Совершенствование технологии пивного сусла с повышенной дозировкой несоложеного сырья

_ВЕСТНИК ПНИПУ_

2020 Химическая технология и биотехнология № 1

DOI: 10.15593/2224-9400/2020.1.02 УДК 663.422

А.А. Васильева, Т.А. Парамонов, Т.М. Панова

Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПИВНОГО СУСЛА С ПОВЫШЕННОЙ ДОЗИРОВКОЙ НЕСОЛОЖЕНОГО СЫРЬЯ

После принятия Технического регламента Евразийского экономического союза «О безопасности алкогольной продукции» разрешена доля внесения несоложеного сырья 20-50 %. Нами предложена технология получения пивного сусла с использованием высоких дозировок несоложеного сырья. Объектами исследования были светлый ячменный пивоваренный солод (ГОСТ 29294-2014) и ячмень обрушенный (ГОСТ 5060-86). Сырье предварительно измельчили до требуемого гранулометрического состава. Фракционный состав солода, %: шелуха - 15-18, крупная крупка -12-15, мелкая крупка - 30-35, мука - 25-40. Ячмень измельчали до фракции 0,5-1 мм. Для исследований использовали пробы с соотношением ячменя и солода: 30:70, 40:60, 50:50. Гидромодуль обработки - 3,5 г/г, концентрация ферментного препарата -1 % от массы зернового сырья. Гидролиз крахмала протекает в несколько стадий: клейстеризация, разжижение и осахаривание. Лимитирующая стадия всего процесса - разжижение, поэтому для его интенсификации перед затиранием была проведена предварительная обработка ячменя при Т = 80 оС с введением 10 % солода и ферментного препарата Амилосубтилин Г3х. Продолжительность ферментативной обработки составила 15, 30 и 60 мин. За основу режима принята диаграмма затирания в соответствии с технологическим регламентом ООО «Дикий Хмель» (п. Белоярский), включающая паузы, обеспечивающие ферментативные процессы расщепления крахмала и некрахмальных биополимеров солода и ячменя. Полноту осахаривания крахмала контролировали по йодной пробе. Полученное сусло анализировали физико-химическими методами анализа, принятыми в бродильной промышленности. На основании проведенных исследований нами рекомендован следующий режим переработки солода с повышенной дозировкой несоложеного сырья: дозировка ячменя - 50 %; продолжительность предварительной ферментативной обработки - 30 мин; концентрация ферментного препарата - 1 % от массы засыпи; выход экстракта - 81 %. Анализ проб на кислотность, цветность и содержание растворимого азота показали полное соответствие данных показателей требуемым значениям согласно технологической инструкции по производству пива.

Ключевые слова: пиво, солод, несоложеное сырье, ячмень, пивное сусло.

А.Д. Vasilyeva, T.A. Paramonov, T.M. Panova

Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russian Federation

IMPROVEMENT OF BEER WORT TECHNOLOGY WITH INCREASED DOSAGE OF UNSALTED RAW MATERIALS

After the adoption of The technical regulations of the Eurasian economic Union "on the safety of alcoholic beverages" allowed the share of unsalted raw materials 20-50 %. We have proposed a technology for producing beer wort using high dosages of unsalted raw materials. The objects of the study were: light barley malting malt (GOST 29294-2014) and barley (GOST 5060-86). The raw material was pre-milled to the required granulometric composition. The fractional composition of malt was, %: husk - 15-18, coarse grits - 12-15, fine grits - 30-35, flour - 25-40. Barley was crushed to a fraction of 0.5-1 mm. samples with a ratio of barley and malt were used for research: 30:70, 40:60, 50:50. Hydromodule processing - 3.5 g/g, the concentration of the enzyme preparation - 1 % by weight of grain raw materials. Hydrolysis of starch occurs in several stages: gelatini-zation, liquefaction and saccharification. The limiting stage of the whole process is liquefaction, so for its intensification before mashing, barley was pretreated at T = 80 oC with the introduction of 10 % malt and the enzyme preparation Amilosubtilin G3x. The duration of enzymatic treatment was 15, 30 and 60 minutes. The mode is based on the mashing diagram in accordance with the technological regulations of LLC "Wild Hops" (Beloyarsky), including pauses that provide enzymatic processes of splitting starch and non-starch biopolymers of malt and barley. The completeness of starch saccharification was controlled by iodine sample. The resulting wort was analyzed by physico-chemical analysis methods adopted in the fermentation industry. On the basis of the conducted researches we recommended the following mode ofprocessing of malt with the increased dosage of unsalted raw materials: dosage of barley - 50 %; duration of preliminary enzymatic processing - 30 min; concentration of an enzyme preparation - 1 % from weight of a backfill; an extract yield - 81 %. Analysis of samples for acidity, chromaticity and soluble nitrogen content showed full compliance of these indicators with the required values according to the Technological instructions for the production of beer.

Keywords: beer, malt, raw materials, barley, beer wort.

К несоложеному сырью относятся сахаросодержащие или крах-малсодержащие продукты, обладающие крайне слабой ферментативной активностью. К ним относятся зерновые культуры (ячмень, рис, кукуруза, пшеница, сорго, овес, рожь, тритикале, просо и др.), а также сахаристые материалы (сахар-песок, сахарные сиропы, экстракты солода и др.) [1].

В связи с введением в 2018 г. Технического регламента Евразийского экономического союза «О безопасности алкогольной продукции» (ТР ЕАЭС 047/2018) допускается частичная замена пивоваренно-

го солода зерном и (или) продуктами его переработки (зернопродукта-ми) при условии, что их совокупная масса не превышает 50 % массы заменяемого солода [2, 3]. Ранее, до введения данного документа, в процессе приготовления пивного сусла рекомендовалось использовать не более 20 % несоложеного сырья от массы сырья.

Целью данной работы является изучение возможности использования повышенных дозировок несоложеного ячменя при получении пивного сусла.

В качестве объектов исследования использовали: светлый ячменный пивоваренный солод (ГОСТ 29294-2014 «Солод пивоваренный. Технические условия») и ячмень обрушенный (ГОСТ 5060-86 «Ячмень пивоваренный. Технические условия»). Предварительно сырье измельчали на молотковой дробилке и фракционировали просеиванием на ситах до требуемого гранулометрического состава. Фракционный состав солода, %: шелуха - 15-18, крупная крупка - 12-15, мелкая крупка -30-35, мука - 25-40. Ячмень измельчали до фракции 0,5-1 мм.

Известно, что несоложеное сырье обладает низкой собственной ферментативной активностью, следовательно, ферменты солода не смогут обеспечить качественного расщепления всего крахмала, содержащегося в солоде и ячмене при дозировке последнего выше 30 %. Для решения этой проблемы нами предложено ввести дополнительную предварительную обработку ячменя в присутствии ферментного препарата. С этой целью выбран коммерческий ферментный препарат Амилосубтилин Г3х (ГОСТ 23635-90). Данный препарат содержит бактериальную а-амилазу, которая отличается повышенной термостабильностью (70-90 оС), в количестве 1500 ед./г. Важное значение имеет содержание в препарате Р-глюканазы и ксиланазы в дозировках до 500 и до 100 ед./г соответственно. Данные ферменты обеспечивают биохимическое расщепление гемицеллюлоз, входящих в состав клеток стенок эндосперма, и за счет этого облегчают доступ амилолитических ферментов в глубь крахмального зерна, что способствует повышению скорости и глубины ферментативного гидролиза крахмала [4, 5].

Для исследований использовали пробы с соотношением ячменя и солода: 30:70, 40:60, 50:50. Гидромодуль обработки - 3,5 г/г, концентрация ферментного препарата - 1 % от массы зернового сырья [6, 7].

Процесс гидролиза крахмала протекает ступенчато и включает следующие стадии:

Клейстеризация ^ Разжижение ^ Осахаривание.

Лимитирующей стадией всего процесса является разжижение, т.е. перевод крахмала в растворенное состояние. Для его интенсификации перед затиранием была проведена предварительная обработка ячменя при Т = 80 оС с введением 10 % солода и ферментного препарата Ами-лосубтилин Г3х. Температурный режим и дозировка вводимого солода выбраны на основании результатов предварительных исследований с учетом экономической целесообразности. Продолжительность ферментативной обработки составила 15, 30 и 60 мин [8, 9].

После данной обработки в массу вносили оставшийся солод и проводили затирание согласно режиму, представленному на рис. 1. За основу режима принята диаграмма затирания в соответствии с технологическим регламентом ООО «Дикий Хмель» (п. Белоярский), включающая паузы, обеспечивающие ферментативные процессы расщепления крахмала и некрахмальных биополимеров солода и ячменя.

80

Г

* Белковая пауза Мальтозная пауза

* Стадия осахаривания

* Полное осахаривание

120 140 160 180

I, мин

Рис. 1. Режим затирания

В процессе затирания контролировали полноту осахаривания крахмала по йодной пробе. Полученное сусло анализировали физико-химическими методами анализа, принятыми в бродильной промышленности в соответствии с ГОСТ 29294-2014 (кислотность, цветность, массовая доля экстракта (экстрактивность), влажность и продолжительность осахаривания).

Результаты анализа проб на полноту осахаривания представлены в таблице. Данная проба считается выдержанной, если цвет 0,1 н. раствора йода после введения пробы сусла остается неизменным. При проведении анализа учитывали изменение йодной пробы по цвету и интенсивности окрашивания:

Продукт гидролиза крахмала

крахмал

I

амилодекстрины

I

эритродекстрины

I

ахродекстрины

Молекулярная масса, кДа

300...1500

I

10.12 I

4.7

I

2,9.3,7

Цвет йодной пробы

синий

I

фиолетово-синий

I

красно-бурый

I

цвет йода

Результаты анализа проб на полноту осахаривания

Доля несоложеного сырья, % Продолжительность предварительной обработки, мин

15 30 60

50 Присутствуют эритродекстрины в значительном количестве Присутствуют эритродекстрины незначительно Пробу выдерживает

40 Присутствуют эритродекстрины незначительно Пробу выдерживает Пробу выдерживает

30 Присутствуют эритродекстрины незначительно Пробу выдерживает Пробу выдерживает

Анализ проб свидетельствует, что продолжительность предварительной ферментативной обработки несоложеного сырья напрямую влияет на полноту его осахаривания. В образцах с продолжительной предварительной обработкой 60 мин декстрины не были обнаружены, в то время как во всех образцах с продолжительностью обработки 15 мин выявлены декстрины - продукты неполного гидролиза крахмала.

Повышенное присутствие декстринов в сусле снижает общий выход экстракта, замедляет скорость ферментации за счет повышения вязкости сусла, снижает действительную степень сбраживания и ухудшает коллоидную стойкость пива при хранении [10, 11].

На рис. 2 представлена зависимость влияния продолжительности предварительной ферментативной обработки ячменя на экстрактив-ность полученного сусла.

18,5

03

В

ев Он

У 17,5

(Т> «

4 о

ч «

сЧ со о о о св

18

17

16,5

16

___*

0 10 20 30 40 50 60 70

Продолжительность обработки, мин 30 % ячменя 40 % ячменя 50 % ячменя

Рис. 2. Влияние продолжительности предварительной обработки на экстрактивность сусла

Следует отметить, что продолжительность предварительной ферментативной обработки прямо пропорционально влияет на экс-трактивность сусла. Обработка в течение 30 мин приводит к повышению экстрактивности сусла при всех используемых дозировках ячменя. Дальнейшая обработка повышает экстрактивность незначительно (прирост экстракта составляет не более 2 %). Таким образом, целесообразна продолжительность обработки 30 мин.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что при использовании повышенных дозировок несоложеного сырья для получения сусла с хорошей сбраживаемостью рекомендуется предварительная обработка ферментным препаратом Амилосубтилин продолжительностью не менее 30 мин.

На рис. 3 представлены результаты влияния дозировки ячменя на экстрактивность сусла.

Рис. 3. Влияние доли ячменя на экстрактивность сусла

На рис. 3 видно, что экстрактивность увеличивается практически линейно в зависимости от доли ячменя. Отсюда можно сделать вывод, что оптимально использовать максимально разрешенную долю в количестве 50 %.

Анализ проб на кислотность, цветность и содержание растворимого азота показали полное соответствие данных показателей требуемым значениям согласно Технологической инструкции по производству солода и пива (ТЧ 18-6-47-85) [11].

На основании проведенных исследований нами рекомендован следующий режим переработки солода с повышенной дозировкой несоложеного сырья: дозировка ячменя - 50 % от массы засыпи; продолжительность предварительной ферментативной обработки при концентрации ферментного препарата 1 % - 30 мин. Данный режим обеспечивает достижение выхода экстракта 81 %.

Список литературы

1. Меледина Т.В., Матвеев И.В., Федоров А.В. Несоложеные материалы в пивоварении: учеб. пособие / Университет ИТМО. - СПб., 2017. - 66 с.

2. ТР ЕАЭС 047/2018. Технический регламент Евразийского экономического союза «О безопасности алкогольной продукции» от 5 дек. 2018 г. № 98. - Доступ из справ.-правовой программы «КонсультантПлюс».

3. Бэмфорт Ч. Новое в пивоварении / пер. с англ. И.С. Горожанкиной, Е.С. Боровиковой. - СПб.: Профессия, 2007. - 519 с.

4. Кунце В. Технология солода и пива. - СПб.: Профессия, 2001. - 911 с.

5. Косминский Г.И. Научно-практические основы совершенствования технологии солода, пива, напитков брожения с использованием нетрадиционного сырья и новых культур микроорганизмов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2001. - 69 с.

6. Скурихина И.М., Волгарева М.Н. Химический состав пищевых продуктов. Справочные таблицы. - М.: Агропромиздат, 1987. - 360 с.

7. Меледина Т.В., Дедегкаев А.Т. Коллоидная стойкость пива: учеб. пособие / СПб., 2014. - 90 с.

8. Аннемюллер Г., Мангер Г.-Й. Несоложеное сырье в пивоварении: свойства, подготовка, применение. - СПб.: Профессия, 2015. -192 с.

9. Кретович В.Л. Биохимия растений: учеб. - 2-е изд. - М.: Высшая школа, 1986. - 503 с.

10. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. - СПб.: Профессия, 2003. - 304 с.

11. Технология бродильных производств: учеб. пособие / О.А. Котик, Н.В. Королькова, А.А. Колобаева, Е.В. Панина // Воронеж. ГАУ. - Воронеж, 2017. - 139 с.

12. Нарцисс Л. Пивоварение: в 2 т. - Т. 2. Технология приготовления сусла: пер. с нем. - М.: Эливар, 2003. - 365 с.

References

1. Meledina T.V., Matveev I.V., Fedorov A.V. Nesolozhenye materialy v pivovarenii [Unsalted materials in brewing: a Study guide]. Saint Petersburg, Universitet informatsionnykh tekhnologii, mekhaniki i optiki. 2017, 66 p.

2. TR EAEU 047/2018 Tekhnicheskii reglament Evraziiskogo ekonomicheskogo soiuza "O bezopasnosti alkogol'noi produktsii" ot 5 dekabria 2018 goda N 98.

3. Bamforth CH. Novoe v pivovarenii. Per. s angl. Gorozhankinoi I.S., Borovikovoi E.S. [New in brewing]. Saint Petersburg, Professiia, 2007, pp. 55-67.

4. Kunze W. Tekhnologiia soloda i piva [Technology brewing and malting]. Saint Petersburg, Professiia, 2001, 911 p.

5. Kosminsky G.I. Nauchno-prakticheskie osnovy sovershenstvovaniia tekhnologii soloda, piva, napitkov brozheniia s ispol'zovaniem netraditsionnogo syr'ia i novykh kul'tur mikroorganizmov [Scientific and practical bases for improving the technology of malt, beer, fermentation drinks using non-traditional raw materials and

new cultures of microorganisms]. Abstract of Doctor's degree dissertation. Moscow, 2001, 69 p.

6. Skurikhina I.M., Volgareva M.N. Khimicheskii sostav pishchevykh produktov: Spravochnye tablitsy [Chemical composition of food products]. Moscow, Agropromizdat, 1987, 360 p.

7. Meledina T.V., Dedegkaev A.T. Kolloidnaia stoikost' piva [Colloidal stability of beer]. Saint Petersburg, Universitet informatsionnykh tekhnologii, mekhaniki i optiki, 2014, 90 p.

8. Annemler G., Munger, G. Nesolozhenoe syr'e v pivovarenii: Svoistva, podgotovka, primenenie [Unsalted raw materials in brewing: Properties, preparation, application]. Saint Petersburg, Professiia, 2015, 192 p.

9. Kretovich V.L. Biokhimiia rastenii [Biochemistry of plants]. Moscow, Vysshaia shkola, 1986, 503 p.

10. Meledina T.V. Syr'e i vspomogatel'nye materialy v pivovarenii [Raw aterials and auxiliary materials in brewing]. Saint Petersburg, Professiia, 2003, 304 p.

11. Kotik O.A., Korolkova N.V., Kolobaeva A.A., Panina E.V. Tekhnologiia brodil'nykh proizvodstv [Technology of fermentation]. Voronezh, Voronezhskii gosudarstvennyi agrarnyi universitet, 2017, 139 p.

12. Narcissus L. Tekhnologiia prigotovleniia susla [The technology of preparation of wort]. Moscow, 2003, 365 p.

Получено 31.01.2020

Об авторах

Васильева Алина Аркадьевна (Екатеринбург, Россия) - магистрант кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериа-лов Уральского государственного лесотехнического университета (620100, г. Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37/5; e-mail: voyc_alina@mail.ru).

Парамонов Тимофей Андреевич (Екатеринбург, Россия) - магистрант кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериа-лов Уральского государственного лесотехнического университета (620100, г. Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37/5).

Панова Татьяна Михайловна (Екатеринбург, Россия) - старший преподаватель кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов Уральского государственного лесотехнического университета (620100, г. Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37/5; e-mail: ptm55@yandex.ru).

About the authors

Alina A. Vasilyeva (Yekaterinburg, Russian Federation) - Undergraduate Student, Department of Chemical Technology of Wood, Biotechnology and Nanomaterials, Ural State Forestry University (37/5, Siberian tract str., Yekaterinburg, 620100; e-mail: voyc_alina@mail.ru).

Timofey A. Paramonov (Yekaterinburg, Russian Federation) - Undergraduate Student, Department of Chemical Technology of Wood, Biotechnology and Nanomaterials, Ural State Forestry University (37/5, Siberian tract str., Yekaterinburg, 620100).

Tatyana M. Panova (Yekaterinburg, Russian Federation) - Senior Lecturer of the Department of Chemical Technology of Wood, Biotechnology and Nanomaterials, Ural State Forestry University (37/5, Siberian tract str., Yekaterinburg, 620100, e-mail: ptm55@yandex.ru).