Влияние процессов, протекающих при сбраживании сусла, на инициальную мутность пива Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 663.42

Влияние процессов, протекающих при сбраживании сусла, на инициальную мутность пива

Д. В. Афонин; А. Т. Дедегкаев, канд. техн. наук; С. Г. Давыденко, канд. биол. наук ОАО «Пивоваренная компания «Балтика» Т. В. Меледина, д-р техн. наук, профессор Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Ключевые слова: дрожжи; коллоидная стабильность; пиво. Keywords: yeast; colloid stability; beer.

Пиво представляет собой сложную коллоидную систему с размером частиц от 0,01 до 3 мкм. При нарушениях режима хранения пива вследствие укрупнения частиц в результате их конденсации и полимеризации появляется осадок, который свидетельствует о коллоидной нестабильности продукта и делает невозможной его реализацию. В современном пивоварении для повышения стабильности пива используют химические, физико-химические, ферментативные и механические способы воздействия на коллоидную систему напитка. Выбор того или иного направления определяется конкретными задачами, стоящими перед пивоваром. Химические способы предназначены для уменьшения скорости окислительных процессов в пиве. Для этого в некоторых случаях в напиток добавляют антиоксиданты, которые взаимодействуют с кислородом воздуха и предотвращают окисление фенольных соединений. Физико-химические способы направлены на удаление коллоидов различной природы с помощью адсорбентов. В частности, для удаления муте-образующих белков применяют силикагели, а для снижения концентрации фенольных соединений — поливинилполипирролидон. Кроме того, повышению стойкости пива способствуют такие технологические операции, как сепарирование и фильтрация. К снижению концентрации белков и полисахаридов приводит использование соответствующих ферментных пре-

паратов. Все перечисленные технологические приемы повышения физико-химической стабильности пива достаточно хорошо изучены. Однако в настоящее время в должной мере не исследована роль дрожжей в этом процессе.

Объекты исследования — дрожжи штаммов 34 / 70 из коллекции Hefebank Weinstephen и Y-3194, селекционированного в исследовательском центре ОАО «Пивоваренная компания «Балтика». Кроме того, для изучения влияния штаммов на коллоидную стабильность пива использовали зарубежный штамм

Таблица 1

Показатель Значение

Влажность, % <4,5

Экстрактивность, % СВ более 80

Разность экстрактов тонкого и грубого помола, % СВ 1,0-2,0

Время осахаривания, мин <15

Цвет сусла, ед. ЕВС (до кипячения сусла) <4,0

Цвет сусла, ед. ЕВС (после кипячения сусла) <5,7

Вязкость, мПа-с 1,45-1,60

рН 5,8-6,1

Диастатическая сила, ед. WK/100 г СВ, более >250

Активность а-амилазы, ед. DU/г СВ >38

Белок, % СВ 9,5-11,5

Растворимый азот, мг/100 г СВ 600-750

а-Аминный азот, мг/л 160-180

Число Кольбаха, % 38-42

Р-Глюкан, мг/л <200

Фриабильность, % более 80

Остаток на ситах 2,8 и 2,5 мм, % более 90

Просев сквозь сито 2,2 мм, % менее 2,0

Стекловидные зерна, % менее 3,0

Х, обладающий высокими технологическими характеристиками.

Во всех экспериментах для брожения использовали сусло с массовой долей сухих веществ 12% , полученное из солода высокого качества, физико-химические показатели которого приведены в табл. 1.

Поверхностный потенциал частиц и дрожжевых клеток исследовали методом микроэлектрофореза на приборе «Zetasizer» с диапазоном размера измеряемых частиц от 2 до 3000 нм.

Определение общего количества фенольных соединений проводили спектрофотометрически (спектрофотометр фирмы Shimadzu UV-2501PC) по методу ЕВС 9.11, белка — по методу Лоури, полисахаридов — по методу Тревелена и Гариссона.

Мутность пива изучали на мут-номере фирмы Haffmans Hazemeter, который был калиброван в единицах мутности ЕВС (метод ЕВС 9.29)1. Размер частиц определяли с помощью лазерного анализатора частиц «Nanotrac TM ULTRA».

Старение пива производилось путем выдерживания образца пива в течение 7 дней при температуре 0 °С и последующей инкубации данного образца в течение 7 дней при температуре 38 °С.

Коллоидная стабильность пива зависит от конструктивных особенностей бродильных танков, а именно соотношения между высотой и диаметром, и определяется составом сусла, технологией брожения, штаммовыми особенностями и физиологическим состоянием дрожжей. Во время ферментации основные изменения коллоидной системы бродящего сусла связаны с адсорбцией взвешенных частиц на поверхности дрожжей и их седиментацией с флокулирующими клетками.

Количество частиц, адсорбированных на клетках, определяется поверхностным потенциалом дрожжей. Поверхностный потенциал, или Z-потенциал, — это потенциал поверхности мембраны. Величина его зависит от количества «противоионов» и толщины слоя

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

26 ПИВО и НАПИТКИ 2012

КСОНТРОЛЬКАЧЕСТВА|

' :

молекул воды, которые связаны с поверхностью мембраны клеток. Активация поверхностного потенциала дрожжей происходит в присутствии кислорода, что подтвердили результаты модельных экспериментов.

Для проведения исследований использовали сусло с массовой долей сухих веществ 12%. Среду разливали в пробирки по 10 см3 в каждую. Из них три пробирки закрывали газовым затвором, одна пробирка была без затвора. В одном варианте опыта (аэрация — дрожжи — затвор) сусло аэрировали в течение 5 мин и затем после внесения дрожжей (штамм 34 / 70) в процесссе брожения поддерживали давление 0,5 бар. В других ва-

риантах опыта дрожжи вносились в среду с инертным газом (аргон). Среду с дрожжами аэрировали после 1 ч выдержки в бескислородной среде и далее культивировали под давлением кислорода (0,3 бар) или без затвора. Только в одном случае (аргон — дрожжи — затвор) клетки в течение 4 ч находились в атмосфере аргона.

Как видно из рис. 1, в среде с кислородом в течение 1 ч поверхностный потенциал возрастает с 27 до 47 мВ, в то время как в бескислородной среде он остается без изменения.

Активация поверхностного потенциала клеток при аэрации среды была подтверждена в экспериментах на мини-пивзаводе. В этом случае дрожжи (штамм 34 / 70) инокулировали в аэрированное сусло с массовой долей СВ 12% из расчета содержания в среде 15 млн клеток / мл. Как и в модельных опытах, уже через 1 ч поверхностный потенциал повышался с 26 до 41 мВ. Затем в процессе брожения поверхностный потенциал клеток падал (рис. 2). При величине 2-потенциала ниже 35 мВ начинаются процессы флокуляции и седиментации дрожжей, о чем можно судить по снижению концентрации дрожжей в бродильном аппарате. Дополнительное уменьшение потенциала клеток происходит за счет адсорбции на их поверхности взвешенных частиц. В основном это коллоиды размером 0,31— 0,39 мкм (табл. 2, рН суспензии 4,9). Удаление коллоидов с поверх-

1 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ 27

45 -

30 -

0 0,5

1,5 2 2,5

Время, ч

3 3,5

Аэрация-дрожжи-затвор Аргон-дрожжи-аэрация-затвор Аргон-дрожжи-аэрация-без затвора — Аргон-дрожжи-затвор

Рис. 1. Поверхностный потенциал дрожжей при разных условиях брожения

50 -,

40 -

25

1

4

Время, сут

™ Частицы размером 0,01-0,1 мкм Частицы размером 0,1-1 мкм в Частицы размером 1,0-3,0 мкм

а

Время, сут

в Частицы размером 0,01-0,1 мкм в Частицы размером 0,1-1 мкм б

Рис. 2. Концентрация взвешенных частиц (а) и их средний поверхностный потенциал (б) на различных этапах брожения пива

КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАа

ности клеток способствует увеличению потенциала клеточной стенки с 21 до 27 мВ. Следовательно, для повышения физиологического состояния посевного материала дрожжи должны освобождаться от адсорбированных на их поверхности соединений, например, путем кислотной обработки, применение которой обеспечивает десорбцию частиц с поверхности клеток.

В отличие от дрожжей, поверхность которых имеет отрицательный заряд, коллоидные частицы могут быть заряжены как положительно, так и отрицательно, поэтому они способны оседать на поверхности дрожжей. При брожении пива по истечении вторых суток брожения начинает возрастать поверхностный потенциал как частиц размером 0,1-1,0 мкм, так и более

Таблица 2

Образец дрожжей Поверхностный потенциал дрожжевой клетки, мВ Мутность пива и промывных вод (Н90), ед. ЕВС Средний размер взвешенных частиц, мкм

Исходные дрожжи (из дрожжесборника) 21 1,9 —

После первого центрифугирования 24 0,6 0,39

После второго центрифугирования 27 0,5 0,33

После третьего центрифугирования 27 0,2 0,31

Время, сут

Рис. 3. Кинетика поверхностного потенциала дрожжевой клетки в течение брожения (в точках определения поверхностного потенциала указаны значения концентрации дрожжей, млн клеток/мл)

Таблица 3

Объект исследования Количество взвешенных частиц инициальной мути, содержащих полипептиды, полифенолы и полисахариды, % Полипептиды Полифенолы Полисахариды

Сусло с массовой долей сухих веществ 12% 55 25 20

Пиво из ЦКТ (2-3-и сутки брожения) 33 32 35

Пиво из ЦКТ (3-10-е сутки брожения) 36 22 42

Смыв дрожжей, снятых на 4-е сутки брожения 71 12 17

Готовое пиво 29 14 57

Состаренное пиво 36 37 27

Таблица 4

Гидростатический стресс Размер частиц, нм Концентрация, млн частиц/ мл

Штамм средний интервал колебания

У-3194 Отсутствует 5,6 4-9 0,24

Н » 4,7 4-10 0,22

У-3194 Давление 8,2 4-15 1,10

Н » 8,3 3-13 2,30

мелких — размером 0,01-0,1 мкм (см. рис. 2, б). Этот подъем совпадает со снижением поверхностного потенциала дрожжей с 42 до 33 мВ и началом агглютинации клеток (рис. 3).

В процессе брожения сусла концентрация крупных частиц (1,03,0 мкм) практически не изменяется; их удаление из пива происходит во время коллоидной стабилизации при температуре -1,5 °С, т. е. начиная с 6-8 сут брожения и особенно при фильтровании (см. рис. 2, а).

Концентрация частиц размером 0,01-0,1 мкм в процессе брожения и стабилизации пива постепенно падает, при этом их 2-потенциал возрастает с 37 до 49 мВ. В то же время содержание более крупных коллоидов (0,1-1,0 мкм) претерпевает основные изменения именно при брожении пива и далее, начиная с 6 сут, их концентрация практически не изменяется (см. рис. 2, а), а их поверхностный потенциал стабилизируется и составляет около 40 мВ (см. рис. 2, б).

Во время стабилизации продолжается рост заряда и соответственно снижение количества частиц холодной мути, которые имеют размер 0,01-0,1мкм. Напротив, частицы инициальной мути (0,11,0 мкм) в этот период практически не удаляются из пива (см. рис. 3).

Анализ химической природы взвешенных частиц инициальной мутности показал, что в течение брожения происходят изменения не только поверхностного потенциала взвешенных частиц, но и их качественного состава (табл. 3). Вклад полипептидной фракции постепенно снижается вследствие коагуляции белков при снижении величины рН пива, но главным образом ввиду адсорбции коллоидов на поверхности дрожжей. Эти соединения обнаруживаются в 71 % частиц, содержащихся в воде после промывания дрожжевых клеток, снятых по истечении 4 сут ферментации. Содержание во взвешенных частицах фенольных соединений сначала увеличивается в результате их полимеризации, но затем постепенно снижается из-за седиментации, но не адсорбции их на поверхности дрожжей; так, количество частиц фенольной

28 ПИВО и НАПИТКИ 2012

"СОНТРОЛЬКАЧЕСТВА

природы в промывной воде не превышало 12%.

Доля частиц, в состав которых входят полисахариды, в течение брожения существенно возрастает и в готовом пиве составляет 57 %. Однако в состаренном продукте их количество падает практически до исходного уровня (27%), при этом значительно возрастает доля частиц фенольной природы (с 14 до 37%), что объясняется окислением фенольных соединений, их полимеризацией и сополимеризацией (см.табл. 3).

Установлено,что концентрация коллоидных частиц в пиве и их размер зависят не только от стадии брожения, но и от устойчивости дрожжей к стрессам.

Для доказательства данного факта были проведены две серии экспериментов. В первой серии процесс вели при атмосферном давлении, во второй дрожжи подвергались гидростатическому стрессу путем повышения давления в аппарате через 2 сут брожения.

Для исследования были взяты дрожжи штамма Y-3194, полученного в исследовательском центре ОАО «Пивоваренная компания «Балтика», и один из высокоактивных зарубежных штаммов (Н). Как следует из табл. 4, при отсутствии стресса различий в количестве и размерах коллоидных частиц практически не наблюдается, в то время как при гидростатическом стрессе концентрация коллоидов в готовом пиве различается в два раза в пользу штамма Y-3194. Однако средний размер коллоидных частиц в обоих вариантах напитка практически одинаков.

Таким образом, можно сделать вывод, что на дрожжах адсорбируются в основном коллоиды с размером частиц от 0,1-1,0 мкм, так как после удаления дрожжей из аппарата их концентрация, а также поверхностный потенциал не изменяется. Крупные коллоиды размером 1-3 мкм седиментиру-ют при коллоидной стабилизации пива.

Установлено, что в отсутствие стресса концентрация коллоидных частиц не зависит от штамма. При гидростатическом стрессе с целью повышения стабильности пива следует использовать новый селекционированный штамм Y-3194. &

«Старый Мельник»: поздравительные технологии

Ш

Мельник

Группа компаний EFES в России и TBWA\Moscow Group установили в Москве на Большой Тульской улице новую анимированную рекламную конструкцию с новогодним поздравлением от имени одного из старейших брендов ГК EFES в России «Старый Мельник».

Ключевой визуальный элемент рекламного сообщения — огромное изображение бутылки пива «Старый Мельник», дополненное слоганом бренда «Делать то, к чему душа лежит». В добавление к этому с помощью комбинации режимов внутренней и внешней подсветки брандмауэра удалось получить эффектное анимированное изображение новогодней елки, которая кажется составленной из зажигающихся окон дома.

Необычный формат продвижения бренда полностью соответствует его характеру — отличительными чертами марки «Старый Мельник» всегда были инновационность, яркость и качество. Это пиво создано для активных жителей больших городов, и необычное использование гигантских рекламных конструкций в центре мегаполиса привлекает внимание ключевой целевой аудитории бренда.

ГК EFES постоянно использует наиболее заметные уличные рекламные конструкции. Зеленая мельница с логотипа бренда «Старый Мельник» уже не первый год украшает здание на пересечении Садового кольца и проспекта Мира, превратившись в привычную деталь городского пейзажа.

Проект осуществлен совместно с TBWA\Moscow Group. Размещение конструкции: MediaVest Group.

«Старый Мельник из Бочонка»: новая банка — новый стандарт!

«Старый Мельник из Бочонка» предложил рынку принципиально новый продукт. Теперь пиво этой известной и популярной марки будет разливаться в банки объемом 0,75л.

В настоящее время варианты банок, в которые разливается пиво различных производителей, в подавляющем большинстве случаев ограничиваются объемами 0,33, 0,5 и 1л. Новая банка объемом 0,75 л от» Старого Мельника из Бочонка» — это инновационный для российского пивного рынка продукт.

В новой упаковке представлено пиво «Старый Мельник из Бочонка» Светлое

и Мягкое. Форма новой банки выполнена в полном соответствии с концепцией бренда и напоминает бочонок. По высоте банка объемом 0,75 л не будет отличаться от банки 0,5 л, и она сделана таким образом, чтобы из нее было максимально удобно пить.

На полке супермаркета новая упаковка выделяется за счет своего яркого дизайна, разработанного специально для привлечения дополнительного внимания потребителей к новинке. Золотые и желтые оттенки тради-ционны для бренда, но в то же время за счет их более активного использования удалось добиться эффекта эксклюзивного цветового решения. Традиционный символ бренда — мельница — остался важным элементом оформления банки. В целом концепция дизайна призвана подчеркнуть, что «Старый мельник» из бочонка — это разливное пиво в банке.

Рекомендуемая розничная цена нового продукта — 57 руб., включая НДС.

ОЧАКОВО

Бренд «Очаково» в новом оформлении

Компания «Очаково» провела редизайн своего ключевого пивного бренда. Новое оформление сделает все сорта пива марки «Очаково» более яркими благодаря высококачественной технологии частичного нанесения матового и глянцевого лака на этикетку. Обновленный бренд объемом 1,5 и 2,5 л появился на полках крупных сетей и розничных торговых точек в первых числах февраля 2012 г.

Пиво «Очаково» — самая известная марка компании, которая выпускается более 18 лет.

Главной задачей во время проведения редизайна было сохранить преемственность старого оформления, а образ «деда» должен был остаться хорошо узнаваемым. При создании этикетки была использована уникальная чешская технология частичного лакового покрытия. Теперь изображение выглядит объемным благодаря сочетанию матового фона и глянцевых букв.

1 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ