ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7311| Title: | УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПИВА З ВИКОРИСТАННЯМ ІННОВАЦІЙНИХ СПОСОБІВ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСІВ РОЗМНОЖЕННЯ ТА ФЕРМЕНТАЦІЇ ДРІЖДЖІВ |
| Authors: | Сухенко, Владислав Юрійович Коденець, Віталій Миколайович |
| Keywords: | ПИВНЕ СУСЛО;ДРІЖДЖІ;НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ;ФЕРМЕНТАЦІЯ |
| Issue Date: | 30-Dec-2024 |
| Abstract: | Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181 – Харчові технології, освітньої програми «Харчові технології» – Черкаський державний технологічниї університет, Черкаси – 2024р. Магістерська робота присвячена УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПИВА З ВИКОРИСТАННЯМ ІННОВАЦІЙНИХ СПОСОБІВ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСІВ РОЗМНОЖЕННЯ ТА ФЕРМЕНТАЦІЇ ДРІЖДЖІВ. В роботі на основі літературних даних проаналізовано сучасні технології розмноження дріжджів, які передбачають створення аеробних умов для здійснення даного процесу, що забезпечує високі врожаї дріжджових культур і спрощує технологію розмноження. Досліджено та доведено ефективність способу культивування дріжджів на поживному середовищі, в яке внесено добавку Нутриферм Спешіал. Поживні середовища, збагачені біологічно активними добавками, безумовно, є тим позивним фактором, який дає можливість поліпшити фізіологічний стан культур дріжджів і підвищити їх бродильну активність. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7311 |
| Appears in Collections: | 181 Харчові технології (Харчові технології) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Коденець КРМ.pdf Restricted Access | Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181 – Харчові технології, освітньої програми «Харчові технології» – Черкаський державний технологічниї університет, Черкаси – 2024р. Магістерська робота присвячена УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПИВА З ВИКОРИСТАННЯМ ІННОВАЦІЙНИХ СПОСОБІВ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСІВ РОЗМНОЖЕННЯ ТА ФЕРМЕНТАЦІЇ ДРІЖДЖІВ. В роботі на основі літературних даних проаналізовано сучасні технології розмноження дріжджів, які передбачають створення аеробних умов для здійснення даного процесу, що забезпечує високі врожаї дріжджових культур і спрощує технологію розмноження. Досліджено та доведено ефективність способу культивування дріжджів на поживному середовищі, в яке внесено добавку Нутриферм Спешіал. Поживні середовища, збагачені біологічно активними добавками, безумовно, є тим позивним фактором, який дає можливість поліпшити фізіологічний стан культур дріжджів і підвищити їх бродильну активність. | 1.78 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування
Кафедра харчових технологій
ДОПУСТИТИ ДО ЗАХИСТУ
Завідувач кафедри
харчових технологій
к.т.н., доцент Ірина ОСИПЕНКОВА
_______________
―_____‖_____________20___ р.
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА
здобувача денної форми навчання
Тема УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПИВА З ВИКОРИСТАННЯМ
ІННОВАЦІЙНИХ СПОСОБІВ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСІВ РОЗМНОЖЕННЯ ТА
ФЕРМЕНТАЦІЇ ДРІЖДЖІВ
(тема роботи)
Виконав_________ Віталій КОДЕНЕЦЬ
(підпис) (ім‘я та прізвище)
Керівник ________ Владислав СУХЕНКО
д.т.н.,професор (підпис) (ім‘я та прізвище)
ЧЕРКАСИ – 2024
1
Черкаський державний технологічний університет
Факультет Факультет технологій, будівництва та раціонального
природокористування
Кафедра Харчових технологій
Спеціальність 181 „Харчові технології”
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Зав.кафедри ХТ
Ірина ОСИПЕНКОВА
« ___ »_____________20___ р.
З А В Д А Н Н Я
на кваліфікаційну роботу магістра здобувачу
Коденцю Віталію Миколайовичу
(прізвище, ім‘я, по батькові)
1. Тема роботи Удосконалення технології пива з використанням
інноваційних способів активації процесів розмноження та ферментації
дріжджів
затверджена наказом по університету від 27.09. 2024року № 291/04
2. Термін здачі студентом закінченої роботи________ 2024року
3. Вихідні дані до роботи:
• проаналізувати суничні інноваційні способи активації пивних дріжджів;
• дослідити вплив активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на процес
накопичення біомаси дріжджів;
• дослідити вплив активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на дріжджі в
залежності від номеру генерації;
• провести математико-статистична обробка результатів досліджень;
• визначити економічну доцільність використання активатора в пивоварінні.
Зміст пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)
Титульний аркуш. Завдання на роботу. Зміст. Анотація. Вступ 1.
Аналітична частина 2. Об‘єкти, методи досліджень. 3. Експериментальна частина
4. Технологічна частина. Висновки. Список використаної літератури.
Додатки.___________________________________
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов‘язкових
креслень)
Презентації на______слайдах
2
6. Консультанти з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосуються
Розділ Консультант Підпис, дата
Завданн Завдання
я вида в прийн яв
7. Дата видачі завдання ____________________
Керівник
(підпис)
Завдання прийняв до
виконання
(підпис)
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
Пор. Назва етапів Термін Відмітка
№ роботи виконання керівника
етапів роботи про
виконання
1. Вступ
2. Аналітична частина
3. Об‘єкти і методи досліджень
4. Експериментальна частина
5. Технологічна частина
6. Висновки
7.
8.
9.
10.
Здобувач _________ Віталій КОДЕНЕЦЬ
(підпис) (ім‘я та прізвище)
Керівник ________ Владислав СУХЕНКО
д.т.н.,професор (підпис) (ім‘я та прізвище)
«___»________2024 р.
3
АНОТАЦІЯ
Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181 – Харчові технології,
освітньої програми «Харчові технології» – Черкаський державний технологічниї
університет, Черкаси – 2024р.
Магістерська робота присвячена УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПИВА
З ВИКОРИСТАННЯМ ІННОВАЦІЙНИХ СПОСОБІВ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСІВ
РОЗМНОЖЕННЯ ТА ФЕРМЕНТАЦІЇ ДРІЖДЖІВ.
В роботі на основі літературних даних проаналізовано сучасні технології
розмноження дріжджів, які передбачають створення аеробних умов для
здійснення даного процесу, що забезпечує високі врожаї дріжджових культур і
спрощує технологію розмноження. Досліджено та доведено ефективність
способу культивування дріжджів на поживному середовищі, в яке внесено
добавку Нутриферм Спешіал. Поживні середовища, збагачені біологічно
активними добавками, безумовно, є тим позивним фактором, який дає можливість
поліпшити фізіологічний стан культур дріжджів і підвищити їх бродильну
активність.
Ключові слова: ПИВНЕ СУСЛО, ДРІЖДЖІ, НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ,
ФЕРМЕНТАЦІЯ, ГЛІКОГЕН.
4
ABSTRACT
Master's qualification work in the specialty 181 - Food Technology, educational
program "Food Technology" - Cherkasy State Technological University, Cherkasy -
2024.
The master's thesis is devoted to IMPROVING BEER TECHNOLOGY BY
USING INNOVATIVE WAYS TO ACTIVATE YEAST REPRODUCTION AND
FERMENTATION PROCESSES.
The work, based on literary data, analyzes modern yeast propagation
technologies, which involve the creation of aerobic conditions for the implementation of
this process, which ensures high yields of yeast cultures and simplifies the propagation
technology. The effectiveness of the method of cultivating yeast on a nutrient medium,
to which the Nutriferm Special additive is added, has been studied and proven. Nutrient
media enriched with biologically active additives are certainly a positive factor that
allows improving the physiological state of yeast cultures and increasing their
fermentation activity.
Keywords: BEER WORST, YEAST, NUTRIFERM SPECIAL,
FERMENTATION, GLYCOGEN.
5
ЗМІСТ
ВСТУП 7
1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 13
1.1. Вибір і оцінка штамів пивних дріжджів для інтенсифікації 13
броження……………є.
1.2. Загальна характеристика пивних дріжджів………………… 16
1.3. Отримання і застосування активних рас дріжджів для інтенсифікації 26
бродження і дображення пива
1.4. Процеси, що відбуваються при головному бродінні пивного сусла 28
1.5. Активатори спиртового бродіння 32
1.6.Сучасні способи активації процесів розмноження та ферментації 33
дріжджів
2. ОБ΄ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ 41
2.1 Об΄єкти дослідження 41
2.2. Методи дослідження 47
3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 55
3.1. Розведення чистої культури дріжджів 55
3.2. Визначення впливу препарату НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на 56
накопичення біомаси дріжджів
3.3. Інтенсифікація процесу зброджування пивного сусла 61
3.4 Математико-статистична обробка результатів досліджень 65
4. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 72
4.1. Принципова технологічна схема 72
4.2. Асортимент і характеристика продукції 73
4.3. Опис апаратурно-технологічної схеми 75
4.4. Розрахунок продуктів 74
4.5. Розрахунок економічної ефективності ………………………... 76
4.5. Схема технохімічного контролю 90
ВИСНОВОК 92
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 94
ДОДАТКИ 97
6
ВСТУП
Актуальність проблеми. Сучасні технології розмноження дріжджів
передбачають створення аеробних умов для здійснення даного процесу, що
забезпечує високі врожаї дріжджових культур і спрощує технологію
розмноження. Крім того, дріжджі в аеробних пропагаторах розмножують за
о
температури 25 С для штамів як низового, так і верхового бродіння. При цьому
завдяки підвищенню температури тривалість циклу розмноження дріжджів та
переходу до аеробіозу значно скорочується.
Дріжджі розмножуються двома стадіями — лабораторною та виробничою.
Мета лабораторної стадії полягає у тому, щоб накопичити достатню кількість
біомаси дріжджів, що дає можливість перейти до їх розмноження на виробництві.
Це досягається послідовним пересіванням все зростаючого об‘єму культури та
перевіркою її санітарно-гігієнічного стану[5].
Головною причиною розробки способів аеробного розмноження дріжджів є
низька ефективність бродіння першої генерації. У разі використання традиційних
анаеробних пропагаторів накопичується недостатньо велика біомаса дріжджів для
забезпечення задовільної норми засіву. А це у свою чергу призводить до
малоінтенсивного тривалого бродіння та отримання нестандартного пива. Для
поліпшення такого стану пропонується використання інтенсивного
перемішування та аерація, але значного ефекту це дає. Окремі вчені висувають
припущення, що розміри клітин, вирощених в аеробних умовах, менші за
одержані анаеробним шляхом. Відповідно об‘єм анаеробних клітин майже у три
рази більший, ніж об‘єм такої самої кількості аеробних, а площа їх поверхні
майже у два рази більша, ніж у аеробних дріжджів. Проте такі припущення та
висновки неоднозначні, і це питання потребує подальшого вивчення[5].
У зв‘язку із важливістю лабораторної та виробничої стадій розмноження
дріжджів увага вчених спрямована на вивчення факторів, що підвищують
біохімічну активність клітин на цих етапах, що сприяє зростанню їх
7
продуктивності та бродильної активності. Метаболізм на клітинному та
субклітинному рівнях здійснюється регулюванням синтезу та каталітичної
активності ферментів. Відомо, що кількість різних ферментів та їх активність у
дріжджових клітинах залежать від умов культивування мікроорганізмів і
передусім від складу поживного середовища. Є дані, що змінити інтенсивність
синтезу ферментів та їх активність можна за допомогою збагачення середовища
для вирощування дріжджів поживними добавками.
Відомі, наприклад, способи активації дріжджів внесенням у сусло водних
витяжок чи екстрактів солодових паростків або внесенням у сусло препарату,
отриманого озоленням осаду пива. Але недоліком цих способів є те, що вони не
дають можливості суттєво інтенсифікувати накопичення біомаси чистої культури
та не вирішують питання поліпшення фізіологічного стану і підвищення здатності
до розмноження виробничих дріжджів, ослаблених у ході технологічного
процесу. Сучасним запатентованим способом, який частково вирішує ці питання,
є спосіб, за яким у сусло одночасно із чистою культурою дріжджів вносять
0,1…0,5 % препарату, отриманого руйнуванням клітинних стінок дріжджів та
цитоплазматичних мембран плазмоптизом з наступним відділенням клітинного
соку та завислих частинок і додаванням до соку 96%-го етанолу стабілізатора у
співвідношенні 1:1. Як стверджують автори способу, він дає можливість
скоротити процес накопичення біомаси чистої культури дріжджів, підвищити
приріст біомаси у 2-3 рази, прискорити розброджування сусла у перші доби
бродіння, скоротити процес головного бродіння на дві доби, підвищити
флокуляційну здатність дріжджів, підвищити їх стійкість до автолізу, фізіологічну
здатність дріжджів і зберігати високі фізіологічні властивості дріжджів протягом
наступних трьох-чотирьох генерацій[5].
Досліджено та доведено також ефективність способу культивування
дріжджів на поживному середовищі, в яке внесено добавку, основною якої є
гідролізат (автолізат) пивних дріжджів, що містить 3,5 % амінного азоту, 7…8 %
вуглеводів, 2…3 % нуклеїнових компонентів (нуклеотиди, нуклеозиди, нуклеїнові
8
основи), а також ергостерин, вітаміни групи В, у тому числі ті, що мають
стимулювальну дію на дріжджі, зокрема біотин, параамінобензойну кислоту та ін.
Для підвищення біологічної цінності гідролізату пропонується збагачувати
його розчинами солей магнію, марганцю, кальцію, цинку та діаммонійфосфату.
При цьому особливо важливим компонентом гідролізату є саме комплексні
сполуки згаданих металів з азотвуглецевовмісними лігандами. Комплексні
сполуки формуються в результаті взаємодії іонів металів із субстанціями різного
ступеня гідролізу, які виділяються з протопластів дріжджів. Комплексні сполуки
збільшують надходження у клітину іонів металів, джерел азоту, вуглецю та
фосфору порівняно з їх транспортом у клітину поодинці.
Відомо, що в дріжджах є не менш як 50 індукованих ферментів, синтез яких
багаторазово збільшується залежно від субстрату, який вноситься у поживне
середовище. Збагачення сусла, наприклад, згаданим гідролізатом індукує синтез
внутрішньоклітинних ферментів, сприяє виробленню клітиною необхідних
механізмів, що забезпечують процес дисиміляції субстрату. А це в свою чергу
впливає на фізіологічний стан дріжджів: підвищується їх продуктивність на
33…34 %, поліпшується біотехнологічні властивості — стійкість, бродильна
активність, електрофізичні параметри, що визначають їх флокуляційну здатність.
Так, середня швидкість росту дріжджів становить 0,225 г/год, тимчасом як у
контролі вона становить 0,163 г/год; мальтазна та зимазна активності становлять
відповідно 48 і 59 хв (у контролі — 72 та 90 хв); ступінь зброджування сусла
становить 78,9 % проти 76 % у контролі, підвищується вміст етанолу (3,7 % проти
3,5 %), зростає кількість виділеного СО2 (0,42 % проти 0,37 %), поліпшується
прозорість пива, зростає висота піни (6,0 см проти 4,5 см) та піностійкість (5,0 хв
проти 4,0 хв) [5].
Поживні середовища, збагачені біологічно активними добавками, безумовно,
є тим позивним фактором, який дає можливість поліпшити фізіологічний стан
культур дріжджів і підвищити їх бродильну активність.
Певний інтерес для активізації фізіологічних процесів у дріжджів викликає
використання кріогенно подрібненого препарату синьо-зеленої водорості
9
спируліни платенсіс, який вноситься на стадії головного бродіння у сусло в
кількості 10 мг %. До хімічного складу спіруліни входять усі незамінні
амінокислоти, пігменти — хлорофіл і фікоціанін, вітаміни групи В, багато макро-
та мікроелементів. Всі ці компоненти дають можливість стабілізувати
технологічні властивості дріжджів в умовах виробництва і підвищити їх
бродильну активність.
Про великий енергетичний потенціал водорості спіруліни свідчить здатність
її клітин накопичувати високомолекулярні жирні кислоти[5].
Серед мінеральних речовин, що містяться в органічній формі, велику роль
відіграють залізо і йод.
Висушена спіруліна містить багато ферментів, особливо гідролітичних. Вона
також абсолютно нетоксична. Мембранна оболонка спіруліни складається з
поліцукру — муреїну і легко розкладається.
Застосування препарату спируліни платенсіс дає можливість підвищити
видимий ступінь зброджування сусла на 8…10 % та скоротити процес головного
бродіння на 15…17%.
У науковій літературі є чисельні відомості про поліпшення фізіологічного
стану дріжджів впливом на посівний матеріал різних фізичних факторів:
температури, тиску, обробки у магнітному полі, НВЧ-хвилями, лазером,
ультрафіолетовими променями, ультразвуком тощо[5].
Виявлено також позитивний вплив на життєздатність і бродильну активність
пивоварних дріжджів електронно-іонного оброблення (ЕІО). Це оброблення
здійснюють у потоці на момент внесення дріжджів у бродильний апарат. Товщина
шару оброблювальних дріжджів повинна бути 5 мм, напруга електричного поля
2
коронного розряду — від 1 до 4 кВ/см , а тривалість експозиції — 25 с. Таке
оброблення дає змогу скоротити кількість нежиттєздатних клітин на 26…40 % і
пришвидшити процес зброджування сусла в середньому на дві доби (38 %).
Активація дріжджів — актуальне завдання для сучасного пивоваріння[5].
10
Мета та завдання роботи. Метою роботи є дослідження впливу активатора
на накопичення біомаси ЧКТ на стадії культивування та під час генерацій.
Відповідно до сформульованої метою дослідження у роботі вирішували такі
завдання:
• проаналізувати інноваційні способи активації пивних дріжджів;
• дослідити вплив активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на процес
накопичення біомаси дріжджів;
• дослідити вплив активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на дріжджі в
залежності від їх номеру генерації;
• провести математико-статистична обробка результатів досліджень;
• визначити економічну доцільність використання активатора в пивоварінні.
Об'єкт дослідження - це способі активації процесу розмноження та
ферментації дріжджів.
Предмет дослідження пивне сусло, пивні дріжджі низового бродіння раси 11
та активатор Нутриферм Спешіал. Мікробіологічні методи дослідження якості
дріжджів.
Наукова новизна роботи полягає в наступному: Обґрунтовано
використання активатора Нутриферм Спешіал в якості підкормки для дріжджів
на стадії накопичення біомаси ЧКД та головного бродіння з метою скорочення
часу бродіння.
Теоретична і практична значущість.
Теоретична значимість роботи полягає в обґрунтуванні доцільності
використання активатора Нутриферм Спешіал на стадіях розмноження та
ферментації дріжджів.
Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних та
аналітичних робіт в лабораторних умовах, обробці та узагальненні результатів, їх
теоретичному обґрунтуванні, підготовці результатів до публікації.
Публікації. За матеріалами магістерської роботи опубліковано 1 тезу, у
збірнику VІІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Інтеграційні та
інноваційні напрями розвитку харчової індустрії» 2024 року, м. Черкаси.
11
Структура та обсяг роботи. Робота складається зі вступу, чотирьох
розділів, висновків, списку використаних джерел. Робота викладена на 99
сторінках машинописного тексту, містить 20 таблиць, 19 рисунків. Список
використаних джерел літератури складається з 18 робіт.
12
РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА
1.1. Вибір і оцінка штамів пивних дріжджів для інтенсифікації броження
Для вибору пивних дріжджів і правильного ведення бродильного процесу
необхідно знання властивостей окремих штамів.
Пивні дріжджі діляться на дріжджі низового і верхового бродіння. Дріжджі
низового бродіння в кінцевій фазі головного бродіння утворюють пластівці і
осідають (седиментують, флокулируют) на дно бродильної ємності, тоді як
дріжджі верхового бродіння виносяться на поверхню сусла, що зброджується,
утворюючи на ній густу піну.
До кожного типу бродіння характерний певний вид дріжджів. При низовому
бродінні використовуються дріжджі S. carlsbergensis Hansen, які, за останніми
даними, відносяться до S. uvarum, при верховому - S. cerevisiae Hansen. Дріжджі
S. carlsbergensis зброджують рафінозу повністю, а S. cerevisiae - тільки на одну
третину. Це відбувається тому, що р-фруктофуранозидаза дріжджів верхового
бродіння відщеплює від рафінозу тільки фруктозу, яку і зброджує, тоді як дріжджі
низового бродіння здатні розщеплювати а-1,6 зв'язку між глюкозою і галактозою
мілини [3].
Штами дріжджів мають різні властивості, деякі з яких (наприклад,
розмноження, флокуляція) безперервно змінюються. Тому оцінка штамів повинна
базуватися тільки на великій кількості постійних ознак і порівнянні штамів за
цими ознаками. В основі «типізації» лежать основні якісні та кількісні ознаки:
морфологічні, фізіологічні та біохімічні.
З морфологічних ознак для характеристики штамів найбільш важливі
розміри клітин, їх форма та однорідність розмірів клітин культури, здатність до
утворення псевдоміцелію.
З фізіологічних та біохімічних ознак основними є бродильна, флокуляційна
та седиментуюча здібності, швидкість росту, толерантність до етанолу та до
осмофілії. Ці ознаки придатні класифікації штамів S. carlsbergensis. Однак для
13
виявлення основних відмінностей між S. carlsbergensis та S. cerevisiae необхідно
тестувати зброджування рафінозу.
Інші ознаки (наприклад, вид колоній, здатність до спороутворення,
вимогливість до біофакторів та засвоєння мальтотріози), як правило, незначно
різняться, що не має суттєвого значення для класифікації штамів S. carlsbergensis.
У виборі штамів для важливими ознаками є швидкість і ступінь
зброджування екстракту сусла. Ці ознаки залежать не тільки від густини
клітинної популяції, але насамперед від ферментативної активності окремих
клітин. Метаболічні процеси протікають у певній послідовності. Якщо в
середовищі є достатня кількість глюкози, відбувається пригнічення механізму
утворення а-глюкозидази, мальтозопермеази та мальтотріозопермеази. Отже, це
явище – функція концентрації глюкози та використаного штаму. Але це явище не
завжди має місце, оскільки існують штами, які не мають глюкозної репресії.
Окремі штами розрізняються за рівнем зброджування окремих цукрів. Так,
дріжджі верхового бродіння зброджували мальтозу і мальтотріозу швидше і
глибше, ніж дріжджі низового бродіння, тоді як при зброджуванні гексоз і
сахарози ця різниця не спостерігалося[3;5].
Зброджуюча здатність штамів тісно пов'язана зі швидкістю їх розмноження,
яка важлива для швидкого зброджування сусла і для підтримки біологічної
чистоти процесу бродіння.
Оскільки при виробництві пива біомаса не є кінцевою продукцією, то для
якості кінцевого продукту важливо, щоб аеробна фаза процесу знаходилася в
правильному співвідношенні з анаеробною фазою. Оптимальною концентрацією
кисню в суслі при зброджуванні для зростання дріжджової біомаси є 6-8 мг О2/л,
тому необхідна кількість кисню залежить, з одного боку, від властивостей
окремих штамів, з іншого - від аеробних або анаеробних умов їх попереднього
розмноження.
При старінні клітин здатність їх до розмноження змінюється, тому що при
цьому змінюється склад внутрішньоклітинних азотистих речовин, знижується
14
вміст амінного азоту, що негативно позначається на синтезі ферментів та їх
активності.
Розмноження дріжджів, отже, і весь процес бродіння значно залежить від
складу сусла.
Штами дріжджів низового бродіння оцінюють за здатністю флокулювати і
седиментувати на дні бродильного судини. При правильному перебігу
дображивания кількість дріжджових клітин, суспендованих в молодому пиві після
головного бродіння, кількість екстракту, що зброджується, і температура пива при
розливі знаходяться у відповідному співвідношенні. У штамів з раннім
осадженням цикл головного бродіння скорочується, що призводить до отримання
пива з надлишком незбро ного екстракту. При скороченні дображивания пиво не
до кінця зброджує та не дозріває, має сторонній присмак та нижчу біологічну
стійкість. При повільному осадженні дріжджових клітин, насамперед дріжджів
верхового бродіння, на дображивание переходить дріжджів більше, ніж потрібно
для зброджування екстракту. Надмірне вміст дріжджових клітин може надати
пиву присмак автолізованих дріжджів[3;5].
Флокуляційна здатність є важливою властивістю пивних дріжджів, але для
якості пива не менш важливим є склад сусла, кінцевий ступінь зброджування,
аерація сусла, вміст у ньому суспензій, температура ведення процесу бродіння і
форма бродильних чанів.
Для виробництва пива, як правило, потрібні штами дріжджів, які як при
бродінні, так і наприкінці дображування добре седиментують і освітлюють пиво.
Тому дріжджі верхового бродіння переважно не застосовуються. Однак на деяких
заводах практикується застосування двох штамів дріжджів. Відповідною
комбінацією молодого пива, зброженого дріжджами низового бродіння, і пива,
збродженого дріжджами верхового бродіння, при розливі в танки для
дображивания забезпечуються достатньої кількості екстракту, що зброджується, і
суспендованих клітин. При тривалому доброживанні виходить добре зброжене і
освітлене пиво.
15
Окремі штами пивних дріжджів розрізняються за здатністю утворювати при
бродінні поряд з етанолом і СО2 побічні продукти бродіння (наприклад, вищі
аліфатичні та ароматичні спирти, складні ефіри, карбоксильні сполуки, органічні
кислоти та продукти, що містять серу, які впливають на смак і пива) [5].
1.2. Загальна характеристика пивних дріжджів
Пиво є продуктом біохімічної діяльності дріжджів. Дріжджі - одноклітинні
мікроорганізми класу Ascomycetes, порядку Endomycetales, сімейства
Saccharomycetaceae та роду Saccharomyces, що поєднує 41 вид. У пивоварстві
використовують дріжджі двох видів: Saccharomyces cerevisiae (дріжджі верхового
бродіння) та Saccharomyces carlsbergensis (дріжджі низового бродіння) [10].
Будова та хімічний склад дріжджової клітини
Дріжджові клітини (рис. 1.1) мають овальну, круглу, еліптичну форму.
Зовні клітина покрита оболонкою 1, під якою знаходиться цитоплазматична
мембрана 2. Оболонка складається з глюкану, азотовмісних речовин та ліпідів.
Вона надає форму клітині, тут здійснюється брунькування. Оболонка функціонує
як фільтр, що пропускає поживні речовини всередину клітини і виводить із
клітини продукти обміну. Цитоплазматична мембрана має білково-ліпідну
природу. Вона регулює обмін поживних речовин та метаболітів завдяки виборчій
проникності. Проникність цитоплазматичної мембрани активна: в першу чергу в
клітину проходять легкозасвоювані речовини, навіть якщо розмір молекул
перевищує розмір молекул менш засвоюваних речовин. Усередині клітини
знаходиться ядро 3, оточене подвійною пористою мембраною. Ядро регулює та
спрямовує процеси, що забезпечують зростання та розмноження дріжджів. Ядро –
сховище генетичної інформації. Містить ДНК, білки та ферменти, пов'язані з
утворенням ДНК та РНК. Основою клітини є цитоплазма 9, у якій перебувають
структурні елементи клітини: рибосоми 6, мітохондрії 7, вакуолі 5. Рибосоми -
найдрібніші частинки клітини, у яких відбувається синтез білка. Мітохондрії –
енергетичні центри клітини, в яких здійснюється утворення АТФ. Вакуолі 5 –
16
порожнини, заповнені клітинним соком. Клітинний сік – водний розчин солей,
вуглеводів, білків, жирів та ферментів. Що старша клітина, то більше в ній
вакуолей. У дріжджовий клітині є також включення глікогену - резервної
поживної речовини. На поверхні клітини в результаті відгалуження дочірніх
клітин від материнської утворюються рубці 8[3].
Рисунок1.1. - Будова дріжджової клітини:
1 – оболонка; 2 – цитоплазматична мембрана; 3 – ядро; 4 – включення глікогену; 5 –
вакуолі; 6 – рибосоми; 7 - мітохондрії; 8 – рубець; 9 – цитоплазма
Величина клітин залежить від віку та фізіологічного стану дріжджів.
Найчастіше клітини мають довжину 9-11 мкм та ширину 5-7 мкм.
Хімічний склад дріжджів залежить від раси, складу живильного середовища
та фізіологічного стану дріжджів. Відпресовані дріжджі містять 24-30% сухих
речовин та 76-70% води. Сухі речовини дріжджів на 90-95 % складаються з
органічних речовин, до складу яких входять азотисті речовини (35-65 %),
екстрактивні безазотисті речовини (20-63 %), жир (2-5 %), мінеральні речовини
(5-11) %).
Азотисті речовини дріжджів представлені головним чином дріжджовими
білками, найважливішими з яких є зимоказеїн і церевізин. Основний представник
17
вуглеводів дріжджів – глікоген. Глікоген за хімічною будовою подібний до
амілопектин крохмалю, але має велику молекулярну масу і більш компактну
молекулу. Його вміст коливається від 0 до 40 % маси сухих речовин залежить від
складу живильного середовища. Запасною речовиною дріжджів є жир, якого
більше у старих клітинах. Головні елементи мінеральних речовин дріжджів –
фосфор та калій. Фосфор входить до складу проміжних продуктів спиртового
бродіння, а калій активізує діяльність деяких дріжджових ферментів, а також
надає вирішальний вплив на біосинтез білків та вуглеводів[3].
Дріжджова клітина містить велику кількість ферментів, які забезпечують її
життєві функції, беручи участь у процесах дихання, бродіння, гідролізу та
синтезу. Ферменти клітини поділяються на ендо- та екзоферменти. Ендоферменти
виявляють свою дію лише всередині клітини. До них відноситься, наприклад,
мальтаза, ферменти бродіння та дихання. Екзоферменти виділяються з клітини та
діють поза нею. Вони призначені для початкових етапів використання дріжджами
поживних речовин. До них відносяться деякі дріжджові пептидази та β-
фруктофуранозідазу.
Дріжджі багаті на вітаміни групи В, містять нікотинову кислоту,
ергостерин, біотин та ін.
Метаболізм дріжджової клітини
Метаболізм – це обмін речовин дріжджової клітини. Для зростання та
розмноження клітина потребує поживних речовин, розчинних у воді. Ці речовини
клітина споживає та перетворює на необхідні для побудови дріжджових білків,
вуглеводів, жирів, резервних речовин. Споживання та перетворення поживних
речовин – асиміляція супроводжується витратою енергії. Необхідна енергія
утворюється у клітині внаслідок дисиміляції – процесів перетворення та розпаду
речовин, що супроводжуються виділенням енергії. Енергія накопичується у
клітині як АТФ. Основними процесами освіти в клітині АТФ є дихання та
бродіння. В анаеробних умовах пивоваріння енергія у клітині утворюється
внаслідок спиртового бродіння[3].
18
Для життєдіяльності дріжджам необхідні вуглеводи, азотовмісні та
мінеральні речовини, вітаміни, жирні кислоти.
Вуглеводи використовуються дріжджами як джерело живлення та джерело
енергії. Живлення полягає в засвоєнні вуглеводів, їх розщепленні і подальшому
синтезі в структурні елементи клітини (глюкан) і резервні речовини (глікоген). З
цією метою витрачається приблизно 2 % цукрів сусла. Основна частка цукрів
піддається спиртовому бродінню, у результаті якого у клітині накопичується
енергія. При зброджуванні цукрів утворюється етиловий спирт і вуглекислий газ,
які, як продукти метаболізму, пригнічують на дріжджі, але є основними
технологічно важливими речовинами, що перетворюють сусло на пиво.
Вуглеводи зброджуються у певній послідовності, обумовленої швидкістю
проникнення в дріжджову клітину. Насамперед зброджується глюкоза та
фруктоза. Сахароза попередньо гідролізується β-фруктофуранозидазою до
глюкози та фруктози, які швидко споживаються дріжджами на початку бродіння.
Після засвоєння глюкози та фруктози дріжджі починають споживати мальтозу, а
потім – мальтотріозу. Для нормального протікання бродіння в суслі повинна
міститися достатня кількість вуглеводів, що легко зброджуються[3].
Для синтезу компонентів, що забезпечують зростання і розмноження,
дріжджам необхідні джерела азоту, що асимілюється. Дріжджі можуть
засвоювати як органічний, і неорганічний азот. Дріжджі споживають аміачний
азот у вигляді фосфатів та сульфатів амонію, амінокислоти, пептиди, пуринові та
піримідинові основи. Головну роль в азотистому обміні дріжджової клітини грає
пряма асиміляція амінокислот сусла, що забезпечує 70% азоту, що асимілюється.
При достатньому вмісті в суслі амінного азоту спостерігаються швидке зростання
дріжджів, висока швидкість зброджування та низький вміст у пиві вищих спиртів.
Амінокислоти споживаються дріжджами у певній послідовності. Насамперед
асимілюються такі кислоти, як аспарагін, серин, треонін та лізин, а останніми
споживаються аланін та пролін[3].
19
Розмноження дріжджів
Розмноження - збільшення кількості дріжджових клітин.
Дріжджі розмножуються брунькуванням. При цьому на материнській
клітині утворюється брунька, яка виростає у дочірню клітину. За несприятливих
умов дріжджі можуть утворювати суперечки, які згодом проростають, утворюючи
нові дріжджові клітини. Пивне сусло містить усі необхідні речовини для
розмноження дріжджів, тому вони розмножуються лише брунькуванням[3]
Розмноження дріжджів при зброджуванні сусла відбувається кілька етапів.
Крива росту має звичайну для розвитку мікроорганізмів S-подібну форму, на якій
можна виділити 4 фази: латентну, логарифмічну, стаціонарну та фазу згасання. На
латентній фазі дріжджі пристосовуються до живильного середовища та готуються
до розмноження. Логарифмічна фаза характеризується максимальною швидкістю
розмноження дріжджів. На стаціонарній фазі швидкість розмноження та
швидкість відмирання дріжджів урівноважуються, і число клітин залишається без
зміни. При зниженні кількості поживних речовин і збільшенні серед концентрації
продуктів обміну розмноження дріжджів припиняється, настає фаза згасання.
Кількість дріжджів наприкінці головного бродіння збільшується у 3-4 рази.
На розмноження дріжджів впливає склад живильного середовища.
Сприяють розмноженню цукру, амінний азот, кисень сусла і уповільнюють
розмноження продукти метаболізму, такі як етиловий спирт і діоксид вуглецю.
Процес розмноження істотно інтенсифікується зі збільшенням температури
бродіння і при перемішуванні середовища. На розмноження впливає рН сусла.
Максимальне розмноження низових дріжджів спостерігається при 4,8-5,3 рН.
Уповільнюють розмноження високі концентрації цукрів, що зброджуються[3].
Флокуляція дріжджових клітин
Флокуляція (аглютинація) - здатність дріжджових клітин збиратися в
пластівці. Від флокуляційної здатності дріжджів залежить ступінь зброджування
та швидкість освітлення пива. За здатністю флокулювати пивні дріжджі
згруповані у 4 класи: пилоподібні дріжджі, флокулюючі дріжджі першого класу,
20
флокулюючі дріжджі другого класу, флокулюючі дріжджі третього класу.
Пилоподібні дріжджі повільно утворюють пластівці, що складаються з 10 і менше
клітин. Дріжджі першого класу, що флокулюють, утворюють пластівці, що
складаються приблизно з 1000 клітин, після зброджування 2/3 екстракту.
Флокулюючі дріжджі другого класу після зброджування 2/3 екстракту утворюють
пластівці, що містять кілька тисяч клітин. У флокулюючих дріжджів третього
класу процес флокуляції починається ранніх стадіях бродіння. При виробництві
пива низового бродіння використовують флокулюючі дріжджі першого та
другого класу[5].
Нині існують три гіпотези, які пояснюють флокуляцію дріжджових клітин.
Перша гіпотеза передбачає, що флокуляція дріжджів пов'язана з утворенням
+2 -
іонних зв'язків між іонами Са сусла та іонами СОО білків двох сусідніх клітин.
Ця структура додатково стабілізується утворення водневих зв'язків.
Друга гіпотеза пояснює флокуляцію утворенням перехресних з'єднань іонів
+2
Са сусла з двома фосфоманнановими одиницями сусідніх клітин. Водневі
зв'язки посилюють цей процес. Маннано-білковий комплекс утворює поверхневий
шар дріжджової клітини. Виявлено, що у флокулюючих дріжджів комплекс більш
фосфорильований, ніж у нефлокулюючих[5].
Третя гіпотеза (гіпотеза Калюжного) передбачає, що клітини дріжджів
оточені водяною оболонкою та іонною сферою. При бродінні під впливом
дегідратуючих речовин, таких як спирт, клітини втрачають водну оболонку,
внаслідок чого зменшується їх іонна сфера і електричний заряд. При цьому
зменшується сила відштовхування клітин та створюються умови для об'єднання їх
у агломерати[5].
На здатність дріжджів до флокуляції впливають внутрішні та зовнішні
чинники. Внутрішні – це генетична природа дріжджів. Кожен штам дріжджів
характеризується індивідуальною здатністю до флокуляції. До зовнішніх факторів
відносяться: склад сусла, температура бродіння та рН середовища, кількість та
якість насіннєвих дріжджів. Передчасної флокуляції сприяє незбалансований
склад сусла: нестача в ньому амінного азоту, цукрів, що зброджуються, ростових
21
речовин. Флокуляції сприяють низька температура та збільшення норми засіву
дріжджів, зниження рН до 4,3-4,0. На початкових етапах бродіння слід уникати
флокуляції, а в кінці – сприяти цьому процесу. Дієвим технологічним фактором,
який керує флокуляцією, є температура[5].
Автоліз дріжджів
Автоліз - процес саморозчинення дріжджів під дією власних ферментів.
Починається при відмиранні клітини, коли припиняють діяти ферменти дихання
та бродіння, але активізуються гідролітичні ферменти. Відбувається розпад
білкових речовин, вуглеводів, жирів, фосфорних сполук. Продукти розпаду
виділяються у середу, змінюючи смак та властивості пива. При незначному
автолізі утворюється дріжджовий присмак, при сильному - гіркий, м'ясний.
Продукти автолізу знижують колоїдну стійкість пива та його пінисті властивості.
Дріжджі можуть відмирати і за цілком сприятливих умов, але автолітичні процеси
посилюються при нестачі серед поживних речовин і підвищеній температурі.
Легко піддаються автолізу осадові дріжджі за умови недотримання умов їх
зберігання. Стійкість до автолізу індивідуальна в окремих штамів дріжджів[3].
Штами (раси) дріжджів
У пивоварінні застосовують дріжджі верхового та низового бродіння.
Дріжджі верхового бродіння відрізняються дрібними розмірами клітин і належать
до пилоподібних дріжджів. На стадії інтенсивного бродіння виділяються на
поверхні середовища у вигляді піни і залишаються в такому вигляді до кінця
бродіння. Далі вони повільно осідають, утворюючи на дні бродильного апарату
пухкий шар. Дріжджі низового бродіння відносяться до пластівцевих дріжджів.
Під час головного бродіння знаходяться у шарі сусла, а в кінці процесу швидко
осідають на дно бродильного апарату, утворюючи щільний осад. Дріжджі
низового бродіння, порівняно з дріжджами верхового бродіння, більш стійкі до
автолізу, дають хороший приріст біомаси, мають нижчу бродильну активність,
утворюють у пиві менше діацетилу і вищих спиртів, що позитивно позначається
22
на його якості. Низові дріжджі повністю зброджують раффінозу, оскільки містять
необхідні ферменти для розщеплення раффінози спочатку під дією β-
фруктофуранозидази на фруктозу та мелібіозу, а потім під дією мелібіази на
глюкозу та галактозу. Дріжджі верхового бродіння зброджують рафіноз лише на
1/3, так як не мають мелібіази. В Україні застосовують переважно дріжджі
низового бродіння[8;10].
Рафіноза → β-фруктофуранозидаза → мелібіоза + фруктоза
Мелібіоза → α-галактозидаза → галактоза + глюкоза
Галактоза → епімераза → глюкоза.
Розведення чистих культур дріжджів (ЧКД)
Під розведенням ЧКД розуміють збільшення маси дріжджів певної
маркування до кількості, необхідного для внесення в бродильний апарат.
Дріжджові клітини певного штаму отримують з колекцій чистих культур у
пробірках на косому сусло-агарі.
Процес розведення ЧКД складається з двох стадій: лабораторної та
виробничої.
Лабораторна стадія
У заводській лабораторії чисту культуру дріжджів із пробірки в боксі над
полум'ям пальника переносять петлею в колбу, що містить 20 см3 стерильного
охмеленого сусла з масовою часткою сухих речовин 11-13%. Перша стадія
розмноження дріжджів протікає за нормальної температури 20-23 ºЗ триває 24-36
годин. Потім проводять при послідовних пересіваннях дріжджової розведення
стадії високих завитків на свіже стерильне сусло, збільшуючи щоразу об'єм
середовища в п'ять разів: 20 см3 → 100 см3 → 500 см3 → 2500 см3. Процес
бродіння на кожній стадії проводять у холодильнику при температурі 8-10 ºС
протягом 36-48 годин. Остання лабораторна стадія протікає в колбі Карлсберга,
де об'єм збродженого середовища становить 10 дм3 при температурі 7-8 ºС
протягом 5-6 діб[3].
23
Виробнича стадія
Здійснюється у спеціальному відділенні заводу – відділенні чистої
культури, яке обладнане установкою для розведення ЧКД. Використовуються
установки різних систем: Ганзена, Лінднера, Коблітця, Грейнера. Найбільш
поширені установки Грейнера (рис. 1.2.).
Рисунок 1.2. - Установка Грейнера:
1 - стерилізатор; 2 - бродильний циліндр; 3 - посудина для засівних дріжджів; 4 - резервуар
попереднього бродіння
Установка складається з стерилізатора 1, бродильних циліндрів 2, кількість
яких змінюється в залежності від кількості використовуваних рас дріжджів, судин
для засівних дріжджів 3 і резервуара попереднього бродіння 4.
Установка миється та стерилізується 30 хвилин пором. У стерилізатор із
сусловаркового котла або з гідроциклонного апарату подається гаряче охмелене
сусло і кип'ятиться 1 годину з періодичною подачею стисненого стерильного
повітря для перемішування. Далі сусло охолоджують до 8 ºС і передавлюють
бродильний циліндр, куди через спеціальний кран задають ЧКД з колби
Карлсберга. Бродіння ведуть три доби за температури 8 ºС. До кінця бродіння
подають сусло в резервуар попереднього бродіння, стерилізують 1:00 і
охолоджують до 8 ºС. Частину дріжджів з бродильного циліндра відбирають у
24
посудину для засівних дріжджів і використовують у наступних циклах розведення
замість дріжджів лабораторної стадії. Основну масу дріжджів із бродильного
циліндра передають у резервуар попереднього бродіння та ведуть бродіння три
доби при температурі 8 ºС.
З відділення ЧКД вміст резервуара попереднього бродіння перекачують в
бродильне відділення апарат попереднього бродіння місткістю 1000 дал, куди
наливають 300 дал заводського охмеленого сусла температурою 5-7 ºС. Через 12
годин бродіння доливають чан до повного об'єму і через 6 годин вміст
перекачують в апарат головного бродіння та ведуть процес звичайним способом.
Отримані після зброджування дріжджі є дріжджами першої генерації[3].
Розведення ЧКД під час виробництва пива в ЦКБА
При виробництві пива в ЦКБА для вирощування ЧКД застосовують ци-
ліндро-конічні дріжджогенератори - пропагатори. Існує кілька схем установок: а)
розведення ЧКД в одному апараті - стерилізатор-пропагатор; б) застосування
установки, що складається зі стерилізатора та пропагатора однакової місткості; в)
розведення ЧКД в установці, що складається зі стерилізатора та кількох
пропагаторів різної місткості.
На рис. 1.3. представлена установка для розведення ЧКД, яка складається зі
стерилізатора 1 та пропагатора 2 однакової місткості.
Рисунок 1.3. - Установка для розведення ЧКД:
1 - стерилізатор; 2 – пропагатор
25
Стерилізатор 1 заповнюють гарячим охмеленим суслом і кип'ятять його 30
хвилин, періодично подаючи стиснене повітря для перемішування. Пара
надходить у нижню сорочку. Потім подачею переохолодженої води в сорочку на
циліндричній частині охолоджують сусло до 14-16 С і передавлюють його в
пропагатор. Далі сусло інтенсивно аерують. На підготовлене середовище з колби
Карлсберга задають дріжджі лабораторної стадії та вирощують культуру 2,5-3,0
діб, аеруючи середовище 1-2 хвилин через кожні 8-9 хвилин. Режими аерації
можуть бути різними: 1 хв через кожні 5 хвилин; 5 хвилин через кожні 20 хвилин;
15 хвилин через кожну годину; безперервне аерування та ін. Після досягнення
необхідної концентрації дріжджових клітин (120-140 млн./см3) або при зниженні
масової частки екстракту сусла до 6-7% вміст пропагатора в кількості 80-85%
передають ЦКБА. Дріжджі, що залишилися в пропагаторі, служать засівними в
наступних циклах розведення ЧКД[3].
1.3.Отримання і застосування активних рас дріжджів для інтенсифікації
бродження і дображення пива
У пивоварній промисловості в останні роки проводяться великі роботи з
розробки та впровадження в практику нових способів інтенсифікації процесів
приготування пива, і в першу чергу процесів бродіння та дображування[1].
Розглядаючи питання про інтенсифікацію процесів у пивоваренні, не можна
забувати про ті можливості та потенційні резерви, які закладені в самій
дріжджовій клітині. Відомо, що можливості ферментних систем дріжджових
клітин практично необмежені. Вважається, що з нормальної життєдіяльності у
клітині дріжджів відбувається від 500 до 1000 різних реакцій. А оскільки
властивості окремих ферментів суворо специфічні і кожен фермент діє тільки в
певному інтервалі температур і за певних окислювально-відновних умов, то
порушення цих режимів призводить до різних змін в ході обміну речовин[5].
Найбільший інтерес для пивоварної промисловості становлять ті сторони
обміну речовин дріжджової клітини, які впливають на швидкість процесу та
якість готового пива.
26
Швидкість зброджування — один із найважливіших показників дріжджів
для виробництва. Використовуючи дріжджі, які здатні підвищити швидкість
переробки солодового сусла, можна за інших рівних умов збільшити оборотність,
бродильно-табірних ємностей, тобто підвищити ефективність виробництва без
введення в дію нового обладнання та залучення додаткової робочої сили.
Природно, що дріжджі, що активно зброджують, повинні забезпечувати і
отримання пива гарної якості[5].
Не останню роль характеристиці дріжджів грає здатність клітин до
флокуляції. Дріжджі низового бродіння, що працюють при зниженій температурі,
повинні у своїй більшості осідати в кінці головного бродіння. Ознака ця, як
випливає з літератури, є генетично закріпленим, але рецесивним, тобто він
передається у спадок, але може легко зникнути при спонтанному схрещуванні
клітин.
Найбільш цінною є здатність дріжджових клітин надавати пиву гарного
смаку та аромату. Проте в даний час у пивоварінні відсутня можливість точного
визначення всіх хімічних сполук, що характеризують смак готового пива.
Загальноприйнятими є лише органолептична оцінка та визначення стійкості. Але
навіть і при такому обмеженому числі критеріїв можна виділити такі раси
дріжджів, які покращують якість пива[5].
Питання якості готового продукту багато дослідники не вважають за
можливе розглядати у відриві від наявності у ньому побічних продуктів бродіння,
зокрема таких, як диацетил, ацетоїн і серусодержащие сполуки. Відомо, що
кількість подібних продуктів зростає в міру розмноження дріжджових клітин,
проте при доброживанні відбувається зміна у співвідношенні кількостей побічних
продуктів бродіння. У цьому процесі найактивнішу участь беруть дріжджові
клітини, причому існують раси, активні та неактивні в цьому відношенні, що
дуже важливо для виробництва, коли хочуть отримати якісне пиво в короткий
термін.
Дріжджі, що активно зброджують, як правило, здатні зброджувати сусло
досить глибоко. Однак сусло не завжди містить необхідну кількість цукрів, що
27
зброджуються. Від неповного зброджування сусла в першу чергу залежать
органолептичні властивості пива, а також його стабільність (стійкість). Тому
створення рас дріжджів, здатних зброджувати сусло глибше, ніж його
зброджують раси, що використовуються в промисловості в даний час також дуже
важливо для отримання високоякісного пива[5].
Таким чином, при вивченні фізіології пивних дріжджів мікробіологи
повинні в першу чергу звертати увагу на ті властивості дріжджових клітин, від
яких залежать виробничі показники. Поняття «активні раси дріжджів» можна
розшифровувати як «дріжджі, що мають високу швидкість зброджування,
здатність глибоко зброджувати солодове сусло, добре флокулювати, активно
видаляти діацетил і формувати хороші смакові якості пива».
До отримання штаму, що має всі ці якості, і повинні прагнути мікробіологи,
що працюють в галузі пивоваріння. Отримання за допомогою спрямованих
методичних прийомів хоча б однієї з перелічених ознак, посиленого в порівнянні
з вихідним контрольним штамом, вже успіх, що свідчить про можливість
формування властивостей дріжджової клітини в потрібному для промисловості
напрямку.
1.4. Процеси, що відбуваються при головному бродінні пивного сусла
При головному бродінні протікають біологічні, біохімічні та фізико-хімічні
процеси.
Біологічний процес – це процес розмноження дріжджів, який було
3
розглянуто раніше. При класичній нормі засіву дріжджових клітин 20 млн/см
максимальна концентрація дріжджів у зваженому стані спостерігається в
3
середньому на четверту добу і досягає 50-60 млн/см . Наприкінці головного
бродіння при зниженні температури відбувається інтенсивне осідання дріжджів та
освітлення пива. Концентрація дріжджових клітин у завислому стані становить
3
1,5-3,5 млн./см .
Основний біохімічний процес – процес спиртового бродіння[3].
28
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + Q
При бродінні виділяється енергія (Q), яка частково засвоюється дріжджами
як АТФ і розсіюється у середу як тепла. Тому виникає необхідність в охолодженні
сусла, що зброджується. При зброджуванні в суслі різко знижується вміст цукрів,
накопичується спирт та вуглекислий газ.
В результаті зброджування цукрів знижується масова частка сухих речовин
у суслі. За класичною технологією, наприклад, сусло з екстрактивністю 11%
зброджують до вмісту видимого екстракту 4,0-4,5%. На сучасних заводах навіть
за використання класичного устаткування проводять глибше зброджування сусла.
В суслі накопичуються також вторинні та побічні продукти бродіння, такі як вищі
спирти (сивушні олії), ефіри, альдегіди, органічні кислоти, кетони, сірчисті
сполуки, які дуже впливають на смак і аромат пива.
Утворення вищих спиртів протікає кількома шляхами. За Ерліхом, вищі
спирти утворюються з амінокислот в результаті їх дезамінування з утворенням
кетокислоти, яка декарбоксилюється в альдегід, що відновлюється у відповідний
спирт. Відщеплена аміногрупа переноситься на нові вуглецеві ланцюги з
утворенням амінокислоти, яка потрібна дріжджам для синтезу білка. Вищі спирти
утворюються шляхом переамінування амінокислот з піровиноградною кислотою.
В результаті реакції утворюється аланін і кетокислота, яка декарбоксилюється в
альдегід, що відновлюється у відповідний спирт.
З лейцину утворюється 2-пентанол, з ізолейцину – пентанол, з валіну – 2-
бутанол.
Вищі спирти утворюються в основному при головному бродінні (80%). При
доброживанні спостерігається лише незначне збільшення їх концентрації.
Найбільше в пиві утворюється ізоаміловий, ізобутиловий, пропіловий спирт. До
кінця головного бродіння у пиві накопичується приблизно 40-80 мг/дм3 вищих
спиртів. Вищі спирти відносяться до букетоутворюючих компонентів пива, проте
висока концентрація цих побічних продуктів (понад 100 мг/дм3) негативно
відбивається на смаку готового пива. Висока температура бродіння, інтенсивна
29
аерація і перемішування середовища, що бродить, підвищена екстрактивність
сусла і знижений вміст в ньому амінного азоту зумовлюють високу концентрацію
вищих спиртів. Зміст вищих спиртів у пиві залежить також від штаму дріжджів та
норми їх введення[3;13].
Іншими найважливішими побічними продуктами бродіння є ефіри.
Вони утворюються шляхом конденсації альдегідів, а також шляхом
етерифікації за участю ферментів дріжджів із органічних кислот та спиртів.
Ефіри утворюються в основному при головному бродінні. При
доброживанні їх кількість дещо зростає. Наприклад, при вмісті ефірів у молодому
пиві 47 мг/дм3 у готовому пиві після дображивания було виявлено 68 мг/дм3
ефірів. Ефіри формують букет пива, проте надто висока концентрація ефірів надає
пиву неприємного фруктового присмаку. Готове пиво верхового бродіння 1 дм3
містить до 80 мг ефірів, а низового бродіння - до 60 мг. Найбільший вплив на
смак і аромат пива мають такі ефіри: етилацетат, ізоамілацетат, ізобутилацетат, β-
фенілацетат, етилкапроат, етилкаприлат.
Вміст ефірів зростає зі збільшенням концентрації початкового сусла, з
підвищенням ступеня зброджування, при слабкій аерації та високій температурі
бродіння, при перемішуванні середовища.
При бродінні утворюються альдегіди, найважливішим є ацетальдегід. Він
утворюється із піровиноградної кислоти. Активно накопичується в перші три дні
бродіння і надає йому смаку зеленого яблука, «зелений» смак, який при зниженні
концентрації ацетальдегіду поступово зникає. У 1 дм3 молодого пива міститься
20-40 мг оцтового альдегіду, а готовому пиві - 8-10 мг/дм3. Підвищенню
концентрації ацетальдегіду сприяє недостатня аерація сусла, підвищена
температура бродіння та норма внесення дріжджів.
Особливу роль у пивоварстві грає такий побічний продукт бродіння, як
діацетил.
Діацетил (СН3СОСОСН3) – природний продукт життєдіяльності дріжджів.
Утворюється із попередника - α-ацетолактату, який є продуктом валінового
синтезу. Попередник діацетилу утворюється з піровиноградної кислоти (ПВК).
30
Діацетил надає пиву солодкий, медовий смак та запах, а у великих
концентраціях – неприємний, маслянистий. Активно накопичується на перших
стадіях бродіння, коли інтенсивне розмноження дріжджів. У подальшому
діацетил відновлюється дріжджами до ацетоїну і 2,3-бутандіолу, які не активні в
смаковому відношенні, оскільки мають високе порогове значення. Завдяки цьому
процесу смак пива облагороджується. Відновлення діацетилу відбувається у
другій половині головного бродіння та при доброживанні. Вміст діацетилу в
готовому пиві не повинен перевищувати 0,1 мг/дм3. Зниженню концентрації
діацетилу сприяє проведення бродіння та дозрівання при високих температурах,
при низьких значеннях рН, за достатньої кількості активних дріжджових клітин у
зваженому стані, при застосуванні певних штамів дріжджів. [3]
У процесі головного бродіння утворюються органічні кислоти, летючі
(оцтова, мурашина) і нелеткі (молочна, бурштинова, лимонна, пиро-виноградна).
На першому етапі бродіння в середу виділяються також жирні кислоти:
капронова, каприлова, лауринова, які можуть негативно впливати на смак та
піностійкість пива.
При метаболізмі дріжджів у середу виділяються сірчисті сполуки – Н2S,
меркаптани (тіоспирти). Н2S у невеликих концентраціях надає пиву свіжий
«сірчисто-дріжджовий» тон, а у великих кількостях – «цибулевий». Меркаптани
відповідають за виникнення в пиві засвіченого присмаку. Зміст летких сірчистих
сполук знижується з підвищенням температури бродіння.
Крім основного біохімічного процесу - бродіння, на даній стадії
виробництва відбувається і ряд інших процесів.
Значно змінюється окислювально-відновний потенціал - редокс-потенціал
(rH2), який характеризує окислювально-відновну здатність середовища. При
бродінні здатність сусла відновлювати збільшується за рахунок споживання
кисню дріжджами та витіснення його діоксидом вуглецю. Величина rH2 в суслі
більше 20, в молодому пиві близько 10. Чим нижче величина rH2 при головному
бродінні, тим вище якість одержуваного пива.
31
За рахунок утворення вуглекислоти та органічних кислот, переважно
бурштинової та молочної, а також за рахунок споживання дріжджами первинних
фосфатів та іонів амонію знижується рН середовища до 4,2-4,6 і збільшується на
0,4-0,6 од. . титрована кислотність. Кольоровість знижується при головному
бродінні на 0,15-0,20 од. за рахунок виділення в піну та осад барвників, за
рахунок зниження рН та відновлення окислених дубильних речовин.
Змінюється азотистий склад сусла. Дріжджі споживають азотосодержащіе
речовини сусла і виділяють в середу азотисті продукти обміну. Дріжджі
засвоюють близько 50% азоту сусла і виділяють у середу приблизно 1/3 від
споживаного азоту. Загальний вміст азотистих речовин знижується на 30-35%,
оскільки частина азоту виділяється і за коагуляції білка. [3]
При бродінні пиво насичується діоксидом вуглецю. У молодому пиві
міститься 0,2% СО2. Розчинність двоокису вуглецю зростає при зниженні
температури та збільшенні тиску. Діоксид вуглецю, що утворюється в ході
бродіння, спочатку розчиняється в суслі, а потім виділяється у вигляді бульбашок,
на яких адсорбуються поверхнево-активні речовини (білки, пектин, хмелеві
смоли). При злипанні таких бульбашок на поверхні сусла, що зброджується,
утворюється піна.
При бродінні з пива виділяється частина колоїдно-розчинених речовин.
Ізогумулони адсорбуються дріжджами, а також виводяться в піну пухирцями
діоксиду вуглецю. Частина гірких і поліфенольних речовин стають нерозчинними
і випадають в осад при зниженні рН. Деякі колоїди стають нерозчинними у
присутності спирту.
1.5. Активатори спиртового бродіння
Ростові речовини
(Вітаміни)
Поряд з вуглеводами, білками, жирами та мінеральними речовинами для
підтримки життєвих процесів необхідні ростові речовини. Наприклад, тіамін
(вітамін В1) як кофермент карбоксилази бере участь у метаболізмі вуглеводів,
32
рибофлавін (вітамін B2, лактофлавін) бере участь (у вигляді мононуклеотиду
флавіну простетичних груп дегідрогеназ) в окислювально-відновних процесах.
Піридоксин (вітамін B6) як простетична група каталізує трансамінування
амінокислот. Нікотинамід (ніацин) активує ферменти, що транспортують водень, і
тим самим, поряд з тіаміном, дуже важливий для процесу бродіння. Пантотенова
кислота (вітамін B5) є структурним елементом коферменту А та відіграє важливу
роль у метаболізмі вуглеводів, жирів та білків. Крім того, фолієва та р-
амінобензойна кислоти беруть участь у освіті певних амінокислот. Істотним
фактором для розмноження пивоварних дріжджів є біотип (вітамін Н), який як
кофермент бере участь у всіх процесах карбоксилювання, що залежать від АТФ.
Він також відіграє певну роль у синтезі жирних кислот[7].
Нестача біотину може викликати зміну плазматичних мембран самим
порушити масообмін. Мезоїнозит, сам по собі неефективний, здатний посилювати
дію біотину. Слід враховувати, що мезоінозит, як і холін (компоненти
кофосфатази), нині до вітамінів не зараховують.
1.6.Сучасні способи активації процесів розмноження та ферментації
дріжджів[5]
У зв‘язку із важливістю лабораторної та виробничої стадій розмноження
дріжджів увага вчених спрямована на вивчення факторів, що підвищують
біохімічну активність клітин на цих етапах, що сприяє зростанню їх
продуктивності та бродильної активності. Метаболізм на клітинному та
субклітинному рівнях здійснюється регулюванням синтезу та каталітичної
активності ферментів. Відомо, що кількість різних ферментів та їх активність у
дріжджових клітинах залежать від умов культивування мікроорганізмів і
передусім від складу поживного середовища. Є дані, що змінити інтенсивність
синтезу ферментів та їх активність можна за допомогою збагачення середовища
для вирощування дріжджів поживними добавками.
Відомі, наприклад, способи активації дріжджів внесенням у сусло водних
витяжок чи екстрактів солодових паростків або внесенням у сусло препарату,
33
отриманого озоленням осаду пива. Але недоліком цих способів є те, що вони не
дають можливості суттєво інтенсифікувати накопичення біомаси чистої культури
та не вирішують питання поліпшення фізіологічного стану і підвищення здатності
до розмноження виробничих дріжджів, ослаблених у ході технологічного
процесу. Сучасним запатентованим способом, який частково вирішує ці питання,
є спосіб, за яким у сусло одночасно із чистою культурою дріжджів вносять
0,1…0,5 % препарату, отриманого руйнуванням клітинних стінок дріжджів та
цитоплазматичних мембран плазмоптизом з наступним відділенням клітинного
соку та завислих частинок і додаванням до соку 96%-го етанолу стабілізатора у
співвідношенні 1:1. Як стверджують автори способу, він дає можливість
скоротити процес накопичення біомаси чистої культури дріжджів, підвищити
приріст біомаси у 2-3 рази, прискорити розброджування сусла у перші доби
бродіння, скоротити процес головного бродіння на дві доби, підвищити
флокуляційну здатність дріжджів, підвищити їх стійкість до автолізу, фізіологічну
здатність дріжджів і зберігати високі фізіологічні властивості дріжджів протягом
наступних трьох-чотирьох генерацій.
Досліджено та доведено також ефективність способу культивування
дріжджів на поживному середовищі, в яке внесено добавку, основною якої є
гідролізат (автолізат) пивних дріжджів, що містить 3,5 % амінного азоту, 7…8 %
вуглеводів, 2…3 % нуклеїнових компонентів (нуклеотиди, нуклеозиди, нуклеїнові
основи), а також ергостерин, вітаміни групи В[7], у тому числі ті, що мають
стимулювальну дію на дріжджі, зокрема біотин, параамінобензойну кислоту та ін.
Для підвищення біологічної цінності гідролізату пропонується збагачувати його
розчинами солей магнію, марганцю, кальцію, цинку та діаммонійфосфату. При
цьому особливо важливим компонентом гідролізату є саме комплексні сполуки
згаданих металів з азотвуглецевовмісними лігандами. Комплексні сполуки
формуються в результаті взаємодії іонів металів із субстанціями різного ступеня
гідролізу, які виділяються з протопластів дріжджів. Комплексні сполуки
збільшують надходження у клітину іонів металів, джерел азоту, вуглецю та
фосфору порівняно з їх транспортом у клітину поодинці.
34
Відомо, що в дріжджах є не менш як 50 індукованих ферментів, синтез яких
багаторазово збільшується залежно від субстрату, який вноситься у поживне
середовище. Збагачення сусла, наприклад, згаданим гідролізатом індукує синтез
внутрішньоклітинних ферментів, сприяє виробленню клітиною необхідних
механізмів, що забезпечують процес дисиміляції субстрату. А це в свою чергу
впливає на фізіологічний стан дріжджів: підвищується їх продуктивність на
33…34 %, поліпшується біотехнологічні властивості — стійкість, бродильна
активність, електрофізичні параметри, що визначають їх флокуляційну здатність.
Так, середня швидкість росту дріжджів становить 0,225 г/год, тимчасом як у
контролі вона становить 0,163 г/год; мальтазна та зимазна активності становлять
відповідно 48 і 59 хв (у контролі — 72 та 90 хв); ступінь зброджування сусла
становить 78,9 % проти 76 % у контролі, підвищується вміст етанолу (3,7 % проти
3,5 %), зростає кількість виділеного СО2 (0,42 % проти 0,37 %), поліпшується
прозорість пива, зростає висота піни (6,0 см проти 4,5 см) та піностійкість (5,0 хв
проти 4,0 хв).
Поживні середовища, збагачені біологічно активними добавками,
безумовно, є тим позивним фактором, який дає можливість поліпшити
фізіологічний стан культур дріжджів і підвищити їх бродильну активність.
Певний інтерес для активізації фізіологічних процесів у дріжджів викликає
використання кріогенно подрібненого препарату синьо-зеленої водорості
спируліни платенсіс, який вноситься на стадії головного бродіння у сусло в
кількості 10 мг %. До хімічного складу спіруліни входять усі незамінні
амінокислоти, пігменти — хлорофіл і фікоціанін, вітаміни групи В, багато макро-
та мікроелементів. Всі ці компоненти дають можливість стабілізувати
технологічні властивості дріжджів в умовах виробництва і підвищити їх
бродильну активність.
Про великий енергетичний потенціал водорості спіруліни свідчить здатність
її клітин накопичувати високомолекулярні жирні кислоти.
Серед мінеральних речовин, що містяться в органічній формі, велику роль
відіграють залізо і йод.
35
Висушена спіруліна містить багато ферментів, особливо гідролітичних.
Вона також абсолютно нетоксична. Мембранна оболонка спіруліни складається з
поліцукру — муреїну і легко розкладається.
Застосування препарату спируліни платенсіс дає можливість підвищити
видимий ступінь зброджування сусла на 8…10 % та скоротити процес головного
бродіння на 15…17%.
У науковій літературі є чисельні відомості про поліпшення фізіологічного
стану дріжджів впливом на посівний матеріал різних фізичних факторів:
температури, тиску, обробки у магнітному полі, НВЧ-хвилями, лазером,
ультрафіолетовими променями, ультразвуком тощо.
Виявлено також позитивний вплив на життєздатність і бродильну
активність пивоварних дріжджів електронно-іонного оброблення (ЕІО). Це
оброблення здійснюють у потоці на момент внесення дріжджів у бродильний
апарат. Товщина шару оброблювальних дріжджів повинна бути 5 мм, напруга
2
електричного поля коронного розряду — від 1 до 4 кВ/см , а тривалість експозиції
— 25 с. Таке оброблення дає змогу скоротити кількість нежиттєздатних клітин на
26…40 % і пришвидшити процес зброджування сусла в середньому на дві доби
(38 %).
Активація дріжджів — актуальне завдання для сучасного пивоваріння.
Особливого значення його вирішення набуває у зв‘язку із впровадженням на
багатьох пивоварних підприємствах технології зброджування сусла з високою
концентрацією (до 20 % СР) — високощільне пивоваріння.
Технологія високощільного пивоваріння має безумовні переваги:
обладнання використовується ефективніше, тобто одна варка дає більше пива. Це
означає передусім економію енергетичних витрат на виробництво одиниці
продукції, величина якої залежить від коефіцієнта розведення. Для реалізації
зазначених переваг потрібно дотримуватись на виробництві ряду умов.
По-перше, відділення подрібнення повинно мати підвищену потужність, для
того щоб переробити більшу кількість зернопродуктів під час тієї самої кількості
36
варок. Крім того, треба приділяти максимальну увагу якості помелу, для того щоб
отримати прозоре сусло.
По-друге, варильне відділення повинно бути здатним виробляти сусло з
підвищеним умістом сухих речовин за постійного ритму варок і з максимально
можливим виходом продукту.
У фільтраційному апараті підвищується опір шару дробини, причому об‘єм
промивних вод, використовуваних для вилуджування дробини, збільшується.
По-третє, кип‘ятіння сусла з хмелем повинно бути по можливості
інтенсивним для забезпечення ефективної коагуляції білків і кращого утворення
пластівців. Наприкінці кип‘ятіння сусла з хмелем з метою підвищення вмісту
екстрактивних речовин додають крохмальну мальтозну патоку. При цьому у суслі
збільшується вміст цукрів, а кількість амінного азоту зменшується. Також
знижується ефективність використання гірких речовин хмелю, оскільки їх доза
під час внесення збільшується пропорційно концентрації сусла або коефіцієнту
розведення. Внесення великих кількостей гірких речовин, особливо у формі
гранул, призводить до появи великої кількості осаду, що у свою чергу означає
великі втрати гірких речовин за рахунок утримання великої кількості сусла
осадом. По-четверте, зброджування сусла та дозрівання пива не повинно тривати
більше, ніж за традиційною технологію, оскільки інакше не буде отриманий
бажаний економічний ефект. А цього можна досягти лише за наявності
оптимального складу сусла у разі дотриманні оптимальних умов аерації та
наявності високоактивних життєздатних дріжджів.
За технологією високощільного пивоваріння сусло зброджується, як
правило, у ЦКБА, з чим пов‘язані надлишковий гідростатичний тиск на клітину та
висока концентрація діоксиду вуглецю, етанолу та інших метаболітів у кінці
головного бродіння, що може знизити кінцевий ступінь зброджування
сусла[7;8;9].
Як зазначалося, однією з характеристик високощільного сусла є дефіцит у
ньому амінного азоту, що є результатом використання у його виготовлені
цукрових сиропів.
37
Завдання технолога — нівелювати негативний вплив зазначених факторів.
Так, дефіцит амінного азоту можна компенсувати або додатковим розщепленням
нерозчинних високомолекулярних сполук солоду та несолоджених матеріалів
протеолітичними ферментами, або додаванням у сусло легкозасвоюваних
дріжджами поживних речовин. Як правило, живлення для дріжджів вносять у
сусловарильний котел за 15 хв до закінчення варіння з хмелем, що забезпечує
стерилізацію та зводить до мінімуму хімічні зміни у суслі. Як додаткове азотне
живлення можуть бути використані, наприклад, карбонат амонію, карбамід,
гліцин, аспарагінова кислота тощо.
Оптимізувати склад сусла та підвищити активність дріжджів можна також,
наприклад, внесенням у сусло дріжджового екстракту у кількості 1 % об‘єму
зброджуваного середовища.
Промислові дріжджі в умовах високощільного пивоваріння піддаються
впливу високих концентрацій спирту. В екстракті початкового сусла 20 % об‘ємна
частка етанолу становить не менш як 9,4 %. Спирт, що утворюється, пригнічує як
швидкість розмноження дріжджів, так і процес бродіння. Неінгібуючою для
дріжджів є концентрація етанолу не більш як 1,2 % об. Вище цього значення
питома швидкість росту дріжджів знижується пропорційно до збільшення
концентрації етанолу. Концентрація спирту в середовищі 2 % об. і більше
призводить до зменшення виходу біомаси, а повністю ріст дріжджів припиняється
за концентрації етанолу 8…9,5 % об.
Пригнічення етанолом здатності дріжджів до розмноження і ферментації
дуже різняться. Так, ферментація припиняється за значно вищих концентрацій
спирту — 19,5 % об. Вважається, що діоксид вуглецю, який виділяється під час
бродіння за концентрацій спирту 9,5 % об. і вище, утворюється лише для
підтримання метаболізму дріжджів. Коли відбувається пригнічення процесу
ферментації дріжджів під дією етанолу, важливим є не лише концентрація
останнього, а й тривалість впливу спирту на клітини.
З іншого боку, завдання пивоварів під час застосування технології
високощільного пивоваріння полягає у необхідності змусити дріжджі працювати
38
за високих концентрацій цукру. Зі збільшенням його концентрації у середовищі
пригнічується процес розмноження дріжджів, причому інгібуючою
концентрацією цукру є 15 % мас і більше[8].
Для вирішення проблеми «етанольного» та «осмотичного» стресів
використовують такі технологічні прийоми: збільшують норму введення дріжджів
з метою скорочення лаг-фази та для запобігання процесу припинення бродіння;
домагаються збільшення концентрації засвоюваного азоту та розчинного кисню;
добирають раси дріжджів найстійкіші до цих видів стресу.
Інтенсифікувати процес отримання пива скороченням стадії доброджування
можна використанням іммобілізованих пивних дріжджів. Це відбувається за
рахунок збільшеної концентрації дріжджових клітин у молодому пиві. При цьому
дріжджі зброджують субстрат триваліший час без суттєвого приросту біомаси, що
скорочує витрати сировини на їх вирощування.
Останніми роками у ряді країн Європи зріс інтерес до підвищення
ефективності пивоваріння на стадії доброджування пива застосуванням
іммобілізованих дріжджів. Так, фінські вчені довели до виробничого застосування
технологію іммобілізованих дріжджів, що уможливлює скоротити процес
дозрівання пива з 21 доби до 2 годин[7].
Іммобілізованими вважають такі клітини дріжджів, для яких штучно
обмежена рухливість за рахунок їх адсорбції на будь-якому твердому матеріалі-
носії. Як носії можуть бути використані: модифікована целюлоза, полістерен,
двоокис титану, силікагель, кізельгур великої фракції, керамзит, кераміка,
пінопласт, пластмаса, активоване вугілля тощо.
Адсорбція дріжджів на носіях здійснюється за рахунок ряду факторів,
зокрема завдяки електростатичним силам і наявності в оболонках клітин різних
функціональних груп, що забезпечують гідрофільні та гідрофобні властивості
поверхні клітини.
У разі застосування іммобілізованих систем дріжджів зберігається та
підтримується певна рівновага між зростаючими клітинами, клітинами, що
завершили свій ріст на носії, та клітинами, які покинули носій. Останні
39
вимиваються з реактора разом із середовищем, яке відводиться з нього. У зв‘язку
з цим не треба видаляти біомасу після кожного виробничого циклу. Знижуються
витрати води та мийних засобів. Під час іммобілізації також спостерігається зміна
проникненості стінок клітин, рівномірніший розподіл поживних речовин по
всьому об‘єму реактора, що позитивно впливає на життєдіяльність
мікроорганізмів[9].
Використання іммобілізованих клітин дріжджів дає можливість легко
керувати біокаталізом і конструювати біореактори, зручні для ведення процесу
доброджування пива безперервним способом.
40
РОЗДІЛ 2. ОБ΄ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1 Об΄єкти дослідження
НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ
Рисунок 2.1. – Підкормка для дріжджів
НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ це новий біологічний активуючий засіб,
розроблений з використанням нових технологій. Призначено для активації та
запобігання зупинкам бродіння, викликаних біохімічними причинами.
НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ містить солі амонію та тіамін, які життєво
необхідні для живлення дріжджів.Нутріферм збагачує сусло всіма поживними
речовинами, які необхідні для метаболізму дріжджів, що дозволяє обраному
штаму проявити свої фізіологічні особливості. Завдяки присутності вільного
асимільованого азоту, вітамінів і солей амонію, дріжджі продукують приємий
аромат, при цьому виключається наявність сторонніх ароматів. Також активатор
сприяє освітленню пива після відстоювання або фільтрації.
Тому внесення НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ, має подвійний ефект:
1 - підтримка дріжджів,
2 - джерело жирних кислот з довгим ланцюгом (C18, C20), які є
необхідними для регулювання прохідності мембран клітин дріжджів.
НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ також рекомендується для відновлення
зупиненого бродіння, оскільки стінки клітин мають тенденцію поглинати жирні
41
кислоти з середнім ланцюгом (C8, C10) та їх ефіри, які викликають уповільнення
або зупинку бродіння. У таких випадках, сусло має бути відфільтровано перед
додаванням НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ, та внесення культурних дріжджів.
Пивні дріжджі
Рисунок 2.2. – Дріжджі раси 11
У пивній промисловості використовують дріжджі Saccharomyces cerevisiae і
Saccharomyces сarlsbergensis. Дріжджі S. сarlsbergensis – це низинні дріжджі, які
вкінці бродіння швидко осідають щільним шаром на дні апарата. Вони повністю
зброджують рафінозу, на відміну від S. cerevisiae, які її зброджують лише на 1/3.
Інші моно- і дисахариди обидві раси зброджують приблизно в однаковій мірі з
однаковою швидкістю. Така особливість S. carlsbergensis пояснюється наявністю
у їх ферментному комплексі мелібіази (галактозидази) [10].
Розрізняють сильно- і слабозброджуючі дріжджі. Більшість рас дріжджів S.
сarlsbergensis відносяться до сильнозброджуючих дріжджів, які здатні
зброджувати мальтодекстрин (ізомальтозу), чого не можуть інші дріжджі.
Більшість дріжджів верхового і низового бродіння належать до типу Фроберг,
слабозброджуючі — до типу Заац. Ступінь зброджування сусла дріжджами
Фроберг значно вищий, ніж дріжджами Заац.
42
Пивні дріжджі S. сarlsbergensis завжди повинні бути мікробіологічно
чистими, пластівцеподібними, швидко зброджувати сусло й осідати на дно,
утворюючи чисте освітлене прозоре пиво з повним смаком і ароматом. У
пивоварінні широко застосовують різні раси S. сarlsbergensis: дріжджі раси 11 —
сильнозброджуючі з високою здатністю до освітлення. Пиво, одержане з їх
використанням, приємного смаку[10].
Пивне сусло
Рисунок 2.3. – Пивне сусло
Сусло готують наступним чином.
Зернопродукти подрібнюють задля прискорення фізико-біохімічних
процесів розчинення зернопродуктів під час затирання з метою максимального
переходу екстрактивних речовин до сусла. Ступінь подрібнення зерна відіграє
велику роль при затиранні. При затиранні солоду і інших зернопродуктів
відбувається багато різних процесів: фізичних, біохімічних і хімічних. На перших
стадіях затирання у розчин переходять речовини, які не потребують участі
ферментів: низькомолекулярні вуглеводи, амінокислоти, пентозани, мінеральні
солі, ферменти, гіркі ре-човини оболонок зерна (фізичні процеси).
Найважливішу частину процесів затирання складають біохімічні процеси. В
основному, це гідроліз складових частин ендосперму зернопродуктів під дією
гідролітичних ферментів. [10].
43
Цитолітичні ферменти інтенсифікують процес гідролізу геміцелюлоз,
внаслідок чого звільняються крохмальні зерна і підвищується активність аміло-
літичних ферментів і гідроліз крохмалю. [10].
Цитолітичні ферменти гідролізують некрохмальні поліцукри (геміцелюло-
зи, гумі- та пектинові речовини) до пентозанів, β-глюкану, арабінози, ксилози і
о
глюкози. Оптимальними умовами для дії цих ферментів є температура 40-45 С і
pН 5,6. [10].
Протеолітичні ферменти (протеази і пептидази) гідролізують білки. До 15
% білкових речовин гідролізуються в процесі солодорощення. Із загальної
кількості білків, що є в солоді, під дією пептидаз при затиранні до сусла пере-
ходить приблизно 35 %. Інша частина білків, навпаки, при кип‘ятінні коагулює.
Процес коагуляції відбувається в дві стадії: спочатку білки денатурують, коли їх
молекули переходять із ліофільного стану у ліофобний (дегідратований стан),
вони знаходяться у вигляді дуже дрібної суспензії, а потім настає збільшення
дегідратованих міцел – коагуляція. Частина білкових речовин, яка не гідролізу-
ється ні при солодорощенні, ні при затиранні, залишається у дробині. [10].
о
Температура 50 С в процесі гідролізу найсприятливіша для накопичення
о
низькомолекулярних фракцій білків, температура 60 С сприяє максимальному
накопиченню високомолекулярних фракцій, важливих для утворення піни і по-
вноти смаку готового пива. Надмірна кількість цих фракцій може викликати
білкове помутніння. Оптимальне pН для дії протеолітичних ферментів 5,5.
Амілолітичні ферменти гідролізують крохмаль, який вже зазнав дії фер-
ментів при пророщуванні майже на 20 %. Зміни крохмалю під час затирання
протікають в три стадії: клейстеризація, розрідження і оцукрення. Щоб приско-
рити процес гідролізу його необхідно спочатку оклейстеризувати – нагріти з
водою. Зерна крохмалю набухають, поглинаючи воду, потім лопаються і утво-
рюють в‘язкий гомогенний розчин. Температура, за якої крохмальний клейстер
набуває найбільшої в‘язкості, називається температурою клейстеризації. Вона
о о
відмінна для крохмалю різних культур: ячмінного – 60-80 С, рисового – 80-85 С,
о
кукурудзяного – 65-75 С. В присутності амілаз температура клейстеризації
44
о
зменшується приблизно на 20 С. Клейстеризована маса крохмалю являє собою
мережу, що утворилася з розгалужених ланцюгів молекул амілопектину, вічка
якої заповнені розчином амілози.
о
Під дією α-амілази при температурі 65-70 С і при pH 6,0 відбувається
розрідження крохмального клейстеру. Інактивується цей фермент при
о
температурі 80 С. [10].
Під дією α- і β-амілаз відбувається одночасно з процесом розрідження і
процес оцукрення крохмалю. Під терміном „оцукрення‖ розуміють не процес
перетворення крохмалю у глюкозу, а припинення зміни забарвлення розчину йоду
при його змі-шуванні з декількома краплями затору. Оптимальними умовами для
о о
дії β-амілази є температура 60 С і pН 5,6, при 70 С вона інактивується.
Способи затирання поділяють на дві групи: настійний і відварювальний
(одно- двох- трьохвідварювальний).
Двохвідварний спосіб найбільш поширений. Він дає змогу переробляти
солод різної якості. Залежно від цього температурний режим затирання може змі-
нюватися. У заторний апарат набирають воду 1/2-1/3 від необхідної для приго-
тування затору, вмикають мішалку, засипають подрібнений солод і додають
решту води. Температура затору досягає 50-52° С. При ній його витримують 15-
30 хв. [10].
Далі у відварний апарат спускають приблизно 1/2-1/3 густої заторної маси,
підігрівають її при перемішуванні до температури 63° С, вимикають мішалку і
нагрівання. Тривалість мальтозної паузи 15-30 хв. Потім відвар підігрівають до
о
температури 70 С при перемішуванні, перекривають подачу пари, зупиняють
мішалку й при цій температурі витримують 20-30 хв. для оцукрювання. Масу
відвару швидко нагрівають до кипіння і кип'ятять 15-30 хв. Цю частину затору
називають першим відваром. При працюючих мішалках у заторному й відварному
апаратах перший відвар повільно перекачують в основний затір. Після
змішування основного затору з першим відваром температуру маси встанов-
люють у межах 62-63° С і при ній витримують протягом 10-15 хв. Потім 1/3 гу-
45
стої заторної маси перекачують у відварний апарат, нагрівають до кипіння і ки-
п'ятять від 5 до 20 хв. залежно від якості солоду та сорту пива. [10].
Тривалість кип'ятіння відвару подовжують при переробці погано розчин-
ного солоду та приготуванні темного пива. Після кип'ятіння цю частину затору,
тобто другий відвар, повільно, при неповному заповненні труби, що з'єднує два
заторних апарати, повертають до основної маси. Далі температуру всього зато-ру
підвищують до 70° С і залишають у спокої на 30 хв. У разі неповного оцук-
рювання роблять паузу при 72° С і витримують скільки потрібно, після чого затір
нагрівають до температури 76-77° С і перекачують на фільтрування. [10].
Фільтрування затору – відокремлення сусла від дробини з найменшими
втратами екстрактивних речовин. Оскільки після відокремлення сусла, дробина
ще утримує значну кількість екстрактивних речовин, їх доводиться вимивати
водою, тому процес розділення затору поділяють на дві частини:
1) фільтрування першого сусла;
2) промивання дробини водою (вимивання екстракту, який утримує
дробина). [10].
Метою кип’ятіння сусла з хмелем є стабілізація його хімічного складу
шляхом інактивації ферментів, стерилізація, доведення концентрації сухих ре-
човин до потрібної величини шляхом випаровування надлишкової води, коагу-
ляція білкових речовин, збагачення сусла хмельовими речовинами.
Відфільтроване пивне сусло це високодисперсна колоїдна система, яка
складається з декстринів, пентозанів, білків, поліфенолів, гірких речовин. Тому
сусло під час закипання стає мутним внаслідок порушення агрегатної стійкості
колоїдної системи у бік збільшення частинок за рахунок їх злипання. Такий
процес називається коагуляцією. Він стосується, головним чином, білкових ре-
човин, і відбувається у дві стадії: спочатку відбувається денатурація білкових
речовин, а потім їх коагуляція. Для утворення і видалення в осад бруху сусло
потрібно кип‘ятити (варити) 1,5-2 год [10].
Освітлення пивного сусла. Для освітлення сусла на пивоварних заводах
найчастіше використовують гідроциклонні апарати. Вони найпростіші за конс-
46
трукцією, а працюють досить надійно. Гідроциклонний апарат являє собою ци-
ліндричний резервуар з невеликим конусом посередині або з похилим днищем.
Гаряче сусло подається в апарат тангенційно і з відносно великою швидкістю
насосом, внаслідок чого воно набуває обертового руху, а тверді частинки –
доцентрової сили. Крім того, утворюється глибока воронка, яка тисне на стовбур
бруху, що утворюється у центрі рідини, а осад швидко концентрується на дні у
центрі апарату.
2.2. Методи дослідження
Мікробіологічні аналізи
Вікові особливості дріжджів-сахароміцетів
Морфологічні ознаки дріжджової клітини та її внутрішній вміст
змінюються з віком.
Молоді дріжджі (12-16 год культивування) інтенсивно розмножуються
(70-80 % клітин, що брунькуються). У них тонка оболонка, гомогенна
(однорідна) цитоплазма, вакуолі відсутні або лише намічаються. Запасні
речовини відсутні [2;17].
У зрілих дріжджів (24-48 год культивування) в цитоплазмі з'являється
зернистість, вакуолі збільшуються, процес розмноження уповільнюється (не
більш як 5-10 % клітин, що брунькуються), з'являються мертві клітини. Зрілі
дріжджі під час перероблення крохмалистої сировини мають містити не
більш як 1 % мертвих клітин, меляси – не більше 5 %. У засівних дріжджах
пивоварного виробництва допускається до 5 % мертвих клітин. Ознака зрі-
лості дріжджів – наявність глікогену і метахроматину, які відкладаються в
клітині як резервний матеріал і витрачаються у міру її старіння. Дріжджі з
високою бродильною активністю містять не менш як 60-70 % клітин з
глікогеном.
Старі дріжджі (72 год і більше) мають потовщену оболонку, яку добре
видно під час мікроскопування. Цитоплазма гетерогенна (зерниста), вакуолі
великі, іноді в клітині їх декілька. Глікоген і метахроматин відсутні.
47
Культура містить значну кількість клітин із жировими включеннями, клітини
не розмножуються. Характерна ознака – наявність великої кількості мертвих
клітин[2;17].
При відмиранні дріжджів цитоплазма скупчується в грудочку, в центрі
клітина поступово деформується, оболонка розпадається, і клітина гине.
Рисунок 2.4. – Дріжджі різного віку:
а- молоді; б-зрілі; в-старі.
Виявлення в дріжджових клітинах глікогену, мертвих клітин.
Глікоген виявляють за допомогою методу прижиттєвого фарбування
дріжджових клітин розчином йоду, від чого він забарвлюється в червоно-
бурий колір. У разі відсутності глікогену дріжджові клітини забарвлюються в
солом'яно-жовтий колір[2;17].
Мертві клітини виявляють фарбуванням метиленовим синім. До краплі
дріжджової суспензії на предметному склі додають краплю розчину
метиленового синього, через 1-2 хв мікроскопують при збільшенні в 400-600
разів. Метиленовий синій дифундує через оболонку мертвої клітини
всередину і забарвлює цитоплазму в синьо-блакитний колір. Живі клітини
при цьому залишаються безбарвними. Підраховують загальну кількість синіх
(мертвих) клітин не менш як у п'яти полях зору, визначають середній
відсоток мертвих клітин.
48
Методи кількісного обліку клітин мікроорганізмів.
Підрахунок клітин у лічильних камерах. [17]
У камерах Горяєва, Тома-Цейса, Бюркера та інших можна підрахувати
великі мікробні клітини дріжджів, спори грибів, великі бактерії, одноклітинні
водорості. Лічильна камера це товсте предметне скло, поділене чотирма
прорізами на три поперечно розташовані площадки. Центральна площадка
маленьким поздовжнім прорізом поділяється на дві рівні частини.
На кожній половинці вигравійована сітка. Бічні площадки розташовані
на 0,1 мм вище, ніж центральна (глибина камери), і слугують для протирання
покривного скла. Сітка камери Горяєва поділена на 225 великих квадратів (15
2
рядків по 15 квадратів у рядку). Площа великого квадрата дорівнює 1/25 мм
і поділена на 16 малих квадратів. Сторона малого квадрата – 1/20 мм, площа
2 3
– 1/400 мм , об'єм при глибині 1/10 мм – 1/4000 мм .
Частина великих квадратів розграфлена вертикально, горизонтально
або не розграфлена.
Дріжджові клітини у рідких субстратах підраховують після
3
попереднього розбавлення водою. У мірну колбу ємністю 100 см вносять 2,4
3
або 10 см дріжджової суспензії залежно від передбаченої концентрації
3
клітин. Для забарвлення мертвих дріжджових клітин додають 20 – 30 см
3
метиленового синього (1 :5000) або 1 – 5 см концентрації 1 :40.
Камеру та спеціальне шліфоване покривне скло добре промити і
висушити. На поверхню сітки нанести по невеликій краплині підготовленого
розбавлення і накрити покривним склом. Рідина під покривним склом має
розтікатися рівномірно по всій сітці, без пухирців.
Для того щоб об'єм рідини точно відповідав розрахунковому об'єму
камери, покривне скло притерти до бічних площадок камери, допоки не
з'являться так звані кільця Ньютона. Можн, спочатку притерти покривне
скло, потім за допомогою піпетки заповнити камеру суспензією
мікроорганізмів. Клітини підрахувати через З-5 хв після заповнення камери,
49
щоб клітини осіли і були видними в одній площині. Рухливі форми
мікроорганізмів перед нанесенням на сітку слід знищити нагрівання або
3
додати 0,5 см 40 %-го розчину формаліну.
Камеру поставити на предметний столик мікроскопа і розглядати
Х Х
спочатку з об'єктивом 8 , потім 40 . Клітини підрахувати в п'яти (можна в
десяти) великих квадратах по діагоналі,) або по кутках сітки і в центрі.
Врахувати всі клітини, які містяться всередині великого квадрата і на
суміжних лініях, якщо вони більш як наполовину лежать у середині квадрата.
Клітини, які перетинаються суміжною лінією навпіл, слід рахувати на двох з
чотирьох сторін квадрата; клітини, розміщені за межами квадрата, не
3
враховувати. Кількість клітин у 1 см
Х = (а ·4000· в/с) /1000,
де а – сума клітин, підрахована в п'яти (або в десяти) великих квадратах
сітки; в – розбавлення вихідного субстрату; с – кількість малих квадратів, у
яких проводився підрахунок.
Фізико-хімічні аналізи
Визначення кольору сусла
Для дослідів було взято сусло вироблене в промислових умовах на міні
пивоварні. Визначення масової частки сухих речовин в суслі проводили після
його кип‘ятіння з хмелем. [18]
Колір сусла становить: 0,38 см³ 0,1 моль/дм³ І2 на 100 см³ сусла.
Визначення титрованої кислотності сусла
Кислотність охмеленого сусла розраховують за кількістю витраченого
розчину гідроксиду натрію концентрацією 1 моль/дм³ на 100 см³ сусла за
формулою [18]:
50
Х= V · Kп
де: V - об‘єм розчину гідроксиду натрію концентрацією 1 моль/дм³,
витрачений на титрування;
Kп коефіцієнт поправки робочого розчину гідроксиду натрію; Титрована
кислотність сусла становить:
Х = 0,19 см³ 1 моль/дм³ NaOH на 100 см³ сусла
Визначення pH сусла[18]
pH охмеленого сусла визначали за допомогою pH-метр-мінівольтметра.
Визначення масової частки СР у пивному суслі рефрактометричним
методом[18]
Для аналізу використовують попередньо профільтроване і охолоджене до
о
температури 20 С сусло. Метод заснований на визначенні показника заломлення і
концентрації розчину за допомогою рефрактометра.
Техніка аналізу. Перед початком роботи перевіряють нульову точку
приладу. Для цього 2-3 краплі дистильованої води наносять на вимірювальну
призму. Поворотом рукоятки зміщують границю світла і тіні з трьома штрихами.
Ця границя повинна проходити через нульову поділку правої шкали, яка
градуйована в процентах цукрози, і поділку 1,333 лівої шкали – значень
показників заломлення.
Перевіривши нульову точку, визначають вміст СР у суслі. Для цього 2-3
краплі розчину наносять на суху вимірювальну призму. Далі спостерігаючи в
окуляр зорової труби, зміщують рукоятку рефрактометра до сполучення границі
світла і тіні з візирною лінією сітки. Досягнувши такого положення знімають
покази за концентрацією розчину і значенням коефіцієнта за-ломлення.
Визначення вмісту амінного азоту у пивному суслі йодометричним методом
по Попу і Стівенсу (мідним способом)
51
Азот входить в склад білків, нуклеопротеїдів, фосфопротеїдів, міститься у
всіх рослинах у вигляді азотистих речовин. По здатності випадати в осад під дією
різних осадників азотисті речовини ділять на дві основні групи: білкові і небілкові
азотисті речовини або білковий та небілковий азот. Білковим азотом багаті
зернові культури, в яких білки займають друге місце після крохмалю. Із
загального вмісту азотистих речовин в зерні (9-17 % в перерахунку на суху
речовину) частка білків становить 85-95 %. В бульбах картоплі міститься 2-3 %
азотистих речовин, з них до 50 % білків. В продуктах переробки рослинної
сировини азотисті речовини представлені в основному небілковим азотом,
продуктами розпаду білків (пептидами, амінокислотами), а також солями аміаку,
азотистими основами, амідами кислот. Так, в мелясі вміст небілкового азоту
складає біля 90 % від всіх азотистих речовин.
В процесі виробництва харчових продуктів частина білків зернової
сировини під дією ферментів гідролізується до пептонів, пептидів і амінокислот,
які впливають на готовий продукт. Амінокислоти є основним джерелом
азотистого живлення мікроорганізмів. Вони приймають участь в утворенні
ароматичних і барвних речовин, вищих спиртів, тощо. Пептони і пептиди надають
пиву і квасу пінистість і повноту смаку.
Під загальним азотом розуміють суму білкового та небілкового азоту.
Знаючи вміст загального азоту і помноживши отримане значення на білковий
коефіцієнт 6,25, розраховують вміст білку в пробі. Визначений таким чином білок
називають «сирим» протеїном тому, що він враховує вміст всіх з‘єднань, в яких є
азот. Основним методом визначення азоту в органічних з‘єднаннях є метод
К‘єльдаля.
Амінним називається азот, який входить до вільних аміногруп (-NH2)
амінокислот та інших продуктів гідролізу білків. Його визначають при вивченні
активності протеолітичних ферментів, складу форм азотистих з‘єднань в
сировині, напівпродуктах і товарній продукції, а також в інших випадках,
наприклад, при вивченні реакції утворення меланоїдинів, тощо.
52
В основі методу лежить здатність амінокислот утворювати розчинні
з‘єднання з міддю, кількість якої визначають йодометричним титруванням. Суть
методу полягає в тому, що до слабо лужного розчину амінокислот додають
надлишок суспензії ортофосфату міді Cu3(PO4)2 у боратному буферному розчині.
При цьому утворюються розчинні мідні з‘єднання. Для їхнього відділення від
нерозчинного ортофосфату міді суміш фільтрують. Потім до фільтрату
прибавляють оцтову кислоту, яка відщеплює мідь від комплексного з‘єднання і
перетворюється в ацетат міді.
Для визначення кількості міді, яка брала участь в реакції, до розчину
добавляють йодид калію:
2Cu(CH3COO)2 + 4KJ = J2 + 2CuJ + 4CH3COOK
В результаті реакції виділяється йод в кількості, еквівалентному кількості
міді, а відповідно, і азоту амінокислот, який відтитровують розчином тіосульфату
натрію:
J2 + 2Na2S2O3=2NaJ + Na2S4O6
3
1 см 0,01 н розчину тіосульфату натрію відповідає 0,28 мг амінного азоту,
оскільки один атом міді реагує з двома молекулами амінокислот, утворюючи
з‘єднання типу Cu(RCHNH2COO)2.
3
Техніка аналізу. В мірну колбу місткістю 50 см піпеткою вносять 5
3
см дослідного розчину, додають 3-4 краплини індикатору тімолфталеїну і по
3
краплям розчин гідроксиду натрію концентрацією 0,1 моль/дм до появи блідно-
блакитного забарвлення. До слабо лужного розчину із циліндра при
3
перемішуванні порціями обережно приливають 30 см суспензії ортофосфату міді,
вміст колби доводять дистильованою водою до мітки, перемішують і фільтрують
через паперовий фільтр. Фільтрат повинен бути прозорим.
3
10 см абсолютно прозорого фільтрату піпеткою переносять в фарфорову
3
чашку або конічну колбу, добавляють 0,5 см 80%-ї оцтової кислоти
3
(підкислюють) і 10 см розчину йодату калію. Після перемішування йод, що
53
виділився, титрують із мікробюретки розчином тіосульфату натрію
3
концентрацією 0,01 моль/дм . В кінці титрування до розчину додають 1-2
краплини розчину крохмалю. Кінець титрування визначають по зникненню
синього забарвлення від однієї краплі тіосульфату натрію.
3
При прийнятому розбавленні кількість амінного азоту в 10 см фільтрату
отримують множенням маси тіосульфату натрію, що пішла на титрування, на
3
0,28. Це відповідає з урахуванням розчинення 1 см сусла. Вміст амінного азоту Х
розраховують за рівнянням:
3
де а – розчину тіосульфату натрію концентрацією 0,01 моль/дм , який пішов
3
на титрування, см ;
3
б – об‘єм дослідної рідини, взятий на аналіз, см .
3
Приклад. На аналіз взято 10 см пивного сусла. На титрування йоду, що
3 3
виділився, в 10 см фільтрату пішло 1,16 см 0,01 н розчину тіосульфату натрію.
3
Тоді в 100 см пивного сусла міститься
Йодометричний метод визначення сумарної кількості амінокислот
відрізняється продуктивністю і простотою і може бути рекомендований для
оперативного контролю технологічних процесів бродильних виробництв.
54
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
3.1. Розведення чистої культури дріжджів
Дріжджі, необхідні для проведення бродіння, можуть бути отримані при
розведенні чистої культури дріжджів.
Принцип розведення чистої культури полягає в тому, що активні дріжджові
клітини ізолюють і розмножують в стерильних умовах так довго, поки їх кількості
не вистачить для використання в стандартній ємності.
При розведенні чистої культури розрізняють три стадії:
1. Отримання придатних дріжджових клітин;
2. Розведення чистої культури в лабораторії до кількості 5-10 л молодого
пива у стадії високих завитків;
3. Розмноження чистої культури на виробництві до кількості, що вноситься
в сусло за нормальних умов.
Мета розмноження чистої культури дріжджів полягає в тому, щоб за
найкоротший час підготувати в стерильних умовах дріжджі з правильним
метаболізмом, які забезпечать нормальне бродіння і хорошу якість пива.
Для розмноження дріжджів необхідні три фактори: наявність кисню,
амінокислот і мікроелементів.
Наявність кисню
Найважливіший чинник, що впливає розмноження дріжджів, — наявність
кисню. Завдяки дихання дріжджі, що почалося, отримують можливість
активізувати обмін речовин і розмножуватися. Однак наявність цукру в
середовищі перешкоджає диханню і спонукає до бродіння (ефект Кребтрі
(Crabtree)), у зв'язку з чим не можна посилити розмноження дріжджів, дедалі
збільшуючи аерацію.
Кисень необхідний і для синтезу стерінов. Синтез стеринів, з одного боку,
тісно пов'язаний із зростанням дріжджів, а з іншого — зі збагаченням клітини
глікогеном.
55
Між синтезом ліпідів та ефірів існує зворотна залежність: поки
утворюються ліпіди (за наявності кисню), не відбувається виникнення ефірів.
Наявність амінокислот та мікроелементів
В суслі амінокислот і мінеральних речовин достатньо для бродіння, але
коли дріжджі розмножуються, вони потребують набагато більшої кількості
амінокислот і мікроелементів. Цих речовин не вистачає, тому навіть при дуже
інтенсивній аерації розмноження припиняється при досягненні концентрації
приблизно в 100 млн. дріжджових клітин/мл середовища. Лімітуючим фактором є,
в першу чергу, вміст амінокислот в суслі (200-240 мг/л), з яких не всі можуть
асимілюватися дріжджами (наприклад, пролін).
3.2. Визначення впливу препарату НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на накопичення
біомаси дріжджів
На першому етапі в магістерській роботі проведено дослідження, щодо
впливу препарату НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на інтенсифікацію росту та
розмноження пивоварних дріжджів. Препарат НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ задають
у вигляді чистого водяного розчину, приготованого у співвідношенні 1:10.
Для дослідження взяли готове пивне сусло на міні пивоварні. Сусло
виготовлено з 100% пивоварного ячмінного солоду[6]. Характеристика сусла
наведена в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1. – Характеристика пивного сусла
Зразок Вміст Кислот- Вміст
сухих ність, амінного
Кольоровість,
речовин, мл 1 н. азоту,
мл 0,1 н. pH
% NaOH мг/100мл
на 100 мл
на 100
мл
Пивне 11,8 1,4 1,5 5,0 23,8
сусло
56
Для зброджування використовували 11 расу дріжджів. Накопичення
біомаси проводили в лабораторних умовах, для інтенсифікації процесу росту та
розмноження пивоварних дріжджів готували 4 зразка:
1 зразок – контрольний, без активатора, 2 зразок – додавали 0,002 г/л,
3 зразок – 0,004 г/л, 4 – 0,006 г/л.
Готували зразки наступним чином: сусло стерилізували протягом 30 хв,
охолоджували до температури 18 ºС, додавали чисту культуру дріжджів (ЧКД) з
пробірки та НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ, доводили до температури 20 ºС і
витримували протягом 24 год, періодично проводили аерацію. Далі переливали в
колбу з більшим об‘ємом сусла, також витримували 24 годин при температурі 20
ºС. Кожні 12 годин відбирали проби і підраховували кількість дріжджових клітин.
Отримані результати наведені в таблиці 3.2.
Таблиця 3.2. – Кількість дріжджових клітин в залежності від часу
накопичення біомаси
№ Тривалість, год
12 24 36 48
1Зразок.Контрольний 25,0 37,3 49,5 52,4
2Зразок 29,5 38,6 54,3 58,6
3Зразок 30,1 39,4 55,4 59,2
4Зразок 30,7 39,3 55,7 58,9
48
36 4 зразок
3 зразок
24 2 зразок
1 зразок
12
0 10 20 30 40 50 60 70
Рисунок 3.1. - Кількість дріжджових клітин в залежності від часу
накопичення біомаси
57
В отриманій біомасі дріжджів визначили наявність мертвих клітин і
глікоген, результати в таблиці 3.3.
Таблиця 3.3. – Фізіологічні показники дріжджів
№ Кількість Кількість Кількість
мертвих глікогену,% клітин, що
клітин, % брунькуються,%
1Зразок.Контрольний 3,9 64,7 52,2
2 Зразок 3,5 65,8 58,6
3 Зразок 2,7 73,4 57,3
4 Зразок 3,3 72,7 54,9
Кількість мертвих клітин, %
4разок
3разок
2разок
1разок
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Рисунок 3.2. – Кількість мертвих клітин
58
Кількість глікогену,%
4разок
3разок
2разок
1разок
60 62 64 66 68 70 72 74 76
Рисунок 3.3. – Кількість глікогену
Кількість клітин, що брунькуються,%
4разок
3разок
2разок
1разок
48 50 52 54 56 58 60
Рисунок 3.4. – Кількість клітин, що брунькуються,%
Визначено, що при додаванні активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ, значно
збільшувалась біомаса дріжджів, причому внесення його в кількості 0,006 г/л та
0,004г/л майже дали однаковий результат. Причому кількість мертвих клітин в 3
59
зразку зменшилось, у порівнянні з контролем, на 32,4% Глікогену збільшилось на
12%, клітин , що брункуючих клітин збільшилось на 10%.
Накопичення біомаси дріжджів тривало 5 діб, кожні 24 год. підраховували
кількість дріжджових клітин, отримані результати в таблиці 3.4.
Таблиця 3.4. – Інтенсивність накопичення дріжджових клітин
3
№ Тривалість, год/Кількість дріжджових клітин, млн./см
24 48 72 96 120
1 зразок 12 26 34 46 52
2 зразок 18 31 37 49 56
3 зразок 24 42 46 53 55
4 зразок 26 37 45 51 53
60
50
40
1 зразок
30 2 зразок
3 зразок
20 4 зразок
10
0
24 48 72 96 120
3
Рисунок 3.5. – Залежність накопичення ЧКД від часу, млн./см .
Отримані данні показують, що з активатором значно швидше відбувається
накопичення ЧКД, що дозволить скоротити час на 24 год.
Тому можна зробить висновок, що доцільно вносити активатор на стадії
накопичення біомаси дріжджів в кількості 0,004 мг/л.
60
Під час зброджування пивного сусла кількість внесення активатора
залежить від тривалості і умов зберігання насіннєвих дріжджів, складу сусла
(вмісту в ньому амінного азоту), особливо необхідно враховувати кількість
генерації засівних дріжджів.
3.3. Інтенсифікація процесу зброджування пивного сусла
Наступним етапом роботи було інтенсифікація процесу зброджування
пивного сусла при внесенні активатора концентрацією 0,002-0,006 г/л. Для
зброджування використовували дріжджі з 1,2,3,4 і 5 генерацій. Зброджували
сусло при температурі 8 ºС протягом 5 діб. Кожні 24 години визначали вміст
сухих речовин в суслі. Отримані результати наведені в таблиці 3.3.
Таблиця 3.5. – Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 1
генерації
№ Тривалість, год
24 48 72 96 120
1Зразок.Контрольний 9,4 8,7 8,5 6,4 5,0
2Зразок 9,0 8,4 7,8 5,9 4,7
3Зразок 9,1 7,9 7,5 6,4 4,6
4Зразок 8,8 7,9 7,3 6,7 4,5
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1Зразок 2Зразок 3Зразок 3Зразок
Рисунок 3.6. - Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 1 генерації
61
Таблиця 3.6. – Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 2
генерації
№ Тривалість, год
24 48 72 96 120
1Зразок.Контрольний 9,3 8,9 8,7 6,5 5,2
2Зразок 9,0 8,4 8,0 5,9 4,9
3Зразок 9,3 7,9 7,9 6,7 4,8
4Зразок 8,9 8,1 7,5 6,9 4,6
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1Зразок 2Зразок 3Зразок 3Зразок
Рисунок 3.7. - Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 2 генераці
Таблиця 3.7. – Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 3
генерації
№ Тривалість, год
24 48 72 96 120
1Зразок.Контрольний 9,7 9,0 9,2 6,8 5,7
2Зразок 9,2 8,6 8,3 6,2 5,0
3Зразок 9,4 8,5 8,0 6,9 4,9
4Зразок 9,0 8,3 7,7 7,0 4,6
62
12
10
8
6
4
2
0
1Зразок 2Зразок 3Зразок 3Зразок
Рисунок 3.8. - Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 3 генераці
Таблиця 3.8. – Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 4
генерації
№ Тривалість, год
24 48 72 96 120
1Зразок.Контрольний 9,8 9,2 9,5 6,9 5,8
2Зразок 9,5 8,8 8,5 6,7 5,2
3Зразок 9,4 8,7 8,2 6,9 5,0
4Зразок 9,3 8,5 8,0 7,2 4,7
12
10
8
6
4
2
0
1Зразок 2Зразок 3Зразок 3Зразок
Рисунок 3.9. - Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 4 генераці
63
Таблиця 3.9. – Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 5
генерації
№ Тривалість, год
24 48 72 96 120
1Зразок.Контрольний 10,0 9,4 9,5 7,2 6,0
2Зразок 9,7 8,9 8,7 6,9 5,7
3Зразок 9,6 8,9 8,5 6,4 5,1
4Зразок 9,8 8,9 8,3 7,3 4,8
12
10
8
6
4
2
0
1Зразок 2Зразок 3Зразок 3Зразок
Рисунок 3.10. - Динаміка зброджування пивного сусла дріжджами 5
генераці
Із збільшенням генерації значно погіршується бродильна енергія дріжджів
внаслідок адсорбції на їх поверхні білково-дубильних комплексів, хмелевих
гірких речовин і бактерій, що інфікують пиво. В цьому випадку витрата
препарату збільшується до максимально рекомендованої норми. При значній
контамінації дріжджів сторонніми мікроорганізмами не рекомендовано
використовувати препарати, які стимулюють розмноження дріжджів, так як
одночасно з інтенсифікацією процесів розмноження дріжджів і зброджуванням
сусла спостерігається розмноження сторонніх мікроорганізмів.
64
3.4 Математико-статистична обробка результатів досліджень
Математико-статистична обробка результатів досліджень здійснена
методом регресійно-кореляційного аналізу.
Було визначено вхідні параметри, що регулюють кількість дріжджових
клітин в залежності від концентрації активатора і часу накопичення біомаси.
Вхідні параметри процесу:
- с–концентрація активатора, г/л;
- τ – час, год.
Вихідна функція:
- C – кількість дріжджових клітин, млн..кл/мл.
У загальному вигляді функцію можна представити так:
C = f (τ, с)
Загальна схема математичної моделі зображено на рис. 3.10.
x1 (N)
у (C)
ОХТ
х2 (с)
Рисунок 3.11 – Загальна схема математично-статистичної моделі
Побудова плану повного факторного експерименту
Для проведення дослідів складають план з відповідними матрицями
планування експерименту із вказуванням кількості дослідів та межі зміни
факторів.
Матриця являє собою перелік варіантів, взятих в даній серії дослідів. В
матриці повного факторного експерименту (ПФЕ) досліджувані фактори
змінюються лише на двох рівнях: верхньому та нижньому.
Кількість дослідів повного факторного експерименту:
N 2n 22 4 ,
де n=2 - кількість вхідних факторів.
Кількість дублюючих дослідів m=2.
65
Нормалізація вихідного рівняння регресії, тобто перетворення змінних хі в
безрозмірні нормалізовані zi:
x x
z i 0 ,
i
xi
де хі - значення фактора на «+»-рівні;
х0 - значення фактора на 0-рівні;
Δхі - крок варіювання.
Рівняння регресії матиме наступний вигляд:
y1 b0 b1 z1 b2 z2 b12 z1 z2 .
Визначивши, які фактори впливають на процес, визначаються їх рівні
варіювання та крок варіювання:
Таблиця 3.10 – Вихідні дані
Одиниці Крок Верхній Нижній
Фактор 0-рівень
вимірювання варіювання рівень «+» рівень «-»
х1 (τ) год 30 12 48 12
х2 (с) г/л 0,004 0,002 0,006 0,002
Матриця повного двофакторного експерименту наведена у табл. 3.11 :
Таблиця 3.11 – Матриця повного двофакторного експерименту
№
z0 z1 z2 z1·z2
досліду.
1 + + + +
2 + + - -
3 + - + -
4 + - - +
Результати експериментів і розрахунків наведено в табл.3.12.
66
Таблиця 3.12– Результати досліджень
Розрахунки
№ досліду
у1 у2 у S 2
i у̂ Відхилення,%
1 25 52,4 38,7 364,58 36,4 2,3
2 29,5 58,6 44,05 423,41 46,35 2,3
3 30,1 59,2 44,65 423,41 42,95 1,7
4 30,7 58,9 44,8 397,62 46,5 1,7
Перевірка однорідності дисперсій
Дисперсія паралельних дослідів кожного рядка матриці плану
розраховується за рівнянням:
1 m
S 2
n (ynk yn )2 ,
m1 k1
де m=2 – кількість паралельних дослідів.
2 1
S1 (25 38,3) 2 (52,4 38,3) 2 364,58 ;
2 1
2 1
S 2 (29,5 44,05) 2 (58,6 44,05) 2 423,41;
2 1
S 2 1
3 (30,1 44,65) 2 (59,2 44,65) 2 423,41;
2 1
2 1
S3 (30,7 44,8) 2 (58,9 44,8) 2 397,62
2 1
Найбільше значення S 2
n max з усіх розрахованих складає:
S 2 423,41;
2
Сума дисперсій розраховуємо за формулою:
N
S 2 2 2
n S1 S2 S 2 S 2
3 4
n1
N
S 2
n 364,58 423,41 423,41 397,62 1609,02
n1
67
Розраховуємо критерій Кохрена:
S 2
n
G max
max ,
N
S 2
n
n1
423,41
Gmax 0,263
1609,02
Примітка: табличне значення критерію Кохрена Gкр, для значень ступеня
свободи f1=N=4 та f2=m-1=2-1=1, рівня значущості α=5% становить 0,9065.
Gmax Gкр ,
0,263 0,9065
Отже, дисперсії вихідного параметру в паралельних дослідах є
однорідними, тобто отримане рівняння регресії є відтворюваним.
Загальна похибка дослідів становить:
2 1 N
S 2
0 Sn ,
N n1
2 1609,02
S
0 402,255.
4
Розрахунок коефіцієнтів рівняння регресії
1 N 1
b0 x0n yn (38,7 44,05 44,65 44,8) 43,05 ;
N n1 4
1 N 1
b1 x0n yn (38,7 44,05 44,65 44,8) 1,675 ;
N n1 4
1 N 1
b2 x0n yn (38,7 44,05 44,65 44,8) 1,375;
N n1 4
1 N 1
b12 x0n yn (38,7 44,05 44,65 44,8) 1,3 ;
N n1 4
Перевірка значущості коефіцієнтів регресії
68
Дисперсія коефіцієнтів регресії складає:
S 2
S 2 0
bi ,
N
2 402,255
Sbi 100,5638.
4
Відхилення будь-якого коефіцієнту розраховуємо за формулою:
b 2
i tT S0 ,
де tT=2,78—табличне значення критерія Стьюдента для ступеню свободи
f1= N(m-1) = 4(2-1) = 4 та рівня значущості α=5% .
bi 2,78 100,56375 27,88.
Розрахунок значення критерію Стьюдента для кожного коефіцієнту регресії:
b0 43,05
tb0 0,428;
S 100,5638
bi
b1 1,675
tb1 0,017 ;
S 100,5638
bi
b2 1,375
tb2 0,014 ;
S 100,5638
bi
b3 1,3
tb12 0,013.
S 100,5638
bi
Примітка: tbi > tT, виконання цієї умови дає підставу констатувати
значущість відповідного і-го коефіцієнту. В нашому випадку значущими є
коефіцієнти b0, b1, b2, b12.
Записуємо в остаточному вигляді отримане рівняння регресії першого
порядку:
y1 43,051,675 z1 1,375 z2 1,3z1 z2
Підставляючи значення кожного фактора в отримане рівняння регресії,
отримаємо розрахункові значення функції та порівнюємо їх із дослідними
значеннями:
y1 43,051,6753,3751,3 36,4;
69
y2 43,051,6751,3751,3 46,35;
y3 43,051,6751,3751,3 42,95;
y4 43,051,6751,3751,3 46,5.
Перевірка рівняння регресії на адекватність
Підставляючи значення кожного фактора в отримане рівняння регресії,
отримано розрахункові значення функції, які порівнюються з дослідними
значеннями.
Перевірка отриманого рівняння регресії на адекватність дійсному процесу:
2 1 N
S зал (yn yˆ)2
N l n1
2 2 2 2 2
S зал = 1/2 [(2,3) +(2,3) +(1,7) +(1,7) ]=8,18
Розрахунок значення критерію Фішера:
S 2
F зал
p ,
S 2
0
8,18
Fp 0,020.
402,255
Примітка: за таблицями для ступеня свободи f1 = N - l = 4-3 = 1 та f2 =
N (m -1) = 4 , рівня значущості α=5%;
де l=2—кількість коефіцієнтів в рівнянні регресії, які стоять перед основними
факторами, табличне значення критерію Фішера: FT=224,6.
Перевірка умови адекватності:
Fp < FT= 0,020 < 224,6.
Отже, отримане рівняння регресії є адекватним дослідженому процесу, що
також доводиться порівнянням дисперсій.
70
Перейдемо від безрозмірних (кодованих) значень факторів до їх
натуральних значень:
��1 = с1 – 0,004/0,002
��2 =��2 – 30/12
W = 43,05 - 1,675 ∙ ( с-0,004/0,002) -1,375 ∙ (��-30/12) -1,3 ∙( с-0,004/0,002) ∙ (��-
30/12) = 43,34 + 1,575с + 1,225 �� + 1,3с ��
Рівняння регресії
W = 43,34 + 1,575с + 1,225 �� + 1,3с ��
Отримане значення свідчить про те, що отримане рівняння регресії
залежності тривалості накопичення біомаси дріжджів від концентрації
активатора.
71
РОЗДІЛ 4. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА
4.1 Принципова технологічна схема
Пивне сусло
Стерилізація
Пар (Т-100ºС, τ – 30хв)
Холодоносій Охолодження
Т-18 ºС
ЧКД Накопичення біомаси
Істлайф Екстра дріжджів
Повітря (Т-20ºС, τ – 48 год)
Хладоагент Головне бродіння
Істлайф Екстра (Т-8ºС, τ – 5діб)
Доброджування
Рисунок 4.1. – Принципово-технологічна схема
72
4.2. Асортимент і характеристика продукції
Пиво повинне бути виготовлене у відповідності з вимогами діючого стандарту
(ДСТУ 3888:2015) по технологічних інструкціях і рецептурах з дотриманням
санітарних норм і правил, затверджених в установленому порядку [4].
За органолептичними показниками пиво повинне відповідати вимогам,
зазначеним у таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 — Органолептичні показники якості пива
Найме- Характеристика показника
нування нефільтроване пиво: освітлене,
показника фільтроване пиво
неосвітлене
світле напівтемне темне світле напівтемне темне
З овні-шній Прозора піниста рідина, без Прозора піниста рідина, без
вигляд осаду і посторонніх включень осаду і посторонніх включень ,
не властивих продукту
(допускаєтся наявність
дріжджевого осаду і слабка
опалесценція)
Смак Солодо Солодовий Повний Чистий смак збродженого
вий и смак з солодовий солодового напою з хмелевою
хмелев присмаком смак з гіркотою і з присмаком дріджів.
ий карамельно ярко Посторонній присмак не допус-
смак з го солоду, з вираженим кається
гіркото приємною карамель-
ю, що гіркотою, ним
відпові що смаком, з
дає відповідає приємною
сорту сорту пива гіркотою,
пива що
відповідає
сорту пива
73
Продовження таблиці 4.1.
1 2 3
Аромат Аромат, що відповідає сорту Аромат збродженого
пива, чистий, без сторонніх солодового напою. Допуска-
запахів і присмаків ється слабкий дріжджевий
аромат. Посторонні запахи не
допускаються
Піно-утво- Пиво с масовою часткою сухих речовин в суслі від 8 % до 11,5
рення %: висота піни, не менше, мм — 20,0 піностійкість, не менше,
хв — 2,0 Пиво с масовою часткою сухих речовин в суслі від12,0
% до 20,0 %: висота піни, не менше, мм — 30,0 піностійкість, не
менше, хв — 2,0
За фізико-хімічними показниками пиво повинне відповідати вимогам
вказаним в таблиці 4.2.
Таблиця 4.2 — Фізико-хімічні показники пива
3
Масова Кислот- Колір, см Стійкість, не
доля Масова 3
ність, см 0,1 Масова менше, діб
доля 3 3
сухих 1 моль/дм моль/дм частка фільтроване
речовин спирту, не розчину розчину діоксиду
в менше, % гідроксиду йоду на вуглецю
3
початко натрію на 100 см не менше, пастери- непасте-
вому 3
100 см води % зоване ризоване
суслі, % пива
1 2 3 4 5 6 7
Світле пиво
11,8 2,8 1.3—2.8 0,4—1.8 0,30 30 7
74
4.3. Опис апаратурно-технологічної схеми
Згідно технологічному режиму охмелене гаряче сусло відцентровим
насосом (1) подається до двохсекційного пластинчастого теплообмінника (2), де
охолоджується від 85°С до 10°С холодною та льодяною водою. Далі охолоджене
сусло проходить крізь аератор (3) і насичується киснем повітря, яке відповідно
пропускають крізь знезаражувальний фільтр. Після аератора сусло відцентровим
насосом (4) подається безпосередньо до відділення ЦКТ у певний апарат.
Звичайно, для зброджування пивного сусла необхідні дріжджі, які на
підприємстві отримують шляхом розведення у апаратах. Так, відцентровим
насосом (1) частина гарячого охмеленого сусла подається у АЧК№2 (19), об‘єм
якого складає близько 250дал. Дане сусло стерилізують у даному апараті шляхом
підведення насиченої водяної пари у парову сорочку.
Триває стерилізація близько 30 хвилин з початку кипіння сусла. Далі сусло
охолоджується у цьому ж апараті шляхом підведення до сорочки апарату
льодяної води, і частина сусла у кількості 50 дал перекачується до АЧК №1 (18),
де саме і відбувається посів дріжджів із колби Карлсберга. Даний апарат
обладнаний барботером для швидкого розмноження дріжджів, яке триває близько
доби, і сорочкою охолодження для підтримання температури 14-16°С. Далі дане
сусло знову перекачують до АЧК №2, де ще знаходиться близько 200 дал
охмеленого холодного сусла, і процес розмноження дріжджів знову починається.
Даний апарат також оснащений барботером. Час розмноження дріжджів триває
також близько доби. І вже після АЧК №2 сусло направляють до АЧК №3 (20), що
має об‘єм близько 2500дал. Саме цей апарат заповнюється вже охолодженим
суслом за допомогою відцентрового насоса. АЧК №3 також обладнаний
барботером та охолоджувальною сорочкою. Час перебування сусла в даному
апараті також становить близько доби, після чого 2500 дал сусла даного апарату
задають у ЦКТ (5) і змішують з об‘ємом однієї варки – близько 5500 дал.
75
Саме у ЦКТ проходить процес зброджування пивного сусла: дозрівання й
доброджування . Даний процес триває близько 12-14 днів за температури: у
перші 7 днів – температура становить 18-20°С, а у наступні 7 днів температуру
поступово знижують до -1-2°С. Температура в апараті контролюється
автоматично, а охолодження проводиться через сегментні труби етиленгліколем.
Із ЦКТ мутне пиво за допомогою відцентрових насосів (6) направляють до
фільтраційного відділення, де пиво освітляють на сепараторі (7), після чого
освітлене пиво направляється у збірник мутного пива (8), з якого вже
відцентровим насосом (9) подається далі до намивного кізельгурового рамного
фільтру (10), далі пиво направляють до дискового ПВПП-фільтру (15), проводять
насичення пива вуглекислотою на карбоні заторі (16) та в кінці пропускають вже
освітлене і прозоре пиво через свічний фільтр (17).
4.4 Розрахунок продуктів
Обрахунки проводимо за систематизованим розрахунком продуктів
поданим у [14,15].
І. Розраховуємо вихід екстракту в варильному цеху із 100кг зернової
сировини.
Козацьке пиво виготовляється із 100кг світлого солоду. Додаємо 60% хмелю
і 40% хмельового екстракту. Звідси в 100кг вихідних зернопродуктів міститься
|
100кг світлого солоду Q .
При поліруванні 100кг солоду втрати становлять:
0.5
Qn 100 0.5кг
100
Кількість полірованого солоду становить:
76
100 0.5
Qnc 100 99.5кг
100
Вміст сухих речовин:
| 100 5.6
Qcp 99.5 93.928кг
100
Вміст екстрактивних речовин:
| 76
Qep 93.928 71.39кг
100
Загальна кількість сухих речовин:
Q Q|
cp cp 93.928кг
Загальна кількість екстрактивних речовин:
Q |
ep Qep 71.39кг
Втрати екстракту у варильному цеху Ве =2,7% до маси зернопродуктів, або:
2.7
Qве 100 2.7кг
100
В сусло перейде екстрактивних речовин:
Ec 71.39 2.7 68.69кг
ІІ. Визначаємо кількість проміжних продуктів і готового пива.
77
В гаряче сусло у відповідності з розрахунками переходить наступна
кількість екстрактивних речовин (кг): для Козацького 68,69.
Маса сусла визначається відношенням кількості екстрактивних речовин до
масової частки сухих речовин в початковому суслі, розділеної на 100. масова
частка сухих речовин в початковому суслі (е) для Козацького – відповідно 12% і
1,0484кг/л.
Таблиця 4.3 – Розрахунок кількості екстрактивних речовин зернопродуктів.
Позна- Формула для Світлий
Показник чення розрахунку солод
|
Витрата сировини Q -
100
Норма втрат -
полірованого
солоду, % Bn 0.5
Відходи при B
Q Q | n
поліруванні, кг Q n
n 100 0.5
Маса полірованого | 100 B
Q Q n
солоду, кг nc
100
Qnc 99.5
|
Вологість,% W 5.6
Маса сухих | 100 W |
| Q
речовин, кг Q cp Q
cp 100 93.928
Екстрактивність,
|
% E 76
Екстрактивність |
Q Q | E
|
зернопродуктів, кг Q ep
ep 100 71.39
78
Таблиця 4.4 – Розрахунок кількості екстрактивних речовин, які переходять
в сусло.
Формула для
Показники Позначення розрахунку Пиво
Вміст сухих Qcp
речовин, кг Q Q 93,928
cp cp
Кількість
екстрактивних Qep
речовин в Q Q| 71,39
ep ep
сировині, кг
Норми втрат
екстракту в
варильному цеху, Be
% до маси 2,7
затираючої
сировини
Втрати екстракту
в варильному Qве B
Q e 2,7
цеху, кг ве Q
100
Кількість
екстрактивних
речовин,які Ес Ec Qep Qвe 68,69
переходять в
сусло, кг
Маса сусла становить:
100
Qc Ec
e
де Ес – кількість екстрактивних речовин, які переходять в сусло, кг;
е – масова частка сухих речовин у початковому суслі, %.
0
Об‘єм сусла при 20 С становить:
79
Q
V c
c
d
де Qc – маса сусла, кг;
0
d – густина сусла при 20 С.
Таким чином:
100
Qc 68,69 572,42кг
12
572,42
Vc 54,599дал
1.0484 10
0
Коефіцієнт об‘ємного розширення при нагріванні сусла до 100 С рівний
1,04.
З урахуванням цього коефіцієнта об‘єм гарячого сусла Vгс дорівнює :
Vгс Vc 1.04
0
де Vс – об‘єм сусла при 20 С, дал.
Vc 54.599 1.04 56.783дал
Втрати сусла Вхд в варильному цеху з солодової і хмелевої дробини, на
стадії освітлення рівна 6% від об‘єму гарячого сусла [15].
Обєм холодного сусла:
100 - Bxд
Vxc V
гc
100
де Vгс - об‘єм гарячого сусла,дал;
Вхд - втрати сусла в варильному цеху з солодової і хмелевої дробини, %.
80
Таким чином:
100 6
Vxc 56.783 53.376дал
100
Кількість не фільтрованого і фільтрованого пива залежить від способу
бродіння пивного сусла.
Зброджування за періодичною схемою.
Втрати у відділенні головного бродіння Вб приймаються рівними 2,3% від
об‘єму холодного сусла [15].
Об‘єм молодого пива становить:
100 В
V V б
мп xc
100
де Вб - втрати у відділенні головного бродіння,%;
Vxc - об‘єму холодного сусла, дал.
Звідси:
100 - 2.3
Vмп 53.376 52.148дал
100
Втрати у відділі доброджування і відділі фільтрування Вдф -2,7%, до об‘єму
молодого пива, в тому числі втрати при фільтруванні Вф -1,7%. Звідси, втрати
при доброджуванні:
Вд Вдф Вф
Тобто, для пива відповідно становлять 1%.
Об‘єм нефільтрованого пива дорівнює:
81
100 -Вд
V
нф Vмп
100
де Вд - втрати при доброджуванні,%;
Vмп – об‘єм молодого пива, дал.
Звідси:
100 1.0
Vнф 52.148 51.627дал
100
Об‘єм фільтрованого пива:
100 Bдф
Vфп Vмп
100
де Вдф - втрати у відділі доброджування і відділі фільтрування,%.
Звідси:
100 2.7
Vфп 52.148 50.74дал
100
Кількість товарного пива:
100 B |
p
Vтп Vфп
100
де Vфп – об‘єм фільтрованого пива, дал.
Звідси:
100 2
Vтп 50.74 49.725дал
100
82
Загальні видимі втрати по рідкій фазі визначають за різницею між об‘ємом
гарячого сусла і товарного пива, які складають:
В Vгс Vтп
де Vгс – об‘єм гарячого сусла, дал;
Vтп – об‘єм товарного пива, дал.
B 56.783 49.725 7.058дал
Або по відношенні до об‘єму гарячого сусла:
7.058
100 12.43
56.783
Розрахунок кількості проміжних продуктів і готового пива можна зробити
за допомогою таблиці 4.5.
Таблиця 4.5 – Розрахунок кількості проміжних продуктів і готового пива
Поз- Формула для
Показники начення розрахун- Козацького
ку
Масова частка сухих
речовин в початковому e 12
суслі, %
Маса сусла, кг Q 100
c Q E 572,42
c c
e
0
Густина сусла при 20 С, d 1,0484
кг/л
Коефіцієнт розширення
сусла при його
0
нагріванні до 100 С b 1,04
Об‘єм гарячого сусла, V V
гс гс Vc b 56,783
дал
83
Продовження таблиці 4.5.
1 2 3 4
Втрати сусла у
варильному цеху з
солодовою і хмельовою
дробиною на стадії
освітлення і Ввц 6
охолодження
сусла, % до об‘єму
гарячого сусла
Об‘єм холодного сусла, V 100 - Bxд
xc Vxc Vгc 53,376
100
дал
Втрати у відділі
головного бродіння, %
до об‘єму холодного Вб 2,3
пива
Об‘єм молодого пива, V 100 В
мп V б
мп Vxc 52,148
100
дал
Втрати у відділі
доброджування і відділі
фільтрування, % до 2,7
об‘єму молодого пива Вдф
Втрати при В Вд Вдф В
д ф 1
доброджуванні, % до
об‘єму молодого пива
Об‘єм нефільтрованого
пива, дал V 100 -Вд
нп Vнф Vмп 51,627
100
Об‘єм фільтрованого
пива, дал V 100 Bдф
фп Vфп Vмп 50,74
100
Втрати пива при
розливі, % до об‘єму
фільтрованого пива:
|
в пляшки В p
||
в бочки B p
|||
в пивовози B p 2
|
Об‘єм товарного пива, 100 Bp
V
тп Vфп
100
дал Vтп 49,725
84
ІІІ. Обрахування витрат хмелю і хмелевого екстракту.
У виробництві пива ми застосовуємо СО2 – екстракт. Показники хмелю:
масова частка α – кислот складає 4,0% на суху речовину, масова частка вологи
13%, β – кислот 1%. Масова частка α – кислот в СО2 - екстракті хмелю складає
30% на суху речовину, а масова частка вологи 20%, β – кислот 10%. Норма
гірких речовин хмелю на 1дал гарячого сусла складає 0,99 г/дал; хмелевого
екстракту 10 г/дал.
Норму витрати розраховуємо за формулою:
Г 106
H сі
l
1 100 W 100 B
де Гсі – норма гірких речовин на 1 дал гарячого сусла і-го сорту пива,
г/дал;
α – масова частка α – кислот, % до маси сухих речовин;
β– величина гіркоти β – фракції в хмелі, % до маси сухих речовин;
W – масова частка вологи, % на суху речовину;
В – втрати у рідинній фазі для і –го сорту пива, %.
0.594 106
H l 18.37 г / дал
4 1 100 13 100 7.058
Витрати хмельового СО2 - екстракту:
0.396 106
H l 1.33 г / дал
30 10 100 20 100 7.058
Витрати хмелю і хмельового СО2 – екстракту: за єдиними нормами без
урахування вмісту в хмелі гірких речовин і за нормами, розрахованими з
урахуванням масової частки в хмелі α – кислот і вологи. Витрати хмелю для
85
відповідно становлять 18.37 г/дал. Витрати хмелю для хмельового СО2 –
екстракту відповідно становлять 1.33 г/дал.
Витрати хмелю на 100 кг сировини будуть дорівнювати витратам хмелю або
хмельового СО2 – екстракту на 1 дал готового пива [15] множать на кількість
пива, отриманого із 100 кг сировини:
Vтп HQ x
x
1000
де Vтп – об‘єм товарного пива, дал;
Нх – витрати хмелю, г/дал.
Норма витрати хмелю на 1 дал 30 г, так як у нас згідно рецептури хмелю
вноситься лише 50%, то витрати хмелю будуть дорівнювати:
49.725 18.37
Qx 0.913кг
1000
54.075 1.33
Qe 0.0719кг
1000
ІV. Визначаємо кількість відходів.
Кількість дробини солодової і хмелевої, шламу сепараторного в розрахунку
на 100 кг зернопродуктів беремо з [15].
При бродінні сусла за періодичною схемою отримуємо 0,8 л залишкових
дріжджів вологістю 88% на 10 дал зброджуваного сусла. Виходячи з цього,
кількість залишкових дріжджів на 100 кг сировини для пива становить:
V
Q xc 0.8
зд
10
86
53.376 0.8
Qзд 4.27л
10
На 1 дал готового пива при головному бродінні видаляється 150 г двоокису
вуглецю, який може утилізуватися. Річна кількість СО2 становить:
Q рік
CO 0.15 V
2 тп
де V рік
тп - об‘єм товарного пива за рік, дал
QCO 0.15 2500 50л
2
В таблиці 4.6 наводяться дані, отримані при розрахунку на 100 кг зернової
сировини.
Таблиця 4.6 – Норми витрати сировини і продуктів.
Показник На 100 кг На 1 дал
зернової
сировини
Зернова сировина, кг
Солод світлий 100 1,97
Солод темний - -
Солод карамельний - -
Ячмінь - -
Всього 100 1,97
Інші види сировини, кг
Хміль 0,913 0,0184
Хмельовий екстракт 0,0719 0,0013
Проміжні продукти і
товарне пиво, дал
Сусло гаряче 55,783 1,1419
87
Продовження таблиці 4.6.
1 2 3
Сусло холодне 53,376 1,0734
Пиво молоде 52,148 1,0444
Пиво нефільтро- 51,627 1,04
ване
Пиво фільтроване 50,74 1,0204
Пиво товарне 49,725 1,00
Відходи, кг
Дробина солодова 204,9 2,3
Дробина хмелева 6,0 0,087
Шлам сепараторний 1,75 0,031
Дріжджі залишкові, л 11,51 0,085
Діоксид вуглецю, л 0,15
Відходи при поліруванні,кг 0,5 0,02
Виправний брак, л 0,02
4.5. Розрахунок економічної ефективності
Розрахунок статті калькуляції «Сировина і матеріали»
Дані для розрахунків беремо із зведеної таблиці 4.7 [14]
Таблиця 4.7 – Розшифровка статті «Сировина і матеріали»
№ Найменування Одиниці Ціна, грн Витрати Сума, грн
вимірювання на 1 дал
1 Солод світлий кг 40 1,97 78,8
2 Хміль кг 1500 0,0184 27,6
3 Хмельовий кг 800 0,0013 1,04
екстракт
4 Дріжджі г 8 10 80
3
5 Вода м 56 0,011 0,583
Разом 188
88
Таблиця 4.8 – Розшифровка статті «Сировина і матеріали» для дослідного зразка
№ Найменування Одиниці Ціна, грн Витрати Сума, грн
вимірювання на 1 дал
1 Солод світлий кг 40 1,97 78,8
2 Хміль кг 1500 0,0184 27,6
3 Хмельовий кг 800 0,0013 1,04
екстракт
4 Дріжджі кг 6000 15 80
5 Підкормка для г 0,940 0,6 0,564
дріжджів
3
6 Вода м 56 0,11 0,583
Разом 188,6
Розрахунки статті калькуляції «Паливо та електроенергія на технологічні
цілі» наведена в таблиці 4.7
Таблиця 4.7 - Розшифровка статті калькуляції «Паливо та електроенергія»
Оптово-
Норма витрат Затрати на 1
Назва Одиниця виміру відпускна ціна,
на 1 дал дал, грн
грн
Холод МДж 0,7 8,0 5,6
Стиснуте
м³ 0,2 20,4 4,08
повітря
Електроенергія кВт 1,8 6,2 11,16
3
Газ м 9,02 7,88 71,1
91,92
Всього
Собівартість за статтями склала:
Для стандартного пива:
188+91,92 =279,92 грн/дал.
Для дослідного пива:
188,6+91,92 =280,52 грн/дал.
Різниця:
280,52-279,92 = 0,6 грн/дал.
Техніко-економічні розрахунки довели доцільність впровадження
активатора в якості дріжджової підкормки, собівартість по сировині і
енергоресурсам зросла не суттєво: на 1 дал - 0,6 грн (0,2%).
89
4.6. Схема технохімічного контролю[11]
Технохімічний контроль пивоварного виробництва наведено в таблиці 4.8.
Таблиця 4.8 – Схема технохімічного контролю технологічних процесів
Стадія Об‘єкт Контрольований Частота і Регламен- Хто
процесу контролю параметр спосіб тований контролює і в
контролю норматив якому
документі
реєструються
результати
1 2 3 4 5 6
Колір, запах, При Змінний хімік,
смак надходженні, в обліковому
Згідно з
згідно з журналі
ДСТУ 3769
діючим
стандартом
Вологість При Змінний хімік,
прийманні, в обліковому
згідно з 4,5-6% журналі
діючим
стандартом
Солод
Екстрактивність При Змінний хімік,
прийманні, в обліковому
згідно з 76-79% журналі
Приймання
діючим
стандартом
Склоподібність При Змінний хімік,
надходженні, в обліковому
просвічування 3-10% журналі
м на
діафоноскопі
Ячмінь Колір, запах При Змінний хімік,
надходженні в обліковому
на завод у Згідно з журналі
кожному ДСТУ 3769
вагоні чи
автомобілі
Подрібнен- Помел Контроль помелу При Дрібна Змінний хімік,
ня встановленні крупка 30- в обліковому
вальців 45%; крупна журналі
солододробаро крупка 12-
к та наступній 20%;
їх перевірці; борошно 40-
Ситовий аналіз 45%
(залежно від
фільтрува-
ння)
90
Продовження таблиці 4.8
1 2 3 4 5 6
У кожному Змінний хімік,
заторі. 0
50-77 С в обліковому
Температура Термометр ТС- (залежно від журналі
затирання 4, межа способу
вимірювання 1- затирання)
Затирання Затір 0
100 С
У кожному Повне Змінний хімік,
Повнота заторі. оцукрювання в обліковому
оцукрювання Йодокрохмаль журналі
на проба
Масова частка У пробі від Згідно з дію- Змінний хімік,
сухих речовин кожної варки. чим в обліковому
Цукроміром стандартом журналі
Кислотність Титрометрично Не більше Змінний хімік,
2-3 (у мл 1н в обліковому
розчину журналі
Кип‘ятіння NaOH на
Охмелене
сусла з 100 мл
сусло
хмелем сусла)
Колір У кожній варці. Згідно з Змінний хімік,
Візуально стандартом в обліковому
журналі
Якість Візуально Змінний хімік,
фільтрування в обліковому
журналі
Освітлення Гаряче Освітлення, Постійно, Повна Змінний хімік,
сусло якість зависів кожна варка прозорість в обліковому
гарячого сусла журналі
Бродіння Дріжджі Наявність Після кожної Не більше Мікробіолог,
живих і генерації 5% мертвих в обліковому
мертвих клітин, клітин, журналі
клітин, що глікогену
брунькуються, 40-60%,
наявність жирових
глікогену, включень не
жирових більше 2%
включень
91
ВИСНОВКИ
В магістерській роботі розглянуто можливість внесення підкормки
НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ на стадії накопичення біомаси дріжджів. В пивоварінні
найбільш поширено використовують дріжджі чистої культури (ЧКД). Під
розведенням ЧКД розуміють збільшення маси дріжджів певної раси до кількості,
необхідної для внесення до бродильного апарату. Дріжджові клітини певного
штаму одержують із колекцій чистих культур у пробірках на косому сусло-огарі.
З вибраної культури дріжджів завжди доцільно ізолювати більшу кількість
клітин та відібрати з них найкращі, що гарантує розведення дріжджів із бажаними
властивостями. Підставою для вибору дріжджів є контроль їх розмноження,
швидкості та ступеня зброджування, їхнє освітлення і, нарешті, смак проби сусла,
зброженого за знижених температур. Процес розведення ЧКД складається з двох
стадій: лабораторної та виробничої. Причому, що процес отримання біомаси
дріжджів доволі тривалий, наприклад тільки лабораторна стадія триває близько 5
діб. Тому перед виробниками стоїть задача, якомого зменшення часу не
погіршуючи властивостей дріжджів. В роботі було проведено дослідження, щодо
внесення активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ в різних концентраціях (0,002-
0,006 г/л). Визначено, що при додаванні активатора НУТРИФЕРМ СПЕШІАЛ,
значно збільшувалась біомаса дріжджів, причому внесення його в кількості 0,006
г/л та 0,004г/л майже дали однаковий результат. Причому кількість мертвих
клітин в 3 зразку зменшилось, у порівнянні з контролем, на 32,4% Глікогену
збільшилось на 12%, клітин, що брунькуються збільшилось на 10%. Час
накопичення ЧКД зменшилось на 1 добу.
Тому можна зробить висновок, що доцільно вносити активатор на стадії
накопичення біомаси дріжджів в кількості 0,004 мг/л, що дозволить скоротити
час.
Наступним етапом роботи було визначення впливу активатора на дріжджі
після генерації. Із збільшенням генерації значно погіршується бродильна енергія
дріжджів внаслідок адсорбції на їх поверхні білково-дубильних комплексів,
92
хмелевих гірких речовин і бактерій, що інфікують пиво. В цьому випадку витрата
препарату збільшується до максимально рекомендованої норми (0,006 г/л).
Техніко-економічні розрахунки довели доцільність впровадження
активатора в якості дріжджової підкормки, собівартість по сировині і
енергоресурсам зросла не суттєво: на 1 дал - 0,6 грн (0,2%).
93
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Вплив дріжджових лізатів на зброджування пивного сусла
Нестерович, Р. О.; Березовська, Н. І.; Паляниця, Л. Я.; Косів, Р. Б.
URI: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/9000
2. Грегірчак Н.М. Мікробіологія галузі [Електронний ресурс]: конспект
лекцій для студентів напряму підготовки 6.051701 «Харчові технології та
інженерія» денної та заочної форм навчання / Н.М.Грегірчак – К.: НУХТ, 2014. –
171 с.
3. Домарецький В.А. Технологія солоду і пива. – К.: Фірма ―ІНКОС‖,
2004. – 426 с.
4. ДСТУ 3888:2015 Пиво. Загальні технічні умови.
5. Інноваційні технології продуктів бродіння і виноробства: підруч. /
С.В. Іванов, В.А. Домарецький, В.Л. Прибильський та ін.; за заг. ред. д-ра хім.
наук, проф. С.В. Іванова. – К.: НУХТ, 2012. – 487 с.
6. Колотуша П.В., Кошова В.М. Сировина для виробництва пива.– К.:
НМК ВО України, 1991. – 144 с.
7. Косів Р. Б. Інтенсифікація зброджування високогустинного пивного
сусла за участю вітамінів / Р. Б. Косів, Л. Я. Паляниця, Н. І. Березовська, Т. В.
Харандюк // Харчова наука і технологія. - 2016. - Т. 10 Вип. 3. - С. 39-44. - Режим
доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Khnit_2016_10_3_9
8. Кошова, В. М. Дослідження впливу різних рас дріжджів на
зброджування пивного сусла і якість готового пива / В. М. Кошова, Л. P.
Решетняк, A. M. Куц // Наукові праці НУХТ. – 2015. – Т. 21, № 1. – С. 220-226.
9. Kupetz M., Weber M., Zarnikow M., Becker T. Den Blockern auf der Spur
// Brauindustrie. - 2014. - 99, № 10. - С. 18-21. - Нем.
10. Куц А.М., Кошова В.М. Технологія бродильних виробництв:
Конспект лекцій з дисц. «Загальні технології харчової промисловості» для студ.
ден. та заоч. форм навчання напряму підготовки 6.051701 ―Харчові технології та
інженерія‖. – К.: НУХТ, 2011. — 156 с.
94
11. Технохімічний контроль виробництва солоду, пива і безалкогольних
напоїв[Текст]/За ред. А. Є. Мелетьєва.– Вінниця:Нова Книга,2007.– 392 с.
12. Тонюк М. Л. Дослідження впливу концентрації початкового сусла на
утворення побічних продуктів бродіння в технології високогустинного
пивоваріння / М. Л. Тонюк, О. О. Варанкіна // Вісник Нац. техн. ун-ту "ХПІ" : зб.
наук. пр. Темат. вип. : Нові рішення в сучасних технологіях. – Харків : НТУ
"ХПІ". – 2012. – № 9. – С. 105-109.
13. Харандюк Т. В. Вплив концентрації дріжджових клітин на
зброджування високогустинного пивного сусла / Т. В. Харандюк, Р. Б. Косів, Н. І.
Березовська, Л. Я. Паляниця // Науковий вісник Львівського національного
університету ветеринарної медицини та біотехнологій імені С. З. Ґжицького.
Серія : Харчові технології. - 2016. - Т. 18, № 1(4). - С. 133-137.
Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/nvlnu_2016_18_1(4)__25.
14. Методичні рекомендації до виконання курсового проекту з
дисципліни «Перспективні програми розвитку підприємств харчової галузі» для
здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 181 «Харчові
технології» усіх форм навчання [Електронний ресурс] / [ Упоряд. : Сухенко
В.Ю., Осипенкова І.І., Нагурна Н.А., Андронович Г.М., Чепурна О.Л.] М-во
освіти і науки України, Черкас. Держ.технолог.ун-т.– Черкаси : ЧДТУ, 2024.– 68с.
15. Методичні рекомендації до виконання курсового проекту з
дисципліни «Технологія солоду, пива та безалкогольних напоїв» для здобувачів
освітнього ступеня «бакалавр» зі спеціальності 181 «Харчові технології» усіх
форм навчання/ уклад. О.Л. Чепурна, Осипенкова І.І., Н.А.Нагурна.- Черкаси:
ЧДТУ, 2024. – 34с.
16. Методичні рекомендації до підготовки магістерської роботи для
здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 181 «Харчові
технології» усіх форм навчання / уклад. Чепурна О.Л., ст..викладач; Нагурна Н.А.,
к.т.н., доцент; ОсипенковаІ.І., к.т.н., доцент; Батраченко О.В., д.т.н., професор;
Андронович Г.М., доктор філософії. Черкаси: ЧДТУ, 2024. –49с.
95
17. Мікробіологія галузі.: Методичні вказівки до вивчення дисципліни і
виконання лабораторних робіт для студентів напряму підготовки 6.051701
«Харчові технології та інженерія» денної та заочної форм навчання [Електронний
ресурс] / Укл. О.Л. Чепурна, Г.М. Заболотна; - Черкаси: ЧДТУ, 2014. – 56с.
18. Загальні технології харчової промисловості: Метод. вказівки до вик.
лаб. практикуму студ. заоч. форми навчання напряму підготовки 6.051701
‗‗Харчові технології та інженерія‗‗ спец. ― Технологія продуктів бродіння і
виноробства ‖ / Укл.: А.М. Куц, М.В. Бондар, Ю.В. Булій. – К: НУХТ, 2011. – 53
с.
96
Додатки
Апаратурно-технологічна схема
97
УДК
УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПИВА З ВИКОРИСТАННЯМ
ІННОВАЦІЙНИХ СПОСОБІВ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСІВ
РОЗМНОЖЕННЯ ТА ФЕРМЕНТАЦІЇ ДРІЖДЖІВ
Коденець В.М., здобувач групи МТБВ-303
кафедри харчових технологій
Сухенко В.Ю., д.т.н., професор кафедри
харчових технологій
Черкаський державний технологічний університет
Сучасні технології розмноження дріжджів передбачають створення аеробних
умов для здійснення даного процесу, що забезпечує високі врожаї дріжджових
культур і спрощує технологію розмноження. Крім того, дріжджі в аеробних
о
пропагаторах розмножують за температури 25 С для штамів як низового, так і
верхового бродіння. При цьому завдяки підвищенню температури тривалість
циклу розмноження дріжджів та переходу до аеробіозу значно скорочується[1].
Дріжджі розмножуються двома стадіями — лабораторною та виробничою.
Мета лабораторної стадії полягає у тому, щоб накопичити достатню кількість
біомаси дріжджів, що дає можливість перейти до їх розмноження на виробництві.
Це досягається послідовним пересіванням все зростаючого об‘єму культури та
перевіркою її санітарно-гігієнічного стану[1].
Пропонується різні способи активації дріжджів на стадії розмноження, один з
яких це інтенсивна аерація, але недоліком цього методу є низька ефективність
бродіння. Деякі вчені дослідили, що кисень впливає на розмір дріжджових клітин,
наприклад дріжджі вирощені при інтенсивній аерації мали дещо менші клітини,
ніж в анаеробних умовах. [1].
Відомі дослідження внесення препаратів – активаторів у поживне
середовище, які підвищують біохімічну активність клітин, що сприяє зростанню
їх продуктивності та бродильної активності. В роботі розглянуто можливість
внесення підкормки для Нутриферм Спешіал на стадії накопичення біомаси
дріжджів, в різних концентраціях (0,002-0,006 г/л). Визначено, що при додаванні
активатора, значно збільшувалась біомаса дріжджів, причому внесення його в
98
кількості 0,006 г/л та 0,004г/л майже дали однаковий результат. Причому
кількість мертвих клітин в 3 зразку зменшилось, у порівнянні з контролем, на
32,4%. Глікогену збільшилось на 12%, клітин, що брунькуються збільшилось на
10%. Час накопичення ЧКД зменшилось на 1 добу.
Тому можна зробить висновок, що доцільно вносити активатор на стадії
накопичення біомаси дріжджів в кількості 0,004 мг/л, що дозволить скоротити
час.
Наступним етапом роботи було визначення впливу активатора на дріжджі
після генерації. Із збільшенням генерації значно погіршується бродильна енергія
дріжджів внаслідок адсорбції на їх поверхні білково-дубильних комплексів,
хмелевих гірких речовин і бактерій, що інфікують пиво. В цьому випадку витрата
препарату збільшується до максимально рекомендованої норми (0,006 г/л).
Список використаної літератури:
1. Інноваційні технології продуктів бродіння і виноробства: підруч. / С.В.
Іванов, В.А. Домарецький, В.Л. Прибильський та ін.; за заг. ред. д-ра хім.
наук, проф. С.В. Іванова. – К.: НУХТ, 2012. – 487 с.
99