Развитие систем пропагации пивных дрожжей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Кайтуков, Чермен Михайлович

• Кайтуков, Чермен Михайлович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кайтуков, Чермен Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ ПРОПАГАЦИИ ЧИСТОЙ КУЛЬТУЦРЫ ДРОЖЖЕЙ В ПИВОВАРЕНИИ.

1.1. Основные свойства пивных дрожжей.

1.1.1. Строение и состав дрожжевой клетки.

1.1.2. Обмен веществ дрожжевой клетки.

1.1.3. Размножение и рост дрожжевой клетки.

1.1.4. Характеристики пивных дрожжей.

1.1.4.1. Морфологические характеристики.

1.1.4.2. Физиологические различия.

1.1.4.3. Технологические свойства пивных дрожжей.

1.1.4.3.1. Бродильные свойства

1.1.4.3.2. Конечная степень сбраживания

1.1.4.3.3. Флокуляция дрожжей.

1.1.4.3.4. Автолиз дрожжей как нежелательное явление в производстве пива.

1.1.4.3.5. Дрожжи как инфицирующие микроорганизмы.

1.2. Разведение чистой культуры дрожжей (ЧКД).

1.2.1. Факторы, определяющие размножение дрожжей.

1.2.1.1. Влияние температуры на процесс пропагации ЧКД.

1.2.1.2. Влияние начального содержания дрожжевых клеток.

1.2.1.3. Потребность в кислороде дрожжей

Saccharomyces cerevisiae.

1.2.1.4. Влияние концентрации Сахаров в сусле.

1.2.1.5. Влияние концентрации продуктов обмена веществ - этанола и углекислого газа.

1.2.1.6. Влияние концентрации аминокислот и микроэлементов.

1.2.1.7. Влияние давления и рН среды.

1.2.2. Выделение чистой культуры дрожжевых клеток.

1.2.3. Разведение чистой культуры в лаборатории.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие систем пропагации пивных дрожжей»

Актуальность проблемы

Наряду с используемым сырьем (хмель, солод, вода), а также способом обработки сусла в последние годы все большее внимание обращают на технологические процессы, связанные с дрожжами.

В отличие от прошлых лет сегодня уже недостаточно сбраживать сусло семенными дрожжами. Физиологическое состояние дрожжей меняется от генерации к генерации, и это представляет собой не только неконтролируемую опасность для биологического состояния и качества пива, но и служит причиной колебаний его вкусовых свойств [1].

Использование дрожжей с большим количеством генераций приводит к замедлению процесса брожения, к снижению способности клеток к размножению, нетипичному поведению при брожении и к мутациям [62], которые могут быть вызваны старением культуры [2].

Кроме того, на многих пивоваренных предприятиях используют ЦКТ. Брожение в ЦКТ при повышенных концентрациях и давлениях неблагоприятно воздействует на физиологические свойства дрожжей и, в частности, на их жизнеспособность. Поэтому число используемых генераций снижается. Однако, в месяцы с пиками максимального выпуска продукции, из-за недостатка чистой культуры приходиться использовать большее чем обычно число генераций. Следствием этого обычно становится получение пива пониженного качества или даже его инфицирование.

При использовании же закупленных производственных дрожжей, что практикуется на многих российских предприятиях существует реальная опасность занесения инфекции [3]. Кроме того, таким дрожжам требуется больший период адаптации к суслу данного предприятия.

В итоге, для любого современного пивоваренного предприятия стремящегося прочно занять свою нишу на рынке просто необходимо иметь свою установку для пропагации чистой культуры дрожжей (ЧКД), так как это значительно влияет на качество и стабильность получаемой конечной продукции.

В настоящее время существует достаточное разнообразие как машинно-аппаратурных схем для пропагации ЧКД, так и фирм производителей самих установок. Однако все предлагаемые установки, как будет показано ниже, имеют значительные недостатки и не всегда позволяют пивовару, эксплуатирующему эту установку, получить желаемый конечный результат, а именно, чистую культуру дрожжей в достаточном количестве за максимально короткий промежуток времени с гарантированной микробиологической чистотой и высокой жизнеспособностью. Цели исследований

Разработка научного обеспечения процессов пропагации ЧКД и совершенствование на его основе технического и технологического уровня производства.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие основные задачи:

• изучить существующие системы пропагации ЧКД, выделить и систематизировать их недостатки и преимущества;

• изучить и систематизировать технические и технологические проблемы, возникающие при пропагации ЧКД с использованием ныне существующих схем;

• создать методологические основы исследования и совершенствования систем пропагации ЧКД;

• описать математически процессы пропагации ЧКД и на основе полученных данных создать математические модели, описывающие процессы пропагации ЧКД существующими способами от задачи посевной дозы в пропагатор до момента отправки ЧКД в цех брожения;

• на основе системного анализа и синтеза, а так же анализа разработанных математических моделей и основных проблем, возникающих при пропагации предложить принципиально новый способ пропагации ЧКД и машинно-аппаратурную схему, которые позволят приблизиться к решению основных проблем пивовара при пропагации ЧКД таких как: о уменьшение вероятности инфицирования; о увеличение величины съема ЧКД с единицы объема пропагатора; о уменьшение цикла пропагации; о уменьшение окисления сусла в процессе аэрации ЧКД в пропагаторе; о получение ЧКД с высокой жизнеспособностью и бродильной активностью

• изучить влияние способа пропагации на качественно - количественные показатели получаемой ЧКД;

• Спрогнозировать дальнейшее развитие систем пропагации ЧКД Научная концепция

В основу научного решения проблемы совершенствования процессов и систем пропагации ЧКД положен системный подход, позволяющий не только понять принципы функционирования и организации систем пропагации ЧКД, но и спрогнозировать дальнейшее развитие техники и технологии этих систем. Научные положения

• обоснован принцип интенсификации процесса пропагации ЧКД в пивоварении;

• обоснован принцип создания новых систем пропагации ЧКД в пивоварении;

Научная новизна

На основе системного и математического анализа, а также экспериментальных исследований:

• вскрыты закономерности организации и функционирования и развития систем пропагации ЧКД;

• впервые установлена зависимость времени генерации штамма не только от температуры, но так же и от способа пропагации; разработана операторные и математические модели описывающие процессы пропагации ЧКД различными способами, положенные в основу методики рационального выбора технологии и аппаратуры, а так же прогнозирования технологического эффекта при размножении дрожжевых клеток; впервые установлен эффект зависимости упитанности дрожжевых клеток от способа пропагации; впервые установлен эффект зависимости количества мертвых клеток от способа пропагации; впервые установлен эффект зависимость бродильной энергии дрожжевых клеток от способа пропагации; впервые установлен эффект зависимости продолжительности брожения сусла от способа пропагации ЧКД. косвенно подтверждено, что пропагация ЧКД - это процесс Аэробно-поддерживаемого брожения выдвинута теория, объясняющая природу шока в который попадают дрожжевые клетки при очередной задаче сусла в пропагатор и переходе их из 1о£-фазы пропагации в 1а§-фазу Практическая значимость результатов разработана и изготовлена универсальная лабораторная установка, позволяющая производить экспериментальную пропагацию ЧКД любым из известных способов; созданы математические модели, описывающие процесс пропагации ЧКД как известными современными способами, так и предлагаемым способом, позволяющие оценить использование того или иного способа при пропагации определенного штамма дрожжей; разработан новый способ пропагации ЧКД. позволяющий ускорить процесс и добиться повышения качества получаемого продукта;

• разработана новая Машино-аппаратурная схема, позволяющая реализовать предложенный способ пропагации, а так же решить основные проблемы, возникающие при пропагации ЧКД;

• Предложены пути дальнейшего усовершенствования систем пропагации ЧКД

ПРОБЛЕМНО-ЦЕЛЕВАЯ СТРУКТУРА РАБОТЫ

Цель работы разработка научного обеспечения процессов пропагации ЧКД и совершенствование на его основе технического и технологического уровня производства

Научная концепция Применение системного подхода, позволяющего вскрыть общие закономерности организации, строения, функционирования и развития систем пропагации ЧКД

Основные задачи 1

Этапы работы

Изучить существующие системы пропагации ЧКД, выделить и систематизировать их недостатки и преимущества 4- Теоретическое изучение существующих систем и способов пропагации, выявление основных проблемм

1 г

Изучить и систематизировать технические и технологические проблемы, возникающие при пропагации ЧКД с использованием ныне существующих схем -

Создать методологические основы исследования и совершенствования систем пропагации ЧКД Ч- Системные исследования I

Создать математические модели, описывающие процессы пропагации ЧКД от задачи посевной дозы в пропагатор до момента отправки в цех брожения

Математические исследования г предложить принципиально новый способ пропагации ЧКД и машинно-аппаратурную схему I

Системный анализ, анализ математических моделей и выявленных проблемм

Изучить влияние способа пропагации на качественно-количественные показатели ЧКД I

Экпериментальные исследования

Прогнозирование развития систем пропагации ЧКД

Системные исследования

Научные положения

• Обоснование принципа интенсификации процесса пропагации ЧКД в пивоварении;

• Обоснование принципа создания новых систем пропагации ЧКД в пивоварении;

Внедрение практических разработок в промышленность

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Кайтуков, Чермен Михайлович

ВЫВОДЫ

На основании системного подхода проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования. При осуществлении исследований построены операторные модели пропагации дрожжевых клеток различными способами, и осуществлен анализ технологических потоков, в результате которого выявлены наиболее несовершенные подсистемы. Используя полученные данные, были предложены пути совершенствования существующих систем пропагации ЧКД.

На основании данных, полученных при изучении существующих систем пропагации ЧКД и изучении закономерностей поведения дрожжевых клеток при нахождении в разных стадиях пропагации, разработаны математические модели, описывающие процессы пропагации различными способами. Используя эти модели и данные лабораторных исследований дрожжевых штаммов, можно заблаговременно определить показатели производительности различных установок для пропагации ЧКД.

На основании системного анализа и синтеза была предложена альтернативная операторная модель систем пропагации ЧКД с помощью которой, в купе с анализом выявленных проблем, возникающих при пропагации, а так же анализа разработанных математических моделей предложен новый способ и машинно-аппаратурная схема пропагации ЧКД, позволяющая значительно ускорить процесс и вывести качество получаемого при этом продукта на более высокую планку.

В процессе проведения экспериментальных исследований было подтверждено превосходство предлагаемой системы над ныне существующими и выявлено влияние способа пропагации дрожжевых культур не только на показатели производительности (достигнутое содержание клеток и время его достижения), но и на их физиологическое состояние, а именно на упитанность, количество мертвых клеток и бродильную энергию клеток.

5. Установлен эффект зависимости времени, необходимого для сбраживания сусла, от способа пропагации ЧКД, используемой при брожении. Данное обстоятельство должно в значительной степени повлиять на выбор технического решения пропагации ЧКД, так как, в конечном счете, влияет на весь промежуток времени необходимый для производства пива и кап затраты на строительство не только цеха производства ЧКД, но и цеха брожения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кайтуков, Чермен Михайлович, 2007 год

1. Х.И.Шмидт Современный менеджмент дрожжевой технологии // Мир пива. 1996, №2. - С.18-20.

2. Брандль, Шробенхаузен Разведение чистой культуры дрожжей, ее выращивание и сохранение // Мир пива. 1996, №1. - С.32-35.

3. Исаева В.С, Раттель H.H., Волкова Т.Н. Краткий атлас посторонних микроорганизмов в пивоваренном производстве / B.C. Исаева, H.H. Раттель, Т.Н. Волкова. -М., 1997.

4. Kemp B.J. Ancient Egypt: Anatomy of a civilization. London UK, Routledge, 1999. pp 120-124.

5. Пастер Л.: этюды о пиве. Париж, 1876.

6. Хансен Э.С. Исследования на практике. Олденбург, Мюнхен, Лейпциг, 1895.-С 1-12, 40.

7. В. Кунце. Технология солода и пива: пер. с нем. В. Кунце, Г.О. Мит -СПб.: "Профессия", 2001. с. 87-94,361-388.

8. Мальцев П.М. Технология бродильных производств. М.: Пищевая промышленное^ 1980.

9. Дитер Мекке, Франк Мадео, Каи-Уве Фрелих. О смерти и самоубийстве дрожжей// Мир пива. 2002, №2. - 45с.

10. К. Литценбургер, Фрайзинг-Вайнштефан, Оптимальная работа с дрожжами на пивзаводе менеджмент дрожжей // Мир пива. - 1998, №5. -С.22-26.

11. К. Вакербауер, X. Хеонг, М. Бекман Разведение чистой культуры дрожжей // Мир пива. 2004, №2. - С. 16-28.

12. Emeis С.С.: Warme oder kalte fuehrung der Reinsucht // Mschr.Brauerei 16. -1963.- S.104-107.

13. Niemsch K. die zeitgemaesse Hefereinzucht und Hefebehandlung, Mitt. Versuchsstation Gaerungsgewerbe Wien 42. 1988. - S.80-85.

14. X. Мангер, Г. Аннемюллер Скорость размножения дрожжей на пивоваренном заводе // Мир пива. 2001, №2. - С.23-28.

15. К. Вакербауер, X. Эверс, С.Кунерт Пропагация дрожжей и активность чистой культуры дрожжей // Мир пива. 1999, №2. - С.24-29.

16. М. Зейпф, Е. Гайгер, И. Нитен Регуляция параметров процесса размножения дрожжей // Мир пива. 2001, №2. - С.15-16.

17. Lund A. Flocculation as a racial character in bottom fermentation yeast // J.Inst.Brew.57. 1951. - S. 10-20.

18. Аннемюллер Г., Мангер X. Аэрация при получении чистой культуры дрожжей максимально не значит оптимально // Мир пива. - 2001, №2. -С.7-14.

19. Меледина Т.В., Дарков Г.В., Тишин В.Б., Смирнова М.В. Культивирование пивных дрожжей низового брожения в кожухотрубном струйно-инжекционном абсорбере // Мир пива. 2002, №1. - С.36-38.

20. Schlegel H.G. Allgemeine Mikrobiologie. Georg Thieme Verlag Stuttgart New York, 7.Auflsge. - 1992. - S.551

21. Аннемюллер Г., Мангер X. Границы и последствия размножения дрожжей в пивном сусле //Мир пива. 2000, №2. - С. 12-17.

22. Ванденбюсс И. Аэробная система разведения чистых культур пивных дрожжей, Me ига SA, Бельгия. 2004.

23. Матросов A.B. Maple 6. Решение задач высшей математики и механики. -СПб.: БХВ-Петербург, 2001. С.297-323.

24. Панфилов В.А.Технологические линии пищевых производств (Теория технологического потока). -М.: Колос, 1993. 288 с.

25. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств (Создание технологического потока) / В.А. Панфилов, O.A. Ураков. -М.: Колос, 1996. -472 с.

26. Панфилов В.А Системология пищевых производств новое направление в научном обеспечении АПК // Вестник университета - 2000. - №3. - С. 1-7.

27. Колчева P.A., Калунянц К.А., Херсонова JI.A., Садова А.И. Химико-технологический контроль пивобезалкогольного производства. М.: Агропромиздат, 1988.-С.89-109.

28. Нарцисс JT. Технология приготовления сусла. М.: НПО "Элевар", 2003. -С.175-180.

29. Федоренко Б.Н. Ферменты и мембраны: научные основы взаимодействия: Монография. -М.: МГУПП, 2002. - С.53-73.

30. Федоренко Б.Н. Современные мембранные системы в пищевой промышленности и биотехнологии.: М.: АгроНИИТЭИПП, 1992.

31. Федоренко Б.Н. Методологические указания по выбору мембранных систем для разделения жидких сред.: М.: МГАПП, 1993.

32. Федоренко Б.Н. Основы мембранной биотехнологии.: М.: МТИПП, 1992.

33. Технология солода, пива и безалкогольных напитков / К.А.Калунянц,

34. B.Л.Яровенко, В.А.Домарецкий, Р.А.Колчева. -М.: Колос, 1992. С.247-306.

35. Еромолаева Г.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных наптков / Г.А.Ермолаева, P.A. Колчева.- М.: Academia, 2000. С.228-235.

36. Слюсаренко Т.П. Основы микробиологии, гигиены и санитарии пивоваренного и безалкоголного производтсва / Т.П. Слюсаренко, Л.Р.Решетняк. М.: Агропромиздат, 1989.- 183с.

37. Муравицкая Л.В. Технохимический контроль пивоваренного и безалкогольного производств и основы управления качеством продукции. -М.: Агропромиздат, 1987. 255с.

38. Колчева P.A. Производство пива и безалкогольных напитков / Р.А.Колчева, Г.А.Ермолаева. М.: Агропромиздат, 1985. - 263с.

39. Технологическое проектирование солодовенных и пивоваренных заводов / П.В.Колотуша, В.А.Доморецкий, Н.А.Емельянова и др. Киев: Вища шк., 1987.-254с.

40. Калунянц.К.А. Химия Солода и Пива. М.: Агропромиздат, 1990.1. C.147-149.

41. Дипломное проектирование заводов по производству пива и безалкогольных напитков / К.А.Калунянц и др. М.: Агропромиздат, 1987. - 150с.

42. Балашов В.Е. Техника и технология производства пива и безалкогольных напитков / В.Е.Балашов, В.В.Рудольф. М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981 -108с.

43. Фараджева Е.Д. Прогрессивные методы интенсификации технологических процессов пивоваренного и безалкогольного производстьв : Тексты лекций / Фараджева Е.Д., К.К.Чувашева; Воронеж.гос.технол.акад. Воронеж : Воронеж.гос.технол.акад., 1994. - 83 с.

44. Технология пивоваренного и безалкогольного производств : Технол.расчеты : Практикум / А.Е.Мелентьев, В.А.Домарецкий, Н.А.Емедьянова, П.В.Колотуша; Под общ.ред. А.Е Мелентьева. Киев: Вища шк., 1986. - С.107-109.

45. Тихомиров В.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств. М.: Колос, 1998. - С.214-252.

46. Василинец И.М. Расчет пивоваренных заводов / И.М.Василинец, И.Е.Радионова; М-во образования Рос. Федерации, С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий. СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. -59с.

47. Brewing microbiology / ed. By Fergus G. Priest a. Iain Campbell. 3d ed. -New York : Kluwer acad./Plenum, 2003. - XII, 259c.

48. Котельникова A.B. Энергетический обмен дрожжей. М.: Наука, 1984. -40с.

49. Производство хлебопекарных дрожжей / Н.М.Семихатова, М.Ф.Лозенко, Л.Д.Белова и др. М.: Агропромиздат, 1987. - 271с.

50. Хоссейни Фахрисадат. Интенсификация способов получения чистой культуры хлебопекарных дрожжей : дис. канд. техн. наук : 05.18.07. -М., 2005.- 163с.

51. Филиппова Н.К. Аэробное культивирование чистой культуры спиртовых дрожжей : дис. канд. техн. наук : 03.00.23. Казань, 2004. - 114с.

52. Александровская Ю.П. Аэробное культивирование спиртовых дрожжей в биореакторе с мембранным аэрирующим устройством : дис. канд. техн. наук : 03.00.23. Казань, 2004. - 173с.

53. Новаковская С.С.Производство хлебопекарных дрожжей : Справочник // С.С.Новаковская, Ю.И.Шишицкий. -М.: Агропромиздат, 1990, 335с.

54. Иваницкая Ю.Г. Моделирование роста пекарских дрожжей в непрерывных культурах / Ю.Г.Иваницкая, А.Д.Базыкин; АН СССР. Пущино : НЦБИ, 1988.-31с.

55. Дмитриев С.А. Интенсификация технологического процесса выращивания хлебопекарных дрожжей на основе усовершенствования аэрации : дис. . канд. техн. наук : 05.18.07. -М., 1993. 149с.

56. Шабурова Л.Н. Разработка технологии активированных пивных дрожжей для заводов малой мощности : дис. канд. техн. наук : 05.18.07. М., 2001.- 185с.

57. Исламова Ф.И. Морфофизиологические и биотехнологические особенности дрожжей рода БассЬаготусеБ в зависимости от питательной среды : дис. канд. биол. наук : 03.00.16., 03.00.32. Махачкала, 2002. -131с.

58. Андреев A.A. Производство кормовых дрожжей / А.А.Андреев, Л.И. Брызгалов. М: Лег. пром-сть, 1986. - 248с.

59. Меледина Т.В. Научное обоснование и разработка высокоэффективных технологий дрожжей Saccharomyces cerevisiae : дис. д-ра. техн. наук : 05.18.07. С.-Петерб. гос. ун-т. Низкотемператур. и пищевых технологий. - СПб., 2002. - 32с.

60. Ермолаева Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия. СПб.: Профессия, 2004. - с. 344.

61. Спонтанный мутагинез и условия культивирования клеток / В.И.Коргодин, Н.О.Абетян, Х.Брунцкова и др. Дубна.: Объединенный институт ядерных исследований, 1998.-С.З-12.

62. The yeasts. Metabolism and Physiology of Yeasts / ed. By Anthony H.Rose, J.Stuart Harrison. 2d ed. - London : Academic Press, - C. 493-512.

63. Лихтенберг Л.А. Атлас производственных дрожжей Saccharomyces cerevisiae / Л.А. Лихтенберг., Е.А. Двадцатова., B.C. Чередниченко. М.: Пищепромиздат, 1999. - 4с.

64. Грановский Я.Д. Контроль и автоматизация производства хлебопекарных дрожжей / Я.Д.Грановский, Т.В.Тулякова. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.-С.5-10.

65. Кошевой Е.П. Технологическое оборудование пищевых производств / Е.П. Кошевой, Х.Р. Блягоз. Майкоп.: Государственный технологический университет, 2006. - 80с.

66. Хорунжева С.И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. М.: Колос, 1999. - С. 124-174.

67. Балашов В.Е. Технологическое оборудование предприятий пивоваренного и безалкогольного производств / В.Е.Балашов, Б.Н.Федоренко. М.: Колос, 1994- 105с.

68. Кретов И.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности / И.Т.Кретов, С.Т. Антипов.- М.: Воронежский государственный университет, 1999 С.247-249.

69. Пат. EP 0 542 089 AI C12N 1/18. Verfahren und Vorrichtung zum Vermehren von Bierhefe / Klaus esau ermaturen maschinen anlagen & Hans Hueber GmbH. -02.11.92.

70. Семихатова H.M. Хлебопекарные дрожжи M.: "Пищевая промышленность", 1980. - 200 е.: ил. 23, т. 54.

71. Фараджева Е.Д. Производство хлебопекарных дрожжей. Практическое руководство/ Е.Д. Фараджева, H.A. Болотов СПб.: "Профессия", 2002. -167с.: ил.

72. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др.; Под ред. Ю.И. Дытнерского М.: "Химия", 1991. - 496с.:

73. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. В 3-х т. Т. 1. -5-е изд., перераб. и доп./- М.: Машиностроение, 1978. 728 е.: ил.

74. ГОСТ 14249-89: "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность".

75. ГОСТ 26202-84: "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность обечаек и днища от воздействия опорных нагрузок".

76. Колосков С.П. Оборудование предприятий ферментной промышленности. -М.: "Пищевая промышленность", 1969 383 с.

77. Гинсбург A.C. Процессы и аппараты пищевых производств. Лабораторный практикум/ М.: "Пищевая промышленность ", 1976.

78. Набатников В.М. Научная организация и нормирование труда в пищевой промышленности. -М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1982.