CC BY
14
Влияние сорбента Pleurotos Ostreatus на процесс брожения
Е.С. Дружинина, М.В. Гернет
Московский государственный университет пищевых производств В.Ф. Колесникова
ООО «Грибные технологии — Фунгитек»
В последние годы в литературе появились многочисленные данные о способности различных микроорганизмов извлекать из среды неблагоприятные компоненты. Способность к сорбции тяжелых металлов и их ионов присуща бактериям, актиномицетам, грибам и дрожжам [6,7].
Отмечено, что мертвая биомасса или полученные из нее продукты имеют преимущества перед живым материалом. Однако многие качества живой биомассы остаются неиспользованными в промышленном контексте, включая раздельное поглощение металлов.
Исследования грибной и дрожжевой биомассы показали эффективное поглощение ряда ионов металлов, включая Cu, Co, Cs, Sr и U, причем механизм этого поглощения может быть различным. Определенные грибы могут быть более эффективны для связывания U, чем активированный уголь и ионообменные смолы. Способность к поверхностному связыванию у Sach-caromyces cerevisiae более низкая при равной сухой массе по сравнению с водорослями, бактериями и нитчатыми грибами.
Перспективно использование живой, нерастущей биомассы либо в форме сформированной грибницы в случае с нитчатыми грибами, либо в качестве иммобилизованных препаратов в случае с дрожжами и другими микробами. Использование грибных пеллет/драже для адсорбции U продемонстрировано с Aspergillus niger, где адсорбция биомассой была в 14 раз более эффективной, чем адсорбция на промышленной ионообменной смоле.
Удаление Cs,Sr и U из раствора пел-летами/драже грибного мицелия и шариками иммобилизованных дрожжей показало, что поглощение было достигнуто практически полностью к 2 ч, при этом большая часть была поглощена уже через 30 мин [7].
Таким образом, свойство микроорганизмов сорбировать нежелательные компоненты среды зависит от вида обработки препарата. Изученный ранее препарат гриба вешенка, показавший способность к оптимизации процесса
брожения, может быть применен как сухая биомасса (в виде легких шариков-драже, склонных к флотации) (1); влажная биомасса (неоднородный препарат, склонный к набуханию и коагуляции (влажность 25-30 %) (2); хитинглюка-новый комплекс (ХГК — порошкообразный препарат, не склонный к набуханию) (3); препарат, полученный сушкой в кипящем слое (4); препарат, полученный низкотемпературной сушкой (5).
На начальном этапе исследовали влияние добавления в бродящее сусло сухой и влажной биомасс на величину накапливаемого спирта, как наиболее близких по составу и свойствам и подвергшихся наименьшей тепловой обработке. Изучали их влияние на процесс при внесении в сусло на стадии главного брожения в количестве 0,1; 0,3; 0,5; 1,0 мас. %/об. Контроль накопления алкоголя вели ускоренным методом [1]. Полученные результаты сведены в табл. 1.
В ходе эксперимента подтвердились данные о способности биосорбента на основе биомассы гриба вешенка оказывать положительное влияние на процесс накопления этанола в пиве. Установлено, что количество спирта, накопленное в контрольном образце к моменту окончания главного брожения (на 7-е сутки), накапливается в пиве: с препаратом 1 концентрацией 0,1 % между 5-м и 6-м днями брожения; с препаратом 1 концентрацией 0,3 % между 6-м и 7-м днями; с препаратом 1 концентрацией 0,5 % на 5-й день; с препаратом 1 концентрацией 1,0 % между 6-м и 7-м днями; препарат 2 концентрацией 0,1 % между 5-м и 6-м днями; препарат 2 концентрацией 0,3 % между 5-м и 6-м днями; препарат 2 концентрацией 0,5 % между 4-м и 5-м днями; препарат 2 концентрацией 1,0% в несколько меньшем количестве, чем в контрольном образце.
Таким образом, наиболее интенсивно сбраживается сусло с добавлением сухой биомассы в количестве 0,1 мас. %, чуть менее интенсивно (но среди других концентраций влажного препарата сбраживается максимально) с добавлением 0,3 мас. % препарата 2.
Прирост накопления этанола в опытных образцах по отношению к контрольному, взятому за 100 %, составит: 0,1 % сухого препарата— 135,7 %; 0,3 % сухого препарата — 121,41 %; 0,5% сухого препарата— 118,56%; 1,0 % сухого препарата — 118,56 %;
Таблица 2
Таблица 1
Препарат Концентрация, мас.% День брожения
Количество спирта,об.%
3-й 4-й 5-й 6-й 7-й
Контроль — 1,14 1,52 2,13 3,168 3,549
Сухой препарат гриба вешенка 0,1 0,3 0,5 1,0 1,77 1,97 2,028 2,28 3,245 2,73 2,94 2,636 3,295 3,042 3,549 3,049 4,56 3,285 3,74 3,447 4,816 4,309 4,208 4,208
0,1 1,57 2,028 2,75 3,802 4,258
Влажный препарат гриба вешенка 0,3 2,18 3,34 3,447 4,056 4,309
0,5 2,306 3,042 3,85 4,056 4,11
1,0 1,47 2,028 2,129 2,99 3,597
Концентрация мас.% День брожения
Препарат Количество спирта, об.%
3-й 4-й 5-й | 6-й 7-й
Контроль — 1,52 2,7378 3,37 3,85
Низкотемпературная сушка (5) 0,1 0,3042 1,673 3,46 3,65 3,979
ХГК (3) 0,1 1,72 2,1294 3,092 3,59 3,95
0,05 1,26 1,9266 2,56 3,04 3,52
Сушка в кипящем слое (4) 0,1 1,647 2,3829 2,92 3,24 3,75
0,3 1,8252 2,48 3,042 3,41 3,86
Сухой препарат гриба вешенка (1) 0,1 1,52 3,04 3,42 4,46 4,968
Влажный препарат гриба вешенка (2) 0,1 0,3 1,2675 2,028 2,02 3,24 2,8899 3,65 3,59 4,15 4,208 4,41
ПИВО и НАПИТКИ
2•2003
36
Рис. 1. Динамика накопления спирта: 1 — контроль; 2 — сухая биомасса 0,1 %; 3 — влажная биомасса 0,3 %
Рис. 2. Динамика накопления спирта: 1 — контроль; 2 — ХГК (3); 3 — сухая биомасса (1) 0,1 %; 4 — препарат (5); 5 — препарат (4) 0,3 %; 6 — влажная биомасса 0,3 %
0,1 % влажного препарата— 115,8 %; 0,3 % влажного препарата — 121,41 %; 0,5 % влажного препарата — 119,97 %; 1,0 % влажного препарата — 101,35 %.
Динамика брожения для образцов, вызвавших наиболее интенсивное накопление этанола, представлена на рис. 1.
В литературе [2,4] сообщается о сорбции тяжелых металлов из опытных растворов хитином гриба Pleurotos Ostreatus и грибными хитинсодержа-щими комплексами.
В следующем эксперименте в сусло на стадии главного брожения вносили как сорбенты на основе влажной и сухой биомасс гриба Pleurotos Ostreatus, показавшие наилучшее влияние на процесс накопления спирта, так и препараты на основе хитин-глюканового комплекса, препараты, полученные низкотемпературной сушкой, а также сушкой в кипящем слое.
Исследования проводили в оптимальных концентрациях,определенных в предыдущих опытах. Результаты приведены в табл. 2. Динамика накопления спирта по наиболее интенсивному его накоплению для каждого препарата представлена на рис. 2.
В результате проведенного эксперимента в опытных образцах пива было накоплено следующее количество алкоголя (относительно 100 %, накопленного в контрольном образце):
препарат, полученный низкотемпературной сушкой, — 103,3 %; ХГК — 102,59 %;
препарат, полученный сушкой в кипящем слое: с концентрацией 0,05 % — 91,43; с концентрацией 0,1 % — 97,40; с концентрацией 0,3 % — 100,26 %;
сухой препарат с концентрацией 0,1 % — 129,04;
влажный препарат с концентрацией 0,1 % — 109,3; с концентрацией 0,3 % — 114,55.
Данный опыт еще раз подтвердил результаты предыдущего эксперимента в том, что сухой препарат, вносимый в количестве 0,1 %, и влажный в количестве 0,3 %, стимулирующие максимальное накопление спирта, — наиболее активные формы гриба вешенка.
Таким образом, полученные результаты показали, что препараты, полученные из мицелия гриба Pleurotos Ostreatus, позволяют оптимизировать брожение путем сорбции компонентов, оказывающих негативное воздействие на этот процесс. Причем разная концентрация вносимых препаратов в разной степени изменяла такой легко контролируемый параметр, как объемная доля этилового спирта, накапливаемая на разных этапах брожения.
Данный факт может быть использован для решения различных задач при производстве пива, например для сокращения процесса брожения; получения продукта с большим процентом алкоголя при использовании исходного сырья за более короткий промежуток времени; устранения недобродов при присутствии в сусле повышенного количества нежелательных компонентов (тяжелых металлов, пестицидов, которые могут присутствовать в сырье, или продуктов метаболизма, накапливаемых в процессе брожения).
Литературные данные о применении сорбента на основе клеточных оболочек дрожжей [5] свидетельствуют о том, что наилучшие результаты получены при внесении препарата на 1-2-е сутки после начала брожения, а обработка бродящего сусла в более поздние сроки снижает его эффективность. Так, наибольшее стимулирующеее действие от введения в бродящее виноградное сусло биосорбента наблюдалось, когда уже сброжено определенное количество сахаров. Введение его до внесения дрожжевой разводки или
на последних этапах сбраживания менее эффективно. В то же время для производства шампанских вин внесение биосорбента в тиражную смесь значительно облегчает проведение вторичного брожения. Последнее наблюдение требовало систематических исследований, поэтому было решено проверить возможность применения биосорбента на основе биомассы гриба вешенка во время дображивания пива.
В следующем исследовании решено было доказать эффективность этих добавок, введенных в 13%-ное сусло, как на стадии главного брожения, так и на стадии дображивания. В данном опыте (в отличие от предыдущих, где регистрировали только количество накапливаемого спирта) контролировали показатели по ГОСТ 12787-81 «Пиво. Методы определения спирта, действительного экстракта и расчет сухих веществ в начальном сусле», ГОСТ 12788-87 «Пиво. Методы определения кислотности», ГОСТ 12789-87 «Пиво. Методы определения цвета», ГОСТ 12790-81 «Пиво. Методы определения диоксида углерода и стойкости» и ГОСТ 30060-93 «Пиво. Методы определения органолеп-тических показателей и объема продукции». Полученные результаты сведены в табл. 3, динамика накопления спирта показана на рис. 3.
Превышение накопления алкоголя в опытных образцах по отношению к контролю показано в табл. 4.
Данный факт подтверждает результаты, полученные во время исследования влияния биосорбентов на проведение вторичного брожения (при приготовлении шампанского) [5]. Так, биосорбент на основе клеточных оболочек дрожжей оказывает наибольшее стимулирующее действие в логарифмической фазе развития дрожжей, т.е. когда основное количество сахаров в
2•2003
|ПИ
НАПИТКИ
37
Таблица 3
Спирт Сухие вещества, мас.% Кислотность, см3 1 моль/дм3 NaOH Цветность,см3 р-ра иода 0,1 моль/дм3 Насыщенность CO2, % Действительная степень сбраживания,%
Добавка После главного брожения После дображивания после главного брожения после дображивания
мас.% об.% мас.% об.%
Контроль 3,785 4,75 5,05 6,36 6,275 5,13 3,173 0,465 0,464 64,62
Образец с сухой биомассой (0,1 мас.%) 5,005 6,306 7,05 8,83 3,876 3,775 2,936 0,4 0,492 73,26
Образец с влажной биомассой (0,3 мас.%) 4,76 5,48 6,41 8,08 5,48 4,98 2,983 0,465 0,492 65,65
Образец Молодое пиво, % Готовое пиво,%
С влажной биомассой (контроль) 25,7 26,9
С сухой биомассой (контроль) 32,23 39,6
виноматериале сброжено. Таким образом, очевидна закономерность во влиянии биосорбентов на процессы брожения.
Кроме того, отмечается возможность активации брожения благодаря содержанию липидов в дрожжевом биосорбенте, играющих роль источника липид-ного питания. Биосорбент же на основе мицелия гриба вешенка богат жирами и белками [3] и соответственно также может стимулировать дрожжи благодаря своему составу.
Полученное пиво по всем показателям, приведенным в табл. 3, соответствовало вышеперечисленной нормативно-технической документации. Сравнительная дегустация образцов,
Таблица 4
проведенная на кафедре «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» МГУПП, не выявила никаких отличий между контрольным образцом и образцами, сброженными с сухой и влажной биомассой. Этот факт также соотносится с результатами исследований биосорбента на основе клеточных оболочек дрожжей, показывающими, что обработка биосорбентами винома-териалов и готовых вин в концентрациях, не превышающих 1 г/дм3, не выявила изменений органолептических характеристик обрабатываемых продуктов. При проведении дегустации образцов пива, сброженных в присутствии биосорбента на основе мицелия гриба вешенка, выявлено, что посторонних,
нехарактерных для светлого пива тонов во вкусе и в аромате не обнаружено. В целом пиво обладало всеми свойствами, характерными для светлых сортов.
Таким образом, применение биосорбента на основе мицелия гриба вешен-ка в оптимально выбранной дозировке оказывает стимулирующее влияние на экспериментально контролируемые показатели продукта (повышает накопление спирта как в молодом, так и в готовом пиве) и кроме того, позволяет получить пиво с хорошими органолепти-ческими показателями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Валуйко Г.Г. Методы технохимического контроля и микробиологического контроля в виноделии. — М.: Пищевая промышленность, 1980.
2. Горовой Л.Ф., Петюшенко А.П. Механизмы сорбии ионов металлов грибными хитинсо-держащими комплексами/Материалы «5-й Всероссийской конференции «Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана». 25-27 мая 1999г. — М. Изд-во ВНИРО, 1999. http://www.chitin.ru/c_5r.htm
3. Дружинина Е.С., Колесникова В.Ф., Гер-нет М.В. Интенсификация процессов брожения с использованием биомассы гриба Pleurotos Ostreatus/ХПиво и напитки. 2003. № 1. С. 26-28.
4. Урьяш В.Ф., Маслова В.А., Туманова А.Н., Демарин В.Т., Кралина Н.Н., Гриб П.Т. Изучение процесса сорбции тяжелых металлов хитином из гриба вешенка/Материалы 5-й Всероссийской конференции «Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана». 25-27 мая 1999г. — М.: — Изд-во ВНИРО, 1999. http://www.chitin.ru/c_5r.htm
5. Щербаков С.С. Разработка и научное обоснование технологии применения биосорбента в виноделии и других бродильных производствах: Автореф. дис... на соискание ученой степени д-ра техн. наук. — М., 1996, с. 19-22.
6. Heavy metal accumulation by bacteria and other microorganisms. G.Gadd, University of Dundee, UK (Накопление тяжелых металлов бактериями и другими микроорганизмами). Expe-rientia 46 (1990) Birkhauser Verlag, CH-4010, Switzerland., pp 835-839.
7. Use of pelleted and immobilized yeasts and fungal biomass for heavy metal and ra-dionuclide recovery. Louise de Rome and Geoffrey M. Gadd, University of Dundee, UK (Использование гранулированной и иммобилизованной дрожжевой и грибной биомасс для удаления тяжелых металлов и радионуклидов). Journal of Industrial Microbiology, 7 (1991), pp 97-104. ^
ПИВО " НАПИТКИ
2•2003
38
