Разработка способов регулирования микробиологических и биохимических процессов в виноделии на основе электромагнитного воздействия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.01, кандидат технических наук Шакун, Марина Михайловна

• Шакун, Марина Михайловна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шакун, Марина Михайловна

Структура диссертационной работы Введение

1 Обзор литературы

1.1 Регулирование активности микроорганизмов и ферментных систем с помощью внешних факторов.

1.1.1 Микроорганизмы в производстве вин.

1.1.2 Ферментные системы вин

1.2 Сравнительная характеристика способов физического воздействия на сырьё и полуфабрикаты

1.3 Цели, задачи исследований

2 Объекты и методы исследований.

2.1 Объекты исследований

2.2 Постановка экспериментов по обработке биосистем электромагнитным полем

2.3 Методы исследований.,.

2.4 Статистическая обработка результатов

2.5 Направление исследований

3 Экспериментальная часть.

3.1 Влияние электромагнитного поля на жизнедеятельность микроорганизмов.

3.1.1 Влияние электромагнитного поля на развитие дрожжей

3.1.2 Влияние электромагнитной обработки дрожжей на физико-химические показатели полученных виноматериалов

3.1.3 Влияние электромагнитного поля на физиологическое состояние уксуснокислых и молочнокислых бактерий

3.2 Регулирование ферментативных процессов, протекающих при производстве различных типов вин, под действием электромагнитного поля

3.3 Изменение химического состава продуктов в процессе хересования с применением электромагнитной обработки.

3.4 Влияния электромагнитного поля на осветляющую способность природных сорбентов и устойчивость вин к помутнениям биологической природы

Выводы

Рекомендации производству

Производственные испытания

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способов регулирования микробиологических и биохимических процессов в виноделии на основе электромагнитного воздействия»

В настоящее время экономика нашей страны уверенно развивается. Это развитие не может не отразиться на состоянии пищевой промышленности. Рыночная экономика диктует жесткие правила производителям, стимулируя производство высококачественной продукции, имеющей доступную цену.

Успешно развиваясь, пищевая промышленность в целом и винодельческая отрасль в частности сталкивается с высокой конкуренцией со стороны иностранных производителей. И основной задачей является поиск новых возможностей в технологических и технических аспектах производства, позволяющих совершенствовать качественные показатели.

Остро стоит и вопрос экономической эффективности в винодельческой промышленности. В связи с этим ведутся разработки современных технологий, которые дают возможность получить высококачественный товар с наименьшими затратами трудовых, сырьевых, энергетических ресурсов и времени.

В нынешних условиях развития, предоставляющих широкие технические возможности, год от года растет число исследований электрофизических способов воздействия на пищевые среды. Применение указанных методов имеет целый ряд преимуществ по отношению к более традиционным способам. К преимуществам следует отнести упрощение и повышение надежности систем автоматизации, уменьшение количества, веса и габарита машин, повышение их производительности и существенное снижение энергоемкости, что, в конечном счете, положительно сказывается на качестве продукции и ее себестоимости.

Способы физического воздействия в винодельческой промышленности имеют очень широкое применение. Они перспективны по причине быстроты воздействия, возможности полной механизации, автоматизации и организации поточного производства.

Указанные способы воздействия представляют интерес и по причине того, что использование химических препаратов в винодельческой промышленности себя не совсем оправдывает. Они довольно дороги, и не всегда экологически безопасны. В последнее время возникает тенденция к сокращению применения химических компонентов и вспомогательных материалов, а альтернативой могут быть лишь физические методы обработки.

По изложенным выше причинам научный и практический интерес вызывает изучение одного из способов физического воздействия — электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона (ЭМП КНЧ). Указанный способ воздействия относится к малоизученным, особенно в отраслях пищевой промышленности. Но все же опубликованные работы, направленные на изучение электромагнитного воздействия в масложировом, консервном, мясоперерабатывающем, свеклосахарном, и других производствах убеждают в перспективности этого направления [1, 12, 13, 34, 52, 54, 65, 68, 85, 89, 97].

В свете вышеизложенного, возникает вопрос о возможности применения электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона в винодельческой промышленности. Использование указанного способа физического воздействия должно быть направлено на максимально возможное сохранение биоактивных компонентов вина. Одним из главных достоинств технологии является отказ от наполнителей, добавок, консервантов и других химических компонентов.

Электромагнитный способ воздействия так же позволяет регулировать физико-химические и биологические процессы, целесообразность их протекания с точки зрения технологии, что может позволить сократить производственный цикл и длительность технологических процессов. Таким образом, можно предположить, что данный прием может позволить контролировать и время производственного цикла, что особенно ценно при длительных технологических процессах (выдержка, термическая обработка, типизация) получения вин и коньяков.

Учитывая актуальность изучения и внедрения физических способов воздействия в промышленность, в рамках представленной диссертации была проведена исследовательская работа, направленная на изучение влияния электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона (Г =3 — 30 Гц) [12, 13, 16, 37, 56] на различные биологические объекты, такие как виноградное сусло, дрожжи, уксуснокислые и молочнокислые бактерии. ■

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение диссертации по теме «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства», Шакун, Марина Михайловна

ВЫВОДЫ

1. Определены оптимальные параметры воздействия ЭМП КНЧ на дрожжевые клетки различных рас. Частоты, стимулирующие развитие клеток и накопление биомассы, для расы Шампанская 7-1 ОС - 16 Гц, для штаммов ЮС 18- 2007, IOC BR 8000, IOC R 9002, ЮС В 2000, IOC R 9008 - 3 и 16 Гц, для расы Херес 96-К - 16 Гц. Величина магнитной индукции В = 0,9 мТл, время воздействия 30 минут.

2. Установлено влияние электромагнитного поля в диапазоне частот 330 Гц на развитие уксуснокислых и молочнокислых бактерий. Обработка при f = 30 Гц подавляет развитие данных микроорганизмов. Активное развитие УКБ наблюдается при частотах воздействия 3, 6, 16 Гц. Диапазон 6-24 Гц стимулирует размножение МКБ и накопление продуцируемой ими молочной кислоты.

3. Выявлено, что наибольшая активность ферментов ß-фрукто-фуранозидазы и гидролитическая функция эстеразы проявляется при частоте воздействия 3 Гц. При частоте обработки 16 Гц под действием синтетической функции эстеразы интенсифицируются процессы этерификации. Частота 30 Гц подавляет активность О-дифенолоксидазы.

4. Установлено, что для производства белых вин целесообразно применять обработку дрожжей при частотах 3 и 16 Гц, для получения красных вин - 16 Гц, для процесса хересования - 16-24 Гц.

5. Установлено положительное воздействие на процессы осветления белых и красных сухих виноматериалов обработки ЭМП КНЧ (f= 9-15 Гц, В = 1,2 мТл, т = 30 минут). Воздействие электромагнитного поля при f= 30 Гц, В = 1,2 мТл, X = 30 минут повышает устойчивость вин к помутнениям биологической природы.

6. Научно обоснованы и разработаны способы регулирования микробиологических и биохимических процессов в виноделии на основе воздействия ЭМП КНЧ. Усовершенствована технология производства различных типов вин с применением предложенных способов.

7. Разработанные способы апробированы в промышленных условиях. Расчетный экономический эффект от внедрения разработанных способов в зависимости от типа обрабатываемого виноматериала в Филиале ЗАО МПБК «Очаково» «Южная винная компания» составил 8,1 руб./дал и в ООО «Кубанские вина» - 11,5 руб./дал.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Изучив химико-физические показатели полученных в ходе эксперимента виноматериалов, и оценив их органолептические характеристики, можно говорить о возможности формирования конечного продукта с требуемыми кондициями под действием электромагнитного поля.

Усовершенствованная на основе разработанных способов технологическая схема (рисунок 1) включает возможные обработки ЭМП КНЧ диапазона на следующих этапах производства:

- дробление винограда для увеличения выхода сусла, вследствие активации пектолитических ферментов;

- получение и брожение мезги с целью обогащения фенольными и красящими веществами;

- обработка ЧКД и АСД для регулирования процесса брожения;

- обработка разводки хересных дрожжей для интенсификации процесса хересования;

- предварительная обработка виноматериалов перед оклейкой для повышения степени прозрачности, уменьшения дозировок вносимых препаратов, снижения объемов осадков, и, как следствие, сокращения потерь при отстаивании;

- обработка осветленных виноматериалов с целью профилактики мик-робиальной порчи вина;

- обработка вин, пораженных молочнокислыми или уксуснокислыми бактериями для подавления их жизнеспособности.

Условные обозначения: В- виноград; - М- мезга; -СС- сусло-самотёк; -ВЖ- выжимки; -ПФ- прессовые фракции; -С- сусло; -НС- неосветленное сусло; -ОС- осветленное сусло; -СГ- сусловая гуща; -ЧКД- чистая культура дрожжей; -АСД- активные сухие дрожжи; -ВН- виноматериал-недоброд; -ДГ- дрожжевая гуща; -ФВ- фугат-виноматериал;-ФС-фугат-сусло; -НВ- необработанный виноматериал;

- СпВ/м- спиртованный виноматериал; - НХВ - неоклееный хересный виноматериал; - ОкХВ- оклеенный хересный виноматериал;

- РХВ - розливостойкий хересный виноматериал. 1 - приемный бункер-питатель шнековый; 2 - дробилка-гребнеотделитель валковая; 3 - мезгонасос; 4 -сульфитодозирующая установка; 5 - стекатель; 6 - пресс; 7 - теплообменник; 8 - отстойник; 9 - дрожжегенератор; 10 - установка для обработки ЭМП КНЧ, 11 - бродильная установка; 12 -приемный резервуар; 13 - центрифуга, 14 - резервуар; 15 - эгализатор-купажер; 16 - бочки для проведения процесса хересования (солера); 17 - дозирующая установка, 18 - установка для удаления кристаллических помутнений «Кристалстоп»; 19 - диатомитовый намывной фильтр

Рисунок 1 - Усовершенствованная технологическая схема производства столовых и специальных виноматериалов с использованием ЭМП КНЧ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

В ходе производственных испытаний была проведена обработка мезги сортов винограда Каберне-Совиньон (массовая концентрация Сахаров 19,9 г /

3 3 дм , тируемая кислотность 8,0 г/дм ) и Саперави (массовая концентрация са

3 3 харов 20,2 г / дм , титруемая кислотность 7 г/дм ).

Жирную мезгу сортов Каберне и Саперави, полученную в процессе производственной переработки, в течение 30 минут подвергали воздействию при частотах ЭМП КНЧ 6, 18, 30 Гц, с величиной магнитной индукции 1,2 мТл. В качестве контрольного образца выступала необработанная мезга соответствующего сорта. Одна часть мезги содержала сернистый ангидрид, вторая не подвергалась этой обработке. После в исследуемые образцы были заданы дрожжи IOC R 9002 и препарат Витамон Комби. Через 7 дней бурное брожение закончилось, и образцы сняли с мезги. Выброженный насухо ви-номатериал исследовали на предмет накопления фенольных и красящих веществ, а так же активности О-дифенолоксидазы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шакун, Марина Михайловна, 2011 год

1. А. с. СССР, МКИ А Ol G 7/09. Способ обработки черенков перед посадкой на укоренение / Ф. Я. Поликарпова, J1.H. Свиридов, В.Г. Трушечкин (СССР). № 1160999; Заявлено 10. 05.83; Опубл. 15.06.85. Бюл. № 22. - 5 с. ил.

2. Абдуллаев X. Обработка виноградной мезги ультразвуком / Абдуллаев X., Иванченко В.А. // Труды НИИ садоводства, виноградарства и виноделия им. Шредера. 1982. № 43. С. 123-132.

3. Авакянц С.П. Новые методы биохимических исследований вина. М.: ЦИНТИППищепром, 1968. 70 с.

4. Агабальянц Г.Г. Химико-технологический контроль виноделия // Ага-бальянц Г.Г., Бегунова Р.Д., Джанполадян Л.М., Дрброглав Е.С., Захарина О.С., Майоров B.C./ Пищевая промышленность.- М. 1969, -70 с.

5. Агабальянц Э.Г., Муратиди А.Г. Изменение коллоидно-химических свойств дисперсных минералов при оклейке вин. Известия вузов СССР, Пищевая технология, № 4, 1977. с.'85-92.

6. Агаджанян H.A. Влияние инфранизкочастотного магнитного поля на ритмику нервных клеток и их устойчивость к гипоксии // Агаджанян H.A., Власова И.Г. / Биофизика. 1992. Т. 37. Вып. 4. С. 681-683.

7. Агулова Л.П. Исследование действия слабого магнитного поля сверхнизкой частоты на автоколебательную химическую реакцию. В кн. "Живые системы в электромагнитных полях". Томск, 1979. вып. 2. 116 с.

8. Аксенов С.И., Булычев A.A., Грунина Б.Н., Туровецкий Б.Б. О механизмах воздействия низкочастотного магнитного поля на начальные стадии прорастания семян пшеницы //Биофизика. 1996. Т. 41. Вып. 4. С. 919-924.

9. Аристахов В.М. / Физико химические основы первичных механизмов биологического действия магнитного поля. Цыбышев В.П., Пирузян J1.A. В кн: "Реакции биологических систем на магнитные поля". М.: Наука, 1978. С.6.

10. Ахназарова С.П. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии/ СЛ. Ахназарова, В.В. Кафаров. -М.: Колос, 1985. 192 с.

11. Бабакина Э.Л. Технология получения активных сухих дрожжей рода Schizosaccharomyces и их использование при производстве виноматериа-лов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Ялта, 1987. - 23 с.

12. Барышев М.Г. Влияние электромагнитного поля на биологические системы растительного происхождения. Краснодар: КГУ, 2002. - 297 с.

13. Барышев М.Г., Касьянов Г.И., Джимак С.С. Влияние низкочастотного электромагнитного поля на биологические системы // Известия вузов. Пищевая технология. 2007. - № 3. - С. 44-48.

14. Бери Д. Биология дрожжей. М.: Мир. 1985. - 95 с.

15. Бегунова Р.Д. Химия вина / Пищевая промышленность. Москва. - 1972. -219с.

16. Бережная A.B. // Автореф. дис. канд. техн. наук. Краснодар. — 2004. -24 с.

17. Бинги В.Н. Механизм магнйточувствительного связывания ионов некоторыми белками // Биофизика. 1997. - 42. - Вып.2. - С. 338.

18. Бинги В.Н. Вращение биологических систем в магнитном поле: расщепление спектров некоторых магнитобиологических эффектов // Биофизика. 2000. - № 45. - Вып. 4. - С. 636-641.

19. Бирюкова С.Н. Исследование возможностей интенсификации переработки винограда на крепко-сладкие вина. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. 1970.

20. Богданов В.М. Микробиологический контроль на предприятиях молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1967.-230 с.

21. Бойко И.Е., Агеева Н.М., Минакова А.Д. Сравнение термостойкости различных рас винных дрожжей // Известия вузов. Пищевая технология, №4, 2006.- 123-124.

22. Боровиков В.П. Statistica для студентов и инженеров. 2-е изд.: КомпьютерПресс, 2001.-301 с.

23. Брегвадзе У.Д. Действие гамма-лучей на безалкогольные напитки и вино-коньячные изделия. М.: Пищ. Промыш., 1970. — 132 с.

24. Бурьян Н.И. Влияние гамма-лучей радиокобальта на дрожжи и молочнокислые бактерии. // Бурьян Н.И., Тюрина JI.B., Кураксина Н.К. Сб. Вопросы биохимии виноделия / Труды конференции по биохимии виноделия, М.: Пищепромиздат. 1961.-е. 117-120.

25. Бурьян Н.И. Микробиология виноделия / Институт винограда и вина «Ма-гарач». УААН. - Ялта. - 1997. - 431 с.

26. Бурьян Н.И. Практическая микробиология виноделия. Симферополь: Таврида, 2003.- 560с.

27. Вербина Н.М., Кантарева Ю.В. Микробиология пищевых производств / Москва. Агропромиздат, 1988. - 256 с.

28. Влияние физических воздействий на процесс биосинтеза дрожжей // М.П. Гандзюк, А.И. Соколенко, И.Ф. Степанец// Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1975.-21 с.

29. Гандзюк М.П. Влияние физических воздействий на процесс биоситеза дрожжей // Гандзюк М.П., Соколенко А.И., Степанец И.Ф. М.: ЦНИИТЭИПищепром, - 1975. - 21 с.

30. Герасимов М.А. Технология вина. Пищевая промышленность, 1964. -352 с.

31. Германова JI.M. Физические методы стабилизации и осветления вин / JI.M. Германова, JI.H. Гордеева, И.Ш. Козинский // Сер. винодельческая промышленность. М.: ЦНИИТЭИ Пищепром, 1985. - Вып. 12. - 12 с.

32. Гугучкина Т.И. Сухие активные дрожжи Института Энологии в Шампани// Гугучкина Т.И., Агеева Н.М., Ж.Барре, Стаценко JI.A.// Виноделие и виноградарство, №2, 2004. С.20-22

33. Девятков Н.Д., Лысиков В.Н. и др. Некоторые результаты использования лазерного излучения как факторы воздействия на растительные организмы. Материалы симпозиума. Биофизика растений. Краснодар, 1974.

34. Джаруллаев Д.С. Интенсивные технологии обработки плодово-ягодного сырья с использованием СВЧ и лазерной энергии. — Махачкала: ДагГТУ, 2000.-43 с.

35. Дмитриевский И.Л. Космофизические корреляции в живой и неживой природе, как проявление слабых возмущений // Биофизика. — 1992. — 37. — Вып.4. С. 674-679.

36. Журавлева Л.И. Оптимизация процесса глубинного хересования вин // Автореф. дис. канд. техн. наук. Ялта. — 1984. — 19 с.

37. Зинченко С.Ю., Данилов В.И. О чувствительности биологических объектов к воздействию геомагнитного поля // Биофизика. — 1992. — 37. — Вып.4. -С. 636-631.

38. Инюшин В.М. Энергетическая структура биополя и реализация принципов резонансной биостимуляции. Сб. Проблемы биоэнегетики организма и стимуляции лазерным излучением. — Алма-Ата, 1976. — С. 23-38.

39. Использование СВЧ-энергии для обработки пищевых продуктов // Остапенко A.M.; Курбанов Ж.М. / Серия 17. Вып № 3. Обзор. М.: ЦНИИТЭИ-Пищепром, 1981. —37с.

40. Использование электро-ионной обработки для интенсификации биологических процессов. М.: ЦИНТИППищепром . - 1980. — 40 с.

41. Казумов Н.Б. Осветление и стабилизация вин. — Издательство «Айастан», Ереван, 1975.-С. 78-79.

42. Каменир Э.А. Влияние космофизических факторов на прорастание семян пшеницы, подвергнутых воздействию поля коронного разряда // Каменир Э.А., Кирилов А.К. / Биофизика. 1995. Т. 40. Вып. 4. С. 765-770.

43. Квасников Е.И. Биология молочно-кислых бактерий / Изд. АН ССР, Москва. 1960. - 415 с.

44. Квасников Е.И., Нестеренко O.A. Некоторые вопросы систематики молочно-кислых бактерий. Успехи микробиологии. М.: Наука, 1966, вып.З. — С. 3-23.

45. Квасников Е.И., Нестеренко O.A. Молочно-кислые бактерии и пути их использования.- М.: Наука, 1975. — 388 с.

46. Квасников Е.И., Щелокова И.Ф. Дрожжи. Биология. Пути использования. Киев: Наукова думка, 1991. — 324 с.

47. Кишковский З.Н., Мержаниан A.A. Технология вина / Легкая и пищевая промышленность, Москва. — 1984. — 504 с.

48. Кишковская С.А. Дрожжи рода Schizosaccharomyces и их роль в технологии виноделия// Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Химия и технология пищевых продуктов. 1992. — С. 1-76.

49. Кишковская С.А. Разработка технологии биологического кислотопониже-ния виноградного сусла, мезги и вин с использованием дрожжей рода Schizosaccharomyces. Дис. докт. техн. наук. Ялта 1990. 252 с.

50. Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1982.

51. Ковалев H.H., Гавриленко М.Н. Влияние дисперсных минералов на дыхательную активность дрожжей Sacch.Cerevisea на примере штамма Киевский// Виноделие и виноградарство, 2002. №4. - С.34

52. Кондратова О.Ю. Совершенствование способов экстракции сахарозы из свеклы// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Москва. — 2004. 161 с.

53. Коновалов С.А. Основы физиологии питания дрожжей.-М.:ЦИНТИпищепром, 1969. 68 с.

54. Копылов Ю.А. Основные направления в создании оборудования с использованием электрофизических методов обработки пищевых продуктов. ЦНИИТЭИЛегпищемаш , М. 1976.

55. Кузнецов А.Н., Ванаг В.К. Механизмы действия магнитных полей на биологические системы // Известия АН СССР. Сер. биологическая. 1983. -№ 6. -С. 814-827.

56. Кузнецов А.Н. Биофизика низкочастотных электромагнитных воздействий.-М., 1994.-С.76.

57. Лабораторный практикум по биохимии и пищевой химии/ Лобанов В.Г., Щербаков В.Г., Прудникова Т.Н., Минакова А.Д., Гаманченко А.И., Иль-чишина Н.В., Кудинов П.И.// Учебное пособие. Краснодар, 2001. — 102 с.

58. Лазаренко Б.Р. Интенсификация процесса извлечения сока электрическими импульсами. // Лазаренко Б.Р., .Решетько Э.В., Иваненко В.П. / Консервная и овощесушильная промышленность. 1968. № 8.

59. Лившиц В.А., Рубинштейн А.И., Кузнецов А.Н. О невозможности возбуждения плазмоподобных магнитодинамических волн в физиологическом водном растворе // Биофизика. 1983. - 28. - Вып.З. - С. 524.

60. Мамаев А.Т., Абрамов Ш.А., Макуев А.Д., Даудова Т.И., Рыбникова В.И. Влияние лазерного света на процесс хересования вина. — Биохимия винограда и вина. Махачкала. 1978. № 2. - С. 67-75.

61. Манафова С.М. Разработка технологии получения сухих винных дрожжей и применение их при производстве столовых вин: Автореф. дис.канд. техн. наук. Ялта, 1984. - 22с.

62. Мартаков A.A. Управление биохимическими процессами формирования вина // Автореф. дис. докт. биол. наук. Алма-Ата. - 1979. -35 с.

63. Мартыненко H.H. Активные сухие винные дрожжи. Промышленное производство и практическое применение/ Виноделие и виноградарство, 2004. -№4 С.20-22

64. Мартынюк B.C. К вопросу о синхронизирующем действии магнитных полей инфранизких частот на биологические системы // Биофизика, 1992. Т. 37. Вып. 4. С.669-672.

65. Матов Б.М. Электрофизические методы пищевой промышленности // Матов Б.М., Решетько Э.В./ Изд. «Картя Молддовеняскэ» Кишинев, 1968.126 с.

66. Марченко А.П. Применение ультрафиолетового облучения в производстве белых столовых вин. — Автореф. дис. . канд. техн. наук. Краснодар, 1973.-32 с.67.