ПИТАТЕЛЬНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ПИВНЫХ ДРОЖЖЕЙ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА Российский патент 1999 года по МПК C12C5/02 C12C11/00 C12C12/00 

Изобретения относятся к пивоваренной промышленности, а точнее - к средствам и способам интенсификации процесса брожения и формирования качества пива за счет получения и применения специальных питательных добавок для пивных дрожжей. При этом они образуют группу изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, и требуют общего описания.

Известен способ интенсификации брожения сусла путем внесения в него плазмолизата дрожжей или смеси плазмолизата с молочной кислотой, концентрация которой в смеси не превышает 0,05% [1].

Однако увеличение содержания в сусле высококачественного азотистого питания повышает накопление дрожжей без улучшения у них метаболического состояния и величины бродильной энергии. В итоге это приводит к сокращению сроков приготовления пива, но в то же время способствует увеличению содержания в пиве побочных продуктов, ухудшающих его качество.

Известно применение в сусле порошка шелухи солода для интенсификации процесса брожения [2]. Содержащиеся в этой добавке ферменты усиливают разложение белков и полисахаридов сусла, что влечет за собой ускорение роста и размножения дрожжей. Накопление клеточной массы дрожжей, с одной стороны, сокращает продолжительность процесса приготовления пива, но с другой стороны, способствует накоплению в пиве таких побочных продуктов, как высшие спирты, летучие кислоты, диацетил и т.д. Накопление побочных продуктов существенно снижает качество пива.

Известен способ интенсификации брожения сусла путем добавления к суслу гидролизатов пивных дрожжей, содержащих в своем составе 78-80% белка, 7-8% углеводов и 2-3% нуклеиновых кислот [3].

Известен способ получения гидролизата, включающий следующие операции: дрожжи с влажностью 70-90% нагревают до 46-50^oC и в эту биомассу вносят протосубтилин Г10Х в количестве 0,2-0,5% к сухой биомассе. Гидролиз ведут в течение 20-30 ч при постоянной температуре и перемешивании [4].

Недостаток указанного способа - длительное воздействие на внутриклеточные ферменты высокой температуры и специфического фермента, что приводит к потере функциональных свойств некоторых внутриклеточных ферментов. Отсюда незначительное улучшение метаболического состояния дрожжей и повышение величины бродильной энергии при внесении этого гидролизата в бродящее сусло.

Известна зарубежная питательная добавка для пивных дрожжей, включающая смесь диаммоний фосфата с соединениями цинка и марганца, которая допущена к применению в России. Эта добавка в сусло позволяет интенсифицировать процесс брожения при производстве пива и с учетом входящих в нее ингредиентов, решаемой задачи и достигаемого результата может быть принята за прототип [5].

Однако известная добавка недостаточно учитывает специфику отечественных дрожжей, а также технологические и вкусовые особенности производимого пива, что ограничивает возможности ее применения. Это тем более важно, так как за рубежом дрожжи используются до 5-6 генераций с дальнейшей их утилизацией, а отечественные дрожжи работают до 12-13 генераций.

Данное изобретение (питательная добавка для пивных дрожжей) направлено на интенсификацию процесса брожения, устойчивую технологичность и формирование улучшенных (особых) вкусовых и пенистых свойств пива при его производстве. Основная задача изобретения состоит в разработке качественно нового состава питания для пивных дрожжей, позволяющего не только и не столько интенсифицировать процесс брожения, но изменить метаболизм клетки, улучшая при этом качество готового пива.

Сущность изобретения состоит во внесении в сусло питательной добавки, включающей диаммоний фосфат, сульфаты цинка и марганца (что известно из прототипа), а также сульфат магния, хлорид кальция и витаминную добавку в виде предварительно полученного автолизата или гидролизата пивных дрожжей, причем смесь выполнена в форме комплексных соединений автолизата (гидролизата) с указанными биогенными металлами при следующем содержании основных элементов, мг на 1,0 г сухой смеси при нормальной влажности 10%:
Сульфат цинка - 10 - 13
Сульфат марганца - 4 - 5
Сульфат магния - 20 - 30
Хлорид кальция - 20 - 30
Диаммоний фосфат - 100 - 120
Автолизат пивных дрожжей - Остальное
Кроме того, сульфат цинка может вводиться в добавку в виде комплексного соединения с метеонином, а сульфат марганца - с глицином. При применении сухой смеси с иной, чем 10%, влажностью следует производить соответствующий пересчет предельных значений.

Как показали проведенные исследования и эксперименты (см. ниже) именно такой состав обеспечивает выполнение поставленной задачи, является новым (неизвестен заявителю из уровня техники) и промышленно применим.

Получение и применение данной питательной добавки имеет ряд особенностей по сравнению с известными способами, что непосредственно связано с указанным составом и устойчивой технологичностью.

Ближайшим аналогом способа получения указанной питательной добавки является способ, включающий гидролиз дрожжевой суспензии c начальной влажностью 70 - 90% при нагреве выше 40^oC с внесением в нее ферментных препаратов в количестве более 0,2% к сухой биомассе в течение заданного времени при перемешивании [6].

Данный способ позволяет ферментативно разрушать клеточные стенки гидролизных дрожжей, что дает известные преимущества.

К недостаткам данного способа при производстве пива можно отнести длительное воздействие высокой температуры (46 - 50^oC) и специфического фермента, что приводит к потере функциональных свойств некоторых внутриклеточных ферментов. Отсюда незначительное улучшение метаболического состояния дрожжей и повышение величины бродильной энергии при внесении этого гидролизата в бродящее сусло.

Предлагаемый способ получения питательной добавки для пивных дрожжей также направлен на улучшение и интенсификацию процесса брожения сусла при производстве пива и формирование особых вкусовых и качественных показателей пива в процессе производства, что является общей целью данных изобретений, объединенных единым замыслом.

Способ получения питательной добавки для пивных дрожжей включает гидролиз дрожжевой суспензии c начальной влажностью более 70% при повышенной температуре с внесением в нее ферментных препаратов в количестве более 0,2% к сухой биомассе в течение заданного времени при перемешивании (что известно из прототипа), причем гидролиз производят при начальной влажности дрожжевой суспензии 85-90% при температуре 43 - 50^oC в течение 5 - 10 ч c предварительным внесением ферментного препарата в количестве 30-70 мг на 1 л дрожжевой суспензии, а затем по окончании гидролиза в продукт последовательно при постоянном перемешивании вводят сульфаты цинка, марганца, магния, хлорид кальция и диаммоний фосфат до получения однородного продукта и с возможностью ее сушки. В качестве ферментного препарата желательно применять амилоризин П10Х.

При этом сульфат цинка преимущественно задают в виде предварительно приготовленного комплекса с метеонином (1:1), а сульфат марганца - в виде комплекса с глицином (1:1).

Известны способы применения питательных добавок при производстве пива, в общем случае включающие их предварительное растворение в жидкой среде (обычно в воде) и внесение в основное охлажденное сусло в заданной концентрации [7].

К недостаткам известных способов можно отнести недостаточную стабильность и разброс вкусовых показателей при многократном применении данного способа в производстве пива, что приводит к вероятностному снижению его качества.

Предлагаемый способ применения питательной добавки при производстве пива включает ее предварительное растворение в жидкой среде и внесение в основное охлажденное сусло в заданной концентрации (что известно из прототипа), причем препарат вносят постепенно по частям при перемешивании перед задачей дрожжей в ток охлаждаемого сусла, контролируя и доводя содержание ионов цинка в сбраживаемом сусле до 0,11 - 0,15 мг/л, а ионов марганца - до 0,04 - 0,05 мг/л сусла. В отдельных случаях 30-50% растворенной добавки вносят до приготовления сусла в затор, а остальное вносят в ток охлаждаемого сусла перед брожением.

Все данные изобретения, объединенные единым изобретательским замыслом, направлены на улучшение и интенсификацию процесса брожения сусла при производстве пива, обеспечение стабильности технологического процесса и формирование особых вкусовых и качественных показателей пива при его производстве (основная цель данных изобретений).

Таким образом, как указано выше, основная сущность всех изобретений состоит в разработке нового состава питательной добавки для пивных дрожжей, технологии ее получения и применения в условиях непрерывного заводского производства пива при решении поставленной задачи, что требует некоторого пояснения.

Дополнительное внесение в питательную добавку для пивных дрожжей - далее автолизат - микроэлементов и минеральных солей повышает биологическую роль гидролизата (автолизата), хотя сам гидролизат является источником витаминов группы В (тиамин, пиридоксин, рибофлавин, цианкобаламин), никотиновой кислоты (витамин PP), витаминов К и E, незаменимых аминокислот, ростовых веществ (фолиевая кислота, биотин, холин, пантотеиновая кислота, инозит, п-аминобензойная кислота).

Повышение биологической роли предлагаемой питательной добавки обусловлено формированием в автолизате комплексных соединений микро- и макроэлементов с биологически активными веществами и свободными аминокислотами, a именно комплексные соединения по своей эффективности воздействия на клетки существенно превосходят действие металлов, витаминов и аминокислот в отдельности [8].

Важно отметить, что формируемые в автолизате комплексные соединения представляют собой предшественников окислительно-восстановительных и других метаболических ферментов, в том числе и ответственных за брожение. Усиление процесса формирования внутриклеточных ферментных систем обеспечивает повышение продуктивности дрожжей, увеличение их бродильной энергии, а также улучшение электрофизических параметров клеток. Первые два фактора способствуют интенсификации процесса брожения. Улучшение физиолого-биохимических свойств дрожжей усиливает биохимические превращения некоторых продуктов метаболизма (диацетила, высших спиртов, альдегидов, этилацетата). Снижение их содержания в пиве повышает его качество.

Другим примером, подтверждающим усиление физиолого-биохимической активности дрожжей и повышение их бродильной энергии, является уменьшение по сравнению с контролем величины rH₂ молодого пива, приготовленного с добавлением обогащенного гидролизата. Меньшее значение rH₂ указывает на большую восстановительную способность молодого пива. Отсюда углубление процессов биохимического превращения метаболитов при дображивании пива и улучшение его качества.

Внесение обогащенного автолизата способствует улучшению электрофизических параметров клеток, что повышает скорость оседания дрожжей, уменьшая этим продолжительность осветления пива при выдержке.

Изобретения поясняются общими примерами и некоторыми полученными при их реализации опытными данными.

Приготовление питательной добавки для пивных дрожжей производится следующим образом.

Сначала готовится дрожжевой гидролизат c внесением ферментного препарата, например амилоризина П10Х. По окончании гидролиза в гидролизат при постоянном перемешивании последовательно вносят комплекс цинка, предварительно образованный из смеси сульфата цинка и метионина (в соотношении 1:1), комплекс марганца (сульфат марганца с глицином - 1:1), затем сульфат магния, хлорид кальция и диаммоний фосфат.

Пример 1. Для приготовления 100 л комплексного препарата необходимо 100 л густых дрожжей c массовой долей сухих веществ 10-15%, которые помещают в реактор при температуре 43-50^oC, вводят туда ферментный препарат (например, амилоризин П10Х) из расчета 50 мг на 1 л дрожжевой суспензии и выдерживают при этой температуре 6-8 ч с периодическим перемешиванием, затем последовательно вносят при постоянном перемешивании комплекс цинка - сульфат цинка (52-65 г) предварительно соединенного с метеонином (50-60 г), комплекс марганца - сульфат марганца (20-22 г) с глицином (20-22 г), сульфат магния (100-150 г), хлорид кальция (100-150 г), диаммоний фосфат (500-550 г). Далее жидкий гидролизат с добавленными солями поступает на сепаратор, а затем на сублимированную сушку. Из 100 л гидролизата получают примерно 6 кг сухого препарата с влажностью 10-12%. Срок хранения сухого препарата - 6 месяцев.

В 1 г сухой смеси (влажность 10%) содержится, мг:
Сульфат цинка - 10-13
Сульфат марганца - 4-5
Сульфат магния - 20-30
Хлорид кальция - 20-30
Диаммоний фосфат - 100-110
Препарат может использоваться в сухом виде в количестве 5-6 г/гл, а в пределах сроков завода-изготовителя и в жидком виде из расчета 0,1-0,2 л на 1,0 гл сусла. Срок хранения жидкого препарата при температуре 4-5^oC обычно составляет 3-5 суток.

Способ применения этой питательной добавки при производстве пива состоит в следующем. В случае использования жидкого препарата его вносят в ток охлаждаемого сусла для улучшения перемешивания, а затем задают дрожжи.

Сухой препарат вносят также в ток охлаждаемого сусла, предварительно растворив его в небольшом объеме сусла (2-З л) из расчета 5-6 г/гл. Используемая доза может быть изменена в зависимости от качества сырья и дрожжей, а также от особенностей проведения процесса брожения.

Изобретение поясняется примерами опытно-промышленного приготовления пива сорта "Хамовническое".

Пример 2. Брожение охмеленного сусла с массовой долей сухих веществ около 12% осуществляют с использованием низовых дрожжей Sacchromyes ourlbergiensis раса S - львовская, имеющих титр посевных дрожжей 12,3 млн. клеток/мл. Длительность главного брожения составляет 8 суток с максимальной температурой брожения 9^oC. Дображивание проводили при температуре 2-З^oC в течение 30 суток. Этот эксперимент был принят за контроль.

Опытный эксперимент отличался от контроля тем, что в сусло дополнительно вносили разное количество обогащенного автолизата.

Результаты исследований сведены в табл. 1.

Полученные экспериментальные данные согласуются с литературными данными [6]. Как видно из табл. 1, обогащение сусла автолизатом пивных дрожжей, дополнительно содержащим комплексные соединения макро- и микроэлементов, повышает физиолого-биохимическую активность дрожжей и улучшает их электрофизические параметры. Это проявляется в повышении продуктивности дрожжей и ускорении их оседания. Наибольший эффект достигается при оптимальной концентрации обогащенного автолизата в сусле, равной 5,0 г/гл. При этой концентрации добавки в сусло по сравнению с контролем биомасса дрожжей выросла приблизительно на 34%, а скорость оседания повысилась почти на 65%.

Пример 3. Приготовление пива сорта "Хамовническое" проводили с использованием сусла c массовой долей сухих веществ, равной 12%. В качестве посевных дрожжей применяли высококачественные пивные дрожжи Sacch carblergiensis роса S-львовская. Количество высокоактивного посевного материала равнялось 12 млн. клеток/мл.

Перед сбраживанием в сусло вносили обогащенный макро- и микроэлементами сухой гидролизат, количество которого составляло 5,0 г/гл. Длительность главного брожения составляла 8 суток с максимальной температурой брожения 9^oC. Дображивание проводили при температуре 2-З^oC в течение 30 суток.

Качество пива определяли на основе дегустационной оценки и результатов химического анализа. Результаты эксперимента сведены в табл. 2 и 3.

Из сравнения контрольного и опытного эксперимента (табл. 2) следует, что обогащение сусла биологически и физиологически активными веществами и микроэлементами в виде комплексных соединений, находящихся в обогащенном гидролизате пивных дрожжей, обеспечивает более высокие показатели пива, а именно увеличение степени сбраживания, количества алкоголя, количество CO₂, улучшение прозрачности пива, пенистых и органолептических свойств.

С внесением в сусло обогащенного гидролизата пивных дрожжей из-за улучшения у них физиологического состояния снижается содержание некоторых вторичных продуктов, влияющих на вкус и аромат пива. Данные снижения содержания в пиве метаболитов дрожжей представлены в табл. 3.

Как видно из сравнительных данных (табл. 3), дополнительное внесение в сбраживаемое сусло обогащенного автолизата пивных дрожжей существенно снижает содержание таких высших спиртов, как пропанол и изометиловый спирт, а также содержание диацетила, придающего пиву сладковатый привкус и специфический запах. Известно также, что повышенное содержание в пиве амилового и изоамилового спиртов создает так называемое "тяжелое пиво". Таким образом, дополнительное внесение в пиво обогащенного гидролизата способствует катализу биохимических превращений при выдержке пива, что приводит к ускорению созревания и к улучшению его вкуса и аромата.

Существуют и другие аспекты применения питательной добавки:
- при разведении чистой культуры;
- при приготовлении пивного сусла.

Использование питательной добавки особенно важно при разведении чистой культуры, что позволяет улучшать физиолого-биохимическую активность молодых пивоваренных дрожжей и далее использовать в производстве сильные, здоровые дрожжи, способные выдерживать без ухудшения функциональных свойств 12-13 генераций.

Использование этого препарата в процессе приготовления сусла увеличивает выход экстракта сырья за счет ионов магния, марганца, цинка и кальция, которые стимулируют действие ферментных систем солода (амилазы, протеазы, в-глюконазы и других), ускоряет фильтрацию, улучшает комплексообразование при кипячении сусла с хмелем, уменьшает потери сусла с белковым отстоем.

Наличие самого гидролизата дрожжей способствует снижению pH затора, созданию благоприятных условий для работы ферментов солода.

Часть микроэлементов теряется с белковым отстоем, остальное количество переходит в сусло и далее стимулирует брожение, как в первом случае.

При задаче препарата в затор количество его при брожении можно сократить вдвое.

С учетом качества сырья, дрожжей, условий ведения брожения может существовать и другая схема использования препарата, при которой 50% расчетного количества препарата задают в затор, а другие 50% расчетного количества препарата задают в сусло перед брожением.

Источники информации
1. Патент Германии N 2149409.

2. Патент Японии N 51-75508.

3. Коновалов С.А. Биохимия дрожжей. - М.: Пищевая промышленность, 1980, с. 238-240.

4. Авторское свидетельство СССР N 767196.

5. Гигиенический сертификат Министерства здравоохранения РФ N 72-ЦГС-1404 от 26 декабря 1996.

6. Шишков Ю. М. Некоторые аспекты применения аквитаминных комплексных соединений в микробиологических производствах. - М.: Изд. ВНИИСЭНТИ, 1985.

7. Рекомендации по использованию препарата "YEAST FOOD GF", ЦНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности Российской Академии сельскохозяйственных наук РФ от 31 октября 1996 г.

8. Жварблянская А.Ю., Бакушинская О.А. Микробиология в пищевой промышленности. Пищевая промышленность, 1966, с.238-240.

Изобретения относятся к пивоваренной промышленности. В сусло вводят питательную добавку, включающую диаммоний фосфат, сульфаты цинка и марганца, a также сульфат магния, хлорид кальция и витаминную добавку в виде предварительно полученного автолизата пивных дрожжей. Причем смесь выполнена в форме комплексных соединений автолизата (гидролизата) с указанными биогенными металлами при определенном содержании основных элементов в расчете на 1,0 г сухой смеси при влажности 10%. Кроме того, сульфат цинка может вводиться в добавку в виде комплексного соединения с метеонином, а сульфат марганца - с глицином. Питательную добавку для пивных дрожжей получают путем гидролиза дрожжевой суспензии при начальной влажности дрожжевой суспензии 85-90% при температуре 43-50^oС в течение 5-10 ч с предварительным внесением ферментного препарата в количестве 30-70 мг на 1 л дрожжевой суспензии. Затем по окончании гидролиза в продукт последовательно при постоянном перемешивании вводят сульфаты цинка, марганца, магния, хлорид кальция и диаммоний фосфат до получения однородного продукта и с возможностью сушки. В качестве ферментного препарата желательно применять амилоризин П10Х. Способ производства пива включает предварительное растворение добавки в жидкой среде и внесение в основное охлажденное сусло в заданной концентрации (что известно из прототипа), причем препарат вносят постепенно по частям при перемешивании перед задачей дрожжей в ток охлаждаемого сусла. Это позволяет интенсифицировать процесс брожения, а также, воздействуя на метаболизм клетки, улучшить качество готового пива. 3 с. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Питательная добавка для пивных дрожжей, содержащая смесь диаммоний фосфата с сульфатами цинка и марганца, отличающаяся тем, что в нее дополнительно включены сульфат магния, хлорид кальция и витаминная добавка в виде предварительно полученного автолизата пивных дрожжей, причем смесь выполнена в форме комплексных соединений автолизата с указанными биогенными металлами при следующем содержании основных элементов, мг на 1,0 г сухой смеси при влажности 10%:
Сульфат цинка - 10 - 13
Сульфат марганца - 4 - 5
Сульфат магния - 20 - 30
Хлорид кальция - 20 - 30
Диаммоний фосфат - 100 - 120
Автолизат пивных дрожжей - Остальное
2. Добавка по п.1. отличающаяся тем, что в нее сульфат цинка введен в виде комплексного соединения с метеонином, а сульфат марганца - с глицином. 3. Добавка по п. 1, отличающаяся тем, что в ней в качестве автолизата применен гидролизат пивных дрожжей. 4. Способ получения питательной добавки для пивных дрожжей, включающий гидролиз дрожжевой суспензии с начальной влажностью более 70% при повышенной температуре с внесением в нее ферментных препаратов в количестве более 0,2% к сухой биомассе в течение заданного времени при перемешивании, отличающийся тем, что гидролиз производят при начальной влажности дрожжевой суспензии 85 - 90% при 43 - 50^oС в течение 5 - 10 ч с предварительным внесением ферментного препарата в количестве 30 - 70 мг на 1 л дрожжевой суспензии, а затем по окончании гидролиза в продукт последовательно при постоянном помешивании вводят сульфаты цинка, марганца, магния, хлорид кальция и диаммоний фосфат до получения однородного продукта. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве ферментного препарата применен амилоризин П10Х. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что полученный продукт подвергают сушке. 7. Способ производства пива, включающий получение сусла, кипячение его с хмелем, охлаждение, главное брожение и дображивание, отличающийся тем, что в охлажденное сусло перед началом брожения вносят питательную добавку по п.1, доводя содержание ионов цинка в сбраживаемом сусле до 0,11 - 0,15 мг/л, а ионов марганца до 0,04 - 0,05 мг/л сусла. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в процессе получения сусла в затор вносят 30 - 50% питательной добавки, а остальное вносят в ток охлаждаемого сусла перед брожением.