Актуальные аспекты обеспечения качества сырьевых компонентов в технологии производства напитков

Несмотря на сложную экономическую ситуацию, сложившуюся в России в настоящее время, активно развиваются некоторые отрасли пищевой промышленности, в том числе производство напитков. В индустрии напитков наблюдается устойчивая тенденция роста производства и потребления напитков с пониженным содержанием алкоголя, большая доля которых приходится на пиво [2, 10].

Российский рынок алкогольных напитков продолжает развиваться за счет эффективной работы не только известных пивоваренных компаний, но и молодых независимых мини-пивоварен, предлагающих широкий ассортимент пивоваренной продукции разного уровня качества [2, 10].

Как известно, уровень качества конечной продукции формируется и определяется, прежде всего, качеством сырьевых компонентов, поэтому с позиций ресурсосбережения на основе процессного подхода использование сырьевой For citation

базы будет результативно, если прослеживается вся технологическая цепочка, начиная с подготовки сырья и заканчивая получением готового напитка [8].

В связи с этим решение задачи повышения качества продукции в процессе производства, переработки и дальнейшего использования сырья в технологии производства продукции пищевой промышленности на основе принципов ресурсосбережения является актуальным.

Решить данную задачу возможно путем внедрения современных достижений науки и техники, а также используя ресурсосберегающие технологии и современные технические средства. Данные направления являются приоритетными в сфере производства пищевых продуктов согласно Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности России, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17 апреля 2012 г. (№ 559-р) на период до 2020 года [18].

Особого внимания в пивоваренной отрасли на сегодняшний день заслуживает вопрос качества воды, используемой для приготовления напитков [5–7].

Цель работы заключается в совершенствовании технологии производства пива за счет применения ультразвуковых воздействий, для интенсификации биохимических процессов его производства, направленных на повышение качества исходного сырья.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

─ исследовать факторы, определяющие качество воды, как одно из важных сырьевых компонентов пива;

─ обосновать целесообразность применения целенаправленной ультразвуковой обработки воды на стадии производстве солода в процессе замачивания и проращивания ячменя, используемого в технологии получения готового напитка - пива.

Материалы и методы

Объектами исследования явились пробы воды, предназначенные для использования в технологии солодоращения.

Критериями установления уровня качества являлись органолептические, физико-химические и микробиологические показатели, которые определялись по общепринятым, стандартным и оригинальными методам исследования. В частности, вкус, запах, цвет, мутность -по ГОСТ 3351-74, рН - по РД 52.24.495-95, щелочность - по ГОСТ Р 52963-2008 (ИСО 9963-1: 1994, ИСО 9963-2: 1994), жесткость общая - по ГОСТ Р 52407-2005, железо общее - по ГОСТ 4011-72, марганец - по ГОСТ 4974-72, кальций - по ГОСТ 23268.5-78, магний - по ГОСТ Р 52407-2005, нитраты -по ГОСТ 18826-73, кадмий, медь, ртуть, свинец - по ГОСТ Р 52180-2003, окисляемость перманганатная - по ГОСТ 23268.12-78, сульфаты -по ГОСТ 4389-72, сухой остаток - по ГОСТ 18164-72, хлориды - по ГОСТ 4245-72, общее микробное число - по МУ 4.2.1018-01, общие колиформные бактерии - по ГОСТ Р 50474-93, термотолерантныеколиформные бактерии -по ГОСТ Р 52816-2007.

В ходе исследований применялся ультразвуковой аппарат «Волна» (модель УЗТА-0,4/22-ОМ).

Результаты исследования и их обсуждение

В производстве пива вода является одним из главных сырьевых компонентов. Качество воды, используемой в пивоварении, влияет на качество и вкус готового напитка, поэтому ее свойства жестко нормируются технологической инструкцией по водоподготовке. При этом вода для варки пива должна удовлетворять не только физико-химическим, химическим, органолептическим и микробиологическим требованиям, предъявляемым к питьевой воде, а также соответствовать специфическим требованиям пивоваренной промышленности, выполнение которых необходимо для строгого соблюдения технологии изготовления пива [8, 9].

Ответственным этапом в технологической цепочке получения пива, на котором задается уровень качества приготовленного напитка, является процесс получения солода, поэтому на предприятиях пивоваренной отрасли необходимо уделять особое внимание его организации и контролю. В связи с этим актуальным является вопрос изучения особенностей водоподготовки на стадии солодоращения.

В организации процессов замачивания и проращивания ячменя при производстве солода самым важным параметром, который формирует положительный результат этих процессов, является качество воды, которое непосредственно влияет на ход и скорость их протекания [8].

Анализ нормативной документации, регламентирующей требования к качеству воды, показал, что в первую очередь качество воды должно соответствовать требованиям ГОСТ Р 51232-98 (настоящий стандарт регламентирует порядок организации и методы контроля качества) [4].

Особые требования к составу воды, используемой для приготовления напитков, в том числе, пива, отражены в технологической инструкции по водоподготовке - ТИ 10-503153673-10 [19] (таблица 1) .

Таблица 1.

Требования к воде для производства пива

Table 1.

Requirements for water for beer production

Показатель Index	Значение Value	Показатель Index	Значение Value
рН рН	6–6,5	Содержаниеа-люминия, мг/л Content of aluminum, mg/l	0,5
Содержание-хлора, мг/л Content of chlorine, mg/l	100– 150	Содержание-меди, мг/л Content of copper, mg/l	0,5
S0 4 2-, мг/л S0 4 2-, mg/l	100– 150	Силикаты, мг/л Silicates, mg/l	2,0
Мg2+, мг/л Мg2+,mg/l	след ы footpr ints	Железо, не более, мг/л Iron, not more, mg/l	0,1
Са2+, мг/л Са2+,mg/l	40– 80	Марганец, мг/л Manganese, mg/l	0.
Содержание нитратов, мг/л Content of nitrates, mg/l	10	Окисляемость, мгО 2 /л Oxidability, mgО 2 /l	2,0
Щелочность, мг-экв/л Alkalinity,mg-eq/l	0,5– 1,5	Жесткость, мг-экв/л, Rigidity, mg-eq/l	≤ 4
Содержание сухого остатка, мг/л Novolatile content, mg/l	500	Мутность, мг/л Turbidity,mg/l	1,0
Содержание нитритов, мг/л Content of nitrites, mg/l	0	Цветность, град Chromaticity, hail	10

К воде, применяемой для производства пива, предъявляются более высокие требования, о чем свидетельствуют данные таблиц ы 1. Остальные показатели воды должны соответствовать следующим санитарным правилам и нормам: СанПиН 2.1.4.1074-01, СанПиН 2.3.2.1078-01, СанПиН 2.1.4.1116-2002 [15–17]. Выполнение данного условия является гарантией получения качественного и безопасного продукта.

Далее рассмотрим показатели, которые формируют качество воды и влияют на ход таких процессов, как замачивание и проращивание зерна ячменя, чтобы установить их оптимальное значение.

Нами установлено, что к основным показателям, оказывающим существенное влияние на качество воды в процессе замачивания, относятся: соли магния и кальция; ионы железа; хлориды; уровень рН; микробиологические показатели и другие соединения (рисунок 1) . Вода, применяемая на стадиях замачивания и проращивания, должна отвечать определенным требованиям (таблица 2) .

Таблица 2. Требования к качеству воды для замачивания и проращивания ячменя

Table 2.

Water quality requirements for soaking and germinating barley

Показатель Index	Значение показателя Value
Содержание ионов железа, не более, мг/л Content of iron, no more, than a mg/l	0,3
Содержание минеральных солей, не более, мг-экв/л The content of mineral salts, no more, mg-eq/l	4
Водородный показатель, pH Hydrogenindex, pH	7
Общее микробное число, КОЕ/мл, не более Total microbic number, WHICH, no more	50
Хлориды, мг/л, неболее Chlorides, mg/l, no more	350
Содержание других соединений Content of other substances	Присутствие Presence

Выполнение всех требований по воде, представленных в таблице 2, может положительно влиять на ход исследуемых процессов.

Однако, как показывают многочисленные результаты исследований, исходная питьевая вода, поступающая на российские предприятия пивоваренной отрасли, не имеет необходимого уровня качества и редко отвечает требованиям для приготовления напитков [6, 7].

В связи с этим, актуальным становится вопрос поиска эффективных способов водоподготовки для коррекции основных свойств воды, которые определяют санитарно-гигиеническое состояние и технологическую пригодность для данных процессов.

В процессе подготовки воды необходимо использовать соответствующие способы воздействия, которые обеспечивают необходимый уровень качества воды (рисунок 2) .

Выбор того или иного метода определяется исходным качеством воды, а, следовательно, и глубиной умягчения.Анализ литературных источников показал, что на сегодняшний день не существует единого метода по комплексному удалению железа из воды, но целенаправленно используя определенную схему очистки, можно добиться желаемого результата в каждом конкретном случае [1, 11, 12, 20, 22].

В условиях низкого качества водопроводной воды производители вынуждены искать эффективные способы водоподготовки для коррекции свойств воды и ее обеззараживания. К числу таких нетрадиционных методов можно отнести ультразвуковое воздействие [3, 13, 14, 20, 21, 23–27].

В последние годы ультразвуковое воздействие находит все более широкое применение в промышленности. В научных исследованиях оно охватывает такие области, как квантовая акустика, интроскопия, голография, ультразвуковая фазомерия, акустоэлектроника.

ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ SAFETY INDICATORS

Общее микробное число Totalmicrobialnumber

m

m

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕПОКАЗАТЕЛИ

PHYSICAL AND CHEMICAL INDICATORS

к

Pi w

о со pi О

Q

S

Водородный показатель Hydrogenindex

Жесткость общая Totalhardness

Содержание железа Theironcontent

Хлориды Chlorides

к

ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ORGANOLEPTIC INDICATORS

Запах		Привкус
Smell		Aftertaste

Цветность Chromaticity

Мутность Turbidity

Рисунок 1. Показатели, определяющие качество воды, применяемой в технологии пищевых производств

Figure1. Indicators that determine the quality of water used in food production technology

in > 5 d s s РЧ 2 H
	—►	Способы умягчения Ways of softening
		Способы обезжелезивания Ways of deferrization
	—►	Способы обеззараживания Methods of disinfection

Термический Thermal
		Регулирование содержания кальция, магния
Реагентный Reagent
		Regulation of the content of calcium, magnesium
Ионного обмена Ion exchange
Ионный Ionic		Регулирование содержания железа Regulation of iron content
Мембранный Membrane
Биологический

Хлорирование Chlorination

Регулирование микробиологических показателей

Ultrasonic processing

УЗ-обработка

Хлордиоксид Chlorodioxide

Озонирование Ozonation

УФ-лучи

Ultraviolet rays

Regulation of microbiological indicators

Рисунок 2. Способы обработки воды, используемой для производства напитков

Figure2. Methods of treatment of water used for the beverage industry

Однако на сегодняшний день бурное развитие и применение ультразвуковых технологий в пищевых производствах пока носит ограниченный характер.

Известно, что УЗ-воздействие ускоряет процесс окисления Fe ²⁺ в Fe ³⁺ с последующим образованием Fe(OH) 3 , что согласуется со снижением значений рН, а также с результатами оценки устойчивости состояний железа в воде.

Исследования, проводимые учеными в разное время, подтверждают факт обеззараживающего эффекта ультразвукового воздействия на жидкие среды, в том числе воду: под воздействием ультразвука в жидкой среде гибель микроорганизмов происходит преимущественно вследствие разрушения клеточных оболочек вторичным звуком [3, 13, 14].

Необходимо отметить, что реакция на ультразвуковое воздействия отличается для различных микроорганизмов разной формы и прочности их оболочки: известно, вероятность гибели палочковых и жгутиковых бактерий очень высока в акустическом поле, чем кокковых. Это обусловлено различным значением предельных механических напряжений, возникающих в оболочках под воздействием их деформации и деформацией среды, через которую распространяется возмущение давления.

Предлагаемый нами метод решения поставленной задачи основывается на использовании эффектов ультразвукового (УЗ) воздействия в технологии производства пива на этапе водоподготовки.

Нами был исследован процесс влияния ультразвука на показатели качества воды, которые оказывают существенно влияние на процесс получения солода.

К таким показателям можно отнести уровень рН, общую жесткость и общее микробное число (ОМЧ). Результаты механизма воздействия ультразвука на эти показатели представлены на рисунках 3 и 4.

Данные рисунка 4 свидетельствуют о том, что значение уровня рН снижается в результате обработки воды ультразвуком. Максимальное снижение наблюдается при условии, что время обработки составляет 1 мин., мощность - 240 Вт.

Анализируя данные, представленные на рисунке, можно отметить, что ультразвуковое воздействие приводит к снижению значений общей жесткости воды при следующих параметрах: режимы обработки с мощностью 180 Вт, экспозицией обработки 5 мин. и мощностью 240 Вт, продолжительностью воздействия

• 3    мин. позволяют достичь наиболее существенного влияния на исследуемый показатель качества.

Обработка ультразвуком мощностью 180 Вт в течение 3 минут положительно влияет на снижение общего микробного числа (ОМЧ). Увеличение значения мощности и экспозиции ультразвукового воздействия позволило существенно снизить уровень ОМЧ, причем эффект воздействия ультразвуком 180 Вт, 5 мин и 240 Вт, 3 и 5 минут различался незначительно.

Таким образом, ультразвуковая обработка при мощности воздействия 180 Вт и времени обработки 5 мин и мощности 240 Вт и времени 3 и 5 мин позволила снизить значение ОМЧ воды в 6–7 раз.

По результатам исследования влияния ультразвукового воздействия на протекание процесса водоподготовки в производстве пива можно вынести следующее.

Рисунок 3. Зависимость рН воды от параметров УЗ-воздействия

Figure3. The dependence of the pH of the water parameters by ultrasound exposure

Ультразвуковая обработка воды (при следующих параметрах частоты 22 кГц, мощности 180 Вт, экспозиции 5 мин. и мощности 240 Вт, продолжительности воздействия 3 мин.) позволяет достичь наиболее выраженного влияния на такие показатели качества, как:

• •    жесткость, которая снижается на 14–22% от первоначального значения;

• •    рН, который снижается на 0,28–0,35 ед.;

• •    общее микробное число, которое снижается в 6–7 раз.

Комплексный анализ полученных результатов позволил установить в качестве наиболее эффективного режима ультразвукового воздействия обработку воды в течение5 мин. при мощности воздействия 180 Вт и определить возможности и перспективности использования ультразвуковой обработки для кондиционирования свойств воды при производстве пива.

Рисунок 4. Зависимость общей жесткостиводы от параметров УЗ-воздействия

Figure4. The dependence of the total hardness of the water parameters by ultrasound exposure

Заключение

В целом можно отметить, что ультразвуковое воздействие не только оказывает положительное влияние на качество и свойства воды на этапе подготовки для солодоращения,