Технологическая схема приготовления кваса из ККС

Производство хлебного кваса брожения и окрошечного кваса состоит из следующих стадий:

- подготовка сырья и полуфабрикатов;

- приготовление квасного сусла;

- брожение сусла;

- охлаждение и купажирование кваса;

- розлив кваса в емкости.

Приготовление кваса и напитков купажированием можно разделить на следующие стадии:

- подготовка воды;

- приготовление сахарного сиропа и колера;

- подготовка концентрата квасного сусла и других видов сырья;

- приготовление купажного сиропа;

- смешивание и карбонизация;

- упаковывание в потребительскую и торговую тару.

Линияначинается с комплекса оборудования для подготовки сырья и полуфабрикатов (насосы, мерники, сборники, теплообменники, фильтры и др.).

Следующим идет комплекс оборудования для приготовления квасного сусла, состоящий из настойных аппаратов, запарников, заторных аппаратов, теплообменников и фильтрационных аппаратов.

Ведущим комплексом оборудования линии являются бродильно-купажные цилиндроконические и бродильные аппараты для брожения квасного сусла.

Завершающим является комплекс оборудования линии для фасования кваса в автотермоцистерны и бочки или бутылки.

В соответствии с рисунком 1, концентрат квасного сусла, доставляемый на завод в автоцистернах 1, перекачивается насосом 2 через мерник 4 в сборник 3. При поступлении концентрата квасного сусла в бочках 5 их устанавливают на поддон 6, ополаскивают горячей водой и концентрат насосом 7 перекачивают через мерник 4 в сборник 3 для хранения. Сахар (жидкий рафинированный), доставляемый в автоцистернах 11, насосом 2 через теплообменник 12 и мерник 14 подают в сборники 13 с бактерицидными лам­пами 15. При поступлении на завод затаренного в мешки 16 сахара-песка последние снимают с автомашины на поддон, 18 автопогрузчиком 19 и перевозят для хранения на склад. По мере надобности сахар взвешивают на весах 20, норией 21 загружают в бункер 22 и подают в сироповарочный котел 23, куда предварительно налита вода. Готовый сахарный сироп насосом перекачивают через фильтр 24 и теплообменник 25 в сборник 17.

Воду, используемую на технологические нужды, направляют в промежуточный сборник 36. Оттуда она поступает в песочный фильтр 37 и из него через сборник 35 насосом направляется на керамические свечные фильтры 39 для тонкого фильтрова­ния. Отфильтрованная вода поступает в сборник 40.

Рисунок 1 – линия производства хлебного кваса из концентрата квасного сусла

1,11,28 – автоцистерны; 2,7,9 – насосы; 3,8,13,17,26,29,35,40 – сборники; 4,14 – мерники; 5 – бочки; 6,18 – поддон; 10,12,25 – теплообменники; 15 – бактерицидные лампы; 16 – мешки; 19 – автопогрузчик; 20 – весы; 21 – нория; 22 – бункер; 23 – сироповарочный котел; 24 – фильтр; 27 – бродильно-купажный аппарат; 30 – аппарат; 31,32 – аппараты для приготовления чистой культуры дрожжей; 33 – аппарат для приготовления смешанной закваски; 34,38 – аппараты для приготовления чистой культуры молочнокислых бактерий; 36 – промежуточный сборник; 37 – песочный фильтр; 39 – керамические свечные фильтры.

 

Для приготовления квасного сусла концентрат квасного сусла насосом 2 перека­чивают через мерник 4 в сборник 8, где его разбавляют горячей водой. Из сборника 8 разбавленный концентрат квасного сусла насосом 9 через теплообменник 10 поступа­ет в бродильно-купажный аппарат 27. Сюда же из сборника 17 подают расчетное коли­чество сахарного сиропа, из сборника 40 – воду, а из аппарата 33 – смешанную дрожжевую и молочно-кислую закваску.

Чистую культуру дрожжей готовят в аппаратах 31 и 32, а чистую культуру молочнокислых бактерий – в аппаратах 34 и 38. Затем чистые культуры дрожжей и бактерий перекачивают в аппарат 33.

Сброженное в аппарате 27 квасное сусло охлаждают, выводят осевшие дрожжи в сборник 26, а в бродильно-купажный аппарат вводят еще раз расчетное количество сахарного сиропа и колера, который готовят в аппарате 30 и выдерживают в сборни­ке 29. Купаж кваса тщательно перемешивают и направляют на розлив в автоцистер­ны 28. При фасовании в бочки или бутылки в схеме предусмотрено использование изобарических фасовочных машин [1].

Показатели качества квасов брожения

В настоящее время в России показатели качества кваса нормируют­ся техническими условиями. Физико-химические и органолептические показатели наиболее распространенных сортов кваса «Хлебный» и «Квас для окрошки» нормируются ОСТ 18-118-82.

Физико-химические показатели квасов хлебного и для окрошки приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-химические показатели кваса хлебного и для окрошки

Квас	Массовая доля сухих веществ, %	Массовая доля спирта,%	Кислотность, см3 раствора щелочи концентрацией 1(М/дм3)/100 см3 кваса
Хлебный: на заводе в торговой сети	5,8…5,4 5,2…4,2	0,4…0,6 не более 1,2	не менее 2,0 2,0…4,5
Квас для окрошки: на заводе в торговой сети	3,2…3,0 2,8…1,6	0,4…0,5 не более 1,2	не менее 2,0 2,0…5,0

 

По органолептическим показателям квас хлебный должен иметь ко­ричневый цвет, кисло-сладкий вкус, аромат ржаного хлеба. В окрошечном квасе цвет более светлый. Массовая доля диоксида углерода не нор­мируется и учитывается при дегустации как «резкость». При дегустации кваса оценивается внешний вид, цвет – 7 баллов, вкус, аромат – 12 бал­лов. Квас отличного качества должен иметь суммарное количество бал­лов 16...19, хорошего – 14...16, удовлетворительного – 10...13 [1].

Болезни кваса

Квасы промышленного производства, как правило, содержат зна­чительное количество сахарозы, поэтому являются благоприятной средой для развития многочисленных микроорганизмов.

Известен ряд болезней кваса, как правило, приводящих к его необ­ратимой порче, поэтому в производстве кваса большую роль играют профилактические мероприятия, позволяющие не допустить развитие посторонней микрофлоры.

Ослизнение кваса. Его вызывают слизеобразующие бакте­рии Leuconostoc mesenteroides и Bacillus mesentericus. В результате их развития квас приобретает плотную консистенцию, высокую вязкость. Резко снижается сладость во вкусе. Такой квас непригоден к употреб­лению. Главным источником попадания слизеобразующих бактерий в производство кваса является сахар-песок. Его необходимо тщательно контролировать на отсутствие слизеобразующих бактерий, а при при­готовлении сахарного сиропа горячим способом кипятить сироп не менее 30 мин. Слизеобразующие бактерии не выдерживают высокой кислотности среды, поэтому при обнаружении признаков ослизнения необходимо повысить кислотность сброженного сусла и кваса до верх­него предела, допускаемого технологией кваса. Все трубопроводы и технологическое оборудование, в котором находился ослизненный квас, необходимо продезинфицировать. Иногда приходится прибегать к замене трубопроводов, так как не удается обеспечить полного подав­ления в них слизеобразующих бактерий.

Уксуснокислое скисание кваса. Его вызывают уксус­нокислые бактерии. В результате их развития подавляются квасные дрожжи и молочнокислые бактерии, резко нарастает кислотность ква­са, но она резкая и неприятная из-за специфического вкуса уксусной кислоты. Снижается массовая доля этилового спирта в квасе, так как уксуснокислые бактерии превращают этиловый спирт в уксусную кис­лоту. Уменьшается стойкость кваса при хранении. На поверхности «больного» кваса может появиться тонкая пленка.

Источником попадания в квас уксуснокислых бактерий являются плохо вымытые аппараты, шланги, трубопроводы, воздух производ­ственного помещения, поэтому для предотвращения уксуснокислого скисания необходимо поддерживать хорошее санитарное состояние производства.

Уксуснокислое скисание может наблюдаться в смешанной заквас­ке. В этом случае закваска не может быть использована в производстве кваса и должна быть заменена новой закваской, приготовленной, на­чиная с лабораторных стадий разведения чистых культур дрожжей и МКБ.

Характерным признаком развития уксуснокислых бактерий являет­ся появление в производственных помещениях плодовой мушки. Мушка может переносить уксуснокислые бактерии в открытые аппа­раты с суслом или квасом. Закрытые аппараты защищают квас от кон­такта с мушками.

Уксуснокислые бактерии являются аэробами, для их нормальной жизнедеятельности требуется кислород, поэтому предпочтительно в производстве кваса пользоваться аппаратами закрытого, а не открыто­го типа.

Уксуснокислые бактерии не образуют спор или защитных коллои­дов, поэтому они очень нестойки к дезинфектантам, что облегчает борьбу с инфекцией.

Порча кваса, вызываемая гнилостными термо­бактериями. Оптимальной температурой для развития гнилостных термобактерий является 30...37 °С, но они хорошо растут и при бо­лее низких температурах, а погибают лишь при температуре 90°С. Источником попадания термобактерий в производство кваса являются зерно злаков, мука.

Квасное сусло и квас, пораженные термобактериями, приобретают гнилостный запах, сусло прокисает до засева смешанной закваской за счет образования кислот, нетипичных для кваса. Такой квас неприго­ден к употреблению.

Мерами по предотвращению порчи кваса гнилостными термобак­териями являются дезинфекция оборудования, трубопроводов, поме­щений, пастеризация раствора ККС, идущего на приготовление сусла, засев сусла дрожжами или смешанной закваской сразу после приготов­ления сусла (дрожжи, сбраживающие сусло, ослабляют жизнеспособ­ность гнилостных термобактерий).

Порча кваса, вызываемая попаданием диких дрожжей. Источником диких дрожжей являются воздух, зерно, со­лод, плоды, ягоды, хлебопекарные дрожжи низкого качества.

Дикие дрожжи являются аэробами, могут образовать пленку на по­верхности кваса, не образуют спор. В анаэробных условиях гибнут. Ди­кие дрожжи не вызывают спиртового брожения, усваивают этиловый спирт и органические кислоты, разлагая их до воды и СО₂ и тем самым ухудшая вкус кваса и делая его непригодным для реализации.

Меры по предотвращению попадания диких дрожжей в производ­ство кваса – это поддержание хорошего санитарного состояния про­изводства, тщательный контроль за отсутствием диких дрожжей в прессованных дрожжах и смешанной закваске, применение закрытого технологического оборудования, обеспечивающего анаэробные усло­вия при брожении. В смешанной закваске и прессованных дрожжах при микроскопировании не должно обнаруживаться более 0,5 % диких дрожжей.

Поражение плесневыми грибами. Источниками попа­дания плесневых грибов в производство кваса являются: зерно, солод, квасные хлебцы, концентрат квасного сусла, воздух производственных помещений, плохо вымытое оборудование, шланги, бочки с остатками сусла и кваса.

Плесневые грибы в результате своего развития придают суслу и ква­су плесневелые запах и привкус, делая квас непригодным к реализа­ции. Некоторые плесневые грибы выделяют токсины.

Чаще всего встречаются в производстве кваса плесневые грибы ро­дов Aspergillus, Penicillium, Rhizopus.

Плесневые грибы для своего развития нуждаются в кислороде, вы­сокой влажности, наличии питательных веществ, в первую очередь, уг­леводов и аминокислот. Не выдерживают анаэробных условий. Вегета­тивные формы плесневых грибов не выдерживают термообработки, а споровые формы устойчивы к ней.

Для предупреждения развития плесневых грибов в производстве кваса надо регулярно дезинфицировать, очищать, белить и красить производственные помещения, пользуясь краской и побелкой, в кото­рую добавлены фунгициды. Необходима регулярная чистка, мойка и дезинфекция оборудования и трудопроводов. Помещения должны хорошо вентилироваться чистым, желательно обеспложенным, возду­хом. Не допускается присутствие зерновой пыли, плесневелых квас­ных хлебцев, плесневелого концентрата квасного сусла. Рекомендуется пастеризовать раствор ККС, идущий на приготовление сусла. Готовить сусло, проводить брожение и купажирование следует в закрытом оборудовании [1].

 

3 Микроорганизмы, используемые в производстве кваса

 

3.1 Характеристика квасных дрожжей и молочнокислых бактерий

 

До 20-х годов прошлого столетия сбраживание кваса проводили за­квасками, которые представляли собой смесь различных видов дрож­жей, кислотообразующих бактерий, приспособленных к жизнеде­ятельности в квасном сусле. Эти закваски имели непостоянный и неопределенный состав, что не позволяло получать квас, стандартизированный по качеству, сложно было обеспечить большое количество такой закваски для крупного производства.

Использование чистых культур микроорганизмов для производства пива, кваса, вин и других напитков имеет существенные преимущест­ва: можно обеспечить постоянный состав и свойства культуры, ее мик­робиологическую чистоту, получать необходимые количества микроб­ной культуры путем ее размножения в оптимальных условиях.

В пивоваренное производство чистые культуры дрожжей были внедрены в 80-х годах XIX века Эмилем Христианом Ханзеном на дат­ском пивзаводе Карлсберг. Внедрению чистых культур на других пив­заводах, до того использовавших спонтанные закваски в производстве пива, поспособствовало массовое инфицирование пива посторонней микрофлорой, в то время как на заводе Карлсберг получилось пиво нормального качества.

В отличие от производства вина и пива, в производстве кваса необ­ходимы не только чистые культуры дрожжей, но и чистые культуры молочнокислых бактерий. Они были выделены в конце 20-х годов про­шлого столетия Л. И. Чеканом из лучших образцов российского кваса кустарного производства. Раса дрожжей, названная М-квасная, была отнесена к виду Saccharomyces minor (по современной классификации следует отнести их к виду Saccharomyces cerevisiae), расы 11 и 13 молоч­нокислых бактерий были отнесены к виду Betabacterium (по современ­ной классификации – Lactobacillus fermentum).

Дрожжи М-квасная имеют оптимальные условия для размноже­ния: температура 26...30°С, рН 4,5...5,5. Средний размер клеток 6,3...7,5x5...7мкм. Хорошо сбраживают глюкозу, сахарозу, слабее – мальтозу и раффинозу. В настоящее время для сбраживания кваса предложены также другие расы дрожжей (С-2, 131-К), но у них нет су­щественного превосходства над расой М-квасная. Раса С-2 была се­лекционирована для производства кваса, в то время как раса 131-К – гибрид, предназначенный для производства пива Бархатное.

Молочнокислые бактерии (МКБ) рас 11 и 13 являются гетероферментативными, то есть при брожении, кроме молочной кислоты, обра­зуют уксусную кислоту, этанол, летучие ароматические соединения. Средние размеры клеток 1,2...2x0,5...0,6 мкм. Имеют оптимальную температуру размножения 30 °С, сбраживают также глюкозу, сахарозу, мальтозу.

При совместном культивировании оба вида микроорганизмов нахо­дятся в симбиозе: молочнокислые бактерии создают кислотность среды, оптимальную для дрожжей, а дрожжи выделяют в среду аминокислоты, витамины, необходимые бактериям. В тоже время, при нерегулируемом размножении дрожжи и молочнокислые бактерии конкурируют за пита­тельные вещества. По мере снижения концентрации сухих веществ и увеличения кислотности лучшие условия создаются для молочнокислых бактерий, слишком высокая кислотность угнетает и дрожжи и МКБ, при этом возможно развитие посторонних микроорганизмов.

Следует отметить, что квасное сусло не полноценная среда для раз­множения дрожжей и МКБ: для дрожжей мало азота, а для МКБ много углеводов.

Предлагая использовать расу М-квасная, Л. И. Чекан считал, что в сусле должно содержаться как можно меньше сбраживаемых угле­водов и усвояемого азота для снижения бродильной активности дрожжей. Однако в этом случае замедляется брожение и создаются благоприятные условия для развития в бродящем квасном сусле посторонней микрофлоры, особенно при использовании открытых бродильных аппаратов.

Чтобы сбалансировать активность дрожжей и молочнокислых бак­терий, необходимо вести раздельное размножение чистых культур в оптимальных условиях, контролируя кислотность среды для разводки молочнокислых бактерий, и накопление дрожжевых клеток для раз­водки дрожжей. Вносить чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий в сбраживаемое сусло признано целесообразным раздельно, а не в виде смешанной закваски, как предложено технологической инструкцией 1987г. При этом можно гибко регулировать соотношение дрожжей и молочнокислых бактерий в сбраживаемом сусле в зависи­мости от их физиологического состояния.

Закономерности совместного развития дрожжей и МКБ в условиях квасоваренного производства мало изучены, основные режимы их раз­множения определены эмпирически. Необходимо исследовать воз­можность использования других видов МКБ и дрожжей, подобрать бо­лее простые условия их использования, например, в виде сухих культур по опыту виноделия.

В Кемеровском технологическом институте пищевой промышлен­ности исследована возможность применения других видов молочно­кислых бактерий для производства кваса. Показано, что достаточно высокую скорость сбраживания квасного сусла и хорошие органолептические показатели кваса получены при использовании препаратов молочнокислых бактерий: «Бифилакт-Д», Lactobacillus plantarum и ацидофильной палочки [1].

 

3.2 Размножение смешанной закваски для сбраживания кваса

 

Размножение смешанной (или комбинированной) закваски дрож­жей и МКБ проводится в 3 стадии:

- лабораторная стадия;

- в отделении чистых культур (ЧК);

- производственная стадия.

Размножение микроорганизмов в лабораторной стадии проводится в начале производственного сезона квасоварения, а затем регулярно по графику в течение сезона или вне графика при обнаружении инфици­рования смешанной (комбинированной) закваски или чрезмерного ослабления бродильной активности чистых культур.

Чистая культура дрожжей на завод поступает в пробирках на сусле-агаре, а чистая культура МКБ в запаянных пробирках в пивном сусле с дробиной, в которое внесен мел. Дробина создает благоприятный для МКБ rН сусла, а мел нейтрализует образуемые бактериями кислоты. Хранение ЧК дрожжей допускается до 1 месяца без пересевов, ЧК МКБ – не более 10 суток.

В лабораторной стадии в качестве среды используют стерильное квасное сусло с сахаром с содержанием сухих веществ 8 %. Температура культивирования на каждой стадии 30 °С, продолжительность 24 часа.

Размножение дрожжей ведется по схеме:

пробирка 10 см³ колба 250 см³ бутыль 2 дм³.

Молочнокислые бактерии рас 11 и 13 размножают сначала раздель­но. Содержимое трех ампул с чистой культурой каждой расы МКБ пе­реносят в колбы на 250см³. На 2-й стадии чистые культуры рас 11 и 13 объединяют и далее культивируют совместно.

Общая схема размножения МКБ в лабораторной стадии:

3 ампулы с ЧК расы 11 и 13 колбы по 250 см³

колба 2 дм³ колба 4 дм³.

Полученные культуры дрожжей и МКБ передают в отделение чис­тых культур.

Стадия размножения в отделении чистых культур (ЧК) может про­водиться двумя способами: А и Б в соответствии с рисунком 2. Они отличаются тем, что по способу А

 

 

Рисунок 2 – Схема размножения ЧК дрожжей и МКБ в отделении чистых культур

 

чистые культуры дрожжей и МКБ размножают отдельно и смешивают только на производственной стадии, а по способу Б чистые культуры дрожжей и МКБ смешивают и культивируют совместно на последней стадии в отделении ЧК.

Для разведения чистых культур используют установки Ганзена или Грейнера с двумя бродильными цилиндрами: для ЧК дрожжей и для ЧК МКБ.

Квасное сусло с содержанием сухих веществ 8 % стерилизуют при атомосферном давлении в течение 1 ч, охлаждают до 25...30 °С и пере­дают на размножение чистой культуры микроорганизмов.

По способу А начинают размножение чистых культур с разве­дения ЧК МКБ. Разводку ЧК МКБ в количестве 4 дм³ засевают в сбор­ник, в котором находится 36 дм³ охлажденного до 30 °С стерильного квасного сусла с сахаром и размножают 48 часов при температуре 28...30°С. Затем весь объем разводки МКБ передают в сборник объ­емом 400 дм³. Учитывая, что размножение дрожжей происходит в тече­ние 24 часов, а МКБ – 48 часов, на этой стадии МКБ выращивают в 2-х сборниках по 400 дм³, работающих со сдвигом во времени 24 часа. Для этого через 24 часа размножения МКБ из 1-го сборника на 400 дм³ передают 40 дм³ разводки во 2-й сборник на 400 дм³. В первый сборник доливают сусло и продолжают размножение ЧК МКБ еще 24ч, после чего 360 дм³ ЧК МКБ передают в сборник комбинированной закваски вместе с 18 дм³ разводки ЧК дрожжей. Оставшиеся 40 дм³ разводки ЧК МКБ доливают суслом и проводят следующий цикл культивирования МКБ. Из второго сборника с 400 дм³ разводки ЧК МКБ 360 дм³ раз­водки передают для размножения комбинированной закваски на сле­дующие сутки. Оставшиеся во втором сборнике 40 дм³ разводки ЧК МКБ доливают квасным суслом до объема 400 дм³ и проводят следую­щий цикл размножения. Готовность ЧК МКБ контролируют по нарас­танию кислотности разводки, которая должна быть не ниже 6,8...7,0 см³ раствора гидроксида натрия концентрацией 1 М/дм³ на 100 см³ разводки.

Через сутки размножения первой порции разводки ЧК МКБ объ­емом 400 дм³ разводку ЧК дрожжей в количестве 2 дм³ передают в сборник, где находится 18 дм³ стерильного сусла, охлажденного до 30 °С, размножают 24 часа и 18 дм³ разводки ЧК дрожжей передают в производственную стадию в сборник смешанной закваски рабочим объемом 4000 дм³. Оставшиеся 2 дм³ ЧК дрожжей доливают 18 дм³ квасного сусла и проводят следующий цикл размножения ЧК.

По способу Б, аналогично способу А, готовят разводку ЧК дрожжей (20 дм³) и ЧК МКБ (40 дм³), и весь объем чистых культур дрожжей и МКБ передают в сборник предварительно смешанной за­кваски, в который наливают 540 дм³ стерильного квасного сусла с са­харом. Размножение ведут 24 часа, после чего добавляют разводку дрожжей 20 дм³, которая размножалась 24 часа. Еще через 24 часа сов­местного размножения 540 дм³ предварительно смешанной закваски направляют в сборник смешанной закваски рабочим объемом 4000 дм³. К оставшимся 60 дм³ предварительно смешанной закваски доливают квасное сусло до объема 600 дм³ и ведут следующий цикл размножения в течение 48ч. Такой объемно-доливной процесс раз­множения закваски можно вести 7 циклов по 48 часов, после чего раз­водки ЧК дрожжей и МКБ следует заменить на свежие из лаборатории.

Основное условие культивирования предварительно комбиниро­ванной закваски – строгий контроль кислотности среды, которая не должна превышать 8...9 см³ раствора щелочи концентрацией 1 моль/дм³ на 100см³ среды. При более высокой титруемой кислотно­сти в закваске будут преобладать МКБ, так как жизнедеятельность дрожжей подавляется.

Размножение смешанной закваски в производственной стадии про­водится в сборнике на 4000 дм³ по разным режимам в зависимости от способа размножения микроорганизмов в отделении чистых культур.

По способу А разводку дрожжей 18 дм³ и МКБ – 360 дм³ вносят в производственное квасное сусло с сахарным сиропом, общий объем среды 4000 дм³, смешанную закваску размножают 6 часов. Затем весь объем передают в аппарат для брожения кваса. Расход комбинирован­ной закваски на брожение составляет 4 % к объему квасного сусла.

По способу Б предварительно комбинированная закваска готовит­ся 48 часов, поэтому допускается вести объемно-доливной процесс не­посредственно в сборнике смешанной закваски. Для этого после 6-ти часового размножения закваски на брожение передают 50 % содержи­мого сборника, что составляет 2 % к объему квасного сусла. В этом слу­чае бродильный аппарат доливают суслом сначала на 50 % объема, че­рез 8... 10 часов брожения доливают до полного рабочего объема и ведут брожение до нормативных показателей кваса.

Оставшиеся 50 % смешанной закваски доливают до полного объема и проводят следующий цикл культивирования, по окончании которого на брожение передают все содержимое сборника комбинированной закваски в аппарат для брожения кваса, при этом брожение квасного сусла ведут в полном рабочем объеме.

При культивировании микроорганизмов по способу А требуется большее количество сборников для размножения, однако этот способ более простой, легче контролировать состав закваски, соотношение дрожжей и МКБ. Кроме того, по способу Б требуется через 14 суток за­менять культуры дрожжей и МКБ, начиная с лабораторной стадии [1].

 

3.3 Скорость роста и размножения клеток

 

Если на единицу объема растущей культуры микроорганизмов приходится в начале процесса х₀ клеток, то после n делений за время t₁-t₀ число клеток достигнет:

(1)

Для выражения общего числа клеток чаще всего пользуются не абсолютными числами, так как они достигают огромных величин, а их логарифмами. Логарифмируя выражение (1), получаем lgx₁ = lgx₀ + nlg2, откуда число генераций (число клеточных делений):

(2)

Разделив число генераций n на время t₁-t₀, находим среднее число делений (или почкований) каждой клетки (ν) в единицу времени, характеризующее скорость размножения:

(3)

У одноклеточных микроорганизмов различают рост, выражающийся в увеличении размеров клетки, и рост целой культуры (популяции), под которым подразумевают увеличение ее суммарной биомассы не только за счет их размножения (путем деления, почкования и пр.)

О скорости размножения одноклеточных микроорганизмов судят по тому, как часто они делятся или почкуются.

Отрезок времени, в течение которого обособившаяся молодая клетка вырастает и становится способной к делению (или соответственно к почкованию) называется продолжительностью генерации. Она изменяется в зависимости от видовой принадлежности микроорганизмов, наличия питательных веществ, окружающих условий и фазы роста.

Если за время t₁- t₀ сменяется n клеточных поколений, то продолжительность одной генерации (g) в среднем составляет:

(4)

Из уравнения (3), следует, что n = ν(t₁-t₀). Подставив в знаменатель уравнения (4) вместо n его значение, получим

g = 1/ν, и, наоборот ν = 1/g (5)

Скорости размножения и роста отдельных клеток не совпадают. К тому же в популяции микроорганизмов всегда содержится некоторое число дефектных клеток, не способных к делению. Поэтому определяемая продолжительность генерации – средневзвешенная величина для всей культуры.

Подставив в уравнение (5) вместо ν его значение из уравнения (3), получим формулу средней продолжительности генерации:

(6)

В процессе развития клетка значительно увеличивается в размерах, однако после каждого очередного деления или почкования она возвращается в исходное состояние. В популяциях, где одновременно присутствуют клетки, находящиеся на разных ступенях своего развития, средняя масса одной клетки остается постоянной (но лишь до тех пор, пока не изменится состав окружающей среды). Поэтому суммарная масса m культуры (биомасса) бывает прямо пропорциональна численности клеток:

m=αx

где α- средняя масса одной клетки.

На этом основании величины x₁ и x₀ в уравнении (6) можно заменить соответственно на m₁ и m₀ (коэффициент α при этом сокращается):

(7)

Подобную замену можно произвести и в уравнении (3), характеризующем скорость размножения клеток:

(8)

Таким образом, для вычисления продолжительности генерации и скорость размножения клеток не обязательно определять их число, а можно ограничиться измерением биомассы культуры.

Увеличение биомассы культуры в среде с m₀ до m характеризуется абсолютной (валовой) и максимальной относительной (удельной) скоростью роста. Валовая (или общая) скорость роста культуры v характеризуется абсолютным приростом биомассы за единицу времени (обычно за 1 ч). В дифференциальной форме она выражается уравнением

= d m /d t (9)

где d m - прирост биомассы за бесконечно малый промежуток времени dt.

Средняя валовая скорость роста v_ср за время t₁-t₀ вычисляется по формуле

(10)

где m₀,m₁- соответственно величины биомассы в начале и в конце указанного отрезка времени.

Удельная (или относительная) скорость роста μ представляет собой часовой прирост, пересчитанный на единицу растущей биомассы:

(11)

Воспользовавшись известным дифференциальным уравнением (d(ln m)/dm)=1/m и сделав соответствующую подстановку в выражение (11), преобразуем его так:

μ=d(ln m)/dt (12)

Средняя удельная скорость роста μ_ср за период времени t₁-t₀ равна:

 

(13)

Таким образом, относительная скорость роста характеризуется увеличением натуральных логарифмов биомассы за единицу времени. Этим она отличается от валовой скорости роста, которая измеряется приростом абсолютных величин биомассы.

В экспоненциальной фазе, т.е. в период наиболее быстрого размножения микроорганизмов, максимального скорость роста (константа роста):

(14)

Интегрируя выражение (14), получаем x = x₀е^μt. При t, равном времени удвоения биомассы (t_d), x = 2x₀; следовательно, 2 x₀= x₀е^μt_d, откуда время удвоения бактериальной массы t = (ln2/ μ) (ln2=0,693).

Сопоставляя уравнение (8) с уравнением средней удельной скорости (13), находим, что последняя связана с продолжительностью генерации и скоростью размножения клеток. Эти уравнения различаются только числовыми показателями. Разделив одно на другое, получим следующие отношения между скоростью роста v и максимальной скоростью роста μ_мах:

; ν =1,44μ_мах (15)

И, наоборот,

; μ_мах = 0,693ν (16)

Максимальную скорость роста μ_мах называют также экспоненциальной скоростью роста, так как она устанавливается в этой фазе роста. Подставив в уравнение (5) значение v из уравнений (15) и (16), получим формулы продолжительности генерации и максимальной скорости роста:

g = 1/ν = 0,693/μ_мах или μ_мах = 0,693/g (17)

Следовательно, о максимальной скорости роста микроорганизмов можно судить по продолжительности генерации, поскольку эти величины находятся между собой в обратной зависимости.

На основании формул (15) и (16) можно сказать, что скорость размножения v только пропорциональна, но не равна максимальной скорости роста μ.

Найдя время, необходимое для увеличения числа или биомассы клеток в 2 раза, можно по уравнению (16) вычислить μ_мах и, наоборот, по величине μ_мах, определенной по уравнению (13), рассчитать значение g по уравнению (17).

Зависимость удельной скорости роста μ от концентрации питательного вещества S (г/л), ограничивающего рост культуры описывается уравнением Моно:

, (18)

где μ_мах – максимально возможная скорость роста (константа роста) в данной среде;

K_s - константа насыщения, численно равная такой концентрации лимитирующего питательного вещества, при которой предельная скорость роста достигает половины максимальной (предельной) скорости роста, т.е. когда μ_мах=0,5. Значение K_s обычно невелико (порядка нескольких мкг/л) как для углеводов, так и для аминокислот. Таким образом, в полноценной питательной среде K_s по сравнению с S- величина незначительная и ею можно пренебречь, тогда μ=μ_махS/S=μ_мах.

Следовательно, в полноценной среде скорость роста культуры не зависит от концентрации лимитирующего компонента (за исключением случаев, когда концентрация слишком мала).

Удельная скорость роста лимитируется не только концентрацией субстрата. Главным фактором, определяющим удельную скорость роста культуры, могут быть продукты обмена веществ - метаболиты. При высокой концентрации клеток метаболиты накапливаются быстро и могут задерживать их рост уравнение, которое учитывает ее торможение вследствие недостатка субстрата и появляющимися продуктами обмена (уравнение Моно-Иерусалимского):

, (19)

где K_P – константа Иерусалимского, численно равная концентрации продукта- метаболита, при которой удельная скорость роста равна половине скорости роста в среде без продукта- метаболита, т.е. μ=μ₀/2;

Р - фактическая концентрация продукта- метаболита, г/л.

Из уравнения (19) видно, что увеличение концентрации метаболита Р снижает удельную скорость роста культуры.

В большинстве случаев трудно определить, какой продукт ингибирует рост продукта обмена. Следовательно, нужно исключить из (19) Р, принимая, что концентрация продуктов обмена пропорциональна количеству перерабатываемого субстрата [2].

 

3.4 Использование других видов дрожжей и сухих культур дрожжей и МКБ

 

Сложный процесс накопления достаточного объема смешанной (комбинированной) закваски не всегда можно организовать на неболь­ших предприятиях по производству кваса, поэтому там для сбраживания квасного сусла часто используют прессованные хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их проверяют на отсутствие слизеобразующих бактерий и предварительно разбраживают перед внесением в сусло. Для этого готовят квасное сусло из концентрата квасного сусла с массовой долей сухих веществ 3,0 %, добавляют в него сахарный сироп до массо­вой доли сухих веществ 8,0%, кипятят это сусло в закрытой емкости в течение 30 мин, охлаждают до 28...30°С.

Расчетное количество прессованных дрожжей (0,15 кг на 100 дал го­тового кваса) смешивают с водой в соотношении 2:1. Полученную суспензию подкисляют до рН 2,7...2,9 добавлением молочной кислоты (примерно 40 см³ молочной кислоты концентрацией 40 % на 1 кг прес­сованных дрожжей) и выдерживают в течение 3 ч для подавления по­сторонней бактериальной микрофлоры. Затем в подкисленную сус­пензию добавляют пятикратный объем приготовленного сусла с массовой долей сухих веществ 8% и проводят разбраживание в течение 2...3 ч. Дрожжи должны активно разбродиться с образованием на по­верхности сусла пены, иметь чистый дрожжевой запах. После разбраживания их передают на брожение.

Исследованиями киевских ученых показано, что хорошие результа­ты при сбраживании квасного сусла показали винные дрожжи шам­панских рас: Днепропетровская, Киевская, Штейнберг-6, пивные дрожжи среднесбраживающих рас 776 и 44, а также спиртовые дрожжи рас М-спиртовая, К-69, XII, использование которых предложено во­ронежскими учеными.

В то же время, дрожжи не могут считаться полноценной заменой комбинированной закваски, так как не обеспечивают необходимого накопления кислотности, хороших органолептических показателей, поэтому при использовании только дрожжей в рецептуру производства кваса обычно вводят лимонную или молочную кислоты для доведения кислотности кваса до нормы.

Ранее было рекомендовано использовать сушеные культуры квасных дрожжей и МКБ, которые готовили в лаборатории ВНИИПБП. Суше­ные дрожжи имели внешний вид короткой вермишели. Их фасовали в пакеты по 100г. В лаборатории завода готовили 20 дм³ квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % так, как описано выше, кипятили его в течение 30 мин, охлаждали до 28...30°С. В тщательно вымытую и продезинфицированную бутыль рабочим объемом 20 дм³ вносили 100 г су­шеных дрожжей, наливали туда 5 дм³ сусла и оставляли для размноже­ния на 18...24ч при 26...30°С. Затем доливали в бутыль еще 15 дм³ сусла и вновь оставляли на 8...12 ч. Готовую разводку дрожжей в количестве 15 дм³ передавали в чан вместимостью 100 дм³, куда наливали 85 дм³ сте­рильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 6 % и оставля­ли на 18...24ч до интенсивного брожения. В бутыль с 5 дм³ разводки су­шеных дрожжей доливали 15 дм³ стерильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и оставляли на 12 ч до интенсивного забраживания. Операции по доливу разводки суслом в бутыли, включая отбор раз­водки и долив свежего сусла, повторяли 5...6 раз.

Из чана на 100 дм³ разводку дрожжей передавали в производство в бродильный аппарат объемом 1000 дал.

Молочнокислые бактерии (МКБ) сушили на пивной дробине, фа­совали в пакеты по 100г. В лаборатории завода готовили 20 дм³ сте­рильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % так, как описано выше.

В тщательно вымытую и продезинфицированную бутыль рабочим объемом 20 дм³ вносили 100 г сушеных МКБ, наливали туда 5 дм³ сусла и оставляли для размножения на 24 ч при температуре 26...30°С. Затем доливали в бутыль еще 15 дм³ сусла и вновь оставляли на 24 ч. Готовую разводку МКБ в количестве 5...6 дм³ передавали в производство в бро­дильный аппарат объемом 1000 дал вместе с разводкой дрожжей.

В бутыль с 5 дм³ разводки сушеных МКБ доливали 15 дм³ стериль­ного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и оставляли на 24 ч. Операции по доливу разводки суслом в бутыли, включая отбор разводки и долив свежего сусла, повторяли 5...6 раз.

Производство сушеных квасных дрожжей и МКБ было организова­но только в небольших объемах, поэтому они не могли обеспечить потребность всех предприятий отрасли. Из-за трудоемкости процесса сушки оно было прекращено.

В настоящее время исследуется возможность применения сушеных пивных дрожжей для производства кваса.

Если завод или цех использует для производства кваса жидкие пив­ные дрожжи, то их расход должен составлять 1,5...2,0 дм³ на 100 дал сусла. Рекомендуется провести предварительное разбраживание дрож­жей так же, как прессованных хлебопекарных дрожжей [1].

 

4 Напитки брожения типа кваса на основе меда

 

В последнее время, особенно в тече­ние последних трех лет, производство кваса стабильно растет, вновь появился интерес производителей и потребителей к квасу и другим национальным напиткам брожения (сбитню, медовухе).

Издревле напитки на основе меда были традиционными напитками русского народа. Существовала масса рецептов произ­водства различных как слабоалкогольных, так и крепких напитков на основе меда.

Медовые напитки брожения совре­менного поколения разнообразны как по сырьевому составу, так и по способам про­изводства. Как правило, для достижения глубокого выбраживания в современных условиях сбраживание медового сусла производится с помощью различных рас винных, пивных и хлебопекарных дрож­жей. Разные виды дрожжей сбраживают медовое сусло с различной скоростью, формируют специфические органолептические характеристики напитка.

Основной недостаток медовых напит­ков брожения, медовух промышленного производства – их «тяжелый вкус», чему способствуют высокая температура броже­ния, недостаток аминного азота в медовом сусле, длительный цикл производства. Это приводит к накоплению побочных продуктов брожения в высоких концентрациях, что отражается на вкусовых достоинствах напитков, снижая освежающее действие и пищевую ценность. Поэтому они не ста­ли продуктами массового потребления.

При использовании медового сусла не­обходимо уделять внимание особенностям протекания биохимических и микробио­логических процессов, так как это сусло в отличие от зернового или плодово-ягод­ного неоптимально по соотношению сбраживаемых углеводов и аминного азота, со­держит мало минеральных компонентов, в которых нуждаются дрожжи. Для эф­фективного брожения и развития дрож­жей в сбраживаемой среде необходимо оптимизировать состав сусла и соблюдать рациональные условия брожения, от кото­рых зависит качество напитка.

Целью работы, проводимой в Кемеровском институте, было исследова­ние возможности получения слабоалкогольных напитков брожения типа кваса на основе меда с использованием дрож­жей, выделенных из продукта пчеловод­ства – перги.

Дрожжи выделены в Кемеровском тех­нологическом институте пищевой промышленности из четырех образцов перги, полученной из разных регионов. Показана эффективность их использования для сбра­живания медового сусла с высокой началь­ной экстрактивностью до 20 %, определе­ны оптимальные параметры их развития. В данном исследовании одна из первых задач – оптимизация состава сусла и ре­жимов брожения при сбраживании сусла с низкой начальной экстрактивностью.

Все исследования проводили на сте­рильном медовом сусле с содержанием су­хих веществ 8 %, которое сбраживали ме­довыми дрожжами при температуре 30 °С до содержания сухих веществ 5,5–5,8 %. В качестве источника азота использо­вали препарат Rhodia Zumesite, пред­ставляющий собой пищевую подкормку для дрожжей и имеющий в своем составе соли аммония и витамины. Рекомендуемое количество внесения препарата для пив­ных дрожжей 5–6 г/дал. При проведении эксперимента препарат вносили в количе­ствах 4, 5, 6 и 7 г/дал.

Кроме изучения влияния концентрации азотистых веществ на процесс брожения параллельно проводили исследования по выявлению оптимальной нормы внесе­ния дрожжей в медовое сусло. Норма вне­сения пивных дрожжей для производства пива 25 млн кл. /см³. Исследован процесс сбраживания медового сусла в диапа­зоне концентраций 20–40 млн кл./см³. В процессе сбраживания через каждые 3 ч определяли массовую долю сухих ве­ществ, общее количество жизнеспособ­ных дрожжевых клеток, процент мертвых и почкующихся.

Содержание мертвых клеток в процессе брожения увеличивалось незначительно и не превышало 8,5 %, количество почку­ющихся возрастало к концу брожения. Полученные результаты позволяют отметить, что на скорость брожения медового сусла и на физиологические показатели медовых дрожжей в процессе брожения существен­но влияют как норма засева дрожжевых клеток, так и количество вносимой под­кормки для дрожжей. Однако при любой дозировке медовых дрожжей наблюдается одинаковая зависимость как продолжи­тельности брожения медового сусла, так и накопление дрожжевой биомассы от со­держания источника азота в сусле.

В соответствии с рисунками 3 – 5, наиболее бы­строе и глубокое сбраживание сусла наблюдается при внесении Rhodia Zumesite в количестве б г/дал. При этой же дозировке практически во всех случаях к кон­цу брожения содержание мертвых клеток минимально и составляет 6,5-8,5 % от об­щего количества клеток. Для накопления почкующихся клеток такое количество вносимого препарата также оптимально. Так, количество почкующихся клеток к концу брожения при норме засева медо­вых дрожжей 40 млн кл./см³ составляет 32 % от общего количества клеток, а при норме засева 30 и 20 млн кл./см³– 45 и 42 % соответственно.

Рисунок 3 – Динамика брожения медового сусла медовыми дрожжами при различном уровне азота (норма внесения дрожжей – 20 млн кл./см³)

 

Рисунок 4 – Динамика брожения медового сусла медовыми дрожжами при различном уровне азота (норма внесения дрожжей – 30 млн кл./см³)

 

Рисунок 5 – Динамика брожения медового сусла медовыми дрожжами при различном уровне азота (норма внесения дрожжей – 40 млн кл./см³)

В соответствии с рисунками 6 – 8 при слишком низкой концентрации азотистого питания (4 г/дал) наблюдает­ся низкая бродильная активность дрож­жей, количество почкующихся клеток к концу брожения составляет 20-30%, а содержание мертвых несколько выше, чем при дозировке азота 6 г /дал. При повышенной концентрации азота в сусле тормозятся процессы брожения и размно­жения дрожжей.

Рисунок 6 – Динамика концентрации жизнеспособных клеток с различным количеством Rhodia Zumesite (норма внесения дрожжей – 20 млн кл./см³)

 

 

Рисунок 7 – Динамика концентрации жизнеспособных клеток с различным количеством Rhodia Zumesite (норма внесения дрожжей – 30 млн кл./см³)

 

Рисунок 8 – Динамика концентрации жизнеспособных клеток с различным количеством Rhodia Zumesite (норма внесения дрожжей – 40 млн кл./см³)

Из представленных графиков видно, что заметное увеличение скорости роста наблюдается при начальной величине за­сева 20 млн кл./см³ сусла. Дальнейшее увеличение начальной концентрации дрожжевых клеток не обосновано и ведет к торможению процесса брожения.

Влияние нормы задачи дрожжей, а так­же количества азота в сусле на скорость размножения медовых дрожжей можно оценить, в соответствии с рисунком 9, по скорости роста дрожжевых клеток.

 

Рисунок 9 – Удельная скорость роста медовых дрожжей в зависимости от количества Rhodia Zumesite при различных нормах засева дрожжей

 

Для оценки влияния уровня азотисто­го питания на скорость брожения и накопление биомассы рассчитаны уравнения регрессии, описывающие зависимость содержания сухих веществ Y_lи накопление дрожжевых клеток Y₂ от Х₁– начальной концентрации дрожжевых клеток, млн кл./см³; Х₂– нормы внесения аммиачного азота, г/дал; Х₃– продолжительности бро­жения, ч. Уравнения были рассчитаны с уче­том концентрации азота 0, 4, 5, 6 и 7 г/дал.

Полученные уравнения имеют вид:

Y_l = 8,0277 + 0,0012 Х₁ + 0,0018 Х₂ – 0,011 Х₃ + 0,0003 Х₁ Х₂ – 0,0005 Х₁ Х₃ –

– 0,0007 Х₂ Х₃ – 0,0001 Х₁ Х₂ Х₃ (20)

Y₂ =– 0,0084 + 0,9855 Х₁ + 0,2086 Х₂ + 0,0033 Х₃ – 0,0013 Х₁ Х₂ + 0,0058 Х₁ Х₃ +

+ 0,0828 Х₂ Х₃ + 0,0005 Х₁ Х₂ Х₃(21)

Обобщая результаты исследования, можно заключить, что внесение Rhodia Zumesite в количестве 6 г/дал, а также первоначальный засев дрожжей 20 млн кл./см³ являются рациональными пара­метрами для более быстрого сбраживания квасного сусла и обеспечивают необходи­мый прирост дрожжевой биомассы.

Учитывая все результаты проведенных исследований, был приготовлен напиток. Медовое сусло с начальной концентраци­ей сухих веществ 8 % кипятили в течение 1-3 мин. Препарат Rhodia Zumesite вно­сили в сусло непосредственно перед его кипячением, поскольку внесение добавки для дрожжей перед процессом брожения приводило к закисанию сусла. Дрожжи за­давали из расчета 20 млн кл. /см³, а под­кормку – б г/дал. Брожение проводили при 30 °С до содержания сухих веществ в среде 5,5-5,8%. Физико-химические показатели медового сусла следующие: массовая доля сухих веществ 8 %; кислот­ность 0,2 см³ раствора NaOH концентраци­ей 1 моль/дм³ на 100 см³ сусла; содержание аминного азота 3,9 мг/100 см³ сусла.

После сбраживания сусла до сниже­ния экстрактивности на 2 % напиток охлаждали до температуры 0...2 °С, вы­держивали в течение 12 ч, затем снимали с дрожжевого осадка и анализировали по физико-химическим и органолептическим показателям. Физико-химические показатели следующие: массовая доля су­хих веществ 5,6 мг/100 см³ сусла; кислот­ность 4,1 см³ раствора NaOH концентраци­ей 1 моль/дм³ на 100 см³ сусла; объемная доля этилового спирта 1,2%.

Органолептическая оценка показала, что напиток обладает приятным, гармоничным кисло-сладким вкусом с оттенком меда, достаточно насыщен углекислотой, аромат напитка – медовый, цвет – свет­ло-желтый с блеском.

Результаты проведенного эксперимента позволяют сделать вывод о возможности применения дрожжей, выделенных из пер­ги, для производства слабоалкогольных напитков на основе медового сусла с исполь­зованием источника азотистого питания.

При соблюдении всех вышеперечис­ленных параметров наблюдается максимальная скорость сбраживания медовых напитков, оптимальный прирост дрожжевой биомассы в процессе брожения. Напитки, получаемые таким образом, обладают отличными органолептическими показателями [3].

 

Заключение

 

В данной работе рассмотрено производство кваса, а именно:

- сырье, которое используется в квасоварении: основным сырьем для производства солода, кон­центрата квасного сусла и кислого кваса является рожь, ее используют в виде: ржаной муки; ржаного ферментированного солода; ржаного неферментиро­ванного солода;

- основные стадии производства кваса, к которым относятся: подготовка сырья и полуфабрикатов; приготовление квасного сусла; брожение сусла; охлаждение и купажирование кваса; розлив кваса в емкости;

- микроорганизмы, используемые для сбраживания кваса, способы приготовления закваски, скорость роста и размножения клеток.

Отдельно рассмотрена кинетика роста микроорганизмов, используемых в производстве медовухи, которая является напитком брожения типа кваса на основе меда.

Современное безалкогольное производство основано на достиже­ниях техники и технологии, использует полуфабрикаты высокой сте­пени готовности. Инновации в производстве безалкогольных напит­ков в России сосредоточены в нескольких направлениях: разработка напитков и концентратов для их производства на натуральной основе с использованием соков, настоев из растительного сырья, меда, вторич­ных продуктов сыроделия и молочного производства, концентратов квасного сусла, создание обогащенных и функциональных напитков, расширение ассортимента и сырьевой базы квасов брожения.

 

Список использованных источников

 

1. Помозова В. А. Производство кваса и безалкогольных напитков / В. А. Помозова.– М.: Профессия, 2006. – 192 с.

2. Мальцев П. М. Технология бродильных производств / М. П. Мальцев. – М.: Пищевая пром-сть,1980. – 560 с.

3. Миллер Ю. Ю., Елонова Н. Н., Еремина И. А. Напитки брожения типа кваса на основе меда // Пиво и напитки. 2007. №3. С.28-29.

 

 

---

Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!