СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА
METHOD FOR MANUFACTURING BEER

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам производства пива с лечебно-профилактическими свойствами.
Известен способ производства пива путем введения вкусовых добавок в виде экстрактов лекарственных трав: девясила, донника лекарственного и зверобоя продырявленного, а в качестве тонизирующей добавки-пантогематогена [патент РФ №2129593, опубл. 17.04.1999; Бюл. №12 (II ч.)].
Известный способ только косвенно снижает токсические проявления пива в организме потребителя, направлен на коррекцию вкуса и повышение тонизирующего действия напитка. Применение витаминов и добавок, предлагаемых в известном способе, направлено воздействуют на защиту отдельных групп клеток организма и не учитывается, что при злоупотреблениях алкоголем поражаются защитные системы и органы в целом, а в первую очередь - печень - своеобразная антитоксическая биохимическая лаборатория организма.
Известен способ производства пива с гепапротекторными свойствами путем введения в молодое пиво на стадии дображивания и в готовое пиво водно-спиртового раствора экстракта растения солянки холмовой (фитопрепарат «Лохеин» в интервале концентраций от 14 до 25 мл/л) [патент РФ №2162883 С2, опубл. 10.02.2001, Бюл. №4 (II ч.)].
Рассматриваемый способ в основном направлен на снижение токсического воздействия на печень организма и способствует снятию определенных симптомов токсических проявлений при злоупотреблениях алкоголем. Между тем при длительном употреблении пива по мере накопления в организме метаболитов метанола (формальдегида и муравьиной кислоты), содержание которого в пиве на порядок превосходит крепкие алкогольные напитки, ухудшаются обменные процессы в мозговой ткани, что приводит к мозговым нарушениям и как следствие этому - выраженному слабоумию и снижению личностной оценки.
Технологические решения, направленные на снижение токсичности самого пива отсутствуют. В специальном исследовании [Третьяк Л.Н., Герасимов Е.М. Новый взгляд на проблемы пивоварения. Вестник ОГУ, 2003, №2, с.153-162] мы привели данные о токсичности самого пива и содержащихся в нем компонентов. При этом одним из критериев накопления токсических веществ в пиве является концентрация ацетоина [патент РФ №2281498 С2, опубл. 10.08.2006, Бюл. №22].
Известен способ производства пива посредством промывания регенерированных дрожжей водой, обогащенной селеном, [патент РФ №2144064, опубл. 10.01.2000, Бюл. №1 (II ч.)]. Это позволяет придать пиву антиоксидантные свойства. В данном аналоге водой, обогащенной на гальванической установке селеном, регенерируют пивные дрожжи, применяемые в процессе главного брожения.
Данный способ не учитывает возможного ассимилирования селена дрожжами в процессе главного брожения, а также его восстановление аскорбиновой кислотой, ионами меди и железа, находящимися в сусле, что не позволяет судить, насколько увеличивается биологическая ценность пива, способствующая защите организма человека от токсического действия алкоголя.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства пива [Лузан В.Н., Червонная С.С, Усачева О.А. Производство пива, обогащенного селеном. Пиво и напитки, 2006 - №4. - С.26-27; Червонная, С.С. Технология пива светлого, обогащенного селеном: автреф. дис.кан.тех. наук. Улан-Удэ, 2006, с 18-20], включающий очистку солода и ячменя, дробление солода и ячменя, приготовление затора, фильтрование затора, кипячение сусла с хмелем, отделение сусла от хмелевой дробины, осветление и охлаждение сусла, внесение биомассы дрожжей с добавлением селенита натрия на этапе основного брожения, дображивание и созревание, осветление пива, розлив пива в бутылки и бочки. Прототип положен в основу разработки новой технологии и нового пищевого продукта, а именно светлого пива «Лунное».
Известно влияние селенита натрия и неоселена на дрожжевую массу в процессе брожения. Объектами исследования служили: пивные дрожжи штамма 8 AM И11 Sacch. serevisiae, разведенные до цеховой стадии; 11%-ное охмеленное пивное сусло; 0,05% раствор элементарного селена в 4% растворе кислоты хлористоводородной; 0,5% раствор селенита натрия и 0,05% раствор неоселена нейтрального (ФСП 42-024710110). Дозы селенита натрия подбирали в соответствии с рекомендациями ВОЗ, которые могут составлять 50-200 мкг/сутки в зависимости от селенового статуса региона и того факта, что продукт будет носить статус профилактического. Ориентируясь на морфолого-физиологические характеристики пивных дрожжей и мутность пива, была предложена доза селенита натрия для обогащения биомассы дрожжей в 100 мкг/л. Проведенные авторами исследования показали, что процесс основного брожения пивного сусла интенсифицируется, это явилось основанием для снижения температуры с целью сокращения сроков брожения на одни сутки.
Существенным недостатком прототипа является то, что технология получения нефильтрованного пива «Лунное» никак не предназначена для снижения концентраций токсичных компонентов в готовом продукте. Исследования с введением селена в сусло (100-150 мкг селена в виде 0,05% раствора селенита натрия на литр сусла) на стадии основного брожения показали, что под действием селена резко изменяется деятельность дрожжей. С одной стороны, их количество увеличивается на 33,3-70,8% по сравнению с контролем. С другой стороны, на протяжении первых 4-5 суток основного брожения плотность сусла практически не меняется, превышая на 30-60% показатели контрольных опытов. Более того, количество насыщенных гликогеном дрожжей в опытных сериях было в 30 раз больше, чем в контрольных. Что позволяет констатировать факт паралича процесса основного (главного) брожения: и дрожжей избыток, и количество гликогена увеличилось, однако сусло они перестают сбраживать очевидно за счет блокады клеточного тканевого дыхания под воздействием избытка селена. Установлено также, что дображивание и созревание, а так же осветление пива мало влияют на содержание селена. В готовом продукте его концентрация более чем в 2 раза отличается от доз, введенных в сусло. При этом авторы предполагают, что селен проходит через все этапы пивоварения, будучи в связанном состоянии с какими-то белковыми фракциями. Доказательств реальности указанного механизма авторы не приводят. Разработчики технологии приводят данные, что и при дображивании пива количество дрожжевых клеток увеличивается по сравнению с контролем на 28,6-66,6% и продолжает увеличиваться при увеличении сроков созревания: 540 КОЕ/л через девять-одиннадцать дней по сравнению с контролем. Однако плотность пива, его кислотность и содержание алкоголя оставались одинаковыми с контролем. На основании этого авторы рекомендуют сократить сроки основного брожения и дображивания, ориентируясь на достижение в растворе определенного количества взвешенных клеток. По СанПиН 2.3.2.1078-01 допускается не более 500 КОЕ/л. [Сан ПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов, ФГУП Интер СЭН, 2002]. На наш взгляд данная рекомендация не выглядит бесспорной, как и необходимость применения селена на стадии основного брожения. Так, контроль количества клеток в готовом продукте ведется контрольно-надзорными службами с применением микробиологических методов (многосуточных), которые не относятся к категории «оперативного контроля регламента производства пива».
Таким образом, сам критерий технологической увязки оперативного регулирования сроков дображивания пива с количеством КОЕ в нем выглядит некорректно. При этом приводимый авторами баланс соединений селена [Червонная С.С. Технология пива светлого, обогащенного селеном: автреф. дис.кан.тех. наук. Улан-Удэ, 2006 с.20] сопровождается более чем двукратными потерями: 100 мкг/л в сусле и от 39,4 до 42,8 мкг/л в готовом продукте при 4-6% потерь при фильтрации. Это может свидетельствовать об оседании селена на стенках технологического оборудования и возможном его вымывании при следующих варках. Производство пива с традиционными этапами фильтрования и тепловой обработки, как известно, приведет к дополнительным потерям соединений селена в процессе осаждения на фильтрах и его тепловом разрушении. Возможна и противоположная ситуация: любители пива могут намного превысить адекватный уровень потребления, что приведет к токсическим проявлениям в организме, аналогичным при отравлении бледной поганкой. Известно, что примененные авторами прототипа соединения селена в организме проходят процесс утилизации посредством образования крайне токсичных химических соединений. В организме селенат - и селенит-анионы быстро восстанавливаются ферментативным путем до селеноводорода, присутствующего при физиологических значениях рН, в основном в виде гидроселениданиона (HSe). Некоторое количество образующегося селеноводорода быстро связывается с транспортными белками за счет нестойких ковалентных или Ван-дер-Ваальсовых связей, образуя лабильный («обмениваемый с селенитом») пул селена [Janghorbani М. Comparison of the magnitude of the selenite exchangeable pool and whole body selenium in adult rats / J. Nutr. 1990, V.120, N 2, p.190-199; Janghorbani M. The selenite-exchangeable metabolic pool in humans: a new concept for the assessment of selenium status / Amer. J. Clin. Nutr., 1990, V.51, p.670-677; Janghorbani M. Correlation between the size of the selenite-exchangeable metabolic pool and total body or liver selenium in rats / J. Nutr. 1991, V.121, 345-354]. Избыточные количества селеноводорода медленно подвергаются ферментативному метилированию [Sayato Y. Selenium methylation and toxicity mechanism of selenocystine / Yakugaku Zasshi,1997, V.117, N 10/11, p.665-672]. Процесс метилирования производных селеноводорода обратим. Строго определенное количество селена, входящего в состав пула селеноводорода, через стадию селенофосфата включается в высокоспецифический процесс синтеза так называемых Se-специфических селенопротеинов [Amberg R. Selenocysteine synthesis in mammalia: an identity switch from tRNA(Ser) to tRNA(Sec) / J.Mol. Biol, 1996, V.263, N 1, p.8-19; Brigelius-Flohe, R. Determinants of PHGPx expression in a cultured endothelial cell line / Biomed. Environ. Sci.,1997, V.10, N 2/3, p.163-167]. В состав этих белков Se входит у позвоночных исключительно в виде остатка селеноцистеина. Перечисленные возможности утилизации селеноводорода в организме ограничены в количественном отношении и при поступлении в организм избыточных количеств неорганического селена он может накапливаться в тканях в форме свободного гидроселенид аниона. Эта форма селена чрезвычайна токсична [Sunde R.A. Molecular biology of selenoproteins / Annu. Rev. Nutr., 1990, V.10, p.451-474].
Техническим результатом заявляемого способа является снижение токсичности пива и придание ему лечебно-профилактических свойств при сохранении органолептических характеристик.
Техническая задача решается тем, что в известном способе производства пива, включающем очистку солода и ячменя, дробление солода и ячменя, приготовление затора, фильтрование затора, кипячение сусла с хмелем, отделение сусла от хмелевой дробины, осветление и охлаждение сусла, внесение биомассы дрожжей с добавлением селенита натрия на этапе основного брожения, дображивание и созревание, осветление пива, розлив пива в бутылки и бочки, согласно изобретению ячмень перед дроблением подвергают микронизации, а брожение проводят до критического содержания сахаров и концентрации ацетоина, перед розливом в готовое пиво добавляют нетоксичное соединение селена с антиоксидантными свойствами, вводят в качестве гепатопротектора раствор стандартизованного экстракта «Расторопши», а в качестве адаптогенов экстракт элеутерококка в количествах, не изменяющих органолептических характеристик напитка.
В заявляемом техническом решении в отличие от применяемых многовалентных соединений селена (селенит натрия, селенат натрия, т.п.) нами применен двухвалентный селен, который обладает высокой всасываемостью (усваивается 85-95% дозы) и не образует в организме токсичного селенистого водорода [Van der Torre Н., Dokkum W., Schaafsma G., e.a. Effects of various levels of Se in wheat and meat on blood Se status indices and on Se balance in Dutch men, Brit. J. Nutr. - 1991 - V.65.-p.69-80].
На фиг.1 изображен общий вид установки УТ3-4 для микронизации ячменя, а на фиг.2 - показан ячмень после обработки.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.
Зерновое сырье перед дроблением микронизируют, чем достигается его стерилизация, увеличение количества сахаров и тем самым большая его готовность к утилизации дрожжами в процессе главного брожения. Подготовку сусла к главному брожению (варка - осахаривание, охмеление, охлаждение и введение дрожжей) проводят в обычном регламентном для данной марки пива режиме. Главное брожение проводят в сокращенном режиме: его длительность заканчивают по показаниям приборов, сигнализирующих о резком падении уровня сахаров до критического уровня (0,8÷0,5%). Этим предотвращается избыточное накопление в пиве сивушного масла и других токсичных продуктов сбраживания клетчатки и зерновых оболочек; концентрацию последних оценивают по концентрации ацетоина и диацетила. Последующие этапы проводят по основному регламенту получения данной марки пива. На этапе розлива в готовое пиво вводят дозированное количество избранного адаптогена, гепатопротектора и водорастворимого нетоксичного соединения двухвалентного селена.
Приводим пример 1 конкретного применения.
1. Признак изобретения «ячмень и солод подвергают микронизации», реализуется следующими действиями.
1.1 После предварительного увлажнения (в течение часа) до достижения массовой доли влаги 18-20%, ячмень пивоваренный (2-го класса, ГОСТ 5060-86) подвергали микронизации на установке микронизации УТ3-4 (см. фиг.1, 2 изготовитель г. Долгопрудный Московской области, производительностью 200 кг/час, мощностью 24,5 кВт) в течение 30 секунд при температуре в зоне действия галагеновых ламп, равной 160-165°С. Двигаясь по жаропрочной сетке, зерно ячменя перед поступлением в бункер нагревается до 130-135°С. Далее ячмень выдерживали в темперирующем бункере в течение 6 минут. Затем отобранную пробу массой 1 кг дробили на лабораторной установке до преобладающих размеров крупки 2-3 мм; более крупные и мелкие фракции зерна отделяли на сите.
1.2 Отобранная по примерной однотипности частиц проба помещалась в экспериментальную установку для облучения заданной длиной волны с целью разрыва глюкозидных связей крахмала с образованием более мелких фрагментов-декстринов, которые лучше, чем крахмал растворяются в воде и быстрее переходят в мальтозу. Энергетические характеристики этого процесса неизвестны, также как неизвестны оптимальные сочетания размеров зерна, длительности облучения, оптимальной длины волны и поверхностной плотности теплового потока. В примере конкретного применения мы использовали следующие параметры процесса:
- для резонансного воздействия на гликозидные связи с энергетикой
4-
4
2
31,9·10 41,4·10 Дж/моль мы использовали кратковременное (10-20 секунд) воздействие ультрафиолетовым потоком с длиной волны 0,19-0,37 мкм и поверхностной плотностью теплового потока 5-7 кВт/м, при этом длину волны регулировали светофильтрами, а мощность потока, измеряемую на поверхности крупки ячменя актинометром, регулировали мощностью заменяемых кварцевых галогеновых ламп, причем толщина слоя крупки ячменя не превышала 10 мм.
1.3. Подвергнутую микронизации пробу использовали для приготовления конгрессного сусла, причем лабораторные исследования выполнены в аккредитованных лабораториях г.Оренбурга.
1.4. Результаты декстринизации крахмала под влиянием примененной нами методики микронизации представлены в таблице 1. При этом мы сопоставили полученные нами результаты изменения физико-химических и микробиологических показателей ячменя в сравнении с известными в литературе способами специальной обработки [Ильичев Г.Н. Влияние гидротермической обработки на атакуемость крахмала овсяной крупы амилолитическими ферментами, Известия ВУЗов, Пищевая технология, 2003, №2-3, с.51-52; Омисова О.С., Крикунова Л.Н., Журба О.С., К вопросу способа инфракрасной обработки сырья в технологии этанола из зерна, Известия ВУЗов, Пищевая технология, 2004, №5-6, С.46-49].
Оказалось, что количество декстринов после микронизации увеличивается более чем в 70 раз, а количество редуцирующих сахаров, как и при барогидротермической обработке [Царева А.Б и др. Влияние барогидротермической обработки на качество ячменя. Пиво и напитки, 2005, №2, С.92-93] возрастает в два раза, по эффективности уступая экструдированию.
Таблица 1
Способ обработки
Время обработки, с
массовая доля влаги, %
Крахмал, % СВ
Декстрины % СВ
Редуцирующие сахара
Аминный азот мг/100 г
микронизация
30
27/11
44/55
6,8/0,09
1,22/0,61
-
экструдирование
12
9,5/14
57,8/60,5
8,2/0,1
6,58/1,2
47,5/39,6
Барогидротермическая обработка
10-50 с
12,6/12,1
50/62,0
-
0,6/0,31
47,4/39,4
Примечание: В числителе приведены показатели, достигнутые после обработки, в знаменателе - значение показателя контрольного образца
Таким образом, степень клейстеризации крахмала после микронизации увеличивалась в 25 раз, а его ферментная атакуемость - более чем в 3 раза.
При этом экспериментом доказано, что посторонняя (дикая) дрожжевая микрофлора полностью уничтожается. Наиболее устойчивыми оказались плесени (Alternaria, Aspergillus, Penicillium): после 30-секундного воздействия сохраняются их единичные колонии. Приводим результаты определения эпифитной (поверхностной) и субъэпидермальной (внутренней) микрофлоры ячменя (табл.2).
Таблица 2
Метод обработки
эпифитная
субъэпидермальная
контроль
солод
микронизации
10
10
4·10<sup>3</sup>
4,8·10<sup>5</sup>
СВЧ-обработка
0
-
10<sup>8</sup>
6·10<sup>3</sup>
Приводим пример 2 конкретного применения.
2. Признак изобретения «брожение проводят до содержания сахаров в количестве от 0,5 до 0,8% и концентрации ацетоина до 2,9 мг/л», реализуется следующими действиями.
Для оценки динамики соотношения сахаров, этанола и высших спиртов как побочных продуктов главного брожения пива сорта «Гофман» ОАО «ОрПиК» (г.Оренбург) были проведены измерения по дням брожения основных показателей процесса с использованием возможностей заводской лаборатории и физико-химической лаборатории «Центра гигиены и санитарии по Оренбургской области». Наиболее характерные соотношения экстрактивности, сахаров и этанола в процессе главного брожения, а так же побочных продуктов брожения по дням главного брожения приведены в таблице 3. Из данных таблицы 3 следует, что процесс главного брожения нужно прервать на пятые сутки, так как исчерпан ресурс сахаров, необходимых для дображивания.
Продолжение главного брожения может привести к нарушениям процесса дображивания, отразиться на процессах насыщения молодого пива углекислотой и образования вкусо-ароматических соединений. При этом на 6-е сутки главного брожения темп прироста образования спирта за счет снижения экстрактивности сусла уменьшается почти в 3 раза и далее прогрессивно падает.
Таблица 3
Дни брожения
Экстрактивность сусла, г/л
Концентрация, сахаров, г/л
Массовая доля этилового спирта, г/л
Темп прироста этанола к падению экстрактивности
Концентрация высших спиртов, мг/л
Концентрация аминного азота, мг/л
Концентрация ацетоина, мг/л
Концентрация диацетила, мг/л
0
12,1
6,1
0
0
184,5
1
12
5,8
0,1
-
29,49
184,5
1,0
2,0
2
11,6
5,0
0,5
1,02
64,99
183,5
1,5
1,28
3
10,9
3,8
1,1
0,81
82,99
168,5
2,0
0,8
4
9,9
2,3
1,8
0,74
90,99
166
3,0
0,44
5
8,9
0,9
2,5
0,66
92,24
155
4,0
0,36
6
7,6
0,3
2,8
0,24
93,49
150
19,0
0,24
7
6,5
-
2,9
0,12
94,69
148,5
19,6
0,15
8
6
-
3,0
0,1
95,39
145,45
н/о
н/о
Из таблицы 3 следует, что концентрация высших спиртов по дням брожения прогрессивно возрастает до 4-го дня брожения. При этом падение концентрации аминного азота наиболее заметно на третий день брожения. Это свидетельствует о том, что в образовании высших спиртов падение концентрации сахаров не является определяющим. Однако пятый день главного брожения является определяющим, так как с пятого дня темп падения концентрации сахаров и аминного азота совпадает с падением темпа прироста концентраций этанола и высших спиртов. Этот факт является основанием для прекращения главного брожения.
В молодом пиве на третий день брожения концентрация ацетоина возрастает более чем в 2 раза, а на 6 день брожения в 5-7 раз, достигая значений 19,6 мг/л, что свидетельствует о начинающихся нарушениях в технологическом процессе и накоплении токсичных продуктов, а именно об исчерпании запасов сбраживаемых сахаров. Эти 96-120 часов являются критическим сроком для прекращения основного (главного) брожения.
Приводим пример 3 конкретного применения.
3. Признак изобретения «Перед розливом в готовое пиво добавляют нетоксичное соединение селена с антиоксидантными свойствами в количестве от 100 до 150 мкг/л, а так же раствор стандартизированного экстракта «Расторопши» в количестве от 50 до 70 мг/л и элеутерококка в количестве от 8 до 10 мл/л» реализуется следующими действиями.
На этапе розлива в готовое пиво автоматическими дозаторами вводят спиртовые растворы адаптогена, гепатопротектора и антиоксиданта.
В качестве адаптогена применяли экстракт элеутерококка в дозе от 8 до 10 мл/л (Регистрационный номер Р №001518/01 от 21.05.04 г.). Препарат является физиологическим антагонистом средств, угнетающих центральную нервную систему, и улучшает обменные процессы в мозговой ткани. В качестве гепатопротектора применили спиртовый раствор стандартизированного экстракта «Расторопши (Silybum marianum) в дозе 100 мг/л.
19
22
В качестве антиоксиданта использовали селенопиран (CHSe) в дозах 100 мкг/л. Мы отказались от использования в качестве добавок таблетированных или масляных носителей основных компонентов, наиболее часто применяемых в пищевых добавках
[http://www.npkroz.ru/produkt007.aspx; http://www3.roz.ru/Catalog_New/352.aspx].
Нами принято решение добавлять селенопиран в спиртовые растворы «Расторопши» и элеутерококка, что резко усиливает растворимость органического соединения селена. Все примененные добавки в указанных дозах не изменяли органолептических характеристик пива, не вызывали его помутнения.
Таким образом, данный способ производства пива, по сравнению с прототипом, позволяет не только снизить образование в пиве токсичных веществ, нарастающих с увеличением сроков основного брожения, но и вводить в организм потребителя пищевые добавки, резко повышающие сопротивляемость организма к действию токсичных веществ, не только содержащихся в пиве, но и поступающих в организм человека извне.