Сартакова О.Ю. Промышленная микробиология

Подождите немного. Документ загружается.

131

кислот и испаряется вода. В основном эти потери происходят за счет

сухого вещества теста (сахара), который при спиртовом брожении раз-

лагается на спирт и углекислый газ.

Выпечка хлеба. В период выпечки интенсивно протекают про-

цессы ферментативного гидролиза углеводов, когда под действием

амилаз крахмал переходит в глюкозу.

Новые разработки клеточной инженерии по

созданию высокопро-

дуктивных штаммов хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бакте-

рий способствуют интенсификации производственных процессов. В

основе процессов приготовления хлебобулочных изделий лежит сово-

купность сложнейших изменений сырья под воздействием микроорга-

низмов. Современный хлебозавод представляет собой предприятие,

основные отделения которого полностью механизированы (рис. 33).

6.7.2 Биотехнология приготовления пива

Пиво – старинный слабоалкогольный ячменно-солодовый

напи-

ток, обладающий приятной горечью, ароматом хмеля, способностью

вспениваться при наполнении бокала и долгое время удерживать на по-

верхности слой компактной пены. Пиво относится к слабоалкогольным

напиткам. Слабоалкогольными называют напитки, содержащие не

более 7% этилового спирта. Благодаря приятному вкусу, тонизирую-

щему, жаждоутоляющему действию, пиво пользуется большим спро-

сом у населения. В

зависимости от сорта пиво содержит от 4% до 10%

легкоусвояемых питательных веществ, главным образом углеводов,

небольшое количество аминокислот и другие продукты расщепления

белка, а также минеральные вещества. Кроме того, в нем содержится

от 1,5% до 7% спирта, до 0,4% углекислого газа, горькие и дубильные

вещества хмеля, органические кислоты.

132

1-компрессор для подачи муки; 2-устройство для подъема мешков;

3-устройство для приема муки; 4-рукав разгрузочный; 5,8-ком-

прессоры для аэрации; 6-питатель; 7-бункер для муки; 9-просеиватель;

10-компрессор пневмосистемы управления; 11-автомукомер; 12-пово-

ротный шнек для подачи муки в дежу месильной машины; 13-дозатор-

температор воды; 14-бойлер; 15-тестосмесительная машина; 16-тесто-

делитель; 17-тестоокруглитель; 18-конвейерный шкаф

предваритель-

ной расстойки; 19-формующая машина; 20-конвейеры с пекарскими

листами; 21-рогликовая машина; 22-делительно-округлительная маши-

на; 23-конвейер для хлеба; 24-ротационная электрическая печь;

25-камера окончательной расстойки.

Рисунок 33 - Аппаратурно-технологическая схема

производства хлебобулочных изделий

В пиве содержится В2 – рибофлавин, Н – биотин, В6 – пиридок-

син и значительно больше витамина РР. Калорийность 1 л пива нахо

дится в пределах 400-800 ккал. Около половины этой калорийности

приходится на углеводы и белки, а половина на спирт. Производство

пива основано на процессе спиртового брожения с помощью дрожжей,

обмен веществ которых в значительной степени определяет и качество

пива. В связи с этим исключительное значение имеет выбор нужной

расы и ее поддержание.

Основные технологические стадии пивоварения

133

Технология производства пива, или собственно пивоварение, ха-

рактеризуется большим числом разнообразных, последовательно про-

текающих технологических процессов, которые можно объединить в

такие стадии: получение солода из ячменя, приготовление пивного су-

сла, брожение пивного сусла, дображивание и выдержка, (созревание)

пива, фильтрация и розлив готового пива. Технология производства

пива – длительный и сложный процесс, который

продолжается 60-100

дней. Рассмотрим каждую стадию отдельно.

Получение солода. Производство солода включает очистку и сор-

тировку ячменя, его замачивание и проращивание, сушку сырого (зеле-

ного) солода и очистку его от ростков, которые содержат горькие ве-

щества и при попадании в затор придают пиву неприятный грубый

привкус. При проращивании зерна возрастает активность

ферментов и

происходит гидролиз запасных веществ эндосперма, что облегчает пе-

ревод их в сусло. Следовательно, основная цель соложения – привести

в активное состояние ферменты зерна и подготовить вещества эн-

досперма к получению пивного сусла заданного состава. В зависимо-

сти от режима сушки солод приобретает светлый или темный цвет. В

пивоварении солод играет

роль источника не только активных фермен-

тов, но и того комплекса органических и минеральных веществ, кото-

рый позволяет с участием этих ферментов получить пивное сусло, при-

годное для сбраживания.

Для приготовления солода ячмень замачивают в специальных ча-

нах водой с температурой от 12

С до 17

С. По мере возрастания влаж-

ности в зерне активизируются ферменты и катализируемые ими био-

химические процессы. Замачивание прекращают по достижении зер-

ном влажности от 42% до 45% - для светлого солода и от 45% до 47%

для темного. Из ферментов наибольшую активность приобретают

амилолитические и протеолитические. Замоченное зерно направляют

для проращивания в солодовни различных конструкций (ящики

или

барабанные установки). Солодоращение протекает при температуре от

С до 19

С и хорошей аэрации в течение 5-8 суток. Эндосперм зерна

к концу соложения размягчается и легко растирается. За счет гидроли-

за крахмала амилазами, а гемицеллюлоз – цитазой в зерне накаплива-

ются растворимые сахара – мальтоза, гексозы и пентозы, придающие

солоду сладковатый вкус. В результате активизации протеиназ, пепти-

даз и амидаз азотистые соединения гидролизуются с

образованием

растворимых белков, пептонов, аминокислот, аммиака. Проращивание

зерна связано с процессами синтетического характера. Так, в соложе-

ном ячмене накапливаются витамины группы В, токоферолы, аскорби-

134

новая кислота. Особенно возрастает содержание рибофлавина (до

210 мг на 100 г сухого вещества). В результате химического взаимо-

действия продуктов гидролиза в солоде синтезируются новые, свойст-

венные проросшему зерну ароматические и вкусовые вещества. Из сы-

рого (зеленого) солода нельзя получить пива. Для придания необходи-

мых свойств и хорошей сохраняемости его сушат до

остаточной влаж-

ности от 2% до 3,5%. Различные температурные режимы и продолжи-

тельность сушки позволяют получить солод с разными технологиче-

скими свойствами, что в свою очередь обуславливает возможность

приготовления пива широкого ассортимента. Для производства пива

отечественных сортов вырабатывают солод следующих видов.

Светлый солод получают высушиванием проросшего ячменя в

течении 16 ч при постепенном повышении

температуры с 25-30

С до

75-80

С. В готовом виде он имеет светлую окраску, сладковатый вкус,

солодовый аромат, рыхлый мучнистый эндосперм и высокую осахари-

вающую способность. Используют его для большинства сортов пива.

Для получения темного солода проросшее зерно сушат 24-48 ч

при более высокой температуре, достигающей 105

С в конце процесса.

Помимо коричнево-желтой окраски, темный солод отличается от свет-

лого хрупкостью эндосперма и меньшей осахаривающей способно-

стью. Используют его для темных сортов пива.

Диафарин – высокоферментативный солод – получают при наи-

более мягком температурном режиме, постепенно возрастающем до

50-60

С, и активной вентиляции. Это позволяет сохранить у солода

светлую окраску и максимальную ферментативную активность.

Карамельный солод по окраске делят на светлый, средний и тем-

ный. Для его приготовления сухой или зеленый солод с повышенным

содержанием сахаров обжаривают при температуре от 120

С до 170

С.

Жженый солод – наиболее интенсивно окрашенный продукт. Его

готовят из сухого белого солода путем обжаривания при температуре

от 210

С до 260

С после предварительного увлажнения.

Приготовление сусла. Дробленый солод и несоложеные мате-

риалы смешивают с горячей водой в соотношении 1:4. Полученную

смесь медленно перемешивают при подогревании до температуры от

С -52

С в течение от10 минут до 30 минут. При этом от 15% до 20%

растворимых веществ солода переходят в раствор без ферментативной

обработки и происходит ферментативное расщепление водонераство-

римых азотистых веществ и фитина. Затем смесь переводят в заторные

чаны, где под действием ферментов солода происходит дальнейшее

превращение нерастворимых веществ сырья в растворимые, образую-

135

щие экстракт будущего сусла. Чтобы обеспечить максимальный пере-

ход веществ в раствор, затор медленно нагревают от 70

С до 72

С при

постоянном перемешивании (настойный метод). При втором (декокци-

онном) способе 1/3 затора перекачивают в кипятильный котел, где ки-

пят от 15 минут до 30 минут, после чего объединяют и перемешивают

с остальной частью затора. Повторяя эту операцию 2-3 раза, доводят

температуру всего затора до требуемого уровня. Весь процесс приго-

товления затора продолжается от 3 ч

до 3,5 ч. Затирание солода необ-

ходимо для ферментативного гидролиза крахмала. Схема последова-

тельных превращений при гидролизе крахмала под действием амилаз:

крахмал — амилодекстрины — эритродекстрины — ахродекстрины-

мальтодекстрины - мальтоза. Еще до полного осахаривания крахмала в

заторе завершается протеолиз белка, продукты которого играют боль-

шую роль в формировании органолептических свойств и устойчивости

пива при

хранении. Осахаренный затор направляют на фильтрование

для отделения сладкого сусла от твердой фазы затора. При этом

фильтрующий слой образует самую твердую фазу затора – пивную

дробину (выщелоченные зерноприпасы, мякинные оболочки, свернув-

шиеся белки), оседающая на стенках фильтрационных чанов, фильтр-

процессов или центрифуг, применяемых для фильтрования пивного

сусла. Отфильтрованное сусло и полученные после

промывания дро-

бины воды переводят в сусловарочный котел для кипячения с хмелем,

упаривания до нужной концентрации и стерилизации. Источником

своеобразной горечи, свойственной пиву, является в основном хмеле-

вая кислота – гумулон, которая при кипячении переходит в изогуму-

лон, хорошо растворимый в воде. Растворимость кислоты незначи-

тельна, а мягкая смола гидролизуется с

образованием – смолы и отще-

плением изобутилового альдегида и уксусной кислоты, участвующих в

формировании специфического аромата и вкуса сусла и пива.

Сбраживание сусла. Этот процесс происходит в открытых или

закрытых деревянных или металлических емкостях специальными ра-

сами дрожжей, преимущественно низового брожения, относящихся к

семейству Sacharomycetaceae, роду Sacharomyces, и виду Carlsbergensis.

Для специальных сортов белого и

светлого пива, например белого

пшеничного, применяют дрожжи верхового брожения. Через 15-20 ч

после внесения дрожжей на поверхности сусла появляется полоса бе-

лой пены (стадия забела), а затем вся поверхность бродящего сусла по-

крывается мелкоячеистой пеной с постепенно увеличивающимися за-

витками. Достигнув максимума, завитки опадают, пена уплотняется и

становится коричневой. Из-за

горького вкуса осевшую пенку (деку)

136

обязательно удаляют с поверхности сусла. Дрожжи оседают на дно.

Осветленная жидкость называется зеленым (молодым) пивом. В нем,

помимо этилового спирта и углекислого газа, в процессе брожения на-

капливается ряд побочных продуктов, участвующих в создании вкуса и

аромата пива. Процесс главного брожения завершается за 7-9 суток. К

этому времени в пиве остаются несброженными

около 1,5 % сахаров.

Выдержка (дображивание) пива. Эта операция способствует

окончательному формированию потребительских свойств пива. Для

дображивания молодое пиво перекачивают в герметично закрываю-

щиеся металлические танки, внутренняя поверхность которых покрыта

специальным лаком. Выдерживают пиво при температуре от 0

С до

С в течение 11-100 суток в зависимости от сорта. В результате доб-

раживания остаточного экстракта несколько возрастает крепость пива,

происходит насыщение его углекислотой и осветление. Взаимодейст-

вие разнообразных первичных и вторичных продуктов главного и по-

бочных процессов приводит к образованию новых веществ, обуславли-

вающих вкус и аромат зрелого пива, а также его

сортовые особенно-

сти.

Обработка и розлив пива. После лабораторного и органолепти-

ческого анализов, подтверждающих готовность пива, его обрабатыва-

ют и разливают. Для придания прозрачности пиво фильтруют через

прессованные пластины из различных фильтрующих масс. Лучшими

являются диатомитовые фильтры. В процессе осветления пиво теряет

значительную часть СО

, поэтому допускается дополнительная его

карбонизация перед розливом с последующей выдержкой в течение 4-

12 ч для ассимиляции углекислоты.

Технологическая схема ресторанного мини-пивзавода представ-

лена на рисунке 34 .

6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов

Биотехнология позволяет получать большое разнообразие алко-

гольсодержащих напитков. Из традиционных алкогольных напитков,

можно упомянуть русский хлебный квас, содержащий

менее 0,5% эта-

нола, популярный в Японии алкогольный продукт саке с содержанием

этанола от 12% до 24%, таэте - алкогольный напиток, приготовляе-

мый из молока и с давних пор применяемый в Скандинавских странах -

содержит менее 2% этанола, а также большое разнообразие француз-

ских, испанских и других вин. Спиртовое брожение лежит в основе

виноделия.

137

Вино – исключительно сложный напиток. Вино не является про-

стым спиртовым раствором. На сегодняшний день определены и изме-

рены около шестисот его составляющих. Оно содержит большое коли-

чество летучих и нелетучих веществ, пропорции которых различны в

зависимости от разнообразия почв, сортов винограда, солнца. В винах,

кроме этанола, содержатся: белки, пигменты, неорганические соли

, ле-

тучие и нелетучие органические кислоты, танин, в некоторых сортах -

углеводы, глицерин.

1-весы для солода; 2-солододробилка; 3-заторный/сусловарочный ко-

тел; 4-фильтрационный чан; 5-вирпул; 6-холодильник для сусла;

7-вентилятор для сусла; 8-бродильные и лагерные танки; 9-фильтр для

пива; 10-напорный танк; 11-стойка для продажи пива; 12-наполнение

сифонов; 13-розлив пива в бочки; 14-насос; 15-танк CIP; 21-выработка

пара; 22-компрессор сжатого воздуха; 23-холодильник для произ-

водства ледяной воды; 24-

конденсатор испарений; 25-танк горячей во-

ды; А-холодная вода; В-горячая вода; С-хмель; D-дробина; E-труб; F-

дрожжи; G-кизельгур; H-сжатый воздух; I-ледяная вода.

Рисунок 34 - Схема технологического процесса ресторанного

мини-пивзавода

Употребление вина дает организму добавочное количество пита-

тельных и энергетических веществ. Сопутствующие алкоголю по-

138

лезные компоненты содержатся больше в красных винах, чем в белых.

Вино улучшает обмен липидов, способствует правильному балансу ли-

попротеидов в крови, что является профилактикой атеросклероза,

улучшает пищеварение и обмен веществ. В основе виноделия лежит

спиртовое брожение. Вина обычно получают из сока спелого неиспор-

ченного винограда, отделенного или неотделенного от мезги. Индук

торами брожения являются различные расы Saccharomyces cerevisiae.

Вина классифицируют по-разному. Различают: сортовые - по

сорту винограда, купажные - из смеси сортов; сладкие и сухие - по

содержанию сахара; натуральные и крепленые, столовые и десерт-

ные - по содержанию спирта; игристые и неигристые - по содер-

жанию - углекислоты; белые и красные - по цвету; ординарные и

марочные -

по срокам выдержки. В сухом вине сахар фактически

полностью сброжен, а если он имеется, то в таком количестве, что не

ощущается на вкус. В сладких винах сахар ощущается на вкус. Нату-

ральные вина содержат, как правило, от 9% до 11% этанола, реже—

13%. В крепленые сухие вина добавляют коньяк или винный спирт.

Столовые

вина содержат менее 14% спирта, десертные - более 14% (в

среднем около 20%) и некоторое количество сахара. Игристые вина

содержат значительное количество диоксида углерода, образующегося

при дображивании вина в толстостенных сосудах или добавляемого к

натуральным винам; к игристым относят шампанское - продукт вто-

ричного брожения вина, когда к недобродившему вину перед розливом

в герметизированные бутылки

добавляют ликер до содержания сахара

2,2%. Вина, выпускаемые в продажу на первом году после изготовле-

ния, называют ординарными, а выдержанные не менее 1,5 лет и сохра-

няющие свои высокие качества - марочными. Известны так называе-

мые плодовые вина (кроме виноградных), получаемых при спиртовом

брожении соков зрелых плодов: ягодное, яблочное и др.

Некоторые технологические

аспекты виноделия.

Различают пять этапов изготовления вин: образование, фор-

мирование, созревание, старение, отмирание. Такое деление услов-

но, поскольку четкое разграничение этапов при изготовлении вина

осуществить трудно. Спиртовое брожение длится 9–15 дней, иногда

до трех недель, при строго контролируемой температуре – не выше +30

С. Дорогое вино выдерживается в погребе в дубовых бочках, при-

дающих ему дополнительные ароматы. Старение длится от 1 до 2х лет

и более. После выдержки вино осветляют при помощи «оклейки»: в

него вводят казеин и яичный белок, образующие нерастворимый оса-

139

док с нежелательными веществами. Затем вино пропускают через ме-

ханический фильтр и разливают по бутылкам.

Белые вина получают как из белого, так и из красного винограда.

Основное отличие производства белых вин заключается в том, что раз-

давленные ягоды прессуют до брожения, и сусло бродит без кожицы.

Температура брожение от +13

С до +20

С.

Розовое вино изготавливается из красного винограда, при этом

сусло остается в контакте с кожицей несколько часов, затем ее отделя-

ют. В вине непрерывно совершаются сложные физико-химические и

биохимические процессы.

Важное значение среди процессов формирования вина отводится

яблочно-молочнокислому брожению, в результате которого в винах,

богатых яблочной кислотой, исчезает резкая

«зеленая» кислотность и

вкус их становится более мягким и гармоничным. При формировании

вина продолжаются автолитические процессы, следствием которых яв-

ляется обогащение молодого вина продуктами распада дрожжей–азо-

тистыми веществами, полисахаридами, липидами, витаминами, фер-

ментами (протеиназы, фруктофуранозидазы, эстеразы) и др. За период

созревания вина им потребляется кислорода от 20 мг/дм

до 200

мг/дм

. В процессе созревания вина активность ферментов постепенно

снижается. Содержание витаминов и минеральных веществ в результа-

те их частичного окисления уменьшается. В состав бродильных отде-

лений винзаводов входят отстойники, бродильные аппараты, аппараты

для приготовления чистой культуры и разводки дрожжей, представ-

ляющие собой резервуары, оснащенные мешалками, теплообменными

элементами в виде рубашек, змеевиков

и прочие реакторы, сульфито-

дозаторы, смесители и др. (рис.35).

На виноградных ягодах поселяются различные микроорганизмы

(дрожжи, нитчатые грибы, бактерии), которые необходимо подавить,

так как в противном случае будет трудно гарантировать получение ви-

на высокого качества. Как ингибитор микробов - контаминантов давно

и эффективно используют сернистый газ или сульфит, например, в ви-

де метабисульфита калия (примерно от 0,1% до 0,2% SO

), не подав-

ляющих производственный штамм дрожжей в его активную фазу. Па-

стеризация здесь оказывается менее благоприятной. Концентрация са-

хара в винограде - важный фактор для ферментации (концентрация его

в сусле выше 28% будет тормозить брожение). Определенную роль иг-

рают исходное значение рН и температура.

140

1-кран; 2-обратный клапан; 3- насос; 4- бродильные резервуары;

5-рубашки; 6-поплавковое реле; 7- контактное реле; 8,14,18-газовые

трубы; 9-труба подъема сусла;10-переточный бак; 11-гидравлический

запор; 12-переливная труба; 13, 20-сливные трубы; 15-соленоидный

вентиль; 16-трубная крестовина; 17-сливной бак; 19-труба для отвода

виноматериала.

Рисунок 35 - Бродильная установка производства вина

Чтобы избежать повышенной кислотности готового вина, рН

сусла необходимо

поддерживать не ниже 3,6; оптимальная температу-

ра для большинства рас дрожжей от 27

С до 29

С, но есть и психро-

фильные виды, сбраживающие виноградное сусло при 10

С. При низ-

кой температуре и медленном брожении формируется более яркий бу-

кет вина, чем при кратковременном брожении и повышенной темпера-

туре.

Аэрирование сусла возможно и целесообразно в самом начале

процесса, чтобы быстрее наросла биомасса клеток для ведения после-

дующего анаэробного процесса. Количество привносимой в сусло сус-

пензии дрожжей обычно составляет

1% по объему.

В случае применения биореакторов больших емкостей для произ-

водства столовых вин бродящий сок принудительно охлаждают, ис-

пользуя теплообменники, змеевики или другие устройства. Мезга (обо-

лочки виноградных ягод, семена, частички стеблей и т. п.) привносит