Ускорение процесса дображивания с помощью методов иммобилизации пивных дрожжей и температурной конверсии вицинальных дикетонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат технических наук Файзуллаев, Тимур Хайруллаевич

• Файзуллаев, Тимур Хайруллаевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Файзуллаев, Тимур Хайруллаевич

Содержание.

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор литературы по технологии ускоренного дображивания с помощью иммобилизованных дрожжей.

1.1.Современное состояние теории, техники и технологии ускоренного дображивания с помощью иммобилизованных дрожжей.

1.1.1 Процессы брожения и дображивания.

1.1.2. Современное оборудование и основные процессы, происходящие при брожении - дображивании.

1.1.3. Перспективность использования иммобилизованных микроорганизмов.

1.1.4. Иммобилизация и ее преимущества.

1.2 Использование иммобилизации в пивоварении.

1.2.1 Производство безалкогольного пива.

1.2.2 Главное брожение.

1.2.3 Дображивание пива.

1.2. Методы иммобилизации в пивоварении.

1.2.1. Методы иммобилизации.

1.2.2 Типы реакторов.

1.4 Механизмы иммобилизации.

1.4.1. Процессы на основе фиксированных на носителях микроорганизмов.

1.4.2 Ковалентная иммобилизация дрожжевых клеток и их использование.

1.4.3. Адсорбция клеток дрожжей на нерастворимых подложках.

1.4.4. Иммобилизация клеток с помощью биоспецифицеской адсорбции.

1.4.5. Методы включения клеток в ковалентно-сшитые гели.

1.4.6. Методы включения клеток в не ковалентные гели.

1.5. Носители для иммобилизации клеток пивных дрожжей.

1.5.1 .Органические полимерные носители.

1.5.2 Синтетические носители.

1.5.3. Неорганические носители.

Глава 2 . Объекты, материалы и методы исследования.

2.1. Пивоваренные штаммы дрожжей.

2.1.1. Мальтазная активность дрожжей.

2.2. Носители для иммобилизации пивоваренных дрожжей.

2.3. Показатели качества использованных в работе материалов.

2.3.1. Показатели качества солода.

2.3.2. Показатели качества мальтозных сиропов.

2.4. Методы оценки показателей качества материалов.

2.4.1. Методы анализа солода.

2.4.2. Определение содержания Сахаров в мальтозном сиропе и солодовом сусле.

2.4.3. Определение степени сбраживания сусла.

2.5. Определение показателей пива.

2.5.1. Определение физико-химических показателей.

Глава 3. Экспериментальные исследования иммобилизации пивных дрожжей

3.1. Подбор носителей для иммобилизации дрожжей применительно к производству пива.

3.2. Влияние внешних факторов на способность дрожжей к иммобилизации.

3.2.1. Исследования влияния рН.

Глава 4. Метод температурной конверсии вицинальных дикетонов и альфаацетолактата.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Ускорение процесса дображивания с помощью методов иммобилизации пивных дрожжей и температурной конверсии вицинальных дикетонов»

Актуальность работы. Российское пивоварение входит в число немногих отраслей пищевой промышленности, которой за относительно короткое время удалось совершить стремительный рывок от одной из самых отсталых советских отраслей до одного из наиболее динамичных и современных рынков отечественной экономики.

Сегодня российские пивоваренные компании выпускают свыше полутора тысяч марок пива, среди которых есть национальные брэнды, завоевывающие популярность не только в России, но и в таких "пивных" державах, как Великобритания и Германия.

Сегодня в нашей стране работает 250 пивоваренных предприятий.

Что касается 2005 год, то динамика роста потребления пива составила 5-6% (в 2004 году производство увеличилось на 11,5%). Тенденция потребления пива приведена на рис. 1.1. Пока нельзя сказать, что пивоваренный рынок близок к насыщению, но в то же время надо отметить, что в 90-е годы он развивался в основном за счет столичных регионов -Москвы и Санкт- Петербурга. Уровень потребления пива, например, в Санкт -Петербурге составляет около 90 литров на человека в год. В регионах объемы продаж не столь высоки, что связано с невысоким уровнем жизни населения, особенно в районных центрах и на селе. В то же время именно за счет регионов рынок и может развиваться в ближайшей перспективе.

На фоне роста объемов продаж, анализа ситуации на рынке и результатов маркетинговых исследований от промышленности требуется увеличение объемов производства. В соответствие с этим необходимы новые технологии интенсификации процесса приготовления пива.

В пивоваренной промышленности это может быть осуществлено следующими путями:

Сравнительная характеристика динамики роста производства пнвз за 2064-2005 гг„ в % (рассматриваемый отчетный период текущего года в % к аналогичному периоду прошлого года)

Рис. 1.1 Тенденция потребления пива за 2004-2005 гг.

- строительство нового производственного комплекса или модернизация старого.

- переход на технологию, так называемого, высокоплотного пивоварения, связанную с получением пива с массовой долей сухих веществ большей, чем в товарном пиве и последующем разведением плотного пива специально подготовленной водой до необходимой концентрации.

Эти направления тесно связаны между собой, осуществление которых невозможно без значительных капиталовложений.

Последний вариант не требует коренной перестройки завода и выглядит весьма привлекательным, правда возможности его использования не безграничны, и вскоре могут быть исчерпаны. Судя по динамике модернизации пивоваренной промышленности в целом, через некоторое в России большинство крупных заводов будут использовать данную технологию.

Таким образом, одной из актуальных задач пивоваренной промышленности, решение которой обеспечит повышение эффективности пивоваренного производства, является сокращение продолжительности технологических стадий производства. Особенно это относится к процессу сбраживания пивного сусла, так как данный процесс является самым длительным в пивоваренном производстве.

Ни один из известных способов интенсификации процесса брожения не является совершенным, так как они имеют свои недостатки.

Использование иммобилизованных клеток дрожжей позволяет легко управлять биокатализом. Способность иммобилизованных клеток дрожжей интенсифицировать процесс брожения обусловлена разными факторами. Иммобилизация позволяет накапливать большую биомассу с единицы объема реактора, чем при периодическом и непрерывном процессе с использованием свободных клеток. В результате значительно повышается выход продукта.

Альтернативой является введение новых технологий, а именно ускорение процесса дображивания, как наиболее длительного при приготовлении пива.

Цель и задачи исследования.

Целью данной работы является ускорение процесса дображивания с помощью технологий иммобилизации пивоваренных дрожжей и температурной конверсии виценальных дикетонов.

В соответствие с поставленными целями решались следующие задачи:

• подбор, на основе литературных и экспериментальных данных, носителей для иммобилизации пивоваренных дрожжей;

• проведение экспериментов, позволяющих оптимизировать рабочие параметры производства пива с помощью установки иммобилизованных дрожжей;

• исследование способности пивоваренных дрожжей к иммобилизации;

• разработка технологии конверсии вицинальных дикетонов с помощью повышенных температур;

• оценка экономической эффективности применения технологий иммобилизованных дрожжей и температурной конверсии вицинальных дикетонов в промышленных масштабах.

Научная новизна.

Проведена исследовательская работа по определению наиболее подходящих носителей и пивоваренных дрожжей применительно к иммобилизации дрожжей для ускоренного дображивания молодого пива.

Приведены исследования влияния внешних факторов на способность пивоваренных дрожжей к адсорбции на поверхности носителя.

Установлены оптимальные пределы рН и температуры способствующие иммобилизации.

Впервые показана целесообразность использования методов температурной конверсии вицинальных дикетонов для ускорения процессов брожения.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных изысканий исследованы носители и выбран наиболее подходящий для иммобилизации пивоваренных дрожжей с целью ускорения дображивания "молодого" пива.

Приведены оптимизированные технологические параметры технологии дображивания с помощью иммобилизованных дрожжей.

Разработана и приведена экономическая эффективность технологии ускорения дображивания с помощью температурной конверсии вицинальных дикетонов.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, списка литературы и 7 приложений.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология пищевых продуктов (по отраслям)», Файзуллаев, Тимур Хайруллаевич

Выводы

1. Было установлено, что выбор носителя определяется штаммами дрожжей близкими друг к другу по адсорбционным свойствам.

2. Кинетика адсорбции дрожжей на носителе описывается уравнением

1), где коэффициент пропорциональности к зависит от свойств носителя, а коэффициент - удельная скорость вымывания дрожжей (3.) определяется свойствами дрожжей.

На практике рекомендуется применять носитель ДЕАЕ-целлюлозу и штамм 129, так как они обладают высокой адсорбционной способностью.

3. Наиболее приемлемыми значениями диапазонами рН, температуры сред для иммобилизации являются рН 3,6-6,6 и 32-36 °С.

4. Установлено, что технология температурной конверсии вицинальных дикетонов позволяет ускорить процесс дображивания.

5. На базе производственных масштабов проведены сенсорные исследования, позволяющие утверждать об идентичности пива получаемого традиционной технологией и технологиями иммобилизации и температурной конверсии вицинальных дикетонов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Файзуллаев, Тимур Хайруллаевич, 2007 год

1. Айльс Х.-Г., Айдтман А., Бак В. Мероприятия по улучшению дрожжевых технологий и их внедрение на практике// Brauwelt-Мир пива, 2001, №23, с. 29-33.

2. Великая Е. И., Суходол В. Ф. Лабораторный практикум по курсу общей технологии бродильный производств// М.: Легкая и пищевая промышленность, 1986,-368с.

3. Дмитренко Л.В., Яскович Г.А., Елькин Г.Э., Анньева Е.П., Витовсая Г.А., "Сорбционная Иммобилизация дрожжевых клеток". Технология биопрепаратов.

4. Дж. Вудворд ред., "Иммобилизованные клетки и ферменты", Москва Мир 1988

5. Колпакчи А.П. Ускоренные процессы брожения и дображивания пива. М., НИИТЭпищепром.

6. Колпакчи А.П. 516737 (СССР). "Способ непрерывного сбраживания пивного сусла". Опубл. в Б.И., №21

7. Колпакчи А.П. Возможность применения закрепленных на носителях дрожжевых клеток при сбраживании пивного сусла. Теория и практика. Пущино, 1978. с. 141-149

8. Колчева Р. А., Херсонова Л. А., Калунянц, К. А., Садова А. И. Химико-технологический контроль пиво-безалкогольного производства// ВО «Агропромиздат», 1988, -272с.

9. Косьминский Г. И. Технология солода, пива и безалкогольных напитков// Минск: Дизайн ПРО, 2001, 352с.

10. Кочетов B.C. Течение бродящих сахаросодержащих сусел в биологически активной пористой среде//Доклады Россельхозакадемиию 1996 с. 35-37

11. Кочетов B.C. Течение бродящих сахаросодержащих сусел в биологически активной пористой среде//Доклады Россельхозакадемиию 1996 с. 35-37

12. Ле Ван Въет Манн, Гернет М.В.: применение иммобилизованных дрожжей в пивоварении. Российская Академия Сельскохозяйственных наук АгроНИИТЭИПП. Москва 1995. Выпуск №1.

13. Меледина Т.В. Роль штаммовых характеристик дрожжей в формировании вкуса и аромата пива// Brauwelt Мир пива, 1997, № 1, с. 35-37.

14. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении// СПб.: Профессия. 2003, с. 71.

15. Мальцев П. М., Великая Е. И., Зазирная М. В., Колотуша П. В. Химико-технологический контроль производства солода и пива// М.: Пищевая промышленность, 1976, 447с.

16. Муравицкая Л.В. Технохимический контроль пивоваренного и безалкогольного производства и основы управления качеством продукции// Агропромиздат, 1987, -256с.

17. С. Дж. Перт Основы культивирования микроорганизмов и клеток. Под редакцией проф. И. Л.Работновой Издательство «Мир» Москва 1978

18. Сабурова Н.А.: Иммобилизованные дрожжи в производстве спирта. Российская Академия Сельскохозяйственных наук АгроНИИТЭИПП. Москва 1993. Выпуск №5.

19. Филимонова Т.И.: "Новая технология пивоварения с использованием иммобилизованных дрожжей". Всерос. Научно-исследовательский институт пивоваренной безалкогольной и винодельческой промышленности. Москва 1993. Выпуск №5.

20. Файзуллаев Т. X. "Иммобилизация дрожжей и сенсорные особенности пива, приготовленного по системе ИММИ", Индустрия напитков, 1(43), 2006г.

21. Файзуллаев Т.Х. Дроздова Ю.А. "Исследование свойств пивных дрожжей к иммобилизации" Научно-техн. Конференция молодежи. Научные труды. СПб, 2003

22. Файзуллаев Т.Х. Заборовский О.А., Шлейкин А.Г. Использование иммобилизованных клеток в пивоварении УДК 663. 44 СПб, 2003

23. Хорошилова В.Г., Саенко Н.Ф., Саришвили Н.Г., Шур И.М. Пути совершенствования производства хереса. ЦНИИТЭИпищепром.

24. Aschengreen, N.H., Jepsen, S., Proc. Conv. Inst. Bre (Aust NZ sect) Melbourne 1992(22) 80-83

25. Aivasidis, A., ET AL.: Eur.Brew.Chem.Conv., 1991,s.569

26. Andersen K., Tuchenhagen Skandinavien A/S, "Scaling up and technology considerations with immobilized systems", EBC-analitica, Espoo 1995

27. Anderies M., van Beveren P.C., Goffin O. Masschelein, "Design of a multi-purpose immobilized yeast bioreactor ayatem for application in the brewing process", Meura-Delta, CERIA-COOVI. EBC-analitica, Espoo 1999

28. Brunner R., Oberzill W., Menzel J., in: Continuous Cultivation of Microorganisms ed. Malek I. et al., p. 323, Academia, Prague, 1968.

29. Basanova, G.et al.: Pivovarsko sladarska analityka (Merkanta) Praha, 1992

30. Bardi E.P.,Koutinas A.A. Soupioni M.J. Kandellaki M.E. Immobilization of yeast on delignified cellulose material for low temperature brewing. J. Agric Chem. 1996

31. Brautechnische Analysenmethoden, Band 2// Selbstverlag der MEBAK D-85350 Freising-Weihenstephan, 1993.

32. Contois D.E., J. gen. Microbiol., 54, 343 (1968)

33. Champagne, C.P., Blahuta, N. Brion, F. and Gagnon, C. (2000), A vortex-bowl disk atomizer system for the production of alginate bead in a 1500-liter fermenter, Biotech. Bioeng. 68,6 681-688.

34. Debourg, A., Goossens, E., Villenueba, K.D., Masschelein, C.A., Pierard, A., Proc. Europen Brewery Convention, Lisbon, 1991, 265-272

35. Godtfredsen, S.E., Ottesen, M., Sigsgaard, P., Erdal, K., Mathiasen, Т., Ahrenst-Larsen, В., Proc. European Brewery Convention, London 1983, 161168

36. Godtfredsen, S.E., Rasmussen, A.M., Ottesen, M., A.M., Mathiasen, Т., Ahrenset-Larsen, В., Carlsberg Res Comm. 1984, 49 (1) 69-74

37. Gemeiner, P., et al.: Biotechnol. Appl. Biochem. 13, 1991, s 335

38. Haukeli, A. D., Lie, S, J. Inst. Brew 1978, 84, 85-89

39. Haikara A., Kronlof J., VTT Biotechnology and Food Research, "Hygiene and microbiological control requirements of immobilized systems", EBC-analitica, Espoo 1995

40. Heyse K.U. Handbuch der brauereipraxis. 3d edition// Gefrankefachverlog. 1989, p. 865.

41. Inoue, Т., Murayama, Y., Kajino, K., Kamina, Т., Mitsu, S., Mawataki, M., Proc. European Brewery Convention, Lisbon 1991

42. Jepsen, S.E., Pedersen, N.K., Proc. InternationalBrewing Convention 5th, Harrogate 1992, 277-286

43. Kunze W., "Technology Brewing and Malting", VLB Berlin 1999

44. Lommi H. IMMOCON: Immobilised yeast processws and plants for brewing. Interbraw 1997, Munchen, 19-26 sept.

45. Narziss, L.: Brwlt 40 (1992), S. 1891

46. Nothaft, A., European Brewery Convention Monograph XXIV, 1995, 41-49

47. Pajunen E., Gronquist A., Ranta В.: Применение реактора с иммобилизованными дрожжами в непрерывном промышленном процессе, ЕВС, материалы 23-го конгресса Лиссабон, 1991, 361-368.

48. Pajunen, Е., Makinen, V., Gisler, R., R., Proc. European Brewery Convention, Madrid, 441-448 (1987)50. . Pajunen, E., European Brewery Convention Monograph XXIV, 1995, 24-34

49. Pajunen, E., Enary, T.M., European Brewery Convention Monograph V, 1978, 181-191

50. Pajunen E. J I nuovo stabilimento Kerava: Una birreria per gli anni Novanti/Birra e malto. 1995. 40 #57. P. 4-17

51. Polednikova, M., et. al.: Kvasny Prum., 39, 1993, s. 2

52. Ryder D.S., Masschelein C.A.: Иммобилизованные дрожжи в пивоварении ближайшая перспектива, ЕВС, материалы 2-го конгресса, Лиссабон, 1991,345-352.

53. Shildo, S., Sahara, S., Watanable, N. and Koshino, S.,(1994), Main Fermentation with Immobilized Yeast Using Fluidized Bed Reactor, Proceedings of the 23rd Conv. Inst. Brewing Asia Pacific Section, 10-15 April, Sydney Australia, 109-113.

54. Suihko, M-L., Penttila, M., Sone, H., Home, S., Blomqvist, K., Tanaka, J., Inoue, Т., Knowles, J., Proc. European Brewery Convention, Zurich 1989,483-490

55. Smogrovicova, D., et al.: Biotech. Tech., 4, 1997, s 261

56. Sneven, A., Power, J., Ryder, D.S.: Brew.Digest, 1991 (1), s.44

57. Van de Winkel, Van Beveren, P.C., Masschelein, C.A., Proc. Eur.Brew.Chem.Conv., 1991, s.574

58. Villa, K.D., Lee, S., Goossens, E., Debourg, A., Masschelein, C.A., J.Am. Soc. Brew. Chem. 1995, 53 (2), 42-53

59. Wainwright, Т., J. Inst. Brew 1973, 79, 451-470

60. Wase D.A.J Forster C.F. Ecological Biotechnology, Ellis Horwood Limited 1990.

61. Wackelbauer R/K/. Fitzner M., Gienther, J.A Brauwelt 136, 1996 (45), s. 2140

62. Yamauchi, Y., Okamoto, Т., Murayama, H., Kajino, K.,Amikura, Hiratsu, H., Nagaka, A, Kamiya, Т., Inoue, Т., International Biotechn. 38 (1995), 101-108

63. Yamauchi, Y., Okamoto, Т., Murayama, H., H., Nagaka, and Kashihara, Т. (1995d), Rapid fermentation of beer using an immobilized yeast multistage bioreactor system Control of sulphite formation, Appl. Biochem. Biotech., 53 277-283