периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства и установка для его осуществления. Размножение пивных дрожжей
Устройство для размножения семенных пивных дрожжей
Полезная модель относится к пивоваренной промышленности, а именно к этапу размножения семенных пивных дрожжей. Целью заявляемой полезной модели является разработка устройства «единого танка разбраживания», обеспечивающего автоматизированное поддержание оптимальных условий размножения пивных дрожжей по составу культуральной среды для размножения пивных дрожжей и по условиям, обеспечивающим без пересевов из емкости в емкость оптимальную скорость прироста биомассы до требуемых объемов «остаточного количества». Для создания оптимизированной культуральной среды размножения был использован плазмолизат отработанных пивных дрожжей. При этом за основу полезной модели был принят цилиндроконический танк разбраживания, который снабжен рубашкой, служащей для подвода пара и охлаждающей среды, средствами периодической аэрации сусла и кроме вакуумных и предохранительных клапанов, оборудованный моющими головками, отличающийся согласно полезной модели тем, что танк разбраживания оснащен микропроцессором, функционально взаимосвязанным с дозаторами питательных добавок к суслу, а также средствами автоматизации поддержания состава среды размножения, температуры и скорости подачи воздуха, необходимых для оптимизации прироста биомассы дрожжей до объема остаточного количества основного брожения и поддержания дрожжей во взвешенном состоянии, причем аэрационная насадка размещена на дне танка и выполнена в виде серии сопел, включаемых микропроцессором по принципу бегущей волны для поддержания биомассы дрожжей во взвешенном состоянии. При этом устройство экономично, экологически безвредно, просто в реализации, способствует эффективной утилизации отработанных дрожжей и может быть применено на любом пивоваренном предприятии.
Полезная модель относится к пивоваренной промышленности, а именно к устройствам для размножения семенных пивных дрожжей для введения дрожжей в аппарат брожения на этапе основного брожения.
ТИ 18-6-47-85 [Технологическая инструкция по производству солода и пива, М.:1985 г., С.102-103] предписывает рост и увеличение объемов семенных дрожжей производить путем многократных пересевов из емкости в емкость с удвоением объема добавляемого стерильного сусла, используемого как культуральная среда.
Процедура очень длительная и трудоемкая, требующая стерилизации сусла кипячением с последующим охлаждением в специальных устройствах - пропагаторах, дооснащаемых устройствами стерилизации воздуха. Для размножения семенных дрожжей до объема, необходимого для введения в аппарат брожения, пивоваренному предприятию необходимо поочередно использовать несколько устройств нарастающего объема.
Из известных технических решений наиболее близким является устройство для размножения пивных дрожжей, предложенное Вакербауэром [Wackerbauer, К., Zufall, C: Dresdner Brauertag, 17.4.1998, ref. Briforum 5 (1998 s.133-134)], содержащее цилиндроконический танк (ЦКТ), снабженный рубашкой, служащей для подвода пара и охлаждающей среды, и кроме вакуумных и предохранительных клапанов, оборудованный моющими головками, при этом стерильный воздух подают через аэрационную насадку. При этом чистую культуру из колбы предварительного разведения переносят в колбу Карлсберга в разведении 1:200; затем из колбы Карлсберга - в пропагатор в разведении 1:300; после чего переносят в танк чистой культуры в соотношении 1:20 для последующего внесения в ЦКТ на каждые 500 гл. сусла. Таким образом, за 2,5-3 дня наращивают объем дрожжей, достаточный для одной варки, который перекачивают в танк разбраживания. До этого танк заполняют суслом наполовину; сусло стерилизуют в течение 15 минут и охлаждают до+20°С.При этом в танке разбраживания проводят активную аэрацию размножающихся дрожжей стерильным воздухом: в первый день - 1 минута через интервал в 15 минут; во второй день - 1 минут через интервал в 5 минут. Только после этого полученную биомассу дрожжей переносят в аппарат основного брожения, различающийся по емкости для различных предприятий.
Недостатком устройства является необходимость перекачивания порций размножающихся дрожжей через несколько устройств. Кроме того, недостатком устройства является использование сусла как неполноценной культуральной среды и неиспользование специально адаптированных сред. В этих условиях на каждом этапе разведения дрожжей число клеток может соответствовать только верхней границе возможного максимума [Manger,H.J., Annemuller.G.: Speed of Yeast Propagation in Breweries-Basis for Planning and Sizing a Yeast Propagatin Plant.Brauwelt Internat. 19.2001, 117-123]. При этом возникает т.н. «эффект Грабтри». Эффект Грабтри является причиной того, что при разведении дрожжей в сусле невозможно препятствовать образованию этилового спирта, блокирующего размножение дрожжей путем уничтожения молодых почкующихся клеток [Magner. H.J., Annemuller.G.; Speed of Yeast Propagation in Breweries-Basis for Planning and Sizing a Yeast Propagation Plant. Brauwelt Internat. 19, 2001, 117-123; Гавин Миллар и др. «ЦКТ пивзавода «Велке Поповице», Пиво и жизнь, 2003 С 17-21 // www.propivo.ru Beer @ Life magazine]. Кроме того, недостатком устройства является необходимость многократных пересевов семенных пивных дрожжей и внесение их в аппарат основного брожения из танка «разбраживания» в соотношении 1:20 к требуемому для основного брожения объему. Это соответствует практике пивоварения, при которой в ЦКТ вносится только часть необходимого объема дрожжей, которые за первые два дня основного брожения размножаются до необходимого объема остаточного количества. Так Мальцев П.М. [Технология солода и пива, М.: Изд-во «Пищевая промышленность», 1964, С.499-500] считает, что при засеве 0,5 л жидких дрожжей на 1 гл сусла обычно получается четырехкратный прирост дрожжей, учитывая при этом, что каждая дрожжевая клетка успеет произвести до 40 делений до момента начала автолиза из-за возникающего дисбаланса углеводной и азотистой составляющих сусла и под влиянием эффекта Грабтри.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является разработка устройства единого танка разбраживания, автоматически обеспечивающего оптимизацию условий размножения пивных дрожжей, как по составу культуральной среды размножения пивных дрожжей, так и по условиям, обеспечивающим без пересевов из емкости в емкость оптимальную скорость прироста биомассы до требуемых объемов «остаточного количества».
Техническая задача решается тем, что в известном устройстве для размножения семенных пивных дрожжей представляющем собой цилиндроконический танк разбраживания, который снабжен рубашкой, служащей для подвода пара и охлаждающей среды, средствами периодической аэрации сусла и кроме вакуумных и предохранительных клапанов, оборудован моющими головками, и аэрационной насадкой для подачи стерильного воздуха, согласно полезной модели танк разбраживания оснащен микропроцессором, функционально взаимосвязанным с дозаторами питательных добавок к суслу, а также средствами автоматизации поддержания состава среды размножения, температуры и скорости подачи воздуха, необходимых для оптимизации прироста биомассы дрожжей до объема остаточного количества основного брожения и поддержания дрожжей во взвешенном состоянии, причем аэрационная насадка размещена на дне танка и выполнена в виде серии сопел.
Полезная модель устройства приведена на чертеже, при этом устройство для размножения семенных пивных дрожжей включает: корпус танка разбраживания 1; смеситель составляющих культуральную жидкость 2; дозатор плазмолизата пивных дрожжей 3; дозатор сусла 4; колбу Карлсберга 5; бойлер - проточный подогреватель воды 6; выносной поплавковый уровнемер 7; датчики температуры 8; измерители растворенного кислорода 9; воздуходувку 10; спиралевидное распределительное устройство подачи воздуха 11 с воздухоподающими соплами 12; управляющее устройство воздухоподающих сопел 13; микропроцессор 14.
Согласно заявляемой полезной модели все процедуры размножения семенных дрожжей до требуемого «остаточного количества» проводят в едином танке разбраживания 1, в который через смеситель 2, расположенный в верхней части танка разбраживания 1, подают дробно необходимые порции плазмолизата дозатором плазмолизата 3, сусла - дозатором сусла 4 и порции семенных дрожжей путем выдавливания из колбы Карлсберга 5. При этом в смеситель 2 из бойлера 6 проточного типа подают подогретую до 40°С воду со скоростью 0,3 литра в минуту весь период размножения дрожжей. Причем, до внесения семенных дрожжей в танк разбраживания 1 заполняют водой и культуральной жидкостью на одну четвертую часть объема, о чем свидетельствует ее появление в выносном поплавковом уровнемере 7. Этот уровень соответствует уровню начала погружения датчика температуры 8 и датчика-измерителя растворенного кислорода 9 в жидкость, что соответствует началу мониторинга жидкости. По показаниям датчика-измерителя растворенного кислорода 9 включают воздуходувку 10, обеспечивающую подачу воздуха в спиралевидное распределительное устройство 11 на дне танка разбраживания 1. При этом подача воздуха, обеспечивающая постоянное взвешенное состояние размножающихся дрожжей, проводят поочередным включением воздухоподающих сопел 12, через управляющее устройство 13 по принципу «бегущей волны». Причем, для эффективности перемешивания дрожжей и гомогенизации температуры жидкости (до 32±2°С) по всему танку разбраживания 1 скорость подачи воздуха в начальный период размножения дрожжей составляет не менее одного объема подаваемого воздуха на один объем культуральной жидкости. В дальнейшем объем подаваемого воздуха воздуходувкой 10 определяет микропроцессор 14 по показаниям датчика-измерителя растворенного кислорода 9, причем величина растворенного кислорода не должна быть ниже 5 мг O2/л.
Подачу в танк разбраживания 1 составных частей культуральной жидкости проводят дробными порциями через дозаторы 3 и 4 по командам с микропроцессора 14, запрограммированного на поддержание соответствия: один объем плазмолизата и три объема сусла на три объема воды. Разведение считается законченным при обнаружении в пробе дрожжевых культур около 150 кл·106/см3. В программу микропроцессора 14 заложено использование ресурса дозаторов 3-4, необходимого для выращивания каждых 100 л дрожжевой культуры, расчетно необходимых для внесения в аппарат брожения на этапе основного брожения. При исчерпании ресурсов дозаторов или при достижении верхнего уровня заполнения танка разбраживания 1 расчетной вместимостью 5000 л микропроцессор отключает дозаторы и подачу воды, сохраняя только управление барботированием всего содержимого танка разбраживания.
Устройство подачи воздуха в размножающуюся биомассу дрожжей имеет существенное значение. Размножающимся дрожжам для обеспечения тканевого дыхания требуется не менее 0,03 мг О2/литр дрожжей. Ниже этой величины размножение дрожжей прекращается. Оптимум подачи кислорода составляет величину более 5,0 мг О2/литр среды.
Известно устройство подачи кислорода в среду размножения дрожжей, в котором воздух подается через полупроницаемую мембрану, выполненную в виде трубок [Федоренко Б.Н. Пивоваренная инженерия. - СПб, Изд-во Профессия, 2009, С.152]. При этом в сусло через стенку мембраны переходит лишь быстро растворяющийся кислород. Это современное устройство исключает необходимость, как стерилизации воздуха, так и подведения к пропагатору линий от источников чистого кислорода.
Недостатком устройства является неизбежность биообрастаний воздухоподводящих трубок и отсутствие требуемого барботажа растущей биомассы дрожжей. Для оптимизации размножения требуется поддержание дрожжей во взвешенном состоянии. Этому требованию соответствует устройство подачи воздуха в дрожжевую массу в виде тонких струй или через специальные свечи [Гавин Миллар и др. «ЦКТ пивзавода «Велке Поповице», Пиво и жизнь, 2003 С 17-21 // www.propivo.ru Beer @ Life magazine]. Однако мелкопузырьковые устройства подачи воздуха в сусло несут опасность развития кавитационных процессов при разрыве пузырьков, что может быть губительно для дрожжевых клеток. В устройстве, принятом за прототип, подача воздуха производится порционно: в первый день - 1 минута через интервал в 15 минут; во второй день - 1 минут через интервал в 5 минут.
Указанная проблема: необходимость аэрации для обогащения среды размножения кислородом и поддержания биомассы дрожжей во взвешенном состоянии в заявляемой полезной модели решена тем, что воздуходувка 10, нагнетающая воздух в воздухоподающие сопла 12, по спиралевидной насадке 11, распределенные в нижней части танка разбраживания 1, включаемые поочередно по команде с управляющего устройства 13 со скоростью, определяемой по показаниям датчиков-измерителей 9 величины растворенного кислорода в среде размножения дрожжей. Струйная подача воздуха соплами 12 поочередно снизу-вверх обеспечивает активное перемешивание растущей биомассы дрожжей. При этом неизбежное вспенивание блокируется сетчатым пеногасителем, расположенным в верхней части танка разбраживания 1 ниже смесителя 2 составляющих культуральную среду (на чертеже не показан).
Пример конкретного применения.
Для создания оптимизированной культуральной среды размножения использован плазмолизат отработанных пивных дрожжей. Состав культуральной среды на базе плазмолизата приведен в таблице.
Идеология применения устройства состоит в том, чтобы максимально использовать биологические ресурсы отработанных пивных дрожжей для размножения новой партии семенных дрожжей. При этом чтобы избежать процедуры технологической очистки автолизата, получаемого при лизисе целостных клеток с неизбежными побочными включениями, накопленными оболочками дрожжевых клеток, которые могут влиять на вкус пива, мы предпочли использовать только плазмолизат дрожжевой клетки. При этом разрушенные ультразвуком оболочки клеток удаляют из раствора центрифугированием, а сам плазмолизат обрабатывают протеолитическими ферментами для разрушения белков на аминокислоты и азотсодержащие составляющие, пригодные для усвоения дрожжами для роста биомассы. Каждый новый засев начинают с засева стандартизированной (чистой семенной культуры) партии, а по окончании разбраживания сусла и основного брожения вся биомасса дрожжей дезинтегрируется, а пиво пастеризуется. Это позволило отказаться от барботажа дрожжевой биомассы стерильным воздухом, что наряду с отказом от кипячения сусла с последующим охлаждением до температурного оптимума размножения дрожжей существенно снизило энергозатраты. Обеспложивание сусла, подаваемого как часть культуральной среды размножения дрожжей, в заявляемой промышленной модели производят выносным СВЧ-пастеризатором (на чертеже не показан).
| Таблица | |||
| Минеральный состав плазмолизата и культуральной среды, мкг/г зольного остатка (собственные данные) | |||
| Минерал | Плазмолизат дрожжей расы 34 | сусло | вода |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Са | 666,0 | 66,12 | 23,98 |
| Mg | 272,0 | 108,0 | 7,96 |
Продолжение таблицы
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Р | 2619,0 | 243,0 | 0,033 |
| Si | 8,88 | 47,7 | 5,05 |
| Na | 75,62 | 50,12 | 48,71 |
| К | 1564,0 | 367,0 | 2,91 |
| Li | 0,007 | 0,0053 | 0,00359 |
| Al | 0,16 | 0,09 | 0,009 |
| Fe | 12,1 | 0,40 | 0,05 |
| J | 0,03 | 0,018 | 0,003 |
| Zn | 26,26 | 0,40 | 0,03 |
| Se | 0,0536 | 0,0208 | 0,00161 |
| Cu | 1,56 | 0,1 | 0,01097 |
| Cr | 0,0244 | 0,056 | 0,0012 |
| Mn | 1,18 | 0,14 | 0,001957 |
| As | 0,013 | 0,0014 | 0,00043 |
| В | 0,13 | 0,15 | 0,066823 |
| Cd | 0,01848 | 0,000138 | 0,000012 |
| Co | 0,03748 | 0,00117 | 0,000071 |
| Hg | 0,00054 | 0,00054 | 0,000635 |
| Ni | 0,28 | 0,00036 | 0,001455 |
| Pb | 0,00485 | 0,00015 | 0,000809 |
| Sn | 0,01231 | 0,00203 | 0,000015 |
| Sr | 1,55 | 0,13 | 0,20 |
| V | 0,0024 | 0,002 | 0,00077 |
 | 5248,92 мкг/г | 882,83 мкг/г | 83,975 кг/г |
В обычных условиях производства при приготовлении 1 гл молодого пива получается около 1 кг остаточных дрожжей, которые мы предлагаем использовать для получения плазмолизата. В наших опытах минеральная составляющая плазмолизата пивных дрожжей расы 34 не превышала 30% сухого остатка. Приведенные в таблице данные показывают, что плазмолизат отработанных пивных дрожжей является основным поставщиком кальция, магния, цинка, фосфора, калия, необходимых для увеличения биомассы пивных дрожжей. На этом основании мы считаем излишним насыщать разработанную нами оптимизированную культуральную среду минералами или микроэлементами. Этим наше техническое решение отличается от существенных признаков аналогов питательных подкормок размножающейся биомассы дрожжей.
Белковая составляющая плазмолизата достигала 70% всего состава, при этом концентрация аминокислот в дрожжевом плазмолизате составила 54,5 г/л. Общий азот в плазмолизате составил 1750 мг%, при остаточном азоте 32,25 мг%. Определения произведены в аккредитованной испытательной лаборатории ВНИИМС (г.Оренбург) по методу Г.А.Узбекова в модификации З.С.Чулковой [К.Г.Колб, B.C.Камышников. Справочник по клинической химии. Минск. Беларусь, 1982]. При этом сусло содержало всего 0,2 г/л аминного азота. Таким образом, ячменное сусло не может обеспечить даже части потребности растущей биомассы дрожжей в азоте. Учитывая тот факт, что обычные пивные дрожжи не содержат протеолитических ферментов, следовательно, не могут самостоятельно утилизировать белковый и полипептидный азот, возникла необходимость добавления в состав плазмолизата протеолитического фермента, например, доступного бактериального препарата «Протосубтилин Г20х», обладающего протеолитической активностью (ТУ 9152-031-34588571-99). Препарат использовали в концентрациях до 1% к массе плазмолизата. Использование ферментов при производстве автолизата дрожжей оправдано только при ферментативном цитолизе целостной клетки [Патент RU 
2129592, опубликован 27.04.1999 г.], причем внесение амилолитического фермента амилоризина П10Х неизбежно провоцирует ускорение процесса сбраживания сахаров и развитие синдрома Грабтри (этанольная гибель молодых почкующихся клеток). Известно, что автолиз (самопереваривание) дрожжевой клетки неизбежно происходит и без добавления ферментов при неблагоприятных внешних условиях, например, при исчерпании запасов углерода в питательной среде. Известно также, что до 40% белковой составляющей клетки состоит именно из ферментов, в том числе протеолитических, что является основанием для получения из дрожжей витаминно-ферментных смесей. Однако процесс стихийного автолиза длительный. Так при технологическом гидролизе микробную биомассу подвергают тепловому шоку (15-17 с), после чего подвергают выдержке 2 ч при температуре 45-50°С и 1 ч при 55-60°С с последующим высаливанием белковой составляющей [Смотраева И.В. «Использование вторичных материальных ресурсов пивоварения в хлебопекарной промышленности, дисс. к.т.н., СПб 2003. - 120 с]. В заявляемом техническом решении нами применен именно протеолитический фермент (но не амилолитический) для упрощения и ускорения низкотемпературного разложения сложных белков на фрагменты, пригодные для усвоения биомассой размножающихся дрожжей. Используемое для приготовления культуральной смеси сусло (11% экстрактивности) содержало 20 г/л сахаров, тогда как в отцентрифугированном плазмолизате сахаров обнаружено всего 0,5 г/л. Определение проведено по ГОСТ Р 51135-98 (п.5.5.3.2.2). Обнаруженный нами факт согласуется с существующими теоретическими представлениями о том, что функционально активные дрожжи накапливают полисахариды и гликоген в клеточной стенке [Крюгер, Лин. Обмен веществ дрожжей и его влияние на вкус и аромат пива / Лин Крюгер // Спутник пивовара. - 1999. -Весна. - С.39]. Мы осмысленно подошли к удалению клеточных оболочек (и прочих взвесей) центрифугированием и соответственно к снижению содержания углеродной составляющей питательной среды в пользу существенного упрощения технологии получения плазмолизата. При этом компенсанаторно в три раза увеличили долю сусла в составе культуральной среды. При этом мы учли, что накопление биомассы зависит от концентрации углеводов в среде: чем она больше, тем интенсивнее нарастает дрожжевая масса. Причем, при нехватке сахаров, как источника углерода, дрожжевая масса не может усваивать азот, начинает деградировать в «результате самопереваривания голодающих дрожжей при недостатке углеводов» [Грачева, И.М. Влияние концентрации сухих веществ в исходном сусле на динамику накопления продуктов брожения / И.М.Грачева, Ю.А.Атрушкевич, В.Н.Романенко // Антология спиртового брожения, дистилляция и ректификация этилового спирта. Производство водки / Осетров С.Б. - [Б. м.], 1998. - Режим доступа: http://sergey-osetrov. narod.ru/Projects/Fermentation/influence_to_ concentrations_dry_ material_ with_source_mash_on_fermentation.htm. - Дата обращения 10.11.2009]. Этот факт послужил основанием применить сусло, как источник углерода в культуральной жидкости, составленной на основе дрожжевого плазмолизата. При расчете необходимого баланса источников азота, углерода и минеральных веществ для получения биомассы в танке разбраживания на каждые 100 литров засевных дрожжей приняты следующие соотношения для настройки дозаторов: один объем плазмолизата и три объема сусла на три объема воды.
Таким образом, разработано устройство с автоматизированным управлением в виде единого танка разбраживания, обеспечивающего поддержание оптимальных условий для размножения семенных пивных дрожжей, обеспечивающее оптимальные условия для прироста биомассы дрожжей, поддерживаемых во взвешенном состоянии, в условиях оптимально адаптированных для размножения пивных дрожжей по параметрам температуры (от +30 до +35°С), оксигенации среды (не менее 5,0 мг О 2/л) и по балансу источников азота, углеводов и минералов. Устройство содержит серийно выпускаемые средства автоматизации в виде микропроцессора, типовых датчиков, измерительных устройств и исполнительных механизмов. Каждый из них используется по прямому назначению, но при совместном применении они дают новый положительный эффект. При этом устройство экономично, экологически безвредно, просто в реализации, способствует эффективной утилизации отработанных дрожжей и может быть применено на любом пивоваренном предприятии.
Устройство для размножения семенных пивных дрожжей, представляющее собой цилиндроконический танк разбраживания, который снабжен рубашкой, служащей для подвода пара и охлаждающей среды, средствами периодической аэрации сусла и кроме вакуумных и предохранительных клапанов оборудован моющими головками и аэрационной насадкой для подачи стерильного воздуха, отличающееся тем, что танк разбраживания оснащен микропроцессором, функционально взаимосвязанным с дозаторами питательных добавок к суслу, а также средствами автоматизации поддержания состава среды размножения, температуры и скорости подачи воздуха, необходимых для оптимизации прироста биомассы дрожжей до объема остаточного количества основного брожения и поддержания дрожжей во взвешенном состоянии, причем аэрационная насадка размещена на дне танка и выполнена в виде серии сопел.
poleznayamodel.ru
К разделу 3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей — КиберПедия
Для оптимизации физиологических свойств и бродильной силы дрожжей, разведенных непосредственно на производстве, предлагаются различные пропагаторы (установки для разведения дрожжей). При рассмотрении различных технологий следует учитывать, что размножение дрожжей должно протекать, с одной стороны, в оптимальных условиях для их роста, а с другой - быть наилучшим образом адаптировано к имеющимся производственным условиям. Для получения качественного пива в ходе главного брожения должны применяться свежие, активные и хорошо адаптированные дрожжи, причем по возможности в низкой дозировке. Это возможно только в том случае, когда при размножении дрожжей согласованы потребление ассимилируемых Сахаров (> 6 %) и кислорода, а также температура и условия перемешивания дрожжевой суспензии и сусла, что позволяет поддерживать логарифмическую фазу роста дрожжей.
Эти благоприятные условия достигаются в установке, оборудованной системой управления по питательным веществам и подаче воздуха. При этом температурный режим выбирается с учетом желательной температуры внесения дрожжей и не должен превышать ее более чем на 6 °С. Требуемое количество дрожжей обеспечивается путем использования емкостей соответствующих размеров или нескольких ЦКТ. Так как дрожжи здесь всегда одинаково активны, то их дозировку можно понизить до 20-50 % от первоначальной нормы внесения. В условиях очень низких температур сусла при внесения дрожжей на предприятиях по производству пива низового брожения неизбежно приходится поддерживать более низкие температуры, из-за чего сбор дрожжей осуществляется медленнее. В связи с этим рекомендуется проводить смешивание с маточными дрожжами (до 60-80 % маточных дрожжей).
Данная установка имеет очень простую конструкцию и состоит, как правило, из двух ЦКТ и соответствующей системы подачи воздуха. Танки соединены между собой трубопроводами. Для предотвращения воздействия сдвига дозирование воздуха рекомендуется осуществлять при помощи Т-образной насадки. Кроме того, предусмотрена система внутренней аэрации, состоящая из форсунок или распылительного кольца, нагревательных и охлаждающих элементов, КИПиА (для определения CO2, O2, температуры и мутности), а также приборов управления.
С учетом имеющихся производственных условий в установке 1 в определённой пропорции смешивается вносимая дрожжевая суспензия и горячее охмелённое сусло. Благодаря аэрации обеспечивается рост дрожжевых клеток, а после того как их количество составит, например, 100 млн, добавляются следующие партии сусла до тех пор, пока в установке не будет достигнуто требуемое количество дрожжевых клеток. Как только в ассимиляторе 1 будет содержаться 100 млн клеток/мл, в установке 2 осуществляется сбор новых дрожжей (см. также разделы 3.3.2.2 и 3.4.3.5). Важно своевременно добавлять сусло (его экстрактивность не должна быть ниже 6 %). Определённые проблемы может вызвать слишком короткая продолжительность варок в течение недели. В этом случае целесообразно несколько снизить температуру так, чтобы экстрактивность сусла в про-пагаторе поддерживалась бы на уровне 6-7 %.
Пиво на основе таких дрожжей имеет чистый, мягкий и округлый вкус. Брожение начинается быстрее, значение pH понижается резче и сильнее, а общая продолжительность брожения сокращается. Происходит также ускоренное восстановление общего диацетила, отсутствуют типичные признаки недостаточной обработки дрожжей (в частности, сернисто-дрожжевой привкус, размытая дрожжевая остаточная горечь, повышенное значение pH пива и повышенное содержание разрушающих пену жирных кислот, особенно декановой). Большим преимуществом данного метода является также высокая сопротивляемость дрожжей к микроорганизмам, вызывающим порчу пива.
К преимуществам новых методов разведения чистой культуры дрожжей относятся:
· упразднение классического трудоемкого процесса «освежения» дрожжей в стерильных условиях;
· возможность использования обычного производственного сусла и исключение дополнительной термической нагрузки;
· повышенная сопротивляемость производственных дрожжей и, соответственно, высокая микробиологическая безопасность;
· отсутствие танка для сусла;
· возможность целенаправленного управления логарифмической фазой размножения дрожжей путем регулирования таких параметров, как содержание O2, значение pH, экстрактивность, температура и условия перемешивания;
· снижение энерго- и трудозатрат с помощью автоматизации;
· возможность проведения CIP-мойки в любое время путем простого отключения установки.
cyberpedia.su
| Раздел 3.Производство пива. Глава 6. Брожение пивного сусла. Пивные дрожжи. Строение дрожжевой клетки. Дрожжи - одноклеточные организмы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых клеток бывает овальной, округлой и эллиптической. Дрожжевая клетка имеет клеточную стенку 1, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Мембрана обладает избирательной проницаемостью, оказывая влияние на обмен веществ между клеткой и средой. Например, молекулы аминокислот и глюкозы проникают через мембрану быстрее, чем ионы металлов, которые меньше по размеру. Внутри клетки содержится круглое или овальное ядро 2, окруженное двойной мембраной. Внутри ядра расположено ядрышко. Ядро необходимо для процессов обмена веществ, обеспечивающих рост и размножение дрожжей. Основой клетки является цитоплазма 3, представляющая собой вязкую, слегка желтоватую жидкость. Она выполняет многие функции так, например, первая стадия дыхания и спиртовое брожение протекают непосредственно в цитоплазме. Здесь же находятся структурные элементы клетки: вакуоль 4, митохондрии 5, рибосомы 6. Митохондрии- это очень мелкие частицы каплеобразной формы, в которых происходят процессы, связанные с окислительным обменом веществ. Рибосома представляет собой пузырек, окруженный мембраной. Рибосомы являются местом, где происходит синтез белков. Вакуоли- полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. В них находится метахроматин, обусловливающий рост и размножение дрожжевых клеток. В вакуолях протекают окислительно – восстановительные процессы. Величина дрожжевых клеток зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрожжи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей содержится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества-54-56%, углеводы-24-40%, жиры-2-4% (к массе сухих веществ). основная часть углеводов представлена гликогеном( запасное вещество), сходным по химстроению с амилопектином крахмала. Среди неорганических веществ около половины фосфорной кислоты и 1/3 калия. В золе дрожжей содержится (в %): Р2О5 –47-53, К2О- 28-40; СаО-0,4 –11,3; МgО-3,0-7,4; SiO2-0,28- 0,73; SiO3 -0,09—0,74; Сl–0,1-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются S, Zn, Mn, Cu, Fe. Фосфорные соединения имеют важное значение в обмене веществ дрожжевых клеток, так как входят в состав промежуточных веществ спиртового брожения, а калий играет первостепенную роль в построении молекул белков и углеводов. Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат эргостерин( провитамин D) и др. В дрожжах содержатся различные ферментные системы, участвующие в процессах гидролиза и синтеза, а также в процессах брожения и дыхания. Стадия роста дрожжей. Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т.е. – размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке питательных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки образуются перегородки, и клетка распадается по этим перегородкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только почкованием, не образуя спор. После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количественные и качественные изменения. Количество дрожжей Увеличивается в несколько раз, однако их концентрация в диспергированном состоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается. Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит в несколько этапов. На кривой роста можно выделить несколько этапов. (По вертикали- число дрожжевых клеток, по горизонтали – время.) В начальной фазе, называемой латентной или лаг- фазой (задержка роста), дрожжи приспосабливаются к новой среде и подготавливаются к размножению. Эту фазу условно делят на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспосабливаются к среде, и фазу постепенного начала размножения . Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1-1,5 сут. В ней клетки увеличиваются в объеме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток. При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость размножения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии. После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, когда размножение клеток замедляется, при этом скорость отмирания и размножения уравновешиваются, в результате чего число живых клеток остается без изменения. Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата. В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при её отмирании согласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т.е. распад клетки под действием собственных ферментов. При этом структура клеток нарушается, повышается активность у одних ферментов и ослабевает у других. Например, гидролитические ферменты активизируются, а ферменты дыхания и брожения погибают. При автолизе дрожжей происходит распад белковых веществ, углеводородов, жиров, органических фосфорных соединений, образуются низкомолекулярные продукты распада, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменяют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе - горький посторонний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть коллоидного помутнения пива. Расы пивных дрожжей.В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству сахаромецетацеа (Saccharomycetaceae) и к роду сахаромицес (Saccharomyces). Различают дрожжи низового брожения сахаромицескарлсбергенсис (Saccharomycescarlsbergensis) и дрожжи верхового брожения – сахаромицесцеревизие (Saccharomycescerevisiae). Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (как в виноделии, хлебопечении).желая получить напитки, насыщенные углекислым газом, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами. В пивоварении применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной или несколькими особенностями. Их получают из одной клетки.такие культуры называют расами ( штаммами). Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного броения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. по своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей , оболочки которых клейкие, что приводит к слипанию(агглютинация) и быстрому осаждению клеткок. Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива- пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата. Способность дрожжей к хлопьеобразованию имеет важное значение для технологии сбраживания пивного сусла, так как способствует ускорению осветления пива и облегчает съём дрожжей из бродильного аппарата после брожения с последующим использованием их в качестве семенных дрожжей. Низкая температура при брожении содействует хлопьеобразованию. Реакция среды сильно влияет на свойства дрожжей. Например, в кислой среде при рН менее 3 и в щелочной при рН более 8 хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными. Хлопьевидные дрожжи по сравнению с пылевидными имеют более крупные клетки, меньше подвержены автолизу, дают большой прирост биомассы, обладают меньшей бродильной активностью, образуют меньше диацетила и высших спиртов в пиве, что положительно сказывается на его качестве. Дрожжи низового брожения отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают раффинозу. Дрожжи низового брожения имеют оптимальную температуру для роста 25 - 27С, минимальную 2-3С, а при 60-65С они отмирают. Максимальное развитие низовых дрожжей происходит при рН4,8-5,3. Кислород, растворенный в сусле, способствует размножению дрожжей, в то время как продукты брожения ( этиловый спирт, диоксид углерода, высшие спирты, ацетальдегид, кислоты), а также повышенная концентрация сахара угнетают развитие дрожжей. Пивные дрожжи должны отвечать следующим требованиям: Быстро сбраживать сусло, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в ходе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат. Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбраживания сусла. Степень сбраживания (V) –это показатель , выраженный в процентах характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е): V= ((E-e)100)/ Е, Где е- содержание в пиве экстрактивных веществ, % к массе пива. По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно-, или высокосбраживающие ( степень сбраживания 90-100%), среднесбраживающие (80-90%), слабо, или низкосбраживающие ( менее 80%). К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, F ( получена в Чехии), штамм 8а(М). Дрожжи расы 11 нетребовательны к качаеству сырья, хорошо оседают, пиво характеризуется полным вкусом. Дрожжи расы F хорошо осветляют пиво, рпидают ему приятный аромат, устойчивы к инфекции. Дрожжи штамма 8а (М) имеют высокую бродильную активность, повышенный коэффициент размножения, хорошо оседают. Использование этих дрожжей дает возможность сократить длительность главного брожения с 7 до 5 сут и получить пиво с хорошим вкусом. К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776, 41, 44, S( львовская), Р ( Чехия), А (рижская). Дрожжи расы 776 неприхотливы к сырью, их можно использовать для приготовления пива с применением несоложеных материалов. Готовое пиво имеет удовлетворительный вкус резкую хмелевую горечь. Дрожжи рас 41, 44, S, Р обладают хорошей способностью оседания, вкус пива чистый мягкий, Дрожжи расы 44 дают возможность получать хорошее пиво при применении воды повышенной жесткости. Дрожжи рас F, A хорошо осветляют пиво, устойчивы к инфекции. Для темных и специальных сортов пива применяют дрожжи верхового брожения. Требования, предъявляемые к качеству дрожжей, не всегда удовлетворяются одной расой, поэтому в производстве применяют смесь рас или ведут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво. Разведение дрожжей чистой культуры. Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробирке до массы маточных, необходимой для внесения в бродильный аппарат. Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в лаборатории) и цеховой (разведение дрожжей в отделении чистой культуры). Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают в колбочки на стерильное сусло, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сброженным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пересева к пересеву увеличивается в несколько раз. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6 л сусла в медной колбе Карлсберга в течении 5-6 сут при 7-8оС. Цеховая стадия- это разведение дрожжей на стерильном охмеленном сусле в специальных аппаратах. На рисунке показана установка Грейнера для разведения чистой культуры дрожжей в цехе (трубопроводы не показаны). Установка состоит из стерилизатора 4 , двух бродильных цилиндров 3, число которых изменяется в зависимости от количества используемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и посуда 2 для посевных дрожжей. Стерилизатор и резервуар предварительного брожения оборудованы змеевиками для нагревания или охлаждения сусла, воздушными фильтрами и контрольно- измерительной аппаратурой. Бродильные цилиндры имеют сосуды для посевных дрожжей вместимостью 10 л. Стерилизатор предназначен для кипячения сусла (стерилизация) и последующего его охлаждения, Бродильный цилиндр- для первой стадии размножения, резервуар предварительного брожения- для стерилизации и охлаждения сусла, а также проведения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воздуха в отделении чистой культуры 8-9оС. Разведение чистой культуры происходит следующим образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного котла набирают горячее охмеленное сусло, кипятят его в течении 1 ч, затем охлаждают до8-12оС. С помощью сжатого стерильного воздуха сусло подают в цилиндр 3, куда через специальный кран из медной колбы Карлсберга вводят чистую культуру, затем сбраживают в течении 3 сут. При этом дрожжи размножаются и увеличиваются в массе.к концу третьих суток резервуар предварительного брожения заполняют суслом, которое также нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где она хранится до до следующей разводки, а основную часть его перекачивают в резервуар 1, где осуществляют предварительное брожение при 9оС в течение 3 сут. В следующих циклах разведения дрожжи для посева в стерильное сусло, находящееся в бродильном цилиндре 3 берут из сосуда 2. Процесс разведения чистой культуры в установке Грейнера повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры. Сбраживаемую массу из резервуара 1 перекачивают в специальный аппарат для предварительного брожения вместимостью 1000 дал, но наполненный на 1/3 суслом температурой 5-7оС. Через 12 ч брожения в этот аппарат доливают еще 400 дал свежего охмеленного сусла и продолжают брожение еще 36 ч, поддерживая температуру 5-7С. Затем сбраживаемое сусло перекачивают в аппарат для главного брожения с 700 дал сусла , а через 1 сут заполняют его суслом до полной вместимости и ведут брожение обычным способом, контролируя температуру, концентрацию сусла и осветление. Осевшие при брожении дрожжи смывают, промывают холодной водой и используют в производстве как первую генерацию. Дрожжерастительные аппараты перед началом работы стерилизуют паром в течение 45 мин под давлением 0,15- 0,17 МПа. Воздух, поступающий в стерилизатор, должен проходить через воздушные фильтры. **************************************** Выход.Выход в оглавление. Следующая страница. Предыдущая страница | Реклама: Дополнительные материалы о простейших организмах вы можете прочитать здесь: инфузория-туфелька |
mykonspekts.ru
Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства и установка для его осуществления
Изобретение касается пивоварения. Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства предусматривает внесение в пропагатор чистой культуры дрожжей и расчетного количества стерильной питательной среды, в качестве которой используют пивное сусло, и выдерживание смеси при периодической аэрации для наращивания биомассы дрожжей. Внесение в пропагатор чистой культуры и стерильного пивного сусла осуществляют в соотношении (0,5-4,0):(4,0-0,5), выдерживание смеси с аэрацией проводят при непрерывной подаче оставшегося расчетного количества пивного сусла. Скорость подачи при этом регулируют по количеству дрожжевых клеток в разбраживаемой массе, поддерживая постоянное количество клеток, соответствующее логарифмической фазе размножения. Стерилизацию сусла осуществляют в потоке с последующим охлаждением до температуры брожения или ниже ее на 1-3°С, непосредственно перед внесением в пропагатор. Непрерывную подачу стерильного пивного сусла осуществляют из расчета поддержания в разбраживаемой массе содержания клеток 40-150 млн кл/мл в течение 12-24 часов. Установка для размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства включает пропагатор, систему для аэрации разбраживаемой массы, систему для получения стерильной питательной среды. Кроме того, она снабжена емкостью для нестерильной питательной среды, связанную с пропагатором через систему стерилизации, включающую стерилизатор и охладитель, а также систему непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор, включающую средства поддержания и контроля количества дрожжевых клеток и температуры питательной среды. Система стерилизации может включать промежуточную емкость, размещенную между охладителем и пропагатором. Это позволяет сократить период получения чистой культуры дрожжей, улучшить качество, снизить риск инфицирования и повысить качественные показатели конечного продукта. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.
Изобретение относится к пивоваренному производству и может быть применено на пивоваренных заводах любой мощности.
Для производства пива наряду с используемым сырьем (хмель, солод, вода), а также способом обработки сусла все большее внимание обращается на технологические процессы, связанные с дрожжами.
Недостаточно сбраживать сусло семенными дрожжами. Использование дрожжей с большим количеством генераций приводит к замедлению процесса брожения, к снижению способности клеток к размножению, нетипичному поведению при брожении и к мутациям, которые могут быть вызваны старением культуры.
Кроме того, на многих пивоваренных предприятиях используют ЦКТ (цилиндроконические танки). Брожение в ЦКТ при повышенных концентрациях и давлениях неблагоприятно воздействует на физиологические свойства дрожжей и, в частности, на их жизнеспособность. Поэтому число используемых генераций снижается.
При использовании же закупленных производственных дрожжей существует реальная опасность занесения инфекции. Кроме того, таким дрожжам требуется больший период адаптации к суслу данного предприятия.
В итоге, для любого современного пивоваренного предприятия, стремящегося прочно занять свою нишу на рынке, крайне необходимо иметь свою установку для пропагации (размножения) чистой культуры дрожжей (ЧКД), реализующую оптимальную технологическую схему - способ размножения, так как это значительно влияет на качество и стабильность получаемой конечной продукции.
Предлагаемое комплексное изобретение позволяет решить данную задачу.
В настоящее время существует достаточное разнообразие как машинно-аппаратурных схем, так и способов для пропагации ЧКД. Однако они имеют значительные недостатки и не всегда позволяют пивовару, получить желаемый конечный результат, а именно чистую культуру дрожжей в достаточном количестве за максимально короткий промежуток времени с гарантированной микробиологической чистотой, высокой жизнеспособностью и наилучшими качественными показателями.
Известны способы производства пива, при брожении в которых используются дрожжи современных штаммов, имеющих высокую скорость разбраживания, глубоко сбраживающих сусло и образующих низкие количества побочных продуктов брожения (например, диацетил), имеющих высокий коэффициент прироста биомассы (см. РФ 2189389, 20.09.2002).
Однако в процессе повторного использования дрожжей, их регенерации происходят необратимые процессы, приводящие в итоге к ухудшению не только их сбраживающей способности, но и, как отмечалось выше, к ухудшению качества и стабильности готового продукта.
Известны различные способы размножения чистой культуры дрожжей: с единовременной и периодической подачей питательной среды - пивного сусла в емкость для размножения дрожжевых клеток (пропагатор).
Известен способ непрерывного размножения пивоваренных дрожжей, согласно которому, размножение ведут при степени разбавления питательной среды, преимущественно равной 0,029-0,046 час-1, а аэрацию воздухом осуществляют со скоростью, преимущественно равной 6 л/л среды в час (см. РФ 350816, 25.11.1972).
Известен также способ получения пивных дрожжей, предусматривающий, что на заключительном этапе накопления биомассы, пивные дрожжи выращивают в условиях притока солодового сусла (см. РФ 94020989, 20.08.1996).
Однако недостатком известных способов является то, что ими не учитывается биологическое состояние клеток дрожжей при разбавлении уже сформировавшейся на какой-то конкретный момент среды обитания дрожжей. После внесения ЧКД из лаборатории с помощью колбы Карлсберга в пропагатор дрожжи испытывают шок. Причина данного шока еще не определена окончательно, однако выражается он в замедлении процесса размножения дрожжевых клеток. Такой же эффект замедления роста содержания клеток наблюдается и при очередном разбавлении дрожже-сусловой суспензии очередной задачей сусла.
Природа этого шока заключается в переходе дрожжевых клеток на анаэробный тип размножения ввиду увеличения концентрации сахаров в среде обитания дрожжевых клеток. Если рассматривать классический фазовый график размножения дрожжей, который показывает, что период развития состоит из четырех фаз - латентной, логарифмической, стационарной и фазы затухания, то шок приходится на момент высшей точки, следующей за логарифмической фазой - в стационарной фазе, резко опускающейся вниз (по оси показывающей число клеток) при разбавлении.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения чистой культуры пивных дрожжей с периодической подачей питательной среды - пивного сусла в емкость для размножения дрожжевых клеток (см. ЕР 0542089, 19.05.1993).
Недостатками этого способа являются: повышенная оксидация питательной среды - пивного сусла - ввиду невысоких концентраций дрожжевых клеток в емкости для размножения (пропагаторе), в результате чего больше половины расходуемого кислорода идет не на потребление его дрожжевыми клетками, а на химическое окисление пивного сусла, а также периодический переход дрожжевых клеток в неактивное состояние характеризуемое приостановкой их размножения ввиду резкого изменения среды обитания при очередной задаче сусла.
Известны различные установки, реализующие разнообразные способы размножения чистой культуры дрожжей, в частности одноаппаратные и двухаппаратные.
Одноаппаратная установка периодического действия, описанная в патенте WO 9808930, 05.03.1998, как и все подобные установки этого типа, работает следующим образом: после мойки и стерилизации паром пропагатор заполняется суслом, уже при температуре стерилизации или же нагревается непосредственно в пропагаторе. Коэффициент заполнения пропагаторов обычно не превышает 0,6-0,7, в виду интенсивного пенообразования в процессе пропагации. Стерилизованное сусло охлаждается за счет охладительных элементов пропагатора, например теплообменной рубашки до температуры пропагации или на 2-3°С ниже температуры брожения. После этого в пропагатор задается посевная доза ЧКД из колбы Карлсберга, сусло аэрируется и начинается процесс пропагации дрожжей. При достижении требуемой концентрации клеток, дрожжи передаются на производство и цикл повторяют вновь.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой установке является двухаппаратная установка для размножения чистой культуры пивных дрожжей с периодической подачей питательной среды - пивного сусла в емкость для размножения дрожжевых клеток (см. ЕР 0542089, 19.05.1993).
Указанная установка состоит из емкости для размножения дрожжевых клеток и емкости для стерилизации питательной среды - пивного сусла, при этом питательная среда в количестве 1/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей сначала стерилизуется в емкости для стерилизации, затем там же охлаждается до требуемой температуры и подается в емкость для размножения, куда также подаются дрожжевые клетки из лаборатории. Затем питательная среда уже в количестве 3/16 вновь стерилизуется и охлаждается в емкости для стерилизации, после чего при достижении требуемой концентрации дрожжевых клеток в емкости для размножения 40-120 млн клеток/см3 питательная среда вновь подается в емкость для размножения. И снова в емкость для стерилизации набирается питательная среда - пивное сусло - уже в количестве, необходимом для окончательного заполнения емкости для размножения дрожжевых клеток, а именно 12/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей, где питательная среда стерилизуется и охлаждается, после чего, при достижении требуемой концентрации дрожжевых клеток в емкости для размножения 40-120 млн клеток/см3, она вновь подается в емкость для размножения.
Недостатками данной установки являются нерациональное использование имеющегося стерилизатора, поскольку, будучи рассчитанным для вмещения и стерилизации самого большого необходимого объема питательной среды, а именно 12/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей, в первые два цикла он стерилизует и охлаждает 1/16 и 3/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей. Следствием этого являются высокие металлоемкость установки, стоимость и габаритные размеры. Кроме того, при охлаждении последнего объема питательной среды в 12/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей время, затраченное на процесс охлаждения, превышает время на достижение требуемой концентрации дрожжевых клеток в емкости для размножения 40-120 млн клеток/см3. В результате чего увеличивается общий промежуток времени, необходимый для получения требуемого количества чистой культуры пивных дрожжей. Также одним из недостатков таких систем является значительное окисление сусла при размножении чистой культуры дрожжей, происходящее ввиду того, что для обеспечения аэробного размножения клеток воздух должен быть подведен ко всем клеткам, однако при очередном доливе питательной среды - сусла - в емкость для размножения концентрация клеток резко подает и большая часть кислорода перестает с ними контактировать и уходит на химическое окисление среды. В то же самое время и уменьшать количество подаваемого кислорода нецелесообразно, поскольку дрожжевые клетки при недостаче кислорода перейдут на анаэробный тип размножения. На практике для гарантированного обеспечения клеток кислородом подачу воздуха при очередном доливе сусла приходится увеличивать, что приводит к еще большему окислению питательной среды.
Задачей предлагаемого решения является создание аппаратурно-технологической схемы, лишенной указанных выше недостатков для производства пива высокого качества.
Техническим результатом заявленного изобретения явилось значительное сокращение периода получения необходимой порции ЧКД, улучшение качества дрожжесусловой суспензии, снижение риска инфицирования ЧКД, что в итоге позволило повысить качественные показатели конечного продукта.
Это достигается тем, что способ производства пива, включает процессы получения затора, его осахаривания с получением начального сусла, охмеления пивного сусла, сбраживания, дображивания и созревания. Сбраживание пивного сусла проводят при помощи дрожжей, полученных путем разводки чистой культуры дрожжей периодическим способом с непрерывной подачей питательной среды в процессе размножения. Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства предусматривает внесение в пропагатор чистой культуры дрожжей и расчетного количества стерильной питательной среды, в качестве которой используют пивное сусло и выдерживание смеси при периодической или непрерывной аэрации для наращивания биомассы дрожжей. Внесение в пропагатор чистой культуры и стерильного пивного сусла осуществляют в соотношении (0,5-4,0):(4,0-0,5), выдерживание смеси с аэрацией проводят при непрерывной подаче оставшегося расчетного количества пивного сусла. Скорость подачи при этом регулируют по количеству дрожжевых клеток в разбраживаемой массе, поддерживая количество клеток, соответствующее логарифмической фазе размножения. Стерилизацию сусла осуществляют в потоке с последующим охлаждением до температуры брожения или ниже ее на 1-3°С, непосредственно перед внесением в пропагатор. Непрерывную подачу стерильного пивного сусла осуществляют из расчета поддержания в разбраживаемой массе содержания клеток 40-150 млн кл/мл соответствующего логарифмической фазе размножения в течение 12-24 часов. Установка для размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства включает пропагатор, систему для аэрации разбраживаемой массы, систему для получения стерильной питательной среды. Кроме того, она снабжена емкостью для нестерильной питательной среды, связанной с пропагатором через систему стерилизации, включающую стерилизатор и охладитель, а также систему непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор, включающую средства поддержания и контроля количества дрожжевых клеток и температуры питательной среды. Система стерилизации может включать промежуточную емкость, размещенную между охладителем и пропагатором.
Сущность заявленного комплексного решения состоит в том, что процесс размножения клеток исключает шоковый момент.
Так, например, график, показывающий процесс размножения в одноаппаратной установке самый простой, без шоковых (пиковых) моментов, однако этот метод самый длительный и непродуктивный. В двухаппаратной установке периодического действия шоковый момент наблюдается единожды, а в двухаппаратной установке полунепрерывного действия шоковый (пиковый) момент наблюдается каждый раз при разбавлении (добавлении сусла) разбраживаемой массы.
Это наглядно иллюстрируется соответствующими графиками, представленными на фиг.1-4.
Представленные графики наглядно иллюстрируют преимущества предлагаемого технологического и аппаратурного решения, так как максимального значения количества клеток предлагаемый процесс позволяет достичь за значительно меньший промежуток времени.
Предлагаемое решение, кроме того, позволяет снизить риск инфицирования дрожжей.
В известных установках причиной заражения (инфицирования) ЧКД может служить как излишние конструктивные узлы пропагатора, так и собственно подаваемое сусло уже может быть зараженным или инфицироваться в самом стерилизаторе, а именно на стадии охлаждения сусла после стерилизации. Во всех известных установках стадия охлаждения сусла при пропагации ЧКД со 100°С до 10°С может длиться до 24 ч и даже больше, причем в связи с тем, что снижение температуры до 35÷40°С происходит достаточно быстро - примерно за 2.5÷3 ч, значительную часть времени сусло находится в области температур 10÷35°С что является оптимумом температур для большого количества вредных культур.
В предлагаемом решении система стерилизации вынесена за пределы пропагатора и имеет охладитель, работающий синхронно со стерилизатором. Сусло как питательная среда подается непрерывно под строгим контролем содержания клеток ЧКД, соответствующим логарифмической фазе размножения, то есть фазе максимальной активности роста.
Основная идея, заложенная в машинно-аппаратурную схему, заключается в стремлении устранить влияние "шока", при добавлении очередной порции сусла в пропагатор, минимизируя, таким образом, продолжительность lag-фазы, за счет уменьшения степени разбавления, а также уменьшить количество кислорода, расходуемого на химическое окисление сусла. В результате значительно сократится период получения необходимой порции ЧКД и улучшится качество дрожже-сусловой суспензии. Кроме того, исходя из самой предлагаемой технологии пропагации пивных дрожжей, уменьшается риск инфицирования ЧКД вследствие того, что сусло после охлаждения в теплообменнике без задержки моментально попадает в пропагатор, где уже идет процесс пропагации. А также сама собой решается проблема быстрого охлаждения сусла с соблюдением микробиологической безопасности производства.
| Таблица 1 | ||
| Теоретически возможное содержание дрожжевых клеток и время его достижения при пропагации различными способами | ||
| Затраченное время (ч) | Содержание клеток (млн кл/мл) | |
| Пропагация ЧКД в одном танке | 66 | 109.6 |
| Двухаппаратная установка периодического действия | 60 | 109.6 |
| Двух аппаратная установка полунепрерывного действия | 54 | 109.6 |
| Предлагаема установка | 38 | 110.6 |
Как видно из таблицы 1, теоретически, для получения ЧКД с нужным содержанием клеток предлагаемым методом должен потребоваться гораздо меньший промежуток времени. Однако не только производительность предлагаемой установки должна быть выше, но и качественные показатели должны отличаться в лучшую сторону, так как для жизни клеток созданы более благоприятные условия.
В результате проведенных экспериментов было доказано, что предлагаемая система пропагации ЧКД превосходит существующие классические системы, применяемые в пивоварении, как по количественным, так и по качественным показателям получаемого материала.
Бродильная энергия дрожжей (выраженная в количестве CO2, выделившегося на 100 мл питательной среды), полученных предлагаемым способом, выше. Данный факт обуславливается тем, что дрожжи, полученные предлагаемым способом пропагации с непрерывной подачей сусла в пропагатор, имеют гораздо белее низкое содержание мертвых клеток и большее содержание упитанных клеток (фиг.5).
Предположение, высказанное Х.Мангером и Г.Анемюллером, что в условиях пивоваренного производства, где источником сахара является сусло, процесс пропагации ЧКД является не чисто аэробным процессом, а «аэробно поддерживающим брожением», находит свое подтверждение при анализе полученных экспериментальных данных (достигнутое содержание клеток и время необходимое для его достижения).
Этот факт, в свою очередь, означает зависимость времени генерации штамма от способа пропагации, то есть наличие как аэробного, так и анаэробного процесса одновременно. При этом уже соотношение аэробного и анаэробного процессов, находящееся в балансе, при разных способах пропагации разное. В результате время генерации сообщества клеток, включающего миллионы особей, уже оказывается разным и, следовательно, зависит от способа пропагации.
Исходя из вышесказанного было выдвинуто предположение, что Lag-фаза - это шок, который испытывают дрожжевые клетки при изменении среды обитания, выражаемый в переходе клеток на анаэробный тип размножения. Причина этого шока в том, что содержание сахара в сусле значительно превосходит предельно допустимую величину для эффекта блокирования дыхательных ферментов, и именно поэтому при очередной задаче сусла в пропагатор дрожжи испытывают шок, который характеризуется выходом дрожжевых клеток из log-фазы и переходом их в lag-фазу. После проведения и анализа всех полученных теоретических и экспериментальных данных обобщены все показатели, полученные при пропагации пивных и хлебопекарных дрожжей двумя классическими и предлагаемым способами (табл.2):
| Таблица 2 | ||||
| Качественно-количественные показатели полученных пивных дрожжей в зависимости от метода пропагации | ||||
| Пивные дрожжи | ||||
| Характеристика физиологического состояния дрожжей | Ед. изм | в одном танке | с периодической подачей сусла | предлагаемый метод |
| Флокуляционная способность | хор. | хор. | хор. | |
| Бродильная энергия | мл/100 мл | 37 | 41.7 | 44.3 |
| Содержание клеток | млн кл. мл | 96.7 | 103.3 | 133 |
| Время пропагации | ч | 34 | 30 | 26 |
| Кол-во мертвых клеток | % | 11 | 8.3 | 1.1 |
| Кол-во упитан, клеток | % | 67.3 | 77.3 | 90.3 |
| Конечная степень сбраживания | % | 75.7 | 75.3 | 76 |
Сущность заявленного комплексного решения поясняется описанием и работой установки.
На фиг.6 изображена предлагаемая установка.
Установка содержит предохранительный клапан 1, вакуум клапан 2, моющую СИП головку 3, колбу Карлсберга 4, пропагатор, представляющий собой емкость 5 для размножения дрожжевых клеток, автоматический кран-бабочку 6, пробоотборный кран 7, датчик температуры в емкости 8. Система аэрации разбраживаемой массы включает: трубопровод подачи СИП и стерильного воздуха 9, выдерживатель для перемешивания чистой культуры дрожжей с воздухом 10, аэратор 11, донный клапан 12, регулирующий вентиль для воздуха 13. В установку входит кран для подачи СИП 14. Система для получения стерильной питательной среды включает: седельный клапан для чистой культуры дрожжей 15, насос для подачи чистой культуры дрожжей 16, автоматический регулирующий клапан для сусла 17, трубопровод выдачи чистой культуры дрожжей 18, датчик температуры в трубопроводе 19, теплообменник для охлаждения сусла 20, трубопровод возврата охлаждающего агента 21, регулирующий клапан охлаждающего агента 22, трубопровод подачи охлаждающего агента 23, выдерживатель сусла 24, трубопровод конденсата 25, конденсатоотводчик 26, теплообменник для нагрева сусла 27, регулирующий клапан паровой 28, трубопровод подачи пара 29, насос подачи сусла 30, седельный клапан для сусла 31. В эту же систему введены: емкость для нестерильной питательной среды, представляющую собой суслоприемник 32, трубопровод подачи СИП 33, трубопровод 34 подачи сусла из варочного цеха, промежуточная буферная емкость 35, датчик для определения количества клеток 36. Система непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор включает трубопровод 18, средство поддержания количества дрожжевых клеток в виде датчика 36 и датчик температуры 19.
Емкость для нестерильной питательной среды - суслоприемник 32 - связана с пропагатором, представляющим собой емкость 5 через систему для получения стерильной питательной среды, включающую стерилизатор - теплообменник для нагрева сусла 27 и охладитель - теплообменник для охлаждения сусла 20.
Установка работает следующим образом. После мойки и стерилизации емкости для размножения 5, суслоприемника 32 и всех технологических трубопроводов, насосов и теплообменников в суслоприемник 32 по трубопроводу 34 через клапан 31 из варочного цеха подается горячее сусло. Включается система стерилизации сусла, и оно, посредством насоса 30, через нагревающий теплообменник 27, проходит в выдерживатель 24, после чего уже простерилизованное сусло через охлаждающий теплообменник 20, автоматический регулирующий клапан 17 и циркуляционный контур начинает подаваться в емкость для размножения. В это время из колбы Карлсберга 24, через пробоотборный кран 7, в емкость для размножения подается чистая культура дрожжей, выращенная в лаборатории. Включается система циркуляции посредством насоса 16 через клапан 17, аэратор 11, выдерживатель 10 и клапан 6. Включается подача воздуха через вентиль 13 и процесс размножения чистой культуры дрожжей начинается. При этом простерилизованное и охлажденное до требуемой температуры сусло непрерывным потоком через автоматический клапан 17 и циркуляционный контур подается в емкость для размножения. Поток сусла при этом автоматически регулируется по сигналу с датчика 36, который определяет количество клеток в среде, таким образом, чтобы при постоянной подаче питательной среды в емкость для размножения содержание дрожжевых клеток в ней было постоянным и соответствовало нахождению дрожжевых клеток в логарифмической фазе размножения (в зависимости от конкретного штамма эта уставка на поддержание содержания клеток может варьироваться от 30-150 млн клеток/см3). Установка также может включать, хотя это не обязательно, и небольшую промежуточную буферную емкость 35 обеспечивающую промежуточное хранение простерилизованного и охлажденного сусла в случае, если рост содержания клеток в пропагаторе происходит медленнее, чем разбавление дрожжевой суспензии суслом при минимальной производительности системы пастеризации сусла.
При опустошении суслоприемника 32 в него снова набирается сусло из варочного цеха, при этом рабочий объем суслоприемника зависит от минимального количества варок в варочном отделении в сутки и может быть рассчитан как отношение рабочего объема емкости для размножения клеток к минимальному количеству варок в сутки. При полном заполнении емкости для размножения и при достижении требуемой концентрации дрожжевых клеток в ней (80-220 млн клеток/см3), полученная чистая культура пивных дрожжей посредством насоса 16 подается по трубопроводу 18 в отделение брожения. Установка проходит очередной цикл мойки и стерилизации и готовится к следующему циклу размножения чистой культуры пивных дрожжей.
Основные технико-экономические преимущества предлагаемой установки состоят в том, что более чем на 30% уменьшается время для получения чистой культуры пивных дрожжей, при этом получаемая концентрация клеток на 20% выше, то есть производительность установки по количеству получаемых клеток за фиксированный промежуток времени более чем на 45% выше существующих аналогов, кроме того, улучшается качество выпускаемого продукта.
При выработке опытной партии пива с использованием полученных дрожжей отмечалось высокое качество, отмеченное высшим дегустационным баллом.
Способ иллюстрируется примером осуществления.
ПРИМЕР 1.
Способ может быть осуществлен на предлагаемой установке или любой иной, имеющей совпадающую с заявленным изобретением совокупность существенных признаков.
В емкость для размножения - пропагатор подают охлажденное стерильное сусло в количестве, примерно равном количеству чистой культуры дрожжей, выращенной в лаборатории и имеющей концентрацию клеток 60-100 млн клеток/см3, задаваемому из колбы Карлсберга также в эту емкость. Целесообразно поддерживать соотношение чистой культуры и стерильного пивного сусла (0,5-4,0):(4,0-0,5). Иными словами от 1:1 до 1:4 или до 4:1. Такое соотношение продиктовано тем, что установлено, что именно в этом диапазоне проявляется менее всего негативное влияние процесса разбавления массы дрожжей, с минимальной потерей их активности. Включается процесс аэрации, а также включается непрерывная подача охлажденного простерилизованного сусла в емкость для размножения со скоростью регулируемой по количеству дрожжевых клеток в пропагаторе, соответствующему логарифмической фазе размножения для дрожжей используемого штамма. Это обусловлено тем, что как известно после латентной или Lag-фазы, в процессе которой клетки приспосабливаются к среде и начинают проявлять активность, наступает логарифмическая или Log-фаза, характеризующаяся максимальной активностью роста дрожжей и далее стационарная фаза с максимумом содержания клеток и с проявлением процесса отмирания клеток и начала затухания. Заявителем установлено, что если с разбраживаемую массу непрерывно вводить питательную среду - пивное сусло - именно в момент наивысшей активности роста дрожжевой массы, последние практически не испытывают шокового воздействия от разбавления, то есть изменение среды обитания минимизируется и остается практически незамеченным. Снижается количество отмерших клеток, повышается выход и сокращается время размножения. Непрерывный процесс введения сусла в пропагатор осуществляют при постоянном контроле не только количества клеток, но и при строгом температурном режиме. Температура вводимого сусла должна строго соответствовать температуре размножения для конкретного штамма дрожжей или быть ниже ее на 1-3°С, с тем, чтобы поддерживать эту температуру (процесс брожения - экзотермический). Для современных штаммов оптимальным является поддержание в разбраживаемой массе 40-150 млн кл/мл, а процесс пропагации проводят в течение 12-24 часов.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать чистую культуру пивных дрожжей за минимальный промежуток времени с максимальной скоростью роста, обладающую наилучшими показателями концентрации и упитанности дрожжевых клеток при минимальном количестве мертвых клеток.
ПРИМЕР 2.
Полученную массу дрожжей использовали при получении пива.
Причем технологическая схема выработки пива может быть различной при различных методах затирания, осахаривания, охмеления, сбраживания, дображивания и созревания. Основным условием выработки пива является использование дрожжей, полученных способом, описанном в примере 1. Полученное пиво характеризуется чистым вкусом без посторонних привкусов и запахов, отвечает самым взыскательным требованиям.
1. Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства, предусматривающий внесение в пропагатор чистой культуры дрожжей и расчетного количества стерильной питательной среды, в качестве которой используют пивное сусло, и выдерживание смеси при аэрации для наращивания биомассы дрожжей, отличающийся тем, что внесение в пропагатор чистой культуры и стерильного пивного сусла осуществляют в соотношении (0,5-4,0):(4,0-0,5), выдерживание смеси с периодической аэрацией проводят при непрерывной подаче оставшегося расчетного количества пивного сусла, скорость подачи при этом регулируют по количеству дрожжевых клеток в разбраживаемой массе, поддерживая постоянное количество клеток, соответствующее логарифмической фазе размножения, а стерилизацию сусла осуществляют в потоке с последующим охлаждением до температуры брожения или ниже ее на 1-3°С непосредственно перед внесением в пропагатор.
2. Периодический способ по п.1, отличающийся тем, что непрерывную подачу стерильного пивного сусла осуществляют из расчета поддержания в разбраживаемой массе содержания клеток 40-150 млн. кл/мл соответствующего логарифмической фазе размножения в течение 12-24 ч.
3. Установка для размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства, включающая пропагатор, систему для аэрации разбраживаемой массы, систему для получения стерильной питательной среды, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью для нестерильной питательной среды, связанную с пропагатором через систему для получения стерильной питательной среды, включающую стерилизатор и охладитель, а также систему непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор, включающую средства поддержания и контроля количества дрожжевых клеток и температуры питательной среды.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что система стерилизации включает промежуточную емкость, размещенную между охладителем и пропагатором.
www.findpatent.ru
Пивные дрожжи. Дрожжи для пива
Дрожжи — одноклеточные микроорганизмы, которые относятся к классу Сумчатых грибов. Именно дрожжи ответственны за процесс брожения. Форма дрожжевой клетки может быть круглой и овальной. Ширина клетки составляет 5-7 мкм, длина 8-10 мкм. Величина дрожжевой клетки зависит от разновидности, состояния и возраста клетки. Дрожжевая клетка на 75% процентов состоит из воды. В оставшихся 25% сухого вещества находятся органические и неорганические составляющие. Из органических веществ от 40 до 60 процентов составляют белки, 25-30 процентов углеводы и 4-7 процентов липиды (жиры). На неорганические вещества приходится не более 10% сухих веществ. Из неорганических веществ можно выделить Калий, его содержание составляет 2400 миллиграмм на 100 грамм сухих веществ, Фосфор — приблизительно 200 миллиграмм, а так же Марганец, Магний, Цинк и Кальций, а так же другие неорганические вещества в малых количествах. Особую роль в жизненном цикле дрожжевой клетки занимают фосфорные соединения. Они активно участвуют в обмене веществ дрожжевой клетки и входят в состав ряда промежуточных продуктов брожения. Во многом спиртовое брожение происходит благодаря соединениям фосфора. Нельзя не отметить и значение Калия, который входит в большинство молекул углеводов и белков, участвуя в их формировании. Все дрожжевые клетки очень богаты витаминами группы В, такими как В1 — Тиамин, В2 — Рибофлавин, В5 — Пантотеновая кислота, В6 — Пиридоксин, В9 — Фолиевая кислота. Также в дрожжевых клетках присутствует витамин РР — Никотиновая кислота, витамин Н — Биотин, и ряд других витаминов.
Дрожжевые клетки размножаются двумя способами. Пивовары процесс размножения клеток называют периодом роста дрожжей или периодом роста дрожжевой культуры, что является более правильным. При благоприятных условиях процесс размножения дрожжевых клеток происходит путем почкования или деления, при этом процессе от материнской клетки отделяется полностью жизнеспособная дочерняя клетка. При наступлении неблагоприятных условий дрожжевые клетки распадаются, образуя споры. С поры, в отличие от непосредственно дрожжевых клеток, обладают повышенной жизнестойкостью, могут переносить различные неблагоприятные условия, например, очень низкие или высокие температуры, кислотные и щелочные среды. При наступлении благоприятных условий из спор вновь образуются жизнеспособные дрожжевые клетки. Жизнестойкость спор очень продолжительна, некоторые споры могут находиться в состоянии покоя десятилетиями, ожидая наступления благоприятных условий.
При сбраживании пивного сусла, клетки пивных дрожжей проходят несколько жизненных этапов. Пивное сусло, насыщенное сахаром и другими питательными веществами является очень благоприятной средой для развития пивных дрожжей. За время брожения пивного сусла проходят следующие этапы:
Первый этап можно назвать начальным. Проходит начальный этап брожения в скрытой фазе. В этот период пивные дрожжи приспосабливаются к среде обитания, и происходит процесс подготовки к размножению дрожжевых клеток. Количество дрожжевых клеток начинает постепенно увеличиваться.
На следующей стадии происходит самое активное размножение клеток пивных дрожжей. Эту стадию называют периодом активного роста дрожжевой культуры. На этом этапе, дрожжевые клетки, попавшие в идеальную среду обитания, активно перерабатывают сахара, находящиеся в пивном сусле. Как и все организмы дрожжи стараются захватить как можно больше жизненного пространства и произвести как можно больше потомства. На этой стадии количество дрожжевых клеток увеличивается в разы. В этот период скорость появления новых клеток значительно превышает отмирание старых.
Следующий этап обусловлен снижение количества питательных веществ в сбраживаемом пивном сусле. Кроме этого самые первые дрожжевые клетки начинают отмирать, и вскоре темпы появления новых клеток выравниваются с темпами отмирания старых. На некоторое время в сусле поддерживается некоторый баланс, количество дрожжевых клеток является стабильной величиной, не увеличивается и не уменьшается. Пивные дрожжи продолжают перерабатывать сахара, и, вскоре, баланс нарушается, а пивное брожение переходит на завершающую стадию.
При заключительной фазе брожения количество дрожжевых клеток очень быстро сокращается из-за сокращения количества питательных веществ в сбраживаемом сусле. Дрожжевые клетки начинают очень быстро отмирать. На этой стадии брожение происходит в самом низу бродильного аппарата, там, где еще остались питательные вещества. Отмершие клетки дрожжей опускаются на дно. На дне бродильной емкости в слое осадка происходит разрушение составных частей клетки, этот процесс называется автолиз, и происходит он за счет ферментов находящихся в дрожжевых клетках. Сила протекания процесса автолиза отражается на вкусе пива, при незначительном процессе распада пиво будет иметь слабый дрожжевой вкус, сильно же большой показатель автолиза проявляется как посторонний, горький привкус. При розливе пива, в бутылки обычно добавляют немного сахара, около 9 грамм на 1 литр, и оставляют пиво на 7-10 дней в теплом месте. За это время не отмершие дрожжевые клетки перерабатывают добавленный сахар и насыщают молодое пиво углекислым газом.
atdrinks.ru
периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства и установка для его осуществления - патент РФ 2342424
Изобретение касается пивоварения. Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства предусматривает внесение в пропагатор чистой культуры дрожжей и расчетного количества стерильной питательной среды, в качестве которой используют пивное сусло, и выдерживание смеси при периодической аэрации для наращивания биомассы дрожжей. Внесение в пропагатор чистой культуры и стерильного пивного сусла осуществляют в соотношении (0,5-4,0):(4,0-0,5), выдерживание смеси с аэрацией проводят при непрерывной подаче оставшегося расчетного количества пивного сусла. Скорость подачи при этом регулируют по количеству дрожжевых клеток в разбраживаемой массе, поддерживая постоянное количество клеток, соответствующее логарифмической фазе размножения. Стерилизацию сусла осуществляют в потоке с последующим охлаждением до температуры брожения или ниже ее на 1-3°С, непосредственно перед внесением в пропагатор. Непрерывную подачу стерильного пивного сусла осуществляют из расчета поддержания в разбраживаемой массе содержания клеток 40-150 млн кл/мл в течение 12-24 часов. Установка для размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства включает пропагатор, систему для аэрации разбраживаемой массы, систему для получения стерильной питательной среды. Кроме того, она снабжена емкостью для нестерильной питательной среды, связанную с пропагатором через систему стерилизации, включающую стерилизатор и охладитель, а также систему непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор, включающую средства поддержания и контроля количества дрожжевых клеток и температуры питательной среды. Система стерилизации может включать промежуточную емкость, размещенную между охладителем и пропагатором. Это позволяет сократить период получения чистой культуры дрожжей, улучшить качество, снизить риск инфицирования и повысить качественные показатели конечного продукта. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл. 
Изобретение относится к пивоваренному производству и может быть применено на пивоваренных заводах любой мощности.
Для производства пива наряду с используемым сырьем (хмель, солод, вода), а также способом обработки сусла все большее внимание обращается на технологические процессы, связанные с дрожжами.
Недостаточно сбраживать сусло семенными дрожжами. Использование дрожжей с большим количеством генераций приводит к замедлению процесса брожения, к снижению способности клеток к размножению, нетипичному поведению при брожении и к мутациям, которые могут быть вызваны старением культуры.
Кроме того, на многих пивоваренных предприятиях используют ЦКТ (цилиндроконические танки). Брожение в ЦКТ при повышенных концентрациях и давлениях неблагоприятно воздействует на физиологические свойства дрожжей и, в частности, на их жизнеспособность. Поэтому число используемых генераций снижается.
При использовании же закупленных производственных дрожжей существует реальная опасность занесения инфекции. Кроме того, таким дрожжам требуется больший период адаптации к суслу данного предприятия.
В итоге, для любого современного пивоваренного предприятия, стремящегося прочно занять свою нишу на рынке, крайне необходимо иметь свою установку для пропагации (размножения) чистой культуры дрожжей (ЧКД), реализующую оптимальную технологическую схему - способ размножения, так как это значительно влияет на качество и стабильность получаемой конечной продукции.
Предлагаемое комплексное изобретение позволяет решить данную задачу.
В настоящее время существует достаточное разнообразие как машинно-аппаратурных схем, так и способов для пропагации ЧКД. Однако они имеют значительные недостатки и не всегда позволяют пивовару, получить желаемый конечный результат, а именно чистую культуру дрожжей в достаточном количестве за максимально короткий промежуток времени с гарантированной микробиологической чистотой, высокой жизнеспособностью и наилучшими качественными показателями.
Известны способы производства пива, при брожении в которых используются дрожжи современных штаммов, имеющих высокую скорость разбраживания, глубоко сбраживающих сусло и образующих низкие количества побочных продуктов брожения (например, диацетил), имеющих высокий коэффициент прироста биомассы (см. РФ 2189389, 20.09.2002).
Однако в процессе повторного использования дрожжей, их регенерации происходят необратимые процессы, приводящие в итоге к ухудшению не только их сбраживающей способности, но и, как отмечалось выше, к ухудшению качества и стабильности готового продукта.
Известны различные способы размножения чистой культуры дрожжей: с единовременной и периодической подачей питательной среды - пивного сусла в емкость для размножения дрожжевых клеток (пропагатор).
Известен способ непрерывного размножения пивоваренных дрожжей, согласно которому, размножение ведут при степени разбавления питательной среды, преимущественно равной 0,029-0,046 час-1, а аэрацию воздухом осуществляют со скоростью, преимущественно равной 6 л/л среды в час (см. РФ 350816, 25.11.1972).
Известен также способ получения пивных дрожжей, предусматривающий, что на заключительном этапе накопления биомассы, пивные дрожжи выращивают в условиях притока солодового сусла (см. РФ 94020989, 20.08.1996).
Однако недостатком известных способов является то, что ими не учитывается биологическое состояние клеток дрожжей при разбавлении уже сформировавшейся на какой-то конкретный момент среды обитания дрожжей. После внесения ЧКД из лаборатории с помощью колбы Карлсберга в пропагатор дрожжи испытывают шок. Причина данного шока еще не определена окончательно, однако выражается он в замедлении процесса размножения дрожжевых клеток. Такой же эффект замедления роста содержания клеток наблюдается и при очередном разбавлении дрожже-сусловой суспензии очередной задачей сусла.
Природа этого шока заключается в переходе дрожжевых клеток на анаэробный тип размножения ввиду увеличения концентрации сахаров в среде обитания дрожжевых клеток. Если рассматривать классический фазовый график размножения дрожжей, который показывает, что период развития состоит из четырех фаз - латентной, логарифмической, стационарной и фазы затухания, то шок приходится на момент высшей точки, следующей за логарифмической фазой - в стационарной фазе, резко опускающейся вниз (по оси показывающей число клеток) при разбавлении.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения чистой культуры пивных дрожжей с периодической подачей питательной среды - пивного сусла в емкость для размножения дрожжевых клеток (см. ЕР 0542089, 19.05.1993).
Недостатками этого способа являются: повышенная оксидация питательной среды - пивного сусла - ввиду невысоких концентраций дрожжевых клеток в емкости для размножения (пропагаторе), в результате чего больше половины расходуемого кислорода идет не на потребление его дрожжевыми клетками, а на химическое окисление пивного сусла, а также периодический переход дрожжевых клеток в неактивное состояние характеризуемое приостановкой их размножения ввиду резкого изменения среды обитания при очередной задаче сусла.
Известны различные установки, реализующие разнообразные способы размножения чистой культуры дрожжей, в частности одноаппаратные и двухаппаратные.
Одноаппаратная установка периодического действия, описанная в патенте WO 9808930, 05.03.1998, как и все подобные установки этого типа, работает следующим образом: после мойки и стерилизации паром пропагатор заполняется суслом, уже при температуре стерилизации или же нагревается непосредственно в пропагаторе. Коэффициент заполнения пропагаторов обычно не превышает 0,6-0,7, в виду интенсивного пенообразования в процессе пропагации. Стерилизованное сусло охлаждается за счет охладительных элементов пропагатора, например теплообменной рубашки до температуры пропагации или на 2-3°С ниже температуры брожения. После этого в пропагатор задается посевная доза ЧКД из колбы Карлсберга, сусло аэрируется и начинается процесс пропагации дрожжей. При достижении требуемой концентрации клеток, дрожжи передаются на производство и цикл повторяют вновь.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой установке является двухаппаратная установка для размножения чистой культуры пивных дрожжей с периодической подачей питательной среды - пивного сусла в емкость для размножения дрожжевых клеток (см. ЕР 0542089, 19.05.1993).
Указанная установка состоит из емкости для размножения дрожжевых клеток и емкости для стерилизации питательной среды - пивного сусла, при этом питательная среда в количестве 1/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей сначала стерилизуется в емкости для стерилизации, затем там же охлаждается до требуемой температуры и подается в емкость для размножения, куда также подаются дрожжевые клетки из лаборатории. Затем питательная среда уже в количестве 3/16 вновь стерилизуется и охлаждается в емкости для стерилизации, после чего при достижении требуемой концентрации дрожжевых клеток в емкости для размножения 40-120 млн клеток/см3 питательная среда вновь подается в емкость для размножения. И снова в емкость для стерилизации набирается питательная среда - пивное сусло - уже в количестве, необходимом для окончательного заполнения емкости для размножения дрожжевых клеток, а именно 12/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей, где питательная среда стерилизуется и охлаждается, после чего, при достижении требуемой концентрации дрожжевых клеток в емкости для размножения 40-120 млн клеток/см 3, она вновь подается в емкость для размножения.
Недостатками данной установки являются нерациональное использование имеющегося стерилизатора, поскольку, будучи рассчитанным для вмещения и стерилизации самого большого необходимого объема питательной среды, а именно 12/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей, в первые два цикла он стерилизует и охлаждает 1/16 и 3/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей. Следствием этого являются высокие металлоемкость установки, стоимость и габаритные размеры. Кроме того, при охлаждении последнего объема питательной среды в 12/16 от необходимого количества получаемой чистой культуры пивных дрожжей время, затраченное на процесс охлаждения, превышает время на достижение требуемой концентрации дрожжевых клеток в емкости для размножения 40-120 млн клеток/см3. В результате чего увеличивается общий промежуток времени, необходимый для получения требуемого количества чистой культуры пивных дрожжей. Также одним из недостатков таких систем является значительное окисление сусла при размножении чистой культуры дрожжей, происходящее ввиду того, что для обеспечения аэробного размножения клеток воздух должен быть подведен ко всем клеткам, однако при очередном доливе питательной среды - сусла - в емкость для размножения концентрация клеток резко подает и большая часть кислорода перестает с ними контактировать и уходит на химическое окисление среды. В то же самое время и уменьшать количество подаваемого кислорода нецелесообразно, поскольку дрожжевые клетки при недостаче кислорода перейдут на анаэробный тип размножения. На практике для гарантированного обеспечения клеток кислородом подачу воздуха при очередном доливе сусла приходится увеличивать, что приводит к еще большему окислению питательной среды.
Задачей предлагаемого решения является создание аппаратурно-технологической схемы, лишенной указанных выше недостатков для производства пива высокого качества.
Техническим результатом заявленного изобретения явилось значительное сокращение периода получения необходимой порции ЧКД, улучшение качества дрожжесусловой суспензии, снижение риска инфицирования ЧКД, что в итоге позволило повысить качественные показатели конечного продукта.
Это достигается тем, что способ производства пива, включает процессы получения затора, его осахаривания с получением начального сусла, охмеления пивного сусла, сбраживания, дображивания и созревания. Сбраживание пивного сусла проводят при помощи дрожжей, полученных путем разводки чистой культуры дрожжей периодическим способом с непрерывной подачей питательной среды в процессе размножения. Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства предусматривает внесение в пропагатор чистой культуры дрожжей и расчетного количества стерильной питательной среды, в качестве которой используют пивное сусло и выдерживание смеси при периодической или непрерывной аэрации для наращивания биомассы дрожжей. Внесение в пропагатор чистой культуры и стерильного пивного сусла осуществляют в соотношении (0,5-4,0):(4,0-0,5), выдерживание смеси с аэрацией проводят при непрерывной подаче оставшегося расчетного количества пивного сусла. Скорость подачи при этом регулируют по количеству дрожжевых клеток в разбраживаемой массе, поддерживая количество клеток, соответствующее логарифмической фазе размножения. Стерилизацию сусла осуществляют в потоке с последующим охлаждением до температуры брожения или ниже ее на 1-3°С, непосредственно перед внесением в пропагатор. Непрерывную подачу стерильного пивного сусла осуществляют из расчета поддержания в разбраживаемой массе содержания клеток 40-150 млн кл/мл соответствующего логарифмической фазе размножения в течение 12-24 часов. Установка для размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства включает пропагатор, систему для аэрации разбраживаемой массы, систему для получения стерильной питательной среды. Кроме того, она снабжена емкостью для нестерильной питательной среды, связанной с пропагатором через систему стерилизации, включающую стерилизатор и охладитель, а также систему непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор, включающую средства поддержания и контроля количества дрожжевых клеток и температуры питательной среды. Система стерилизации может включать промежуточную емкость, размещенную между охладителем и пропагатором.
Сущность заявленного комплексного решения состоит в том, что процесс размножения клеток исключает шоковый момент.
Так, например, график, показывающий процесс размножения в одноаппаратной установке самый простой, без шоковых (пиковых) моментов, однако этот метод самый длительный и непродуктивный. В двухаппаратной установке периодического действия шоковый момент наблюдается единожды, а в двухаппаратной установке полунепрерывного действия шоковый (пиковый) момент наблюдается каждый раз при разбавлении (добавлении сусла) разбраживаемой массы.
Это наглядно иллюстрируется соответствующими графиками, представленными на фиг.1-4.
Представленные графики наглядно иллюстрируют преимущества предлагаемого технологического и аппаратурного решения, так как максимального значения количества клеток предлагаемый процесс позволяет достичь за значительно меньший промежуток времени.
Предлагаемое решение, кроме того, позволяет снизить риск инфицирования дрожжей.
В известных установках причиной заражения (инфицирования) ЧКД может служить как излишние конструктивные узлы пропагатора, так и собственно подаваемое сусло уже может быть зараженным или инфицироваться в самом стерилизаторе, а именно на стадии охлаждения сусла после стерилизации. Во всех известных установках стадия охлаждения сусла при пропагации ЧКД со 100°С до 10°С может длиться до 24 ч и даже больше, причем в связи с тем, что снижение температуры до 35÷40°С происходит достаточно быстро - примерно за 2.5÷3 ч, значительную часть времени сусло находится в области температур 10÷35°С что является оптимумом температур для большого количества вредных культур.
В предлагаемом решении система стерилизации вынесена за пределы пропагатора и имеет охладитель, работающий синхронно со стерилизатором. Сусло как питательная среда подается непрерывно под строгим контролем содержания клеток ЧКД, соответствующим логарифмической фазе размножения, то есть фазе максимальной активности роста.
Основная идея, заложенная в машинно-аппаратурную схему, заключается в стремлении устранить влияние "шока", при добавлении очередной порции сусла в пропагатор, минимизируя, таким образом, продолжительность lag-фазы, за счет уменьшения степени разбавления, а также уменьшить количество кислорода, расходуемого на химическое окисление сусла. В результате значительно сократится период получения необходимой порции ЧКД и улучшится качество дрожже-сусловой суспензии. Кроме того, исходя из самой предлагаемой технологии пропагации пивных дрожжей, уменьшается риск инфицирования ЧКД вследствие того, что сусло после охлаждения в теплообменнике без задержки моментально попадает в пропагатор, где уже идет процесс пропагации. А также сама собой решается проблема быстрого охлаждения сусла с соблюдением микробиологической безопасности производства.
| Таблица 1 | ||
| Теоретически возможное содержание дрожжевых клеток и время его достижения при пропагации различными способами | ||
| Затраченное время (ч) | Содержание клеток (млн кл/мл) | |
| Пропагация ЧКД в одном танке | 66 | 109.6 |
| Двухаппаратная установка периодического действия | 60 | 109.6 |
| Двух аппаратная установка полунепрерывного действия | 54 | 109.6 |
| Предлагаема установка | 38 | 110.6 |
Как видно из таблицы 1, теоретически, для получения ЧКД с нужным содержанием клеток предлагаемым методом должен потребоваться гораздо меньший промежуток времени. Однако не только производительность предлагаемой установки должна быть выше, но и качественные показатели должны отличаться в лучшую сторону, так как для жизни клеток созданы более благоприятные условия.
В результате проведенных экспериментов было доказано, что предлагаемая система пропагации ЧКД превосходит существующие классические системы, применяемые в пивоварении, как по количественным, так и по качественным показателям получаемого материала.
Бродильная энергия дрожжей (выраженная в количестве CO2, выделившегося на 100 мл питательной среды), полученных предлагаемым способом, выше. Данный факт обуславливается тем, что дрожжи, полученные предлагаемым способом пропагации с непрерывной подачей сусла в пропагатор, имеют гораздо белее низкое содержание мертвых клеток и большее содержание упитанных клеток (фиг.5).
Предположение, высказанное Х.Мангером и Г.Анемюллером, что в условиях пивоваренного производства, где источником сахара является сусло, процесс пропагации ЧКД является не чисто аэробным процессом, а «аэробно поддерживающим брожением», находит свое подтверждение при анализе полученных экспериментальных данных (достигнутое содержание клеток и время необходимое для его достижения).
Этот факт, в свою очередь, означает зависимость времени генерации штамма от способа пропагации, то есть наличие как аэробного, так и анаэробного процесса одновременно. При этом уже соотношение аэробного и анаэробного процессов, находящееся в балансе, при разных способах пропагации разное. В результате время генерации сообщества клеток, включающего миллионы особей, уже оказывается разным и, следовательно, зависит от способа пропагации.
Исходя из вышесказанного было выдвинуто предположение, что Lag-фаза - это шок, который испытывают дрожжевые клетки при изменении среды обитания, выражаемый в переходе клеток на анаэробный тип размножения. Причина этого шока в том, что содержание сахара в сусле значительно превосходит предельно допустимую величину для эффекта блокирования дыхательных ферментов, и именно поэтому при очередной задаче сусла в пропагатор дрожжи испытывают шок, который характеризуется выходом дрожжевых клеток из log-фазы и переходом их в lag-фазу. После проведения и анализа всех полученных теоретических и экспериментальных данных обобщены все показатели, полученные при пропагации пивных и хлебопекарных дрожжей двумя классическими и предлагаемым способами (табл.2):
| Таблица 2 | ||||
| Качественно-количественные показатели полученных пивных дрожжей в зависимости от метода пропагации | ||||
| Пивные дрожжи | ||||
| Характеристика физиологического состояния дрожжей | Ед. изм | в одном танке | с периодической подачей сусла | предлагаемый метод |
| Флокуляционная способность | хор. | хор. | хор. | |
| Бродильная энергия | мл/100 мл | 37 | 41.7 | 44.3 |
| Содержание клеток | млн кл. мл | 96.7 | 103.3 | 133 |
| Время пропагации | ч | 34 | 30 | 26 |
| Кол-во мертвых клеток | % | 11 | 8.3 | 1.1 |
| Кол-во упитан, клеток | % | 67.3 | 77.3 | 90.3 |
| Конечная степень сбраживания | % | 75.7 | 75.3 | 76 |
Сущность заявленного комплексного решения поясняется описанием и работой установки.
На фиг.6 изображена предлагаемая установка.
Установка содержит предохранительный клапан 1, вакуум клапан 2, моющую СИП головку 3, колбу Карлсберга 4, пропагатор, представляющий собой емкость 5 для размножения дрожжевых клеток, автоматический кран-бабочку 6, пробоотборный кран 7, датчик температуры в емкости 8. Система аэрации разбраживаемой массы включает: трубопровод подачи СИП и стерильного воздуха 9, выдерживатель для перемешивания чистой культуры дрожжей с воздухом 10, аэратор 11, донный клапан 12, регулирующий вентиль для воздуха 13. В установку входит кран для подачи СИП 14. Система для получения стерильной питательной среды включает: седельный клапан для чистой культуры дрожжей 15, насос для подачи чистой культуры дрожжей 16, автоматический регулирующий клапан для сусла 17, трубопровод выдачи чистой культуры дрожжей 18, датчик температуры в трубопроводе 19, теплообменник для охлаждения сусла 20, трубопровод возврата охлаждающего агента 21, регулирующий клапан охлаждающего агента 22, трубопровод подачи охлаждающего агента 23, выдерживатель сусла 24, трубопровод конденсата 25, конденсатоотводчик 26, теплообменник для нагрева сусла 27, регулирующий клапан паровой 28, трубопровод подачи пара 29, насос подачи сусла 30, седельный клапан для сусла 31. В эту же систему введены: емкость для нестерильной питательной среды, представляющую собой суслоприемник 32, трубопровод подачи СИП 33, трубопровод 34 подачи сусла из варочного цеха, промежуточная буферная емкость 35, датчик для определения количества клеток 36. Система непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор включает трубопровод 18, средство поддержания количества дрожжевых клеток в виде датчика 36 и датчик температуры 19.
Емкость для нестерильной питательной среды - суслоприемник 32 - связана с пропагатором, представляющим собой емкость 5 через систему для получения стерильной питательной среды, включающую стерилизатор - теплообменник для нагрева сусла 27 и охладитель - теплообменник для охлаждения сусла 20.
Установка работает следующим образом. После мойки и стерилизации емкости для размножения 5, суслоприемника 32 и всех технологических трубопроводов, насосов и теплообменников в суслоприемник 32 по трубопроводу 34 через клапан 31 из варочного цеха подается горячее сусло. Включается система стерилизации сусла, и оно, посредством насоса 30, через нагревающий теплообменник 27, проходит в выдерживатель 24, после чего уже простерилизованное сусло через охлаждающий теплообменник 20, автоматический регулирующий клапан 17 и циркуляционный контур начинает подаваться в емкость для размножения. В это время из колбы Карлсберга 24, через пробоотборный кран 7, в емкость для размножения подается чистая культура дрожжей, выращенная в лаборатории. Включается система циркуляции посредством насоса 16 через клапан 17, аэратор 11, выдерживатель 10 и клапан 6. Включается подача воздуха через вентиль 13 и процесс размножения чистой культуры дрожжей начинается. При этом простерилизованное и охлажденное до требуемой температуры сусло непрерывным потоком через автоматический клапан 17 и циркуляционный контур подается в емкость для размножения. Поток сусла при этом автоматически регулируется по сигналу с датчика 36, который определяет количество клеток в среде, таким образом, чтобы при постоянной подаче питательной среды в емкость для размножения содержание дрожжевых клеток в ней было постоянным и соответствовало нахождению дрожжевых клеток в логарифмической фазе размножения (в зависимости от конкретного штамма эта уставка на поддержание содержания клеток может варьироваться от 30-150 млн клеток/см3). Установка также может включать, хотя это не обязательно, и небольшую промежуточную буферную емкость 35 обеспечивающую промежуточное хранение простерилизованного и охлажденного сусла в случае, если рост содержания клеток в пропагаторе происходит медленнее, чем разбавление дрожжевой суспензии суслом при минимальной производительности системы пастеризации сусла.
При опустошении суслоприемника 32 в него снова набирается сусло из варочного цеха, при этом рабочий объем суслоприемника зависит от минимального количества варок в варочном отделении в сутки и может быть рассчитан как отношение рабочего объема емкости для размножения клеток к минимальному количеству варок в сутки. При полном заполнении емкости для размножения и при достижении требуемой концентрации дрожжевых клеток в ней (80-220 млн клеток/см3), полученная чистая культура пивных дрожжей посредством насоса 16 подается по трубопроводу 18 в отделение брожения. Установка проходит очередной цикл мойки и стерилизации и готовится к следующему циклу размножения чистой культуры пивных дрожжей.
Основные технико-экономические преимущества предлагаемой установки состоят в том, что более чем на 30% уменьшается время для получения чистой культуры пивных дрожжей, при этом получаемая концентрация клеток на 20% выше, то есть производительность установки по количеству получаемых клеток за фиксированный промежуток времени более чем на 45% выше существующих аналогов, кроме того, улучшается качество выпускаемого продукта.
При выработке опытной партии пива с использованием полученных дрожжей отмечалось высокое качество, отмеченное высшим дегустационным баллом.
Способ иллюстрируется примером осуществления.
ПРИМЕР 1.
Способ может быть осуществлен на предлагаемой установке или любой иной, имеющей совпадающую с заявленным изобретением совокупность существенных признаков.
В емкость для размножения - пропагатор подают охлажденное стерильное сусло в количестве, примерно равном количеству чистой культуры дрожжей, выращенной в лаборатории и имеющей концентрацию клеток 60-100 млн клеток/см 3, задаваемому из колбы Карлсберга также в эту емкость. Целесообразно поддерживать соотношение чистой культуры и стерильного пивного сусла (0,5-4,0):(4,0-0,5). Иными словами от 1:1 до 1:4 или до 4:1. Такое соотношение продиктовано тем, что установлено, что именно в этом диапазоне проявляется менее всего негативное влияние процесса разбавления массы дрожжей, с минимальной потерей их активности. Включается процесс аэрации, а также включается непрерывная подача охлажденного простерилизованного сусла в емкость для размножения со скоростью регулируемой по количеству дрожжевых клеток в пропагаторе, соответствующему логарифмической фазе размножения для дрожжей используемого штамма. Это обусловлено тем, что как известно после латентной или Lag-фазы, в процессе которой клетки приспосабливаются к среде и начинают проявлять активность, наступает логарифмическая или Log-фаза, характеризующаяся максимальной активностью роста дрожжей и далее стационарная фаза с максимумом содержания клеток и с проявлением процесса отмирания клеток и начала затухания. Заявителем установлено, что если с разбраживаемую массу непрерывно вводить питательную среду - пивное сусло - именно в момент наивысшей активности роста дрожжевой массы, последние практически не испытывают шокового воздействия от разбавления, то есть изменение среды обитания минимизируется и остается практически незамеченным. Снижается количество отмерших клеток, повышается выход и сокращается время размножения. Непрерывный процесс введения сусла в пропагатор осуществляют при постоянном контроле не только количества клеток, но и при строгом температурном режиме. Температура вводимого сусла должна строго соответствовать температуре размножения для конкретного штамма дрожжей или быть ниже ее на 1-3°С, с тем, чтобы поддерживать эту температуру (процесс брожения - экзотермический). Для современных штаммов оптимальным является поддержание в разбраживаемой массе 40-150 млн кл/мл, а процесс пропагации проводят в течение 12-24 часов.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать чистую культуру пивных дрожжей за минимальный промежуток времени с максимальной скоростью роста, обладающую наилучшими показателями концентрации и упитанности дрожжевых клеток при минимальном количестве мертвых клеток.
ПРИМЕР 2.
Полученную массу дрожжей использовали при получении пива.
Причем технологическая схема выработки пива может быть различной при различных методах затирания, осахаривания, охмеления, сбраживания, дображивания и созревания. Основным условием выработки пива является использование дрожжей, полученных способом, описанном в примере 1. Полученное пиво характеризуется чистым вкусом без посторонних привкусов и запахов, отвечает самым взыскательным требованиям.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Периодический способ размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства, предусматривающий внесение в пропагатор чистой культуры дрожжей и расчетного количества стерильной питательной среды, в качестве которой используют пивное сусло, и выдерживание смеси при аэрации для наращивания биомассы дрожжей, отличающийся тем, что внесение в пропагатор чистой культуры и стерильного пивного сусла осуществляют в соотношении (0,5-4,0):(4,0-0,5), выдерживание смеси с периодической аэрацией проводят при непрерывной подаче оставшегося расчетного количества пивного сусла, скорость подачи при этом регулируют по количеству дрожжевых клеток в разбраживаемой массе, поддерживая постоянное количество клеток, соответствующее логарифмической фазе размножения, а стерилизацию сусла осуществляют в потоке с последующим охлаждением до температуры брожения или ниже ее на 1-3°С непосредственно перед внесением в пропагатор.
2. Периодический способ по п.1, отличающийся тем, что непрерывную подачу стерильного пивного сусла осуществляют из расчета поддержания в разбраживаемой массе содержания клеток 40-150 млн. кл/мл соответствующего логарифмической фазе размножения в течение 12-24 ч.
3. Установка для размножения чистой культуры дрожжей для пивоваренного производства, включающая пропагатор, систему для аэрации разбраживаемой массы, систему для получения стерильной питательной среды, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью для нестерильной питательной среды, связанную с пропагатором через систему для получения стерильной питательной среды, включающую стерилизатор и охладитель, а также систему непрерывной подачи стерильной охлажденной питательной среды в пропагатор, включающую средства поддержания и контроля количества дрожжевых клеток и температуры питательной среды.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что система стерилизации включает промежуточную емкость, размещенную между охладителем и пропагатором.
www.freepatent.ru
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 Пример видео 3 |  Пример видео 2 |  Пример видео 6 |  Пример видео 1 |  Пример видео 5 |  Пример видео 4 |
Администрация муниципального образования «Городское поселение – г.Осташков»