Интенсификация солодоращения с применением биокатализаторов при производстве светлого солода

В Российской Федерации насчитывается около 400 предприятий, специализирующихся на производстве пива. Из них 88 предприятий имеют свои солодовни, что составляет 35% собственного обеспечения, из которых 22 предприятия выпускают товарный солод.

В настоящее время главная проблема, от которой зависит увеличение объемов производства и повышения качества пива, состоит в обеспечении производства отечественным пивоваренным ячменем. Потребность в нем оценивается в 1 млн т. В прошлом году из произведенных 750 тыс. т пивоваренного ячменя только 250 тыс. т соответствовало требованиям стандарта, а остальные были не пригодны для производства солода по таким показателям, как содержание белка, крупности, содержание мелких зерен, зерновой примеси. Значительные партии ячменя были инфицированы [14].

Правительство России собирается увеличить производство пивоваренного ячменя в стране до 1,4 млн т. В то же время планируется до 2005 г. увеличить посевную площадь под пивоваренным ячменем в России на 500 тыс. т га. Стоимость данной программы составляет 6,1 млрд руб [58].

На текущий момент тот пивоваренный ячмень, который производится в России, обладает очень низким качеством, в связи с чем около 50% потребляемого пивоварнями ячменя завозится из зарубежья.

Начиная с 2001 г. на фоне стабильного импорта в России наблюдается рост цен на пивоваренный ячмень. Так, в 2002 г. цена на импортный ячмень, прошедший таможенную очистку, составляла 266 долл. США за тонну, что на 38,5% больше, чем в 1999 г. Пивоваренный же ячмень местного производства обходится на 30% дешевле.

Основной проблемой отрасли пивоварения является отсутствие селекции ячменя в стране, то есть в России не выводятся новые сорта ячменя. В то же время в ЕС выводится более 12−15 новых сортов ячменя в год. Теоретически производители могли бы закупать импортные семена, однако они не приспособлены к суровым условиям российского климата [30].

В России в 2004 г. было произведено (по данным ВНИИ ПБ и ВП) 620 тыс. т солода [35].

В настоящее время потребность пивоварения в главном сырьевом компоненте — ячменном солоде составляет около 1 млн т, что соответствует примерно 1,3 млн т пивоваренного ячменя высшего качества. В стране производится около 415 тыс. т солода из российского сырья, на что идет около 600 тыс. т ячменя в основном низкого и среднего качества. Около 60% потребности в солоде удовлетворяется за счет его импорта и еще 10% за счет импорта ячменя.

Солод из стран дальнего зарубежья по большинству показателей качества превосходит как солод отечественного производства, так и солод из стран СНГ: он имеет лучшую степень общего и белкового растворения и обладает более высокой ферментативной активностью [10].

Основными причинами недостаточно высокого качества светлого солода отечественного производства являются как качество пивоваренного ячменя, так и технические и технологические проблемы при производстве из него солода (схема 1).

Разработанная в связи с этим «Отраслевая целевая Программа обеспечения устойчивого производства пивоваренного ячменя и солода в РФ на 2002;2005 гг. и на период до 2010 г.» одним из приоритетных направлений предусматривает разработку эффективных способов воздействия на ячмень с целью получения солода, удовлетворяющего требованиям пивоварения [58].

Один из путей решения вопроса улучшения качества отечественного солода — совершенствование его технологии с помощью биологически активных веществ (БАБ) различной природы, в том числе ферментных препаратов (ФП). Их использование позволяет не вносить изменений в аппаратурную схему производства.

Основные причины недоста точно высокого ка чества светлого солода отечественного производства.

Низкое качество светлого солода отечественного производства.

Качество пивоваренного ячменя /.

Субъективные причины.

Неустойчивые климатические условия в большинстве регионов России.

Несоблюдение правил агротехники выращивании и отбора пивоваренного ячменя.

Использование удобрений, герби видов, пестицидов, неподходящих культур предшественников н т.д.

Проведение селекции новых сортов ячменя без учета их пивоваренных качеств.

Технические и технологические проблемы при производстве.

Невозможность реконструкции солодовенного производства быстрыми темпами.

Схема 1.

В настоящее время ферментные препараты чаще используют в пищевых производствах, в химической промышленности применение биокатализаторов значительно меньше, а в сельском хозяйстве оно минимально. Основные при7 чины ограниченного применения ферментных препаратов — недостаточные научные разработки применительно к современным препаратам. Вместе с тем ферментные препараты получают, используя отходы пищевых производств (пшеничные отрубисвекловичный жом, отходы картофельного и кукурузного производств), они перспективны для всех отраслей народного хозяйства.

При использовании ферментных препаратов возможно значительно интенсифицировать технологические процессы, увеличить выход готовой продукции и улучшить ее качество, сократить расход сырья и материалов.

Необходимо отметить, что от общего объема мирового производства ферментных препаратов 33% используется при производстве синтетических моющих средств, 26% - для производства фруктовых и овощных соков, 3% — кожевенной, 15% - в хлебопекарной и 10% — пивоваренной промышленности [29, 71].

В пивоварении сохраняющийся дефицит солода высокого качества и необходимость переработки несоложеного сырья не позволяют добиться улучшения технико-экономических показателей производства без использования ферментных препаратов.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы состоит в интенсификации процесса солодоращения при использовании биокатализаторов различного характера действия (амилолитических, протеолитических и цитолитических) для получения светлого ячменного солода с высокими показателями качества.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— исследовать возможность применения биокатализаторов комплексного действияустановить стадию внесения и концентрацию применяемых ФП при производстве солода;

— изучить процесс проращивания ячменя при внесении биокатализаторов в установленных концентрациях;

— исследовать показатели качества готового солода, полученного с применением биокатализаторов, и выделить препарат, приводящий к наиболее полному растворению солода;

— определить механизм действия применяемых ФП на зерно;

— исследовать возможность стабилизации действия биокатализатора при помощи солей;

— изучить влияние совместного применения биокатализаторов и солей на проращивание ячменя;

— разработать технологические приемы и технологическую документацию интенсификации солодоращения и улучшению качества солода при применении биокатализаторов и солей.

Научная новизна работы. На основании комплекса проведенных исследований сформулированы следующие положения:

— модифицирован метод определения цитолитической активности на основе метода М. Mandels и J. Weber применительно к зерновому сырью;

— установлена кинетика набухания ячменя в процессе его замачивания при применении биокатализаторов и солей, в результате чего достигается более полное растворение эндосперма зерна и накапливается достаточно высокая ферментативная активность в солоде за меньшие сроки проращивания, что позволяет интенсифицировать процесс солодоращения;

— научно обосновано предположение об активации и стабилизации ферментов солода под действием биокатализаторов и неорганических солей.

Практическая значимость работы. Разработана технология интенсификации процесса солодоращения при получении светлого пивоваренного солода, включающая следующие этапы:

— установлена стадия внесения и концентрация биокатализаторов, необходимая для индукции растворения эндосперма зерна;

— предложен способ применения ФП, позволяющий сократить сроки проращивания на 1,5 сут при производстве светлого солода;

— разработан комбинированный способ совместного применения ФП и неорганической соли, который позволяет поддерживать оптимальное значение рН (6,5) для действия ферментов АПсубтилина, что способствует сокращению продолжительности проращивания на 2,0 сут при одновременном улучшении качества готового солода;

— отработан метод определения цитолитической активности в свежепророс-шем и готовом солоде;

— разработана и утверждена технологическая документация (ТИ) получения солода по интенсивной технологии при применении биокатализаторов и солей при солодоращении.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях: Научно-технических конференциях «Молодые ученые пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства)» (Москва, 1999, 2000) — Международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии — третьему тысячелетию» (Краснодар, 19−22 сент. 2000) — Международной конференции «Аналитические методы измерения и приборы в пищевой промышленности» (МГУ1111, 2005 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 8 работах.

1 Литературный обзор

Выводы.

1. Проведен скрининг отечественных и зарубежных ферментных препаратов (ФП) и установлена целесообразность применения некоторых биокатализаторов для интенсификации солодоращения при производстве светлого солода.

2. Внесение ФП на стадии замачивания обосновано с технологической и экономической точек зрения. Определена их эффективная концентрация, позволяющая получить солод за 5,5−6,0 сут с высокой ферментативной активностью.

3. Установлено, что для получения хорошо растворенного солода, наиболее целесообразно использовать АПсубтилин, обладающий а-амилаз-ной, протеолитической и 6-глюканазной активностямиего применение позволяет добиться максимального растворения эндосперма за 5,5 сут (вместо 7,0 сут в контрольном варианте) и получить солод с высокими показателями качества, о чем можно судить по увеличению экстрак-тивности, содержанию редуцирующих Сахаров, аминного азота, а также выходу солода.

4. На основании полученных нами зависимостей скорости набухания от времени высказано предположение, что применение биокатализаторов ускоряет высвобождение и новообразование эндогенных ферментов зерна, а также, в случае использования поврежденного зерна, обеспечивает частичное проникновение экзогенных биокатализаторов внутрь зерна через микротрещины оболочки ячменя, что позволяет интенсифицировать солодоращение.

5. Предложено совместно с АПсубтилином использовать СаС12 в концентрации 0,1% к массе замачиваемого ячменя. Применение соли создает оптимальное значение рН для ферментов АПсубтилина и позволяет сократить продолжительность солодоращения до 5,0 суток.

6. Разработанный нами способ совместного применения АПсубтилина и СаСЬ позволяет не только значительно сократить продолжительность проращивания, улучшить показатели качества получаемого солода, но и снизить потери ферментативной активности в солоде после сушки.

7. Разработана технологическая документация на производство светлого пивоваренного солода по предложенной технологии (две технологические инструкции) — экономический эффект от применения биокатализатора и соли в производстве солода составляет 1,5 млн рублей в год на 1 млн дал пива.

Заключение

.

В результате критического анализа литературы по теме диссертации было установлено, что в производстве пивоваренного солода сохраняется тенденция к интенсификации производственного процесса с получением высококачественного солода из ячменя различного качества.

Существующие в солодовенном отечественном производстве способы интенсификации не учитывают применения современных биокатализаторов, а также совместного их действия со стабилизирующими добавками.

Кроме того, не учитывается недостаточно удовлетворительное для нужд пивоварения качество ячменя некоторых регионов возделывания, что требует особого подхода к переработке его на солод с использованием всех скрытых резервов зерна.

С учетом изложенного выше была установлена необходимость повышения интенсивности процесса солодоращения, но учитывающая условия переработки ячменя различного, не всегда высокого качества, для получения конкурентоспособного солода и пива из него.

Для решения этих вопросов цель исследования можно определить как разработку интенсифицированного способа приготовления светлого пивоваренного ячменного солода. Это дает возможность не только сократить производственный цикл, но и получить солод удовлетворительного качества из ячменя, имеющего низкие показатели.

Этой цели можно достичь решением следующих задач: •S разработка технологических приемов, позволяющих интенсифицировать процесс солодоращения- •S изучением действия современных биокатализаторов на прорастающее зерно;

•S изучением совместного влияния ферментных препаратов и солей на прорастающее зерно- •S изучением количественных зависимостей ферментативной активности свежепроросшего и готового солода, дозировкой ферментного препарата и солей;

S определением качества готового солода, полученного с применением биокатализатора, а также сусла и пива из опытного солода.

2 Экспериментальная часть.

2.1 Материалы и методы исследования.

2.1.1 Материалы исследования.

Объектом исследования являлся светлый пивоваренный ячмень сортов Гонар, Биос-1, Зазерский, Одесский-ЮО, Регина (Дания) урожаев 1999;2003 гг., из которого получали светлый пивоваренный солод с применением биокатализаторов, а также биокатализаторов и солей.

Контролем служил солод, приготовленный без использования биокатализаторов. Характеристики исследуемых ячменей представлены в табл.2.1.