CC BY
68
ТЕХНОЛОГИЯ^
УДК 663.44
Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности
А. М. Хныкин, канд. техн. наук, доцент ООО «НТЦ «Солодовые напитки»
А. И. Садова, канд. техн. наук, доцент; А. М. Тимаев, магистр Московский государственный университет пищевых производств
Ключевые слова: аминокислотно-витаминный
активатор; метод активации; сухие дрожжи.
Keywords: aminoacid-vitamin activator; activation method; dry yeast.
Большую роль в результативности биотехнологических процессов, происходящих во время сбраживания пивного сусла, играют свойства и активность используемых дрожжей Saccharomyces cerevisiae, которые характеризуются различной бродильной активностью, неодинаковой способностью к потреблению питательных веществ сусла и образованием различных метаболитов [1, 2, 4].
Поведение дрожжей при производстве пива зависит как от условий и параметров технологического процесса, так и от используемого сырья, состава воды, изменения морфологии дрожжевой клетки от генерации к генерации и многих других факторов. В условиях малых пивоваренных заводов технологу необходимо контролировать процесс на всех стадиях производства, следить за качеством как сырья, так и конечного продукта. Малые предприятия редко могут себе позволить профессиональные микробиологические лаборатории с отделением чистой культуры и вынуждены пользоваться сухими пивоваренными дрожжами, которые широко представлены на отечественном рынке. Сухие дрожжи низового брожения (поставляются в розничную продажу французской фирмой Lesaffre group) обеспечивают глубокое вы-браживание сахаров сусла и особенный характерный чистый органолеп-тический букет. В качестве объекта исследования мы использовали расу сухих дрожжей S. cerevisiae штамма Saflager S-189. Дрожжи были получены на пивоваренном заводе
Hürlimann (Швейцария) и входят в коллекцию Weihenstephan под номером W195. Штамм очень известен, используется в мировой практике на большинстве пивоваренных заводов. Эти дрожжи рекомендуются для получения широкого ассортимента пива низового брожения [3, 4].
Для введения дрожжей в производственный цикл необходимо их активировать, т. е. запустить в них основные физиологические процессы (повысить влажность, активировать ферменты и биологические процессы обмена веществ). Существует несколько способов активации сухих дрожжей перед подачей их на главное брожение: введение дрожжей в часть отбираемого сусла с последующей аэрацией, добавление в сусло специальных активирующих препаратов химической природы и последующее их удаление из конечного продукта [2,6]. Данные способы довольно дорогостоящие и не всегда приемлемы для мини-пивоваренных заводов, ориентированных на выпуск «живого», нефильтрованного, непастеризованного и неконсервированного пива.
В процессе высушивания дрожжи претерпевают воздействие многих стрессовых факторов, таких как обезвоживание, повышение осмотического давления, колебание температуры и pH, отрицательно влияющих на активность ферментных комплексов и общее физиологическое состояние культуры. Реактивация — неотъемлемая часть применения сухих дрожжей — процесс восстановления активности ферментных
систем клетки и функции таких клеточных структур, как митохондрии. Аминокислотно-витаминный активатор (АВА) — естественный стимулятор, полученный из остаточных пивных дрожжей. АВА служит источником аминокислот, витаминов и других соединений, необходимых клетке для ее развития. С помощью данного препарата происходят интенсификация процесса размножения дрожжей, повышение их физиологического состояния и сокращение длительности процесса получения физиологически активной чистой культуры дрожжей [5].
На кафедре «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» и учебно-экспериментальном мини-пивоваренном заводе АНО «НТЦ «Солод, напитки, концентраты и добавки» при МГУПП было изучено влияние АВА на физиологическое и морфологическое состояние сухих пивоваренных дрожжей и их бродильную активность. Для проведения экспериментов использовали 12%-ное светлое пивное сусло, физико-химические показатели которого представлены в табл. 1. Изучали влияние АВА на процесс брожения пива с определением оптимальной концентрации его внесения. АВА для проведения работы был получен из дрожжей штамма БаИа§ег Б-189 первой генерации [5]. Дрожжевая культура была раз-брожена в пивном сусле при температуре 20...22 °С и добавлении АВА в количестве 0,2; 0,5 и 1,0% к массе сухих дрожжей, задаваемых в производственный цикл. Экспериментальные данные представлены на рис. 1-3. Добавление активатора в количестве 0,2 и 0,5% стимулировало рост и накопление запасных питательных веществ дрожжевыми клетками. В то же время избыточное количество АВА в дозировке, равной 1,0%, несколько подавляло рост и активность дрожжей. Подсче-
Таблица 1
Показатель Значение
Экстрактивность начального сусла, % 12,0
Кислотность, см3 1н. р-ра NaОН на 100 см3 сусла 1,7
Цветность, см3 0,1н. р-ра йода на 100 см3 сусла 1,6
pH 5,5
Белок по Лоури, мг/100 см3 194,2
Аминный азот, мг/100 см3 30,5
12 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2012
'ТЕХНОЛОГИЯ
X 5
13 5
Продолжительность брожения, сут
Контроль 0,2 % ABA 0,5 % ABA 1 % ABA
Рис. 1. Влияние АВА на накопление биомассы дрожжей
80
70
g 60 е
5 50
х
и
! 40
О
К 30 ен
а 20
П
10 0
Продолжительность брожения, сут Контроль 0,2 % ABA 0,5 % ABA 1 % ABA
Рис. 2. Влияние АВА на количество почкующихся клеток
100 90
70
60
40
10
0 1 3 5
Продолжительность брожения, сут
Щ Контроль 0,2 % ABA 0,5 % ABA 1 % ABA
Рис. 3. Влияние АВА на количество клеток, содержащих гликоген
ты проводили среди клеток, находящихся во взвешенном состоянии в бродящем сусле.
Как видно из рисунков, обработка дрожжей перед засевом способствует их большей физиологической устойчивости. Так, увеличение биомассы с засевной дозировки в 2,8 млн клеток/мл в опыте, обработанном АВА (0,2%), возросло до 7,4 млн клеток / мл, в то время как в контрольном образце — до 5,26 млн клеток/мл. Данные по количеству клеток с резервными питательными веществами в обработанных образцах (0,2 и 0,5%) также показали результат выше по сравнению с контрольными образцами. При этом лучшие результаты были получены при обработке засеваемых сухих пивоваренных дрожжей АВА в дозировке 0,2 % к их массе.
Далее на экспериментальном мини-пивзаводе с варочным оборудованием на 300 л был проведен ряд опытов для изучения обработки дрожжей АВА перед брожением на ход технологического процесса. Для этого дрожжи, обработанные АВА в оптимальном количестве 0,2%, были заданы в сусло с 12,0% сухих веществ, и главное брожение длилось 7 сут при температуре 10.. .12 °C с последующим охлаждением до 6.8 °C в конце брожения. Эта первая задача обработанных сухих дрожжей в сусло на брожение соответствовала нулевой генерации. В наших опытах нулевые генерации обработанной и контрольной пробы достигли необходимой величины видимого экстракта на седьмые сутки брожения в опыте (4,4%) и в контроле (4,5%) со степенью сбраживания 63,3% в опыте и 62,5% в контроле. Динамика сбраживания видимого экстракта опытного и контрольного образцов сусла показана на рис. 4. Оба образца бродили достаточно интенсивно и окончательно выбродили к седьмым суткам брожения. Далее отделенные дрожжи после брожения и обработки АВА снова были использованы для сбраживания 12%-ного пивного сусла на первую генерацию. Первая генерация обработанных и контрольных образцов дрожжей при равной задаче в 12 млн клеток/ см3 достигла положенной видимой концентрации сухих веществ на седьмые сутки брожения: в опытном образце 4,4% и в контрольном 5,3%
8
7
6
4
3
2
1
0
0
7
0
1
3
5
7
80
3 50
30
20
0
7
2 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ
13
2 -
Продолжительность брожения, сут Контроль ■ Опыт (АВА)
0
1
2
7
8
Рис. 4. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (нулевая генерация)
12 -г
10 -
2 -
Продолжительность брожения, сут Контроль ■ Опыт (АВА)
0
1
2
6
7
Рис. 5. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (первая генерация)
10 --
12 -г
6 --
8 -
4 -
2 -
2 3 4 5
Продолжительность брожения, сут Контроль ■ Опыт (АВА)
0
1
6
7
Рис. б. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (вторая генерация)
с видимой степенью сбраживания 63,3% в опыте и 55,8% в контроле (рис. 5).
Далее дрожжи были направлены на вторую и третью генерации. Вторая и третья генерации обработанных АВА дрожжей также показали интенсивное сбраживание пивного сусла. При этом обработанные дрожжи сокращали время главного брожения на одни сутки как при второй, так и при третьей генерации соответственно, что видно из графиков динамики сбраживания (рис. 6 и 7). Вторая генерация использования дрожжей показала снижение видимого экстракта в опыте на шестые сутки брожения до 3,9 % с видимой степенью сбраживания 67,5%, а в контроле на седьмые сутки брожения до величины 4,1 % с видимой степенью сбраживания 65,8%. Третья генерация на шестые сутки брожения имела в опыте величину видимого экстракта 3,8% и видимую степень сбраживания 68,3 %, при этом в контроле 4,3% и видимую степень сбраживания 64,1% на седьмые сутки брожения. Четвертая и последующие генерации не проводились, так как количество нежизнеспособных (мертвых) клеток как в опыте, так и в контроле превысило 10%. Для того чтобы использовать такие дрожжи в производстве пива для последующих генераций, их необходимо обрабатывать известными способами перед задачей в сусло на главное брожение, например растворами кислот [1, 2, 4].
Обработанные дрожжи и контрольные образцы во всех генерациях сравнивали по физиологическим характеристикам дрожжевой популяции, т. е. определяли процент почкующихся клеток, количество клеток с гликогеном и накопление биомассы дрожжей. Для этого были отобраны образцы в выбранных контрольных точках: на первые сутки брожения — на стадии лаг-фазы и завершения периода адаптации к среде дрожжевой клетки на третьи сутки — при фазе логарифмического роста в период активного брожения; на пятые сутки — во время стационарной фазы при пике прироста дрожжевой биомассы; на седьмые сутки — после 2 ч выдержки при пониженной температуре (6 °С). Полученные результаты представлены в табл. 2 и 3. Как видно из результатов, от генерации к генерации
14 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2012
обработанные дрожжи сохраняют устойчивую динамику к увеличению количества почкующихся клеток (см. табл. 2) и клеток, содержащих гликоген (см. табл. 3). Обработка дрожжей повлияла и на прирост их биомассы (млн клеток/мл), и в то же время обработанные дрожжи лучше флокулировали на стадии охлаждения пива перед перекачкой его на дображивание (табл. 4).
Обработка дрожжей АВА в количестве 0,2 % способствует их более высокой устойчивости к стрессовым факторам, накоплению биомассы и сохранению физиологического устойчивого состояния от генерации к генерации. По завершении главного брожения молодое пиво выдерживали при температуре 0.2 °С в течение 18 сут. Готовое пиво, полученное с использованием АВА в количестве 0,2%, обладало хорошими органолептическими показателями, имело плотную и компактную мелкозернистую пену, а также более высокую степень осветления и меньшую цветность (в опыте с АВА — 1,37 см3 йода на 100 см3 воды, в контроле — 1,54 см3 йода на 100 см3 воды).
Таким образом, на заводах малой мощности для более интенсивного сбраживания пивного сусла и сокращения сроков брожения можно рекомендовать обработку АВА в количестве 0,2% в качестве активатора для сухих пивоваренных дрожжей. Ускорение сроков ведения главного брожения особенно необходимо в напряженные периоды работы мини-предприятий, а именно в весенне-летний период и предпраздничные дни [6].
В результате проведенных исследований было изучено влияние аминокислотно-витаминного активатора (АВА) на бродильную активность сухих пивных дрожжей штамма БаИа§ег Б-189. И при оптимальной температуре брожения (10.12 °С) и при классической схеме сбраживания (6.8 °С) предобработка дрожжей с помощью АВА в количестве 0,2% способствует более интенсивному приросту биомассы дрожжей, однако с увеличением концентрации АВА свыше 1,0% происходит частичное подавление их жизненной активности.
Обработка сухих дрожжей перед подачей на главное брожение АВА в количестве 0,2% стабилизирует
Рис. 7. Динамика сбраживания 12%-ного сусла (третья генерация)
Таблица 2
Стадия исследования Время, сут
1 3 5 7
1 Нулевая генерация 1
Контроль 53,12 52,9 49,2 22,32
Опыт (АВА 0,2%) 55,8 67,4 51,16 35,18
Первая генерация
Контроль 50,82 52,94 53,94 47,61
Опыт (АВА 0,2%) 53,65 60,63 55,44 50,01
Вторая генерация
Контроль 51,42 39,62 32,11 27,34
Опыт (АВА 0,2%) 61,08 42,17 34,55 29,21
Третья генерация
Контроль 52,46 50,12 30,21 17,24
Опыт (АВА 0,2%) 55,32 51,38 33,55 19,32
Таблица 3
Стадия исследования 1 Время, сут 3 5 7
1 Нулевая генерация 1
Контроль 27,7 52,96 53,86 56,55
Опыт (АВА 0,2%) 31,6 59,74 63,14 68,23
Первая генерация
Контроль 51,49 61,89 72,17 81,01
Опыт (АВА 0,2%) 59,67 68,35 85,22 93,88
Вторая генерация
Контроль 61,55 72,12 77,21 82,28
Опыт (АВА 0,2%) 68,41 79,29 85,33 88,39
Третья генерация
Контроль 57,23 68,38 76,52 81,45
Опыт (АВА 0,2%) 64,86 72,47 79,22 85,21
физиологическое состояние дрожжей, способствует повышению их бродильной активности, увеличению биомассы и количества клеток
с гликогеном, а также почкующихся клеток.
Экспериментально получено подтверждение, что действие АВА
2 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ 15
Таблица 4
Стадияисследования 1 Врем 3 я, сут 5 7
Нулевая генерация 1
Контроль 12,33 25,46 28,72 17,12
Опыт (АВА 0,2%) 14,12 29,72 33,23 17,54
Первая генерация
Контроль 12,87 25,55 28,81 18,68
Опыт (АВА 0,2%) 15,17 29,53 35,12 19,77
Вторая генерация
Контроль 13,62 25,45 31,12 21,12
Опыт (АВА 0,2%) 15,22 31,41 36,89 19,98
Третья генерация
Контроль 15,33 27,13 29,73 24,64
Опыт (АВА 0,2%) 17,21 30,87 33,12 28,78
в дозировке 0,2 % увеличивает бродильную активность дрожжей от генерации к генерации.
Разработан и рекомендован способ добавления АВА в технологический процесс производства пива. АВА необходимо добавлять в количестве 0,2 % от массы сухих дрожжей на стадии предварительного разбраживания дрожжей при тем-
пературе 20.22 °C перед задачей их на главное брожение для повышения их бродильной активности.
Применение АВА в концентрации 0,2 % от количества добавляемых сухих дрожжей позволяет сократить срок главного брожения в среднем на одни сутки и увеличить сбраживание сусла, применение АВА при последующих генерациях дает воз-
можность сократить общее количество добавляемых сухих дрожжей.
Экономическая эффективность, ожидаемая при использовании АВА на заводе мощностью 1000 л пива в сутки, составит около 295 200 руб. в год (при 350 днях работы).
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильяшенко, Н. Г. Микробиология пищевых производств / Н. Г. Ильяшенко, Е. А. Бетева, Т. В. Пичугина, А. В. Ильяшенко. — М.: КолосС, 2008.
2. Жвирблянская, А. Ю. Дрожжи в пивоварении/А. Ю. Жвирблянская, В. С. Исаева. — М.: Пищевая промышленность, 1979.
3. Спецификация на пивоваренные дрожжи расы Saflager S-189. www.fermentis.com
4. Фергюс, Д. П. Микробиология пива / Д. П. Фергюс, Й. Кемпбелл. — СПб., 2005.
5. Патент 2151794 РФ МКИ С12 N 1/16, 1/18 // (С 12 N 1/16, С 12 R 1:865). Способ активации дрожжей/Л. Н. Шабурова, Н. Г. Ильяшенко, А. И. Садова, М. В. Гернет, А. М. Хныкин. (РФ) — 99101648/13, заявл. 29.01.1999, опубл. 27.06.2000. Бюл. № 18.
6. Тихомиров, В. Г. Пиво и его производство/В. Г. Тихомиров, А. М. Хныкин. — М.: Экслибрис, 2007. <S?
Вниманию руководителей и специалистов пивоваренных, безалкогольных и винодельческих предприятий, руководителей кафедр профильных институтов!
По решению ученого совета Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности при участии НП «Московская лига виноделов им. князя Л. С. Голицына» и при поддержке Российской академии сельскохозяйственных наук во ВНИИПБиВП создается Музей напитков, в котором будут представлены:
• имена государственных деятелей, талантливых организаторов производств, выдающихся профессионалов, видных ученых, которые определили уровень развития пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности;
• экспонаты продукции, оборудования, документы, рукописи, книги, образцы тары и многое другое, раскрывающие историю развития отраслей напитков.
Материалы для Музея напитков можно присылать по адресу::
119021, Россия, Москва, ул. Ростелимо, д. 7 ГНУ ВНИИПБиВП 1: [email protected]
16 ПИВО и НАПИТКИ
2•2012
