Совершенствование процесса брожения пива и пивных напитков

1



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)»



Факультет 	магистратуры и аспирантуры						



Кафедра 	технология бродильных производств и консервирования		   

Направление (специальность)   19.04.02  –  Продукты питания из растительного сырья                                                                                                                 

                   (индекс, название)			



ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА



на соискание квалификации 	магистр 



Обозначение документа   ВТО 00.00.000______________________________



Тема 	Совершенствование процесса брожения пива и пивных напитков

Студент  Бушуева Ольга Евгеньевна 					

					Фамилия, имя, отчество, подпись,



Руководитель квалификационной работы 		                 В.А. Помозова

								Подпись, дата, инициалы, фамилия 

Консультанты по разделам:

Введение                                                                                             В.А. Помозова	краткое наименование раздела				                       подпись, дата, инициалы, фамилия

Обзор литературы          _____________________________________________В.А. Помозова	краткое наименование раздела				                       подпись, дата, инициалы, фамилия

Экспериментальная часть                                                              В.А. Помозова	краткое наименование раздела                                                                             подпись, дата, инициалы, фамилия



Результаты экспериментальных исследований и их анализ  В.А. Помозова

               краткое наименование раздела                                                                                подпись, дата, инициалы, фамилия













Нормоконтролер                                                                    И.Ю. Сергеева

						Подпись, дата, инициалы, фамилия

Допустить к защите

Заведующий кафедрой                                                В.А. Помозова

						Подпись, дата, инициалы, фамилия













Кемерово, 2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)»

	Кафедра      технология бродильных производств и консервирования_

		УТВЕРЖДАЮ:
Зав. кафедрой
          В.А Помозова.

подпись, фамилия, инициалы, дата

ЗАДАНИЕ

на выполнение выпускной квалификационной работы

	Студенту группы РСм-251 Бушуевой Ольге Евгеньевны____________________

номер группы, фамилия, имя, отчество

1 .Тема Совершенствование процесса брожения пива и пивных напитков	

	утверждена приказом по институту № 257 от     05.04.2017	

дата

		2.Срок представления работы к защите	25.06.2017	

дата

3.Исходные данные к выполнению работы: ранее проведенные исследования

	

4.Содержание текстового документа:

	Введение: отразить актуальность выбранной темы                                                    

                                                                                  краткое содержание

	4.1 .Обзор литературы: рассмотреть и проанализировать характеристику пивных дрожжей, особенности их метаболизма и пути повышения активности                              

	наименование раздела	краткое содержание

		4.2.	Экспериментальная часть: обозначить цели и задачи эксперимента, объекты исследований, подобрать методы экспериментальных исследований

	наименование раздела	краткое содержание

4.3.	Результаты экспериментальных исследований и их анализ: обосновать состав активирующей добавки для дрожжей, выбрать оптимальный режим, позволяющий увеличить их бродильную активность,  провести органолептический и физико-химический анализ  пива, полученного с использованием активированных дрожжей______________________________

	наименование раздела	краткое содержание

5.     Перечень графического материала с точным указанием чертежей:

5.1   Иллюстрационный материал в виде слайдов -     13  листов

6.     Консультанты по разделам:

Введение                                                                                    В.А. Помозова

	краткое наименование раздела		подпись, дата, инициалы, фамилия

Обзор литературы                                                                  В.А. Помозова

	краткое наименование раздела		подпись, дата, инициалы, фамилия



Экспериментальная часть                                                     В.А. Помозова

	краткое наименование раздела		подпись, дата, инициалы, фамилия





Результаты экспериментальных исследований и их анализ В.А. Помозова 

	краткое наименование раздела				подпись, дата, инициалы, фамилия





7.	Руководитель выпускной квалификационной работы:

_____________________________________________________В.А. Помозова

подпись, дата, инициалы, фамилия

8.       Дата выдачи задания   22.05.2017                                                                     



 









Задание принял к исполнению:  _22.05.2017_________________О.Е. Бушуева

								подпись, дата, инициалы, фамилия














В настоящей работе рассмотрены общая характеристика метаболизма дрожжей, общая характеристика пивных дрожжей, способы активации обмена дрожжей в производстве пива и пивных напитков, объектов и методов исследования; представлено обсуждение полученных результатов собственных исследований по влиянию комплексной дрожжей подкормки на активность ферментов, физиологическое состояние дрожжей, процесс брожения сусла, влияние препарата пантов на активность ферментов, физиологическое состояние дрожжей, а также совместное влияние подкормок на активность ферментов и физиологическое состояние дрожжей.




СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………...

5

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………..

8

1.1

Общая характеристика метаболизма дрожжей…………………………….

8

1.2

Особенности метаболизма пивных дрожжей………………………………

15

1.3

Способы активации обмена дрожжей в производстве пива и пивных напитков………………………………………………………………………

26

Заключение по обзору литературы……………………………………………….

38

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА……………..

39

2.1

Организация эксперимента………………………………………………….

39

2.2

Объекты исследования………………………………………………………

40

2.3

Методы исследования……………………………………………………….

42

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………….

43

3.1

Изучение влияния КДП на активность ферментов, физиологическое состояние дрожжей, процесс брожения сусла……………………………..

51

3.2

Изучение влияния обработки дрожжей препаратом пантов на активность ферментов, физиологическое состояние дрожжей, процесс брожения сусла………………………………………………………………

45



Изучение влияния обработки дрожжей препаратом пантов и КДП на активность ферментов и физиологическое состояние дрожжей………….

48



ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ…………………………………………...

50



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………

51






ВВЕДЕНИЕ





Актуальность темы исследования. Пивоваренное производство в России входит в группу отраслей пищевой промышленности, динамично развивающихся в настоящее время. В нашей стране насчитывается около двухсот пятидесяти предприятий по производству пива и пивных напитков, выпускающие свыше полутора тысяч различных марок.

Слабоалкогольный пенящийся напиток пользуется высоким спросом среди населения благодаря своим вкусовым достоинствам, относительной доступностью, а также известно, что пиво благотворно влияет на организм человека за счет полезных веществ, входящих в его состав.

В настоящее время в пищевой промышленности актуальным является создание оригинальных сортов пива, разработка новых ресурсосберегающих технологий, позволяющих повысить эффективность производства, увеличить выход и качество продукции, а также интенсифицировать технологические процессы. Данные разработки позволят снизить себестоимость пива и пивных напитков, тем самым повысить конкурентоспособность предприятия.

Приготовление пива занимает много времени за счет длительных процессов брожения и дображивания. Ускорение процессов брожения и созревания пива зависит от жизнедеятельности дрожжевой клетки: роста, размножения, углеводного и азотистого обмена, синтеза ферментов.

Для повышения активности дрожжей широко используются химические методы, суть которых заключается в применении специальных препаратов и подкормок. Для удовлетворения дрожжей в микроэлементах и витаминах применяют специальные препараты («подкормки для дрожжей», «питание для дрожжей»), содержащие аминокислоты, витамины, минеральные вещества (в том числе микроэлементы).

Использование этих препаратов ускоряет разбраживание сусла в первые сутки брожения, предотвращает замедление и остановку брожения, сокращает длительность брожения, способствует глубокому сбраживанию, увеличивает прирост дрожжей, увеличивает стойкость дрожжей к автолизу [5, 10, 27-30, 39-41, 77, 91, 148, 162, 169]. Таким образом, обогащение среды широким спектром таких компонентов создаст благоприятные условия для осуществления многообразных биохимических реакций в клетке.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является совершенствование процесса брожения пива и пивных напитков.

В связи с поставленной целью определены основные задачи работы:

- изучить общую характеристику метаболизма дрожжей;

- изучить особенности метаболизма пивных дрожжей;

- изучить способы активации обмена дрожжей в производстве пива и пивных напитков

- исследование возможности использования препаратов пантов для активации обмена дрожжей;

- исследование возможности активирования сухих пивных дрожжей путем обработки комплексной дрожжевой подкормкой; 

- исследование возможности совместного применения препарата пантов и комплексной дрожжевой подкормки для активации дрожжей и их влияния на физиолого-биохимические характеристики культуры

Научная новизна полученных результатов заключается в обосновании и разработке способов совершенствования процесса брожения пива и пивных напитков путем использования активаторов конструктивного и энергетического обмена дрожжей.

Научная новизна:

- систематизированы основные факторы, повышающие активность конструктивного и энергетического обмена дрожжей. Предложена классификация факторов определяющих жизнеспособность дрожжей;

- обоснован механизм активации дрожжей с помощью препарата пантов и комплексной дрожжевой подкормкой.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая ценность работы заключается в обосновании способов совершенствования процесса брожения пива и пивных напитков путем использования активаторов обменных процессов дрожжей.

Практическая значимость результатов работы заключается в разработке технологии активирования пивных дрожжей путем использования препаратов пантов и комплексной дрожжевой подкормки.

Результаты научных исследований используются в учебном процессе при обучении студентов по специальности «Технология бродильных производств и виноделие» и направлению подготовки бакалавров «Продукты питания из растительного сырья (профиль «Технология бродильных производств и консервирования»)». 

Методология и методы исследования. Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне с использованием современных и общепринятых методов исследований. В работе использованы статистические методы обработки экспериментальных данных.





























Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне

Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне

Экспериментальная часть выполнена 















уровне





Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне

Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне

Экспериментальная часть выполнена 















уровне





ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ



	1.1 Общая характеристика метаболизма дрожжей

	

	

	Дрожжи представляют собой одноклеточные почкующиеся микроскопические организмы округлой, овальной или эллиптической формы. Геометрические и физические параметры дрожжей приведены в таблице 1.1.

	

	Таблица 1.1 – Геометрические и физические параметры дрожжевой клетки

	Наименование

	Величина

	Ширина клетки, мкм

	5-8

	Длина клетки, мкм

	8-11

	Диаметр клетки, мкм

	6-10

	Площадь поверхности клетки, м2

	(172-200)·10-12

	Объем клетки, м3

	(150-400)·10-18

	Масса сухой клетки, кг

	Около 2,5·10-14

	Масса клетки, кг

	(0,24-1,92)·10-13

	Плотность, кг/м3

	1050-1189

	Количество клеток в 1 г СВ

	Около 4·10-10

	

	Размеры дрожжевых клеток зависят от расы, физиологического состояния и состава питательной среды. При постоянном составе среды величина клеток и их форма становятся типичным признаком отдельных рас.

	Прессованные дрожжи на 65-75% состоят из воды, из них 60% приходится на внутриклеточную влагу. В сухом веществе дрожжей находятся азотистые соединения (40-60%), углеводы (25-35%), жиры(4-7%), минеральные вещества (6-9%), ферменты, витамины и пр. Основная часть углеводов представлена гликогеном. Гликоген является запасным веществом, который накапливается в клетке при благоприятных условиях питания, его содержание в молодых жизнеспособных клетках колеблется от 24-40%, в старых клетках его содержание значительно меньше.

	Азотистые вещества клеток дрожжей на 64% представлены белками, на 10% аминокислотами и полипептидами, на 26% фосфосодержащими белками. Церевизин и зимоказеин являются основными белками дрожжевой клетки. Из низкомолекулярных азотистых веществ в клетке содержатся аминокислоты – лейцин, тирозин, гуанин, ксантин, а также амины – холин, гистамин и никотиновая кислота.

	На сбраживающую способность дрожжей оказывает влияние волютин (метахроматин). Это соединение нуклеиновой кислоты с основанием, содержит также фосфор и азот, накапливается в дрожжах при брожении, его содержание зависит от количества фосфора в сусле.

	В дрожжах содержатся также гумми-вещества, при гидролизе дающие маннозу и глюкозу. Их содержание зависит от физиологического состояния дрожжей.

	В окислительно-восстановительных процессах дрожжевой клетки важную роль играет глютатион, его содержание колеблется от 0,86 до 0,89% [134,140].

	Минеральный состав дрожжевой клетки представлен в таблице 1.2.

	

	Таблица 1.2 – Минеральные вещества

	Наименование

	Величина на 100 г сухого вещества, мг

	Калий 

	2400

	Фосфаты 

	2000

	Кальций  

	20

	Магний 

	2

	Минеральные вещества, %:

	6-9

	

	Кроме перечисленных в таблице минеральных веществ около 7 мг приходится на другие микроэлементы (цинк, следы железа, марганца и меди).

	Из липидов в дрожжах присутствуют лецитины и стерины, важное значение из которых имеет эргостерин. На основе эргостерина образуется необходимый дрожжам витамин D (кальциферол).

	Витаминный состав дрожжей представлен в таблице 1.3.

	

	Таблица 1.3 – Витаминный состав дрожжей

	Наименование

	Величина на 100 г сухого вещества, мг

	Тиамин 

	8-15

	Рибофлавин 

	2-8

	Никотиновая кислота

	30-100

	Фолиевая кислота

	2-10

	Пантотеновая кислота

	2-20

	Пиридоксин 

	3-10

	Биотин 

	0,1-1

	

	Способность дрожжей превращать сахар в этиловый спирт и диоксид углерода обуславливает их важное технологическое значение. Именно поэтому их называют сахаромицеты или сахарные грибы – Saccharomyces. Различают пивные, хлебопекарные дрожжи, а также кормовые, принадлежащие к другим родам. Различные дрожжи относили к разным видам, так как они отличались некоторыми свойствами, однако, по зарубежной классификации все дрожжи в настоящее время отнесены к одному виду Saccharomyces cerevisiae, хотя частично принято причисление пивных дрожжей с низовым брожением к виду Saccharomyces carlsbergensis [15,72].

	Пивные дрожжи подразделяются на две группы – дрожжи низового и верхового брожения. Дрожжи низового брожения представляют собой в большинстве случаев отдельные клетки или их пары, тогда как дрожжи верхового брожения образуют клеточные сообщества. Это обусловлено тем, что материнские и дочерние клетки дрожжей низового брожения после деления сразу отделяются друг от друга, в то время как у дрожжей верхового брожения материнская и дочерняя клетки долго связаны между собой, вследствие чего образуются разветвленные сообщества клеток.

	К одному из физических различий дрожжей низового и верхового брожения относят их способность к сбраживанию рафинозы, представляющие собой трисахарид – углевод, состоящий из трех остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. Набор ферментов низовых дрожжей (хотя он беднее, чем у верховых) обеспечивает полную переработку рафинозы, а верховые дрожжи сбраживают ее только на треть.

	Помимо этого дрожжи низового и верхового брожения различаются особенностями обмена веществ и способностью к спорообразованию. Если у дрожжей низового брожения обмен веществ основан преимущественно на брожении, то у дрожжей верхового брожения – в значительной степени на дыхании. Этим обусловлен большой выход биомассы у дрожжей верхового брожения. Дрожжи низового брожения реже образуют споры, а спорообразование у них продолжительнее [10].

	Дрожжи могут размножаться вегетативно путем почкования, деления или спорообразования. Размножение делением происходит за счет образования в клетке поперечной перегородки – септы. Данное размножение характерно для дрожжей рода Saccharomyces.  При размножении дрожжей почкованием на материнской клетке образуется почка, которая вырастает до ее  размеров, а затем отделяется от нее. Если при почковании клетки не разъединяются, при этом на поверхности образуются новые почки, то в результате формируются образования, которые называют ложными тифами. Из данных структур складывается псевдомицелий. Половое размножение дрожжей происходит спорообразованием. В начале происходит слияние клеток, затем оболочка утолщается образуются перегородка, по которым клеткам в дальнейшем разделяется. В норамльных условиях споры прорастают и принимают форму дрожжей. Пивное сусло имеет все необходимые вещества для размножения дрожжевой клетки, поэтому они размножаются только почкованием [10, 72, 94, 95, 171].

В качестве источника питания и энергия дрожжи используют углеводы. Штаммы дрожжей, классифицированные как S. cereviseae, растут в средах, содержащих глюкозу, сахарозу, мальтозу, трегалозу. Не расщепляют целлобиозу и лактозу. Пивные дрожжи, относящиеся к виду S. carlsbergensis, полностью утилизируют раффинозу [48, 94, 158].

Кроме того дрожжи нуждаются в факторах роста: витамины  (пантотеновая кислота, биотин, тиамин, пиридоксин, ниацин, фолиевая кислота, n-парааминобензойная кислота), азотсодержащие и минеральные вещества (фосфор, сера, калий, магний, кальций, цинк, железо), жирные кислоты. Потребность в тех или иных веществах различна у разных штаммов и др. [48, 76, 94, 97, 134, 158, 171].

Расщепление дрожжами углеводов – один из основных процессов обмена веществ, поскольку является источником энергии для физиологических, биологических, биохимических процессов. Дрожжи потребляют углеводы как в аэробных (дыхание) так и в анаэробных (брожжение) условиях. Метаболизм углеводов дрожжей представлен на рисунке 1.1 [10, 15, 72].



Рисунок 1.1 – Метаболизм углеводов



Спиртовое брожение протекает согласно схеме Эмбдена-Мейергофа:

Глюкоза взаимодействует с аденозинтрифосфатом (АТФ), в результате образуется D-глюкозо-6-фосфат и аденозиндифосфат (АДФ). Реакцию катализирует гексокиназа. Аналогично фосфолируется также D-фруктоза и D-манноза с образованием соответствующих фосфатов. [18, 19].

D-глюкозо-6-фосфат изомеризуется до D-фруктозо-6-фосфата (эфира Нейберга) под воздействием глюкозофосфатизомеразы.

Эфир Нейберга под воздействием фосфофруктокиназы фосфорилируется с участием АТФ, и образуется D-фруктозо-1,6-дифосфат (эфир Гардена-Юнга). На этом стадии фосфолирирования заканчиваются.

Эфир Гардена-юнга расщепляется на две молекулы триозофосфатов, а именно 3-фосфоглицеральдегид (сложный эфир Фишер-Бауэра) и фосфодиоксиацетон. Реакцию катализирует альдолаза.первый подтвергается дальнейшим превращениям. По мере его использования он снова образуется из диоксиацетона под действием изомеразы триозофосфатов.

3-Фосфоглицеральдегид окисляется коферментом НАД+ при одновременном фосфорилировании до 1,3-дифофоглицериновой кислоты. Эту реакцию катализирует триозофосфатдегидрогеназа. От полученной кислоты отщепляется фосфорная кислота ферментом 3-фосфо-D-глицрат-1-фосфатрансферазой.

3-Фосфоглицериновая кислота под действием фосфоглицеромутазы изомеризуется с образованием 2-фосфоглицериновой кислоты.

При дегидратации ферментом енолазой 2-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоенолпировиноградную кислоту.

Из последней под действием пируваткиназы образуется пировиноградная кислота.

Данная кислота расщепляется на ацетальдегид, этиловый спирт и диоксид углерода ферментами пируватдекарбоксилазой и алкогольдегидрогеназой [15].

Кофермент Ф занимает центральное место в обмене веществ дрожжевой клетки. Он образовывает с карбоновыми кислотами эфиры (макроэргические соединения), активируя при этом мало реакционные кислоты. Наибольшее значение имеет ацетил-СоА, на его стадии перекрещиваются пути обмена жиров, углеводов и некоторых аминокислот.

	Связанный с коферментом А остаток уксусной кислоты в конце концов превращается в цикле трикарбоновых кислот в конечные продукты окисления СО2 и Н2О с оптимальным энергическим выходом. Таким образом ацетил-СоА является ключевым промежуточным соединением в превращении всех основных питательных веществ среды дрожжей.

	Живая дрожжевая клетка для своего жизнеобеспечения должна добывать энергию из окружающей среды и превращать ее вформу, приемлемую для ферментов клетки, которые синтезируют белки, углеводы, липиды и другие вещества. Эти синтетические процессы зависят главным образом от энергии, содержащейся в аденозинтрифосфате (АТФ). Образование АТФ сопряжено с окислением питательных веществ среды по механизму окислительного фосфорилирования, в этом процессе используются любые метаболиты, у которых с помощью ферментов могут отделяться атомы водорода. Биохимические акцепторы электронов в цепи расположены в порядке возрастания их восстановительных потенциалов и, следовательно, убывания окислительных потенциалов. Электроны, отщепленные от атомов водорода, переносятся от донора к акцептору, а высвобождающаяся при этом энергия окисления идет на образование АТФ. Это происходит в митохондриях. Из АТФ энергия выделяется путем расщепления макроэргических связей [72].

	

1.2 Особенности метаболизма пивных дрожжей





		В производстве пива используют дрожжи следующих видов: Saccharomyces cerevisiae, которые являются дрожжами верхового брожения, и дрожжи низового брожения – Saccharomyces carlsbergensis [48, 66, 76, 94, 97]. Применяют в зависимости от техники брожения и от сорта пива. Разные виды дрожжей придают пиву различный вкус [84-86, 96].

			Как уже говорилось верховые дрожжи сбраживают раффинозу не полностью, а лишь на одну треть, образуя на поверхности неосаждающуюся суспензию, имеющую вид плотной пены. Поэтому дрожжи этой группы получили название верховых, а пиво, для производства которого их применяют, называют пивом верхового брожения. Процесс брожения протекает при температуре 10-25 оС, а если температура достигнет 10 °С и ниже, то он прекращается, после чего дрожжи оседают на дно.

			Низовые дрожжи, в отличие от верховых, сбраживают раффинозу полностью. После сбраживания дрожжи собираются в виде хлопьев и оседают на дно бродильного аппарата. Поэтому их называют низовыми дрожжами, а получаемое пиво – пивом низового брожения. Сбраживание низовыми дрожжами протекает при температуре 6-8 °С и прекращается при 0 °С [48, 158].

		Пивоваренные дрожжи верхового брожения используют для тёмных сортов пива и используют реже. Для производства сладких темных сортов пива применяют расу 191 К ( пиво «Бархатное»). Эти дрожжи хорошо сбраживают моносахариды, мальтозу, глюкозу, фруктозу, но не сбраживают сахарозу, лактозу и раффинозу.

		По степени сбраживания дрожжи делятся на высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100 %), среднесбраживающие (80-90 %), низкосбраживающие (менее 80 %).

		В настоящее время в России применяют следующие штаммы дрожжей: отечественные (776, 11, 44, 41, S-Львовская, 8а (М), Ф-2, 70, 129, 140, 145, 146, 148, Н, 919, М-И-Х1, М-И-ХП) и зарубежные (Р, F - чешские;  34, 308, 69, Rh - немецкие). Некоторые заводы применяют датские и финские штаммы дрожжей. Штаммы хранятся в коллекциях Всесоюзного научно-исследовательского института пивобезалкогольной и винодельческой промышленности (ВНИИПБ и ВП), МГУПП (Москва), в Санкт-Петербургской лаборатории микробиологии и технологии дрожжей, в Воронежской государственной технологической академии.

		К сильносбраживающим относятся штаммы дрожжей 11, 8а (М), 129, 70, 145, Н, 148, F-чешская, 34, 308, Rh. Штаммы 776, 41, 44, S-Львовская, Р-чешская относятся к среднесбраживающим.

		К наиболее востребованным отечественным расам относится раса 11. Это быстро- и глубокосбраживающая раса, не требовательна к качеству сырья, с хорошей способностью к флокуляции и редукции диацетила. При использовании данной расы получается пиво с полным чистым вкусом.

		Дрожжи расы 776 относятся к среднесбраживающим и хорошо зареко-мендовали себя при переработке несоложеного сырья. Обладают средней флокуляционной способностью. Данный штамм отличается высоким приростом биомассы дрожжей. Пиво имеет удовлетворительный вкус, резкую хмелевую горечь.

		Дрожжи F-чешской расы быстро и глубоко сбраживают сусло, хорошо флокулируют и осветляют пиво, придают ему специфический приятный аро-мат, устойчивы к инфекции и автолизу.

		Штаммы 8а (М) и Ф-2 позволяют значительно (на 2 суток) сократить продолжительность главного брожения. Могут применяться на тех заводах, где бродильное отделение является «узким» местом. Позволяют получать хорошо осветленное пиво с чистым вкусом. Дрожжи штамма Ф-2 способны сбраживать мальтотетраозу и низкомолекулярные декстрины.

		Немецкие штаммы 34 и 308 быстро и глубоко сбраживают сусло, устойчивы к инфекции и высоким концентрациям спирта. Обеспечивают хорошее осветление пива после дображивания и придают ему чистый, мягкий вкус. Пиво характеризуется высокой, компактной, долго удерживающейся пеной. Однако данные расы прихотливы к качеству сырья. При использовании солода удовлетворительного качества могут наблюдаться остановка брожения или плохое оседание дрожжей.

		Для сбраживания плотного сусла необходимы штаммы, устойчивые к осмотическому и этанольному стрессам. К таким дрожжам относятся штаммы 145 и Rh.

		Расы дрожжей по отношению к количеству растворенного в сусле кислорода делятся на кислородозависимые и кислородонезависимые. Например, дрожжи расы 11 кислородонезависимые, а штамм 8а (М) требует дополнительной аэрации.

		Для улучшения аромата и вкуса пива, применяют смешанные расы дрожжей или ведут брожение разными расами с последующим смешиванием молодого пива в аппаратах дображивания [44, 47, 77, 84, 85, 158].

Характеристика различных рас сухих дрожжей представлена в таблице 1.4.



Таблица 1.4 – Сухие активные дрожжи для получения пива низового

          и верхового брожения





Углеводы являются источником питания и источником энергии для дрожжевой клетки [3, 4, 16, 37, 48, 74, 77, 78, 82, 158]. Под питанием понимается усвоение углеводов, их расщепление и последующий синтез глюкана и гликогена.

На питание расходуется приблизительно 2 % сахаров сусла. Основная часть углеводов подвергается спиртовому брожению, благодаря чему в клетке накапливается необходимая для жизнедеятельности энергия. Результатом брожения углеводов являются этиловый спирт и углекислый газ, отрицательно действующие на дрожжи, но не смотря на это данные компоненты являются основными важными веществами, которые превращают сусло в пиво. В первую очередь из сахаров сбраживается глюкоза и фруктоза. Сахароза предварительно подтвергается гидролизу ?-фруктофуранозидазой, образуя  по молекуле глюкозы и фруктозы, далее дрожжи начинают потреблять мальтозу, а затем – мальтотриозу. Для нормального протекания брожения сусло должно содержать необходимое количество легкосбраживаемых углеводов.

Для нормального протекания процесса брожения и роста дрожжевых клеток необходимы источники азота: аммиак, соли аммония, мочевина, аминокислоты, амиды, пептиды, пуриновые и пиримидиновые основания. Наиболее быстро дрожжи растут в среде, содержащей соли аммония и аминокислоты, чем только аминокислоты или только аммоний. Аминокислоты нужны клетке также для синтеза других аминокислот и белков [1, 48, 66, 75].

Аминокислоты усваиваются в определенной последовательности в зависимости от наличия специфических пермеаз. По скорости усвоения они делятся на 4 группы: глутаминовая и аспарагиновая кислоты, аспарагин, глутамин, серин, треонин, лизин, аргинин, валин, метионин, лейцин, изолейцин, гистидин.[94, 128, 152, 158].

Липиды участвуют в регуляции окислительно-восстановительных процессов при дыхании. Стерины входят в состав органел клетки, выполняющие структурную, ростовую и защитную функцию. Важным стерином для большинства дрожжей является эргостерин (90 % от суммы стеринов). В незначительных количествах встречаются зимостерин, фекостерин, эпистерин, ланостерин и др. [158].

Строительной единицей для синтеза стеринов в аэробных условиях является ацетил-СоА, который через несколько реакций образует сквален. Сквален постоянно находится в клетках дрожжей, культивируемых в анэробных условиях. При аэрировании среды, в особенности присутствия глюкозы, его количество уменьшается, превращаясь в стерины с помощью комплекса дыхательных ферментов. Стерины составляют от 2 до 25% состава клеточных мембран. В состав мембран входят стерины, находящиеся только в свободном состоянии, этерифицированные же стерины локализуются в липосомах цитоплазмы.

Дрожжи способны к определенному росту  в анаэробных условиях только в присутствии эргостерина и олеиновой кислоты. Необходимая концентрация эргостерина для роста составляет 0,5-1,0 мг/см3. Увеличивается стеринов в присутствии ионов Ca 2+, Mg2+, уменьшают синтез гормона ионы калия [158].

Способность стеринов к образованию комплекса со спиртами, полиеновыми антибиотиками и другими токсинами определяют их защитную функцию клетки. Взаимодействуя с этими веществами, они лишают их негативного влияния.

Важное значение для жизнедеятельности пивных дрожжей имеет кислород. Известно, что кислород оказывает стимулирующее действие на размножение дрожжей, однако же его избыток негативно сказывается на качестве пива. Виной всему – окислительные процессы, происходящие с участием полифенольных веществ, жирных кислот и других соединений. Под действием этих процессов ухудшается вкус пива, снижается его стабильность при хранении. Потребность в кислороде зависит от рас дрожжей, оптимальным для большинства является доза 6-8 мг/дм3.

Не смотря на то, что брожение – это анаэробный процесс, кислород все равно необходим. Он используется при синтезе липидов клеток, прежде всего стеринов и ненасыщенных жирных кислот (факторов анаэробного роста). Как известно, пивное сусло содержит недостаточное количество указанных соединений, поэтому сусло перед брожением аэрируют.

Существуют и другие способы увеличения содержания в сусле факторов анаэробного роста. Например, на стадии затирания добавляют липазу, в результате чего увеличивается гидролиз других биополимеров сусла [36]. Но при этом возможно образование других соединений, являющихся пеногасителями.

Для того, чтобы дрожжи меньше потребляли кислород рекомендуют аэрировать дрожжи в молодом пиве. Аэрируют в течение 20-30 минут, тобы дрожжи за это время не перешли на аэробный тип дыхания. Бродильная активность дрожжей при таком способе увеличивается на 20-25 %, также при этом наблюдается активность ферментов гликолиза, в результате чего ускоряется процесс брожения [86].

Дрожжи при сбраживании пивного сусла проходят несколько стадий своего развития. Процесс изображен на рисунке 1.2 [94].



 

Рисунок 1.2 – Стадии размножения дрожжей

I – латентная фаза; II – логарифмическая фаза;

III – стационарная фаза; IV – фаза затухания; V– фаза отмирания



Первая фаза называется лаг-фазой, характеризуется приспособлением дрожжей к новой среде. Клетки подготавливаются к размножению, накапливают энергию, увеличиваются в размерах. Продолжительность данной фазы составляет 1-1,5 суток. Вторая фаза называется экспоненциальной, дрожжи размножаются с максимальной скоростью. Третья фаза – стационарная, характеризуется зрелостью культуры. В среде устанавливается динамическое равновесие (количество клеток не изменяется). Четвёртая фаза – фаза тухания, при которой снижается активность клеток, в связи с уменьшением питательных веществ и увеличением продуктов метаболизма [78,83, 87].

Во время процесса брожения пивного сусла количество дрожжевых клеток увеличивается в 2-4 раза, это происходит благодаря наличию в пивном сусле необходимых питательных веществ. Как уже отмечалось способствуют росту дрожжей сахара, аминный азот, кислород сусла. Отрицательное воздействие на размножение оказывают продукты метаболизма: этиловый спирт и диоксид углерода [48, 76, 77, 83, 95, 97, 120]. Увеличивается скорость размножения при повышении температуры. Также на развитие дрожжей оказывает влияние кислотность сусла. Низовые дрожжи хорошо размножаются при рН 4,8-5,3 [49, 86, 77]. Отрицательно на размножении сказывается концентрации сбраживаемых сахаров [89, 134, 136,157, 176, 178, 179].

При разведении дрожжей чистой культуры увеличивается их масса. Процесс разведения состоит из лабораторной и цеховой стадии [48, 66, 76, 97, 101, 102].

Лабораторная стадия – чистую культуру дрожжей из пробирки вносят в колбу, содержащую 20 см3 стерильного охмеленного сусла с массовой долей сухих веществ 11-13 %. Первая стадия размножения дрожжей протекает при температуре 20-23 ?С и продолжается 24-36 часов. Затем проводят при последовательных пересевах дрожжевой разводки стадии высоких завитков на свежее стерильное сусло, увеличивая каждый раз объем среды в пять раз: 20 см3 ? 100 см3 ? 500 см3 ? 2500 см3. Процесс брожения на каждой стадии проводят в холодильнике при температуре 8-10 ?С в течение 36-48 часов. Последняя лабораторная стадия заканчивается сбраживанием в металлической колбе Карлсберга вместимостью 6-10 дм3 сусла при температуре 7-8 °С в течение 5-6 суток.

Производственная стадия осуществляется в специальном отделении завода, которое называют отде.......................