,77
Наноцинк (1,5) 3,53 5,08
Наноцинк (0, контроль) 3,38 4,95
Наносеребро (32,0) 0,88 9,62
Наносеребро (1,6) 2,45 5,22
Наносеребро (0, контроль) 2,65 5,23
тие пивных дрожжей, но повышение концентрации этого металла в начальном сусле приводит к ингибированию, пусть и незначительному, дрожжевой популяции.
В то же время более важный, чем прирост числа дрожжевых клеток, результат стадии главного брожения с технологической точки зрения — накопление заданной концентрации этилового спирта в молодом пиве. В ходе главного брожения концентрацию этанола определяли ускоренным методом (после 7 сут процесса ее устанавливали дистилляционным способом, общепринятым в пивоваренной отрасли). Кроме того, в рамках того же метода определяли величину действительного экстракта для каждого варианта молодого пива.
Из табл. 3 видно, что в разных экспериментах брожение шло с разной эффективностью, что обусловило различные концентрации этилового спирта, накопленные в образцах молодого пива. Возможной причиной этого могли быть несколько отличавшиеся температуры проведения главного брожения, а также различные начальные титры дрожжевых клеток.
Тем не менее, по нашему мнению, можно сопоставить влияние различных концентраций нанометаллов, присутствовавших в начальном сусле, на накопление этилового спирта. Так, наиболее выраженным оказалось негативное влияние наночастиц серебра. При его концентрации, равной 32 мкг/см3, за 7 сут было накоплено всего 33,2 % этанола по сравнению с контрольным вариантом. Наносеребро в концентрации 1,6 мкг / см3 вызвало снижение крепости молодого пива до 7,5%.
Влияние наночастиц цинка в значительной мере соответствовало тому, которое было отмечено выше, при рассмотрении зависимости накопления дрожжевых клеток на стадии главного брожения от концентрации этого нано-металла: при меньшей его концентрации в начальном сусле (1,5 мкг / см3) в моло-
дом пиве было накоплено примерно на 4% больше этанола, чем в контрольном варианте; повышение содержания нано-цинка до 33,0 мкг / см3 привело к уменьшению крепости молодого пива, хотя концентрация этанола в этом варианте была на 0,9% больше, чем в контроле. Тем не менее можно сделать вывод, что присутствие в начальном сусле нано-частиц цинка не приводит к снижению интенсивности сбраживания сусла.
Такой же вывод можно сделать и в отношении наночастиц меди. В варианте с их концентрацией, равной 1,5 мкг/см3, содержание этилового спирта в молодом пиве было всего на 2,2% ниже, чем в контроле, тогда как повышение концентрации наномеди до 33,0 мкг / см3 привело к увеличению крепости молодого пива на 11,6%. На фоне менее интенсивного накопления дрожжевых клеток в варианте с более высокой концентрацией наночастиц меди этот результат выглядит достаточно неожиданным, однако, по нашему мнению, подтверждается значениями действительного экстракта, приведенными в табл. 3.
В целом можно заключить, что присутствие в начальном сусле наночастиц меди и цинка в концентрации не более 33 мкг / см3 не приводит к снижению содержания этилового спирта в молодом пиве, однако эти концентрации нанометаллов ингибируют развитие популяции и накопление дрожжевых клеток, что может быть технологически важным и нежелательным на стадии дрожжегенерации.
При этом присутствие в начальном сусле наносеребра, особенно в концентрации 32 мкг/см3, вызывает существенное снижение крепости молодого пива, как уже сообщалось ранее.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смыков, И. Т. Нанотехнологии и экологизация пищевых продуктов/И. Т. Смыков // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2008. — № 12. — С. 30-33.
2. ййр://«'«'тепапоте1.ги/ <®
1 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ 17
