Дослідження динаміки діацетилу в процесі бродіння та доброджування пива

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра біотехнології продуктів

бродіння і виноробства

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО 
КУРСОВОЇ РОБОТИ 

з дисципліни  «Технології галузі»   на тему: «Дослідження динаміки діацетилу в процесі бродіння та доброджування пива»

Студентки 3 курсу 1 групи   напряму підготовки 051701 «Харчові технології та інженерія»  спеціальності «Технології продуктів бродіння і виноробства»  Івашко О. Г.     Керівник        професор    Мелетьєв А.Є.                   Національна шкала ___________________________  Кількість балів:     _____________ Оцінка: ECTS       _____________                                  Члени комісії __________  _____________  __________ _____________   __________   ______________   м. Київ – 2014 рік

 

ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………………5

1. Характеристика процесу дозрівання при зброджуванні сусла різними расами дріжджів(аналітична частина)………….……………………….…7

1.1. Аналіз літературних джерел ………………………………………7

1.1.1. Діацетил(ванільні дикетони). …………………………………….7

1.1.2. Вплив генерації дріжджів…………………………………………9

1.1.3. Динаміка зміни концентрації діацетилу під час бродіння, доброджування пива різними расами дріжджів……………………………….11

1.1.4. Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від видимої ступені зброджування…………………………………………………………..13

1.1.5. Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від температури……………………………………………………………………..14

2. Асортимент і характеристика проектованої продукції, сировини та допоміжних матеріалів(технологічна частина)…………… ………………….15

2.1. Асортимент продукції…………………………………………………15

2.2. Характеристика готової продукції……………………………………16

2.3. Види і характеристика сировини……………………………………..17

2.4. Принципова технологічна  схема………….…………………………26

 

 

 

2.5. Вибір і обґрунтування технологічних способів і режимів…………27

2.5.1. Освітлення гарячого сусла………………………………………27

2.5.2. Бродіння і доброджування………………………………………28

2.5.2.1. Культивування дріжджів………………………………………28

2.5.3. Фільтрація пива……………………………………………….….29

2.5.4. Миття і стерилізація  обладнання установкою СІП…………….…30

2.6.Опис апаратурно-технологічної  схеми……………….………………31

3. Розрахункова частина……………………………………………...32

3.1. Вихідні дані для розрахунків……………………………………….32

3.2. Розрахунок продуктів………………………………………………..34

4. Схема технохімічного контролю………………………………….42

5. Висновки та рекомендації…………………………………………46

6. Список використаної літератури………………………………….47

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Метою даної курсової роботи є дослідження динаміки діацетилу у процесі бродіння та доброджування пива. Основною метою дослідження було встановлення залежності вмісту діацетилу під час бродіння, доброджування та у готовому пиві від температури бродіння, генерації та раси дріжджів та видимого ступеня зброджування. Вміст діацетилу визначили хроматографічним методом. Проведено аналіз біохімічних і ферментативних процесів бродіння і дозрівання пива, а саме:

• Визначення вмісту діацетилу

• Визначення видимого ступеня зброджування

• Органолептичні показники пива

Вміст діацетилу  може розглядатися як критерій ступені дозрівання пива. При скороченій тривалості часу бродіння і дозрівання  пива велике значення має контроль за вмістом діацетилу.

В технології пива найтривалішими за часом є процеси бродіння й доброджування. Основний біохімічний процес при виробництві пива, що формує букет напою - спиртове бродіння цукрів сусла під дією ферментів дріжджів.

Результативність біотехнологічних процесів, які відбуваються під час зброджування пивного сусла, визначається різними факторами, зокрема якістю сировини й сусла, технологічними параметрами середовища та ін. Але головними є пивні  дріжджі, життєдіяльність і виробнича здатність яких визначаються як умовами протікання процесу, так і генетикою.

Основною метою цієї роботи є дослідження динаміки діацетилу, вміст його в готовому суслі та пиві метаболізм

 

 

 

досліджених рас пивних дріжджів при зброджуванні пива та для інтенсифікації процесів бродіння. Вплив на вміст діацетилу генерації дріжджів, температури та ступені зброджування.

 

1. Характеристика процесу дозрівання при зброджуванні сусла різними расами дріжджів(аналітична частина)

1.1 Аналіз літературних джерел

1.1.1Діацетил (віцінальні дикетони)[4]

Діацетил – найважливіший фактор для утворення букету молодого пива. При перевищені граничного значення він надає пиву нечистий смак – від солодкого до неприємного, а в більших концентраціях має запах олії. Аналогічні відчуття також викликає пентадіон, щоправда він має набагато більше граничне значення смаку. Ці речовини називаються віцінальними дикетонами, так як вони мають розташовані одна біля одної кетогрупи:

			О		О
			‖		‖
діацетил			С		С
			О		О
			‖		‖
2,3-пентадіон			С		С

 

 

Розчеплення віціальних дикетонів проходить паралельно із іншими процесами дозрівання і вважається головним критерієм дозрівання пива.

Формування і розчеплення віцінальних дикетонів протікає в три стадії.

Стадія 1: утворення попередників

В процесі метаболізму дріжджів утворюються тільки попередники віцінальних дикетонів. Вони не мають смаку чи запаху і не виявляються в пиві. Ацетогідроксикислоти виникають при синтезі амінокислот, який починається з піровиноградної кислоти (пірувата), проміжного продукту гліколізу, і виділяються дріжджами в субстрат. Їх утворення залежить від деяких факторів:

• штам дріжджів – момент утворення і кількість утворених кислот є специфічною ознакою штаму дріжджів;

 

 

• норма внесення дріжджів – підвищена норма внесення дріжджів призводить до посиленого утворення ацетогідроксикислот, але сприяє швидкому та інтенсивному розчепленню діацетилу;

• кисень – призводить до підвищеного утворення дріжджами ацетогідроксикислот.

Однак вплив цих факторів проявляється не настільки сильно, щоб за допомогою ціленаправлених технологічних прийомів можна було б ефективно впливати на вміст ацетогідроксикислот.

 

Стадія 2: перетворення попередників

Через окислювальне декарбоксилювання із ацетогідроксикислот виникають діацетил та пентадіон. В зовнішньому середовищі цей процес протікає відносно просто і незалежно від дріжджової клітини. Його прискорюють:

• зниження рН – при рН 4,2-4,4 відбувається швидке перетворення ацетогідроксикислот у віцінальні дикетони, з підвищенням рН швидкість знижується;
• підвищення температури – при підвищеній температурі перетворення здійснюється ще швидше;
• доступ кисню – потрапляння кисню в пиво призводить до пришвидшення утворення віцінальних дикетонів із їх попередників.

Швидкість дозрівання пива залежить від швидкості переходу ацетогідроксикислот в діацетил і пентадіон.

Стадія 3: відновлення дикетонів

Дріжджові клітини розкладають діацетил і пентадіон, негативний вплив цих речовин на смак пива зменшується. Розпад проходить по слідуючій схемі:

діацетил → ацетоїн → бутандіол.

Бутандіол має дуже високе граничне значення смаку і в пиві не відчувається.

Розчепленню діацетилу сприяють слідуючі фактори:

• підчас бродіння дріжджі володіють високою здатністю до розкладання діацетилу, дріжджі здатні відновити в 10 раз більше дикетонів, чим їх утворюється під час бродіння;
• здатність відновлювати діацетил залишається незмінною під час бродіння і поступово знижується при доброджуванні;

• різні штами дріжджів в здатності розщеплювати діацетил не суттєво відрізняються один від одного;
• відновлення діацетилу тісно пов’язано з температурою і значно збільшується з її підвищенням;
• швидкість розпаду діацетилу сильно залежить від концентрації дріжджів у дозріваючому пиві;
• ця швидкість залежить від факторів, які сприяють або перешкоджають інтенсивному контакту дозрілого пива і дріжджів. Перекачування пива, падіння тиску і т.д., все, що перешкоджає осіданню дріжджів, сприяє розпаду діацетилу;
• додавання пива на стадії "низьких завитків" пришвидшує розпад діацетилу, так як відновлювальна здатність дріжджів підчас розмноження досягає максимуму.

1.1.2 Вплив генерації дріжджів на вміст діацетилу[4]

Рис. 1.1

    Як видно з  рис. 1.1, найбільша концентрація діацетилу в суслі спостерігається під час бродіння при використанні дріжджів п'ятої генерації. Максимальна кількість діацетилу приходилась на третю добу і складала 1,45 мг/л. Дріжджі в порядку збільшення генерації утворюють більше діацетилу і при цьому період розкладу його дещо довший в порівнянні з нижчими генераціями. При  досягненні кінцевого ступеня зброджування та вмісту діацетилу 0,17 мг/л починають розхолоджувати ЦКБА до низьких температур. При використанні дріжджів чистої культури концентрація діацетилу досягає 0,15 мг/л на 7 добу, дріжджів першої, другої та третьої генерації на 8 добу, дріжджів четвертої генерації на 9 добу, а дріжджів п'ятої генерації на 10 добу.

Рис.1.2

Вміст діацетилу ( мг/л ) в готовому пиві [4]

 

Пиво отримане із використанням дріжджів перелічених генерацій містить допустиму концентрацію діацетилу, яка не впливатиме на смакові властивості пива.

 

 

1.1.3 Динаміка зміни концентрації діацетилу під час бродіння, доброджування пива при застосуванні різних рас пивних дріжджів[4]

Рис. 1.3

   Як видно з рис.2 найвища концентрація діацетилу  під час бродіння пивного сусла  спостерігалась при використанні  чеської раси дріжджів. Максимальна  кількість діацетилу становила на 3 добу і складала 1,28 мг/дм3, а починаючи з 9 доби доброджування концентрація діацетилу становила 0,25 мг/дм3.

   Дріжджі 145 раси утворили  найвищу концентрацію діацетилу  на 3 добу і становив цей показник 0,82 мг/дм3. а вже на 9 добу та в пиві при передачі на фільтрування концентрація діацетилу – 0,12 мг/дм3.

   Найменшу концентрацію  діацетилу підчас бродіння утворили  дріжджі німецької раси ( на 3 добу ) – 0,45 мг/дм3, а на 9 добу доброджування цей показник становив 0,08 мг/дм3, що на 0,04 мг/дм3 менше від дріжджів 145 раси та на 0,17 мг/дм3 від дріжджів чеської раси.

 

 

Рис.1.4

Вміст діацетилу в готовому пиві в залежності від використаної раси дріжджів

   Пиво отримане при зброджуванні німецькою расою містить найменшу концентрацію діацетилу 0,08 мг/дм3.

   Пиво, отримане при  зброджуванні 145 расою має 0,12 мг/дм3 діацетилу, що на 0,04 мг/ дм3 вище від пива німецької раси.

   Найвищу концентрацію  діацетилу має пиво, отримане при зброджуванні чеською расою і становило 0,25 мг/ дм3, що на 0,17 мг/дм3 вище від німецької раси та на 0,13 мг/дм3 від 145 раси пивних дріжджів.

   Тому, для виробництва  пива високої якості найкраще  підходять дріжджі німецької  раси.

 

1.1.4 Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від видимої ступені зброджування[4]

Рис. 1.5

Зміни вмісту ацетогідроксикислот та віцінальних дикетонів в залежності від видимої ступені зброджування

Найбільший вміст ацетогідроксикислот та віцінальних дикетонів спостерігається під кінець головного бродіння і може досягати 0,55 мг/л 2-ацетолактату, 0,34 мг/л 2-ацетогідроксибутирату. Концентрація 2,3-пентадіону  майже не змінюється і коливається в межах 0.01-0.03мг/л, а діацетил досягає піку своєї концентрації підчас головного бродіння і становить 0,8-0,9мг/л. 
1.1.5 Динаміка зміни концентрації діацетилу в залежності від температури[4]

Рис. 1.6

Вплив температури на відновлення діацетилу дріжджами

 

 

Здатність дріжджів відновлювати діацетил збільшується при зростанні температури. 
2. Асортимент і характеристика проектованої продукції, сировини та допоміжних матеріалів(технологічна частина)