Технология отрасли (Технология бродильных производств). Учебное пособие

ских весах с точностью не менее 0,0001 г. Затем аналогичным образом определяют массу пикнометра с отгоном при 20 °С, предварительно несколько раз ополоснув пикнометр отогнанным раствором спирта. Рекомендуется повторить определение массы пикнометра с водой 4-5 раз и вычислить среднюю арифметическую величину.

Определяют относительную плотность спиртаd по формуле

d = m1 - m , m2 - m

где m – масса пустого пикнометра, г; m1 – масса пикнометра с раствором спирта (отгоном), г; m2 – масса пикнометра с водой, г.

По значению относительной плотности, пользуясь приложением 3, находят соответствующее содержаниеалкоголя в квасе.

Определение стойкости кваса

Исследуемый образец кваса, налитый в бутылку вместимостью 0,5 дм3, помещают в термостат или в комнату с постоянной температурой (20±2) °С и ежедневно определяют массовую долю сухих веществ и общую кислотность.

Справка. Стойкость кваса – это время в сутках, прошедшее с момента розлива до нарастания общей кислотности и снижения массовой доли сухих веществ в квасе сверх допустимых пределов, указанных в рецептурах и ТУ на квас определенного наименования.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение термину "квас".

2.Какие бывают квасы в зависимости отспособа обработки?

3.Назовите органолептические показатели квасов.

4.Назовите физико-химические показатели квасов.

5.В чем заключается метод проведения органолептической оценки безалкогольных напитков и квасов брожения?

51

6.Как осуществляется общая балловая оценка качества квасов брожения?

7.Как проводят отбор проб кваса?

8.Как определяют массовую долю сухих веществ в квасе?

9.Как определяют кислотность и содержание спирта

вквасе?

10.Что такое стойкость кваса и как она определяется?

Лабораторная работа № 6.

ПОЛУЧЕНИЕ РАЗВАРЕННОЙ МАССЫ, СУСЛА И ПОСТАНОВКА БРОДИЛЬНЫХ ПРОБ

Цель работы: обучение в лабораторных условиях основным стадиям водно-тепловой подготовки крахмалистого сырья путем гидродинамической и ферментативной обработки замеса; получение сусла в спиртовом производстве; изучение основных

методик анализа разваренной массы и сусла.

Оборудование и реактивы: весы, водяная баня, дробленое зерновое сырье, ферментные препараты, дрожжи, раствор NaOH концентрацией 0,1 моль/дм3, метиленовый красный, раствор йода, формалин.

Теоретические сведения

Цель водно-тепловой обработки сырья – эторазрушение клеточной структуры сырья и растворение крахмала, чтобы сделать его доступным для действия ферментов осахаривающих материалов, а также провести стерилизацию сырья.

Водно-тепловая обработка (ВТО)начинается с приготовления замеса. Сырьес водой смешивается в определенном соотношении. Кратность введения воды в сырье называется гидромодулем (ГМ). ГМ для зерна: 1 кг зерна смешивают с 2,5-3,5 кг воды; для картофеля: 1 кг картофеля смешивают с 0-0,5 кг воды.

Соотношение устанавливают в зависимости от содержания крахмала в сырье с таким расчетом, чтобы сусло имело концен-

52

трацию сухих веществ 16-18 %. При ВТО протекают физикохимические процессы, структурно-механические и химические изменения.

Существуют следующие способы разваривания: периодическое, полунепрерывное и непрерывное.

Контроль процесса разваривания

Качество разваренной массы определяют не менее 2 раз в смену при использовании непрерывной схемы разваривания. Пробы отбирают из краника на трубопроводе, по которому разваренная масса поступает в осахариватель. При риодическомпе и полунепрерывном способах разваривания пробы отбирают из каждого разварника через пробоотборник.

О качестве разваривания судят по цвету, вкуси консистенции разваренной массы. Разваренная масса должна быть тем- но-желтого цвета со светло-коричневым оттенком при использовании полунепрерывной схемы. При использовании непрерывной схемы разваренная масса должна быть блестящей, полужидкой, желтого цвета и не должна содержать несваренных частиц или целых зерен. Разваренная масса имеет запах печеного хлеба. Не допускается переваривание массы, при котором она приобретает более темный цвет и специфический запах меланоидинов. Масса должна быть достаточно текучей и подвижной.

Дополнительно разваренную массу (около1 л) промывают на металлическом сите водой до полного исчезновения взвешенных частиц в промывной воде. Оставшаясна сите дробина должна быть прозрачной, безполусырых зерен и крахмалистых кусочков.

В основе осахаривания лежит гидролиз крахмала разваренной массы под действием ферментов осахаривающих средств. Осахаривание крахмалистого сырья необходимо, так какспиртовые дрожжи не содержат амилолитических ферментов и не способны усваивать крахмал, а только усваивают моно- и дисахариды. То есть целью процесса осахаривания является максимальный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров при сохранении активности ферментов.

53

Уравнение гидролиза крахмала в общем виде выглядит следующим образом:

(С6Н10О5)n + nН2О = n С6Н12О6.

При гидролизе крахмала под действием ферментов происходит разрыв гликозидных связей амилозы и амилопектина. Осахаривание осуществляется солодом или ферментными препаратами.

Амилолитический комплекс ферментов солода состоит из трех ферментов: a-амилазы, b-амилазы и декстриназы.

a-Амилаза в молекуле крахмале расщепляетa-1,4 гликозидные связи. Она разрывает связи беспорядочно и преимущественно в середине (внутри цепей). Образуются низкомолекулярные декстрины, небольшое количество мальтозы и глюкозы. Поэтому

a-амилазу называют декстринирующим или разжижающим фер-

мальтозы. b-Амилаза не может обойти в амилопектине места ветвления, поэтому остаются высокомолекулярные декстрины. Амилоза полностью превращается в мальтозу, а амилопектин – на 50-55 %, поэтому конечным продуктом гидролиза будет мальтоза

идекстрины.

Врезультате совместного действияa- и b-амилаз образуется смесь сахаров, состоящаяиз мальтозы, небольшого количества глюкозы и низкомолекулярных предельных декстринов, в кото-

рых сосредоточены всеa-1,6-глюкозидные связи крахмала. Совместно a- и b-амилазы расщепляют крахмал до 95 %. Декстри-

наза расщепляет в молекуле крахмалаa-1,6-глюкозидные связи с образованием мальтозы.

При совместном действии трех ферментом крахмал может гидролизоваться на 100 %. нечнымКо продуктом гидролиза крахмала при использовании солода будет мальтоза и немного глюкозы. Ферментны препараты микробного происхождения,

грибные и бактериальные не содержатb-амилазы, но в них содержится активная a-амилаза и глюкоамилаза. a-Амилаза расщепляет в крахмале связьa-1,4 и образует декстрины аналогично

54

солодовой a-амилазе. При катализеa-амилазой микроскопических грибов уже в начале гидролиза образуется большое количество глюкозы и мальтозы. Среди бактериальных амилаз имеются как сахарогенные, так идекстриногенные. Первые гидролизуют крахмал на 60 % и более, вторые – на 30-40 %. В результате гид-

ролиза a-амилазой микробного происхождения образуется глюкоза, мальтоза идекстрины.

Глюкоамилаза расщепляет в крахмалеa-1,4- и

a-1,6-глюкозидные связи. Она действует с нередуцирующих концов молекулы крахмала, отщепляя глюкозу. Глюкоамилазу называют осахаривающим ферментом. Такимобразом, конечным продуктом при использовании ферментных препаратов будет глюкоза.

Осахаривание – это очень длительный процесс. Оно начинается в осахаривателе и заканчивается в бродильном чане на стадии дображивания. На начальных стадиях осахаривания при осахаривании солодом больше образуется простых сахаров, чем при осахаривании микробными ферментными препаратами, но в дальнейшем картина меняется. Степень осахаривания крахмала солодом в первый период значительно выше, чем у ферментных препаратов, так как солод быстрее расщепляет крахмал до мальтозы, чем ферментные препараты до глюкозы. Поэтому в осахаривателе йодная проба с солодом желтая, а с ферментными препаратами коричневая. В дальнейшем при доосахаривании в бродильном чане степень осахаривания ферментными препаратами превышает степень осахаривания солодами (99,5 и 96,5-97,0 %).

В производстве температура осахаривания поддерживается: 58-59 °С – при осахаривании солодом;

57-58 °С – при осахаривании микробными ферментными препаратами.

Оптимальная температура действияa-амилазы солода око-

ло 70 оС, b-амилазы 60 оС, a-амилазы грибной 50-60оС, a- амилазы бактериальной 70-95оС, глюкоамилазы 55-60оС. Снижение скорости реакции гидролиза начинается при температуре

ниже 50 °С. При более низких температурах может произойти инфицирование массы посторонними микроорганизмами.

55

Контроль процесса осахаривания

Сусло отбирают 6-8 раз всмену (ежечасно) через специальный кран на суслопроводе (послетеплообменника). Содержание сухих веществ в фильтрате сусла определяют с помощью сахарометра или рефрактометра. Титруемую кислотность определяют методом титрования 20 см3 сусла едким натром в присутствии метиленового красного. Полноту осахаривания определяют по окраске с раствором йода (по йодной пробе).

При использовании солода в качестве осахаривающего

что в сусле имеется неосахаренный крахмал.

Потери при осахаривании

Во время осахаривания прямых потерь сбраживаемых углеводов нет. Однакоот правильности проведения осахаривания в значительной мере зависит полнота выбраживания декстринов и крахмала, учитываемая в бродильном отделении.

Порядок выполнения работы

Приготовление замеса

Зерно очищается от металлических и сорных примесей. Остаточная сорность в зерне не должна превышать 1 %.Требования к измельченному зерну – проход ерезч сито с диаметром отверстий 1мм должен быть не менее 80 %, а кукурузы не менее 90 %; остаток на сите 3 мм – отсутствовать.

В предварительно взвешенную сухую коническую колбу на 1 дм3 помещают 100г зернового помола (степень помола П≥80 %), смешивают с теплой водопроводной водой температурой 60-65 оС и α-амилазой из расчета 2,0 ед./г крахмала. Соотношение зерна и воды (ГМ) 1,0 : 3,5.

Замес выдерживают 15 мин притемпературе 50-55 оС и периодическом перемешивании. На этой стадии происходит раз-

56

жижение крахмала и растворение сухих веществ. За счет действия α-амилазы обеспечивается нормальная текучесть массы.

Ферментативно-тепловая обработка сырья

Замес подвергают гидродинамической обработке сырья. С этой целью его выдерживают в течение 60 мин при температуре 70-75 оС, затем нагревают до температуры 95-100оС и выдерживают в течение 30 мин.

Осахаривание сусла

Массу охлаждают до 56-58оС и вносят ферментный препарат глюкоамилазы из расчета 9 едГлС. /г крахмала и проводят осахаривание в течение 30 мин. Покончании осахаривания в сусле определяют содержание сухих и редуцирующих веществ, аминного азота. Суслоохлаждают до температуры складки

– 30 оС и подают на брожение.

Cбраживание сусла

Готовят суспензию дрожжей: 1-2 г дрожжей смешивают с 20 см3 дистиллированной воды в стаканчике. Суспензию добавляют в колбу и перемешивают. Колбу взвешивают. Для обеспе-

чения стерильности в колбу со сбраживаемым суслом задают формалин из расчета 0,02 % от количества массы (2-3 капли). Затем колбу закрывают ватной пробкой, взвешивают и ставят на брожение на 68-72 ч в термостат при температуре 30 оС. В зрелой бражке определяют содержание сухих веществ, несброженных растворимых углеводов, кислотность.

жен быть?

57

3.Перечислите все способы разваривания.

4.Как осуществляется контроль процесса разваривания?

5.Охарактеризуйте разваренную массу хорошего качества.

6.Какова сущность процесса осахаривания?

7.Как осуществляется осахаривание разваренной массы с

10.Каковы оптимальные температура, рН и продолжительность процесса осахаривания?

11.Как осуществляют контроль процесса осахаривания, как определяют полноту осахаривания?

Лабораторная работа № 7.

АНАЛИЗ ЗРЕЛОЙ БРАЖКИ

Цель работы: изучение основных методик анализа зрелой бражки и оценка ее качества.

Оборудование и реактивы: раствор антрона с массовой долей 0,2 %, ректификованный этиловый спирт с объемной долей 96,4 %, сахаромер, раствор гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3, рН-метр, установка для перегонки,

Теоретические сведения

Суммарное уравнение спиртового брожения:

зимаза

С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2 + 118 кДж.

Осахаренное сусло поступает для сбраживания в бродильное отделение. Бродящая масса называется бражкой, а полностью сбродившая – зрелой бражкой.

58

В сусле содержатся: при осахаривании солодом – мальтоза, при осахаривании микробными ферментными препаратами – глюкоза. Глюкоза сбраживается дрожжами непосредственно, а мальтоза должна подвергнуться гидролизу. Для этого в дрожжах присутствует фермент мальтаза (илиa-глюкозидаза), которая расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы.

Процесс сбраживания глюкозы очень сложный и протекает через ряд промежуточных реакций (13 реакций распада сахаров до спирта и СО2 с выделением теплоты), в результате которых в

бражке образуются альдегиды, кислоты, эфиры и высшие спирты. Глюкоза постепенно претерпевает изменения под действием зимазного комплекса ферментов дрожжей. Этанол растворяется в бражке, СО2 выделяется и отводится для утилизации.

Наряду со спиртом из сахаров образуются вторичные продукты брожения, кроме того происходит гидролиз крахмала и декстринов до сахаров и сбраживание полученных сахаров. Всегда накапливается небольшое количество глицерина до 0,4 %, причем содержание глицерина увеличивается при сдвиге рН в щелочную сторону.

Образуются альдегиды, в основном уксусный альдегид, органические кислоты – в основном уксусная кислота. Уксусный альдегид образуется в процессе сбраживания сахаров, а уксусная кислота является, кроме того, продуктом окисления этанола. Образуются диацетил и ацетоин. Все вещества, образующиеся при брожении сахара, кроме этанола, называются вторичными продуктами брожения.

Процесс брожения можно разделить на 3 периода (стадии). 1. Возбраживание – протекает несколько часов (6-8 ч). В этот период идет размножение дрожжей, накоплениеих биомассы и медленно начинается превращение сахаров в спирт и угле-

кислоту.

2. Главное брожение – происходит быстрое сбраживание сахаров и интенсивное накопление спирта. Сбраживается основная часть сахаров, содержащихся в сусле. Длительность первого и второго периода – немного более суток.

59

3. Дображивание – наиболее длительный процесс и занимает около 2/3 всеговремени брожения. Длительность – около 2 суток. На этой стадии происходит доосахаривание крахмала и декстринов амилолитическими ферментами, содержащимися в бражке, до сахаров и сбраживание полученных сахаров в спирт и углекислоту.

Существуют следующие способы брожения: периодический, циклический (полунепрерывный), непрерывно-поточный и непрерывно-поточный с рециркуляцией бражки.

Показатели зрелой бражки

Нарастание кислотности в зрелой бражке не должно превышать 0,15 – 0,20 град. Содержание несброженных растворимых углеводов в зрелой бражке: при отличной работе завода – до 0,25 г/100 см3; при хорошей работе завода – 0,25-0,35 г/100 см3; при удовлетворительной работе завода – 0,35-0,45 г/100 см3; при неудовлетворительной работе завода – более 0,45 г/100 см3.

Содержание нерастворенного крахмала: при использовании ферментных препаратов – до 0,1 г/100 см3; при использовании солода – до 0,2 г/100 см3. Содержание спирта в зрелой браж-

ке 7,0 – 9,0 % об.

Для оперативного контроля процесса брожения осуществляют определение видимой концентрации сухих веществ в фильтрате зрелой бражки с помощью сахарометра (отброд),которая зависит от используемого сырья и должна составлять для непрерывной схемы работы завода для пшеницы 0,0; ржи и ячме-

ня +0,7; овса +0,9; проса -0,2; кукурузы -0,4.

Отброд не является показателем спиртового брожения, а всего лишь используется для оперативного контроля. На величину отброда влияют различные факторы: применяемая схема разваривания; используемые ферменты; титруемая кислотность бражки.

60