Интенсификация процесса брожения методом электронно-ионной обработки (эио) пивных дрожжей

Вид материала

2.2.3. Влияние ЭИО на содержание гликогена в дрожжевых клетках
2.2.4. Влияние ЭИО на конечную степень сбраживания сусла пивными дрожжами
2.3. Результаты производственных испытаний
2.3.2. Результаты производственных испытаний по определению эффекта воздействия ЭИО на дрожжи

Подобный материал:

1 2 3 4 5

Исследования штаммов Rh, N и He-Bru показали, что после ЭИО размер клеток, который имеет тенденцию к увеличению с 5 до 5…9 мкм, остается в пределах возможных границ для данного вида микроорганизмов (5…9 мкм), а вакуоли при этом мелкие, что свидетельствует о менее интенсивном старении клеток.

Анализ физиологической активности дрожжей (таблица 2) показывает, что после ЭИО дрожжей количество нежизнеспособных клеток снижается на 32...62 %, доля почкующихся и клеток с гликогеном возрастает на 14…35 % и 55…65 % соответственно.

2.2.2. Влияние ЭИО на изменение количества нежизнеспособных дрожжевых клеток

Исследования дрожжей штаммов Rh, N и He-Bru показывают, что их ЭИО оказывает влияние на изменение количества нежизнеспособных дрожжевых клеток в зависимости от среды обработки при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 1…4 кВ/см. Используемые для экспериментов пивные дрожжи имели количество нежизнеспособных дрожжевых клеток, не превышающее норму (10%). ЭИО дрожжей, находящихся как в воде, так и в пивном сусле, приводит к изменению количества нежизнеспособных клеток. Наименьшее количество нежизнеспособных дрожжевых клеток наблюдали после ЭИО в среде «ЭИО (дрожжи+сусло)» (рисунок 2).

Анализ результатов исследований показал, что ЭИО влияет на изменение количества нежизнеспособных дрожжевых клеток в зависимости от экспозиции и напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве: наименьшее количество нежизнеспособных дрожжевых клеток - при напряженности 3 кВ/см и экспозиции 25 с (рисунок 2, 3).

Рисунок 2 - Влияние ЭИО на количество нежизнеспособных дрожжевых клеток в зависимости от среды при напряженности 3 кВ/см

Для всех сред при контрольном значении нежизнеспособных клеток свыше 2%, зависимость количества нежизнеспособных клеток при воздействии ЭИО от экспозиции имеет характерный вид (рисунок 4 а).

Продолжительность воздействия ЭИО на дрожжи можно разбить условно на 3 периода: Т0;15 - с увеличением продолжительности воздействия отмечается улучшение состояния дрожжевых клеток после ЭИО; Т15; 30 - характеризуется сравнительно постоянным и низким значением количества нежизнеспособных клеток, в этом периоде находится оптимальная продолжительность воздействия ЭИО на дрожжи; Т30 - характеризуется увеличением количества нежизнеспособных клеток, с увеличением продолжительности воздействия начинается обратный процесс - ухудшение состояния дрожжевых клеток.

Было выяснено, что в тех случаях, когда в исходном сырье процент нежизнеспособных клеток составляет менее 2% (рисунок 4 б), проводить ЭИО дрожжей нецелесообразно.

Рисунок 3 - Влияние напряженности электрического поля ЭИО на количество нежизнеспособных дрожжевых клеток в среде "ЭИО (дрожжи+сусло)"

а). б).

Рисунок 4 - Зависимость количества нежизнеспособных клеток от экспозиции ЭИО при содержании в исходном сырье нежизнеспособных клеток свыше 2%(а) и с содержанием нежизнеспособных клеток менее 2 % (б).

Результаты лабораторных исследований использованы для получения статистических моделей, описывающих изменение исследуемой характеристики от факторов методом регрессионного анализа. Для оценки зависимости между K – результаты опыта, %, и тремя независимыми переменными: K₀ – начальный контроль, %, T – экспозиция, с, E – напряженность электромагнитного поля, кВ/см, использована система комплексного статистического анализа Statistica v5.5.

При выборе рабочей среды для активации дрожжей ориентировались на такой показатель качества дрожжей, как количество нежизнеспособных клеток (К) при воздействии ЭИО напряженности 1…4 кВ/см от экспозиции (Т) в средах: I: «ЭИО(дрожжи+вода)», II: «ЭИО(дрожжи+сусло)», III: «ЭИО вода+дрожжи». Получили регрессионные зависимости параболического вида, для которых

максимален (

=0,95), представленные на рисунке 5.

В среде II «ЭИО (дрожжи+сусло)» (см. рисунок 5) отмечен наибольший эффект от воздействия ЭИО на дрожжи: происходит уменьшение количества нежизнеспособных клеток. Минимум функции равен 25 с - оптимальное значение экспозиции.

В рекомендациях для проектирования модельной установки эту экспозицию приняли для расчета параметров трубопровода подачи сусла с дрожжами в бродильный аппарат.

Рисунок 5 - Зависимость количества нежизнеспособных клеток от экспозиции ЭИО

Графическое представление регрессионных зависимостей (рисунок 6) количества нежизнеспособных клеток (К) от продолжительности экспозиции ЭИО (Т) при напряженности электрического поля 1…4 кВ/см имеет вид, представленный на рисунке 6. При напряженности электрического поля 3 кВ/см и экспозиции 25 с наблюдается наибольший эффект от воздействия ЭИО на дрожжи: происходит наибольшее уменьшение количества нежизнеспособных клеток.

Рисунок 6 - Зависимость количества нежизнеспособных клеток от экспозиции ЭИО при напряженности электрического поля 1…4 кВ/см

В результате регрессионного анализа получили нелинейную регрессионную модель в виде многочлена второй степени:

K = 0,027 K₀²+ 0,004 T²+ 0,13E² – 0,005K₀T + 0,51K₀– 0,176 T– 0,673E + 2,6

Регрессии с различным набором переменных сравнили по скорректированному коэффициенту детерминации и приняли тот вариант регрессии, для которого

максимален (

= 0,92). По критериям Стьюдента проверили значимость коэффициентов регрессии. Установлено (см. выше), что экспозиция 25 с, является оптимальной. Подставив это значение экспозиции в модель, получили уравнение поверхности (рисунок 7):

K(K₀,25,E) = 0,027 K₀²+ 0,13E² + 0,385 K₀– 0,673E + 0,7

На плоскости E – K₀ (рисунок 8) построены линии постоянного уровня поверхности. Рассматривая эти линии, можно заметить, что главное свойство описываемой модели проявляется в наличии зависимости между соотношениями контроля K₀ и напряженностью E, которая описывается семейством парабол. Можно подобрать оптимальное значение напряженности E при начальном контроле K₀, при котором значение K будет минимальным. Это достигается при E = 3 кВ/см. При увеличении напряженности выше 3кв/см количество нежизнеспособных клеток увеличивается.

Данные рисунка 8 можно использовать для прогноза содержания количества нежизнеспособных клеток после ЭИО дрожжей.

Рисунок 7 – Графическое Рисунок 8- Линии постоянного

представление модели уровня поверхности

2.2.3. Влияние ЭИО на содержание гликогена в дрожжевых клетках

Исследования штаммов Rh, N и He-Bru показывают, что ЭИО оказывает влияние на изменение содержания гликогена в дрожжевых клетках в трех опытных средах в зависимости от напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 1…4 кВ/см. Используемые для экспериментов пивные дрожжи имели упитанность, соответствующую норме (не ниже 70-75%). Изменение содержания гликогена в дрожжевых клетках в трех опытных средах при напряженности электрического поля 3 кВ/см в зависимости от экспозиции ЭИО: ЭИО дрожжей как с водой, так и с пивным суслом при напряженности электрического поля 1…4 кВ/см приводит к изменению содержания гликогена в дрожжевых клетках, наименьшее содержание гликогена в среде «ЭИО (дрожжи+сусло)» при напряженности электрического поля 3 кВ/см и экспозиции 25 с (рисунок 9).

Рисунок 9 - Влияние экспозиции ЭИО на содержание гликогена в дрожжевых клетках при напряженности поля 3 кВ/см

Зависимость эффекта снижения содержания гликогена по сравнению с первоначальным значением (до ЭИО) можно объяснить тем, что для увеличения количества жизнеспособных клеток дрожжам понадобились дополнительные питательные вещества (гликоген), которые и использовала клетка; при экспозиции 25 с дрожжи интенсивнее реагируют на ЭИО.

Проведя исследования по продолжительности состояния клетки с низким содержанием гликогена, выявили, что спустя 2 ч после ЭИО содержание гликогена увеличивается, при этом наиболее выраженный эффект наблюдается при напряженности электрического поля 3 кВ/см и экспозиции 25 с (рисунок 10).

Рисунок 10 - Изменение содержания гликогена в дрожжевых клетках в среде «ЭИО (дрожжи+сусло)» при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 3 кВ/см и экспозиции ЭИО 25 с

Гликоген потребляется дрожжами как первичный источник энергии для активации жизненных процессов клетки, и поэтому его количество значительно уменьшается, затем вновь возрастает: дрожжи создают запас резервных углеводов (гликогена) для получения энергии.

2.2.4. Влияние ЭИО на конечную степень сбраживания сусла пивными дрожжами

Для проведения экспериментов по влиянию ЭИО на конечную степень сбраживания (КСС) сусла пивными дрожжами в зависимости от напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 1…4 кВ/см использовали охмеленное сусло четырех сортов (с начальной концентрацией сусла от 11% до 16%) «Жигулевское» (рисунок 11), «Ильменское», «Мартовское», «Дека крепкое темное».

Изменение КСС сусла с начальной экстрактивностью 11…16 % после ЭИО зависит от экспозиции и напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве. Наибольший эффект от ЭИО (от 4,0 % до 8,5%) наблюдали при экспозиции 25 с и при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 3 кВ/см.

Рисунок 11 - Изменение конечной степени сбраживания сусла «Жигулевское» с экстрактивностью начального сусла 11% пивными дрожжами, подвергнутыми ЭИО

2.3. Результаты производственных испытаний

2.3.1. Особенности проведения производственных испытаний

Производственные испытания приготовления пива с использованием ЭИО дрожжей проводили на пивоваренном заводе «Дека» Великий Новгород при сбраживании сусла четырех сортов с начальной концентрацией сусла от 11 до 16% «Жигулевское», «Ильменское», «Мартовское», «Дека крепкое темное». Брожение проводили при температуре 10…12⁰С тремя способами: с добавлением ферментных препаратов (подкормка дрожжей), без добавления ферментных препаратов, с использованием ЭИО дрожжей. Для брожения использовали дрожжи расы Rh 5…12 генерации, норма введения дрожжей составила 30…50 млн клеток/см³, т.е. 6…17 дм³ густых дрожжей/дал сусла.

В контрольном варианте дрожжи вводили в сусло по принятой на заводе технологической схеме.

В варианте с ферментными препаратами в бродильный аппарат перед приемом сусла вносили ферментативные подкормки дрожжей. В опытном варианте ЭИО дрожжей проводили в потоке на пути их перекачки в бродильный аппарат. Для проведения производственных испытаний была создана экспериментальная установка активации производительностью 300 дм³ дрожжей/ч. Параметры обработки среды выбирали согласно результатам экспериментальных данных, полученным при изучении влияния ЭИО на дрожжи в лабораторных исследованиях. Оптимальный режим ЭИО: экспозиция - 25 с, напряженность электрического поля в межэлектродном пространстве - 3,0 кВ/см. После 3…8 дней брожения пиво было перекачено в аппараты дображивания. Продолжительность дображивания составила 15 сут. Дальнейший анализ готового фильтрованного пива, разлитого в ПЭТФ-бутылки, был проведен согласно ГОСТ Р 51174-98.

2.3.2. Результаты производственных испытаний по определению эффекта воздействия ЭИО на дрожжи

В производстве на ОАО «Дека» максимальное использование дрожжей составляет 6…8 генераций. В производственных испытаниях, чтобы проверить, как долго обработанные дрожжи сохраняют свое качество и свойства, мы провели ЭИО дрожжей: 5-ой генерации для пива «Жигулевское», 6-ой генерации для пива «Мартовское», 7-ой генерации для пива «Ильменское» и «Дека темное крепкое». Параллельно использовали дрожжи соответствующих генераций для контрольного брожения и брожения с использованием ферментных препаратов.

Отмечено большее увеличение содержания почкующихся дрожжевых клеток в бродильном аппарате через 4 ч после начала брожения пива (рисунок 12, таблица 2); при брожении в танке происходит практически двукратное увеличение массы дрожжей (рисунок 13, таблица 1). У дрожжей, подвергнутых ЭИО, и по окончании брожения с добавлением ферментных препаратов отмечается хорошая флокуляция дрожжевых клеток.

Таблица 2 – Характеристики пивных дрожжей, используемых в производственных испытаниях

Показатели	Пиво
	«Жигулевское»			«Ильменское»			«Мартовское»			«Дека темное крепкое»
	Контроль	ЭИО дрожжей	Ферментные препараты	Контроль	ЭИО дрожжей	Ферментные препараты	Контроль	ЭИО дрожжей	Ферментные препараты	Контроль	ЭИО дрожжей	Ферментные препараты
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Количество нежизнеспособ-ных клеток дрожжей, %: до ЭИО после ЭИО После ЭИО	4,52 -	4,78 3,53	4,14 -	6,13 -	6,95 4,16	6,46 -	5,7 -	5,91 3,77	6,00 -	6,34 -	7,00 4,25	6,11 -
Упитанность,%	85,8	84,7	85,0	77,4	76	76,9	82,3	78,7	80,0	78,2	75,8	77,6
Микробиологическая чистота	Посторонней микрофлоры нет
Почкующиеся клетки, %: до задачи в танк через 4 ч после начала брожения	19 22	20 29	15 23	14 16	12 22	10 17	14 17	11 32	16 20	16 17	12 21	12 19
Прирост дрожжевой массы, %	71	116	105	60	100	85	70	110	94	65	95	87
Скорость сбраживания, 1% экстракта/ч	0,09	0,14	0,14	0,09	0,15	0,13	0,1	0,12	0,11	0,08	0,11	0,11
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Коэффициент густоты дрожжей	0,40	0,33	0,35	0,45	0,34	0,40	0,40	0,46	0,50	0,37	0,32	0,41
Содержание дрожжевых клеток в пиве по окончании бро-жения перед перекачкой на дображивание, млн/см³	18	8	10	21	10	12	25	12	13	23	11	13

Blog

Интенсификация процесса брожения методом электронно-ионной обработки (эио) пивных дрожжей