Дослідження динаміки діацетилу в процесі бродіння та доброджування пива. 2

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра біотехнології продуктів

бродіння і виноробства

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО 
КУРСОВОЇ РОБОТИ 

з дисципліни  «Технології галузі»   на тему: «Дослідження динаміки діацетилу в процесі бродіння та доброджування пива»

Студентки 3 курсу 1 групи   напряму підготовки 051701 «Харчові технології та інженерія»  спеціальності «Технології продуктів бродіння і виноробства»  Івашко О. Г.     Керівник        професор    Мелетьєв А.Є.                   Національна шкала ___________________________  Кількість балів:     _____________ Оцінка: ECTS       _____________                                  Члени комісії __________  _____________  __________ _____________   __________   ______________   м. Київ – 2014 рік

 

ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………………5

1. Характеристика процесу дозрівання при зброджуванні сусла різними расами дріжджів(аналітична частина)………….……………………….…7

1.1. Аналіз літературних джерел ………………………………………7

1.1.1. Діацетил(ванільні дикетони). …………………………………….7

1.1.2. Вплив генерації дріжджів…………………………………………9

1.1.3. Динаміка зміни концентрації діацетилу під час бродіння, доброджування пива різними расами дріжджів……………………………….11

1.1.4. Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від видимої ступені зброджування…………………………………………………………..13

1.1.5. Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від температури……………………………………………………………………..14

2. Асортимент і характеристика проектованої продукції, сировини та допоміжних матеріалів(технологічна частина)…………… ………………….15

2.1. Асортимент продукції…………………………………………………15

2.2. Характеристика готової продукції……………………………………16

2.3. Види і характеристика сировини……………………………………..17

2.4. Принципова технологічна  схема………….…………………………26

 

 

 

2.5. Вибір і обґрунтування технологічних способів і режимів…………27

2.5.1. Освітлення гарячого сусла………………………………………27

2.5.2. Бродіння і доброджування………………………………………28

2.5.2.1. Культивування дріжджів………………………………………28

2.5.3. Фільтрація пива……………………………………………….….29

2.5.4. Миття і стерилізація  обладнання установкою СІП…………….…30

2.6.Опис апаратурно-технологічної  схеми……………….………………31

3. Розрахункова частина……………………………………………...32

3.1. Вихідні дані для розрахунків……………………………………….32

3.2. Розрахунок продуктів………………………………………………..34

4. Схема технохімічного контролю………………………………….42

5. Висновки та рекомендації…………………………………………46

6. Список використаної літератури………………………………….47

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Метою даної курсової роботи є дослідження динаміки діацетилу у процесі бродіння та доброджування пива. Основною метою дослідження було встановлення залежності вмісту діацетилу під час бродіння, доброджування та у готовому пиві від температури бродіння, генерації та раси дріжджів та видимого ступеня зброджування. Вміст діацетилу визначили хроматографічним методом. Проведено аналіз біохімічних і ферментативних процесів бродіння і дозрівання пива, а саме:

• Визначення вмісту діацетилу

• Визначення видимого ступеня зброджування

• Органолептичні показники пива

Вміст діацетилу  може розглядатися як критерій ступені дозрівання пива. При скороченій тривалості часу бродіння і дозрівання  пива велике значення має контроль за вмістом діацетилу.

В технології пива найтривалішими за часом є процеси бродіння й доброджування. Основний біохімічний процес при виробництві пива, що формує букет напою - спиртове бродіння цукрів сусла під дією ферментів дріжджів.

Результативність біотехнологічних процесів, які відбуваються під час зброджування пивного сусла, визначається різними факторами, зокрема якістю сировини й сусла, технологічними параметрами середовища та ін. Але головними є пивні  дріжджі, життєдіяльність і виробнича здатність яких визначаються як умовами протікання процесу, так і генетикою.

Основною метою цієї роботи є дослідження динаміки діацетилу, вміст його в готовому суслі та пиві метаболізм

 

 

 

досліджених рас пивних дріжджів при зброджуванні пива та для інтенсифікації процесів бродіння. Вплив на вміст діацетилу генерації дріжджів, температури та ступені зброджування.

 

1. Характеристика процесу дозрівання при зброджуванні сусла різними расами дріжджів(аналітична частина)

1.1 Аналіз літературних джерел

1.1.1Діацетил (віцінальні дикетони)[4]

Діацетил – найважливіший фактор для утворення букету молодого пива. При перевищені граничного значення він надає пиву нечистий смак – від солодкого до неприємного, а в більших концентраціях має запах олії. Аналогічні відчуття також викликає пентадіон, щоправда він має набагато більше граничне значення смаку. Ці речовини називаються віцінальними дикетонами, так як вони мають розташовані одна біля одної кетогрупи:

			О		О
			‖		‖
діацетил			С		С
			О		О
			‖		‖
2,3-пентадіон			С		С

 

 

Розчеплення віціальних дикетонів проходить паралельно із іншими процесами дозрівання і вважається головним критерієм дозрівання пива.

Формування і розчеплення віцінальних дикетонів протікає в три стадії.

Стадія 1: утворення попередників

В процесі метаболізму дріжджів утворюються тільки попередники віцінальних дикетонів. Вони не мають смаку чи запаху і не виявляються в пиві. Ацетогідроксикислоти виникають при синтезі амінокислот, який починається з піровиноградної кислоти (пірувата), проміжного продукту гліколізу, і виділяються дріжджами в субстрат. Їх утворення залежить від деяких факторів:

• штам дріжджів – момент утворення і кількість утворених кислот є специфічною ознакою штаму дріжджів;

 

 

• норма внесення дріжджів – підвищена норма внесення дріжджів призводить до посиленого утворення ацетогідроксикислот, але сприяє швидкому та інтенсивному розчепленню діацетилу;

• кисень – призводить до підвищеного утворення дріжджами ацетогідроксикислот.

Однак вплив цих факторів проявляється не настільки сильно, щоб за допомогою ціленаправлених технологічних прийомів можна було б ефективно впливати на вміст ацетогідроксикислот.

 

Стадія 2: перетворення попередників

Через окислювальне декарбоксилювання із ацетогідроксикислот виникають діацетил та пентадіон. В зовнішньому середовищі цей процес протікає відносно просто і незалежно від дріжджової клітини. Його прискорюють:

• зниження рН – при рН 4,2-4,4 відбувається швидке перетворення ацетогідроксикислот у віцінальні дикетони, з підвищенням рН швидкість знижується;
• підвищення температури – при підвищеній температурі перетворення здійснюється ще швидше;
• доступ кисню – потрапляння кисню в пиво призводить до пришвидшення утворення віцінальних дикетонів із їх попередників.

Швидкість дозрівання пива залежить від швидкості переходу ацетогідроксикислот в діацетил і пентадіон.

Стадія 3: відновлення дикетонів

Дріжджові клітини розкладають діацетил і пентадіон, негативний вплив цих речовин на смак пива зменшується. Розпад проходить по слідуючій схемі:

діацетил → ацетоїн → бутандіол.

Бутандіол має дуже високе граничне значення смаку і в пиві не відчувається.

Розчепленню діацетилу сприяють слідуючі фактори:

• підчас бродіння дріжджі володіють високою здатністю до розкладання діацетилу, дріжджі здатні відновити в 10 раз більше дикетонів, чим їх утворюється під час бродіння;
• здатність відновлювати діацетил залишається незмінною під час бродіння і поступово знижується при доброджуванні;

• різні штами дріжджів в здатності розщеплювати діацетил не суттєво відрізняються один від одного;
• відновлення діацетилу тісно пов’язано з температурою і значно збільшується з її підвищенням;
• швидкість розпаду діацетилу сильно залежить від концентрації дріжджів у дозріваючому пиві;
• ця швидкість залежить від факторів, які сприяють або перешкоджають інтенсивному контакту дозрілого пива і дріжджів. Перекачування пива, падіння тиску і т.д., все, що перешкоджає осіданню дріжджів, сприяє розпаду діацетилу;
• додавання пива на стадії "низьких завитків" пришвидшує розпад діацетилу, так як відновлювальна здатність дріжджів підчас розмноження досягає максимуму.

1.1.2 Вплив генерації дріжджів на вміст діацетилу[4]

Рис. 1.1

    Як видно з  рис. 1.1, найбільша концентрація діацетилу в суслі спостерігається під час бродіння при використанні дріжджів п'ятої генерації. Максимальна кількість діацетилу приходилась на третю добу і складала 1,45 мг/л. Дріжджі в порядку збільшення генерації утворюють більше діацетилу і при цьому період розкладу його дещо довший в порівнянні з нижчими генераціями. При  досягненні кінцевого ступеня зброджування та вмісту діацетилу 0,17 мг/л починають розхолоджувати ЦКБА до низьких температур. При використанні дріжджів чистої культури концентрація діацетилу досягає 0,15 мг/л на 7 добу, дріжджів першої, другої та третьої генерації на 8 добу, дріжджів четвертої генерації на 9 добу, а дріжджів п'ятої генерації на 10 добу.

Рис.1.2

Вміст діацетилу ( мг/л ) в готовому пиві [4]

 

Пиво отримане із використанням дріжджів перелічених генерацій містить допустиму концентрацію діацетилу, яка не впливатиме на смакові властивості пива.

 

 

1.1.3 Динаміка зміни концентрації діацетилу під час бродіння, доброджування пива при застосуванні різних рас пивних дріжджів[4]

Рис. 1.3

   Як видно з рис.2 найвища концентрація діацетилу  під час бродіння пивного сусла  спостерігалась при використанні  чеської раси дріжджів. Максимальна  кількість діацетилу становила на 3 добу і складала 1,28 мг/дм3, а починаючи з 9 доби доброджування концентрація діацетилу становила 0,25 мг/дм3.

   Дріжджі 145 раси утворили  найвищу концентрацію діацетилу  на 3 добу і становив цей показник 0,82 мг/дм3. а вже на 9 добу та в пиві при передачі на фільтрування концентрація діацетилу – 0,12 мг/дм3.

   Найменшу концентрацію  діацетилу підчас бродіння утворили  дріжджі німецької раси ( на 3 добу ) – 0,45 мг/дм3, а на 9 добу доброджування цей показник становив 0,08 мг/дм3, що на 0,04 мг/дм3 менше від дріжджів 145 раси та на 0,17 мг/дм3 від дріжджів чеської раси.

 

 

Рис.1.4

Вміст діацетилу в готовому пиві в залежності від використаної раси дріжджів

   Пиво отримане при зброджуванні німецькою расою містить найменшу концентрацію діацетилу 0,08 мг/дм3.

   Пиво, отримане при  зброджуванні 145 расою має 0,12 мг/дм3 діацетилу, що на 0,04 мг/ дм3 вище від пива німецької раси.

   Найвищу концентрацію  діацетилу має пиво, отримане при зброджуванні чеською расою і становило 0,25 мг/ дм3, що на 0,17 мг/дм3 вище від німецької раси та на 0,13 мг/дм3 від 145 раси пивних дріжджів.

   Тому, для виробництва  пива високої якості найкраще  підходять дріжджі німецької  раси.

 

1.1.4 Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від видимої ступені зброджування[4]

Рис. 1.5

Зміни вмісту ацетогідроксикислот та віцінальних дикетонів в залежності від видимої ступені зброджування

Найбільший вміст ацетогідроксикислот та віцінальних дикетонів спостерігається під кінець головного бродіння і може досягати 0,55 мг/л 2-ацетолактату, 0,34 мг/л 2-ацетогідроксибутирату. Концентрація 2,3-пентадіону  майже не змінюється і коливається в межах 0.01-0.03мг/л, а діацетил досягає піку своєї концентрації підчас головного бродіння і становить 0,8-0,9мг/л. 
1.1.5 Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від температури[4]

Рис. 1.6

Вплив температури на відновлення діацетилу дріжджами

 

 

Здатність дріжджів відновлювати діацетил збільшується при зростанні температури. 
2. Асортимент і характеристика проектованої продукції, сировини та допоміжних матеріалів(технологічна частина)

2.1 Асортимент  продукції

Асортимент  пива в Україні представлений більш ніж 50 сортами пива. При цьому він постійно збільшується відповідно до смаків та потреб споживачів, які серед різних видів пива все ж таки віддають перевагу світлим сортам.

В даній  курсовій роботі розглянемо три сорти пива:

• «Світле класичне» 11%” – пиво з легким  приємним солодовим смаком та помірною добре узгодженою хмелевою гіркотою;

• «Світле екстра» 14,5% – пиво з класичним солодовим смаком із вираженою хмелевою гіркотою;
• «Українське темне» 14,5% пиво з приємним повним солодовим смаком  із присмаком та ароматом карамельного солоду;

Пиво –  слабоалкогольний, насичений діоксидом вуглецю, тонізуючий, пінистий напій, що одержують під час бродіння охмеленого сусла пивними дріжджами.

В залежності від масової частки сухих речовин у початковому суслі, пивне сусло розрізняють:

• помірної концентрації 10-12 %, наприклад «Світле» та «Екстра»;
• підвищеної концентрації 13-17%, наприклад «Українське»;
• високої концентрації 18-30%.

  В залежності від  масової частки сухих речовин  в початковому суслі, асортимент  світлого, темного пива поданий такими найменуваннями (сортами):

 

 

• «Світле класичне» 11%” - тип світле;
• «Світле екстра» 14,5% - тип світле;
• «Українське темне» 14,5% - тип темне. 

2.2 Характеристика готової продукції

Таблиця 2.1

Назва показника	Сорт пива
	Світле класичне	Світле екстра	Українське темне
Масова частка сухих речовин у початковому суслі, % мас	11,0	14,5	14,5
Масова частка спирту, % не менше	3,6	4,0	4,15
Кислотність, мл 1 моль/ дм³ розчину гідроксиду натрію на 100 мл пива	1,3-2,8	1,4-3,2	1,9-3,5
Колір, мл 0,1 моль дм³ розчину йоду на 100 мл води	0,4-1,8	0,4-1,2	4,0-8,0
Масова частка діоксиду вуглецю, не менше, %	0,35	0,35	0,35
Стійкість, не менше діб	30	30	30

 Фізико – хімічні показники  пива згідно ДСТУ 3888-99[8]

 Фізико – хімічні показники  пива згідно ДСТУ 3888-99[8]

            

Органолептичні показники якості пива згідно ДСТУ 3888-99[8]

• зовнішній вигляд – прозора піниста рідина, без осаду  та сторонніх включень;
• смак – солодовий  та хмельовий смак з гіркотою, що відповідає сорту пива;
• аромат – аромат, що відповідає сорту пива, чистий, без сторонніх  запахів та     присмаку;

• піноутворення - висота піни, не менше, мм ................20,0;
• піностійкість, не менше, хв ...........................................2,0.

Мікробіологічні показники пива згідно ДСТУ 3888-99[8]

Бактерії  групи кишкових паличок  (БГКП)  не допускаються в 10 см3;

Кількість мезофільних аеробних та факультативно - анаеробних

мікроорганізмів, не більше ніж, КУО/см3 500;

Патогенні мікроорганізми, в тому  числі  бактерії  роду Сальмонела  - не допускаються в 25 см3.

Смак і аромат пива багато в чому визначається леткими проміжними й побічними продуктами бродіння, до яких відносяться вищі спирти, альдегіди, ефіри, кислоти, сірчисті сполуки, діацетил та ін. Знаходячись в пиві навіть в невеликій кількості, вони зумовлюють значний вплив на його органолептичні показники. Діацетил займає особливе місце у технології пива, формуючи його оцінку якості в балах. Вміст діацетила в пиві не повинен перевищувати 0, 1 – 0, 15 мг/л.

2.3 Види і характеристика  сировини[1]

Основною сировиною для виробництва пива є ячмінний солод і його замінники  у вигляді несолоджених  матеріалів, хміль, вода.

Найважливіші характеристики пива – смак, колір, аромат, залежить від якості солоду та співвідношення окремих  компонентів у рецептурі.

Солод може бути:  світлий, темний, карамельний.

В якості несолодженої сировини використовують ячмінне  борошно, рисову січку та знежирене кукурудзяне  борошно. Не менш  важливим  видом сировини  для виробництва пива є хміль. Його застосовують у вигляді сухих пресованих  шишок, брикетів або хмельових екстрактів.

 

Вода повинна бути прозорою, без кольору, приємною на смак, без запаху. Іонний склад води не повинен викликати зміну рН середовища протікання біохімічних процесів.

• Для пива «Світле класичне» 11% використовується  80% світлого солоду та 20 % ячмінного  борошна.
• Для пива «Світле екстра» 14.5% використовується 80% світлого солоду та 20% ячмінного борошна.
• Пиво «Українське темне» готується із 50 % світлого солоду, 40% темного солоду і 10% карамельного солоду.

                                       Таблиця 2.2

«Ячмінь  пивоварний»  ДСТУ 3769 – 98[12]

№ п/п	Показники	1 клас		2 клас
1.	Колір	Світло-жовтий чи жовтий		Світло - жовтий чи сірувато - жовтий
2.	Запах	Присутній нормальному зерну, без затхлого солодового.
3.	Стан	здорове
4.	Вологість, %  не більше	14,5	15,0
5.	Кількість нешкідливої домішки, % не більше	0,2	0,2
6.	Зернові домішки, % не більше	2,0	5,0
7.	Дрібні зерна, %  не більше	5,0	7,0
8.	Маса 1000 зерен, г не менше	40,0	38,0
9.	Масова частка білка, % не більше	11,0	11,5
10.	Сміттєвих домішок, % не більше	1,0	2,0
11.	Крупність, % не  більше	85,0	70,0
12.	Здатність до проростання, % не більше	95,0	92,0
13.	Життєздатність, % не більше	95,0	95,0
14.	Різниця між здатністю і енергією пророщування, % не більше	1,0	2,0
15.	Зараженість: а) довгоносиком                  б) кліщем	Не допускається Не допускається	Не допускається   1-2 шт. на кг

 

 

«Солод пивоварний» ДСТУ 4282-2004[10]

Таблиця 2.3

Органолептичні  показники згідно ДСТУ 4282-2004[10]

№ п/п	Показники	Характеристика світлого і темного солоду
1.	Зовнішній вигляд	Однорідні зернова маса, що не містить плісняв та пошкоджених зерен.
2.	Колір	Для солоду високої якості від світло - жовтого до жовтого.
3.	Запах	Солодовий, більш концентрований у темному солоді. Не допускається  кислий і пліснявий та інші не властиві солодовому
4.	Смак	Солодовий, солодкуватий. Не допускаються  сторонні присмаки: кислий і гіркий.

 

 

 

 

 

 

Таблиця 2.4

Фізико – хімічні показники згідно ДСТУ 4282-2004[10]

№ п/п	Показники	Норми для типів солоду
		1 клас	2 клас	темного
1.	Прохід крізь сито 22х19мм, % не більше	30	30	3,0
2.	Масова доля сміттєвих домішок, % не більше	0,3	0.5	0,3
3.	Кількість зерен, %: мучнистих, % не менше скловидних , % не більше темних , % не більше	85,0      4,0         не дозволе ний	80,0          8,0            4,0	90,0        5,0         10,0
4.	Вологість, % не більше на АСР	5,0	5,8	5,0
5.	Масова доля екстракту в сухій речовині, % не менше	78,5	76,0	74,0
6.	Різниця масових часток екстрактів у сухій речовині солоду тонкого і грубого помолів,%	1,6-2,5	Не більше 3,5	Не більше 3,5
7.	Масова частка білкових речовин у сухій речовині солоду,% не більше	11,0	11,5	-
8.	Відношення масової частки розчинного білка до масової частки білкових речовин у сухій речовині солоду (число Кольбаха), %	37-41	-	-
9	Розчинний азот у солоді на сухій основі,%	0,68-0,65	0,64-0,55	-
10	Тривалість оцукрення в хв, не більше	15	25	-
11	Лабораторне сусло: - Колір, мл 0,1 н розчину йоду концентрацією 0,1 моль/дм³ на 100 мл води, не більше - кислотність, мл розчину лугу, концентрацією 1,0 моль/дм³ на 100 мл сусла	0,23     0,9-1,2	0,40     0,9-1,3	0,49-1,40     -
12	Прозорість (візуально)	прозоре	Дозволена незначна опалесценція	-
13	Кінцева ступінь зброджування, %	75-78%	74-70%	-
14	В'язкість, МПа*с за 20º С	1,55-1,60	1,61-1,78	-

 

 

Таблиця 2.5

Органолептичні показники карамельного солоду згідно ДСТУ 4282-2004[10]

№ п/п	Назва показника	Характеристика
1	Зовнішній вигляд	Однорідна зернова маса, що не містить пліснявих зерен і зернових шкідників
2	Колір	Від світло – жовтого до брудного з глянцевим відтінком
3	Запах (як самого солоду так і холодної та гарячої витяжок)	Солодовий. Не дозволено пригорілий, затхлий і пліснявий та інші не властиві солодовому
4	Смак (як самого солоду так і холодної та гарячої витяжок)	Солодкуватий. Не дозволено гіркий і пригорілий.
5	Вид зерна на зрізі	Запечена коричнева маса. Не дозволено обвуглілу масу

 

 

Таблиця 2.6

Фізико - хімічні показники карамельного солоду згідно ДСТУ 4282-2004[10]

№ п/п	Найменування показника	Норма для типів солоду
		1 клас	2 клас
1	Масова частка вологи, % не більше	6,0	6,0
2	Масова доля екстракту в сухій речовині солоду,  % не менше	75,0	70,0
3	Кількість карамельних зерен,  % не менше	93,0	25,0
4	Масова доля домішок, % не більше	0,5	0,5
5	Колір (величина Лінтнера- Лн), % не менш	20,0	20,0

Стандартом на пиво допускається також застосування ячмінної муки. Головна вимога до замінників солоду є їх чистота. Ячмінну муку вологістю 15 % та екстрактивністю    12,0 % на СР додають до засипу, щоб покращити піностійкість та підвищити повноту смаку пива.

Таблиця 2.7

Органолептичні показники якості питної води згідно ДСанПіН2.2.4-171-10[8]

Ч.ч.	Назва показника	Одиниці  вимірювання	Норматив, не більше ніж
			Вода системи централізованого питного водопостачання	Вода не централізованого питного водопостачання доочищенна (нефасована, Фасована)
Органолептичні показники якості
1	Запах за 20 °С Запах  під  час нагрівання до 60 °С	бали	2		0
		бали	2		1
2	Смак і присмак	бали	2		0
3	Кольоровість	Градуси	20		5
4	Каламутність	НОМ	2,5		0,5