CC BY
12
ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 663.443.1; 663.443.49
DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10026
Вторичные материальные ресурсы при приготовлении пива по способу совмещенного затирания-фильтрования
* oleg.khaev@mail.ru © Хаев О.В, Качмазов Г. С, Туаева А.Ю, 2020
О.В. Хаев*; Г.С. Качмазов, канд. вет. наук; А.Ю. Туаева
Северо-Осетинский Государственный Университет им. К.Л. Хетагурова, г. Владикавказ
Дата поступления в редакцию 25.03.2020 Дата принятия в печать 18.09.2020
Реферат
В производстве пива, пивных и солодовых напитков, приготовленных как из солода, так и с использованием несоложеных продуктов, в том числе при раздельной обработке солода и его заменителей, образуется вторичный материальный ресурс - дробина. Но, вследствие особых условий работы по совмещенному способу затирания-фильтрования, дробина содержит более высокое содержание вымываемого экстракта и имеет влажность ниже, чем при традиционном способе приготовления пива. В современных условиях, вследствие особого внимания к защите окружающей среды, актуальна переработка вторичных материальных ресурсов производства. В работе исследовали возможность увеличения растворимых сухих веществ в дробине в результате ее кислотно-ферментативной обработки с целью повышения питательной ценности за счет увеличения содержания водорастворимых экстрактивных веществ, образовавшихся в результате гидролиза. Применяли ортофосфорную кислоту и ферментный препарат Церемикс 2XL. Комплексная обработка дробины позволила перевести до 30 % сухих веществ в редуцирующие вещества, повысив, тем самым, содержание в ней растворимых веществ.
Ключевые слова
гидролиз; дробина; кислота; корм для животных; ферментный препарат; Церемикс 2XL. Цитирование
Хаев О.В, Качмазов Г. С, Туаева А.Ю. (2020) Вторичные материальные ресурсы при приготовлении пива по способу совмещенного затирания-фильтрования //Пиво и напитки. 2020. №3. С 32-36.
Secondary Material Resources in the Beer Production by the Method of Combined Mashing-Filtering
O. V. Khaev*; G.S. Kachmazov, Candidate of Veterinary Science; A. Y. Tuaeva
North Ossetian State University named after K. Khetagurov, Vladikavkaz
Received: March 25,2020 * oleg.khaev@mail.ru
Accepted: September 18,2020 © Khaev O. V., Kachmazov G.S, Tuaeva A. Y, 2020
Abstract
In the production of beer, beer and malt drinks prepared both from malt and using unmalted products, including the separate processing of malt and its substitutes, a secondary material resource is formed - grains. Nevertheless, due to the special working conditions of the combined method of mashing-filtering, the pellet contains a higher content of leachable extract and has a lower humidity than with the traditional method of preparing beer. In modern conditions, due to special attention to environmental protection, the processing of secondary material production resources is relevant. The work explored the possibility of increasing soluble solids in the pellet because of its acid-enzymatic treatment in order to increase the nutritional value by increasing the content of water-soluble extractive substances formed because of hydrolysis. Orthophosphoric acid and the enzyme preparation Ceremix 2XL were used. Complex processing of grains allowed transferring up to 30 % of dry substances into reducing substances, thereby increasing the content of soluble substances in it.
Key words
hydrolysis; spent grains; acid; animal feed; enzyme preparation; Ceremix 2XL. Citation
Khaev O. V, Kachmazov G.S., Tuaeva A. Yu. (2020) Secondary Material Resources in the Beer Production by the Method of Combined Mashing-Filtering // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2020. No. 3. P. 32-36.
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
Введение. В соответствии с приоритетными направлениями развития пищевой промышленности и повышения экологической безопасности отмечается, что побочные продукты с помощью биотехнологических приемов могут быть резервом для получения полноценного белка, кормового продукта и пищевого сырья. Пивоварение представляет довольно стабильно работающую отрасль народного хозяйства.
При выработке в России в 2019 г. 771,7 млн дал пива и 75,3 млн дал пивных напитков [1] и исходя из образования 3,7-5,0 кг дробины при приготовлении 1 дал пива, на пивоваренных предприятиях образовалось около 3500 тыс. т дробины. Ее переработка имеет важное народнохозяйственное значение вследствие содержания в ней веществ, представляющих интерес для других отраслей народного хозяйства. При приготовлении пива, пивных и солодовых напитков при интенсивном способе совмещенного затирания-фильтрования [2], вследствие сокращенного цикла приготовления сусла и высокой оборачиваемости варочного отделения, образуется значительное количество дробины, которая имеет особенности: более низкое влаго-содержание и большее содержание оставшегося экстракта.
Известно, что в дробине содержится некоторое количество белковых веществ, углеводов, витаминов, минеральных и других веществ [3, 4].
Имеются исследования и наработан некоторый опыт в создании кормовых продуктов с повышенной питательной и кормовой ценностью. Как правило, на пивоваренных предприятиях обогащают дробину белком отстоя пивных дрожжей — с последующей передачей ее в животноводство или, в составе питательной среды, в микробиологическую промышленность, или для выращивания съедобных грибов [5, 6].
Потребление животными кормо-продуктов на основе дробины приводит к хорошему приросту массы их тела. Установлено, что скармливание пивной дробины лактирующим коровам положительно влияет на их молочную продуктивность, а использование дробины, из расчета сухой дробины 300 г на 100 кг живой массы свиней, сказывается на улучшении морфологического и биохимического состава крови. Обогащение рациона лактирующих коров за счет добавления 20 кг пивной дробины на 1 голову скота в сутки позволяет повысить молочную продуктивность коров на 7,5 кг молока в сутки [3, 4, 7].
Дробина образуется в результате фильтрования затора в пивоваренном производстве и представляет выщелоченное измельченное зерно, но с некоторым содержанием вымываемого и невымываемого экстракта. Дробины образуется значительное количество — до 110-140 % к массе переработанного зернового сырья, она содержит 15-20 % сухих
Таблица 1
показатель Солод Солодовая дробина по классической по инновационной технологии технологии
Влажность, % 4,8 82,8 56,5
Белковые вещества, % к СВ 10,9 24,4 29,1
Экстрактивные вещества, % к СВ: 82,4 9,6 10,7
вымываемые - 7,4 7,8
невымываемые - 2,2 2,9
Жиры, % к СВ 1,5 8,1 8,7
Минеральные вещества, % к СВ 1,8 5,6 6,8
Крахмал, % к СВ 58,1 2,4 2,8
Цветность до кипячения, ед. ЕВС 3,4 - -
Цветность после кипячения, ед. ЕВС 5,1 - -
Кислотность, к. ед. 1,1 - -
Разность экстрактов тонкого и грубого помолов, % 1,8 - -
Вязкость лабораторного сусла, Па-с 1,65 - -
Число Кольбаха, % 40 - -
Лигнин, % к СВ - 10,01 10,0
Сырая клетчатка, % к СВ - 17,6 18,9
Гемицеллюлоза, % к СВ - 33,4 35,8
технология
веществ (СВ). В дробине содержатся, % на воздушно-сухое вещество: общая влага — 78,4; протеин — 4,09; клетчатка — 3,7; жир — 1,92; золы — 0,82; безазотистые экстрактивные вещества — 11; фосфор — 0,11; кальций — 0,07; сахара — 0,32 [4]. Питательная ценность дробины составляет 0,17-0,23 кормовых единиц (КЕ).
В современных условиях при усиленном внимании к проблеме переработки вторичных материальных ресурсов (ВМР) и сохранении окружающей среды проведены исследования с целью изучения переработки пивной дробины, образовавшейся в новых технологических условиях интенсивного способа, с целью повышения ее питательной и кормовой ценности.
Цель работы — исследовать возможность повышения содержания легко усваиваемых веществ в пивной дробине, полученной на инновационной установке с совмещенным затиранием-фильтрованием затора. Особенность дробины, получаемой на этой установке, заключается в более высоком содержании в ней вымываемого и невымываемого экстрактов по сравнению с классическим методом, что обусловлено особенностью интенсивной технологии, позволяющей сократить процесс получения сусла в 3-6 раз.
Заторы были приготовлены на ми-нипивоваренном предприятии, оснащенном оборудованием для интенсивного затирания-фильтрования [2]. В эксперименте применяли кислотно-ферментативную обработку дробины (кислотная предобработка с последующей обработкой ферментным препаратом гидролитического действия) с целью повышения содержания низкомолекулярных веществ за счет гидролиза биополимеров зерна. Считаем, что обработанную таким образом дробину целесообразно использовать для приготовления кормов с большей питательной ценностью вследствие увеличенного содержания в ней легко усваиваемых организмом животных веществ.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований были образцы пивной дробины, полученной при производстве 12%-ного пива по традиционной и инновационной технологии (табл. 1), а также дробина после ее кислотной и биокаталитической обработки. В опытах применяли ортофосфорную кислоту (Е338) и фер-
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
технология'
ментный препарат Церемикс 2ХL для гидролиза биополимеров сырья. Церемикс 2ХL обладает альфа-амилазной, бета-глюканазной, протеазной и целлюлазной активностями. Альфа-амилаза — эндоамилаза, гидролизует 1,4-альфа-гликозидные связи амилозы и амилопектина, в результате чего крахмал быстро гидролизуется до растворимых декстринов и олигосахари-дов. Бета-глюканаза — это эндоглю-каназа, гидролизующая бета-глюкан ячменя и солода (1,4-бета, 1,3-бета-глюкан) и олигосахариды, состоящие из 3-5 глюкозных единиц. Протеаза — эндопротеаза, расщепляет белковые вещества до растворимых пептидов. Условия максимальной активности ферментов (суммарно) довольно широкие: 55...75 °С, рН 4,5-7,5.
Для определения показателей дробины применяли традиционные для отрасли методы анализа. Влажность определяли высушиванием до постоянной массы; минеральные вещества — методом сжигания; экстрактивные вещества — пикноме-трически; жиры — методом Сокслета; крахмал — по Эверсу; цветность — фотометрическим методом; кислотность — методом титрования и рН-метрически; редуцирующие вещества — феррицианидным методом [3]. Учитывая, что в дробине через 2-4 ч происходят изменения вследствие обсеменения ее микроорганизмами, сразу после отбора ее проб из заторно-фильтрационного аппарата образцы замораживали при -18 °С и до проведения исследований хранили при указанной температуре.
Кроме показателей, полученных в исследованиях (см. таблицу 1), в дробине содержатся: перевариваемый протеин — 40-42 г/кг; лизин — 2,2; метионин+цистин — 1; кальций — 0,5; калий — 0,3; фосфор — 1,1; магний — 0,4; натрий — 0,65; железо — 50; медь — 2,2; цинк — 22; далее (мг/кг): марганец — 8; кобальт — 0,05; йод — 0,02; каротин — 1,6; витамин Е — 14; В1 — 0,2; В4 — 510; В5 — 13 г/кг. Аминокислотный состав хорошо сбалансирован, с точки зрения питательной ценности. В сыром протеине дробины содержатся: лизин — 3,5 %; метионин — 1,6; триптофан — 1,4; аргинин — 4,5; гисти-дин — 2,1; лейцин — 9,4; изолейцин — 5,2; фенилаланин — 5; треонин — 3,5; валин — 3,5 %. Содержание незаменимой для птицы и свиней линолевой кислоты составляет 3,9 % [8]. Высокое содержание клетчатки оболочки зер-
40
30
25
20
15
10
0 1 2 3 4 5 6 7
Дозировка кислоты, %
В Кислота И Кислота + ФП
Рис. 1. Влияние концентрации кислоты (предобработка, 1-я стадия) и ферментного препарата Церемикс 2ХL (2-я стадия) на образование РВ в дробине
10
ФП, % к СВ
15
20
Рис. 2. Влияние дозировки ферментного препарата (ФП) Церемикс 2ХL на образование РВ в предобработанной дробине
на, состоящей из целлюлозы, геми-целлюлоз и лигнинов, ограничивает использование пивной дробины для корма некоторых животных.
Результаты и их обсуждение. Как было указано выше, вследствие особых параметров технологического процесса производства пивного сусла по совмещенному способу затирания-фильтрования, дробина содержит большее, чем обычно, количество вымываемого экстракта, но меньшую влажность. Было принято решение гидролизовать биополимеры дробины в два этапа. Первый этап — кислотный гидролиз дробины, второй этап — гидролиз биополимеров ферментами, с целью перевода их в вещества с меньшей молекулярной массой для повышения качества обработанной дробины.
Для гидролиза биополимеров дробины использовали ортофосфорную
кислоту с целью предварительного гидролиза биополимеров дробины и ферментный препарат Церемикс 2XL для последующего, более глубокого, гидролиза углеводов и белковых веществ.
На 1-м этапе исследований для кислотного гидролиза (предобработки с целью гидролиза и клейстериза-ции крахмала и разжижения твердых веществ) применяли растворы кислоты концентрацией 1,0-8,0 %. Гидролиз проводили при избыточном давлении 0,1 МПа в течение 20 мин (1-я стадия, выдерживая дробину в растворе кислоты концентрацией 1-8 %). После осуществления кислотной обработки гидролизат нейтрализовали до рН 5,8 карбонатом натрия и далее вносили ферментный препарат (2-я стадия гидролиза) (рис. 1). Далее при тех же концентрациях кислоты в реакционной среде проводили гидро-
35
0
8
0
5
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
лиз с добавлением 2%-го препарата к массе СВ дробины. О степени гидролиза судили по содержанию образовавшихся РВ (рис. 1).
Таким образом, на 1-й стадии исследований внесение ферментного препарата в дробину позволило повысить степень гидролиза на 5-10 % с ее снижением при увеличении концентрации кислоты, что, по-видимому, обусловлено ингибирующим действием кислоты. Но в дальнейших опытах выбрали концентрацию кислоты в дробине 2 %, так как более высокие концентрации экономически нецелесообразны.
На 2-й стадии исследований изучали рациональную дозировку биокатализатора в интервале от 0 до 20 % к массе СВ предобработанной, как описано выше, дробины. Степень гидролиза также устанавливали по содержанию РВ в гидролизате (рис. 2).
Выбор ферментного препарата Це-ремикс 2ХL был обусловлен довольно высоким содержанием непрогидроли-зованных белковых веществ и небольшим количеством высокомолекулярных продуктов гидролиза крахмала. Для крупного рогатого скота высокое содержание клетчатки не препятствует усвоению, вследствие способности ее переваривать. С целью использования дробины для других видов животных целесообразно гидролизовать и целлюлозу. Поэтому данный препарат, имеющий целлюлазную актив -ность, был выбран для более полного извлечения из дробины растворимых гидролизатов.
По результатам эксперимента была выбрана дозировка препарата Це-ремикс 2ХL в количестве 8 % к массе СВ дробины. Более высокие концентрации экономически нецелесообразны.
Для определения продолжительности гидролиза предобработанной кислотой пивной дробины установленным в результате экспериментов количеством биокатализатора 8 % к массе СВ на дробину, обработанную в соответствии с результатами проведенных исследований, действовали ферментами препарата Церемикс 2ХL в течение 2 сут при температуре 55 °С, удовлетворительной для действия различных ферментов (по данным фирмы-изготовителя), так как оптимальная температура для действия протеазы около 40 °С, бета-глюканазы — 50, альфа-амилазы — 70 °С. Субстрат выдерживали при рН
5,8, так как оптимальная кислотность среды для действия протеазы и амилазы рН около 5,9, бета-глюканазы — 7,0. Кроме того, по данным фирмы-изготовителя, стабильность активностей препарата при выбранной температуре опыта составляет около 70 %. Увеличение содержания РВ при гидролизе биополимеров дробины при указанных условиях отражено в табл. 2.
Учитывая значительный расход энергии на поддержание температуры, а также потерю активности ферментов во время выдержки, было принято решение обрабатывать дробину биокатализатором при указанных выше условиях в течение 10 ч.
Основываясь на результатах исследования, авторы рекомендуют дробину, полученную по интенсивной технологии, вначале подвергать кислотному гидролизу ортофосфор-ной кислотой при концентрации кислоты в среде 2 % в течение 20 мин при давлении 0,1 МПа с последующей нейтрализацией карбонатом натрия до рН 5,8. Предобработанную таким образом дробину далее необходимо подвергать гидролизу ферментным комплексом препарата Церемикс 2ХL в дозировке 8 % к массе СВ дробины в течение 15 ч. Обработанную таким образом дробину, характеризующуюся более высоким содержанием, чем обычно, легкоусваиваемых продуктов гидролиза крахмала, белковых веществ, гемицеллюлоз — средне- и низкомолекулярных углеводов и азотистых веществ — до трети от СВ — возможно использовать непосредственно на корм скоту, причем разным животным, в том числе после ее высушивания, или для использования в качестве обогащенного субстрата для выращивания микроорганизмов с целью получения белковых кормов.
Выводы. Основной вторичный материальный ресурс пивоварения — пивная дробина — вследствие особого ведения технологического процесса по интенсивному способу совмещенного затирания-фильтрования содержит меньше влаги (по сравнению с полученной по классической технологии), но большее количество вымываемого и невымываемого экстрактов. Разработанный способ последовательного гидролиза биополимеров дробины кислотой и ферментным препаратом Церемикс 2ХL позволяет получить в результате такой обработки довольно высокое количество легкоусваиваемых низко- и среднемолекулярных веществ
Таблица 2
п родолжительность Содержание РВ
гидролиза, ч в гидролизате, % к СВ
0 5
5 28
10 35
15 36
20 38
25 39
50 40
(углеводов, азотистых веществ), что может сделать ее более питательным кормом для животных при непосредственном ее употреблении и позволит использовать в качестве обогащенного субстрата для выращивания микроорганизмов с целью получения белкового корма или компонента кормового продукта. Предложенный способ значительно повышает качество дробины для ее практического применения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Итоги работы предприятий РФ по производству пива, безалкогольных и алкогольных напитков, соков, винодельческой продукции и спирта за январь-декабрь 2019 г. // Пиво и напитки. — 2020. — № 1. — С. 4-5.
2. Хаев, О.В. Интенсивный способ совмещенного затирания-фильтрования в производстве пива с раздельной обработкой злаков / О. В. Хаев, Г. С. Качмазов, А. Ю. Туаева // Пиво и напитки. — 2020. — № 1. — С. 25-29.
3. Ермолаева, Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия / Г.А. Ермолаева. — СПб.: Профессия, 2004. — 546 с.
4. Колмогорова, Е.А. Использование пивной дробины в кормлении лактирующих коров / Е. А. Колмогорова, Д. А. Колмогоров, О. В. Иванова // Сборник научных трудов Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. — 2014. — Т. 2, № 7. — С. 123-126.
5. Волкова, А. А. Влияние ферментных препаратов на увеличение аминного азота в ферментативном гидролизе пивной дробины / А. А. Волкова, О. Б. Иванченко, П. Е. Баланов // Пиво и напитки. — 2010. — № 6. — С. 13-15.
6. Руденко, Е. Ю. Современные тенденции переработки основных побочных продуктов пивоварения / Е. Ю. Руденко // Пиво и напитки. — 2007. — № 2. — С. 66-68.
7. Лазаревич, А. Н. Пивная дробина в кормлении свиней / А. Н. Лазаревич, А. П. Леснов // Свиноводство. — 2010. — № 8. — С. 34-36.
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
технология'
8. Табаков, Н.А. Рекомендации по производству и использованию углеводно-белкового корма, полученного путем биотрансформации пивной дробины / Н.А Табаков, АН. Лазаревич, А. П. Леснов. — Красноярск: Красноярский государственный аграрный университет, 2013. — 54 с.
REFERENCES
1. Itogi raboty predprijatij RF po proizvodstvu piva, bezalkogol'nyh i alkogol'nyh napitkov, sokov, vinodel'cheskoj produkcii i spirta za janvar'-dekabr' 2019 g. [The results of the work of enterprises of the Russian Federation in the production of beer, soft drinks and alcoholic beverages, juices, wine products and alcohol for January-December 2019]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2020;1:4-5. (In Russ.)
2. Haev OV, Kachmazov GS, Tuaeva AJ. Inten-sivnyj sposob sovmeshhennogo zatiranija-fil'trovanija v proizvodstve piva s razdel'noj obrabotkoj zlakov [Intensive method of com-
bined mashing-filtering in beer production with separate processing of cereals]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2020;1:25-29. (In Russ.)
3. Ermolaeva GA. Spravochnik rabotnika labo-ratorii pivovarennogo predprijatija [Brewery Lab Employee Handbook]. Saint-Petersburg: Professija; 2004. 546 p. (In Russ.)
4. Kolmogorova EA, Ivanova OV. Ispol'zovanie pivnoj drobiny v kormlenii laktirujushhih korov [The use of beer grains in feeding lactating cows]. Sbornik nauchnykh trudov Stavropol'skogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zhivotnovodstva i kormoproiz-vodstva [Collection of scientific papers of the Stavropol research Institute of animal husbandry and feed production]. 2014;2 (7):123-126. (In Russ.)
5. Volkova AA, Ivanchenko OV, Balanov PE. Vli-janie fermentnyh preparatov na uvelichenie aminnogo azota v fermentativnom gidrolize pivnoj drobiny [The effect of enzyme prepa-
rations on the increase in amine nitrogen in the enzymatic hydrolysis of beer grains]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2010;6:13-15. (In Russ.)
Rudenko EJ. Sovremennye tendencii pere-rabotki osnovnyh pobochnyh produktov pivovarenija [Current trends in the processing of major brewing by-products] Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2007;2:66-68. (In Russ.) Lazarevich AN, Lesnov AP. Pivnaja drobina v kormlenii svinej [Beer pellet in pig feed]. Svinovodstvo [Pig breeding]. 2010;8:34-36. (In Russ.)
Tabakov NA, Lazarevich AN, Lesnov AP. Re-komendacii po proizvodstvu i ispol'zovaniju uglevodno-belkovogo korma, poluchennogo putem biotransformacii pivnoj drobiny. [Recommendations for the production and use of carbohydrate-protein feed obtained by biotransformation of beer grains]. Krasnojarsk; Krasnojarskij agrar. un-t. [Krasnoyarsk Agricultural University]; 2013. 54 p. (In Russ.)<®
6.
8
Авторы
Хаев Олег Валериевич;
Качмазов Геннадий Созырович, канд. вет. наук; Туаева Альбина Юрьевна
Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, 362025, Северо-Кавказский федеральный округ, Республика Северная Осетия-Алания, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 44-46, oleg.khaev@mail.ru, kgssogutfi@yandex.ru, tuaeva_97@bk.ru
Authors
Oleg V. Khaev;
Gennadiy S. Kachmazov, Candidate of Veterinary Science; Albina Y Tuaeva
North Ossetian State University after K. L. Khetagurov, 44-46, Vatutina Str., Vladikavkaz, Republic of North Ossetia-ALania, North Caucasian Federal District, 362025, oLeg.khaev@maiL.ru, kgssogutfi@yandex.ru, tuaeva_97@bk.ru
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
