На правах рукописи ЯКОВЛЕВА Ирина Николаевна

На правах рукописи
ЯКОВЛЕВА Ирина Николаевна
Разработка технологии сброженного напитка на основе мёда и пряно-ароматического сырья с высоким сроком годности
Специальность 05.18.07
-
Биотехнология
пищевых
продуктов
(растительного и животного происхождения)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный
университет низкотемпературных и пищевых технологий»
Научный руководитель –
доктор технических наук, профессор
Меледина Татьяна Викторовна
Официальные оппоненты –
доктор
технических
наук,
профессор
Красникова Людмила Васильевна
кандидат технических наук
Черныш Валентина Генриховна
Ведущее предприятие –
ГУ ВНИИ пищевых ароматизаторов,
кислот и красителей Российской
Академии сельскохозяйственных наук
Защита диссертации состоится «27» мая 2009г. в 14 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.234.02 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский
государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий»
по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, тел./факс.
(812)315-30-15.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СанктПетербургский
государственный
университет
низкотемпературных
пищевых технологий».
Автореферат разослан «23» апреля 2009г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
Колодязная В.С.
и
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
В последние годы всё большее внимание уделяется производству
напитков, содержащих биологически активные вещества. Ассортимент таких
напитков постоянно расширяется как за счет разработки новых технологий,
так и за счет использования старинных русских рецептов (научная школа
Помозовой В. А.). Примером таких напитков являются напитки на основе
меда, которые обладают определённой пищевой и биологической ценностью,
благодаря наличию в их составе углеводов, протеинов, витаминов, ферментов, микро- и
макроэлементов и других биологически активных веществ
меда. Пряности и травы, входящие в состав медовых напитков, не только
улучшают их сенсорный профиль, но и способствуют увеличению сроков их
годности. Кроме того пряности и травы оказывают положительное влияние
на физиологический и психологический настрой организма, обменные и иммунные функции в организме, а также повышают антиоксидантные свойства
продукта.
В современной действительности вкусовые пристрастия потребителя
значительно изменились в сторону употребления низкокалорийных напитков
с невысоким содержанием этилового спирта, поэтому воссоздание старинных
рецептур и их адаптация к современным условиям потребительского рынка
представляет особый интерес.
В настоящее время для увеличения срока годности напитков производители предлагают различные способы обработки: тепловую обработку (пастеризация, стерилизация), внесение консервантов, в результате чего теряется биологическая ценность продукта. Поэтому актуально создание такой технологии, которая позволит сохранить биологическую ценность продукта и
обеспечить высокий срок его годности.
Цель и задачи исследований. Цель исследования - разработка рецептуры и технологии получения сброженного напитка на основе мёда и пряноароматического сырья с высоким сроком годности.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
 создать рецептуру напитка, подобрав сорт мёда и композицию
пряно-ароматического сырья;
 исследовать влияние пряно-ароматического сырья на антимикробные свойства напитка;
 исследовать влияние выбранных штаммов дрожжей на физикохимические и органолептические показатели готового напитка;
 выбрать стабилизирующие вещества, позволяющие повысить
микробиологическую стойкость напитка;
 разработать технологию получения сброженного напитка на основе мёда и пряно-ароматического сырья;
4
 Разработать техническую документацию по производству медового напитка.
Научная новизна.
 Обоснована начальная концентрация сухих веществ и внесение концентрата квасного сусла для снижения дефицита
аминного азота в медовом сусле.
 Установлено, что для обеспечения требуемых сенсорных
характеристик медового напитка целесообразно использовать хлебопекарные дрожжи, обладающие более высокой
бродильной активностью по сравнению с винными и пивными дрожжами.
 Показано, что осветление сброженного медового напитка
достигается путем совместного применения оклеивающих
материалов, используемых в виноделии, - полиакриламида и
бентонита или кизельзоля и бентонита.
 Выявлено, что для достижения длительного срока годности
напитка необходимо использовать оклейку с последующей
фильтрацией напитка на кизельгуровом фильтре и обеспложивающей фильтрации.
Практическая значимость.
Установлен срок годности медового напитка – 2 года.
Разработана рецептура и технология получения медового напитка
и техническая документация (ТУ 9184-005-47956444-2005, ТИ 95120002-47956444-2005), которые внедрены на ООО «МЕДОВАРУС»,
Санкт-Петербург.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, глав, списка литературы
и приложений.
Диссертация изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 30 таблиц, 7 приложений. Список литературы содержит
122 наименования, в том числе 31 зарубежных авторов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1.
2.
Обоснование выбора сорта мёда, пряно-ароматического сырья
и типа дрожжей.
Обоснование режимов осветления медового напитка.
5
3.
Технология напитков на основе мёда и пряно-ароматического
сырья.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены и обсуждены в ЛенЭкспо
(Санкт-Петербург, 2004), на 59-й студенческой научно-технической конференции СПбГУНиПТ (Санкт-Петербург, 2006), 33-й научно-практической
конференции по итогам НИР за 2006 год профессорско-преподавательского
состава, докторантов, аспирантов и сотрудников университета СПбГУНиПТ
(Санкт-Петербург, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в
том числе 2 в издании, рекомендованном ВАК РФ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В обзоре литературы подробно проанализированы сведения о существующих аспектах технологии получения медовых напитков. На основании
критического анализа литературных данных сформулирована цель и определены задачи исследований.
Выбор объектов и методов исследований обусловлен поставленной задачей разработки технологии напитка высокого качества, и, исходя из этого,
в работе обоснован выбор как материалов для проведения экспериментов,
так и методов оценки физико-химических и органолептических показателей
качества пива.
В соответствии с целями работы объектами исследования являлись мед,
сахар, концентрат квасного сусла, пряно-ароматическое сырьё, дрожжи и готовый напиток.
При выполнении работы использовали стандартные физикохимические и микробиологические методы исследования и методы исследования, приведенные в аналитике ЕВС (Европейская конвенция пивоваров), в частности, спектрофотометрический – для определения содержания аминного азота и метод высокоэффективной жидкостной
хроматографии для определения концентрации глицерина в пиве и
сбраживаемых сахаров в сусле.
Содержание резервных углеводов в клетках определяли с антроновым реактивом (метод Тревелена и Гаррисона).
Для определения диацетила использовали газохроматограф.
Генопротекторные свойства исследовали в модифицированном ДНКповреждающем тесте на мутантных штаммах Escherichia coli: wp – дикий
тип, trp- (работают все системы репарации); rec A- - нарушена
6
пострепликативная репарация, общая рекомбинация, trp-; uvr A- - нарушена
эксцизионная репарация, trp- (Абилев С.К., Порошенко Г.Г., 1986). Исследования проводились в 3-5-кратной последовательности.
Статистическая обработка результатов исследования проводилась с
использованием программы Microsoft Excel 2000
Перед началом исследований была организована фокус группа, в которой проводили дегустационную оценка 20 образцов медовых напитков, отличающихся процентным содержанием мёда, конечным содержанием сухих
веществ и концентрацией этилового спирта. По результатам маркетинговых
исследований было установлено, что максимальное количество баллов получил образец с конечным содержанием массовой доли сухих веществ (СВ)
– 12% и концентрацией этилового спирта -5%. Данные показатели были
приняты за основу в разработке рецептуры медового напитка.
Выбор оптимальной плотности начального сусла. В ходе экспе-
Массовая доля сухих веществ, %
риментов было установлено, что сбраживание сусла с начальной содержанием сухих веществ 22-16% (рис.1) протекает с максимальной скоростью. По
результатам дегустационной оценки для дальнейших исследований был выбран образец, содержащий 22% СВ.
28% сусло
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
26% сусло
24% сусло
22% сусло
20% сусло
18% сусло
16% сусло
0
1
2
3
4
5
6
7
Продолжительность брожения, сут
Рис.1- Изменение массовой доли сухих веществ в процессе сбраживания медового сусла с различным содержанием сухих веществ в начальном
сусле
Выбор сорта мёда. Далее изучали влияние сортовых особенностей мёда на физико-химические показатели напитка. В сусле, приготовленном из
различных сортов мёда, определяли величину рН, титруемую кислотность,
цвет и содержание сбраживаемых углеводов. Установлено, что основные
7
Массовая доля сухих веществ,
%
отличия изученных образцов мёда заключаются в значениях величины рН и
цвета, поэтому с целью получения напитка с одинаковыми качественными
показателями необходимо использовать купаж мёда.
В связи с тем, что маркетинговые исследования показали возможность
замены меда сахар-песком без изменения сенсорного профиля напитка, а
также с целью снижения себестоимости продукта, было предложено ограничить внесение меда до 20%.
Изучение влияния концентрата квасного сусла на длительность
процесса брожения медового сусла. Основными компонентами медового
сусла являются моно и дисахариды, однако по отношению к аминному азоту
дрожжи испытывают дефицит. В качестве источника аминокислот предлагается использовать концентрат квасного сусла (ККС).
24
22
20
18
16
14
12
10
Сусло без ККС
ККС 1,0%
ККС 1,5%
ККС 2,5%
ККС 3,0%
ККС 3,5%
1
2
3
4
5
6
7
Продолж ительность брож ения, сут
Рис. 2- Изменение массовой доли сухих веществ в процессе сбраживания медового сусла с различным содержанием концентрата квасного сусла
(ККС)
Как видно из рис.2, наилучший результат был получен в образце
напитка, в рецептуру которого входило 3,5% концентрата квасного сусла. В
этом случае необходимое содержание сухих веществ – 12%, достигнуто за 4
суток. Однако, по данным дегустационной оценки данный образец получил
низкую оценку, так как обладал ярко выраженным вкусом квасного сусла и
высокой цветностью. При внесении в медовое сусло концентрата квасного
сусла в количестве 3,0% от массовой доли СВ напиток имеет высокие органолептические характеристики.
Выбор пряно-ароматического сырья и метода экстракции. Помимо
основных компонентов (мёда, сахара, концентрата квасного сусла) для придания напитку специфического вкуса и аромата, в него вводят пряности и
травы. В результате исследований была определена оптимальная композиция
пряно ароматического сырья, которая состоит из кардамона, кариандра, корицы, мускатного ореха, имбиря, базилика и душицы.
8
продолжительнос
ть брожения, сут.
Известно, что пряности и травы могут не только придать продукту соответствующий вкус и аромат, но и увеличить его сохранность. Однако, сами
пряности и травы могут быть контаминированы микроорганизмами, в
связи с этим необходимо выбрать такой метод экстракции, который исключает возможность обсеменения продукта.
Для решения этого вопроса проведён микробиологический анализ водного и спиртового настоя пряностей и трав. Как показал эксперимент, оптимальным является использование спиртового настоя.
Из литературных источников известно, что пряности и травы обладают
бактерицидными и фунгицидными свойствами. Для подтверждения этой гипотезы использовали диффузионный метод. Установлено, что ни один из исследуемых экстрактов, в применяемой в напитке дозе, не проявил данных
свойств. Зоны подавления роста образовались только вокруг лунок с антибиотиками.
Таким образом, в состав рецептуры входят мёд, сахар-песок, концентрат квасного сусла, пряности (кардамон, кориандр, корица, мускатный орех,
имбирь) и травы (базилик и душица). Далее необходимо выбрать культуру
дрожжей и расход посевного материала.
Выбор культуры дрожжей и расхода посевного материала. Для
сбраживания медового напитка в известных технологиях используют винные, пивные или выделенные из перги дрожжи. В данной роботе применяются сухие хлебопекарные дрожжи «САФ-Левюр», так как они практически не
контаминированы и имеют высокую выживаемость за счет большого содержания в клетках трегалозы (12-14% от СВ). Кроме того, трегалоза повышает
осмоустойчивость дрожжей в медовом сусле с высоким содержанием сухих
веществ.
При определении расхода посевного материала исходили из того, что
медовое сусло характеризуется низким уровнем аминного азота, вследствие
чего не возможен прирост биомассы. Между тем концентрация биомассы
определяет скорость сбраживания углеводов сусла, т.е. длительность процесса брожения, поэтому в среду культивирования вносили дрожжи в концентрации значительно превышающей принятые в производстве напитков брожения нормы: от 1,0 до 2,4% от объёма сусла.
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
Расход посевного материала,
% от объема сусла
Рис. 3- Продолжительность брожения медового сусла в зависимости от
количества посевного материала
9
Массовая доля сухих веществ, %
Установлено, что увеличение расхода посевного материала с 1,0 до
2,4% снижает длительность главного брожения с 13 до 2 сут., однако, необходимые физико-химические и органолептические свойства напитка были
получены только при норме задачи дрожжей 1,6% (рис.3).
Показано, что хлебопекарные дрожжи «САФ-Левюр» не только сокращают длительность брожения по сравнению с пивными и винными дрожжами (рис.4), но и улучшают сенсорный профиль напитка (рис.5).
24
22
Низовые пивные
20
Винные
18
Хлебопекарные
16
винные+(NH4)2HPO3
14
12
10
1
2
3
4
5
6
Продолж ительность брож ения, сут
Рис. 4- Изменение массовой доли сухих веществ в процессе сбраживания медового сусла различными штаммами дрожжей
Медовый, пряный
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Полнота вкуса
Хмелевая горечь
Насыщение СО2
Дрожжевой
Диацетильный
эталон
Кислый
ХП дрожжи
Пивные дрожжи
Рис. 5- Органолептический профиль напитка
10
Выбор режимов осветления медового напитка. В связи с тем, что
сброженное медовое сусло имеет высокое содержание сухих веществ (12%),
а так же в виду высокой нормы задачи посевного материала (1,6%), не происходит флокуляции дрожжей, поэтому необходимо было разработать эффективный способ осветления медового напитка.
С этой целью использовали осветлители фирмы «Дёллер», широко
применяемые в виноделии, но которые ранее не использовались при производстве пива и медовых напитков.
Таблица 1- Влияние оклеивающих материалов на качество осветления напитка
Оклеивающие
препараты
Контроль
(без
внесения препаратов)
Рыбий клей
Содержание
микроорганизмов,
3
КОЕ/см
КМАФАнМ
Дрожжи
Плесневые
грибы
Продолжительность
оклейки,
мин
Консистенция
осадка
700
40
20
-
-
680
40
20
Желатин
Бентонит
Бентонит и рыбий клей
Бентонит и желатин
Кизельзоль
+желатин
Кизельзоль и рыбий клей
Кизельзоль и Полиакриламид
598
663
463
40
40
32
20
20
17
Более
60
-«-«30
Пылевидный
-«-«-«-
375
26
12
30
-«-
507
38
19
50
-«-
590
34
17
50
-«-
18
0
0
15
Бентонит и Полиакриламид
10
0
0
10
Плотный
хлопьевидный
-«-
11
Наилучшие результаты были получены при совместном применении
полиакриламида и кизельзоля, полиакриламида и бентонита. Однако, в связи
с тем, что после осветления всё же остаётся некоторое количество бактерий
(от 10 до 18 КОЕ/ см3), предлагается следующая последовательность
технологических операций: осветление, фильтрация на кизельгуровом фильтре и стерильная фильтрация (MMS фильтр).
Установлено, что спустя 2 года хранения количество микроорганизмов,
нормируемых в СанПиН 2.3.2.1078-01 не превысило допустимых значений.
Следует отметить, что такой высокий срок годности достигается без внесения консервантов или тепловой обработки (табл. 2).
Таблица 2 - Микробиологические показатели готового напитка при хранении
(температура 20оС)
Показатели
Нормативные
Величина
документы на допустимометоды испы- го уровня
таний
КМАФАнМ
КОЕ/ 100 см3
БГКП в 10,0
см3
СанПиН
2.3.2.1078-01
СанПиН
2.3.2.1078-01
Дрожжи
и
плесени
КОЕ/100 см3
Патогенные
микроорганизмы в 25,0
см3
СанПиН
2.3.2.1078-01
СанПиН
2.3.2.1078-01
Длительность хранения, год
1
2
3
Не более
5х102
В 10,0 см3
не допускается
Не более 40
Менее 10
Менее 10
Менее 10
0
0
0
0
5
55
В 25,0 см3
не допускается
0
0
0
На основании полученных результатов разработана технология медовых напитков с длительным сроком годности (рис.6). Данная технология может быть реализована на пивоваренных заводах большой и малой мощности.
12
Вода
Приготовление
сусла
Хмель
Варка не
менее 1 часа
Мед
Сахар
ККС
Охлаждение сусла
Аэрация
до t=18-200 С
Главное брожение
Дрожжи
t=20-22 C, 5-6 суток
0
Охлаждение
t= 0-20С
Настой
пряностей
и трав
Дображивание
2 недели
Осветление
Фильтрация
t= -1-00С
MMS фильтрация
Розлив
Хранение σ=9мес.
при Т=5-12оС
Рис. 6- Технологическая схема производства напитка на основе меда
13
Изучение окислительно-восстановительного потенциала медового
напитка. При исследовании свойств готового напитка показано, что он имел
значение окислительно-восстановительного потенциала ниже, чем в пиве и
приближался к значениям полученным для безалкогольным напитков брожения «White tea (Lipton)» и «Green tea (Lipton)», которые позиционируются на
рынке, как напитки с антиоксидантными свойствами.
Таблица 3 - Окислительно-восстановительный потенциал напитков
Образец
Напиток Хмельной мед
Напиток безалкогольный «Байкал» на пряноароматическом растительном сырье
Безалкогольный напиток white tea (Lipton)
Безалкогольный напиток green tea (Lipton)
Eh, mV
187
192
181
180
Пиво с массовой долей сухих веществ 12%
250
Изучение генопротекторных свойств медового напитка. Было
изучено влияние медового напитка на бактерии Escherichia coli с нарушенными системами репарации.
140
выживаемость,%
120
100
80
rec
60
uvr
40
20
0
фурацилин
спирт, 6%
Хмельной мед
вариант опыта
Рис. 7- Выживаемость бактерий Escherichia coli с нарушенными
системами репарации
Rec A- - нарушена пострепликативная репарация, общая рекомбинация,
trp-;
Uvr A- - нарушена эксцизионная репарация, trp-.
14
Результаты опытов показали, что напиток не только не проявляет ДНКповреждающей активности (рис. 7), но и стимулирует рост клеток. Это дает
возможность проверить его на «защитные» или генопротекторные свойства.
Изучение генопротекторных свойств исследуемого напитка проводили в
трех модификациях: совместное инкубирование известного ДНКповреждающего агента (фурацилин) и напитка; предварительная обработка
клеток напитком с последующим воздействием фурацилина и обработка клеток фурацилином с последующим внесением в среду напитка.
Результаты экспериментов по изучению защитных генопротекторных
свойств исследуемого напитка на клетках E. сoli в модифицированном ДНКповреждающем тесте показали, что напиток обладает защитными свойствами
на клетки живых организмов.
Выводы
1. Обоснован выбор сорта мёда, концентрата квасного сусла, пряноароматического сырья, штамма дрожжей для рецептуры медового
напитка.
2. Доказано, что внесение концентрата квасного сусла в количестве 3,0%
от общего экстракта сокращает длительность процесса брожения.
3. Экспериментально доказана целесообразность использования сухих
хлебопекарных дрожжей «Саф-левюр» для сбраживания плотного медового сусла, обеспечивающих наилучшие органолептические и физико-химические показатели готового напитка. Установлена оптимальная
величина посевного материала, равная 1,6% от объёма сусла.
4. Установлено, что наибольший эффект осветления медового
напитка достигается при совместном применении полиакриламида
и бентонита или полиакриламида и кизельзоля.
5. Показано, что значение окислительно-восстановительного потенциала медового напитка ниже, чем у пива и соответствует уровню,
установленному для безалкогольных напитков с антиоксидантными свойствами.
6. Выявлено, что исследуемый напиток обладает генопротекторными свойствами.
7. Разработана технология медового напитка с длительным сроком годности (2 года) за счёт применения комбинации технологических опе-
раций: оклейки, фильтрации на кизельгуровом фильтре и обеспложивающей фильтрации.
8. Разработана технология и техническая документация на производство напитка «Мёд Хмельной». Внедрение на ООО «МЕДОВАРУС».
15
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Яковлева И.Н. Мёд: применение для производства напитков,
свойства и характеристики (Часть 1) [текст]/ Яковлева И.Н. // Индустрия
напитков. ¬2005. ¬№6(42). ¬ С. 66-69
2. Яковлева И.Н. Мёд: применение для производства напитков,
свойства и характеристики (Часть 2) [текст]/ Яковлева И.Н. // Индустрия напитков.¬2006. ¬№1. ¬ С. 62-67.
3. Пономарева О.И Эффективность дрожжей различных штаммов
при получении медовых напитков [текст]/ Пономарева О.И., Яковлева
И.Н. //Пиво и напитки. ¬2007. ¬№5. ¬ С 28-29.
4. Яковлева И.Н. Пряности в производстве медовых напитков
[текст]/ Яковлева И.Н.// Индустрия напитков. ¬ 2007. ¬ №4(52). ¬ С. 6873.
5. Пономарева О.И. Дрожжи для сбраживания плотного медового
сусла [текст] /Пономарева О.И., Яковлева И.Н. // Индустрия напитков. ¬
2008. ¬ №1(55). ¬ С. 16-19.
6. Яковлева И.Н. Влияние пряностей на микрофлору медового
напитка [текст] / Яковлева И.Н., Пономарева О.И.// Пиво и напитки.
¬2009. ¬№2. ¬ С 44-45.