Использование метода низкотемпературного контакта дрожжей с суслом в технологии безалкогольного пива

Введение. В последние годы наблюдается тенденция к увеличению спроса на безалкогольное пиво, а также повышаются требования к его качеству и цене. Известно, что свойства продукта и затраты на производство в значительной степени зависят от выбранной технологии. В производстве безалкогольного пива используют два основных вида методов: физико-химические и технологические. Если при применении физических методов требуется удалить этиловый спирт из сброженного пива, то цель технологических методов – сдержать образование алкоголя в определенных пределах либо подавить его образование. Технологические методы являются более дешевыми, и воздействовать на процесс можно как на этапе получения сусла, так и на этапе брожения. Так, для подавления образования этанола используют специализированные штаммы дрожжей; иммобилизованные дрожжи; метод прерванного спиртового брожения; метод низкотемпературного контакта дрожжей с суслом и др. [1, 2].

Эффективность технологического процесса и потребительские свойства пива в значительной степени зависят от интенсивности процессов метаболизма дрожжевой культуры. Так, существенное влияние на регуляцию метаболизма дрожжей, их физиолого-биохимическое состояние, на кинетику сбраживания пивного сусла, а также на образование основных, вторичных и побочных продуктов спиртового брожения оказывает температура [3–6].

Одним из доступных технологических методов подавления образования этилового спирта является метод контакта дрожжей с суслом при низких температурах. Известно, что в условиях низких температур дрожжи практически не обра- зуют спирта, но протекающие в них жизненные процессы, такие как поглощение определенных органических кислот, адсорбция ароматических веществ хмеля, образование эфиров, способствуют уменьшению количества карбонильных соединений, появлению пивного аромата и исчезновению привкуса сусла [7].

Цель исследований. Изучение влияния метода контакта дрожжей с суслом при низких температурах на процесс главного брожения и качественные показатели безалкогольного пива.

Задачи исследований : выявить влияние низких температур на интенсивность размножения дрожжевых клеток различных штаммов; изучить воздействие низких температур на динамику накопления этилового спирта в процессе главного брожения; оценить качественные показатели образцов безалкогольного пива, полученные методом низкотемпературного контакта различных дрожжей с суслом.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в производственных условиях на базе предприятия ООО «Подсосновский пивоваренный завод» и в лабораториях кафедры «Технология бродильных производств и виноделия» ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова».

Для производства образцов пива светлого с экстрактивностью начального сусла 7,4 % использовалось следующее сырье: солод пивоваренный ячменный светлый (по ГОСТ 292942014); хмель гранулированный горький сортов Подвязный и Магнум (по ГОСТ 32912-2014); пивные дрожжи низового брожения Saccharomyces cerevisiae штамма Saflager S-23 и верхового для производства безалкогольных напитков и напитков с низким содержанием алкоголя

Saccharomyces cerevisiae var. chevalieri штамма Safale LA-01 (Fermentis, Франция); вода, соответствующая СанПиН 2.1.4.1074-2001.

В работе применялись стандартные методы анализа, принятые в пивоваренной промышленности. Для определения концентрации экстрактивных веществ использовали ареометры-сахаромеры типа АСТ-1 (ГОСТ 18481-81) с погрешностью измерения ±0,05 % [8]. Видимую степень сбраживания анализировали по видимому экстракту расчетным методом [9]. Определение объемной доли этилового спирта проводили с использованием автоматического электронного анализатора спиртосодержащих напитков «Колос-2». Кислотность пива контролировали титрометрическим методом с фенолфталеином – по ГОСТ 12788-87. Определение рН – методом прямой потенциометрии при помощи рН-метра. Определение цвета – методом визуального сравнения с растворами йода различной концен- трации – по ГОСТ 12789-87. Массовую долю двуокиси углерода в пиве определяли с помощью афрометра – по ГОСТ 32038-2012. Органолептические показатели, высоту пены и пеностойкость оценивали по ГОСТ 30060-93.

Результаты и их обсуждение. Для получения образцов светлого безалкогольного пива методом низкотемпературного контакта дрожжей с суслом за основу была взята стандартная технология алкогольного пива. Затирание проводили по настойному способу до получения сусла экстрактивностью 7,4 %. В работе были использованы два штамма дрожжей, обладающие пониженной бродильной активностью: дрожжи Saccharomyces cerevisiae штамма Saflager S-23 и дрожжи, не ассимилирующие мальтозу и мальтотриозу Saccharomyces cerevisiae var. chevalieri штамма Safale LA-01. Сравнительная характеристика данных штаммов приведена в таблице 1.

Сравнительная характеристика штаммов дрожжей

Таблица 1

Показатель	Штамм
	Saflager S-23	Safale LA-01
Вид дрожжей	Saccharomyces cerevisiae	Saccharomyces cerevisiae var. chevalieri
Тип брожения	Низовой	Верховой
Температура брожения, °С	9–22	10–25
Конечная плотность	Средняя	Средняя
Седиментация	Быстрая	Средняя
Флокуляция	Высокая	Низкая
Дозировка, г/Гл	80–120	50–80
Концентрация сложных эфиров, мг/дм³ (при 20 °С)	37,0	4,0
Концентрация высших спиртов, мг/дм³ (при 20 °С)	177,0	50,0
Общее количество бактерий	< 5/мл	< 5/мл
Дикие дрожжи не Saccharomyces	< 1/мл	< 1/мл
Количество живых клеток	> 6 · 109 / г	> 6 · 109 / г

Как видно из таблицы 1, используемые штаммы дрожжей отличались не только по типу брожения, степени седиментации, флокуляции, но и по способности к синтезу вторичных метаболитов. При этом следует отметить, что штамм дрожжей Saflager S-23 обладал повышенным уровнем накопления сложных эфиров и высших спиртов по сравнению со штаммом Safale LA-01.

Данные штаммы вносили в танк с охмеленным пивным суслом согласно спецификации в минимально рекомендуемой дозировке, а именно Saflager S-23 в количестве 80 г/Гл, а Safale

LA-01 – 50 г/Гл. Главное брожение пивного сусла осуществляли по классической схеме в закрытых горизонтально-алюминиевых танках с рабочим объемом 5 м3 в течение семи суток при низких температурах: 8 °С (опыт 1), 6 °С (опыт 2), 4 °С (опыт 3). Контролем являлось сусло, полученное при температуре 10 °С. По окончании главного брожения молодое пиво перекачивали в лагерные аппараты на дображивание. Дображивание пива проводилось при температуре 0–2 °С в закрытых аппаратах без контакта с воздухом по

Технология продовольственных продуктов схеме: двое суток, затем сепарация и повторное дображивание еще в течение шести суток.

На стадии главного брожения вели контроль динамики изменения концентрации дрожжевых клеток и накопления этанола в пиве. Физиологическое состояние дрожжей оценивали по концентрации клеток – методом прямого счета в камере Горяева под микроскопом (рис. 1).

Продолжительность брожения, сут

■ Контроль           । Температура 8 °C

Температура 6 °C ■Температура 4 °C

б

Рис. 1. Влияние различных температур главного брожения на изменение концентрации дрожжевых клеток штамма Saflager S-23 (а) и Safale LA-01 (б)

а

Анализ данных, представленных на рисунке 1, свидетельствует, что изменение температуры существенным образом влияет на прирост клеток. Так, независимо от используемого штамма во всех образцах прослеживалась зависимость сокращения количества клеток от снижения температуры брожения. При сбраживании сусла дрожжами Saflager S-23 максимумы концентраций взвешенных клеток при всех температурах достигались на третьи сутки, а при сбраживании штаммом Safale LA-01 лишь на пятые. Так, наибольший показатель удельной скорости размножения клеток был отмечен при температуре 10 °С и составил для штамма Safale LA-01 – 0,385 а для штамма Saflager S-23 – 0,345 При этом наиболее чувствительными к понижению температуры ниже 8 °С оказались дрожжи Safale LA-01; так, минимальный прирост количества их клеток был отмечен при температурах 6 и 4 °С, а максимальный титр клеток был выявлен на пятые сутки в контроле и составил 32,0 млн/см³.

Результаты изменения показателя объемной доли этилового спирта в процессе главного брожения показаны на рисунке 2.

у 0.6

13  5  7

О       Продолжительность брожения, сут

♦ Контроль        ■ Температура 8°C

А Температура б °C )( Температура 4°С а

б

Рис. 2. Динамика накопления этилового спирта при брожении дрожжей штамма Saflager S-23 (а) и Safale LA-01 (б) в условиях низких температур

Как видно из рисунка 2, в процессе главного брожения концентрация этилового спирта во всех образцах нарастала медленно и незначительно, причем несколько большую бродильную активность при всех изученных температурах проявили дрожжи Saflager S-23. Наименьшее образование этилового спирта наблюдалось в образцах сусла, сброженных при температуре 4 °С; так, к концу главного брожения данный показатель составил в сусле с использованием

Saflager S-23 – 0,33 %, а с применением Safale LA-01 – 0,08 %.

По окончании главного брожения молодое пиво дображивали в течение восьми суток при температуре 0–2 °С и отправляли на фильтрацию. Сравнительная характеристика качественных показателей различных образцов готового пива, полученных при низких температурах брожения, представлена в таблице 2.

Качественные показатели образцов безалкогольного пива

Таблица 2

Показатель	Safale LA-01				Saflager S-23
	Контроль	Опыт 1	Опыт 2	Опыт 3	Контроль	Опыт 1	Опыт 2	Опыт 3
Объемная доля спирта, %об	0,45	0,38	0,25	0,10	0,57	0,55	0,50	0,39
Видимый экстракт, %	5,6	5,7	6,0	6,3	5,3	5,4	5,5	5,7
Видимая степень сбраживания, %	24,3	23,0	18,9	14,9	28,4	27,0	25,7	23,0
Кислотность, к. ед.	0,8	0,9	0,8	0,7	1,0	1,0	0,9	0,8
рН, ед.	4,88	4,91	4,89	4,92	4,55	4,7	4,72	4,72
Цвет, ц.ед.	0,6	0,6	0,5	0,4	0,7	0,6	0,5	0,5
Массовая доля двуокиси углерода, %	0,5	0,5	0,4	0,3	0,6	0,6	0,5	0,5
Пенообразование: высота пены, мм,	26	25	20	18	32	30	30	27
пеностойкость, мин	3	3	2	2	4	4	4	3
Дегустационная оценка, балл	22	22	20	16	19	20	24	23

Из результатов, приведенных в таблице 2, следует, что с понижением температуры главного брожения сусла относительно оптимума для данных штаммов дрожжей происходит повышение значений видимого экстракта в пиве. Очевидно, это связано со снижением активности ферментов, участвующих в сбраживании сахаров сусла (мальтозопермеазы, мальтотриозо-пермеазы, α-глюкозидазы, β-фруктофуранозида-зы и др.) и в транспорте питательных веществ в клетки, что способствует замедлению процессов жизнедеятельности и снижению бродильной активности дрожжей. Наименьшую видимую степень сбраживания имели образцы пива, полученные с использованием штамма Safale LA-01 при температурах брожения 6 и 4 °С, в которых данный показатель составил 18,9 и 14,9 % соответственно, что также косвенно свидетельствует о снижении скорости утилизации углеводов с понижением температуры. Кроме того, опыт 3 с дрожжами Safale LA-01 не соответствовал требованиям нормативно-технической документации по степени насыщенности двуокисью углерода и показателю высоты пены.

Также по результатам исследования было установлено, что в двух образцах пива – контроль и опыт 1, полученных с использованием дрожжей Saflager S-23, показатель объемной доли спирта превышал пороговое значение – 0,5 %. Показатели качества остальных образцов готового пива полностью отвечали требованиям ГОСТ 317112012 на безалкогольное пиво.

Для органолептической оценки образцов использовали принятый в пивоварении метод 25-балльной системы, в которой сенсорные показатели объединены в пять групп (прозрачность, цвет, аромат, полнота вкуса, пенообра-зование и насыщенность диоксидом углерода) с одинаковыми коэффициентами весомости. Проведенная дегустационная оценка показала, что наиболее сбалансированными по вкусу оказались образцы, полученные с использованием штамма Saflager S-23 при температурах 6 °С (24 балла) и 4 °С (23 балла). Данные образцы имели чистый вкус, приятный насыщенный аромат

Технология продовольственных продуктов сброженного солодового напитка с мягкой хмелевой горечью и легким привкусом дрожжей, а также достаточно обильную, устойчивую пену.

Несколько меньшее количество баллов и хорошую оценку (22 балла) получили образцы пива, приготовленные с использованием штамма Safale LA-01 при температурах 10 и 8 °С, которые отличались чистым зерновым ароматом, мягкой хмелевой горечью и слаженным вкусом с наличием суслового сладковатого привкуса, что, вероятно, связано с недостаточной продолжительностью периода дображивания для данного штамма.

Выводы. На основании проведенных исследований установлено, что снижение температуры брожения, независимо от используемого штамма, существенным образом влияет на динамику изменения концентрации дрожжевых клеток в сусле, накопление этанола в пиве и качественные показатели безалкогольного пива. Показано, что при использовании метода низкотемпературного контакта дрожжей с суслом в технологии безалкогольного пива для снижения скорости утилизации углеводов и обеспечения необходимых органолептических показателей готового пива целесообразно использовать обладающие повышенным уровнем накопления вторичных метаболитов низовые дрожжи штамма Saflager S-23 в температурном диапазоне 4–6 °С. В этом случае обеспечивается требуемая полнота вкуса пива, а ощущение сладкого привкуса, суслового и зернового аромата не выходит за рамки допустимых отклонений. В данной технологии также можно рекомендовать использование штамма Safale LA-01 в температурном диапазоне 8–10 °С при условии корректировки вкусового профиля пива, например за счет увеличения продолжительности процесса дображивания.