Микробиологический и химический контроль при производстве кваса

0

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тверской государственный технический университет»

(ФГБОУ ВО «ТвГТУ»)

 

Кафедра БТиХ

 

 

 

 

 

Курсовая работа
на тему:

"Микробиологический и химический контроль

при производстве кваса"

 

 

 

                                                                                 Выполнила: студент 3 курса

группы БТ-15.03

Воронов М. А.

Принял:

доцент, к.х.н.

Григорьев М.Е.

 

 

 

Тверь 2017


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………….……………………………3

1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ………………………….…………………..……………5

      1.1 Сырье для производства кваса…………………………….…..……….5

      1.1.1 Рожь как основное сырьё для квасоварения…………….…………..5

1.1.2 Характеристика ржаного солода………………………….………….7

1.1.3 Другие виды сырья для кваса…………………………………..……..8

      1.2 Микроорганизмы, используемые в производстве кваса……………..9

1.2.1 Характеристика квасных дрожжей и молочнокислых бактерий…...9

1.2.2 Размножение смешанной закваски для сбраживания кваса………...12

1.2.3 Скорость роста и размножения клеток………………………..…….16

1.2.4 Использование других видов дрожжей и сухих культур дрожжей и молочнокислых бактерий (МКБ)………………………..…………………....23

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………..………………..……...26

      2.1 Блок-схема производства кваса……………………………….………26

      2.2 Производство кваса…………………………………………………..…26

2.2.1  Характеристика схем производства концентрата квасного сусла (ККС)…………………………………………………………………….……….26

2.2.2 Особенности затирания зернопродуктов в производстве ККС с использованием различных видов сырья……………………………..…….…27

2.2.3 Способы получения квасного сусла…………………………............29

2.2.4 Способы сбраживания квасного сусла и купажирование…….…...31

2.2.5 Технологическая схема приготовления кваса из ККС……………...33

2.2.6 Качество квасов брожения……………………………………….….36

2.2.7 Болезни кваса……………………………………………………….....37

2.3 Система качества и безопасности ХАССП на предприятии…………41

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………..…………..43

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………...………44

ВВЕДЕНИЕ

 

Хлебный квас - один из распространенных напитков, обладающий приятным ароматом ржаного свежевыпеченного хлеба и кисловато-сладким вкусом. Он содержит разнообразные продукты спиртового и молочнокислого брожения, которые придают ему освежающее действие и специфический кисловатый вкус. Питательная ценность 1 дм3 кваса составляет 1000-1170 кДж (240-280 ккал).

Сырьем для производства хлебного кваса служат ржаной солод, ржаная мука, ячменный солод, сахар и другие продукты. Основные стадии его производства включают: получение ржаного солода, приготовление квасного сусла, сбраживание квасного сусла и купажирование кваса.

Раньше квасное сусло приготовляли настойным и рациональным способами, которые сейчас применяют редко.

В настоящее время квасное сусло готовят в основном из концентрата квасного сусла, концентратов квасов, концентрата обогащенного квасного сусла, экстракта окрошечного кваса, которые получают на специализированных заводах из ферментированного и неферментированного ржаного солода, ячменного солода с добавлением ржаной, кукурузной, ячменной муки.

При сбраживании квасного сусла используют комбинированную культуру дрожжей и молочнокислых бактерий. Дрожжи вызывают спиртовое брожение, а бактерии — молочнокислое. Молочнокислые бактерии примерно половину сахара превращают в молочную кислоту, остальной сахар - в диоксид углерода, уксусную кислоту и этиловый спирт. Совместное действие микроорганизмов основано на их различном обмене веществ, и разных требованиях к питательной среде, а также разной скорости размножения. В результате изменения условий среды меняется ход брожения, характерный для этих микроорганизмов при их раздельном развитии. Например, в первой половине процесса брожения, где используется комбинрованная культура, в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий накапливается молочная кислота и повышается кислотность среды, что способствует размножению дрожжей. Во второй половине процесса брожения дальнейший рост кислотности угнетает жизнедеятельность дрожжей, и они начинают погибать. Продукты автолиза этих дрожжей служат питанием для молочнокислых бактерий. В присутствии молочнокислых бактерий квасные дрожжи накапливают в сбраживаемой среде до 0,04% уксусноэтилового эфира, что способствует улучшению вкуса и аромата кваса, а также повышению стойкости кваса при хранении.

Сброженный квас купажируют (смешивают в определенных пропорциях) с необходимыми компонентами, в том числе с сахаром, тщательно перемешивают и разливают.

Для того чтобы получить высококачественный продукт необходимо на протяжении всего производства осуществлять контроль текущего сырья и продукта. Только благодаря периодическим химическим и микробиологическим анализам, можно говорить о том что продукция соответствует заявленному качеству и не вредит здоровью человека.

Цель курсовой работы:

изучить химический и микробиологический контроль производства кваса

Задачи:

-охарактеризовать основные источники сырья для получения кваса

-определить и изучить микроорганизмы используемые в производстве кваса

-рассмотреть блок-схему технологии производства

-описать технологию производства кваса

- определить критические контрольные точки в технологии получения кваса

 

1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Сырье для производства кваса

1.1.1 Рожь как основное сырьё для квасоварения

 

Рожь является основным сырьем для производства солода, кон­центрата квасного сусла, кислого кваса. Ее используют в виде: ржаной муки; ржаного ферментированного солода; ржаного неферментиро­ванного солода.

Рожь – самый российский из всех злаков. Она дает стабильные урожаи даже при неблагоприятных погодных условиях, в том числе в северных регионах России.

Строение зерна ржи аналогично строению зерна ячменя. Отличие в строении и химическом составе зерна ржи заключается в том, что рожь является голозерной культурой, мякинная и семенная оболочки ее удаляются при обмолоте. Этим определяются различия в составе ржи и ячменя и особенности переработки ржи. Зерна ржи разных сортов имеют окраску желтую, зеленую, коричневую, фиолетовую, что обусловлено присутствием пигментов. Эндосперм бывает мучнистым и полустекловидным. Зерна, имеющие сортовую окраску зеленого цвета, как правило, крупные, у них тонкая оболочка, объем, занимаемый эндоспермом, относительно большой, поэтому сорта ржи с зернами зеленого цвета считаются наиболее пригодными для квасоварения.

Средний химический состав зерна ржи, используемой для производства кваса: крахмал 57,7...63,5%, некрахмальные полисахариды (пентозаны, -глюкан, фруктозаны) 24...26%, белок 9...20%, мине­ральные вещества 1,5...2,0%. Для сравнения: в ячмене некрахмальных полисахаридов 14...16%.

Белки зерна ржи содержат относительно много незаменимых аминокислот – лизина, треонина, фенилаланина, что делает их бо­лее ценными в питательном отношении, чем белки зерна пшеницы и ячменя.

При гидролизе некрахмальных полисахаридов ржи в процессе солодоращения накапливается большое количество низкомолекулярных сахаров: пентоз, глюкозы, фруктозы. При сушке солода пентозы на­иболее активно, по сравнению с другими сахарами, вступают в реак­цию меланоидинообразования, в результате которой накапливаются летучие промежуточные продукты определенного состава: альдоли, кетоны, альдегиды, придающие солоду специфический аромат ржаной корочки хлеба, а также большое количество красящих веществ – меланоидинов. Сусло, полученное из ржаных зернопродуктов, очень аро­матно, имеет интенсивный цвет.

Именно поэтому рожь является основной зерновой культурой для производства кваса, которую никакой другой злак не может полноцен­но заменить.

Рожь для производства ржаного солода должна отвечать следующим основным требованиям: влаж­ность – не более 15,5 %; содержание сорной и зерновой примеси – не более 5 %; способность прорастания – не менее 92 %.

Кроме того, содержание белка в ней должно быть не менее 12 % для получения красящих и ароматических веществ в солоде, экстрактивность не менее 70 %.

В квасоваренном производстве используется хлебопекарная ржа­ная мука 95 %-ного обойного помола, т. е. без отбора отрубей, из цель­ного зерна, с выходом муки 95...97 % от массы зерна.

Органолептические показатели:

-   цвет (серовато-белый с заметными частицами оболочек зерна);

- запах (свойственный нормальной муке, без запаха плесени, затхлости и других посторонних запахов);

- вкус (свойственный нормальной муке, без кисловатого, горьковатого и других посторонних привкусов);

- минеральные примеси (при разжевывании муки не должно ощущаться хруста на зубах)

Физико-химические показатели:

- массовая доля влаги не более 15 %;

- массовая доля зольности не более 2 %, но не менее, чем на 0,07 % зольности чистого зерна до помола;

- крупность помола – остаток на металлотканом сите № 067 не более 2%; проход через шелковое сито № 38 не менее 30 %;

- металлопримеси на 1 кг муки не более 3 мг; [2].

 

1.1.2 Характеристика ржаного солода

 

Ржаной солод используется для получения основного полуфабриката кваса: концентрата квасного сусла.

Его производят двух видов: ферментированный и неферментированный. Неферментированный солод получают по технологии, близкой к технологии ячменного солода. Сушат при максимальной температуре 60 °С, чтобы сохранить накопившиеся гидролитические ферменты.

Особенностью технологии ферментированного солода является стадия томления (или ферментации) после проращивания. Свежепроросшее зерно ржи с влажностью 52...55 % укладывают в кучи для согревания или подогревают на грядках, при этом за счет интенсивного дыхания температура поднимается до 55...60 °С. Накопившиеся при проращивании ферменты катализируют гидролиз крахмала, белков, некрахмальных полисахаридов с образованием сахаров и аминокислот, из которых при сушке образуются красящие и ароматические вещества.

Органолептические показатели сухого ржаного солода в зернах и размолотого (неферментированного и ферментированного):

- внешний вид (однородная зерновая масса, не содержащая заплесневелых зерен, или масса размолотого солода, не содержащая плесени).

- цвет (светло-желтый с сероватым оттенком (для неферментированного) или от коричневого до темно-бурого с красноватым оттенком (для ферментированного)).

            - запах (свойственный данному типу солода. Не допускаются – запах гнили и плесени).

            - вкус (сладковатый (для неферментированного) или кисло-сладкий, напоминающий вкус ржаного хлеба. Не допускаются – пригорелый, горький и др. (для ферментированного)).

Сухой ржаной солод, в зернах или размолотый, упаковывают мас­сой по 50 кг – 1% в тканевые мешки, которые должны быть чистыми, сухими, без запаха, не зараженными вредителями. Допускается отгруз­ка сухого солода в зернах насыпью [2].

 

1.1.3 Другие виды сырья для кваса

 

В производстве кваса используются, кроме ржаного солода и ржаной муки, другие зернопродукты: сухой ячменный солод в качестве источника ферментов, ячменная и кукурузная мука как несоложеное сырье.

Кукурузная мука имеет высокую экстрактивность, однако она не счи­тается полноценной заменой ржаной муки, так как не дает необходимые вкусовые характеристики кваса, получаемому с ее использованием. Ку­курузная мука может быть крупного или тонкого помола. Она должна иметь белый или желтый цвет, запах, типичный для нормальной муки, без запаха плесени. Влажность кукурузной муки должна быть не более 15 %, содержание золы не более 1,3 % для муки крупного помола и 0,9 % для муки тонкого помола, содержание жира не более 3 % для муки гру­бого помола и не более 2,5 % для муки тонкого помола.

В качестве источников ферментов в производстве концентрата квасного сусла применяют ферментные препараты микробного проис­хождения, например, такие отечественные ферментные препараты:

  • цитолитические – Целловиридин Г20х, Цитороземин П10х, Ксилоглюканофоетидин П10х. Их применяют для повышения выхода экстракта, снижения вязкости затора и сусла, ускорения фильтрования затора; расход препаратов градации П10х – 0,020...0,025% к массе сырья, градации Г20х – 100...180 г/т сырья;
  • амилолитические – Амилоризин Г10х – для повышения содержания сбраживаемых сахаров в сусле, расход – 200...280 г/т сырья; Амилосубтилин Г10х – для разжижения затора, облегчения и ускорения осахаривания крахмала, расход – 240...280 г/т сырья [2].

 

1.2  Микроорганизмы, используемые в производстве кваса

1.2.1 Характеристика квасных дрожжей и молочнокислых бактерий

 

До 20-х годов прошлого столетия сбраживание кваса проводили за­квасками, которые представляли собой смесь различных видов дрож­жей, кислотообразующих бактерий, приспособленных к жизнеде­ятельности в квасном сусле. Эти закваски имели непостоянный и неопределенный состав, что не позволяло получать квас, стандартизированный по качеству, сложно было обеспечить большое количество такой закваски для крупного производства.

Использование чистых культур микроорганизмов для производства пива, кваса, вин и других напитков имеет существенные преимущест­ва: можно обеспечить постоянный состав и свойства культуры, ее мик­робиологическую чистоту, получать необходимые количества микроб­ной культуры путем ее размножения в оптимальных условиях.

В пивоваренное производство чистые культуры дрожжей были внедрены в 80-х годах XIX века Эмилем Христианом Ханзеном на дат­ском пивзаводе Карлсберг. Внедрению чистых культур на других пив­заводах, до того использовавших спонтанные закваски в производстве пива, поспособствовало массовое инфицирование пива посторонней микрофлорой, в то время как на заводе Карлсберг получилось пиво нормального качества.

В отличие от производства вина и пива, в производстве кваса необходимы не только чистые культуры дрожжей, но и чистые культуры молочнокислых бактерий. Они были выделены в конце 20-х годов про­шлого столетия Л. И. Чеканом из лучших образцов российского кваса кустарного производства. Раса дрожжей, названная М-квасная, была отнесена к виду Saccharomyces minor (по современной классификации следует отнести их к виду Saccharomyces cerevisiae), расы 11 и 13 молоч­нокислых бактерий были отнесены к виду Betabacterium (по современ­ной классификации – Lactobacillus fermentum).

Дрожжи М-квасная имеют оптимальные условия для размноже­ния: температура 26...30°С, рН 4,5...5,5. Средний размер клеток 6,3...7,5x5...7мкм. Хорошо сбраживают глюкозу, сахарозу, слабее – мальтозу и раффинозу. В настоящее время для сбраживания кваса предложены также другие расы дрожжей (С-2, 131-К), но у них нет су­щественного превосходства над расой М-квасная. Раса С-2 была се­лекционирована для производства кваса, в то время как раса 131-К – гибрид, предназначенный для производства пива Бархатное.

Молочнокислые бактерии (МКБ) рас 11 и 13 являются гетероферментативными, то есть при брожении, кроме молочной кислоты, обра­зуют уксусную кислоту, этанол, летучие ароматические соединения. Средние размеры клеток 1,2...2x0,5...0,6 мкм. Имеют оптимальную температуру размножения 30 °С, сбраживают также глюкозу, сахарозу, мальтозу.

При совместном культивировании оба вида микроорганизмов нахо­дятся в симбиозе: молочнокислые бактерии создают кислотность среды, оптимальную для дрожжей, а дрожжи выделяют в среду аминокислоты, витамины, необходимые бактериям. В тоже время, при нерегулируемом размножении дрожжи и молочнокислые бактерии конкурируют за пита­тельные вещества. По мере снижения концентрации сухих веществ и увеличения кислотности лучшие условия создаются для молочнокислых бактерий, слишком высокая кислотность угнетает и дрожжи и МКБ, при этом возможно развитие посторонних микроорганизмов.

Следует отметить, что квасное сусло не полноценная среда для раз­множения дрожжей и МКБ: для дрожжей мало азота, а для МКБ много углеводов.

Предлагая использовать расу М-квасная, Л. И. Чекан считал, что в сусле должно содержаться как можно меньше сбраживаемых угле­водов и усвояемого азота для снижения бродильной активности дрожжей. Однако в этом случае замедляется брожение и создаются благоприятные условия для развития в бродящем квасном сусле посторонней микрофлоры, особенно при использовании открытых бродильных аппаратов.

Чтобы сбалансировать активность дрожжей и молочнокислых бактерий, необходимо вести раздельное размножение чистых культур в оптимальных условиях, контролируя кислотность среды для разводки молочнокислых бактерий, и накопление дрожжевых клеток для раз­водки дрожжей. Вносить чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий в сбраживаемое сусло признано целесообразным раздельно, а не в виде смешанной закваски, как предложено технологической инструкцией 1987г. При этом можно гибко регулировать соотношение дрожжей и молочнокислых бактерий в сбраживаемом сусле в зависи­мости от их физиологического состояния.

Закономерности совместного развития дрожжей и МКБ в условиях квасоваренного производства мало изучены, основные режимы их размножения определены эмпирически. Необходимо исследовать воз­можность использования других видов МКБ и дрожжей, подобрать бо­лее простые условия их использования, например, в виде сухих культур по опыту виноделия.

В Кемеровском технологическом институте пищевой промышлен­ности исследована возможность применения других видов молочно­кислых бактерий для производства кваса. Показано, что достаточно высокую скорость сбраживания квасного сусла и хорошие органолептические показатели кваса получены при использовании препаратов молочнокислых бактерий: «Бифилакт-Д», Lactobacillus plantarum и ацидофильной палочки [3].

 

  • Размножение смешанной закваски для сбраживания кваса

 

Размножение смешанной (или комбинированной) закваски дрож­жей и МКБ проводится в 3 стадии:

- лабораторная стадия;

- в отделении чистых культур (ЧК);

- производственная стадия.

Размножение микроорганизмов в лабораторной стадии проводится в начале производственного сезона квасоварения, а затем регулярно по графику в течение сезона или вне графика при обнаружении инфици­рования смешанной (комбинированной) закваски или чрезмерного ослабления бродильной активности чистых культур.

Чистая культура дрожжей на завод поступает в пробирках на сусле-агаре, а чистая культура МКБ в запаянных пробирках в пивном сусле с дробиной, в которое внесен мел. Дробина создает благоприятный для МКБ pН сусла, а мел нейтрализует образуемые бактериями кислоты. Хранение ЧК дрожжей допускается до 1 месяца без пересевов, ЧК МКБ – не более 10 суток.

В лабораторной стадии в качестве среды используют стерильное квасное сусло с сахаром с содержанием сухих веществ 8 %. Температура культивирования на каждой стадии 30 °С, продолжительность 24 часа.

Молочнокислые бактерии рас 11 и 13 размножают сначала раздель­но. Содержимое трех ампул с чистой культурой каждой расы МКБ пе­реносят в колбы на 250см3. На 2-й стадии чистые культуры рас 11 и 13 объединяют и далее культивируют совместно.

Полученные культуры дрожжей и МКБ передают в отделение чис­тых культур.

Стадия размножения в отделении чистых культур (ЧК) может про­водиться двумя способами: А и Б в соответствии с рисунком 1.

 

 

Рисунок 1 – Схема размножения ЧК дрожжей и МКБ в отделении чистых культур

 

Они отличаются тем, что по способу А чистые культуры дрожжей и МКБ размножают отдельно и смешивают только на производственной стадии, а по способу Б чистые культуры дрожжей и МКБ смешивают и культивируют совместно на последней стадии в отделении ЧК.

Для разведения чистых культур используют установки Ганзена или Грейнера с двумя бродильными цилиндрами: для ЧК дрожжей и для ЧК МКБ.  

Квасное сусло с содержанием сухих веществ 8 % стерилизуют при атомосферном давлении в течение 1 ч, охлаждают до 25...30 °С и пере­дают на размножение чистой культуры микроорганизмов.

По способу А начинают размножение чистых культур с разве­дения ЧК МКБ. Разводку ЧК МКБ в количестве 4 дм3 засевают в сбор­ник, в котором находится 36 дм3 охлажденного до 30 °С стерильного квасного сусла с сахаром и размножают 48 часов при температуре 28...30°С. Затем весь объем разводки МКБ передают в сборник объ­емом 400 дм3. Учитывая, что размножение дрожжей происходит в тече­ние 24 часов, а МКБ – 48 часов, на этой стадии МКБ выращивают в 2-х сборниках по 400 дм3, работающих со сдвигом во времени 24 часа. Для этого через 24 часа размножения МКБ из 1-го сборника на 400 дм3 передают 40 дм3 разводки во 2-й сборник на 400 дм3. В первый сборник доливают сусло и продолжают размножение ЧК МКБ еще 24ч, после чего 360 дм3 ЧК МКБ передают в сборник комбинированной закваски вместе с 18 дм3 разводки ЧК дрожжей. Оставшиеся 40 дм3 разводки ЧК МКБ доливают суслом и проводят следующий цикл культивирования МКБ. Из второго сборника с 400 дм3 разводки ЧК МКБ 360 дм3 раз­водки передают для размножения комбинированной закваски на сле­дующие сутки. Оставшиеся во втором сборнике 40 дм3 разводки ЧК МКБ доливают квасным суслом до объема 400 дм3 и проводят следую­щий цикл размножения. Готовность ЧК МКБ контролируют по нарас­танию кислотности разводки, которая должна быть не ниже 6,8...7,0 см3 раствора гидроксида натрия концентрацией 1 М/дм3 на 100 см3 разводки.

Через сутки размножения первой порции разводки ЧК МКБ объ­емом 400 дм3 разводку ЧК дрожжей в количестве 2 дм3 передают в сборник, где находится 18 дм3 стерильного сусла, охлажденного до 30 °С, размножают 24 часа и 18 дм3 разводки ЧК дрожжей передают в производственную стадию в сборник смешанной закваски рабочим объемом 4000 дм3. Оставшиеся 2 дм3 ЧК дрожжей доливают 18 дм3 квасного сусла и проводят следующий цикл размножения ЧК.

По способу Б, аналогично способу А, готовят разводку ЧК дрожжей (20 дм3) и ЧК МКБ (40 дм3), и весь объем чистых культур дрожжей и МКБ передают в сборник предварительно смешанной за­кваски, в который наливают 540 дм3 стерильного квасного сусла с са­харом. Размножение ведут 24 часа, после чего добавляют разводку дрожжей 20 дм3, которая размножалась 24 часа. Еще через 24 часа сов­местного размножения 540 дм3 предварительно смешанной закваски направляют в сборник смешанной закваски рабочим объемом 4000 дм3. К оставшимся 60 дм3 предварительно смешанной закваски доливают квасное сусло до объема 600 дм3 и ведут следующий цикл размножения в течение 48ч. Такой объемно-доливной процесс раз­множения закваски можно вести 7 циклов по 48 часов, после чего раз­водки ЧК дрожжей и МКБ следует заменить на свежие из лаборатории.

Основное условие культивирования предварительно комбиниро­ванной закваски – строгий контроль кислотности среды, которая не должна превышать 8...9 см3 раствора щелочи концентрацией 1 моль/дм3 на 100см3 среды. При более высокой титруемой кислотно­сти в закваске будут преобладать МКБ, так как жизнедеятельность дрожжей подавляется.

Размножение смешанной закваски в производственной стадии про­водится в сборнике на 4000 дм3 по разным режимам в зависимости от способа размножения микроорганизмов в отделении чистых культур.

По способу А разводку дрожжей 18 дм3 и МКБ – 360 дм3 вносят в производственное квасное сусло с сахарным сиропом, общий объем среды 4000 дм3, смешанную закваску размножают 6 часов. Затем весь объем передают в аппарат для брожения кваса. Расход комбинирован­ной закваски на брожение составляет 4 % к объему квасного сусла.

По способу Б предварительно комбинированная закваска готовит­ся 48 часов, поэтому допускается вести объемно-доливной процесс не­посредственно в сборнике смешанной закваски. Для этого после 6-ти часового размножения закваски на брожение передают 50 % содержи­мого сборника, что составляет 2 % к объему квасного сусла. В этом слу­чае бродильный аппарат доливают суслом сначала на 50 % объема, че­рез 8... 10 часов брожения доливают до полного рабочего объема и ведут брожение до нормативных показателей кваса.

Оставшиеся 50 % смешанной закваски доливают до полного объема и проводят следующий цикл культивирования, по окончании которого на брожение передают все содержимое сборника комбинированной закваски в аппарат для брожения кваса, при этом брожение квасного сусла ведут в полном рабочем объеме.

При культивировании микроорганизмов по способу А требуется большее количество сборников для размножения, однако этот способ более простой, легче контролировать состав закваски, соотношение дрожжей и МКБ. Кроме того, по способу Б требуется через 14 суток за­менять культуры дрожжей и МКБ, начиная с лабораторной стадии [3].

 

  • Скорость роста и размножения клеток

 

Если на единицу объема растущей культуры микроорганизмов приходится в начале процесса х0 клеток, то после n делений за время t1-t0 число клеток достигнет:

 

                                                                                                         (1)

 

Для выражения общего числа клеток чаще всего пользуются не абсолютными числами, так как они достигают огромных величин, а их логарифмами. Логарифмируя выражение (1), получаем lgx1 = lgx0 + nlg2, откуда число генераций (число клеточных делений):

 

                                                                      (2)

 

Разделив число генераций n на время t1-t0, находим среднее число делений (или почкований) каждой клетки (ν) в единицу времени, характеризующее скорость размножения:

 

                                                                              (3)

 

У одноклеточных микроорганизмов различают рост, выражающийся в увеличении размеров клетки, и рост целой культуры (популяции), под которым подразумевают увеличение ее суммарной биомассы не только за счет их размножения (путем деления, почкования и пр.)

О скорости размножения одноклеточных микроорганизмов судят по тому, как часто они делятся или почкуются.

Отрезок времени, в течение которого обособившаяся молодая клетка вырастает и становится способной к делению (или соответственно к почкованию) называется продолжительностью генерации. Она изменяется в зависимости от видовой принадлежности микроорганизмов, наличия питательных веществ, окружающих условий и фазы роста.

Если за время t1- t0 сменяется n клеточных поколений, то продолжительность одной генерации (g) в среднем составляет:

 

                                                                                                        (4)

 

Из уравнения (3), следует, что n = ν(t1-t0). Подставив в знаменатель уравнения (4) вместо n его значение, получим

 

                                        g = 1/ν, и , наоборот ν = 1/g                                (5)

 

Скорости размножения и роста отдельных клеток не совпадают. К тому же в популяции микроорганизмов всегда содержится некоторое число дефектных клеток, не способных к делению. Поэтому определяемая продолжительность генерации – средневзвешенная величина для всей культуры.

Подставив в уравнение (5) вместо ν его значение из уравнения (3), получим формулу средней продолжительности генерации:

 

                                                                                           (6)

 

В процессе развития клетка значительно увеличивается в размерах, однако после каждого очередного деления или почкования она возвращается в исходное состояние. В популяциях, где одновременно присутствуют клетки, находящиеся на разных ступенях своего развития, средняя масса одной клетки остается постоянной (но лишь до тех пор, пока не изменится состав окружающей среды). Поэтому суммарная масса m культуры (биомасса) бывает прямо пропорциональна численности клеток:

 

m=αx

 

где α- средняя масса одной клетки.

 

На этом основании величины x1 и x0 в уравнении (6) можно заменить соответственно на m1 и m0 (коэффициент α при этом сокращается):

 

                                                                                               (7)

 

Подобную замену можно произвести и в уравнении (3), характеризующем скорость размножения клеток:

 

                                                                                       (8)

 

Таким образом, для вычисления продолжительности генерации и скорость размножения клеток не обязательно определять их число, а можно ограничиться измерением биомассы культуры.

Увеличение биомассы культуры в среде с m0 до m характеризуется абсолютной (валовой) и максимальной относительной (удельной) скоростью роста. Валовая (или общая) скорость роста культуры v характеризуется абсолютным приростом биомассы за единицу времени (обычно за 1 ч). В дифференциальной форме она выражается уравнением

 

                                              =dm/dt                                                          (9)

 

где dm- прирост биомассы за бесконечно малый промежуток времени dt.

Средняя валовая скорость роста vср за время t1-t0 вычисляется по формуле

 

                                                                                                 (10)

 

где m0,m1- соответственно величины биомассы в начале и в конце указанного отрезка времени.

Удельная (или относительная) скорость роста μ представляет собой часовой прирост, пересчитанный на единицу растущей биомассы:

 

                                                                                               (11)

 

Воспользовавшись известным дифференциальным уравнением   (d(ln m)/dm)=1/m и сделав соответствующую подстановку в выражение (11), преобразуем его так:

 

                                          μ=d(lnm)/dt                                                       (12)

 

Средняя удельная скорость роста μср за период времени  t1-t0 равна:

 

                                                               (13)

 

Таким образом, относительная скорость роста характеризуется увеличением натуральных логарифмов биомассы за единицу времени. Этим она отличается от валовой скорости роста, которая измеряется приростом абсолютных величин биомассы.

В экспоненциальной фазе, т.е. в период наиболее быстрого размножения микроорганизмов, максимального скорость роста (константа роста):

 

                                                                                                      (14)

 

Интегрируя выражение (14), получаем x = x0еμt. При t, равном времени удвоения биомассы (td), x = 2x0; следовательно, 2 x0= x0еμtd, откуда время удвоения бактериальной массы t = (ln2/ μ) (ln2=0,693).

Сопоставляя уравнение (8) с уравнением средней удельной скорости (13), находим, что последняя связана с продолжительностью генерации и скоростью размножения клеток. Эти уравнения различаются только числовыми показателями. Разделив одно на другое, получим следующие отношения между скоростью роста v и максимальной скоростью роста μмах:

 

                  ; ν=1,44μмах                                                      (15)

 

И, наоборот,

 

                      ; μмах=0,693ν                                              (16)

 

Максимальную скорость роста μмах называют также экспоненциальной скоростью роста, так как она устанавливается в этой фазе роста. Подставив в уравнение (5) значение v из уравнений (15) и (16), получим формулы продолжительности генерации и максимальной скорости роста:

    g = 1/ν = 0,693/μмах    или     μмах = 0,693/g                                           (17)

Следовательно, о максимальной скорости роста микроорганизмов можно судить по продолжительности генерации, поскольку эти величины находятся между собой в обратной зависимости.

На основании формул (15) и (16) можно сказать, что скорость размножения v только пропорциональна, но не равна максимальной скорости роста μ.

Найдя время, необходимое для увеличения числа или биомассы клеток в 2 раза, можно по уравнению (16) вычислить μмах и, наоборот, по величине μмах, определенной по уравнению (13), рассчитать значение g по уравнению (17).

Зависимость удельной скорости роста μ от концентрации питательного вещества S (г/л), ограничивающего рост культуры описывается уравнением Моно:

 

                                            ,                                              (18)

 

где μмах – максимально возможная скорость роста (константа роста) в данной  среде;

Ks - константа насыщения, численно равная такой концентрации лимитирующего питательного вещества, при которой предельная скорость роста достигает половины максимальной (предельной) скорости роста, т.е. когда μмах=0,5. Значение Ks обычно невелико (порядка нескольких мкг/л) как для углеводов, так и для аминокислот. Таким образом, в полноценной питательной среде Ks по сравнению с S- величина незначительная и ею можно пренебречь, тогда μ=μмахS/S=μмах.

Следовательно, в полноценной среде скорость роста культуры не зависит от концентрации лимитирующего компонента (за исключением случаев, когда концентрация слишком мала).

Удельная скорость роста лимитируется не только концентрацией субстрата. Главным фактором, определяющим удельную скорость роста культуры, могут быть продукты обмена веществ - метаболиты. При высокой концентрации клеток метаболиты накапливаются быстро и могут задерживать их рост уравнение, которое учитывает ее торможение вследствие недостатка субстрата и появляющимися продуктами обмена (уравнение Моно-Иерусалимского):

 

                            где KP – константа Иерусалимского, численно равная концентрации продукта- метаболита, при которой удельная скорость роста равна половине скорости роста в среде без продукта- метаболита, т.е. μ=μ0/2;

        Р- фактическая концентрация продукта- метаболита, г/л.

Из уравнения (19) видно, что увеличение концентрации метаболита Р снижает удельную скорость роста культуры.

В большинстве случаев трудно определить, какой продукт ингибирует рост продукта обмена. Следовательно, нужно исключить из (19) Р, принимая, что концентрация продуктов обмена пропорциональна количеству перерабатываемого субстрата [1, 2, 3].

 

  • Использование других видов дрожжей и сухих культур дрожжей и молочнокислых бактерий (МКБ)

 

Сложный процесс накопления достаточного объема смешанной (комбинированной) закваски не всегда можно организовать на неболь­ших предприятиях по производству кваса, поэтому там для сбраживания квасного сусла часто используют прессованные хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их проверяют на отсутствие слизеобразующих бактерий и предварительно разбраживают перед внесением в сусло. Для этого готовят квасное сусло из концентрата квасного сусла с массовой долей сухих веществ 3,0 %, добавляют в него сахарный сироп до массо­вой доли сухих веществ 8,0%, кипятят это сусло в закрытой емкости в течение 30 мин, охлаждают до 28...30°С.

Расчетное количество прессованных дрожжей (0,15 кг на 100 дал го­тового кваса) смешивают с водой в соотношении 2:1. Полученную суспензию подкисляют до рН 2,7...2,9 добавлением молочной кислоты (примерно 40 см3 молочной кислоты концентрацией 40 % на 1 кг прес­сованных дрожжей) и выдерживают в течение 3 ч для подавления по­сторонней бактериальной микрофлоры. Затем в подкисленную сус­пензию добавляют пятикратный объем приготовленного сусла с массовой долей сухих веществ 8% и проводят разбраживание в течение 2...3 ч. Дрожжи должны активно разбродиться с образованием на по­верхности сусла пены, иметь чистый дрожжевой запах. После разбраживания их передают на брожение.

Исследованиями киевских ученых показано, что хорошие результа­ты при сбраживании квасного сусла показали винные дрожжи шам­панских рас: Днепропетровская, Киевская, Штейнберг-6, пивные дрожжи среднесбраживающих рас 776 и 44, а также спиртовые дрожжи рас М-спиртовая, К-69, XII, использование которых предложено во­ронежскими учеными.

В то же время, дрожжи не могут считаться полноценной заменой комбинированной закваски, так как не обеспечивают необходимого накопления кислотности, хороших органолептических показателей, поэтому при использовании только дрожжей в рецептуру производства кваса обычно вводят лимонную или молочную кислоты для доведения кислотности кваса до нормы.

Ранее было рекомендовано использовать сушеные культуры квасных дрожжей и МКБ, которые готовили в лаборатории всесоюзного научно-исследовательского института пивобезалкогольной промышленности. Сушеные дрожжи имели внешний вид короткой вермишели. Их фасовали в пакеты по 100г. В лаборатории завода готовили 20 дм3 квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % так, как описано выше, кипятили его в течение 30 мин, охлаждали до 28...30°С. В тщательно вымытую и продезинфицированную бутыль рабочим объемом 20 дм3 вносили 100 г су­шеных дрожжей, наливали туда 5 дм3 сусла и оставляли для размноже­ния на 18...24ч при 26...30°С. Затем доливали в бутыль еще 15 дм3 сусла и вновь оставляли на 8...12 ч. Готовую разводку дрожжей в количестве 15 дм3 передавали в чан вместимостью 100 дм3, куда наливали 85 дм3 сте­рильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 6 % и оставля­ли на 18...24ч до интенсивного брожения. В бутыль с 5 дм3 разводки су­шеных дрожжей доливали 15 дм3 стерильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и оставляли на 12 ч до интенсивного забраживания. Операции по доливу разводки суслом в бутыли, включая отбор раз­водки и долив свежего сусла, повторяли 5...6 раз.

Из чана на 100 дм3 разводку дрожжей передавали в производство в бродильный аппарат объемом 1000 дал.

Молочнокислые бактерии сушили на пивной дробине, фа­совали в пакеты по 100г. В лаборатории завода готовили 20 дм3 сте­рильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % так, как описано выше.

В тщательно вымытую и продезинфицированную бутыль рабочим объемом 20 дм3 вносили 100 г сушеных МКБ, наливали туда 5 дм3 сусла и оставляли для размножения на 24 ч при температуре 26...30°С. Затем доливали в бутыль еще 15 дм3 сусла и вновь оставляли на 24 ч. Готовую разводку МКБ в количестве 5...6 дм3 передавали в производство в бро­дильный аппарат объемом 1000 дал вместе с разводкой дрожжей.

В бутыль с 5 дм3 разводки сушеных МКБ доливали 15 дм3 стериль­ного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и оставляли на 24 ч. Операции по доливу разводки суслом в бутыли, включая отбор разводки и долив свежего сусла, повторяли 5...6 раз.

Производство сушеных квасных дрожжей и МКБ было организова­но только в небольших объемах, поэтому они не могли обеспечить потребность всех предприятий отрасли. Из-за трудоемкости процесса сушки оно было прекращено.

В настоящее время исследуется возможность применения сушеных пивных дрожжей для производства кваса.

Если завод или цех использует для производства кваса жидкие пив­ные дрожжи, то их расход должен составлять 1,5...2,0 дм3 на 100 дал сусла. Рекомендуется провести предварительное разбраживание дрож­жей так же, как прессованных хлебопекарных дрожжей [2, 3].

 


  • ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

  • Блок-схема производства кваса

 

Для каждого производства требуется схема  по стадиям, которая оформляется в большинстве случаев в виде блок-схем, благодаря которым виден четкий алгоритм действий.

 

 

Рисунок 2 – технологическая блок-схема производства кваса

 

2.2 Производство кваса

2.2.1  Характеристика схем производства концентрата квасного сусла (ККС)

 

ККС представляет собой продукт, полученный упариванием и тер­мообработкой квасного сусла из ржаного солода, ржаной муки или других зернопродуктов. ККС – наиболее пригодный вид сырья для производства кваса. Преимущества использования ККС:

- производится на специализированных заводах или цехах, благодаря чему имеет относительно стабильный состав;

- имеет длительный срок хранения;

- может транспортироваться на длительные расстояния;

- минимальные потери при его использовании в производстве кваса.

Традиционно ККС производился из ржаных зернопродуктов: ржа­ного ферментированного и неферментированного солодов и ржаной муки. Однако стремление производителей повысить эффективность производства ККС привело к тому, что в рецептуры стали включать яч­менную и кукурузную муку. Все эти виды зернопродуктов разрешены действующим стандартом на ККС.

В настоящее время концентрат квасного сусла выпускается большим количеством предприятий по различным схемам, отличающимся набо­ром сырья, технологией и оборудованием для его производства, а, следо­вательно, продукт получается с различным составом и характеристиками.

Наиболее распространены 2 схемы производства ККС:

-   из свежепроросшего ржаного солода и ржаной муки;

- из смеси сухих зернопродуктов: ржаного и ячменного солода и ржаной муки; допускается замена ржаной муки на кукурузную или ячменную.

Кукурузная мука содержит мало белков и некрахмальных полисаха­ридов, поэтому концентрат, получаемый с ее использованием, имеет, как правило, недостаточную цветность, пустоватый вкус. Такая замена ржаной муки на кукурузную не может быть полноценной [3, 4].

 

2.2.2 Особенности затирания зернопродуктов в производстве ККС с использованием различных видов сырья

 

Особенности подготовки и затирания зернопродуктов зависят от набора сырья, используемого при производстве ККС. Рассмотрим две основные схемы:

1) из свежепроросшего ржаного солода,

2) из смеси сухих зернопродуктов.

По первой схеме в состав зернопродуктов входят 50 % свеже­проросшего ржаного солода и 50 % ржаной муки. Для гидролиза крах­мала и некрахмальных полисахаридов сырья при затирании добавляют Цитороземин Пх и Амилоризин Пх по 0,5 % к массе сырья, можно ис­пользовать другие ферментные препараты с амилолитической и цитолитической активностью.

Солод получают по обычной схеме: замачивают 24 часа при темпе­ратуре 18...20°С до влажности 45 %, проращивают 3...4 суток при тем­пературе 14...18°С, затем зерно передают в камеру томления, где тем­пература поддерживается с помощью калорифера 55...60°С или температуру повышают путем самосогревания за счет увеличения слоя солода. Томление проводят 3...4 суток, затем солод подают на дробле­ние на молотковой дробилке или волчке и смешивают с водой (1: 3...4) в заторном чане.

Ржаная мука не подготовлена к воздействию ферментов, поэтому ее предварительно разваривают. Муку смешивают с водой (1:4), вно­сят суспензию ферментных препаратов для разжижения, выдерживают паузу 20...30 минут при 70 °С и разваривают 30...40 минут в заторном котле или при избыточном давлении 0,3...0,4МПа, что соответствует температуре около 130...140°С.

Разваренную муку передают в заторный чан, охлаждают до темпе­ратуры 75...80°С и перекачивают солодовый затор. При пере­мешивании вносят ферментные препараты и выдерживают паузы: 50...52 °С - 40...60 минут, 63 °С – 1,5...2 часа, 70 °С – 1,5...2 часа, 75°С – 30...40 минут, проверяют полноту осахаривания и передают на филь­трование.

По второй схеме в состав зернопродуктов входят 35...42% ржаного ферментированного или неферментированного солода, 50 % ржаной муки, 8...15 % ячменного солода в качестве источника фермен­тов. Ржаную муку на 40...50 % можно заменять кукурузной или на 25 % ячменной мукой.

Дробленые зернопродукты смешивают в 3-х разводных чанах при гидромодуле 1:4. К затору из ржаной муки добавляют 10 % от расчет­ного количества ячменного солода или ферментные препараты, вы­держивают для разжижения 20...30 минут при температуре 70...72°С, а затем разваривают под давлением 0,3...0,35 МПа. Исследованиями ки­евских ученых показано, что разваривание под давлением можно заме­нить кипячением при обработке несоложеного затора ферментными препаратами Амилоризином Пх и Цитороземином Пх или другими препаратами, содержащими амилолитические, протеолитические и цитолитические ферменты. В этом случае затор из ржаной или куку­рузной муки кипятят в заторном котле 20...30 минут.

Ржаной ферментированный солод затирают отдельно при темпера­туре 15...20 °С. Подготовленный затор из несоложеной части перекачи­вают в заторный чан с разводкой ржаного ферментированного солода, температура после смешивания должна установиться 80 °С. Аналогич­но затирают ржаной неферментированный вместе с ячменным соло­дом и вносят в смесь разваренного несоложеного сырья и ржаного ферментированного солода. В объединенном заторе выдерживают все паузы, описанные для первой схемы.

Технологический режим затирания может корректироваться в зави­симости от состава сырья, условий производства, оборудования, уста­новленного на предприятии.

Особенностью затирания в производстве ККС является также более низкая степень гидролиза крахмала, чем в пивоваренном произ­водстве. Рекомендуется осахаривание проводить до желто-бурой ок­раски затора с йодом для того, чтобы в сусле не содержалось большого количества сахаров, из которых при брожении образуется излишний спирт. При этом в сусле накапливается больше декстринов, которые создают полный, «сытный» вкус в квасе [4].

 

2.2.3 Способы получения квасного сусла

 

Квасное сусло получают несколькими способами в зависимости от используемого сырья: настойным, рациональным и из концентрата квасного сусла.

Настойным способом его получают из квасных хлебцев и сухого кваса. Способ используется главным образом на небольших пред­приятиях. Из измельченных квасных хлебцев или сухого кваса трехкратно экстрагируют сухие вещества горячей водой в настойном чане. Настойный чан представляет со­бой цилиндрический аппарат с декантатором для снятия сусла, змеевиком или рубашкой для обогрева и лопаст­ной мешалкой, число оборотов кото­рой не более 40...50 в минуту. Сырье засыпают в настойный чан, заполнен­ный горячей водой при температуре 80...90°С, из расчета получения пер­вого сусла в количестве 1/3 от заданно­го объема.

После 30-ти минутного переме­шивания настаивают 1,5...2 часа. От­стоявшееся первое квасное сусло снимают декантатором, охлаждают в теплообменнике до температуры 25...30°С и перекачивают в аппарат для брожения. Оставшуюся гущу заливают водой с температурой – 60...70°С в количестве, равном объему первого сусла, перемешивают 20 минут, настаивают 1,5 часа. Второе сусло также охлаждают и соединяют с первым. Для третьего залива берут оставшееся количество воды для доведения объема сусла до расчетного. Смесь гущи и воды перемешивают 20 минут, настаивают 1 час и перекачивают в общий объем сусла.

Содержание сухих веществ в 1-м сусле 1,8...2,0%, во 2-м – 1,2...1,3 %, в 3-м – 0,5...0,7 %. Концентрация сухих веществ в объеди­ненном сусле должна быть не менее 1,6 % для кваса хлебного и не ме­нее 1,3 % – для кваса для окрошки.

Настойный способ очень трудоемок, длителен: общее время заня­тости около 8 часов. Кроме того, велики потери сухих веществ – до 15%, образуется отход – гуща, которую сложно реализовать, так как количество ее небольшое.

Рациональный способ получения квасного сусла предусматривает затирание ржаного солода, предварительно разваренной ржаной муки и ячменного солода с использованием стандартного оборудова­ния варочных цехов пивзаводов. Способ энергоемкий, требует нали­чия дополнительного оборудования – запарников для разваривания ржаной муки под давлением, в классическом варианте практически не используется.

Однако в настоящее время проводятся исследования и разрабаты­ваются технологические режимы получения квасного сусла из ржаных и ячменных солодов с добавлением ржаной муки по режимам пивова­ренного производства.

Получение квасного сусла из концентрата квасного сусла – более прогрессивный способ с минимальными потерями сухих веществ. Сус­ло для брожения готовят с использованием 70 % концентрата от рас­четного количества, оставшиеся 30 % вносятся после сбраживания для ароматизации кваса. Концентрат квасного сусла (ККС) сначала раз­бавляют в чане предварительной разводки водой с температурой 30...35°С в соотношении 1:2...2,5, затем перекачивают в аппарат для брожения, где доводят водой до массовой доли сухих веществ 1,4... 1,6 %. Сюда же вносят сахарный сироп в количестве 25 % от рас­четного, чтобы не допустить избыточного накопления спирта при бро­жении. Содержание сухих веществ в сусле не менее 2,5 % для хлебного кваса и 1,6 % – для окрошечного.

Концентрат квасного сусла плохо растворим в холодном квасе, поэ­тому сусло зачастую получают из всего количества ККС [4].

 

2.2.4 Способы сбраживания квасного сусла и купажирование

 

Получение кваса проводится в 2 стадии: сбраживание квасного сусла и купажирование кваса. В зависимости от способов проведения этих стадий, брожение может проводиться в бродильных чанах, бродилъно-купажном аппарате или цилиндроконических бродильных аппаратах.

В бродильном чане, который представляет собой аппарат с охлаждаю­щим змеевиком или рубашкой, проводится брожение кваса. Для купа­жирования служат купажные аппараты с мешалками. В бродильном чане готовят сусло, вносят закваску или дрожжи и ведут брожение при 25...30°С до снижения массовой доли сухих веществ на 1 % и достиже­ния кислотности 2...4см3 раствора щелочи концентрацией 0,1 моль/дм3 на 100 см3 кваса. Температура регулируется путем охлаждения рассолом. Продолжительность брожения при этих условиях составляет 14...16 ч. Затем квас охлаждают до 6...7 °С для оседания дрожжей и перекачивают его в купажный аппарат. Для отделения дрожжей на сливное отверстие перед заполнением бродильного чана устанавливается сливной стакан.

В купажном аппарате в квас вносят оставшиеся 30 % концентрата квасного сусла и 75% сахарного сиропа. После перемешивания на­правляют в мерники, откуда ведется розлив кваса. Закваска повторно не используется, так как молочнокислые бактерии при охлаждении кваса не оседают, а остаются в квасе, нарушается соотношение микроорганизмов. Кроме того, нет возможности хранить закваску или дрож­жи, невозможно достаточно тщательно промыть.

Бродильно-купажный аппарат предназначен для проведения в нем сбраживания квасного сусла и купажирования кваса. Он представля­ет собой цилиндрическую емкость, установленную на опорах, со сфе­рической крышкой, герметично закрытой люком, с коническим дни­щем, в котором находится камера-дрожжеотделитель  (служит для оседания дрожжей и отделяется от основного объема кваса задвижкой  и заслонкой). В нижней части аппарата имеется пропеллерная мешалка, для регулирования температуры продукта служит охлаждающая рубаш­ка или змеевик. Аппарат также снабжен штуцерами: для отвода воз­духа из аппарата и рубашки, для подачи и отвода рассола, для подачи сусла, для ввода сахарного сиропа, для слива кваса.

Брожение ведут при тех же параметрах, что и в бродильных чанах. Пос­ле охлаждения кваса и отделения дрожжей проводят купажирование ос­тавшимся количеством ККС и сахарным сиропом в этом же аппарате. Из него же можно вести розлив путем передавливания диоксидом углерода.

         Применение цилиндро-конических бродиль­ных аппаратов (ЦКБА) поз­воляет существенно повысить производительность квасного отделения.

ККС перед или после разбавления пастеризуют 30...35 мин при темпера­туре 75...80°С, затем охлаждают до 28...30°С и перекачивают в ЦКБА че­рез нижний штуцер. Закваску и дрож­жи задают во 2-ю порцию разбавлен­ного ККС. Сахарный сироп вносят при перемешивании с помощью насо­са. Брожение ведут при периодичес­кой циркуляции путем перекачивания «на себя» центробежным насосом че­рез каждые 2 часа по 30 минут для пре­дотвращения оседания дрожжей.

По окончании брожения подклю­чают все охлаждающие рубашки, квас охлаждают до 5...7°С. Осадок дрож­жей, осевших в коническую часть ап­парата, сливают, определяя оконча­ние слива визуально через смотровое стекло. После отделения дрожжей квас купажируют, добавляя оставшее­ся количество ККС и сахарного сиро­па при перемешивании насосом.

Продолжительность брожения в ЦКБА объемом 50м310...12 часов, ох­лаждения 6...8,5 часов, в аппарате на 100м3 соответственно 16...18 часов и 8,5...10 часов [1,4].

 

2.2.5 Технологическая схема приготовления кваса из ККС

 

Любому производству необходим чертеж, который включает в себя все действия с сырьем и продуктами, а также показывает, как и что располагается на предприятии.

Производство хлебного кваса брожения и окрошечного кваса состоит из следующих стадий:

  • подготовка сырья и полуфабрикатов;
  • приготовление квасного сусла;
  • брожение сусла;
  • охлаждение и купажирование кваса;
  • розлив кваса в емкости.

Приготовление кваса и напитков купажированием можно разделить на следую­щие стадии:

  • подготовка воды;
  • приготовление сахарного сиропа и колера;
  • подготовка концентрата квасного сусла и других видов сырья;
  • приготовление купажного сиропа;
  • смешивание и карбонизация;
  • упаковывание в потребительскую и торговую тару.

Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки сырья и полуфабрикатов (насосы, мерники, сборники, теплообменники, фильтры и др.).

Следующим идет комплекс оборудования для приготовления квасного сусла, состоящий из настойных аппаратов, запарников, заторных аппаратов, теплообменников и фильтрационных аппаратов.

Ведущим комплексом оборудования линии являются бродильно-купажные цилиндроконические и бродильные аппараты для брожения квасного сусла.

Завершающим является комплекс оборудования линии для фасования кваса в автотермоцистерны и бочки или бутылки.

В соответствии с рисунком 3,  концентрат квасного сусла, доставляемый на завод в автоцистернах 1, перекачивается насосом 2 через мерник 4 в сборник 3. При поступлении концентрата квасного сусла в бочках 5 их устанавливают на поддон 6, ополаскивают горячей водой и концентрат насосом 7 перекачивают через мерник 4 в сборник 3 для хранения. Сахар (жидкий рафинированный), доставляемый в автоцистернах 11, насосом 2 через теплообменник 12 и мерник 14 подают в сборники 13 с бактерицидными лам­пами 15. При поступлении на завод затаренного в мешки 16 сахара-песка последние снимают с автомашины на поддон, 18 автопогрузчиком 19 и перевозят для хранения на склад. По мере надобности сахар взвешивают на весах 20, норией 21 загружают в бункер 22 и подают в сироповарочный котел 23, куда предварительно налита вода. Готовый сахарный сироп насосом перекачивают через фильтр 24 и теплообменник 25 в сборник 17.

Воду, используемую на технологические нужды, направляют в промежуточный сборник 36. Оттуда она поступает в песочный фильтр 37 и из него через сборник 35 насосом направляется на керамические свечные фильтры 39 для тонкого фильтрова­ния. Отфильтрованная вода поступает в сборник 40.

 

1,11,28 – автоцистерны; 2,7,9 – насосы; 3,8,13,17,26,29,35,40 – сборники; 4,14 – мерники; 5 – бочки; 6,18 – поддон; 10,12,25 – теплообменники; 15 –  бактерицидные лампы; 16 – мешки; 19 – автопогрузчик; 20 – весы; 21 – нория; 22 – бункер; 23 – сироповарочный котел; 24 – фильтр; 27 – бродильно-купажный аппарат; 30 – аппарат; 31,32 – аппараты для приготовления чистой культуры дрожжей; 33 – аппарат для приготовления смешанной закваски; 34,38 – аппараты для приготовления чистой культуры молочнокислых бактерий; 36 – промежуточный сборник; 37 – песочный фильтр; 39 – керамические свечные фильтры.

 

Рисунок  3 –  линия производства хлебного кваса из концентрата квасного сусла

 

Для приготовления квасного сусла концентрат квасного сусла насосом 2 перека­чивают через мерник 4 в сборник 8, где его разбавляют горячей водой. Из сборника 8 разбавленный концентрат квасного сусла насосом 9 через теплообменник 10 поступа­ет в бродильно-купажный аппарат 27. Сюда же из сборника 17 подают расчетное коли­чество сахарного сиропа, из сборника 40 – воду, а из аппарата 33 – смешанную дрожжевую и молочно-кислую закваску.

Чистую культуру дрожжей готовят в аппаратах 31 и 32, а чистую культуру молочнокислых бактерий – в аппаратах 34 и 38. Затем чистые культуры дрожжей и бактерий перекачивают в аппарат 33.

Сброженное в аппарате 27 квасное сусло охлаждают, выводят осевшие дрожжи в сборник 26, а в бродильно-купажный аппарат вводят еще раз расчетное количество сахарного сиропа и колера, который готовят в аппарате 30 и выдерживают в сборни­ке 29. Купаж кваса тщательно перемешивают и направляют на розлив в автоцистер­ны 28. При фасовании в бочки или бутылки в схеме предусмотрено использование изобарических фасовочных машин [4].

 

2.2.6 Качество квасов брожения

 

В настоящее время в России показатели качества кваса нормируют­ся техническими условиями. Физико-химические и органолептические показатели наиболее распространенных сортов кваса «Хлебный» и «Квас для окрошки» нормируются ОСТ 18-118-82 [5].

Физико-химические показатели квасов хлебного и для окрошки приведены в таблице 1.

По органолептическим показателям квас хлебный должен иметь ко­ричневый цвет, кисло-сладкий вкус, аромат ржаного хлеба. В окрошечном квасе цвет более светлый. Массовая доля диоксида углерода не нор­мируется и учитывается при дегустации как «резкость». При дегустации кваса оценивается внешний вид, цвет – 7 баллов, вкус, аромат – 12 бал­лов. Квас отличного качества должен иметь суммарное количество бал­лов 16...19, хорошего – 14...16, удовлетворительного – 10...13 [1].

 

 

Таблица 1 – Физико-химические показатели кваса хлебного и для окрошки

 

 

Квас

 

Массовая доля сухих веществ, %

 

Массовая доля спирта,%

Кислотность, см3 раствора щелочи концентрацией 1(М/дм3)/100 см3 кваса

Хлебный:

        на заводе

в торговой сети

 

5,8…5,4

5,2…4,2

 

0,4…0,6

не более 1,2

 

не менее 2,0

2,0…4,5

Квас для окрошки:

        на заводе

в торговой сети

 

3,2…3,0

2,8…1,6

 

0,4…0,5

не более 1,2

 

не менее 2,0

2,0…5,0

 

2.2.7 Болезни кваса

 

Квасы промышленного производства, как правило, содержат значительное количество сахарозы, поэтому являются благоприятной средой для развития многочисленных микроорганизмов.

Известен ряд болезней кваса, как правило, приводящих к его необ­ратимой порче, поэтому в производстве кваса большую роль играют профилактические мероприятия, позволяющие не допустить развитие посторонней микрофлоры.

Ослизнение кваса. Его вызывают слизеобразующие бакте­рии Leuconostoc mesenteroides и Bacillus mesentericus. В результате их развития квас приобретает плотную консистенцию, высокую вязкость. Резко снижается сладость во вкусе. Такой квас непригоден к употреб­лению. Главным источником попадания слизеобразующих бактерий в производство кваса является сахар-песок. Его необходимо тщательно контролировать на отсутствие слизеобразующих бактерий, а при при­готовлении сахарного сиропа горячим способом кипятить сироп не менее 30 мин. Слизеобразующие бактерии не выдерживают высокой кислотности среды, поэтому при обнаружении признаков ослизнения необходимо повысить кислотность сброженного сусла и кваса до верх­него предела, допускаемого технологией кваса. Все трубопроводы и технологическое оборудование, в котором находился ослизненный квас, необходимо продезинфицировать. Иногда приходится прибегать к замене трубопроводов, так как не удается обеспечить полного подав­ления в них слизеобразующих бактерий.

Уксуснокислое скисание кваса. Его вызывают уксус­нокислые бактерии. В результате их развития подавляются квасные дрожжи и молочнокислые бактерии, резко нарастает кислотность ква­са, но она резкая и неприятная из-за специфического вкуса уксусной кислоты. Снижается массовая доля этилового спирта в квасе, так как уксуснокислые бактерии превращают этиловый спирт в уксусную кис­лоту. Уменьшается стойкость кваса при хранении. На поверхности «больного» кваса может появиться тонкая пленка.

Источником попадания в квас уксуснокислых бактерий являются плохо вымытые аппараты, шланги, трубопроводы, воздух производ­ственного помещения, поэтому для предотвращения уксуснокислого скисания необходимо поддерживать хорошее санитарное состояние производства.

Уксуснокислое скисание может наблюдаться в смешанной заквас­ке. В этом случае закваска не может быть использована в производстве кваса и должна быть заменена новой закваской, приготовленной, на­чиная с лабораторных стадий разведения чистых культур дрожжей и МКБ.

Характерным признаком развития уксуснокислых бактерий являет­ся появление в производственных помещениях плодовой мушки. Мушка может переносить уксуснокислые бактерии в открытые аппа­раты с суслом или квасом. Закрытые аппараты защищают квас от кон­такта с мушками.

Уксуснокислые бактерии являются аэробами, для их нормальной жизнедеятельности требуется кислород, поэтому предпочтительно в производстве кваса пользоваться аппаратами закрытого, а не открыто­го типа.

Уксуснокислые бактерии не образуют спор или защитных коллои­дов, поэтому они очень нестойки к дезинфектантам, что облегчает борьбу с инфекцией.

Порча кваса, вызываемая гнилостными термо­бактериями. Оптимальной температурой для развития гнилостных термобактерий является 30...37 °С, но они хорошо растут и при бо­лее низких температурах, а погибают лишь при температуре 90°С. Источником попадания термобактерий в производство кваса являются зерно злаков, мука.

Квасное сусло и квас, пораженные термобактериями, приобретают гнилостный запах, сусло прокисает до засева смешанной закваской за счет образования кислот, нетипичных для кваса. Такой квас неприго­ден к употреблению.

Мерами по предотвращению порчи кваса гнилостными термобактериями являются дезинфекция оборудования, трубопроводов, поме­щений, пастеризация раствора ККС, идущего на приготовление сусла, засев сусла дрожжами или смешанной закваской сразу после приготов­ления сусла (дрожжи, сбраживающие сусло, ослабляют жизнеспособ­ность гнилостных термобактерий).

Порча кваса, вызываемая попаданием диких дрожжей. Источником диких дрожжей являются воздух, зерно, со­лод, плоды, ягоды, хлебопекарные дрожжи низкого качества.

Дикие дрожжи являются аэробами, могут образовать пленку на по­верхности кваса, не образуют спор. В анаэробных условиях гибнут. Ди­кие дрожжи не вызывают спиртового брожения, усваивают этиловый спирт и органические кислоты, разлагая их до воды и СО2 и тем самым ухудшая вкус кваса и делая его непригодным для реализации.

Меры по предотвращению попадания диких дрожжей в производ­ство кваса – это поддержание хорошего санитарного состояния про­изводства, тщательный контроль за отсутствием диких дрожжей в прессованных дрожжах и смешанной закваске, применение закрытого технологического оборудования, обеспечивающего анаэробные усло­вия при брожении. В смешанной закваске и прессованных дрожжах при микроскопировании не должно обнаруживаться более 0,5 % диких дрожжей.

Поражение плесневыми грибами. Источниками попа­дания плесневых грибов в производство кваса являются: зерно, солод, квасные хлебцы, концентрат квасного сусла, воздух производственных помещений, плохо вымытое оборудование, шланги, бочки с остатками сусла и кваса.

Плесневые грибы в результате своего развития придают суслу и ква­су плесневелые запах и привкус, делая квас непригодным к реализа­ции. Некоторые плесневые грибы выделяют токсины.

Чаще всего встречаются в производстве кваса плесневые грибы родов Aspergillus, Penicillium, Rhizopus.

Плесневые грибы для своего развития нуждаются в кислороде, вы­сокой влажности, наличии питательных веществ, в первую очередь, уг­леводов и аминокислот. Не выдерживают анаэробных условий. Вегета­тивные формы плесневых грибов не выдерживают термообработки, а споровые формы устойчивы к ней.

Для предупреждения развития плесневых грибов в производстве кваса надо регулярно дезинфицировать, очищать, белить и красить производственные помещения, пользуясь краской и побелкой, в кото­рую добавлены фунгициды. Необходима регулярная чистка, мойка и дезинфекция оборудования и трудопроводов. Помещения должны хорошо вентилироваться чистым, желательно обеспложенным, возду­хом. Не допускается присутствие зерновой пыли, плесневелых квас­ных хлебцев, плесневелого концентрата квасного сусла. Рекомендуется пастеризовать раствор ККС, идущий на приготовление сусла. Готовить сусло, проводить брожение и купажирование следует в закрытом оборудовании [1]

2.3 Система качества и безопасности ХАССП на предприятии

 

По-английски аббревиатура расшифровывается как Hazard Analysis and Critical Control Points, что в переводе – анализ рисков и критические контрольные точки. Система безопасности ХАССП (англ. HACCP) – это эффективный инструмент управления безопасностью, а часто и качеством на предприятии.

История разработки концепции началась в 60-х годах, когда в НАСА озаботились созданием безопасной пищи для астронавтов. С требований о гигиене продуктов в 90-ые годы в Европе началось применение системы ХАССП в общественном питании. На ее основе компании достигали чистоты и безопасности при производстве готовых блюд и напитков.

Разработка и внедрение системы ХАССП узаконены в государственном стандарте ГОСТ Р 51705.1-2001, в государственном стандарте ГОСТ Р 54762-2011 ISO/ТС 22002-1:2009 [6, 7]. С 15 февраля 2015 г разработка и внедрение системы пищевой безопасности ХАССП на предприятии является обязательным.

За несоблюдение производителем пищевой продукции требований TP ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» установлена административная ответственность в соответствии с ч. 1-3 статьи 14.43 Кодекса об административных правонарушениях Российской Федерации    [8, 9].

Система управления качеством ХАССП основана на 7 основных принципах:

- анализ и оценка рисков;

- определение критических контрольных точек;

- прогнозирование критических пределов;

- управление системой мониторинга;

- учет корректирующих действий;

- создание документации всех стадий и процедур;

- разработка действий проверки действующей системы.

Программа создана для управления опасными факторами на пищевом предприятии, от которых зависит безопасность и качество продуктов.

Внедрение системы ХАССП необходимо для производителей пищевой продукции, что позволяет:

- контролировать любой этап изготовления, хранения и реализации пищевой продукции;

- снижать степень риска с особым вниманием в контрольных точках;

- исследовать не только конкретные продукты, но и методы его производства, сырья, вспомогательных материалов, хода торговли и др.

Система ХАССП в пищевой промышленности, на пищевых предприятиях не гарантирует отсутствие проблем, она разработана для сведения их вероятности к минимуму. Это средство управления, которое дает успех при продвижении, защищает от химических, физических и иных загрязнений. Система ХАССП на пищевых предприятиях считается наиболее эффективной в предупреждении заболеваний. В этом убедились многие развитые страны мира. В Японии, Канаде, США, странах Европы потребителей защищают, внедряя систему ХАССП на предприятии [6,7,8,9,].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

На основе всестороннего изучения и анализа технической информации и научной литературы изучены методы контроля и выбора сырья. Подробно рассмотрена технологическая схема производства кваса, различные рецептуры и выбрана технология, отвечающая современному уровню производства кваса и гарантирующая выпуск высококачественной продукции.

Отдельно рассмотрена кинетика роста микроорганизмов, используемых в производстве медовухи, которая является напитком брожения типа кваса на основе меда.

Современное безалкогольное производство основано на достижениях техники и технологии, использует полуфабрикаты высокой степени готовности. Инновации в производстве безалкогольных напитков в России сосредоточены в нескольких направлениях: разработка напитков и концентратов для их производства на натуральной основе с использованием соков, настоев из растительного сырья, меда, вторич­ных продуктов сыроделия и молочного производства, концентратов квасного сусла, создание обогащенных и функциональных напитков, расширение ассортимента и сырьевой базы квасов брожения.

В ходе курсовой работы была достигнута цель в виде изучения химического и микробиологического контроля производства кваса. А также решены задачи, благодаря которым точно известно, что:

- основное сырье в производстве кваса - ржаной солод и ржаная мука, ячменный солод, ячменная и кукурузная мука;

- микроорганизмы для получения кваса – квасные дрожжи и молочнокислые бактерии;

- производство кваса идет по определенной технологической схеме и алгоритму

Список использованной литературы доступен в полной версии работы.  

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ  


Категория: Курсовые / Курсовые по пищевому производству

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.