На правах рукописи

ЦАГОЛОВ ЗАУР ЕРМАКОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОЛОГИЧЕСКИ

АКТИВНОЙ ДОБАВКИ ИЗ ПИВНОЙ ДРОБИНЫ

ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ БРОЖЕНИЯ

05.18.07 – «Биотехнология пищевых продуктов

и биологических активных веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж – 2014

2

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Гернет Марина Васильевна ГНУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности Официальные оппоненты: Поляков Виктор Антонович доктор технических наук, профессор, академик РАСХН, ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии, директор Пономарева Мария Сергеевна кандидат технических наук, ООО «Пивоварня Новорижская», заведующая лабораторией Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный

университет технологий и управления им.К.Г. Разумовского», г. Москва Защита состоится «11» июня 2014 года в 13 ч 30 мин на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 при фе-деральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государ-ственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ») по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19,конференц зал. Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д 212.035.04. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГУИТ». Полный текст диссертации размещен в сети «Интер-нет» на официальном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» www.vsuet.ru. Ав-тореферат размещен в сети «Интернет» на официальном сайте Мини-стерства образования и науки РФ www.vak2.ed.gov.ru и на официаль-ном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» www.vsuet.ru «10» апреля 2014 г. Автореферат разослан «30» апреля 2014 г. Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Успенская М.Е.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пивоваренная отрасль является одной из ведущих в пищевой промышленности России и других стран.

Получение конечного продукта происходит с образовани-ем различных, так называемых, вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) – отходов, являющихся ценным сырьем для создания дру-гих продуктов, в том числе и пищевых.

Актуальность вопроса утилизации ВСР уже давно ни у ко-го не вызывает сомнений, так как в первую очередь это связано с вопросом экологии. Из ВСР пивоваренного производства наибольший интерес, как по количеству, так и по качественному составу вызывает пивная дробина.

Известны основные пути ее применения: использование в качестве корма для скота; для выращивания плесневых грибов и дрожжей; после специальной обработки – в качестве добавок в различные пищевые продукты. Однако многие аспекты до сих пор не реализованы в промышленных масштабах.

В последние годы достаточно широко и успешно приме-няют активаторы брожения, к которым следует отнести вещества жирного ряда, различные экстракты, витамины, азотсодержащие вещества, минеральные соли.

В связи с вышеизложенным, актуальным следует считать исследования и разработку технологии получения биологически активной добавки (БАД) из ВСР и применение их для интенси-фикации процессов брожения.

Цель работы – разработка комплексной технологии полу-чения биологически активной добавки (БАД) из пивной дробины на основе биотехнологических принципов. В рамках поставленной цели решались следующие задачи: - обосновать параметры обработки пивной дробины экологиче-

ски чистыми реагентами для ее дезинфекции;

- выбрать и проанализировать применение ферментных препара-

тов (ФП) для получения ферментолизата пивной дробины;

- теоретически обосновать и экспериментально подтвердить це-

лесообразность использования спирулины платенсис в качестве

дополнительного источника питания БАД для интенсификации

процессов брожения;

4

- исследовать и установить способ обработки ферментолизата

пивной дробины для интенсификации процесса брожения кваса

и пива;

- получить БАД и исследовать состав в сравнении с известным

зарубежным аналогом;

- провести опытно-промышленную апробацию предложенной

технологии и рассчитать экономическую эффективность от при-

менения БАД при производстве продуктов брожения (на приме-

ре кваса).

Научная новизна. Исследованы дезинфицирующие свой-

ства электрохимически активированных (ЭХА) растворов при

переработке дробины.

Проанализированы и выбраны ферментные препараты

(Laminex®BG2+ Alphalase®AP3; Ondea Pro), позволяющие эф-

фективно проводить биокатализ основных составляющих пивной

дробины.

Теоретически обосновано и экспериментально подтвер-

ждено использование спирулины платенсис в качестве дополни-

тельного источника питания БАД для интенсификации процес-

сов брожения.

Исследованы физические методы (перемешивание, гомо-

генизация, УЗ – обработка) обработки ферментолизата пивной

дробины и установлены параметры обработки для максимально-

го извлечения азотистых и редуцирующих веществ.

Исследованы аминокислотный и углеводный составы, по-

лученной БАД и проведен ее сравнительный анализ с известным

зарубежным аналогом.

Практическая значимость. Разработана технология про-

изводства БАД из пивной дробины для интенсификации процес-

са брожения:

- разработаны режимы дезинфекции пивной дробины ано-

литом, полученном на установке СТЭЛ, в результате которой

увеличился срок её хранения в 3-4 раза с сохранением асептики;

- проведен сравнительный анализ биокаталитических

свойств ФП для интенсивной биодеградации пивной дробины;

- подобраны условия действия выбранного ФП, при при-

менении которого концентрации азотистых и редуцирующих

5

веществ в ферментолизате увеличена по сравнению с исходным

сырьем в 4,2 и 3,7 раз соответственно;

- исследовано влияние физических и химических приемов

и разработана дополнительная стадия в технологическом про-

цессе получения БАД – обработка ферментолизата ультразвуком

и дополнительное введение источника витаминов в виде препа-

рата спирулина платенсис. Разработанные приемы позволили

интенсифицировать процесс брожения на 20-30% при одновре-

менном улучшении качества готового продукта;

- разработана ТИ получения БАД на основе пивной

дробины;

- в производственных условиях ООО «Солар Бир»

(г. Москва) проведена промышленная апробация БАД;

- ожидаемый расчётно-экономический годовой эффект от

внедрения технологии утилизации пивной дробины для получе-

ния 10 т БАД составляет 1млн 940 тыс руб.

Научные положения, выносимые на защиту: – технология БАД из пивной дробины; – интенсификация процессов брожения кваса и пива.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование соответствует пп. 2, 4 паспорта

специальности 05.18.07 – «Биотехнология пищевых продуктов и

биологических активных веществ».

Апробация работы. Основные положения и результаты

диссертационной работы доложены и обсуждены в период с

2011 по 2013 г. на заседаниях ученого совета ФГБОУ ВПО

«Московский государственный университет пищевых произ-

водств»; научной конференции по направлению «Технологии и

производственный менеджмент» (г.Москва, МГУПП, 2011г); на

Международной научно-практической конференции «Пути ин-

тенсификации производства и переработки сельскохозяйствен-

ной продукции в современных условиях» (г. Волгоград, ГНУ

Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной

продукции Россельхозакадемии 2012г). Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 рабо-

ты, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и

6

2 - в сборниках конференций, в которых отражены основные ее положения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа из-ложена на 144 страницах машинописного текста и включает вве-дение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, две главы экспериментальной части, выводы, спи-сок использованной литературы из 166 источников, из них 31 – иностранные, и четыре приложений. Иллюстрационный матери-ал представлен 48 рисунками, 20 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность темы и определены

основные направления исследований. Глава 1. «Обзор научно-технической литературы». В

обзоре литературы проведен анализ литературных и собствен-ных данных химического состава пивной дробины, как ВСР пи-воваренного производства, способов утилизации дробины. При-ведены данные применения электрохимически активированной воды в пищевой промышленности. Описаны способы и возмож-ности интенсификации процессов брожения за счет дополни-тельного введения БАД из различных источников. Обзор литера-туры позволяет сделать вывод об актуальности выбранной темы, связанной с интенсификацией технологических процессов в бродильных производствах с применением БАД, в том числе по-лученных при биотрансформации пивной дробины.

Глава 2. «Объекты и методы исследования». Объектами

исследования служили: пивная дробина; ферментные препараты: «Laminex®BG2», «Alphalase®AP3», «Ultraflo MAX», «At-tenuzime®Fleх», «Тermamyl SC», «Ondea Pro»; препарат на осно-ве сине-зеленой водоросли Спирулина платенсис; ЭХА-раствор, приготовленный на установке СТЭЛ -10Н-120-01.

При проведении исследований применяли методы, исполь-зуемые в бродильных производствах: содержание азотистых и редуцирующих веществ в БАД определяли по методам Лоури и ДНС (основанному на образовании редуцирующих веществ с 3,5 – динитросалициловой кислотой окрашенной жидкости) соот-ветственно; определение качественного и количественного со-става аминокислот БАД проводили на хроматографе жидкостном «Agilent 1200» c диоднометричным дедектором; определение

7

сахаров в растворах БАД методом высокоэффективной жидкост-ной хроматографии (ВЭЖХ).

Физико-химические и микробиологические показатели квасного сусла и кваса определяли по методикам, принятым в пивобезалкогольной промышленности.

Глава 3. «Разработка технологии БАД из пивной дро-бины». Первый этап - обработка пивной дробины электрохими-чески активированной (ЭХА) водой. ЭХА-воду получали на установке СТЭЛ -10Н-120-01. Режим работы установки следую-щий: скорость потока 15 дм3/ч, I = 9A, U = 28В. Анолит служил, как асептик

Были проведены исследования по определению дезинфи-цирующей способности полученного анолита (табл. 1). Для этого были получены два варианта раствора анолита:

1 - pH 3, φ=200мВ; 2- pH 5, φ=100мВ. Гидромодуль 1:1 (соотношение дробины и анолита по мас-

се). Контролем служил образец дробины, обработанной водо-проводной водой. Как видно, из таблицы 1, наиболее эффектив-ным оказался 1 вариант раствора с режимом обработки 12 мин. Дальнейшее увеличение времени выдержки дробины в растворе не целесообразно. При обработке различными реагентами суще-ственным является определение гидромодуля (соотношение твердой и жидкой фракции). Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 1. Влияние длительности обработки пивной дробины растворами анолитов на количество микроорганизмов (КОЕ/см3).

Вариант раствора,

(гидромодуль 1:1)

Количество микроорганизмов, КОЕ/см3

пивной дробины

Длительность обработки

0мин 5мин 10мин 15мин 20мин 30мин

1 35 15 0 0 0 0

2 37 30 23 22 20 15

Контроль 37 50 62 65 72 87

8

Таблица 2. Исследование влияния гидромодуля (дробина:анолит) на дезинфицирующую способность дробины.

Гидромодуль (соотношение дробины и анолита по массе)

Количество микроорганизмов, КОЕ/см3 пивной дробины

Длительность обработки

0 мин 10мин 20мин 30мин

Контроль 39 43 54 75

1:3 40 0 0 0

1:2 40 0 0 0

1:1 36 4 0 0

Наиболее оптимальным режимом (таблица 2) обеззаражи-

вания дробины является гидромодуль 1:2 с продолжительностью обработки 10 мин.

Срок хранения обработанной дробины ЭХА раствором в нестерильных условиях представлен в таблице 3.

Таблица 3. Исследование влияния анолита на срок хранения

пивной дробины. Продолжительность

хранения, ч Количество микроорганизмов, КОЕ/100см3 в пивной дробине

(опыт/контроль) 0 0/400

24 0/сплошной рост

48 0/сплошной рост

72 0/сплошной рост

96 2/сплошной рост

120 50/сплошной рост

Срок хранения дробины, обработанной ЭХА-раствором

увеличивается до 96 ч. В контрольном варианте (без обработки) через 24 ч отмечался сплошной микроорганизмов.

Второй этап – проведение сравнительного анализа био-

каталитических свойств ФП для интенсивной биодеградации

пивной дробины. Главный критерий выбора ФП – это макси-

9

мальный выход азотистых и редуцирующих веществ в фермен-

толизате пивной дробины, а также определение оптимальных

дозировок ФП.

Источниками ассимилируемого азота для дрожжей явля-

ются низкомолекулярные продукты распада белков. Легче всех

усваиваются аминокислоты, несколько хуже ди- и трипептиды.

Известно, что содержание азота в усвояемой форме в значитель-

ной степени определяет синтез и образование биомассы

дрожжей. Если состав сред сбалансирован по аминокислотам,

повышается бродильная активность дрожжей, их продуктив-

ность, а также скорость потребления углеводов.

Известно, что наиболее интенсивно рост и размножение

дрожжей происходит на средах, содержащих смесь аминокислот.

Использование ФП эндогенного происхождения позволяет про-

водить гидролиз составных частей субстрата в мягких условиях,

не затрагивая не свойственных тем или иным ферментам различ-

ных соединений.

Были выбраны следующие дозировки ФП (%) от количе-

ства сухих веществ (СВ) пивной дробины: 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1.

Ферментные растворы готовили разведением в приготовленном

ЭХА растворе (гидромодуль 1:4). Далее полученным водным

раствором ФП проводили ферментолиз пивной дробины при

гидромодуле 1:4 (дробина : ФП), при оптимальных условиях

действия фермента. Учитывая состав пивной дробины, нами по-

мимо отдельных ферментных препаратов были составлены

мультиэнзимные композиции (МЭК), в состав которых входили

амилолитические, протеолитические и целлюлолитические фер-

менты, наилучшие из которых по биодеградации основных ком-

понентов представлены в таблице 4. Исследовав 6 ФП и 3 МЭК на количественное содержание

азотистых и редуцирующих веществ в ферментолизате, устано-вили, что наиболее эффективными оказались ФП «Ondea Pro» в дозировке 0,4 % от количества СВ и МЭК, в состав которого входят «Laminex®BG2» и «Alphalase®AP3» в дозировках по 0,4 % от количества СВ. Количество азотистых и редуцирую-щих веществ при использовании ФП «Ondea Pro» составили (мг/100см3): 214,3 и 2,41 соответственно, а для МЭК (мг/100см3):201,2 и 2,33.

10

Таблица 4. Влияние ФП и МЭК на содержание азотистых и редуцирующих веществ, при гидролизе пивной дробины.

Название ферментного

препарата

Содержание

Азотистых веществ, мг/100см3

Редуцирующих веществ, мг/100см3

«Laminex®BG2» 176,2 2,14

«Alphalase ®AP3» 160,8 2,0

«Laminex®BG2»+ «Alphalase®AP3»

201,2 2,33

«Ultraflo MAX» 167,5 1,77

«Attenuzime®Fleх» 171,2 1,92

«Тermamyl SC» 174,4 1,92

«Ultraflo MAX» + «Attenuzime®Fleх»

185,7 2,0

«Ultraflo MAX» + «Тermamyl SC»

186,7 2,0

«Ondea Pro» 214,3 2,41

Следует отметить, что наилучший результат с ФП «Ondea Pro» был достигнут уже на 4 ч ферментации, что также играет немаловажную роль с экономической точки зрения. С другими ФП лучшие результаты достигнуты при более длительном про-цессе ферментации.

Механизм получения таких результатов ФП «Ondea Pro» объясняется его уникальной мультиферментной составляющей препарата, которая состоит из следующих ферментативных ак-тивностей: α-амилазной, глюкоамилазной, пуллуланазной, β-глюканазной и протеазой.

Однако, исходя из экономических соображений (стоимость ФП «Ondea Pro» в 2 раза выше, чем моноферменты) нами также рассматривается возможность использования МЭК: «Lam-inex®BG2»+ «Alphalase®AP3», так как полученные результаты были близки по значению.

Глава 4. «Интенсификация процессов брожения при

производстве пива и кваса». Актуальная задача пищевой промышленности, в частно-

сти, бродильной - разработка новых ресурсосберегающих техно-логий, позволяющих повышать эффективность производства, увеличить выход и качество продукции без существенных до-полнительных материальных затрат. Одно из направлений реа-

11

лизации этой задачи – интенсификация производства и повыше-ние бродильной активности дрожжей за счет введения в пита-тельную среду активаторов брожения, поэтому третий этап работы - использование спирулины платенсис в качестве допол-нительного источника питания БАД для интенсификации про-цессов брожения

В состав микроводоросли входит множество компонентов питательной среды – факторы роста (витамины, аминокислоты, макро- и микроэлементы), которые участвуют в процессе мета-болизма дрожжей. Все эти компоненты содержатся в препарате в сбалансированном количестве. Особенность микроводоросли - высокое содержание в ее биомассе белка, около 60-70% на СВ. Уникален также ее аминокислотный состав, который представ-лен всеми незаменимыми аминокислотами.

Интенсификацию процессов брожения с БАД проверяли при брожении квасного и пивного сусла. Квасное сусло готовили из ККС с содержанием СВ 6 %. БАД добавляли одновременно с внесением дрожжей Saccharomyces cerevisiae в количестве от 1 до 5 %. Спирулину платенсис вносили в БАД в количестве 1 мг. Брожение сусла проходило при 25-30 ºС, в течение 24 ч. Кон-тролем служили образцы без добавления БАД. Результаты влияния различных дозировок БАД на бро-дильную активность дрожжей в процессе брожения кваса пред-ставлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние различных дозировок БАД и спирулины на бродильную активность дрожжей

255075

100125150175200225250275300

БАД БАД +

спирулина

Бр

од

ил

ьн

ая

ак

ти

вн

ость

др

ож

жей

к к

он

тр

ол

ю,

%

1%

3%

5%

Контр

12

Рисунок 2. Влияние различных дозировок спирулины в составе БАД на бродильную активность дрожжей

Как видно из рисунка 2, оптимальная дозировка спирули-ны платенсис в БАД - 2 мг.

Известно, что спирулина плохо растворима, поэтому чет-вертый этап работы – исследование различных типов обработок для максимального извлечения из неё питательных веществ. Из-вестно, что различные типы обработки (гомогенизация, ультра-звук) позволяют наиболее полно разрушать клетки, извлекать из субстрата необходимые питательные вещества, что положитель-но сказывается в дальнейшем на метаболических процессах дрожжевой клетки. Исследовали следующие типы обработки БАД: перемешивание (контроль), гомогенизация (ГМ) и ультра-звук (УЗ).

Вначале обработку проводили в течение 3 мин. Результаты эксперимента представлены на рисунке 3.

98

233

200

255075

100125150175200225250275300

0,5 2 3

Бр

од

ил

ьн

ая

ак

ти

вн

ость

др

ож

жей

к

ко

нтр

ол

ю, %

Дозировки спирулины, мг

13

Рисунок 3. Влияние различных обработок БАД на бродильную активность дрожжей к контролю, (%).

Как видно из рисунка 3 наилучший результат был получен

при обработке БАД ультразвуком. Ультразвуковые колебания значительно ускоряют протекание гетерогенных диффузионных процессов. Это происходит за счет различных эффектов, возни-кающих под действием ультразвука, следствием которых являет-ся разрыв клеток, лучшее перемешивание содержимого клетки, увеличение проницаемости клеточных структур и т.д.

Нами был использован ультразвуковой аппарат с частотой колебания 37 кГц. Для подбора времени обработки был проведен эксперимент с различными режимами обработки – 5, 7, 10 мин, контролем (К) служил образец с режимом обработки 3 мин.

Результаты эксперимента представлены на рисунке 4.

275,2

310,9343,4

50

100

150

200

250

300

350

400

К ГМ УЗ

Бр

од

ил

ьн

ая

ак

ти

вн

ость

др

ож

жей

к

ко

нтр

ол

ю, %

14

Рисунок 4. Влияние продолжительности обработки БАД ультразвуком на бродильную активность дрожжей к контролю, (%).

В результате проведенных нами исследований наилучший

результат был достигнут при режиме обработки БАД в течение 7 мин.

Известно, что при производстве кваса помимо квасных дрожжей и молочнокислых бактерий используют хлебопекарные дрожжи. Для поддержания физиологического и микробиологи-ческого состояния дрожжей используют обработку молочной или ортофосфорной кислотой. Установлено, что после проведе-ния кислотной обработки необходимо провести подкормку дрожжей с использованием специальных препаратов содержа-щих аминокислоты, витамины, минеральные вещества.

Вопрос о целесообразности использования подкормок в бродильных производствах изучен недостаточно, хотя и имеются немногочисленные данные, подтверждающие их благоприятно воздействие.

Результаты влияния различных дозировок БАД на резуль-таты процесса брожения кваса представлены на рисунке 5.

343,4

359,26

378,95

340,5

300310320330340350360370380390400

К 5 7 10

Бр

од

ил

ьн

ая

ак

ти

вн

ость

др

ож

жей

к

ко

нтр

ол

ю, %

Длительность обработки, мин

15

а)

б)

Ко

нтр

0,2 0,5 1 2 3 4 5 63570

105140175210245280315350385420

Бр

од

ил

ьн

ая

ак

ти

вн

ость

др

ож

жей

к к

он

тр

ол

ю,%

Дозировки(БАД), см3/100см3

0

4

8

12

16

20

24

28

0 4 8 24

Ко

ли

честв

о д

ро

жж

ев

ых

кл

ето

к,м

лн

/см

³

Продолжительность брожения,ч

Контр

0,2

0,5

1

2

3

4

5

6

16

в)

г) Рисунок 5. Влияние БАД на бродильную активность дрожжей, % (а); накопление дрожжевых клеток (б); изменение содержания сухих веществ (в); изменение рH (г) в процессе брожения.

Следует отметить тот факт, что введение дополнительного

источника аминокислот (препарат спирулина платенсис) улучшает физиологическое состояние клетки и стимулирует метаболизм дрожжей, о чем свидетельствуют превосходящие результаты.

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

рН

Продолжительность брожения, ч

0,2

0,5

1

2

3

4

5

6

Контр

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

0 4 8 12 16 20 24 28

СВ

, %

Продолжительность брожения, ч

0,2

0,5

1

2

3

4

5

6

Контр

17

Результаты испытаний показали, что из трех типов обра-ботки БАД наиболее эффективным оказался процесс ультразву-ковой обработки, о чем свидетельствуют данные результатов опыта.

Из полученных данных рис.5 (а, б, в, г) видно, что наиболее активной оказалась дозировка 3 см3 (бродильная активность дрожжей составила 378,5% по сравнению с контролем, концен-трация дрожжевых клеток составила 28,4 млн/см3). Результаты исследований показывают, что опытные образцы интенсивнее сбраживают СВ сусла по отношению к контролю, что свидетель-ствует о повышенной физиологической активности дрожжей.

Полученную БАД также исследовали в процессе брожения пивного сусла. Ее вносили совместно с дрожжами Saccharomyces cerevisiae расы 8а(М). Применение БАД, как активатора, позво-ляет повысить действительную степень сбраживания к контролю на 117% , также с увеличением степени сбраживания увеличи-лось содержание этанола, которое составило 129%. Концентра-ция дрожжевых клеток достигла 14,6 млн/см3, что составило 132% по отношению к контролю. Содержание редуцирующих веществ в пиве было ниже, чем в контрольном образце без до-бавления БАД, что свидетельствует о более интенсивном по-треблении углеводов сусла дрожжами.

Полученная БАД содержит СВ 3 %, что является неста-бильным соединением для ее длительного хранения, поэтому пятый этап работы - концентрирование БАД, исследование ее состава в сравнении с известным зарубежным аналогом. Концен-трирование проводили на вакуум – выпарной установке ИР-1-ЛТ, Labtech, при температуре 30-35ºC до концентрации СВ не менее 50%. Установлено, что концентрирование при температу-ре 30-35ºC не приводит к потере биологической активности по-лученной БАД.

Концентраты БАД были испытаны при производстве кваса и пива. Полученные данные подтвердили полную сохранность биологически активных веществ.

Данные, полученные по аминокислотному составу, с ис-пользованием метода хроматографии показывают сбалансиро-ванное соотношение незаменимых и заменимых аминокислот в БАД, что дает предпосылки для возможной интенсификации процесса брожения с её использованием.

18

Сравнивая, полученную БАД с зарубежным аналогом «Истлайф Экстра» можно отметить присутствие в полученной БАД такой незаменимой аминокислоты, как триптофан, и ряда других аминокислот (таблица 5).

Рядом ученых выдвинута теория прямого усвоения амино-кислот и доказано, что лучшим источником азота для дрожжей является азот аминокислот.

Известно, что дрожжи наиболее активно в период лаг-фазы ассимилируют метионин, серин и цистеин. В период интенсив-ного размножения клеток, в экспоненциальной фазе, биосинтез белка обеспечивает лейцин, лизин, тирозин и глутаминовая кис-лота.

При декарбоксилировании триптофана образуется биоло-гически активное вещество триптамин, которое в совокупности с другими аминокислотами участвует в формировании вкуса, цве-та и букета полученного напитка.

Кроме того, если питательные среды сбалансированы по аминокислотам, то при развитии дрожжевых клеток в 1,3-1,6 раз снижается уровень синтезируемых высших спиртов.

Таблица 5. Сравнительная характеристика содержания амино-кислот

БАД (мг/см3) / АСВ «Истлайф Экстра» (мг/см3) / АСВ

Незаменимые

валин – 3,65; изолейцин – 2,79; лейцин – 8,9; лизин – 5; метионин – 2,46; треонин – 2,87; триптофан – 1,33; фенилаланин – 5,4

валин – 5; изолейцин – 4,5; лейцин – 7; лизин – 5,4; метионин – 1,5; треонин – 3; фенилаланин – 5

Заменимые аргинин – 6,96; аланин – 4,29; аспарагин – 1,24; аспарагиновая к-та – 11,56; глютаминовая к-та – 4,46; глицин – 1,5; гистидин – 2,7; глю-тамин-6,26; серин – 2,76; тирозин – 3,67

аргинин – 6,96; аланин – 4,29; аспарагин – 1,24; аспарагиновая к-та – 11,56; глютаминовая к-та – 4,46; глицин – 1,5; гистидин – 2,7; глютамин-6,26; серин – 2,76; ти-розин – 3,67

Помимо аминокислот в БАД были обнаружены следующие

углеводы (мг/см3): фруктоза – 29,3; глюкоза – 103,23. Установ-лено, что применение БАД позволяет сократить продолжитель-

19

ность брожения квасного сусла на 20-30%. Длительность про-цесса главного брожения – при производстве пива сокращается на 1,5 суток, дображивания – на 4 суток.

Опытно-промышленные испытания подтвердили лабора-торные исследования. Дегустационная оценка качества кваса, полученного без добавки (контроль К) и с добавкой (опыт О) представлена на рисунке 6.

Использование БАД позволяет улучшить вкус готового напитка, получить более насыщенный аромат ржаного хлеба. Бальная оценка опытного образца кваса составляет 19 против 17 баллов в контрольном образце.

Технологическая блок-схема производства БАД из пивной

дробины представлена на рисунке 7: 1-установка ЭХА воды; 2-

сборник для католита; 3-резервуар для хранения анолита; 4-

насос водяной; 5- дозатор объемного действия; 6-бункер для

пивной дробины; 7-емкость для предобработки пивной дробины;

8-фильтр-пресс; 9-реактор для использованного анолита; 10-

реактор для получения БАД; 11-реактор для обработанной дро-

бины; 12- реактор для получения ферментного раствора; 13-

бункер для спирулины; 14-УЗ-установка; 15-аппарат вакуум-

выпаривания.

Рисунок 6. Профилограмма органолептической

оценки кваса: 1 – «К» (контроль); 2 – «О» (опыт).

20

Рисунок 7. Технологическая блок-схема производства

биологически активной добавки (БАД)

1 2 12 13

Вода

Пивная

дробина

католит

Расфасовка

во флаконы

по 50 см3

анолит (рН 3; φ=200mV)

3

СВ 30%

7

5

6

=10мин; t=20-23°С

5

Готовый

БАД

10

8

5

9

4

=4ч; t=60°С

11

=7мин; t=25-30°С; υ=37кГц

8

5

14

t =30-35°С 15

Спирулина,

2мг

ФП

21

ВЫВОДЫ

1. Разработана технология получения БАД из пивной дро-

бины на основе биотехнологических принципов.

2. Установлены оптимальные режимы (рН 3, продолжи-

тельность 10 мин, гидромодуль 1:2) обработки пивной дробины

ЭХА раствором (анолитом) для ее дезинфекции, которые позво-

ляют увеличивать срок хранения до 72 ч при температуре 25-

30°С.

3. Подобран ферментный препарат Ondea Pro и его дози-

ровка 0,4 % от количества сухих веществ пивной дробины, поз-

воляющий получить максимальные значения белковых и реду-

цирующих веществ, соответственно (мг/100см3): 214,3 и 2,41. 4. Определены способы интенсификации процессов броже-

ния, а именно внесение спирулины платенсис в количестве 2 мг

и УЗ-обработка при получении БАД, позволяющие более чем в 2

раза превысить бродильную активность дрожжей. 5. Подобрана дозировка спирулины платенсис – 2 мг. При

этом бродильная активность дрожжей увеличилась в 2,33 раза по

сравнению с контролем.

6. Из приведенных сравнительных методов дополнительной

обработки ферментолизатов (магнитное перемешивание, гомоге-

низация, УЗ-обработка) выбрана УЗ-обработка, позволяющая

более чем в 2 раза превысить бродильную активность дрожжей и

их концентрацию.

7. Получен опытно-промышленный образец БАД; исследо-

ван его углеводный и аминокислотный состав в сравнении с из-

вестным зарубежным аналогом, позволяющий сократить про-

должительность брожения квасного сусла на 20-30 %. Установ-

лено наличие в опытном образце аминокислоты триптофан, что

положительно сказывается на органолептических показателях

кваса.

8. Разработана технологическая инструкция (ТИ) на произ-

водство биологически активной добавки (БАД) из пивной дро-

бины. Ожидаемый экономический эффект от внедрения техноло-

гии получения 10 т БАД из пивной дробины составляет 1 млн

940 тыс руб в год.

22

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Цаголов, З.Е. Разработка биологически активного веще-

ства из пивной дробины для интенсификации процесса броже-

ния. Часть I. Подбор биокатализаторов для биоконверсии пивной

дробины [Текст] / Цаголов З.Е., Гернет М.В. // Пиво и напитки.-

2011. -№ 6. –С.30-31.

2. Цаголов, З.Е. Разработка биологически активного веще-

ства из пивной дробины для интенсификации процесса броже-

ния. Часть II. Подбор оптимальной обработки ферментолизата

пивной дробины [Текст] / Цаголов З.Е., Гернет М.В. // Пиво и

напитки. – 2012. - № 1. –С.13-15.

3. Цаголов, З.Е. Биотехнологические спекты переработки

пивной дробины для получения биологически активного веще-

ства (БАВ)[Текст] / Цаголов З.Е., Гернет М.В. // Сборник мате-

риалов молодых ученых и специалистов по направлению «Тех-

нологии и производственный менеджмент». – Москва: МГУПП.

–2011. – С.328-333. 4. Цаголов, З.Е. Биоконверсия пивной дробины, для полу-

чения биологически активного вещества с целью использования в бродильных производствах [Текст] // Сборник трудов конфе-ренции «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях» // ГНУ Поволжский НИИ производства и переработки мясомолоч-ной продукции Россельхозакадемии, Волгоград. - 2012. – С.133-134.

23

Подписано в печать 11.04.2014. Формат 60X84/16 Усл. п. л. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ 66

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Отдел полиграфии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии:

394036, Воронеж, пр. Революции,19