CC BY
45
УДК 663.452.2
Стабилизация напитков с использованием хитозана
И. Ю. Сергеева, канд. техн. наук; В. А. Помозова, д-р техн. наук;
A. Л. Сыроватко, асп.; Е. А. Вечтомова, асп.;
B. И. Брагинский, канд. техн. наук
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Розлив высокостойких напитков в последнее время приобретает все большее значение для производителя. Стойкость напитка определяется сохранностью его органолептических, физико-химических и биологических показателей. Производство напитков сопровождается весьма благоприятными условиями для микробиологической контаминации на той или иной стадии — сырье, тип и состояние производственного процесса, наконец, сам готовый напиток, который по питательным веществам является достаточным субстратом для роста микроорганизмов [1, 6].
Кроме того, в производстве напитков используется сырье, содержащее белковые, пектиновые, фенольные вещества и др. Эти биополимеры образуют коллоиды, снижающие качество и стабильность напитков при хранении. В связи с этим необходимы дополнительные технологические приемы, позволяющие улучшить процесс осветления и повысить продолжительность стабильной прозрачности напитков. В настоящее время существует большое число способов для повышения стойкости напитков. В то же время постоянно растущие объемы производства требуют поиска более новых и эффективных средств для увеличения сроков хранения напитков [2, 3].
Хитозан — одно из перспективных стабилизирующих средств. По химической структуре он представляет собой полимер полисахаридной природы, который относится к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Сырьем для его производства служит хитин — структурный полисахарид эпидермы ракообразных, кутикулы насекомых, клеточной стенки грибов. Полимеры на основе хитина, в частности хито-зан, обладают рядом интереснейших свойств: высокой биологической активностью; совместимостью с тканями человека, животных и растений; такие
Ключевые слова: стабилизация напитков; хитозан; осветление пива; дрожжевые клетки
вещества не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами микроорганизмов и могут широко применяться в проведении природоохранных мероприятий. Хитозан можно использовать и в пищевой промышленности в качестве загустителя, структурообразователя, эмульгатора. Представляло интерес исследовать возможность применения хитозана в качестве стабилизатора для повышения стойкости напитков брожения [4].
Процесс осветления пива основан на гравитационном разделении жидкой и твердой фаз. Молодое пиво представляет собой полидисперсную гетерогенную систему с различной степенью дисперсности содержащихся в ней частиц.
При дображивании пива протекают физико-химические процессы, в результате которых некоторое количество частиц, соединяясь друг с другом, переходит в нерастворимое состояние. Однако осаждение дрожжевых клеток затруднено, особенно при ведении процесса в ЦКБА. При оседании дрожжевые клетки адсорбируют на своей поверхности мелкие частицы скоагулированных веществ и увлекают их за собой. Крупные частицы оседают быстро, скорость оседания мелких довольно низка. Кроме того, на стадии дображивания пиво находится в относительно спокойном состоянии, нежели на предыдущих стадиях. Поэтому хитозан добавляли именно на стадии дображивания [5].
В работе использованы стандартные методы исследования, принятые в отрасли. Белок фракции А определяли фотоколориметрическим методом, полифенольные вещества — методом Еруманиса, кислотность — титриме-трическим методом (ГОСТ 12788-87),
цвет — методом колориметрического титрования, содержание спирта — дистилляционным методом (ГОСТ 12787-81), общее содержание белка — методом Лоури.
Первоначально была изучена фло-кулирующая способность хитозана на модельных системах. В состав этих систем входили пивные дрожжи (1,5-3,5 млн кл./см3), сахар (3,55,5 %), pH растворов — 4,49. Состав модельных систем был обусловлен содержанием данных компонентов в наиболее распространенных сброженных напитках. Эксперимент проводили при температуре 0...2 °С. Таким образом моделировали процесс добра-живания пива. Концентрация хитозана в реакционной среде составляла 12,5 мг/дм3 (опыт 1), 25,0 (опыт 2), 37,5 (опыт 3), 50,0 (опыт 4), 62,5 (опыт 5), 75,0 мг/дм3 (опыт 6). Рабочий раствор хитозана готовили следующим образом: 1 г хитозана растворяли в 1 дм3 2%-ного раствора уксусной кислоты. В течение 2 ч через каждые 15 мин определяли количество дрожжей микроскопированием. Контрольными служили показатели исходного модельного раствора без добавления хитозана. Экспериментальные данные были подвергнуты математической обработке в программе statistica 6.0 по следующему алгоритму: graphs — 2dgraphs — scatterplots — variables — regular—ok. На рис. 1 в качестве примера приведен один из полученных графиков, показывающий зависимость снижения содержания дрожжевых клеток от продолжительности выдержки.
В уравнении var2 = 1,4933 - 0,0077x коэффициент 0,0077 перед переменной х характеризует tg угла наклона прямой. Чем выше данное значение, тем быстрее происходит оседание дрожжевых клеток.
Данные математической обработки позволили определить оптимальные концентрации хитозана при различных сочетаниях параметров (содержание сахара, дрожжей). Так, при содержании дрожжей 1,5 млн кл./см3 эффективно добавление 62,5 и 75,0 мг/дм3 хитозана; при содержании дрожжей 2,5 млн кл./ см3 — 50,0 и 75,0 мг/дм3; при содержании дрожжей 3,5 млн кл./ см3 — 25,0 и 62,5 мг/дм3. Данные исследований свидетельствуют о том, что концентрация сахара в модельном растворе не оказывает значительного влияния на скорость осаждения дрожжевых клеток.
1,6 1,4 1,2 СО ¡5 1,0 > 0,8 0,6 Scatteфlot (Spreadsheet1 10у*10с) Var2 = 1,4933 - 0,0077*х
о
-20 0 20 ^^■40 60 100 120 140 Var1 Рис. 1. Зависимость снижения содержания дрожжевых клеток ^аг2) от продолжительности выдержки ^аг1)
Для более детального изучения влияния стабилизирующей способности хитозана на следующем этапе исследовали способность хитозана осаждать высокомолекулярные белки и полифенольные вещества из сусла.
В 100 см3 пивного сусла добавляли рабочий раствор хитозана. Концентрация хитозана в реакционной среде составляла 12,5 мг/дм3, 25,0; 37,5; 50,0; 62,5; 75,0 мг/дм3. Перемешивали, выдерживали 1 ч и затем отфильтровывали. В обработанных образцах определяли цвет, содержание фракции А белка и полифенолов. Контрольным служило сусло без добавления хитозана.
Результаты исследования представлены на рис. 2, 3, 4.
С технологической точки зрения интересна область эффективного осаждения полифенолов. В задачи исследования входило удалить из сусла 20-25 % от исходного количества полифенолов, так как это количество предположительно служит потенциальным источником образования му-
ти. Также при более полном удалении полифенолов теряется цвет, что отрицательно повлияет в дальнейшем на внешний вид готового продукта.
Удаление белков в большом количестве также нежелательно, так как их низкое содержание в дальнейшем может повлиять на пенистость и пеностойкость готового продукта.
Оптимальна концентрация хитозана, способствующая решению задачи по-
лучения стойкого напитка — вывести из него то количество потенциального мутеобразователя, которое не приведет к ухудшению других качественных показателей напитка. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что оптимальными дозировками хитозана в зависимости от цели обработки являются концентрации 50,0; 62,5; 75,0 мг/дм3.
Таким образом, учитывая результаты, полученные при работе с модельными растворами и с охмеленным суслом, на следующем этапе работы в молодое пиво добавляли хитозан в концентрации 50,0 (опыт 1); 62,5 (опыт 2); 75,0 (опыт 3) мг/дм3. В дальнейшем исследовали возможность применения хитозана с целью осветления молодого пива в процессе дображивания. Представляло интерес исследовать влияние хитозана на процесс осветления пива и органолептические показатели готового напитка в целом. Динамика изменения содержания основных му-теобразующих компонентов — полифенолов и белка фракции А, а также концентрации дрожжевых клеток представлены на рис. 5, 6, 7.
Как видно из приведенных графиков, хитозан эффективно осаждает
150 -
140 130 120 110
N
\ 1чО V. ~
10 15
Продолжительность дображивания, сут
— Контроль — Опыт 1 — Опыт 2 Опыт 3
Рис. 5. Зависимость содержания полифенолов от продолжительности дображивания
5•2009
160
100
0
5
20
25
30
18
15
13 -
ч -------4
»4
"41
Рис.
10
0 5 10 15
Продолжительность дображивания, сут
— Контроль Опыт 1 — Опыт 2 Опыт 3
6. Зависимость содержания белка фракции А от продолжительности дображивания
20
25
N о
1,5
3" ф
\о N 1,4 Ож
1,3
— \ ч ч
л-----5
10 15
Продолжительность дображивания, сут
20
— Контроль — Опыт 1 — Опыт 2
Рис. 7. Зависимость содержания дрожжевых клеток от продолжительности дображивания
Опыт 3
25
Из таблицы следует, что существенного различия в физико-химических показателях по ГОСТ Р 51174-98 опытных и контрольных образцов пива не наблюдалось. Также хитозан не оказывал отрицательного воздействия и на органолептические показатели напитка. Однако содержание потенциальных мутеобразователей, таких, как полифенольные вещества, снизилось на 14,8-19,0 %, белка фракции А — на 9,2-10,2 %.
Наиболее благоприятное содержание белков и полифенолов для получения стойкого напитка с полноценными органолептическими показателями наблюдается при внесении 62,5 мг/дм3 хитозана. При этом содержание полифенольных веществ составило на 16 %, белка фракции А — на 9,3 % ниже контрольного уровня. С точки зрения влияния на физико-химические, органолептические показатели оптимальная дозировка — 62,5 мг/дм3.
Таким образом, проведенные исследования показали, что хитозан удаляет потенциальные мутеобразующие вещества напитка, способствует ускорению оседания дрожжевых клеток при дображивании пива, не оказывает неблагоприятного воздействия на процессы формирования органолептиче-ских показателей готового напитка.
На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод о перспективности использования хитозана с целью регулирования качественного состава пива для повышения его стабильности.
Концентрация хитозана
Показатель
Контроль 50,0 мг/дм3 62,5 мг/дм3 75,0 мг/дм:
Кислотность, к. ед. 2,30 2,30 2,30 2,30
Объемная доля спирта, %% 4,33 4,31 4,32 4,33
Цвет, ц. ед. 1,50 1,40 1,35 1,30
Содержание полифенолов, мг/ дм3 130,00 110,70 109,50 105,30
Содержание белков по Лоури, мг/100 см3 55,00 53,00 51,00 50,00
Содержание фракции А белка, мг/100 см3 11,98 10,87 10,87 10,75
биополимеры молодого пива. При проведении визуального осмотра было отмечено, что в опытных образцах происходит более интенсивное осветление пива, чем в контрольных.
На заключительном этапе исследований изучали влияние хитозана
на качественные показатели готового пива. В связи с этим был проведен физико-химический анализ исследуемого продукта. Контрольными служили показатели пива, не обработанного хитозаном. Полученные результаты представлены в таблице.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кунце В. Технология солода и пива. — СПб.: Профессия, 2001.
2. Меледина Т. В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. — СПб.: Профессия, 2003.
3. Линецкая А. Е., Сахаров Ю. В. Средства для осветления и стабилизации и эффективность их использования при обработке плодовых соков и вин//Пищевая промыш-ленность.1999. № 6. С. 38-41.
4. Алиева Л. Р., Евдокимов И. А. Осветление молочной сыворотки хитозаном//Материалы 2-й Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии». Т. 2. — Ставрополь: Северо-Кавказский ГТУ, 2002.
5. Хорунжина С. И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива — М.: Колос, 1999.
6. Покровская Н. В., Каданер Я. Д. Биологическая и коллоидная стойкость пива. — М.: Пищевая промышленность, 1978. <&
14
11
0
5
