Активация сухих пивных дрожжей с помощью комплексной дрожжевой подкормки

ТЕХНОЛОГИЯ^

УДК: 663.12

Активация сухих пивных дрожжей

с помощью комплексной дрожжевой подкормки

Л. В. Пермякова, канд. техн. наук, доцент; В. А. Помозова, д-р техн. наук, профессор; Д. С. Апенова Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Р. В. Русских

ООО «Арта», г. Новосибирск

Ключевые слова: активация; подкормка; сухие пивные дрожжи. Keywords: activation; fertilizing; dry beer yeast.

Пиво — продукт биохимической деятельности дрожжей. Наряду с составом сусла и технологическими условиями дрожжи играют ответственную роль в ходе производства пива и влияют на качество получаемого продукта. Существенное значение для производства пива имеют физиологическое состояние дрожжей, ферментативная активность и условия их жизнедеятельности. Важный этап ведения дрожжевой культуры в производстве — их хранение и подготовка перед внесением в сусло.

В настоящее время на пивоваренных заводах небольшой мощности широко применяют препараты активных сухих дрожжей. Они не требуют дополнительного оборудования для разведения чистой культуры, не оказывают отрицательного влияния на основные физико-химические и органолеп-тические показатели пива. Однако жизнеспособность таких дрожжей в большинстве случаев понижена. Поэтому перед брожением их необходимо не только реактивировать, но и обеспечить восстановление всех жизненных функций, в том числе активность ферментативных систем.

Активирование дрожжей перед введением в сусло осуществляется физическими и химическими методами.

Применение физических методов позволяет интенсифицировать технологических процесс, улучшить качество и выход конечного продукта. Однако большинство из этих

способов требуют специального дорогостоящего оборудования [1].

Суть химических методов активации заключается в применении специальных препаратов и подкормок. Их использование позволяет увеличить выход биомассы, интенсифицировать процесс накопления дрожжей в единицу времени, получить посевной материал в более активном состоянии.

В качестве таких стимуляторов часто применяют автолизаты микробной биомассы, полученные методом индуцированного автолиза. Учеными МГУПП был использован ряд биологически активных соединений, таких как автолизаты дрожжей, янтарная кислота (ЯК) [2]. В ГУП «Экспериментальный завод напитков в Хамовниках» анализировали состав наиболее значимых питательных добавок для дрожжей и эффективность их действия на клетки. Особенно была отмечена добавка, основу которой составляет гидролизат (автолизат) пивных дрожжей, содержащий 3,5% амин-ного азота, до 7-8 % углеводов, 2-3% нуклеиновых компонентов, а также эргостерин, витамины группы В, биотин, парааминобензойную кислоту и др. Исследования показали, что обогащение сусла данной питательной добавкой повышает продуктивность дрожжей (до 33,6%) и улучшает их биотехнологические свойства: устойчивость к неблагоприятным условиям среды, бродильную активность и электрофизические параметры, определяющие флокуляционную способность [3].

Известны способы повышения физиологической активности дрожжей с помощью внесения в сусло порошка шелухи солода; плазмоли-зата дрожжей; молочной сыворотки [4]; дрожжевых экстрактов [5, 6]; чечевичной муки [7]; дикарбоновых кислот [8].

Получен положительный эффект от влияния кремния на углеводный и азотный обмен дрожжей рода ЗаесНаготуевз. Источником диоксида кремния служили природный кварцевый песок бархана Сарыкум и промышленное кварцевое стекло. Было обнаружено усиление биологической активности популяции по росту, жизнедеятельности, генеративной активности и проявлению адаптивной изменчивости по форме, величине клеток [9].

На кафедре «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» МГУПП был разработан способ повышения жизнеспособности пивоваренных дрожжей с использованием препаратов синезеле-ной водоросли Спирулины платен-сис. Активированные Спирулиной дрожжи отличаются более высокой скоростью размножения, к концу главного брожения формируется плотный осадок, дрожжи хорошо флокулируют.

Использование препарата си-незеленых водорослей позволяет поддерживать дрожжи в течение длительного времени в активном состоянии. Внесение данного препарата в сусло можно проводить не только как регулярную операцию, но и как «скорую помощь» для активации ослабленных в ходе технологических процессов, многократно применяющихся дрожжей и стабилизации их бродильных свойств [10].

Для удовлетворения потребности дрожжей в микроэлементах и витаминах в настоящее время широко используют специальные препараты («подкормки для дрожжей», «питание для дрожжей»), как одно-компонентные, так и многокомпонентные, содержащие аминокислоты, витамины, минеральные вещества (сульфат цинка, «Истекс», «Истфилд», «Хай Вит», «Истфуд», «Алкотен», «Родия Зумесит» и др.) [11, 12].

Применение этих препаратов ускоряет разбраживание сусла, предотвращает замедление и оста-

18 ПИВО и НАПИТКИ 2012

250

225

175

Я 100

Зимазная

Мальтазная

Доза КДП, г/100 см3:  0,05  0,1

Инвертазная

0,2 0,5

рто 175 он

5 150

¡3 125 -ет

2 100 -ст е

50

П

_

'ТЕХНОЛОГИЯ

I

Почкующиеся С гликогеном Мертвые

Доза КДП, г/100 см3:  0,1  0,2  0,3

я 275

200 -

200

150

125

Рис. 1. Влияние КДП на ферментативную активность дрожжей

Рис. 2. Влияние КДП на физиологические показатели дрожжей

новку брожения, сокращает длительность брожения, способствует глубокому сбраживанию сахаров сусла, увеличивает прирост дрожжей, стойкость их к автолизу, в ряде случаев способствует снижению содержания диацетила в пиве. Вносят данные подкормки чаще всего в сусло перед брожением.

Однако в состав этих подкормок в качестве минеральной составляющей входят неорганические вещества (диаммоний фосфат, сульфаты марганца и цинка, метабисульфит калия), чужеродные для пищевого продукта, что с гигиенической точки зрения нежелательно.

Основная цель данной работы — разработка состава комплексной дрожжевой подкормки и оценка ее влияния на процесс сбраживания сусла и качество пива на примере сухих дрожжей Sa.fla.ger расы W-34 / 70.

Для повышения биохимической и физиологической активности дрожжевой культуры нами предложено добавление к дрожжам или внесение в сусло перед введением дрожжей комплексной подкормки, представляющей собой смесь совместно измельченных природных цеолитсодержащих туфов и дрожжей.

Комплексная дрожжевая подкормка (КДП) в качестве основной минеральной составляющей содержит цеолитсодержащий туф. Природные цеолиты — минералы естественного происхождения, что важно с точки зрения гигиенической безопасности при использовании их в пищевой промышленности. Цеолиты — гидроалюмосиликаты каркасного кристаллического строения — обладают комплексом

свойств: ионообменных, адсорбционных, молекулярно-ситовых, каталитических, что позволяет достаточно широко применять их в различных отраслях промышленности [13].

КДП получают следующим образом: цеолитсодержащий туф предварительно измельчают до частиц размером 0,8-1,0 мкм в аппарате роторного типа «ротор в роторе», затем смешивают с сушеными хлебопекарными дрожжами в соотношении 3:1 и снова пропускают через аппарат. В результате за счет трения температура резко повышается до 70...75 °С и дрожжи подвергаются термолизу, вследствие чего минеральная составляющая подкормки обогащается ценными компонентами дрожжевой клетки — органическими веществами (белками, ферментами, аминокислотами, витаминами, ростовыми веществами) и неорганическими соединениями (фосфором, калием, натрием и др.).

Нами изучено влияние КДП на активность основных ферментных систем дрожжей, процесс сбраживания сусла с использованием активированной дрожжевой культуры и качество полученного пива.

Активность ферментов определяли поляриметрическим методом [14, 15]: а-глюкозидазы (мальтазы) — по скорости ферментативной реакции гидролиза мальтозы, зимазы — по скорости потребления глюкозы под действием зимазного комплекса дрожжей, в-фруктофуранозидазы (инвертазы) — по скорости расщепления сахарозы дрожжами.

Физиологическое состояние дрожжей (количество клеток общее, почкующихся, мертвых, с гликоге-

ном) оценивали прямым микроско-пированием [16]. Мертвые клетки определяли путем окрашивания дрожжевой суспензии метиленовым синим по Финку, клетки с гликогеном — раствором Люголя.

Показатели качества сусла и пива в процессе его сбраживания определяли общепринятыми в отрасли методами [17].

Сухие дрожжи Saflager расы W-34 / 70 предварительно реактивировали 20 мин в 12%-ном сусле при температуре 25 °С в соответствии с инструкцией производителя. Затем для активации в опытные образцы дрожжевой разводки вносили КДП и выдерживали при 25 °С в течение 1 ч.

Контролем служил образец дрожжевой суспензии в сусле без внесения добавки.

В процессе выдержки оценивали активность а-глюкозидазы, в-фруктофуранозидазы и зимазно-го комплекса дрожжей. Инвертаза и мальтаза — ферменты подготовительной стадии брожения, а зима-за — комплекс ферментов, катализирующих спиртовое брожение.

Из полученных результатов (рис. 1) видно, что использование КДП приводит к увеличению активности исследуемых ферментов дрожжевой клетки в сравнении с контролем: а-глюкозидазы — в 1,7-2,7 раза, зимазы — в 1,6-2,4 раза, инвертазы — на 9-30%. Возрастание ферментативной активности напрямую связано с дозой подкормки.

Положительное действие КДП на физиологическое состояние дрожжевой культуры (рис. 2) наблюдается уже при дозировке 0,05 г / 100 см3 и в дальнейшем при ее увеличении

1 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ 19

1 ТЕХН

ТЕХНОЛОГИЯ

Таблица 1

Вариант 0 Длительность брожения, сут 12 3 4 7

Общее количество клеток, млн кл/см3 1

Контроль 20,0 23,0 52,5 25,0 20,0 13,0

Опыт 1 20,0 30,0 58,0 37,5 30,0 5,0

Опыт 2 20,0 30,0 62,5 35,0 27,0 8,0

Клетки почкующиеся, %

Контроль 30 62 60 51 44 35

Опыт 1 25 65 74 56 50 42

Опыт 2 25 67 79 60 54 45

Видимый экстракт, %

Контроль 11,80 11,50 10,50 8,76 7,80 4,95

Опыт 1 11,80 11,40 10,30 8,20 6,73 4,10

Опыт 2 11,80 11,30 10,10 7,86 5,73 3,75

Аминный азот, мг/100 см3

Контроль 32,20 30,90 28,00 25,20 23,80 19,60

Опыт 1 32,20 30,30 27,00 23,80 23,10 18,90

Опыт 2 32,20 28,00 25,00 22,40 21,70 18,20

Таблица 2

Показатели Исходное Пиво

сусло контроль опыт 1 опыт 2

Объемная доля спирта, % — 4,54 4,62 4,66

Цвет, ц. ед. 1,5 1,3 1,1 0,9

Кислотность, к. ед. 2,35 2,52 2,58 2,63

Полифенолы, мг/дм3 253,0 243,5 238,5 222,7

Фракция А белка, мг/100 см3 24,0 20,8 20,1 19,0

усиливается. Количество почкующихся клеток возрастает в 1,5-2,0 раза в сравнении с контролем, клеток с гликогеном — в 1,6-1,7 раза, снижение концентрации мертвых клеток составляет от 8 до 30%.

Полученные данные свидетельствуют, что даже кратковременная активация реактивированных сухих дрожжей предлагаемой подкормкой способствует значительному улучшению физиологических и биохимических характеристик культуры, что может в дальнейшем положительно сказаться на процессе сбраживания и качестве готового напитка.

Для изучения процесса сбраживания сусла дрожжи вносили в сусло из расчета 20 млн клеток / см3 с учетом количества мертвых клеток. Брожение вели в холодильнике при температуре 12 °С в закрытых сосудах в течение 7-8 сут, дображивание — 30 сут при температуре 2...3 °С.

Сравнивали варианты: опыт 1 — сбраживание сусла дрожжами, предварительно активированными КДП в дозе 0,1 г / 100 см3; опыт 2 — сбраживание сусла, в которое предварительно вносили КДП из расчета 0,05 г/ 100 см3, реактиви-

рованными дрожжами без предварительной обработки; контроль — сусло, сброженное дрожжевой разводкой без предварительной ее активации и без внесения в среду КДП (табл. 1).

Как видно из данных табл. 1, во всех вариантах размножение дрожжей, потребление экстракта, аминного азота имеют одни закономерности, однако в опытных образцах с добавлением КДП к дрожжам или в сусло эти процессы идут интенсивнее. В опытных вариантах молодого пива концентрация дрожжевых клеток во взвешенном состоянии к концу брожения значительно меньше, чем в контрольном, что в дальнейшем должно положительно сказаться на процессе осветления пива при дображивании, фильтровании и, возможно, на коллоидной стойкости готового напитка.

Интенсификацию процессов, происходящих при сбраживании сусла предварительно активированными дрожжами, можно объяснить повышением активности ферментов подготовительной стадии и собственно спиртового брожения и

улучшением физиологического состояния культуры.

Один из важнейших показателей качества готового пива — его способность в течение гарантийного срока хранения оставаться прозрачным. Интенсификация процесса сбраживания как за счет предварительной активации дрожжей, так и собственно на стадии брожения в определенной степени может оказать влияние на стабильность пива к образованию коллоидных помутнений. В полученном пиве были определены показатели (содержание полифенолов и фракции А белка), косвенно характеризующие коллоидную стойкость готового продукта (табл.2).

В образцах, в которые была предварительно внесена подкормка, отмечены более высокая степень сбраживания и объемная доля спирта, меньшее содержание по-лифенольных соединений, высокомолекулярных белков. Причины этого, очевидно, связаны с быстрым снижением рН в сбраживаемой среде, что способствует лучшей коагуляции белково-фенольных комплексов, и адсорбционным действием на мутеобразующие компоненты пива цеолитсодержащего туфа, входящего в состав подкормки.

Уменьшение количества полифенолов коррелирует с характером изменения цвета в процессе сбраживания, так как окраска пива определяется не только красящими веществами (меланоидинами, карамелями), но и фенольными соединениями. Кроме того, в образцах с внесением КДП пиво отличается гармоничным, полным вкусом, мягкой хмелевой горечью.

Наблюдаемые явления определяются химическим составом КДП и свойствами входящих в ее состав компонентов.

Подкормка содержит природный минерал — цеолитсодержащий туф. При контакте цеолита КДП со средой происходят ионообменные процессы, приводящие к обогащению среды различными микро- и макроэлементами, которые способствуют размножению дрожжей (натрий, калий, кальций), флокуля-ции клеток, стимуляции брожения (магний, марганец, цинк, железо, медь).

Благодаря адсорбционным свойствам цеолит извлекает из сусла

20 ПИВО и НАПИТКИ 2012

'ТЕХНОЛОГИЯ г

фенольные, горькие вещества, тяжелые металлы и другие токсичные компоненты, переходящие из воды и сырья в среду и отрицательно влияющие на развитие дрожжей, а также активность некоторых ферментов клетки. Частичное удаление из среды этих соединений положительно отразилось на размножении дрожжевой культуры, интенсификации процесса сбраживания, способствовало лучшей коагуляции белково-фенольных комплексов, что в итоге повлияло на качество готового пива.

КДП содержит не только минеральные вещества природного цеолита, но и компоненты самой дрожжевой клетки (витамины, аминокислоты, биологически активные соединения и др.), которые входят в состав различных ферментов дрожжей, участвуют в биосинтезе питательных веществ, стимулируют расщепление сахаров, способствуют улучшению морфологических и физиологических характеристик культуры. Эффективность воздействия КДП связана именно с наличием комплекса веществ, влияние которого существенно превосходит действие ионов металлов, витаминов и аминокислот в отдельности.

Таким образом, использование КДП на различных стадиях приготовления пива позволяет ускорить обменные процессы дрожжевой культуры, что положительно сказывается на физико-химических и органолептических показателях готового напитка, его стабильности к образованию помутнений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Помозова, В. А. Активация пивных дрожжей/В. А. Помозова, Л. В. Пермякова, Е. А. Сафонова, В. В. Артемасов // Пиво и напитки. — 2002. — № 2. — С. 26-27.

2. Гребенников, В. А. Использование активаторов дрожжей при производстве кваса/В. А. Гребенчиков, М. В. Гернет // Пиво и напитки. — 2003. — № 3. — С. 34-37.

3. Шишков, Ю. И. Увеличение физиолого-биохимической активности посевных дрожжей/Ю. И. Шишков, С. А. Плахов // Пиво и напитки. — 2002. — № 3. — С. 14-19.

4. Козлов, С. Г. Исследование и разработка способов активации дрожжей с использованием молочной сыворотки: автореф. дис. ... кан,д. техн. наук/С. Г. Козлов. — Кемерово: КемТИПП, 2002.

5. Влияние дрожжевых экстрактов на процесс сбраживания сусла из крахмалсодержаще-

го сырья/С. С. Горелов [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. —

2005. — № 1. — С. 22-23.

6. Активирующий эффект воздействия дрожжевого экстракта на клетки Засскагошусгз сегеуша/О. Ю. Бодрова [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. —

2006. — № 3. — С. 29-30.

7. Пащенко, Л. П. Применение чечевичной муки для активации прессованных дрожжей/Л. П. Пащенко, И. М. Жаркова // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. — 2005. — № 10. — С. 77-80.

8. Активация дрожжей Saccharomyces ди-карбоновыми кислотами /Н.П. Григорьева [и др.] // Конференция «Пищевая промышленность — XXI век». — 2001. — С. 64-65.

9. Абрамов, Ш. А. Морфофизиологические свойства дрожжей рода Saccharomyces на кремнийсодержащих средах/Ш. А. Абрамов, О. К. Власова, С. Ц. Котенко // Виноделие и виноградарство. — 2008. — № 4. — С. 14-15.

10. Бидихова, М. Э. Повышение жизнеспособности пивоваренных дрожжей использованием Спирулины платенсис/М. Э. Биди-хова, А. Е. Груздева // Пиво и напитки. — 2002. — № 6. — С. 10-12.

11. Рекомендации по активности жизнедеятельности пивоваренных дрожжей. — М.: ВНИ-ИПБиВП, 1995. — 5 с.

12. Меледина, Т. В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении/Т. В. Меледина. — СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. — 304 с.

13. Хорунжина, С. И. Природные цеолиты в производстве напитков/С. И. Хорунжина, В. М. Позняковский. — Кемерово: АО «Куз-бассвузиздат», 1994. — 240 с.

14. Абрамова, И. М. Разработка и исследование биохимических методов определения ферментативной активности хлебопекарных дрожжей и их применение в пищевой биотехнологии: автореф. дис. ... канд. техн. наук/И. М. Абрамова. — М.: 1992. — 25 с.

15. Полыгалина, Г. В. Определение активности ферментов: справочник/Г. В. Полыгалина, В. С. Чередниченко, Л. В. Римарева. — М.: ДеЛи принт, 2003. — 375 с.

16. Слюсаренко, Т. П. Лабораторный практикум по микробиологии пищевых производств/Т. П. Слюсаренко. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 208 с.

17. Ермолаева, Г. А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия/Г. А. Ермолаева. — СПб.: Профессия, 2004. — 536 с.

1 • 2012

ПИВО и НАПИТКИ 21