Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 10
2.1.. Влияние сырья на качество кваса 10
2.2. Биокатализ целлюлозы растительного сырья 16
2.3. Способы получения и применения активаторов роста дрожжей в бродильных производствах 22
2.4. Способы и приёмы, применяемые в производстве для интенсификации процесса брожения 27
2.5. Использование природных цеолитов в бродильных производствах 37
2.6. Применение электро-химических активированных (ЭХА) растворов в пищевых технологиях 39
3. Экспериментальная часть 49
3.1. Материалы и методы исследований 49
3.2. Результаты и об суждения 52
3.2.1. Выбор штамма дрожжей для сбраживания квасного сусла 52
3.2.2. Влияние янтарной кислоты на накопление биомассы дрожжей, применяемых при производстве кваса 56
3.2.3. Получение автолизатов пивоваренных дрожжей и исследование его состава 58
3.2.4. Изучение адсорбционных свойств целлголаз, применяемых при получении растительных экстрактов 70
3.2.5. Применение лекарственных трав и пряноароматического сырья при производстве кваса 79
3.2.6. Применение цеолитов в технологии производства кваса 102
3.2.7. Применение электрохимически активированных растворов для обработки растительного сырья в технологии производства кваса и его розливе 109
3.2.8. Технологическая схема производства кваса 119
Выводы 123
Список использованной литературы
- Биокатализ целлюлозы растительного сырья
- Способы и приёмы, применяемые в производстве для интенсификации процесса брожения
- Влияние янтарной кислоты на накопление биомассы дрожжей, применяемых при производстве кваса
- Изучение адсорбционных свойств целлголаз, применяемых при получении растительных экстрактов
Введение к работе
В связи с ухудшением условий в отдельных регионах РФ и здоровья | населения в настоящее время необходима потребность в создании различных пищевых продуктов, в том числе и безалкогольных напитков, производство которых в нашей стране не столь велико.
В настоящее время сформированы научно-инновационные приоритеты в пищевых отраслях АПК (табл.1) и одним из пунктов актуальных развития науки в пивобезалкогольной отрасли являются квасы и напитки из хлебного сырья [1].
Таблица 1
Приоритеты развития науки в пивобезалкогольной отрасли
Известно, что рынок России переполнен напитками, содержащими синтетические ароматизаторы, красители, заменители сахара (аспартам, сахарин, сукралоза и т.д.), консерванты и другие ингредиенты.
Однако, до сих пор ни в нашей стране ни за рубежом нет достаточно
весомых данных о безопасности многих компонентов, входящих в рацион
; нашего питания. В России подобными исследованиями начали заниматься, і сравнительно, недавно и уже можно говорить о значительных успехах.
Показано, что в пище могут быть вещества, способные вызвать мутационные
повреждения. Некоторые вещества попадают в пищу из окружающей среды
(например, тяжёлые металлы, пестициды), другие образуются в продуктах в
результате микробиологического загрязнения при хранении (микотоксины),
третьи являются природными компонентами сырья (гидрохиноны
пирролизидиновые алкалоиды). Мутагенными свойствами могут обладать и
некоторые пищевые добавки.
Существует предположение, что большая часть мутагенов попадает в организм с пищей. Одновременно с рационом питания могут попасть вещества, обладающие комутагенной активностью, способные усиливать і эффекты мутагенов, сами по себе не являющиеся мутагенами.
Значительный вклад в разработку технологии безалкогольных напитков, обладающих антимутагенными свойствами, в научное обоснование рецептур внесены работами Орещенко А.В. Автором проведена оценка мутагенных свойств подсластителей (аспартама, ацесульфама, сахарина, сукралозы, цикламата) и красителей (тартразина, индиго-кармина, сансет жёлтого и др.), наиболее распространенных при производстве безалкогольных напитков. Проведённые эксперименты на животных методом хромосомных аберраций в клетках костного мозга показали, что все исследуемые подсластители и красители в дозах, соответствующих суточным допустимым для человека и в 10 раз их превышающих, не вызывают значимых изменений уровней спонтанного мутирования, что указывает на генетическую безопасность их применения [2].
Безалкогольный напиток медициной многих стран, в том числе и России, выделен как оптимальная форма пищевого продукта, используемая для
обогащения организма человека биологически активными веществами, применяемая для любого контингента потребителей.
Производство и потребление безалкогольных напитков в мире имеет устойчивую тенденцию к росту. Так, потребление безалкогольных напитков (л/год на человека) в Германии составляет - 195; в США - 164, Бельгии -129, Чехии - 110, Швеции - 55. Потребитель, делая выбор в пользу того или иного продукта, всё чаще ориентируется на следующие критерии:
продукт должен обладать превосходными вкусовыми качествами;
относиться к категории здоровой пищи;
быть натуральным;
быть комфортным в употреблении.
Данные о душевом потреблении безалкогольных напитков в экономически развитых странах свидетельствует о том, что наша страна значительно уступает им. Среднедушевое производство освежающих напитков и минеральных вод в России колеблется от 50 л в городах Москве и Санкт-Петербурге до 10-12 л в Восточно-Сибирском и Дальневосточном экономических районах [3].
Вместе с тем, в ближайшие годы следует ожидать роста производства безалкогольных напитков и значительных темпов роста (20-25% в год) производства минеральных вод как газированных, так и негазированных.
Специалисты с удовлетворением констатируют, что российские потребители и производители безалкогольных напитков в последнее время проявляют повышенный интерес к отечественным напиткам на натуральной основе и восстановлению исконно русских напитков - квасов, морсов.
Квас является одним из древних, исконно русским напитком, и он способен не только утолить жажду, но и служит для лечения многих заболеваний, то есть является чрезвычайно полезным. В старину квасом лечили цингу, желудочно-кишечные заболевания. Квас служил для промывания гнойных ран, может использоваться в виде примочек для опухолей и т.д. На Руси было известно значительное многообразие рецептов
7 кваса, к сожалению, не оправданно преданных забвению к настоящему времени [4].
До 1991г. в России производилось хлебного кваса на хлебной сырье более 30% от общего объёма производства безалкогольных напитков, что составляло на душу населения 9,5 л в год. В 1995г. производство кваса резко сократилось и составило 0,2 л на человека. В связи с этим перед бродильной промышленностью стоит задача возрождения производства русского национального напитка, имеющего также лечебно-профилактическое назначение. Одной" из задач этой отрасли является использование нетрадиционного сырья для получения новых видов квасов и других напитков брожения, а также применение биологически-активных веществ и экстрактов из лечебного растительного сырья, направленных на повышение сопротивляемости организма, особенно для лиц, проживающих в неблагоприятных регионах России [1].
В настоящее время уже ни у кого не вызывает сомнений, что для того, чтобы выжить в конкурентной борьбе, предприятиям различных видов приходится заранее определять стратегию своего развития, которая зиждется на конкурентных преимуществах [5].
К особенностям проявления конкурентного преимущества относятся следующие направления:
постоянное использование нововведений;
поиск новых, более совершенных форм выпускаемого товара;
улучшение качества товара на всех стадиях производственного цикла - от покупки качественного сырья до продажи потребителю.
Цель и задачи исследования
Цель работы - разработать технологические приёмы по совершенствованию технологии кваса для расширения . ассортимента, повышения биологической ценности напитка и стабильности.
8 Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
провести скрининг среди рас дрожжей, интенсивно сбраживающих квасное сусло;
подобрать и создать активаторы, позволяющие интенсифицировать процесс брожения квасного сусла;
разработать технологию получения экстрактов из растительного и пряноароматического сырья с использованием отечественных биокатализаторов;
изучить параметры процесса адсорбции и стабилизации ферментов с целью их эффективного использования для получения экстрактов;
подобрать наилучшую с технологической и экологической точек зрения систему получения ЭХА растворов, позволяющих значительно или полностью ликвидировать обсеменённость посторонней микрофлорой на всех этапах технологии приготовления кваса;
подобрать эффективный и доступный сорбент для осветления готового кваса с целью увеличения срока его хранения.
Научная новизна
Изучены основные факторы в технологии получения автолизата дрожжей, являющегося активатором брожения, положительно влияющие на его аминокислотный, жирнокислотный и витаминный составы.
Установлено благотворное влияние янтарной кислоты на накопление биомассы дрожжей, применяемых в квасоварении.
Изучена адсорбция целлюлаз на субстратах и определены основные факторы, влияющие на процесс (t, рН, продолжительность и др.).
На основании изучения специфичности состава используемого при производстве кваса растительного сырья предложены мультиэнзимные композиции, эффективно гидролизующие субстраты.
9 Изучено влияние ЭХА растворов и параметров их получения на жизнедеятельность различных групп микроорганизмов - возможных вредителей в производстве кваса.
Практическая значимость
Разработана технология получения кваса с повышенным сроком хранения с использованием традиционного и экстрактов из растительного сырья.
Предложенные технологические приёмы позволили на 30-40% интенсифицировать процесс брожения кваса и получить напиток, стабильность которого увеличена в 1,5 раза.
Разработана технологическая инструкция по производству кваса, включающая ассортимент новых рецептур с использованием пряноароматического сырья.
Разработаны МЭКи; для получения экстрактов из пряноароматического сырья и определены условия их эффективного применения.
Предложенная технология прошла опытно-промышленную проверку в ГУ ВНИИ ПБ и ВП,
Расчётно-экономический годовой эффект от внедрения технологии составляет 386,7 тыс. руб. при производительности завода 1 млн. дал кваса в год.
10 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2.1. Влияние сырья на качество кваса,
Квасоварение является одним из древнейших пищевых производств, а сам квас - любимым и традиционным для русского человека напитком. Несмотря на значительные успехи в родственных и очень близких к квасоварению бродильных производствах - спиртовом и пивоваренном, в последние годы квасоварение претерпело сравнительно мало изменений (не будем в данной работе останавливаться на причинах, в основном, экономического характера). В настоящее время квасы получают, как правило, из концентрата квасного сусла (ККС), первые опыты по получению которого были проведены в 40х годах прошлого столетия [7], продолжены в 50х годах [6] и внедрены в 60х [8J. Освоение такой технологии в то время позволило значительно улучшить качество получаемого продукта, расширить регионы получения кваса, а также обеспечить постоянство органолептических и физико-химических свойств напитка. Традиционным сырьём для приготовления ККС, обуславливающим его специфический вкус и аромат, является ржаной ферментированный солод. Часть ржаного солода может быть заменена на нёсоложёное сырьё. Частичная замена (от 10 до 25%) вызывает трудности при переработке заторов, вследствие высокой вязкости, из-за большого количества гумми и белковых веществ, содержащихся во ржи
[Я
В злаковых культурах основным компонентом, выполняющим функцию запасного вещества, является крахмал. В среднем во ржи его содержится 67%, а в кукурузе, наиболее часто используемой в квасоварении, 71-72% [10,11]. Размеры зёрен крахмала отдельных злаков значительно отличаются -например, у ржи составляют 5-50, у ячменя 5-40, а у кукурузы 10-30 мкм [12,13].
Внутренняя структура крахмальных зёрен - сложная и неоднородная. В крахмальном зерне обнаружено чередование более устойчивых к набуханию
11 в воде - кристаллических и аморфных (менее устойчивых) слоистых участков [14,15].
Крахмалы из различных злаковых культур отличаются по температуре клейстеризации, набуханию и растворимости. Температура клейстеризации, например, у картофельного крахмала 65, кукурузного 75, ячменного, пшеничного, ржаного и рисового 80 [16],
Проведённые исследования с использованием
микрофоторегистрирующей установки показали, что, в основном, клейстеризация образцов крахмала происходит при температурах 40-70, растворение начинается при 120 и наиболее полно происходит у картофельного крахмала при 132, пшеничного 13б-141, ржаного 121-127 и у кукурузного - 146-151,
Крахмальный клейстер при охлаждении до температуры 60-70 и ниже подвергается ретроградации - явлению, когда частица крахмала агрегируется, образуют растворимый микрокристаллический осадок, недоступный действию ферментов и плохо доступный кислотному гидролизу [17,18].
Известно, что для обеспечения лучшего доступа амилолитических ферментов к крахмалу, необходимо провести цитолиз некрахмальных полисахаридов, к которым относятся в первую очередь целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, гумми-вещества.
Целлюлоза по молекулярному строению является высокополимерным полисахаридом растений, состоящим из остатков глюкозы, соединённых между собой р-1,4-глюкозидными связями. В среднем одна нить целлюлозы состоит из 6-12 тыс. глюкозных остатков с М.М. 1x10 - 2x10 тыс дальтон.
Линейные гидрофильные молекулы целлюлозы объединяются в виде параллельных нитей, в так называемые фибриллы. В них группы параллельно расположенных цепей молекул связаны между собой большим количеством прочных водородных связей. Первичная фибрилла представляет собой надмолекулярное звено волокна целлюлозы [19]. В ней имеются
12 высокоупорядоченные кристаллические зоны или «кристаллиты» и менее упорядоченные аморфные зоны.
Гемицеллюлоза . - это полисахариды, состоящие из различных моносахаридов. К ним относятся р-глюканы, глюком аннаны, маннаны, ксиланы и другие соединения. Гемицеллюлозы покрывают микрофибриллы целлюлозы в клеточных стенках, способные соединяться с целлюлозой водородными связями. Различные гемицеллюлозы получили название на основании их состава и строения. Так, ксиланами и маннанами называются гемицеллюлозы, основная цепь которых состоит из остатков d-ксилозы и d-маннозы и т.д. Гемицеллюлозы являются гетерогенной группой соединений, очень разнообразной и зависящей от вида растений, его возраста.
Поэтому гемицеллюлозы, как субстрат для действия ферментов -гемицеллюлаз, определяется суммой тех полисахаридов клеточных стенок растений, которые растворяются в концентрированных щелочах (17% раствор NaOH и 27% раствор КОН).
К гемицеллюлозам многие относят только глюканы, ксиланы и арабаны, а вещества, содержащие маннозу, фруктозу, галактозу и галактуроновую кислоту, к слизевым веществам, гумми- и пектиновым веществам. Это связано, в основном, со сложностью строения гемицеллюлозы и трудностью фракционирования индивидуальных веществ, входящих в их состав.
Главное различие .гемицеллюлоз и гумми-веществ заключается в том, что истинные гемицеллюлозы растворимы только в щелочах, а гумми-вещества растворяются также в тёплой воде, образуя вязкие растворы. Считается, что гумми-вещества являются либо продуктами незавершённого синтеза гемицеллюлоз, либо продуктами их частичного распада [19].
Вязкость водных растворов гумми-веществ в большой степени зависит от концентрации. Например, 2% раствор теряет текучесть, а 4% больше похож на мягкий гель, чем на жидкость [20]. С увеличением температуры вязкость растворов гумми-веществ достаточно быстро уменьшается.
Сложность исследований, связанных с определением вязкости водных
13 Сложность исследований, связанных с определением вязкости водных растворов ржи, увеличивается, так как они в значительной степени различаются у разных сортов ржи. По данным работы [21], автор которой исследовал относительную вязкость 0,5% растворов гумми-веществ у 59 образцов ржи и ржаной муки, она изменилась от 7,7 до 116,8 относительных единиц.
Из литературных данных известно, что гумми-вещества состоят из глюкозы, галактозы, маннозы, ксилозы,' арабинозы, рамнозы и остатков уроновых кислот, то есть тех же веществ, которые образуются при гидролизе гемицеллюлоз. Именно эти вещества, а точнее их концентрация, и привносят изменения в вязкости растворов [21-23]. Коэффициент корреляции между вязкостью растворов слизистых веществ и содержанием в них белка составляет 0,61 ± 0,14 и содержанием пентозанов 0,70 ± 0,11 [21].
При выделении гумми-веществ из различных частей зерна и определении вязкости растворов было обнаружено, что она значительно отличается в зависимости от того из какой части зерна получены. Внутренняя часть обладает во много раз более высокой вязкостью, чем внешняя часть эндосперма. Относительная вязкость внутри и на периферии зерна составляет 121 и 2,4 единицы. Интересно отметить, что содержание ксилозы также снижается, хотя и не столь разительно - с 37,9 до 22,2% [24,25].
Молекулярная масса слизистых веществ ряда зерновых культур, изученная в работах [26,27], представлена в табл.2
Таблица 2
Молекулярная масса составляющих слизистых веществ ржи и ячменя
Как следует, из табл.2, молекулярная масса и степень полимеризации арабоноксилана ржи и ячменя значительно различаются, в то время, как молекулярная масса и степень полимеризации глюканов находятся в близких интервалах. Подобные данные получены в работах авторов [28,29], определивших молекулярную массу слизистых веществ ржи. Слизистые вещества не имеют свободных карбонильных групп и поэтому не обладают редуцирующими свойствами. До гидролиза растворы гумми-веществ вращают плоскость поляризации влево, а после гидролиза - вправо [23].
При гидратации гумми-вещества проявляют очень большую гидрофильность, увеличивая свой объём на 800% [23,30].
Несмотря на большое многообразие данных, полученных различными авторами по составу и строению гумми-веществ ржи, большинство из них склоняются к выводу, что в состав их входит смесь гликопротеидов, углеводная часть которых, в основном, построена из пентозанов,
Рожь, как культура используемая в бродильных производствах, имеет ряд ограничений, так как она с трудом подвергается солодоращению из-за высокого содержания пентозанов. Солода из ржи имеют вязкость 3,8-4,2 МПа. Известно, что у обычного ячменного солода - 1,5 МПа [31].
Солод из ржи обычно темнее пшеничного и если его сушат как тёмный солод, то изготовленные из него напитки имеют явный привкус хлеба или хлебной корочки.
В процессе солодоращения ржи содержание (З-глюкана уменьшается с 0,145-0,146 до 0,061-6,079%, а пентозанов с 0,531-0,586 до 0,225-0,322% [32].
Происходящий гидролиз гумми - и других веществ благотворно сказывается на фильтровании затора.
Исследования, проведённые в работе [33], показали, что при солодоращении ржи изменяется не только количество некрахмальных полисахаридов, но и их химический состав, а, следовательно, молекулярная масса и вязкость растворов.
Анализируя вышеприведённые данные, можно сделать вывод, что слизистьїє вещества ржи на 75-80% состоят из пентозанов, которые являются причиной высокой вязкости квасных заторов и для их гидролиза необходимы высокоактивные ферментативные комплексы.
Биокатализ целлюлозы растительного сырья
Технологическая и экономическая эффективность процесса ферментативного гидролиза целлюлоз осодержащих материалов зависят от выбора целлюлазного препарата.
Все ферменты, входящие в состав целлюлазного комплекса, подвержены ингибирующему влиянию продуктами гидролиза - глюкозы или целлобиозы. Как правило, гидролиз целлюлозы сильно замедляется (или прекращается ч совсем), когда концентрация продуктов достигает 3-10% [34-36]. Известно, что целлобиоза более сильный ингибитор, чем глюкоза, поэтому в реакционную среду необходимо вносить избыточное количество целлобиазы (чтобы снять за счет гидролиза субстрата её ингибирующее воздействие).
Одной из причин уменьшения скорости ферментативного гидролиза может быть также инактивация ферментов [34,35,37-41]. Как показано в ряде работ при длительном контакте даже при t = 45-50С происходит постепенная термоинактивация целлюлолитических ферментов. По степени термостабильности ферменты целлюлазного комплекса расположены в следующей последовательности: эндоглюканаза, целлобиогидролаза, целлобиаза [39,41,42].
Одной из причин потери активности ферментов авторы работ [38,39,44] видят в инактивации целлюлаз на поверхности раздела фаз жидкость — воздух при интенсивном перемешивании во время гидролиза или при контакте с поверхностью субстрата (инактивация субстратом). Есть мнение, что уменьшение скорости ферментативного гидролиза целлюлозы происходит за счёт необратимой адсорбции на поверхности субстрата [37,40].
Известно, что целлюлозосодержащие субстраты крайне неоднородны, в них присутствуют как кристаллические, так и аморфные участки. С увеличением глубины гидролиза увеличивается относительное содержание высокоупорядоченных участков целлюлозы, которые труднее расщепляются ферментами [34,45,46]. Так, было показано, что при гидролизе измельченного хлопкового линта под действием целлюлазного комплекса Т. viride при глубине гидролиза 35, 50 и 70 реакционная способность субстрата уменьшалась в 1,5; 2 и 4 раза.
Для повышения реакционной способности целлюлозосодержащих материалов имеется ряд методов, которые условно можно разделить на 1) механические (сухое или влажное измельчение); 2) химические (обработка кислотами, щелочами, озоном, растворителями и др.); 3) физические (обработка у-излучениями, паровым взрывом, замораживанием -оттаиванием); 4) биологические (микробиологические и др.).
На наш взгляд, каждый метод имеет ряд преимуществ и недостатков и экспериментатору следует подбирать тот или иной приём в зависимости от конкретно поставленных задач. Так как в нашей экспериментальной работе мы не ставили себе целью провести полный гидролиз пряно-ароматического сырья, а лишь подготовить субстрат для его ферментативного гидролиза наиболее интересным и действенным нам представлялся метод частичного гидролиза целлюлозы. При этом происходит определенная деструкция материала без существенного образования глюкозы. По мнению авторов работы, подобный двухстадийный гидролиз целлюлозы сочетает быстроту кислотного гидролиза со специфичностью ферментативного [47]. Необходимо учитывать, что эффективность обработки разбавленными кислотами существенным образом зависит от температуры. Как указывается в работе [48], разница в содержании гемицеллюлозы в пшеничной соломе снижается более, чем 86 раз при увеличении температуры с 20 до 90 при обработке 5% серной кислотой в течение 4 часов.
Основные достоинства и недостатки различных методов предобработки целлюлозосодержащих материалов представлены в табл. 3.
На наш взгляд недостатков, описанных в табл.3 при обработке кислотами возможно избежать при использовании электрохимически активированной (ЭХА) воды при низком значении рН.
Целлюлолитические ферменты обладают способностью прочно адсорбироваться на целлюлозе, и эта стадия предшествует всем последующим при биодеградации целлюлозы. Установлено, что активность биокатализаторов, адсорбированных на поверхности твёрдых носителей, может значительно отличаться от их активности в растворе, вследствие конформационных изменений белковой молекулы при взаимодействии с поверхностью, изменений микроокружения фермента, а также возникновения белок-белковых взаимодействий при концентрировании белка в поверхностном слое [49,50]. Значительная часть фермента адсорбируется чрезвычайно быстро и степень адсорбции зависит от типа целлюлозы, её первоначальной концентрации, размера частиц и площади доступной поверхности [51,52].
Максимальная адсорбция ферментов происходит при величине рН 3,5-5,0 (что зачастую очень близко к величине рНощ- действия фермента), которая увеличивается с понижением температуры [52]. При увеличении рН раствора до 6-7 происходит уменьшение прочности связывания и фермент может быть элюирован раствором (особенно при понижении его ионной силы) [53,54].
При изучении кинетических закономерностей адсорбции целлюлолитических ферментов, было показано, что диффузия фермента к поверхности субстрата не является стадией, лимитирующей скорость ферментативного расщепления, которая значительно ниже, чем скорость адсорбции (последняя составляет на субстратах мелкодисперсных образцов целлюлозы - 10-15 мин.) [55].
Как отмечают авторы работ [56,57], существует многостадийный характер адсорбции: 1-ая стадия - быстрая, когда связывается основное количество фермента; 2-ая медленная, продолжающаяся несколько часов (с течением времени быстрая - равновесная, обратимая адсорбция, вероятно, переходит в необратимую).
Способы и приёмы, применяемые в производстве для интенсификации процесса брожения
Помимо автолизатов, добавляемых в процессе брожения для его интенсификации, известны и другие способы активации бродильной активности дрожжей.
Автором работы [120] исследована возможность повышения бродильной активности пивных дрожжей путём их конвективного прогрева перед засевом. Показано, что прогрев дрожжей при t 17 в течение 18 мин позволяет на 80-90% увеличить бродильную активность. Использование активированных дрожжей даёт возможность интенсифицировать процессы сбраживания сусла и созревания пива и сократить длительность приготовления пива без ухудшения его качества. Использование термоактивации совместно с молочной сывороткой позволили автору работы [121] увеличить активность амилолитических ферментов, применяемых в пивоварении на 20-100%. Исследован механизм влияния молочной сыворотки на а-амилазу при помощи методов стационарной кинетики.
Показано, что такая обработка вызывает конформационные изменения молекул фермента, способствует укреплению комплекса биокатализатора и субстрата. В работе определены значения константы Михаэлиса и предельной скорости реакции. Изучена возможность сокращения расхода ферментных препаратов при производстве пива при использовании предлагаемого приёма.
Разработан быстрый и простой способ, активации прессованных дрожжей для хлебопекарной промышленности который состоит в том, что дрожжи совместно с биосмесью, состоящей из клеточного сока картофеля и молочной сыворотки, прогревают при t 30-32 в течение 30 мин. Этот способ позволяет в 1,5-2,4 раза улучшить бродильные свойства прессованных дрожжей [122].
Разработан способ повышения качества дрожжей путём насыщения питательной среды кислородом. Повышение содержания растворённого в среде кислорода до 16,2 мг/л интенсифицирует процесс размножения дрожжей в 1,7 раза, подъёмная сила повышается на 37%, зимазная активность увеличивается на 22%, мальтазная на 34%. При этом оптимальным, по мнению автора, следует считать двукратное насыщение жидких дрожжей кислородом: после внесения питательной среды и перед подачей на замес тесте. Насыщение жидких дрожжей кислородом интенсифицирует процесс брожения теста и кислотонакопление, что позволяет сократить на 30% либо время брожения, либо количество жидких дрожжей на замес. Качество хлеба с использованием предлагаемого способа повышается по сравнению с контролем.
Известен способ, снижения потребности дрожжей в кислороде и повышения их бродильной активности путём аэрации суспензии семенных дрожжей в молодом пиве с последующим выдерживанием без доступа кислорода. Применение предложенного способа подготовки семенных дрожжей позволяет на 0,5-1 сутки сократить процессы главного брожения с улучшением или сохранением качества готового напитка [124].
Автором работы [125] проводилось изучение влияния излучений видимой области спектра в интервале длин волн 410-610 нм. Проведённые эксперименты позволили выявить зависимость процессов жизнедеятельности микроорганизмов от условий облучения. Наибольший эффект на метаболизм клеток оказывает свет с длиной волны 410 нм интенсивностью 0,12-0,20 ВТ/м , время экспозиции - 2 часа. Применение этого способа на 20-40% сокращает время генерации клеток; на 20-25% увеличивается их бродильная активность; в 1,3-1,4 раза повышается скорость сбраживания сусла, при этом прирост биомассы составляет всего 5-8%. Качество получаемого пива превосходит контрольный вариант.
В работе [126] изучено влияние гидроионов положительной полярности, содержащих активные формы катионов металлов на дрожжи-сахаромицеты и показано, что гидроионная обработка посевного материала стимулирует бродильную активность и повышает выход биомассы дрожжей, используемых в виноделии и пивоварении, а также улучшает флокуляционную способность пивных дрожжей.
В последние годы чрезвычайно популярны способы добавления различных морепродуктов в готовые пищевые продукты и на разных стадиях их производства. Известны исследования, проводимые в Московском Государственном Университете пищевых производств, по использованию спирулина платенсис в бродильных производствах. Спирулина платенсис -это многоклеточная спиральная микроводоросль, содержащая незаменимые аминокислоты, растительные жиры с преобладанием ненасыщенных жирных кислот, Р-каротин, витамины Bi, В2, В12, Е, РР, минералы и микроэлементы, природные биологически активные пигменты [127]. Использование спирулины в концентрации 10мг% позволило авторам работы [128] интенсифицировать процесс главного брожения за счёт улучшения биологической активности пивоваренных дрожжей. Прирост биомассы увеличивается в 2 раза, на 30% увеличивается содержание гликогена в дрожжах.
Активация пивных дрожжей может быть проведена при использовании роторно-пулъсационного аппарата (РПА). В РПА, вследствие развитой турбулентности, достигается наиболее тонкое диспергирование кислорода воздуха в жидкости, что создаёт большую удельную поверхность контакта фаз и стимулирует размножение клеток [129]. В процессе работы происходит наложение на обрабатываемую смесь низкочастотных колебаний, генерирование которых основано на периодическом перекрывании прорезей ротора и стопора. Упругие колебания приводят к возникновению в среде пульсаций, кавитации, акустического давления, интенсифицирующих процессы, протекающие в аппарате.
Влияние янтарной кислоты на накопление биомассы дрожжей, применяемых при производстве кваса
Известно, что янтарная кислота (ЯК) является универсальным участником обмена веществ живой клетки. Главная её роль заключается в снабжении энергией митохондрий, что позволяет им в свою очередь осуществлять синтез АТФ. Искусственные добавки ЯК или её солей не изменяют органолептических качеств вин и напитков, а их присутствие способствует сохранности витаминов С, Р и РР в соках и виноградных винах, поддерживает высокий уровень активности гидролитических и протеолитических ферментов. Изготовление соков с ЯК безвредно для организма человека, так как она разрешена в качестве пищевой добавки.
Добавление ЯК в столовый виноматериал приводит к изменению соотношения между отдельными органическими кислотами в ходе его хранения. Заметно нарастает количество молочной кислоты, что благотворно сказывается на органолептических свойствах виноматериала и обуславливает его «мягкость».
В связи с вышеизложенным интерес представляли исследования по накоплению биомассы дрожжей S. cerevisiae штамм 11, применяемых нами при производстве кваса, с применением различных концентраций ЯК. ЯК добавляли в количестве 1,0; 2,5; 5; 10; 50, 100 мг на 100 см сусла и проводили термостатирование в лабораторных условиях с целью накопления биомассы при Н30 в качалках при частоте вращения 80-100об/мин. Через определённый промежуток времени проводили отделение накопленных дрожжей методом центрифугирования, осадок высушивали и определяли его массу.
Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 7, из которой следует, что с увеличением количества вносимой SIK с 2,5 до 10мг происходит увеличение накопления биомассы по сравнению с контролем на 20,5-74,8%. Дальнейшее увеличением количества ЯК до 100 мг снижало эффект активации до 120% по сравнению с контролем. У дрожжей с ЯК клетки были крупными, хорошо выровненные отсутствует вакуолизация и инволюционные формы, количество мёртвых клеток не превышало 2-3%. В контрольных вариантах нами отмечено количество мёртвых клеток 5-6% и до 10-15% вакуолизации клеток. Таким образом, добавление к дрожжам 10 мг ЯК благотворно сказывается на увеличении накопления биомассы, что и было использовано нами в дальнейших исследованиях.
В последние годы в бродильных производствах эффективно используются препараты для интенсификации процесса брожения. Как уже указывалось в обзоре литературы, для улучшения физиологического состояния дрожжевой биомассы и увеличения её количества применяют активаторы, автолизаты, гидролизаты и ферментолизаты пивных и других дрожжей. Положительный эффект от применения вышеназванных препаратов обусловлен наличием аминокислот, витаминов, микро- и макроэлементов, что благоприятно сказывается на метаболизме дрожжей.
В обзоре литературы мы уже останавливались на том, что автолиз клеток микроорганизмов можно специально вызвать повышением температуры биомассы, добавлением мембранотропных агентов, обработкой ультразвуком, механическим разрушением и другими воздействиями, способствующими нарушению цитоплазматических мембран и активации гидролитических ферментов клеток.
Известно, что продукты метаболизма способны индуцировать или ингибировать автолитические процессы в клетках. В нашей работе мы исследовали влияние таких физиологически активных агентов, как спирты, жирные кислоты и некоторые пептиды на автолиз дрожжей. Эффект добавок рассчитывали по разнице концентрации аминного азота в надосадочной жидкости автолизата за 9 часов в опыте и контроле. Время 9 часов было выбрано нами исходя из литературных данных, так как оно соответствует наступлению первого плато на кинетической кривой изменения аминного азота, т.е. торможению реакции [74].
В предварительно проведённых экспериментах нами были установлены оптимальные концентрации добавок для ускорения автолиза. В табл.8 представлены данные по ускорению автолиза при добавлении некоторых нормальных спиртов и кислот при оптимальных концентрациях.
Анализируя графы 4 и 2 табл. 8 следует констатировать, что с ростом гидрофобности от 1630 до 6520 уменьшается оптимальная концентрация добавки спиртов с 1,30 до 0,30, В изученном ряду спиртов ускорение автолиза по отношению к контролю составляет 200-235%, Подобной закономерности нами не было отмечено при подборе оптимальной концентрации кислот. Здесь с увеличением гидрофобности кислот с 0,710 до 9300 происходит ускорение автолиза с 270 до 350%. Необходимо учитывать, что в реальных условиях проведения автолиза воздействие различных добавок может иметь несколько иной характер, так как присутствующие в среде моно- и поливалентные катионы, а также органические кислоты могут давать синергетический эффект. Из литературы известен синергизм этанола и NaCL; этилацетата и органических кислот и т.д. [83,89].
В России, начиная с 90х годов 20 века, исследователи и производители в области безалкогольных напитков вновь вернулись к растительному натуральному сырью, произрастающему на нашей территории или издавна используемому в русской национальной кухне. Это объясняется веками складывающимися традициями формирования вкусовых ощущений продуктов, употребляемых в пищу.
Использование широкого ассортимента растительного сырья, в том числе пряного, в сочетании с основными вкусообразующими ингредиентами способствовало созданию множества высококачественных безалкогольных напитков, отражающих национальных колорит, - напитков здоровья [177].
Анализируя развитие потребительского рынка напитков в России, следует отметить планомерное расширение ассортимента с увеличением выпуска напитков с оздоровительным эффектом, обогащенные направленным спектром биологически активных веществ,
К сожалению, среди квасов, практически, нет подобных разработок и это является недопустимым упущением.
В последнее время в научной литературе уделяют повышенное внимание антиоксидантам. Антиоксиданты - это большой спектр веществ, которые реагируют с окислительными соединениями. Известно, что свободные радикалы (химические соединения, которые содержат одни или более непарных электронов) способны реагировать с большим количеством соединений. При этом образуются другие радикалы, которые в дальнейшем могут вступать в последовательные реакции. По этой причине неконтролируемые свободные радикалы могут представлять собой большую опасность для живых организмов.
Известно, что многие пряноароматические соединения обладают антиоксидантами свойствами.
С целью увеличения сроков хранения и повышения вкусовых достоинств соусов были разработаны композиции пряностей, в состав которых входили пряноароматические растения, обладающие высокоантиоксислительным действием [178].
На основе полученных данных пряности условно могут быть расположены в следующий ряд: тимьян, майоран, куркума, любисток, лимонная мелисса, эстрагон.
Антиокислители (антиоксиданты, ингибиторы окисления) - вещества, предотвращающие или замедляющие окисление молекулярным кислородом. В качестве антиокислителей широко применяются соединения, содержащие фенольные, гидроксилъные или аминогруппы. Ничтожные количества этих соединений (0,01-0,001%) могут надолго приостановить окисление углеводородов, альдегидов, жиров.
Среди встречающихся в природе антиокислителей пищевых продуктов (АЛЛ), наибольшее значение имеют токоферолы, которыми наиболее богаты рыбий жир, сахарная свекла, масло пшеничных зародышей, коровье масло. Токоферолы проявляют антиокислительное действие в количествах 0,003-0,02% от веса жира. Добавление к свиному топлёному жиру 0,02% токоферолов и 0,1% аскорбиновой кислоты, играющей роль синергиста, увеличивает стойкость свиного топлёного жира к окислению в 160 раз.
Большой интерес представляют природные антиоксиданты, в частности, экстракты вкусоароматических добавок, которые являются также и полезными физиологическими добавками. Была установлена количественная оценка эффективности актиоксидантов целого ряда пряностей: перец душистый, чёрный, красный, лавровый лист, гвоздика, корица, имбирь, укроп, петрушка, сельдерей. Эксперименты проводились с помощью модельной реакции окисления индивидуального углеводорода, в частности кумола[179].
Использование этого метода позволило установить, что каждый из анализируемых экстрактов содержит один антиоксидант в концентрации 0,01-8,0 моль/л. Константа ингибирования найденных антиоксидантов Кт Ю 4 л/моль с), что в 10-30 раз ниже К7 природного антиоксиданта -токоферола, присутствующего в растительных маслах [180, 181].
В наших исследованиях мы попытались использовать все вышеизложенные свойства пряноароматического и растительного сырья для получения экстрактов с целью применения их в производстве кваса. По нашему мнению, разработка технологии кваса с использованием экстрактов из лекарственного и пряноароматического сырья позволит решить две задачи: повысить стойкость напитка и увеличить присутствие в нём веществ, обладающих антиоксидантными свойствами. В первой серии экспериментов мы определяли пороговую концентрацию различных трав и пряно-ароматического сырья при использовании их в рецептуре кваса.
Для этого готовили квасное сусло исходя из рецептуры на квас Московский (на 100 дал кваса 33,6 кг - ККС, 54 кг сахара и 2,7 кг молочной кислоты). Сухие вещества кваса составляли 7,3%, тируемая кислотность 2,5 мл. 1Н раствора щёлочи на 100 мл кваса.
В каждый образец вносили настои лекарственных трав и пряно-ароматического сырья и затем после тщательного перемешивания проводили органолептические оценки по 5-ти бальной системе по вкусу, запаху и цвету: 5 баллов получали образца с гармоничным оттенком вносимых компонентов; 4 балла - образцы с приятным вкусом без ярко выраженных оттенков вносимых компонентов; 3 балла - образцы с негармоничным вкусом; 2 балла - образцы с резковатым вкусом, оставляющие послевкусие, не свойственное квасу.
