Разработка интенсивной технологии сусла на современных пивоваренных заводах
На правах рукописи
ХЛЫНОВСКИЙ Михаил Данилович
РАЗРАБОТКА ИНТЕНСИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СУСЛА НА СОВРЕМЕННЫХ ПИВОВАРЕННЫХ ЗАВОДАХ
Специальность 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов
(пивобезалкогольная, спиртовая и винодельческая промышленности)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2008
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Пивоваренная промышленность России - стабильно развивающаяся отрасль народного хозяйства. В последнее десятилетие в России наблюдается неуклонный рост объемов производства пива: от 208 в 1996 г. до 1160 млн дал в 2007 г. Структура российского рынка изменяется в сторону увеличения доли высококачественного пива. Происходит активное перевооружение отечественных пивзаводов за счет использования нового оборудования, направленное на сокращение длительности технологических операций при сохранении или улучшении качества сусла и пива.
Типовые технологические инструкции по производству пива предусматривают применение хорошо зарекомендовавших в прежние годы режимов приготовления сусла. Но современные условия работы пивоваренных предприятий любой мощности требуют интенсификации производственных процессов, что невозможно с использованием старых технологических приёмов. В настоящее время отсутствуют универсальные рекомендации по эффективной работе варочного отделения пивзаводов. Это свидетельствует о том, что существует необходимость в разработке интенсивной технологии пивного сусла высокого качества, адаптированной к условиям переработки отечественного сырья.
Цель и задачи исследования. Цель – разработать интенсивные технологические режимы получения пивного сусла с использованием заменителей солода и различных хмелепродуктов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- определить эффективные режимы затирания различных зернопродуктов, а также кипячения сусла;
- интенсифицировать технологическую стадию получения пивного сусла за счёт замены части солода гидролизатом крахмала, для чего:
- установить кинетические характеристики процесса ферментативного гидролиза крахмала для получения углеводного сиропа заданного состава;
- изучить углеводный состав пивного сусла из разного зернового сырья (солода, ячменя, риса и кукурузы) и ферментолизатов кукурузного и картофельного крахмалов;
- провести сравнительный анализ продолжительности новых технологических приемов получения сусла.
Научная новизна
- установлена идентичность углеводного состава производственного сусла из различного зернового сырья и гидролизата крахмалов;
- на основании изучения кинетических закономерностей гидролиза кукурузного и картофельного крахмала -амилазой препарата Церемикс 2X L и глюкоамилазой Глюкозима Л400 обоснованы условия биокатализа для получения углеводного гидролизата;
- исследована взаимосвязь степени использования горьких веществ хмеля и обработки его биокатализаторами Церемикс 2X L и Ультрафло L, раствором солей магния, соотношения хмелепродуктов и видов зернового сырья, используемого для приготовления пива.
Практическая значимость и реализация результатов работы
- интенсифицирован технологический процесс получения пивного сусла на стадиях: затирания на 17…22,5 %; кипячения и осветления на 45…50 %;
- достигнута экономия хмеля за счет более полной изомеризации гумулона при разных режимах кипячения на 5…14,7 %, при обработке биокатализаторами на 8…15,2 %, при раннем внесении хмелепродуктов (до начала кипячения сусла) на 3…7 %, добавлении сульфата магния на 54…74 %;
- разработаны рекомендации по интенсификации приготовления сусла при использовании разных видов зернового сырья и хмелепродуктов для пива различной степени сбраживания;
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований обсуждены на научно-технических конференциях «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» (С.-Пб, 1998 г), «Индустрия продуктов здорового питания – третье тысячелетие» (Москва, 24-25 февраля 1999 г.), «Молодые ученые – пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства)» (М.: 13-14 декабря 2000 г.), «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров» (М.: 24-25 апреля 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в которых отражены основные положения диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, приложений и списка литературы, включающего 276 источник, в том числе 54 иностранных источника, 6 приложений. Работа изложена на 197 страницах, иллюстрирована 39 рисунками и 56 таблицами.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Введение. Обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, определены направления исследований (рисунок 1).
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре литературы проведён анализ отечественных и зарубежных данных по вопросу применения заменителей солода в пивоварении, использования биокатализаторов на стадии приготовления сусла. Дан критический анализ особенностей современных технологических приёмов затирания, фильтрования, кипячения и осветления пивного сусла. Акцентировано внимание на менеджменте качества пивного сусла. На основании анализа литературы обоснована актуальность работы, связанная с необходимостью интенсификации технологии пивного сусла, и определены направления исследований.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты и методы исследования
Объекты исследования – пивоваренный ячменный солод (Россия) и несоложеное сырье: обезжиренная кукурузная мука (Венгрия), кукурузный и картофельный крахмал, рисовая крупа, ячмень (Россия) (таблица 1), хмелепродукты (таблица 2), сусло (неохмеленное и охмеленное) и пиво.
| Разработка интенсивной технологии пивного сусла | ||||||
| Разработка режимов: | Использование технологических добавок | Использование заменителей солода | ||||
| Затирания | Осветлители | Рис | ||||
| Фильтрования | Подкислители | Кукуруза | ||||
| Кипячения | Ферментные препараты | Ячмень | ||||
| Осветления | Крахмальные ферментолизаты | |||||
| Увеличение эффективности использования горьких веществ хмеля | ||||||
| Экономическая эффективность | ||||||
| Комплексные рекомендации при получении сусла по интенсивной технологии | ||||||
| Рисунок 1. Схема проведения исследования | ||||||
Сусло готовили в лабораторных и производственных условиях согласно действующим технологическим инструкциям, а также по разработанным в рамках данной работы режимам. Дробление солода производили кондиционированным способом, затирание - одноотварочным раздельным методом, кипячение сусла - при атмосферном и избыточном давлении.
Таблица 1 - Показатели зернового сырья
| ПОКАЗАТЕЛИ | Солод ячменный | Ячмень | Рисовая крупка | Кукурузная крупка |
| Количество зерен, %: мучнистых стекловидных | 85,0 3,0 | - - | - - | - - |
| Массовая доля влаги, % | 4,5 | 14,5 | 13,2 | 10,8 |
| Массовая доля экстракта в сухом веществе (СВ) солода тонкого помола, % | 77,8 | 63,6 | 82,2 | 76,0 |
| Массовая доля жира, % | 1,8 | 2,0 | 1,1 | 3,5 |
| Разность массовых долей экстрактов в СВ солода тонкого и грубого помолов, % | 1,4 | - | - | - |
| Массовая доля белковых веществ в сухом веществе, % | 10,1 | 10,9 | 7,6 | 9,5 |
| Число Кольбаха, % | 40,8 | - | - | - |
| Продолжительность осахаривания, мин | 15 | - | - | - |
| Цвет, ц. ед. | 0,18 | - | - | - |
| Кислотность, к. ед. | 0,9 | - | - | - |
| Аминный азот, мг/дм3 | 4,4…4,8 | - | - | - |
| Вязкость, мм2/с | 1,58 | - | - | - |
В данной работе использовали ферментные препараты, содержащие те же ферменты, что и пивоваренный ячменный солод. Были исследованы и подтверждены оптимумы действия препаратов и влияние различных факторов на их стабильность (таблица 3).
Таблица 2 - Показатели хмелепродуктов
| Показатели | Хмелевой экстракт (СО2) | Хмель гранулированный (тип 45) | ||
| горький | горько-ароматный | ароматный | ||
| Содержание -кислоты, % | 50 | 10 | 5 | 3,6 |
| Влажность, % | - | 9 | 7 | 7 |
| Поставщик | Германия | Германия | Чехия | Чехия |
Таблица 3 – Характеристика ферментных препаратов
| Препарат | Продуцент | Активности | Оптимальные условия действия | |
| температура, °С | рН | |||
| Ультрафло L | Нuтcola insolens | целлюлазная | 60…75 | 4,5…5,5 |
| Церемикс 2Х L | Bacillus атуloliquefacien | -амилазная эндо--глюканазная эндопротеазная | 70 50 45 | 5,5 7,0 6,0 |
| Нейтраза 0,5 L | Bacillum amynoliquefaciens | нейтральная протеаза | 40 | 6,0 |
| Глюкозим Л 400 | глюкоамилазная | 60 | 4,4 | |
Анализ сырья, биокатализаторов, сусла и пива проводили по принятым в пивоварении методикам: Аналитика ЕВС (Европейская конвенция пивоваров), Инструкции по технохимическому контролю пивоваренного производства /ВАСХНИЛ, НПО НМВ, 1991/; статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием программы Microsoft Vista.
2.2 Результаты исследований и их обсуждение
Качество пива в значительной мере определяется характеристиками сусла, которые зависят от показателей сырья и режимов и оборудования дробления зернопродуктов, их затирания, фильтрования, кипячения сусла с хмелем. Исследования эффективного режима затирания проводили при составе сырья, гидромодуле и параметрах, указанных в таблице 4.
Таблица 4 – Состав заторов и гидромодули
| № режи- ма | Экстративность начального сусла, % | Гидромодуль | Сырье, % | ||||||
| Отварка | Основная часть | Общая часть | Солод светлый | Ячмень | Рисовая крупка | Кукурузная крупка | Сахар | ||
| 1 | 11,0 | 1:4,8 | 1:3,3 | 1:3,6 | 100,0 | _ | _ | _ | _ |
| 2 | 11,0 | 1:5,3 | 1:3,7 | 1:4,1 | 83,0 | _ | 12,0 | _ | 5,0 |
| 3 | 11,0 | 1:4,2 | 1:4,0 | 1:4,1 | 81,0 | 14,0 | _ | _ | 5,0 |
| 4 | 11,6 | 1:4,5 | 1:3,1 | 1:3,6 | 83,0 | _ | _ | 12,0 | 5,0 |
2.2.1 Разработка интенсивных режимов затирания зернопродуктов при получении пивного сусла
Современное пивоварение требует сокращения продолжительности всех производственных стадий. Поэтому разрабатывали интенсивные режимы затирания зернопродуктов. Предзатирание зернопродуктов осуществлялось во время кондиционированного дробления для раннего начала осуществления биохимических реакций превращения биополимеров с целью сокращения продолжительности затирания зернопродуктов. Исследовали качество сусла и пива, полученного из 100% солода (режим затирания 1.1, контроль), с заменой 11% солода рисом (режимы затирания 2.1, 2.2, 2.3), 14% солода ячменём (режимы 3.1, 3.2, 3.3). Предзатирание осуществляли при 50…52 °С (режимы 1.1, 2.1, 3.1) и при 37…39 °С (режимы 2.2, 2.3, 3.2, 3,3). Во всех режимах отварки выдерживали при 63, 72, 100 °С в течение 30, 15, 25 мин соответственно. Дополнительная пауза для клейстеризации и разжижения крахмала зернопродуктов отварки при 76 °С (режим 3.3) и 82 °С (режим 3.2). Основной затор выдерживали при 52, 63 °С в течение 15, 40 мин соответственно, а общий затор - 15 мин при 72 °С до полного осахаривания, нагревали до 78 °С и фильтровали (рисунок 2). С целью интенсификации гидролиза биополимеров зернового сырья в заторы вносили препараты Церемикс 2X L и Ультрафло L, рН корректировали молочной кислотой и монокальцийфосфатом. Кипячение сусла осуществляли при фракционном режиме, сбраживание в ЦКБА.
Сусло, полученное с заменой солода рисом по режиму 2.3 и ячменём по режиму 3.3 имело меньшую вязкость (таблица 5), что позволило снизить продолжительность фильтрования затора. Содержание полифенолов в сусле, приготовленном из солода с рисом и ячменём по режимам 2.1 и 3.1, ниже, чем по режимам 2.2 и 2.3 для сусла с рисом и 3.2 и 3.3 для сусла с ячменём, что может способствовать повышению стойкости и улучшению вкуса пива. В сусле, приготовленном при температуре предзатирания 37°С больше накапливалось сахаров, что привело к увеличению степени сбраживания в пиве (таблицы 5, 6).
Таблица 5 - Показатели сусла
| № ре- жима | Вязкость, мм2/с | Содержание в сусле | ||||
| Аминный азот, мг/дм3 | Коагулируемый азот, мг/100 см3 | Полифенолы, мг/дм3 | Редуцирующие сахара, г/дм3 | Соотношение полифенолы: аминный азот | ||
| 1.1 К | 1,33 | 150,0 | 1,55 | 202,1 | 58,5 | 1,35 |
| 2.1 Р | 1,50 | 147,7 | 1,58 | 190,3 | 62,2 | 1,29 |
| 2.2 Р | 1,46 | 137,2 | 1,43 | 204,4 | 63,1 | 1,49 |
| 2.3 Р | 1,42 | 145,2 | 1,58 | 204,8 | 62,9 | 1,41 |
| 3.1 Я | 1,54 | 145,9 | 1,54 | 213,6 | 59,4 | 1,46 |
| 3.2 Я | 1,49 | 140,7 | 1,57 | 223,2 | 61,6 | 1,59 |
| 3.3 Я | 1,47 | 143,7 | 1,45 | 221,3 | 69,6 | 1,54 |
Примечание: Показатели пересчитаны на 10%-ное сусло
Таблица 6 - Показатели пива
| Режим затирания | КСС, % | ДСС, % | СВ сусла, % | Алкоголь, об. % | Действительный экстракт, % |
| 1.1 К | 87,0 | 67,5 | 11,09 | 5,13 | 3,61 |
| 2.1 Р | 85,1 | 66,2 | 11,02 | 4,95 | 3,72 |
| 2.2 Р | 85,1 | 67,6 | 11,07 | 5,10 | 3,60 |
| 2.3 Р | 89,6 | 68,0 | 11,08 | 5,15 | 3,53 |
| 3.1 Я | 84,6 | 66,8 | 11,07 | 4,94 | 3,79 |
| 3.2 Я | 86,4 | 67,5 | 11,10 | 5,10 | 3,51 |
| 3.3 Я | 87,6 | 66,9 | 10,95 | 5,00 | 3,63 |
Снижение вязкости сусла. Фильтрование заторов в «классической» технологии – самая продолжительная технологическая стадия приготовления пивного сусла. В современных условиях возможно снижение ее длительности за счет использования современного оборудования и/или применения ферментных препаратов, действие которых направлено на гидролиз биополимеров, в основном -глюкана. Для ускорения фильтрования затора применяли препарат Ультрафло L, предварительно определив его рациональную дозировку. Затор из 100 % солода готовили по режиму № I со стандартными паузами (затирание 50, паузы 52, 63 и 72 °С) и № II (затирание при 60°С, пауза 65 °С). Применение Ультрафло L позволило снизить вязкость и содержание -глюканов в сусле при дозировке препарата 0,01 % (рисунки 3, 4). Продолжительность фильтрования затора составила 120 мин (контроль 145 мин).
 |  |
| Рисунок 3. Влияние Ультрафло L на вязкость сусла | Рисунок 4. Влияние Ультрафло L на содержание -глюкана в сусле |
2.2.2 Изучение возможности использования ферментолизатов крахмала для получения пивного сусла
Исследование биокатализа крахмала. В последнее десятилетие крупные пивоваренные предприятия применяют крахмальную патоку взамен части солода, что позволяет увеличить производительность предприятий за счет увеличения степени сбраживания и фильтруемости продукта. Стоимость патоки сопоставима со стоимостью солода, а технология сложная и включает высокотемпературное разжижение, кислотный и ферментативный гидролиз крахмала, очистку и сгущение сиропа. В работе исследовали возможности получения ферментолизата крахмала с углеводным составом, аналогичным составу сусла. Для этого изучали кинетику гидролиза крахмала бактериальной -амилазой препарата Церемикс 2Х L в зависимости от концентрации фермента и субстрата при рН 5,5 и 50 °С (рисунки 5 и 6).
Установили, что реакция гидролиза 1…15%-ных растворов крахмала в течение первых 60 мин протекала по первому порядку для крахмала кукурузы и картофеля. По начальной скорости реакции установили рациональную концентрацию СВ крахмала для проведения осахаривания (10 %). В результате
 |  |
| Рисунок 5. Кинетика осахаривания крахмала -амилазой Церемикс 2Х L | |
| а) при дозировке препарата 0,3; 0,7; 1,4; 3,4; 6,8 ед. АС на 1 г крахмала | б) при различной концентрации кукурузного крахмала |
исследования кинетики гидролиза крахмала -амилазой препарата Церемикс 2ХL после линеаризации кривой Лайнуивера-Берка определены кажущиеся значения константы Михаэлиса-Ментен Км = 70 мг/см3 и предельная скорость реакции Vпред.каж. = 0,17 мг/ (см3·мин).
Исследование углеводного состава сусла и крахмальных ферментолизатов. С целью замены солода другим углеводсодержащим сырьем без снижения качества сусла изучали углеводный состав пивного сусла, полученного в производственных условиях, и ферментолизатов крахмала, приготовленных с учетом полученных кинетических характеристик. Гидролиз крахмала проводили ферментативным способом. Разжижение 10 %-ной суспензии крахмала сорго осуществляли -амилазой Церемикса 2X L при рН 5,5 и 50 °С из расчета 0,5 ед. АС на 1 г СВ в течение 1 ч, а осахаривание - глюкоамилазой Глюкозима Л 400 С из расчета 3 ед. ГлС на 1 г СВ при рН 4,4 и 60°С. Углеводный состав крахмальных ферментолизатов и пивного сусла исследовали методом гель-хроматографии.
| Рисунок 6. Углеводный состав пивного сусла и крахмальных гидролизатов |
Динамика элюции углеводов ферментолизатов крахмала и пивного сусла представлена на рисунке 6, углеводный состав сусла из разного сырья и ферментолизатов – в таблице 7, динамика осахаривания углеводов - в таблице 8.
Таблица 7 –Углеводный состав пивного сусла и крахмальных гидролизатов
| Сырье | Содержание, % | ||||
| эритродекстрины | ахродекстрины | мальтодекстринов | олиго- и моносахаридов | ||
| 100 % солода | - | 0,2 | 3,0 | 96,8 | |
| 88 % солода + 12 % кукурузы | - | 0,2 | 1,9 | 97,9 | |
| 86 % солода + 14 % ячменя | - | 0,1 | 4,9 | 95,0 | |
| 88 % солода + 12 % риса | - | - | 27,7 | 72,3 | |
| Кукурузный крахмальный ферментолизат | - | 0,3 | 8,1 | 90,6 | |
| Картофельный крахмальный ферментолизат | - | 0,2 | 8,4 | 91,3 | |
Состав крахмальных ферментолизатов кукурузы аналогичен составу сусла, полученного с использованием несоложеных материалов.
Таблица 8 - Содержание углеводов в кукурузном крахмальном ферментолизате в зависимости от продолжительности осахаривания
| Длительность осахаривания, ч | Углеводы, % | ||||
| амилодекстрины | эритродекстрины | ахродекстрины | мальтодекстрины | олиго- и моносахариды | |
| 0 | 41,5 | 31,7 | 15,2 | 11,6 | следы |
| 20 | - | 10,7 | 19,3 | 31,4 | 38,6 |
| 44 | - | - | 0,3 | 8,1 | 90,6 |
| 68 | - | - | - | 2,8 | 97,2 |
2.2.3 Разработка способа использования ферментолизата крахмала при получении пивного сусла
Учитывая, что полученный гидролизат крахмала близок по составу к пивному суслу предложили следующий способ приготовления сусла с заменой 20…25% солода ферментолизатом. 10 %-Ную суспензию крахмала выдерживают при 103…110 °С, охлаждают, вносят Церемикс 2X L из расчета 0,5 ед. АС/г СВ крахмала, осахаривают при 50 °С, рН 5,5, в течение 60 мин, и осахаривают глюкоамилазой Глюкозим Л400 из расчета 3 ед. ГлС/г СВ крахмала при 60 °С и рН 4,4 в течение 44 ч. Полученный ферментолизат вносят в сусловарочный аппарат за 5…10 мин до конца кипячения сусла.
2.2.4. Регулирование кислотности пивных заторов и сусла
Для повышения эффективности биокаталитических реакций при затирании и формирования белково-танинового комплекса при кипячении сусла мы дифференцированно подкисляли технологические среды молочной кислотой (МК) и монокальцийфосфатом (МКФ): МКФ вносили в затор, снижая рН для лучшего действия части протеолитических ферментов солода и защиты амилазы от тепловой инактивации ионами Са2+, а МК – для благоприятного действия -амилазы, и в сусло при кипячении с хмелем для усиления коагуляции белковых веществ и повышения стойкости пива (таблица 9).
2.2.5 Исследование влияния режимов кипячении на содержание коагулируемого азота в сусле
Для коллоидной стабильности пива необходимо осаждение белковых веществ с высокой молекулярной массой. Исследовали влияние режимов кипячения сусла на содержание коагулируемого азота (рисунок 7):
Рисунок 7. Режимы кипячения сусла: а) классический; б) динамический;
в) фракционный
Таблица 9 - Регулирование рН затора и сусла
| Продукт | Количество подкислителя | рН |
| Отварка | - | 6,07…6,27 |
| Основной затор при 52 °С | - | 6,02…6,11 |
| Основной затор при 52 °С | МКФ 0,238…0,263 %1 | 5,55…5,62 |
| Основной затор при 63 °С | 40%-я МК 0,095…0,105 %1 | 5,37…5,48 |
| Общий затор 72 °С | 5,54…5,63 | |
| Сусло до кипения | 5,59…5,81 | |
| Сусло после подкисления | 40%-я МК 0,028…0,0292 | 5,26…5,43 |
| Готовое охмеленное сусло | 5,15…5,26 |
Примечание: 1 - к массе затираемых зернопродуктов; 2 - к объему отфильтрованного сусла
а) «классический» - кипячение при атмосферном давлении; б) «динамический» - с многократным повышением и понижением давления; в) «фракционный» - с однократным повышением и снижением давления (зона I – нагрев сусла до кипения; II – кипячение сусла; III – перекачивание сусла в гидроциклонный аппарат; IV – повышение температуры кипения до 104…105 °С; V – «отдых» без подвода тепла при 101…102 °С; VI – кипячение при 102…105 °С). Содержание коагулируемого азота в сусле (режим а) составило 2,4…5,8 мг/100 см3 (в пересчете на 10%-ное сусло), 2,4…3,5 (режим б), 1,7…5,6 мг/100 см3 (режим в). Рекомендуется кипятить пивное сусло по режимам б и в.
2.2.6 Исследование влияния пищевой добавки каррагинана на содержание коагулируемого азота в сусле
С целью снижения содержания коагулируемого азота в сусле каррагинан (Е 407) вносили в сусло за 5…10 мин до конца кипения по «фракционному» режиму (таблица 10). Это снизило количество коагулируемого азота в сусле и способствовало увеличению стойкости пива в 1,25…1,5 раза.
Таблица 10 – Показатели сусла и пива после обработки сусла каррагинаном
| Показатели | Контроль (1) | Образец 2 | Образец 3 | |||
| сусло | пиво | сусло | пиво | сусло | пиво | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Количество каррагинана, г/гл | 0 | - | 1,6 | - | 2,6 | - |
| Коагулируемый азот, мг/100см?10%-го сусла | 3,40 | - | 1,84 | - | 1,45 | - |
| Вязкость, мм2/с | 1,75 | - | 1,70 | - | 1,73 | - |
| Полифенолы, мг/дм3 | 234,9 | - | 217,2 | - | 209,4 | - |
| Экстрактивность начального сусла, г/100 г | 11,10 | - | 11,15 | - | 11,15 | - |
| Алкоголь, об. % | - | 5,53 | - | 5,27 | - | 5,01 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Кислотность, к. ед. | 1,5 | 2,0 | 1,5 | 2,1 | 1,5 | 2,0 |
| рН | 5,2 | 4,0 | 5,2 | 4,1 | 5,2 | 4,2 |
| Цветность, ц. ед. | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| Изогумулон, мг/дм? | 23,7 | - | 22,7 | - | 24,2 | - |
| Видимый экстракт, % | - | 2,0 | - | 1,8 | - | 1,9 |
| Конечная степень сбраживания (КСС), % | 87,9 | - | 88,2 | - | 88,5 | - |
| Действительная степень сбраживания (ДСС), % | - | 67,3 | - | 67,7 | - | 67,6 |
| Диацетил, мг/дм3 | - | 0,08 | - | 0,08 | - | 0,07 |
| Стойкость, сут | - | 120 | - | 150 | - | 180 |
| Прозрачность | опал | - | прозр. | - | прозр. | - |
2.2.7 Исследование взаимосвязи режимов охмеления и содержания горьких веществ в сусле
Для изучения влияния соотношения хмелепродуктов, а также вида зернового сырья на горечь сусла, хмелепродукты вносили через 10 мин от начала кипения (экстракт и горький хмель); через 40 мин (горько-ароматный хмель); за 5…10 мин до конца кипячения или в горячее охмелённое сусло (ароматный хмель) (рисунок 8).
 |  |
| а | б |
| Рисунок 8. Изменение содержания изогумулона в сусле в зависимости от соотношения хмелепродуктов и зернового сырья затора | |
| а) 1 – использование 2-х видов хмелепродуктов; 2 – 3-х видов; 3 – 4-х видов | б) охмеление четыремя видами хмелепродуктов |
Степень использования горьких веществ хмелепродуктов составила 46,2…66,3 % и была меньше при снижении доли ароматного гранулированного хмеля и хмелевого экстракта. В сусле, приготовленном с заменой солода рисом и ячменём, более высокое содержание изогумулона.
Влияние предварительной обработки хмелепродуктов ферментными препаратами на содержание горьких веществ в сусле и пиве изучали при обработке хмелепродуктов МЭКом, состоящим из препаратов Церемикс 2X L и Ультрафло L в соотношении 1:1, что привело к повышению содержания изогумулона в сусле на 15,2 %, а в пиве на 8,2 %.
Исследование влияния термообработки экстракта хмеля и использования сульфата магния на изомеризацию горьких веществ проводили в опытах с водным раствором хмелевого экстракта, в который вносили сульфат магния (опыт 3) или гидроксид натрия до рН 8 (опыт 4) и кипятили в течение 1 ч. Установили, что щелочная обработка хмеля в 3 раза эффективнее катализа изомеризации в присутствии магния (таблица 11).
Таблица 11 - Влияние MgSO4 и рН среды на изомеризацию горьких веществ из хмелевого экстракта
| Показатель | Образец экстракта | ||
| Контроль | Опыт 3 | Опыт 4 | |
| Изогумулон, мг/дм3 | 83 | 92 | 112 |
| Увеличение содержания изогумулона, % | - | 11 | 35 |
2.2.8 Получение сусла для пива с пониженной степенью сбраживания
Вследствие увеличения спроса на пиво, приготовленное в соответствии с традициями европейского пивоварения, разрабатывали приёмы получения пива с невысокой степенью сбраживания (таблица 12, рисунок 9).
Затирание солода проводили по режиму № 5 при рН 5,7…5,8 и гидромодуле 1:4. Для охмеления использовали 90% СО2-экстракта и 10% ароматного хмеля, которые вносили в начале кипячения и за 10 мин до его окончания. рН сусла корректировали молочной кислотой. Предзатирание отварки осуществляли при 35…37 °С, затирание основного затора начинали при 52…53 °С. Отварку выдерживали при 53, 72 °С в течение 5, 10 мин соответственно и
кипятили 40 мин. Основной затор выдерживали при 52°С 65 мин, при 62 °С 20 мин, общий затор 20 мин при 72°С и фильтровали при 74 °С.
Таблица 12 - Характеристики сусла и пива
| Показатель | Сусло | Пиво | ||
| Контроль | Опыт | Контроль | Опыт | |
| Цветность, ц. ед. | 0,70 | 0,84 | 0,7 | 0,8 |
| Кислотность, к. ед | 1,50 | 1,66 | 2,6 | 2,3 |
| Экстрактивность, % | 12,05 | 12,10 | - | - |
| рН | 5,10 | 5,37 | 4,1 | 4,2 |
| Изогумулон, мг/дм3 | 32,0 | 39,0 | 22,4 | 28,3 |
| КСС, % | 85,0 | 82,5 | - | - |
| Аминный азот, мг/дм3 | 150 | 265 | - | - |
| Алкоголь, об. % | - | - | 5,7 | 5,3 |
| Видимый экстракт, % | - | - | 2,1 | 2,4 |
| ВСС, % | - | - | 83,0 | 79,7 |
| Диацетил, мг/дм3 | - | - | 0,08 | 0,09 |
| Дегустационная оценка, балл | - | - | 23,5 | 24,0 |
 |
| Рисунок 9. Изменение показателей при сбраживании сусла из 100 % солода |
Сусло и пиво имели более высокие цветность и рН (таблица 12), а пиво обладало более гармоничным вкусом. Режим затирания №5 рекомендуется для пива с улучшенными органолептическими показателями («барное» пиво).
2.2.9 Усовершенствование методики оценки качества пивного сусла
Для объективной оценки качества пивного сусла была усовершенствована методика определения индекса качества сусла (ИКсу). В систему оценки качества сусла включены параметры: отклонение экстрактивности сусла, рН, коагулируемый и аминный азот, вязкость, КСС, цветность, продолжительность осахаривания. Эксперты присвоили каждому из параметров пределы спецификации (необходимые значения) и пределы толерантности (допустимые значения) и оценивали каждый параметр максимальным баллом (МБ) 1,0 или 1,5. Значение ИКсу характеризовали произведением всех баллов, присвоенных параметрам. Нами предложены следующие критерии оценки качества сусла: 11,40…17,10 баллов – очень хорошее; 5,00…11,39 - хорошее; 2,25…4,99 – стандартное; 0,10…2,24 – сомнительное; 0…0,09 – неприемлемое. Метод расчета индексов качества сусла ИКсу проверили при оценке сусла, приготовленного по разработанным в данной работе режимам (таблица 13).
Таблица 13 – Сравнительный анализ качества сусла
| Показатели | № режима затирания | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| ИКсу, балл | 6,84 | 4,80 | 5,10 | 4,35 | 6,82 | 9,57 | 5,10 |
| Качество пивного сусла | хор. | стан. | хор. | стан. | хор. | хор. | хор. |
Сравнительная оценка показала соответствие качества сусла требованиям пивоварения.
2.2.10 Интенсификация стадий получения пивного сусла
Новые технологические приемы затирания, кипячения и фильтрования (таблица 14) позволяют сократить длительность производства сусла на 22…50 %.
Таблица 14 – Сравнение «старых» и «новых» технологических режимов и приемов
| Технологические стадии | Продолжительность, мин | % экономии времени | |
| Контроль | Опыт | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Затирание | Одноотварочный, 200 | 1 режим – 155 | 22,5 |
| 2 режим – 155 | 22,5 | ||
| 3 режим – 165 | 17,5 | ||
| 5 режим – 195 | 2,5 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Фильтрование | 240 | 120 | 50 |
| Кипячение | При атмосферном давлении 160 | Фракционный - 85 | 47 |
| Динамический - 80 | 50 | ||
| Осветление | 45 | 25 | 45 |
| Итого | 645 | 390 | 40 |
3 Рекомендации по производству сусла по интенсивной технологии
По результатам исследований для интенсификации технологии пивного сусла рекомендуется использовать комплекс следующих режимов и приемов:
3.1 Общие рекомендации по производству сусла – с целью эффективного ферментативного гидролиза биополимеров при затирании и осветления пивного сусла дифференцированно подкислять затор и сусло внесением в затор 0,238…0,263 % МКФ и сусло 0,095…0,105 % 40%-ной молочной кислоты; или в сусло 2,78…2,89 % 40%-ной МК; и/или 1,6…2,6 г/гл каррагинана.
3.2 С целью эффективной переработки несоложеных ячменя, риса, кукурузы применять биокатализаторы:
3.2.1 Для обеспечения необходимого соотношения в сусле веществ вносить в начале затирания ферментные препараты комплексного действия - пептидгидролазу, -амилазу, эндо--глюканазу (Церемикс 2X L) из расчёта 0,035…0,04 ед. ПС/г СВ; 0,01…0,02 ед. АС/г СВ; 0,02…0,03 ед. ГлС/г СВ
3.2.2 Для улучшения реологических свойств затора и снижения вязкости сусла, обеспечивающих интенсификацию фильтрования, вносить препарат, содержащий эндо--глюканазу (Ультрафло L) в начале затирания в количестве 0,005…0,01ед. ОЦА/ г СВ зернопродуктов.
3.3 Для повышения эффективности охмеления пивного сусла:
- проводить биокаталитическую обработку хмеля МЭКом преимущественно целлюлолитического действия (смесь Церемикс 2X L и Ультрафло L в соотношении 1:1) в течение 60 мин при 60…70 °С;
- охмеление сусла осуществлять всеми видами хмелепродуктов: СО2-экстрактом и гранулированным горьким, горько-ароматным и ароматным хмелем, вносимыми не менее чем в 3 приёма (через 10…15 мин, 30 мин от начала кипения и за 5…10 мин до окончания);
- катализировать изомеризацию гумулонов сульфатом магния и щелочью;
- использовать фракционный режим кипячения сусла.
3.4 С целью повышения стойкости пива за счёт увеличения степени сбраживания и снижения содержания мутеобразующих коллоидных веществ; фильтруемости пива; концентрации сухих веществ в сусле для «плотного» пивоварения рекомендуется заменять 15…25 % зернопродуктов ферментализатом крахмала, вырабатываемым в условиях пивзавода по следующей схеме: высокотемпературное разжижение и клейстеризация крахмала при 105…115 °С в течение 5…15 мин, разжижение крахмала в течение 60 мин при 50°С -амилазой Церемикса 2X L в количестве 0,5 ед. АС/г крахмала, осахаривание в течение 44 ч глюкоамилазой Глюкозима Л400 С при 60 °С в количестве 3 ед ГлС/г СВ. Ферментолизат вносить в сусловарочный аппарат.
3.5 Для повышения стойкости пива с целью глубокого гидролиза биополимеров зернового сырья и увеличения степени сбраживания затирание зернопродуктов проводить по режиму № 2.2 (с рисом), № 3.2 (с ячменём), № 4 (с кукурузой). С целью усиления коагуляции белковых веществ использовать фракционный режим кипячения сусла (№ 2).
3.6 Для получения пива с улучшенными органолептическими показателями («барного» пива) затирание зернопродуктов осуществлять по режимам № 5 (солодовое сусло), №№ 6,7 (с рисом и кукурузой) для непредельного расщепления биополимеров зернового сырья.
3.7 Эффективность технологии пивного сусла в каждом случае оценивать по усовершенствованной методике определения индекса качества сусла.
Выводы
1 Разработана интенсивная технология пивного сусла, предусматривающая сокращение продолжительности стадий затирания зернопродуктов, фильтрования затора и снижение расхода хмеля.
2 На основании изучения кинетических характеристик процесса гидролиза крахмала с использованием биокатализаторов разработана технология промышленного гидролизата кукурузного и картофельного крахмалов с применением -амилазы Церемикса 2X L (для разжижения) и глюкоамилазы Глюкозима Л400 (для осахаривания) в условиях пивоваренного предприятия.
3 Установлена идентичность углеводного состава производственного сусла из разного зернового сырья и крахмального ферментолизата.
4 Предложен способ замены части зернопродуктов ферментолизатом крахмала для производства «плотного» пива, возможности переработки высокобелковистого сырья, повышения количества перерабатываемого зернового сырья, фильтруемости и стойкости пива.
5 Установлена зависимость содержания коагулируемого азота в пивном сусле от режима его кипячения и осветления.
6 На основании изучения степени использования горьких веществ хмеля за счет изомеризации и других факторов, а также в зависимости от применяемого зернового сырья и вида хмелепродуктов разработаны технологические приёмы, позволяющие экономить 8…50 % хмеля.
7 Разработана технология сусла для пива с пониженной степенью сбраживания и улучшенными органолептическими характеристиками.
8 Система критериев оценки качества пивного сусла адаптирована к условиям интенсивной технологии.
9 Разработаны рекомендации по интенсификации технологии пивного сусла на предприятиях различной мощности при использовании разных видов зернового сырья и хмелепродуктов для пива разной степени сбраживания. Производственные испытания разработанных технологических приёмов проведены на ООО «Владпиво» г. Владивосток и ООО «Пивной Дом «Пятый Океан», Московская обл. Расчетная экономическая эффективность от использования гидролизата крахмала, приготовленного в условиях пивзавода, 2,0 млн руб./млн дал пива; от снижения расхода хмелепродуктов за счёт новых приёмов 27…612 тыс. руб./млн дал пива.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Хлыновский, М. Д. Изменение рН пивного сусла в процессе его приготовления с использованием повышенных количеств несоложеных материалов для сбраживания в аппаратах большой вместимости [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева, С. В. Кудрявцева // Ресурсосберегающие технологии пищевых производств: Материалы международной научно-технической конференции. – С.-Пб, 1998. – С. 111-112.
2. Хлыновский, М. Д. Определение коагулируемого азота в пивном сусле [Текст] / М. Д. Хлыновский, Ю. А. Коровина, Г. А. Ермолаева // Индустрия продуктов здорового питания – третье тысячелетие: Материалы международной научно-технической конференции. Часть II. – Москва, 1999. - С. 24-25.
3. Хлыновский, М. Д. Изменение состава пивного сусла при его кипячении [Текст] / М. Д. Хлыновский, Ю. А. Коровина, Г. А. Ермолаева // Пиво и напитки. - 1999. - № 5. - С. 18-19.
4. Хлыновский, М. Д. Определение углеводов пивного сусла [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева, А. Д. Хлыновский // Молодые ученые – пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства): Материалы научно-технической конференции. (Москва 13-14 декабря 2000 г.). – М., 2000. – С. 84-85.
5. Хлыновский, М. Д. Получение пивного сусла на высокопроизводительном оборудовании [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева // Пиво и напитки. - 2002. - № 6. - С. 18-20.
6. Хлыновский, М. Д. Использование кукурузы при получении пивного сусла в аппаратах большой вместимости [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева // Пиво и напитки. - 2004. - № 6. - С. 22-24.
7. Хлыновский, М. Д. Менеджмент качества при приготовлении пивного сусла для сбраживания в аппаратах большой вместимости [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева // Пиво и напитки. - 2005. - № 1. - С. 62-63.
8. Хлыновский, М. Д Вспомогательные материалы для повышения биологической стойкости пива и напитков [Текст] / М. Д. Хлыновский // Пиво и напитки. - 2005. - № 5. - С. 74-76.
9. Хлыновский, М.Д. Методика оценки качества сусла в современном пивоварении [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева, А. Д. Хлыновский // Пиво и напитки. - 2008. - №1. - С. 19.
10. Хлыновский, М. Д. Зависимость горечи пива от различных факторов [Текст] / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева // Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров: Сборник материалов I межведомственной научно-практической конференции. (М.:, МГУПП, 24-25 апреля 2008 г.). – М., 2008. – С. 117-119.
11. Ермолаева, Г. А. Углеводный состав пивного сусла и ферментолизатов крахмала [Текст] / Г. А. Ермолаева, М. Д. Хлыновский // Пиво и напитки.- 2008.- № 2.-С. 24-25.
SUMMARY
The thesis covers intensive beer wort technology through reduction of mashing, mash filtering, and beer worth bitter taste magnification stages. The study of kinetic characteristics of starch hydrolysis with biocatalyzer allowed to develop an industrial technology of maize and potato starch hydrolysate with ferment preparations at brewery. It was found an identity of carbohydrate content of process wort of different cereals and starch fermentolysate. The study shows the dependence of coaguable nitrogen content in beer wort on the boiling and clarification modes and recommendations has been developed on boiling mode and periodicity of wort boiler heating element cleaning to increase beer colloidal permanence. The technique of saving 8...50 % of hop has been developed on the basis of investigation of the amount of bitter substances used through isomerization and other factors. The wort technology has been developed for the beer with reduced fermentability degree and improved organoleptic characteristics (“bar” beer). The beer wort quality system has been adopted to the conditions of intensive technology. The recommendations have been developed to intensify obtaining wort at breweries of different capacity using various types of cereals and hop products for beer of different fermentation degree.
