Совершенствование технологии пивоварения с использованием со 2 -экстракта хмеля
На правах рукописи
ХРИСТЮК Алексей Владимирович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПИВОВАРЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СО2-ЭКСТРАКТА ХМЕЛЯ
05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых,
бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной
продукции и виноградарства
05.18.10 – Технология чая, табака и биологически активных веществ
и субтропических культур
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар-2007
Работа выполнена в ГОУ ВПО ”Кубанский государственный технологический университет”
Научные руководители: доктор технических наук, профессор
Соболев Эдуард Михайлович;
доктор технических наук, профессор
Касьянов Геннадий Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Леончик Борис Иосифович;
доктор технических наук, профессор
Тимофеенко Татьяна Ильинична
Ведущая организация: ГУ «Всероссийский научно-исследовательский институт пивобезалкогольной и
винодельческой промышленности»
Россельхозакадемии
Защита состоится 7 июня 2007г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. А, конференц-зал
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 4 мая 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, кандидат технических наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. Важнейшим направлением государственной политики в агропромышленном комплексе России является выполнение приоритетов национального проекта «Развитие АПК» и задач, поставленных Правительством РФ, в области здорового питания населения путём разработки и внедрения экологически безопасных пищевых продуктов, способствующих сохранению и укреплению здоровья населения.
Совершенствование технологии пивоварения за счет использования натурального растительного сырья отечественного и зарубежного производства, извлечение из него ценных компонентов с максимальным сохранением термолабильных веществ и их использование в пивоварении, является актуальным направлением науки в современной пищевой промышленности.
Научное обоснование данной проблемы и возможные пути ее решения приводятся в трудах Аникановой З.Ф., Елисеева М.Н., Закревского В.В., Иванова Л.А., Касьянова Г.И., Кислухиной О.В., Лебедева А.Н., Оганесянца Л.А., Тихомирова В.Г., Тутельяна В.А., Гардена А., Нейберга К., Метергофа О., Эмбдена Г. и других учёных.
Достигнутые в последние годы успехи в области экстрагирования биологически активных веществ из растительного сырья сжиженными газами (в том числе диоксидом углерода), позволили создать ряд эффективно действующих экстракционных производств по получению хмелевых препаратов, необходимых для пивоваренной промышленности.
Вместе с тем многие вопросы требуют дальнейших исследований и уточнений: не исследованы физико-химические свойства новых сортов ячменя иностранной селекции, недостаточно изучена трансформация термолабильных веществ в процессах СО2-экстракции и их влияние на качество пива, требуют дальнейшего решения вопросы улучшения качества экстрактов и интенсификации процесса их производства. В связи с этим, исследования, направленные на совершенствование технологии пивоваренного производства за счет использования рациональных технологий получения и применения СО2-экстрактов хмеля и охмеления пивного сусла, являются актуальными и целесообразными.
Актуальность темы подтверждается её соответствием тематики НИР
КубГТУ № 1.2.06-10 « Совершенствование технологии и контроль качества пива, ликероводочных изделий, виноградных и плодово-ягодных вин и напитков»,
№ 05-06-38621-а/ю «Разработка методов послестрессовых реабилитаций на основе применения напитков лечебного профилактического действия» и
№ 6.29.02.01-2005 «Проведение лабораторных испытаний образцов алкогольной продукции» (2004-2006 гг).
Решение поставленных задач осуществлялось в соответствии с международным стандартом серии ИСО-9000 и отечественными нормативными актами, регламентирующими показатели качества и безопасности пива.
1.2 Цель исследований - совершенствование технологии пивоварения с использованием СО2-экстракта хмеля.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие
задачи:
– исследовать химический состав хмеля различных сортов;
– теоретически обосновать и усовершенствовать технологию получения СО2-экстракта хмеля путём использования электромагнитного поля низкой частоты;
–усовершенствовать технологическую схему установки для СО2-экстракции хмеля;
– исследовать химический состав СО2-экстрактов хмеля;
– изучить трансформацию хмелевых смол при окислении в процессе варки пива;
– усовершенствовать процесс охмеления пивного сусла и технологию получения пива с использованием СО2-экстракта хмеля;
– разработать новую технологию получения безалкогольного пива с применение твёрдого диоксида углерода;
– разработать новый вид бактерицидной тары для хранения и транспортировки пива;
– разработать техническую документацию на производство пива по усовершенствованной технологии;
– провести опытно-промышленную апробацию усовершенствованной технологии производства пива с расчетом экономической эффективности.
1.3 Научная новизна. Теоретически обоснована и практически реализована технология производства традиционного и безалкогольного пива, включающая применение низкочастотного электромагнитного поля с целью ускорения процесса СО2-экстрагирования ценных компонентов из хмелевого сырья. Впервые теоретически обоснован новый подход к использованию твердого гранулированного диоксида углерода в технологии безалкогольного пива в качестве сорбента этилового спирта, обоснованы оптимальные параметры его применения, не снижающие качества и потребительских свойств продукции.
Впервые теоретически обоснован алгоритм усовершенствования технологии, включающий применение метода «взрывного» измельчения солода, интенсификацию процесса СО2-экстракции целевых компонентов хмеля и применение нового вида бактерицидной тары для транспортирования пива, в том числе безалкогольного.
Новизна предлагаемых технических решений подтверждена двумя положительными решениями о выдаче патентов РФ на изобретения и свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.
1.4 Практическая значимость. По результатам выполненных исследований разработана технологическая схема комплексной переработки хмеля, усовершенствована установка для получения СО2-экстракта хмеля, модифицирована технология получения пива (в том числе безалкогольного) с использованием СО2-экстракта хмеля и электромагнитного поля низкой частоты. Разработана техническая документация на производство пива (в том числе безалкогольного) по усовершенствованной технологии (ТУ № 9160-181-0480-1346-06 «СО2-экстракт хмеля», ТУ №9160-182-0480-1346-06 «Пиво безалкогольное»). Проведена опытно-промышленная апробация технологии с получением фактического экономического эффекта.
1.5 Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссерта-ционной работе, были обсуждены и одобрены на: ежегодных научно-практических семинарах отдела газожидкостных технологий Краснодарского НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии (г. Краснодар, 2000-2007г.г.); международной научно-практической конференции «Продовольственная индустрия Юга России» (г. Краснодар, 2000г.); международной научно-практической конференции «Экологически безопасные энергосберегающие технологии хранения и переработки сырья растительного и животного происхождения» (г. Краснодар, 2001г.); научно-практическом семинаре голландской фирмы «CARRY», (г. Амстердам, 2006г.); III международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюидные технологии -инновационный потенциал России» (г. Ростов-на-Дону, 2006г.); региональной научно- практической конференции аспирантов, соискателей и докторантов
(г. Майкоп, 2007г.).
1.6 Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных трудов, в том числе 2 монографии, 4 научные статьи, 6 публикаций в материалах конференций, а так же получены 2 решения о выдаче патентов РФ на изобретения и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературных источников, методической и экспериментальной части, списка литературы из 138 источников, в том числе 44 - иностранных авторов. Работа изложена на 132 стр. компьютерного текста, содержит 19 таблиц и 45 рисунков.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использованы ячмень (Hordeum vulgare L.) пивоваренный сорта «Scarlet» и «Одесский 100» районированный в Липецкой области и хмель(Humulus lupulus L.) сортов «Spalter» и «Northern Brewer» семейства коноплевых (Cannabinaceae) – двудомное растение, женские и мужские цветки которого находятся на разных растениях. Для пивоварения использовали женские неоплодотворенные шишки хмеля обыкновенного разных ботанических сортов: ароматных, горько-ароматных, горьких и горьких с высоким содержанием -кислот. В работе использовались
СО2-экстракты хмеля и гранулы твердого СО2.
2.2 Методы исследований. Для определения основных показателей химического и физико-химического состава объектов применяли стандартные методы ГОСТ и ГОСТ Р, а также методики, изложенные в рекомендациях
ВНИИПБ и ВП. Обработку хмеля магнитным полем низкой частоты (ЭМП НЧ) проводили на установке, сконструированной М.Г. Барышевым и Г.П. Ильченко (КГУ, г. Краснодар).
Планирование эксперимента по оптимизации процесса экстрагирования с факторами частота магнитного поля - температура процесса было проведено посредством униформ-рототабельных планов Бокса-Хантера. Специфический характер ковариационной матрицы для ротатабельных планов позволяет провести процедуру обращения этой матрицы и получить формулы для расчетов коэффициентов уравнения регрессии и их дисперсий:
;
где: yi - i тый отклик; А, С, 4 – константы; к - число факторов; N - общее число опытных точек в плане.
Программно-целевая модель исследований показана на рисунок 1. Исследования проводились в соответствии с международным стандартом серии
ИСО-9000 и отечественными нормативными актами, регламентирующими показатели качества и безопасности пива.
В работе применялись классические методы газожидкостной и жидкостной хроматографии, хроматомасс-спектроскопии.
Рисунок 1 – Программно-целевая модель исследования
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Обоснование выбора сорта ячменя и способа его измельчения. Изучена целесообразность использования четырёх сортов ячменя отечественной и зарубежной селекции, физико-химические показатели которых представлены в таблица 1 и рисунок 2.
Таблица 1 – Сравнительная характеристика ячменей сорта «Scarlet» и
«Одесский 100»
| Сорт ячменя | Белок, % | Крупность, % | Отходы сортировки, % | Способность прорастания, % |
| Скарлетт (Литва) | 10,9 | 96,5 | 5 | 95 |
| Одесский 100 (РФ) | 11,8 | 95 | 6,8 | 94,5 |
| Скарлетт (Франция), контроль | 10,2 | 97,2 | 5,5 | 97,2 |
| Скарлетт (РФ) | 11,0 | 96,2 | 4,8 | 96,6 |
Рисунок 2 – Сравнительная характеристика ячменей сорта «Scarlet» и
«Одесский 100»
Анализ полученных данных показал, что по совокупности физико-химических показателей, имеющих важное решение для пивоварения, выделяется сорт «Scarlet», выращенный в России. К его достоинствам относится оптимальное содержанием белка, наименьший уровень отходов сортировки, высокая способность к прорастанию. По последнему показателю ячмень сорта «Scarlett», выращенный в России, уступает только эталонному образцу, произрастающего во Франции. Кроме того, сорт перспективен для его выращивания в различных регионах России. В связи с этим проведенные исследования являются целесообразными, а полученные результаты - практически значимыми.
Измельчение солода (или его смеси с несосоложенным ячменём) проводили по разработанной нами методике (Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2006128179 от 03.08.2006. Способ приготовления затора из частично неосоложенного сырья; Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2006128181 от 03.08.2006. Способ затирания солода.). Для этого под давлением на солод наносили жидкую СО2-мисцеллу хмеля, а затем проводили резкий сброс давления по режимам (табл. 2). При этом происходило «вскипание» диоксида углерода, что приводило к разрушению структуры эндосперма зернового ячменя и солода.
Затирание осуществляли инфузионным способом как наиболее рациональным способом ферментации по режиму: белковая пауза при 47°С; мальтозная пауза при 63°С; пауза осахаривания при 72°С; температура перекачки затора в фильтр-чан 78°С; рH затора 5,4; гидромодуль солод-вода 1:4. Соответствие состава шрота и режим затирания контролировали по содержанию крахмала в дробине, продолжительности фильтрации и выходу экстракта. В качестве контроля использовали затор, приготовленный по традиционной технологии.
Полученные результаты показали, что объём вспученного таким образом солода в среднем увеличился на 8-11%, а выход экстракта – на 0,4-1,3% от объема использованного сырья. Продолжительность фильтрации затора существенно не изменилась (таблица 2).
Таблица 2 – Результаты обработки солода CO2-мисцеллой хмеля
| № варианта | Скорость сброса давления в аппарате, МПа/с | Объем солода, % | Продолжительность фильтрации, мин. | Выход экстракта, % |
| Контроль 1 2 3 4 | 6,0/20 5,8/20 5,4/20 5,3/20 | 100 112 111 109 108 | 120 115 114 114 113 | 98 99,3 99,0 98,6 98,4 |
3.2 Исследование химического состава хмеля и разработка схемы его переработки. Проведен сопоставительный анализ химического состава товарных сортов хмеля, произрастающего в различных регионах мира. Анализ полученных данных (табл.3) показал, что по совокупности важнейших химических показателей выделяются сорта «Spalter» и «Northern Brewer», характеризующиеся оптимальным содержанием целевых компонентов - фарнезена, -кислоты и когумулона.
В связи с этим для дальнейших исследований были отобраны вышеназванные сорта хмеля. В экспериментах использованы выбранные сорта хмеля, представленные фирмой-изготовителем в виде гранул, упакованных в аллюминизированные пакеты, заполненные инертным газом.
Таблица 3 – Сорта хмеля и его определяющие химические показатели
| Сорт. Страна производитель | Торговая абравиатура | Содержание -кислот, % | Содержание когумулона, %мас. | Содержание фарнезена, % мас. |
| 1/ ТОНКО АРОМАТНЫЕ | ||||
| 1.1. Saaz – Чешская республика | CZ-SA | 3,5-5,0 | 23 -26 | 13-20 |
| 1.2. Spalt – Германия | SSP | 4,2 | 25-28 | 14,9 |
| 1.3. Tettnang- Германия | TTE | 4,0 | 25-29 | 15,8 |
| 2/ ГОРЬКИЕ | ||||
| 2.1. Northern Brewer - Германия | HNB | 7,7 | 28-31 | <0,1 |
| 2.2. Brewers Gold - Германия | HBG | 6,4 | 40-48 | 0,0 |
| 2.3. Spalt Record - Германия | SRE | 6,4 | 25-27 | <0,1 |
| 2.4. Orion – Германия | HOR | 7,5 | 27-30 | 0,0 |
| 2.5. Pride of Ringwood - Австралия | AU-PR | 8,5 | 33-39 | <0,1 |
| 2.6. Bullion – США | US-BU | 8,5 | 35-40 | <0,1 |
| 2.7. Cluster- США | US-CL | 7,0 | 36-42 | <0,1 |
| 2.8. China Cluster - Китай | CN-CL | 6,5 | 32-43 | <0,1 |
| 2.9. Golding – Англия | GB-GO | 5 2 | 42-48 | <0,1 |
| 3/ ОЧЕНЬ ГОРЬКИЕ | ||||
| 3.1. Magnum – Германия | HHM | 13,0 | 24-25 | <0,1 |
| 3.2. Taurus – Германия | HTU | 13,0 | 23-25 | 0,2 |
| 3.3. Nugget- США | US-NU | 14,0 | 23-30 | <0.1 |
| 3.4. Target – Англия | GB-TA | 11,0 | 29-35 | <0,1 |
| 3.5. Columbus- США | US-CO | 14,0-16,0 | 30-35 | <0,1 |
| 3.6. Chinook- США | US-CH | 12,0-14,0 | 36-42 | <0,1 |
| 3.7. Galena- США | US-GA | 12,0-14,0 | 38-42 | <0,1 |
Проведен химический анализ горьких веществ в выбранных сортах хмеля.
Полученные результаты (табл. 4) показали, что концентрация важнейших химических компонентов варьирует в широких пределах.
Таблица 4 – Содержание горьких веществ в хмеле (в пересчете на сухое
вещество)
| Сорта Основные компоненты | Spalt | Northern Brewer | |
| Общие смолы, % | 17,7 | 21,3 | |
| -кислота, % | 6,0 | 10,6 | |
| В % к -кислоте | |||
| Когумулон, % | 23,0 | 26,0 | |
| Адгумулон, % | 17,0 | 16,0 | |
| Гумулон, % | 60,0 | 58,0 | |
| -фракция, % | 9,5 | 8,2 | |
| Твердые смолы, % | 2,2 | 2,5 | |
| В % к общим смолам | |||
| -кислота | 33,9 | 49,8 | |
| -фракция | 53,7 | 38,5 | |
| Твердые смолы | 12,4 | 11,7 | |
| -кислота : -фракция | 1:1,58 | 1:0,77 | |
Однако концентрации таких компонентов как адгумулон, гумулон, когумулон, активные центры которых задействованы в различных реакциях и процессах, (табл. 4, рис. 3) имеют близкие значения.
Рисунок 3 – Общая формула -горьких кислот хмеля и их гомологов,
выделенных в изучаемых сортах
Наибольшая концентрация кислот -фракции характерна сорту «Spalt». Известно, что эти кислоты обусловливают горечь пива и мягкость её восприятия, то есть активно участвуют в формировании потребительских качеств продукта. Анализ химического строения -кислот (рис. 4) свидетельствует об их способности к изомеризации ряда гомологов, что должно быть учтено при создании эффективной технологии экстракции.
Рисунок 4 – Общая формула -горьких кислот хмеля и их гомологов
Анализируя мировой опыт пивоварения, следует отметить, что применение хмелевых порошков и гранул для охмеления пива имеет ряд недостатков: необходимость соблюдения строгих режимов хранения, нарушение которых приводит к ухудшению качеств; низкая экономическая эффективность их применения. В связи с этим, в технологии пива предусмотрено использование хмелевых экстрактов, получение которых основано на применении пожаровзрывопасных органических растворителей. Это ограничивает возможности использования таких экстрактов в технологии напитков. Кроме того, при отгонке растворителей из мисцеллы удаляются легколетучие компоненты эфирных масел, а остаточные количества растворителей в экстракте (до 2,2%) не безвредны в физиологическом отношении. В связи с этим для извлечения ценных горьких и ароматических компонентов из хмеля предложено использование экстракции с помощью жидкого диоксида углерода в до- и сверх критическом состоянии.
Технологическая схема двустадийного получения СО2-экстракта хмеля. В период выполнения исследований в условиях отдела газожидкостных технологий и цеха экстракции ООО «Компания Караван» была существенно модернизирована схема переработки хмеля. На рис. 5 изображена аппаратурно- технологическая схема комплексной переработки хмеля.
Схема состоит из двух частей: переработка натурального шишкового хмеля в гранулы двух типов - обогащенных лупулином (тип 45) и натуральных гранул (тип 90); полученные гранулы фасуются и отправляются потребителям. На втором этапе осуществляется СО2-экстракция компонентов хмеля из натуральных гранул (тип 90) до фасовки в докритическом режиме (по разработанной нами технологии).
Рисунок 5 – Аппаратурно - технологическая схема комплексной переработки хмеля, где:
1-хмель сырой, фасованный, 2-разгрузка тюков, 3- смешение, гомогенизация партий хмеля для переработки), 4-сушилка для хмеля (до влажности 7-8%), 5-холодный воздух, 6-анализ проб, 7-отделение тяжелых частиц (удаление загрязнений), 8-режущая машина, 9-холодильная установка (охлаждение до -35оС), 10-отделение лупулона от лепестков через сита (концентрирование лупулона в 2 раза), 11-смотровое окно, 12-регулировка извлечения лупулона (Тип 45), 13-анализ проб, 14-мешалка порошка, 15-анализ проб, 16-пресс для гранулирования, 17- охлаждение гранул, 18- промежуточный сбор гранул, 19-анализ проб, 20-фасовка гранул по весу, 21-дробильная мельница (размолол хмеля в порошок), 22-мешалка порошка, 23-анализ проб, 24-пресс для гранулирования, 25-охлаждение гранул, 26-промежуточный сбор гранул, 27-анализ проб, 28-фасовка гранул по весу, 29-гранулированный хмель (Тип 90), 30-экстракторы, 31, 32-устройства для снижения давления, 33-теплообменник, 34-сепаратор (отделение СО2 от смолы), 35-сборник СО2-экстракта смолы (без масла), 36-сепаратор (отделение масел от СО2), 37- сборник СО2-экстракта масел (без смолы), 38-конденсатор, 39-насос ВД, 40-теплообменник.
В схеме предусмотрен технологический блок, модернизированный автором (рис. 6).
На рис. 6 приведена схема усовершенствованной установки, апробированной в цехе экстракции ООО «Компания Караван» (пос. Белозерный, г. Краснодар).
Рисунок 6 – Усовершенствованная технологическая схема установки для экстрагирования ценных компонентов из растительного
сырья жидким диоксидом углерода.
1 – газгольдер, 2 – конденсатор, 3 – сборник, 4 – экстракторы, 5 – пульсатор, 6 – баллоны, 7 – сборник экстракта, 8 – испаритель, 9- генератор ЭМП НЧ, В1 – В13 – вентили, Н1 – насос высокого давления, Н2 – вакуум-насос, У – устройство для отбора экспресс-проб.
Конструкция такой установки существенно отличается от известных наличием системой резервирования и подачи сжиженного диоксида углерода в систему, фильтров очистки растворителя и мисцеллы и установки низкочастотных электромагнитных устройств в двух зонах экстрактора, а также пневмоплунжерного насоса с клапанной системой. Из представленной зависимости (рис.7) выхода экстрактивных веществ от продолжительности процесса экстракции и воздействия ЭМП НЧ следует, что при включении генератора ЭМП НЧ происходит интенсификация процесса в среднем на 22-26%.
Рисунок 7 – Зависимость выхода экстрактивных веществ от продолжительности процесса экстракции и воздействия ЭМП НЧ
В таблице 5 представлен химический состав хмелевых масел, по сортам, способом докритической СО2-экстракции.
Таблица 5 – Химический состав хмелевых масел, извлеченных из хмеля сортов Spalt и Northern Brewer способом докритической СО2-экстракции
| Сорт Показатели | Spalt | Northern Brewer | ||
| без ЭМП НЧ | с ЭМП НЧ | без ЭМП НЧ | с ЭМП НЧ | |
| Общие масла, % | 0.72 | 0,88 | 1,73 | 2,12 |
| В % от общих масел: | ||||
| Мицерин | 21,1 | 21,7 | 34,1 | 34,5 |
| -Кариофиллен | 6,3 | 6,2 | 8,1 | 8,0 |
| Гумулен | 20,6 | 20,5 | 22,2 | 22,1 |
| Постгумулен 1 | 1,66 | 1,66 | 0,45 | 0,44 |
| Постгумулен 2 | 0,56 | 0,55 | 0,29 | 0,29 |
| 2-метилбутил-изобутират | 0,07 | 0,06 | 1,82 | 1,82 |
| 2-деканон | 0,38 | 0,37 | 0,11 | 0,11 |
| Линалоол | 0,53 | 0,51 | 0,28 | 0,27 |
Анализ полученных данных показал, что концентрация компонентов хмелевых масел в экспериментальных вариантах, полученных по разработанной технологии, значительно превышает аналогичные показатели традиционного способа экстрагирования.
В табл. 6 приведен химический состав гранул и СО2-экстракта хмеля, сопоставительный анализ проведен двумя методами – по классической технологии, предусматривающий кондуктометрию и спектрометрию, и с помощью газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Методом препаративной газовой хроматографии удалось определить последовательность извлечения ценных компонентов из хмеля: эфирное масло – -кислоты – -кислоты.
Таблица 6 – Анализ СО2-экстракта и гранул полученных из хмеля сорта Spalt
| Показатели | Гранулы | СО2-экстракт |
| Анализы по классической методике | ||
| Общая смола, % на в. с. в. | 19,4 | 90,0 |
| -Кислоты, % | 8,6 | 44,8 |
| -Фракция, % | 8,5 | 44,4 |
| Твердые смолы, % | 2,3 | 0,8 |
| В % от общей смолы | ||
| - Кислоты | 44,3 | 49,8 |
| -Фракция | 43,8 | 49.3 |
| Твердые смолы | 11,9 | 0,9 |
| Анализы с использованием ГЖХ (газо-жидкостной хроматографии) | ||
| -Кислоты, % на в. с. в. | 7,9 | 44,2 |
| В том числе когумулон, % | 29,4 | 26,0 |
| n-гумулон, % | 53,5 | 54,7 |
| адгумулон, % | 17,1 | 19,3 |
| -Кислоты, % на в.с.в. | 4,2 | 24,8 |
| В том числе колупулон, % | 48,1 | 45,9 |
| n-лупулон %+адлупулон % | 51,9 | 54,1 |
Полученные результаты показали, что получение СО2-экстракта в докритическом режиме с применением частотно-модулированнго электромагнитного поля с несущей частотой 180 кГц, модулирующей частотой 24,8 Гц при величине магнитной индукции до 20 мТл и продолжительности воздействия 60 минут, обеспечивает увеличение выхода -кислоты и -кислоты на 12,4 и 12,6%, соответственно.
Сопоставление качества пива, произведенного по традиционной и усовершенствованной технологии, показано в таблице 7.
Таблица 7 – Влияние способа подготовки хмеля на физико-химические показатели пива
| Показатели | Гранулированный хмель Spalt | Гранулированный хмель Northern Brewer | СО2-экстракт хмеля Spalt | СО2-экстракт хмеля Northern Brewer |
| Цветность, ед. ЕВС | 7,5 | 7,5 | 7,3 | 7,0 |
| pH | 4,45 | 4,45 | 4,42 | 4,35 |
| Горечь, ед. ЕВС | 30,2 | 31,0 | 30,7 | 31,6 |
| Полифенолы, мг/л | 185,0 | 180,0 | 165,0 | 149,0 |
| Антоцианогены, мг/л | 55,0 | 55,0 | 48,0 | 42,0 |
Как следует из таблицы 7 следует, пиво, произведенное с использованием СО2-экстрактов в комплексе с электромагнитным полем низкой частоты, менее насыщено антоцианогенами и полифенолами, провоцирующими помутнения, при лучших показателях горечи и цветности пива. Это позволяет считать, что пиво, полученное по разработанной технологии будет менее склонно к физико-химическим помутнениям.
На основе анализа полученных данных установлено, что модификация стадии охмеления сусла с применением СО2-экстракции позволила увеличить концентрацию как -, так и -кислот, дальнейшее превращение которых по нижепредставленной схеме (рис. 8) приводит к образованию веществ растворимых в пиве. Эти вещества обнаруживаются при анализе изогумулонов и сообщают пиву более объемную, но не столь резкую горечь, как изомеры -кислот.
-кислоты -кислоты
изогумулоы гулупоны лупутрионы
смолы
Рисунок 8 - Превращение хмелевых смол в процессе варки сусла
В таблице 8 приведены результаты экспериментальных данных о влиянии твердого диоксида углерода на физико-химические показатели пива. ТвердыйСО2 использовался в виде гранул различного размера с целью снижения концентрации этилового спирта для производства безалкогольного пива. В связи с этим необходимо было установить влияние различных фракций (по размеру частиц) твердой СО2 на основные физико-химические показатели пива.
Таблица 8 – Влияние твердого диоксида углерода на физико-химические
показатели пива
| Средняя фракция твердого СО2, мм. | Кол-во твердого СО2, % об.-мас. | Содержание спирта, % об. | Экстрактивность, % об.-мас. | рH | Цветность, см3 0,1н р-ра йода |
| контроль | – | 4,3 | 3,4 | 4,2 | 0,5 |
| 0,8 | 4,0 | 0,3 | 3,4 | 4,2 | 0,55 |
| 1,0 | 4,0 | 0,4 | 3,4 | 4,2 | 0,55 |
| 1,2 | 4,0 | 0,5 | 3,4 | 4,2 | 0,55 |
| 1,5 | 4,0 | 0,9 | 3,7 | 4,3 | 0,6 |
| 2,0 | 4,0 | 1,3 | 3,8 | 4,3 | 0,65 |
Из таблицы 8 следует, что процесс деалкоголизации пива с использованием гранул твёрдого диоксида углерода размером гранул 0,8-1,2 мм оптимален: увеличение размера фракции СО2 приводит к снижению эффективности деалкоголизации. Разработанная технология деалкоголизации апробирована на предприятиях в опытно-промышленных условиях ЗАО «Пино», ООО «Российская пивоваренная компания», ЗАО «Симон» и ЗАО «Хадыженское пиво». Полученные результаты свидетельствуют о высоком качестве пива, в том числе о его органолептических показателях.
В результате проведенных исследований усовершенствована технология производства пива (в том числе безалкогольного), схема процесса которого приведена на рис. 11.
Рисунок 11 – Усовершенствованная технологическая схема производства пива с использованием СО2-экстракта хмеля
Как видно из рис. 11 алгоритм усовершенствования технологии производства пива заключается в применении метода «взрывного» измельчения солода, интенсификации процесса СО2-экстракции хмеля, деалкоголизации пива, а так же модификации тары для готового товарного пива (подана заявка на изобретение). Разработан состав, применяемых полимерных пивных бутылок и винтовых колпачков, производимых методом горячей экструзии из гранул полиолефинов с использованием в качестве пластификатора жирного масла хмеля и бактерицидного компонента – эфирного масла хмеля. Опытные образцы таких бутылок изготовлены в цехе экструзии ООО «Пригорье» (г. Краснодар). Бактерицидная тара создаёт дополнительный барьер для микроорганизмов и препятствует проникновению кислорода воздуха в продукт.
ВЫВОДЫ
1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность применения низкочастотного электромагнитного поля с целью ускорения процесса СО2-экстрагирования ценных компонентов из хмелевого сырья для производства пива.
2. Впервые в практике пивоварения использованы фракции докритического СО2-экстракта хмеля при производстве пива и разработана новая технология получения безалкогольного пива с использованием твёрдого гранулированного углекислого газа.
3. Установлено, что содержание основных компонентов хмеля и СО2-экстрактов хмеля в том числе –кислот, горьких веществ и ароматических соединений обуславливается сортовыми особенностями, местом произрастания.
4. Показана трансформация хмелевых смол в результате их окисления в процессе варки пива, в связи с чем усовершенствован процесс охмеления пивного сусла. Для измельчения солода СО2- мисцелла хмеля наносилась на зерна солода, затем сбрасывалось давление углекислого газа, что приводило к разрушению эндосперма солода.
5. По результатам выполненных исследований разработана технологическая схема безотходной комплексной переработки хмеля, усовершенствована конструкция экстракционной установки для получения СО2-экстракта хмеля, усовершенствована технология производства СО2-экстракта хмеля в докритическом диапазоне (Р=5,7-6,0 МПа и t=20-22оС), позволяющая повысить выход экстрактивных веществ на 22-26% при воздействии частотно-модулированнго электромагнитного поля с несущей частотой 180 кГц, модулирующей частотой 24,8 Гц при величине магнитной индукции до 20 мТл и продолжительности воздействия 60 минут.
6. Усовершенствована технология получения пива с использованием СО2-экстракта хмеля на этапе варки сусла и электромагнитного поля низкой частоты при СО2-экстракции. Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена двумя положительными решениями о выдаче патентов РФ на изобретения и свидетельством об официальной регистрации программы ЭВМ.
7. Разработана технология получения безалкогольного пива, в основу которой положена способность твёрдого диоксида углерода поглощать этиловый спирт из пива. С этой целью гранулированный твёрдый диоксид углерода (с размером гранул 0,8-1,2 мм) дозировали в пиво низового брожения в соотношении 1:0,04. Остаточное содержание спирта в пиве составило 0,3-0,5%.
8. Разработан новый вид бактерицидной тары на основе полиолефинов для хранения и транспортировки пива с использованием в качестве пластификатора жирного масла хмеля, а в качестве бактерицидного агента – эфирного масла хмеля.
9. Разработана техническая документация на производство двух видов продукции- «СО2- экстракт хмеля» и «Пиво безалкогольное».
10. Усовершенствованная технология получения пива с использованием СО2- экстракта хмеля апробирована в опытно-промышленных условиях ЗАО «Пино», ООО «Русская пивоваренная компания», ЗАО «Симон» и ЗАО «Хадыженское пиво». Фактический экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии составляет 1540 рублей на 1 тыс. дал. пива.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1 Христюк, А.В. Совершенствование технологии производства пива
/ Христюк А.В. // Краснодар: КНИИХП, 2003.–165с.
2 Христюк, А.В. Хмель в пивоварении / Христюк А.В., Касьянов Г.И. // Краснодар: КНИИХП, КубГТУ, 2007.–147с.
3 Христюк, А.В. Технология использования хмеля в пивоварении
/ Христюк, А.В., Касьянов Г.И. //Изв. ВУЗов. Пищ. техн., №1, 2007.–С. 46-50.
4 Христюк, А.В. Особенности производства солода и хмеля для пивоварения /Христюк А.В., Касьянов Г.И. //Изв. ВУЗов. Пищ. техн., №3, 2007.–С. 50-52.
5 Христюк, А.В. Хмель в пивоварении / Христюк А.В., Касьянов Г.И. //Пиво и напитки, №1, 2007.–С.44-46.
6 Ильченко, П.И. Экономическая целесообразность применения способов СО2-экстракции и СО2-криоконцентрирования /Ильченко П.И., Христюк А.В.// В сб. материалов международной научно-практической конференции «Продовольственная индустрия Юга России».–Краснодар: КНИИХП, 2000.–С. 79-80.
7 Касьянов, Г.И. Применение комплексного экстракта хмеля в пивоваренном производстве /Касьянов Г.И., Соболев Э.М., Христюк А.В. //Труды КНИИХП, вып. 4.– Краснодар: КНИИХП, 2000.–С.187-188.
8 Христюк, А.В. Совершенствование оборудования для затирания солода /Христюк А.В. //В сб. материалов международной научно-практической конференции «Экологически безопасные энергосберегающие технологии хранения и переработки сырья растительного и животного происхождения».–Краснодар: КНИИХП, 2001.–С. 44.
9 Касьянов, Г.И. Совершенствование технологии осолаживания зерна / Касьянов Г.И., Христюк А.В. //В сб. трудов КНИИХП «Новые технологии–будущее пищевой промышленности».–Краснодар: КНИИХП, 2002.–С.159.
10 Христюк, А.В. Производство и применение экстрактов хмеля в пивоварении /Христюк А.В. //В сб. материалов III международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюидные технологии инновационный потенциал России», 11-12 июля 2006.–Ростов-на Дону: Консорциум СКФТ, 2006.–С. 84-86.
11 Христюк, А.В. Перспективы СО2-экстракции хмеля /Христюк А.В.// В сб. трудов КНИИХП «Развитие инвестиционных технологий обработки сырья растительного и животного происхождения».– Краснодар: КНИИХП, 2006.–С. 108-109.
- Христюк, А.В. Особенности использования хмеля в пивоварении / Христюк А.В.//В сб. материалов научно- практической конференции аспирантов, соискателей и докторантов 14-15 марта2006.–Майкоп:, 2007.–С. 84-86.
13 Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2006128179 от 03.08.2006. Способ приготовления затора из частично неосоложенного сырья /А.В. Христюк, Г.И. Касьянов, О.И. Квасенков.
14 Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2006128181 от 03.08.2006. Способ затирания солода /А.В. Христюк, Г.И. Касьянов, О.И. Квасенков.
- Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611065 «Средство визуализации векторной и растровой информации в сегменте индексов до 28» (FontSymbolsWiew) / Христюк А.В., Касьянов Г.И. и др. Заявка №2007610128 от 16.01.2007. Зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ 13.03.2007.
