Разработка биотехнологии особого игристого кваса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат технических наук Данковцев, Александр Васильевич

• Данковцев, Александр Васильевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Данковцев, Александр Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АНАЛОГОВ НАПИТКА «КИСЛЫЕ ЩИ».

1.1 Теоретические и технологические аспекты процессов, происходящих при приготовлении квасного сусла.

1.1.1 Роль фракционного состава дробленого солода в технологии получения сусла.

1.1.2Биохимические основы получения сусла.

1.1 .ЗПолучение заторов в производстве кваса.

1.1,4Получение заторов в производстве пива.

1.1.5Фильтрование заторов для получения пивного и квасного сусла.

1.2 Теория и практика сбраживания сусла для напитков из зернового сырья.

1.2.1 Процессы, протекающие при главном брожении.

1.2.2 Технология сбраживания сусла при приготовлении квасов кустарного производства.

1.3 Характеристика культур, применяемых для сбраживания напитков из зернового сырья.

1.3.1 Закваски, применяемые для сбраживания напитка "кислые щи".

1.3,2Микроорганизмы для сбраживания квасного сусла.

1.3.3Микроорганизмы, участвующие в приготовлении пива.

1.4 Математическое моделирование процесса брожения.

1.5 Состав напитков из зернового сырья.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Сырьё и материалы, использованные в работе.

2.2 Методы определения углеводов.

2.3 Методы определения азотистых веществ.

2.4 Методы определения этанола и побочных летучих продуктов брожения и цветности.

2.5 Экспериментальная установка для приготовления особого игристого кваса.

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУСЛА ДЛЯ ОСОБОГО ИГРИСТОГО КВАСА.

3.1 Воспроизведение традиционного напитка.

3.2 Разработка промышленной технологии сусла для особого игристого кваса.

3.3 Исследование и оптимизация состава сусла.

3.3.1 Изучение влияния различных композиций зернопродуктов на показатели квасного сусла.

3.3.2Оптимизация компонентного состава зернопродуктов по физико-химическим показателям.

3.3.3Исследование возможности замены ржаного солода ячменным.

3.4 Исследование фракционного состава белков сусла для особого игристого кваса.

3.5 Исследование процесса фильтрования затора для особого игристого кваса.

3.5.1 Исследование процесса фильтрования с использованием фильтрационного аппарата.

3.5.2Исследование процесса фильтрования с использованием фильтрующей центрифуги.

3.5.3Изучение влияния состава помола на показатели отфильтрованного на центрифуге сусла для особого игристого кваса.

3.5.4Сравнительный анализ качественных показателей сусла после каждого из способов фильтрования.

3.5.5Выбор наиболее рационального состава помола для центрифугирования.

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ БРОЖЕНИЯ И ДОБРАЖИВАНИЯ ОСОБОГО ИГРИСТОГО КВАСА.

4.1 Исследование процесса брожения комбинированного зернового сусла.

4.1.1 Исследование процесса брожения с применением различных микроорганизмов.

4.2 Исследование процесса дображивания специальных сортов выдержанного кваса.

4.2.1 Изучение динамики содержания азотсодержащих веществ (по фракциям) в процессе дображивания напитков.

4.2.2Исследование динамики содержания этанола и побочных продуктов при выдерживании напитка.

4.2.3Математическое моделирование процесса периодического культивирования смешанной культуры дрожжей и молочнокислых бактерий.

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБОГО ИГРИСТОГО КВАСА.

5.1 Органолептические и физико-химические показатели готового напитка.

5.2 Технологическая схема получения особого игристого кваса.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка биотехнологии особого игристого кваса»

Актуальность работы. В конце 90-х годов XX века в России потребительский рынок стал проявлять интерес к старинным забытым национальным напиткам. В тоже время производители прохладительных слабоалкогольных и безалкогольных напитков заинтересованы в расширении ассортимента изделий. Кроме того, правительство Российской Федерации разработало концепцию государственной политики в области здорового питания населения на период до 2005 г., утверждённую постановлением Правительства РФ № 917 от 10.08.1998 г., в которой отдаётся предпочтение разработке новых видов пищевых продуктов, приготовленных с использованием нетрадиционных видов сырья, и способствующих укреплению здоровья населения.

Продуктом, отвечающим всем перечисленным выше требованиям, является особый игристый квас. Этот напиток просуществовал в России сравнительно недолго - с конца XVII до начала XX века, т.е. около 200 лет, в то время, как квас известен более 1000 лет /83/. Его производство было кустарным, никогда не существовало технологии крупномасштабного производства этого напитка, не было и методов техно-химического контроля производства.

Напитку никогда не уделяли должного внимания, хотя он очень интересен с точки зрения потребительских свойств, и позиции биотехнологии. "Особый игристый квас" - продукт совместного молочнокислого и спиртового брожения, однако, в отличие от кваса, брожение законченное. Поведение смешанных культур микроорганизмов в производстве кваса не достаточно изученный вопрос. Периодическая культура такого типа, в условиях дображивания и выдержки не изучалась. Кроме того, применение такого разнородного состава зерновой засыпи, как при приготовлении этого напитка, встречается только в спиртовом производстве.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка технологии особого игристого кваса на основе современных биотехнологических представлений о процессах сбраживания сусла из поливидов зернового сырья.

Исходя из поставленной цели были определены следующие задачи:

- проанализировать состав и органолептические свойства сусла и напитка, приготовленного по сохранившимся историческим рецептурам;

- разработать технологию приготовления комбинированного зернового сусла с использованием типового оборудования, исследовать и оптимизировать композицию зернопродуктов для получения сусла, наиболее близкого к историческому;

- изучить процесс ферментации сусла смешанной культурой дрожжей и молочнокислых бактерий, выбрать наиболее целесообразный качественный и количественный состав закваски;

- разработка математической модели периодической ферментации сусла с использованием культуры дрожжей и молочнокислых бактерий в условиях дображивания для управления процессом биосинтеза особого игристого кваса;

- разработать технологию промышленного производства и техническую документацию на предлагаемый напиток.

Научная новизна

- получены уравнения, позволяющие рассчитать физико-химические показатели сусла для особого игристого кваса и определить оптимальный состав зернопродуктов, применяемых для его приготовления;

• - усовершенствованы методики исследования углеводного и белкового (по фракциям) состава продуктов, предложена методика определения цветности;

- разработан новый способ приготовления сусла для особого игристого кваса;

- впервые исследован углеводный и белковый (по фракциям) состав смешанного зернового сусла и особого игристого кваса, получены закономерности, позволяющие прогнозировать физико-химические показатели сусла и особого игристого кваса в зависимости от состава зерновой за-сыпи;

- разработана аналитическая модель ферментации смешанной периодической культуры микроорганизмов в условиях контролируемой конкуренции;

- разработана технология особого игристого кваса с использованием типового оборудования.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Согласно проведенным исследованиям, внедрение напитка особого игристого кваса в производство позволит:

- расширить ассортимент слабоалкогольных напитков более дешевым и качественным русским национальным напитком;

- рационально использовать сырьё, за счет утилизации дробины повысить рентабельность производства;

- повысить эффективность контроля производства за счет использования предложенных методов исследования.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология пищевых продуктов (по отраслям)», Данковцев, Александр Васильевич

ВЫВОДЫ

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы.

1. Изучен процесс приготовления сусла для выдержанного кваса. Разработаны режимы проведения технологического процесса приготовления сусла с использованием стандартного оборудования пивоваренного завода. Получена оптимальная композиция зернопродуктов в % от засыпи (ячменный солод : ржаной солод : ржаная мука : пшеничная мука : гречневая мука = (21-35):(21-24):(20-24):(11-15):(10-20).), необходимых для приготовления напитка, не отличающегося по физико-химическим и органолептическим показателям от "кислых щей", приготовленных по старинному рецепту и технологии. Изучено влияние состава помола зернопродуктов на основные физико-химические показатели сусла. Определен оптимальный состав помола (шелуха - 8,5 %; крупная крупка - 15 %; мелкая крупка - 20,6 %; мука — 55,9 %) для получения высококачественного сусла.

2. Впервые изучен фракционный состав белковистых веществ сусла специального выдержанного кваса. Получены регрессионные зависимости количества белка во фракции от состава зерновой засыпи, описывающие данные с вероятностью 95 %.

3. Предложено использование процесса дображивания при производстве напитков типа кваса. Исследован процесс дображивания выдержанного кваса. Определены наиболее целесообразные температура дображивания (2-5 °С) и продолжительность процесса (19-21 сут.). Впервые изучена динамика содержания фракций белковых веществ напитка в процессе дображивания напитка. Получены регрессионные зависимости изменения содержания каждой фракции от состава зерновой засыпи. Получены зависимости изменения фракций белковистых веществ от продолжительности дображивания напитка. Впервые проведено исследование динамики содержания этилового спирта и примесей в процессе дображивания специальных сортов выдержанного кваса.

4. Впервые определена регрессионная зависимость между количеством белковистых веществ во фракции с ММ < 5 ООО Дальтон и суммой высших спиртов, образующихся в процессе дображивания напитка. Предложены зависимости для прогнозирования белкового состава (по фракциям), суммы (и состава отдельных) высших спиртов в готовом напитке, в зависимости от исходного состава зерновой засыпи.

5. Предложена математическая модель процесса ферментации сусла периодической смешанной культурой микроорганизмов в условиях контролируемой конкуренции видов; разработана имитационная модель этого процесса; на основе сопоставления моделей с экспериментальными данными, получены аналитические зависимости, адекватно описывающие процесс.

6. Разработана техническая документация на производство особого игристого кваса "Воронежский", позволяющая на имеющемся стандартном оборудовании получать новый вид напитка себестоимость которого составит 20,9 р/дал.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Данковцев, Александр Васильевич, 2003 год

1. Аиба Ш. И др. Биохимическая технология и аппаратура / Аиба III., Хем-фри А., Миллис Н. : пер. с англ. - М.: Пищевая промышленность, 1975. -288 с.

2. Аткинсон Б. Биохимические реакторы: Пер. с англ. М.: Пищевая промышленность, 1979. - 280 с.

3. Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства. М.: Пищевая промышленность, 1972. - 512 с.

4. Батунер Л.М., Позин М.Е., Математические методы в химической технике. М.: Химия, 1968. - 824 с.

5. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии: Пер. с англ. В 2-х частях. 4.2. М.: Мир, 1989. - 590 с.

6. Беккерт М. Новое в квасоварении // Пищевая промышленность, 1929, № 11-12. С. 605-606

7. Бочарова Н.Н., Кобрина Ю.П., Розманова Н.В. Микрофлора дрожжевого производства. М.: Химия, 1976. - 373 с.

8. Брусиловский Л.П. и др. Управление процессами культивирования микроорганизмов заквасок кисломолочных продуктов / Брусиловский Л. П., Банникова Л.А., Вайнберг И.А. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982,- 128 с.

9. Булгаков Н.И. Биохимия солода и пива. М.: Пищевая промышленность, - 1976.-358 с.

10. Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика: Практический курс. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999,- 720 с.

11. Васильев Н.Н., Амбросов В.А., Складнев А.А. Моделирование процессов микробиологического синтеза. М.: Лесная пром-сть. 1975. - 340 с.

12. Вентиня Э.Ю. Цитоплазматическая мембрана в процессе реактивации обезвоженных дрожжей Saccharomyces cerevisiae. в кн.: Биотехнологияи биоинженерия.- Рига, 1978, т.2, с. 37-38

13. Вердиев С.Г. Математическое описание периодического процесса брожения сусла. Кировобад: Азерб. технол. ин-т, 1986. - Деп. в АзНИ-ИНТИ 09.10.86., № 593 - Аз.

14. Веселов И.Я., Чукмасова М.А. Технология пива. М:-Пищепромиздат, 1963.-452с.

15. Влияние степени сбраживания на органолептические показатели кваса иновый метод определения спирта в квасе // Л.И. Чекан, Т.А. Кипарисова, A.M. Комраз // Труды ВНИИППа, 1957, вып.6, С. 114-121.

16. Вольф Х.Х., Зенге Б. Вязкость заторов из зерна // Die Branntweitwirtschaft, 1994, № 9 (134), s. 126.

17. Главачек Ф., Лхотский А. Пивоварение. М.: Пищевая промышленность, 1977.-624 с.

18. Голикова Н.В. Белки в пивоварении. М: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 168 с.

19. Голикова Н.В. Производство пива с использованием пшеничных зерно-продуктов // Обз. инф. АгроНИИТЭИПП, Сер. 22, 1991, Вып. 10. 12 с.

20. Грановский Я.Д., Гулякова Г.В. Контроль и автоматизация производства хлебопекарных дрожжей. М.: Легкая и пищ. пром-ть, 1984. - 104 с.

21. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. -М.: Пищевая промышленность, 1979. 199 с.

22. Гречко Н.Я., Ганчук В.Д., Емельянова Н.А. Влияние сырья на качество концентрата квасного сусла. // Пищевая промышленность. Научно-производственный сборник, 1981, №1. С. 32-34

23. Громов С.И., Устинников Б.А. Переработка некондиционного сырья на спиртовых заводах. М.:Агропромиздат, 1984,- 201 с.

24. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты Пер. с англ. М.: Изд-во ин. лит-ры, 1961.-728 с.

25. Дэвени Т., Гергей Я. Аминокислоты, пептиды, белки: Пер. с англ. М.: Мир, 1976.-368 с.

26. Жвирблянская А.Ю. Микробиологический контроль производства пива и безалкогольных напитков. М.: Пшцепромиздат, 1970. - 159 с.

27. Жвирблянская А.Ю., Щепина О.М. Производство сухих технических культур дрожжей и их применение в квасоварении. М.: Пищепромиз-дат, 1958.-30 с.

28. Жеребцов Н А., Корнеева О.С., Фараджева Е.Д. Ферменты: их роль в технологии пищевых продуктов. Воронеж, Изд. ВГУ, 1999. 118 с.

29. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. Изд. 3-е доп. и переработ. М: Химия, 1971. 419 с.

30. Зайченко Ю. П. Исследование операций. Киев: Вшца школа, 1979. -392 с.

31. Зенге Б., Вольф Х.Х. Справочник по спиртовому производству. М: Мир, 1994. 460 с.

32. Зудин Д.В., Кантере В.М., Угодчиков Г.А. Автоматизация биотехнологических исследований. М.: Высшая школа, 1987.-111 с.

33. Информационные технологии ресурсного взаимодействия микробиологических систем в условиях инфицирования / Ануфриев В В., Безрядина Г.Н., Дерканосова Н.М., Сербулов Ю.С., Щепкин Г.И. Воронеж, гос. технол. акад., Воронеж, 2001. - 162 с.

34. Казанская JI.H., Афанасьева О.В., Александрова Е.П., Кузнецова Л.И., Павловская Е.Н., Патт В.А. Микрофлора и чистые культуры для приготовления ржаных заквасок. // Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1981, №5. С. 25-27.

35. Калунянц К.А. Химия солода и пива: Учеб. пособие для студентов вузов по специальности «Технология бродильных производств и виноделие». М.: Агропромиздат, 1990. - 176 с.

36. Калунянц К.А., Яровенко В.Л., Домарецкий В.А. и др. Технология солода, пива и безалкогольных напитков: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология бродильных производств и виноделие». М.: Колос, 1992. - 446 с.

37. Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.

38. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971.-752 с.

39. Кафаров В. В., Винаров А.Ю., Гордеев JI. С. Моделирование химических реакторов. М.: Лесная пром-сть, 1979. - 300 с.

40. Квасников Е.И. Биология молочнокислых бактерий. Ташкент: АН Узб. ССР, 1960.-352 с.

41. Квасников Е.И., Нестеренко О.А. Молочнокислые бактерии и пути их использования. М.: Наука, 1975. - 390 с.

42. Квасоварение и его рационализация / А.И. Степанов // Пищевая промышленность, 1929, №9 С. 455 - 462.

43. Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. Пер. с англ. в 2-х томах. Т.1 -М.: Мир, 1981. -616 с.

44. Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. Пер. с англ. в 2-х томах. Т.2 - М.: Мир, 1981.-524 с.

45. Клинге А. Искусственные минеральные воды, лимонады и напитки брожения, ч.П. Петербург, 1913, - 250 с.

46. Козьмина Н.П. Биохимия зерна и продуктов его переработки. М.: Колос, 1976.-376 с.

47. Коновалов С.А. Биохимия бродильных производств. М.: Пищевая промышленность, 1967.-321 с.

48. Королев Д.А. Русский квас. М.: Пищевая промышленность. - 1967112 с.

49. Королев Д.А., Чекан Л.И., Денщиков М.Т. Технология безалкогольных напитков. М.: Пищепромиздат, 1962. - 515 с.

50. Кошевая В.Н. Емельянова Н.А. Гумми-вещества концентрата квасного сусла. // Известия ВУЗов. Пищевая технология, 1980, № 2. с. 28-31

51. Кощеев А.А. Русский квас. М.: Агропромиздат,1991. - 56 с.58.