nowa sciaga, uniwersytet warmińsko-mazurski, inżynieria chemiczna i procesowa, rok III semestr 6, biotechnologia żywności - technologia fermentacyjna


CELEM MOCZENIA jest doprowadzenie do ziarna odpowiedniej ilości wody, która spowoduje rozwój kiełka liścieniowego i korzonka oraz zapoczątkuje wzmożoną aktywność enzymów i przemian biochemicznych. Wzrost aktywności uwidacznia się po zwiększeniu zawartości wody w jęczmieniu powyżej 30% i przy dostępie powietrza. W czasie moczenia zachodzą następujące zjawiska: 1) woda dyfunduje do wnętrza ziarna, a rozpuszczalne proste związki odżywcze z części przyzarodkowej przedostają się do zarodka; 2) następuje pęcznienie niektórych składników (białka, skrobia, celulozy), objętość ziaren zwiększa się o ok. 45% 3) zmienia się barwa ziarna - ze słomkowej na brązową; 4) następuje wyługowanie z łuski substancji goryczkowych, garbnikowych, polifenoli, barwników i innych, które utrudniają wchłanianie wody,; 5) pod koniec moczenia zaczynają wyrastać z ziarna na zewnątrz korzonki (tzw. oczkowanie ziarna). Moczenie ziarna jęczmienia prowadzi się do momentu uzyskania 43÷46% wody w ziarnie. Stopień namoczenia ziarna kierowanego do kiełkowania zależy od: a) rodzaju produkowanego słodu ( słód jasny lub monachijski), słód monachijski - stopień namoczenia 1-2% wyższy niż przy słodzie jasnym; b) właściwości przerobowych jęczmienia (wrażliwość na wodę, zawartość białka itp.); c) warunków technicznych i założonego czasu kiełkowania (możliwość utrzymania stałego, poziomu zawartości wody w kiełkującym ziarnie); Generalną zasadą moczenia jest zapewnienie wszystkim ziarnom jednakowych warunków wchłaniania wody, zbliżonych do naturalnych - występujących w glebie. Ziarno zaczyna kiełkować już przy wilgotności 30% i optymalnym dostępie powietrza.Szybkość wchłaniania wody zależy od wielu czynników, takich jak: czas moczenia; temperatura wody; grubość ziarn; zawartość białka; ilość tlenu; stopień uszkodzenia ziarn. Zasadniczą rolę w moczeniu jęczmienia odgrywa tlen. Wraz ze wzrostem zawartości wody w ziarnie wzrasta intensywność oddychania. Zawarty w wodzie do moczenia tlen zostaje w krótkim czasie  zużyty (30-40 godzin). Brak dostępu tlenu powoduje oddychanie śródcząsteczkowe - tworzą się niepożądane związki takie jak kwasy, alkohole, estry, nadające nieprzyjemny zapach. Część ziarn ulega przemoczeniu i spontanicznemu rozwojowi liścienia - tworzą się tzw. huzary.

SPOSOBY MOCZENIA A Moczenie powietrzno-wodne: polega na przemiennym przetrzymywaniu ziarna pod wodą i bez wody. Wodę zmienia się najczęściej 2-3 razy na dobę, a ziarno przetrzymuje na przemian 3 godziny pod wodą i 6 godzin bez wody. Podczas moczenia powietrznego intensywność wchłaniania wody przez ziarno jest większa niż podczas przetrzymywania ziarna cały czas pod wodą. Podczas przetrzymywania ziarna pod wodą wskazane jest intensywne „wietrzenie” B Stały przepływ napowietrzonej wody - pozwala na ciągłe usuwanie dwutlenku węgla, zanieczyszczeń i substancji wyługowanych z łuski. wadą jest duże zużycie wody. C Moczenie przez zraszanie - stosowane po dokładnym wymyciu ziarn i wstępnym moczeniu powietrzno-wodnym. W ostatnim okresie moczenia następuje zraszanie ziarna wodą ze stałym odprowadzaniem CO2 i wyługowanych substancji. moczenie prowadzi się specjalnych  urządzeniach Warunki prawidłowego kiełkowania ziarna jęczmienia to: 1)odpowiednia temperatura -powinna wzrastać równomiernie, od pierwszego do ostatniego dnia kiełkowania - nie więcej niż 1°C na dobę. Maksymalna temperatura powinna być utrzymana na jednakowym poziomie w każdej partii tego samego jęczmienia (np. na słód jasny - 18°C, a na słód monachijski 21°C). Gwarantuje to utrzymanie stałego poziomu jakości słodu; 2) stopień namoczenia - wilgotność ziarna również powinna być utrzymywana na stałym poziomie przez cały okres kiełkowania, dla jęczmienia na słód jasny - 43÷44%, na słód monachijski - 45÷46%; 3)obecność tlenu - zależy od częstotliwości i intensywności przewietrzania ziarna. Regulacja dopływu powietrza powoduje odpowiednie odprowadzanie dwutlenku węgla. W początkowej fazie kiełkowania musi być natlenianie powinno być większe, W ostatnich dwóch dniach kiełkowania dopuszcza się większą zawartość CO2 w powietrzu - spowalnia to procesy oddychania i zmniejsza straty suchej masy.

Kiełkowanie: Powstawanie enzymów enzymów enzymów kiełkowaniu: *zarodek wytwarza kwas giberelinowy i subst giberylinopodobne, które pobudzają synteze hemiceluloz, enzymów amylolitycznych i proteolitycznych *w pierwszej kolejności powstają mendo-beta-glukanaza a następnie alfa-amylaza i proteinaza jednocześnie tworzy się fosfataza *w endospermie tioalkohole aktywują B-amylaze (występująca w bielmie w stanie nieczynnym). Aktywatory i inhibitory kiełkowania: Aktywatory→kwas giberelinowy- w początkowej fazie kiełkowania dawka 0,2 mg kwasu na kg jęczmienia Inhibitory→bromian potasu lub bromian z chlorkiem wapnia dawka→50mg KBO3 + 3g CaCl2 na kg jęczmienia

Suszenie słodu: faza suszenia wstępnego- obejmuje okres spadku zawartości wody w suszonym słodzie do wartości poniżej 10%, temp nie przekracza 45-50 stC *Zjawiska→proces rozwoju korzonka, oddychania i rozluźnienia enzymatycznego *enzymatycznego temp 40-45 i wilgotności pon 20% funkcje życiowe zarodka wyrażnie zanikają *powstające cukry proste i aa powodują zmianę barwy słodu Faza prażenia - dosuszania obejmuje zakres spadku zaw wody od10 do 4% Temp w tej fazie wzrasta do temp max (wartość zależy od gatunku słodu) *zanikaja prawie całkowicie funkcje życiowe zarodka. Miarą prawidłowego przebiegu suszenia słodu jasnego jest jego wysoka siła enzymatyczna przy proawie zerowej liczbie ziaren zdolnych do kiełkowania. *pod koniec enzymy ulegają inaktywacji *powstają melanoidy (związki barwne).

Róznice przy produkcji słodu jasnego i ciemnego: *zawartość bialka w jęczmieniu (10-12/podobna) *stopień namoczenie (jasny 43-45%/ciemny 46-47%) *max temp kiełkowania (18/22) *czas kiełkowania (7/8dni) *wilg w fazie suszenia w temp 45-50 stC (>10/>20%) *powietrze w fazie suszenia wstępnego (świeże/mieszane świeże i z recyrkulacji) *czas fazy wstępnego suszenia (12/24h) *czas prażenia (3-4/do 5h) *max temp prazenia (80-85/105) *zaw. Wilgoci w słodzie (3,5-4,5/2%).

Schemat produkcji piwa: sód→mielenie(→dodatki nieslodowe) →zacieranie (→woda i →dodatki niesłodowe) →filtracja brzeczki (strzałka ze produkt uboczny:wysłodziny) →brzeczka słodka →gotowanie (→chmiel →syropy lub cukier) →brzeczka chmielowa→usówanie osadów goracych (spada: chmieliny i osady gorace) →chłodzenie i napowietrzanie→fermentacja (→drożdze a ucieka:gęstwa drożdzowa) →piwo młode→leżakowanie i kondycjonowanie (środki pomocnicze) → na dwie się strzałka rozchodzi pierwsza to:brzeczki rozlew do butelek, fermentacj wtórna; druga to klasyfikacja (rozchodzi się na trzy) Pierwsza:rozlew→stabilizacja biologiczna→małe opakowania Druga: stabilizacja biologiczna→rozlew→duże opakowania Trzecia:drożdżowe osady zimne.

Zjawiska zachodzące w czasie zacierania: Zacieranie jest jednym z najważniejszych procesów przy produkcji piwa. W czasie tego procesu składniki słodu przechodzą do brzeczki podlegając jednoczesnej konwersji do form przyswajalnych przez drożdże oraz przydatnych do tworzenia cech fizykochemicznych piwa. Ponieważ główne składniki słodu, skrobia oraz białka są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, a ponadto ich masy cząsteczkowe i forma uniemożliwia ich wykorzystanie przez drożdże, celem procesu zacierania jest wykorzystanie enzymów rodzimych słodu do hydrolizy i doprowadzenie do form przydatnych w dalszych etapach technologicznych Przy zacieraniu proces degradacji dotyczy: - skrobi, - glukanu, - białek, - innych składników. . Wpływ pH na enzymy słodu nie jest tak wielki jak wpływ temperatury. Ponieważ temperaturowe i kwasowe optima oraz zakresy działania enzymów często na siebie zachodzą proces musi być tak prowadzony, aby uwzględniał te zależności, zachowana musi być również aktywność enzymów słodu. tabelka 3 kolumny pierwsza to Zakres temp Druga: Enzym a Trzecia działanie: 37-45/ hemicelulozy / rozkład skł ścian komórkowych; 45-50/ mendo-beta-glukanaza endopeptydazy/ rozkład B-glukanów i białek; 52-55/ endopeptydazy/ rozkład białek i peptonów do aa; 62-65/ beta-amylaza/ rozkład skrobii do maltotrioz maltozy i glukozy; 70-76/ A-amylaza/ rozkład do dekstryn.

Filtraca brzeczki - kadz filtracyjna: *wypełnienie wodą (temp 78) przetrzeni pomiędzy sitem i dnem kadzi *wpompowanie zacieru przy włączonym mieszadla *pozostawienie w spokoju (20-30 minut sedymentacja) *ściąganie brzeczki przedniej *wysładzanie (2-3 krotne) powstaje brzeczka wysłodkowa (do zaw ekstraktu 0,5% wag) Parametry: *ilość wody 4-4 hl/100 kg słodu *czas filtracji brzeczki przedniej 90-120 minut *wysładzanie 90-150 min *usowanie wysłodzin (młota) z kadzi (wilgotność 75-85% wody →pasza) Filtracja brzeczki - filtr zacierowy: *napełnieni filtra *filtracja *pierwsze wyciskanie *ługowanie *końcowe wyciskanie *zrzut wysłodzin. Warstwa wysłodzin <6cm →lepsze wyługowanie ekstraktu.

GOTOWANIE BRZECZKI Gotowanie brzeczki z chmielem na celu: ekstrakcję i transformację związków chmielu, sterylizację brzeczki, nadanie brzeczce — piwu odpowiedniego smaku i zapachu, wytrącenie osadów, głównie kompleksów białka z polifenolami, usunięcie niepożądanych składników (m. in. DMS) ustalenie barwy zakwaszenie brzeczki, zagęszczenie brzeczki, inaktywację enzymów. Najistotniejszą częścią procesu jest sposób dodawania związków chmielowych, w odpowiedniej postaci (granulat, ekstrakt) oraz ilości, jako że żywice chmielowe, olejki i polifenole chmielu mają decydujący wpływ na cechy organoleptyczne piwa. Dawkę chmielu ustala się na podstawie aktualnej zawartości izo-związków w chmielu oraz wymaganej zawartości w piwie. Najważniejszymi związkami goryczkowymi chmielu są "-kwasy, które w procesie gotowania, na skutek izomeryzacji, przechodzą w izo-"-kwasy. Im dłuższy czas gotowania i im wyższe pH brzeczki, tym większa ilość "-kwasów przechodzi w formę izo"-kwasów i tym samym większa goryczka piwa. Innymi składnikami chmielu nadającymi piwu określone cechy organoleptyczne są eteryczne olejki chmielowe. Ich ilość maleje w czasie gotowania. Brzeczkę w czasie gotowania zadajemy preparatami goryczkowymi lub chmielem goryczkowym na początku i w połowie czasu trwania procesu, natomiast preparatami lub chmielem aromatycznym, pod koniec procesu gotowania (20 minut przed jego zakończeniem). W warunkach naturalnych gotowanie brzeczki z chmielem trwa około 2 godzin. Proces ten można skrócić stosując gotowanie w podwyższonej temperaturze i podwyższonym ciśnieniu.

ODDZIELANIE OSADÓW GORĄCYCH W czasie gotowania następuje również reakcja białek z garbnikami co powoduje powstanie osadów garbnikowo- białkowych tzw. osadów gorących o średnicy cząstek 30 ÷ 80 um. Osady te oddziela się od gorącej brzeczki stosując wirówki, dekantery lub kadzie z zawirowaniem (whirpool). Zasada ich działania polega na wykorzystaniu siły odśrodkowej lub grawitacji do rozdziału substancji różniących się masą właściwą. Ujemnym efektem stosowania tych urządzeń jest natlenienie gorącej brzeczki w czasie procesu.

FERMENTACJA

Fermentacja jest najważniejszym procesem polegającym na konwersji cukrów zawartych w brzeczce do etanolu i dwutlenku węgla przez drożdże. Przemianę tą można przedstawić w formie rónania Gay-Lussac'a: C_6H_12O_6 ~` 6  ~2C_2H_5OH ~`+~ 2CO_2`` +``) G gdzie )G oznacza wolną entalpię, która wynosi  & 230 kJ. Fermentacja jest procesem egzotermicznym - a wydzielona energia może być „magazynowana” przez drożdże w formie adenozynotrójfosforanu i uwalniana w postaci ciepła Oprócz dwutlenku węgla i alkoholu w wyniku przemian biochemicznych powstają produkty uboczne (kwasy, estry, wyższe alkohole itp.), które w odpowiednich warunkach nadają piwu właściwy smak i zapach. W pierwszym etapie po dodaniu drożdży następuje ich szybkie rozmnażanie (do momentu wyczerpania rozpuszczonego w brzeczce tlenu),a  zafermentowanie i fermentacja burzliwaW CZASIE FERMENTACJI DROŻDŻE ZUŻYWAJĄ WĘGLOWODANY w określonej kolejności, najpierw monosacharydy (glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza), potem dwusacharydy (maltoza i sacharoza), a na końcu trójsacharydy (rafinoza, maltotrioza). Wynika to między innymi z wielkości nakładów energetycznych ponoszonych na ich transport do wnętrza komórki drożdży i asymilację. Głównym cukrem zużywanym przez drożdże jest maltoza. Optócz wglowodanów do prawidłowego rozwoju drożdże potrzebują związków azotowych głównie do budowy. Aminokwasy obecne w brzeczce są z niej pobierane w grupach przy czym pobór ich następuje w różnym czasie. Jest to związane z fizjologią komórek drożdży. Przemiany aminokwasów związane są z wytwarzaniem wyższych alkoholi aromatycznych i alifatycznych, szczególne znaczenie ma przemiana waliny, która jest „surowcem” przy wytwarzaniu diacetylu. Innymi ważnymi związkami azotowymi niezbędnymi do wzrostu drożdży są zasady azotowe -: puryny i pirymidyny, niezbędne do syntezy kwasów nukleinowych. W brzeczce 12°Blg ich zawartość powinna wynosić 3.50 mg/dm3. Komórki drożdżowe potrzebują również odpowiednich związków mineralnych i jonów niezbędnych do funkcjonowania enzymów. Do najważniejszych należą: potas, sód, wapń, magnez, miedź, żelazo, mangan, cynk, siarczany, fosforany oraz azotany.

DOJRZEWANIE PIWA (LEŻAKOWANIE) Piwo młode po procesie fermentacji głównej przetacza się do hermetycznych zbiorników leżakowych, w których prowadzi się  proces dojrzewania piwa - fermentacja wtórna. Piwo to zawiera jeszcze od 4 do 6 mln komórek w 1 cm3, zapewnia to prawidłowy przebieg procesu W czasie leżakowania zachodzą m. in. następujące zjawiska nasycenie piwa dwutlenkiem węgla (do co najmniej 0.4% wag.); sklarowanie piwa, uzyskanie właściwego stopnia odfermentowania, wytworzenie właściwego bukietu smakowo-zapachowego. Proces leżakowania powinien przebiegać w temperaturze od -1 do +1°C, przy nadciśnieniu powyżej 0.03 MPa. Schłodzenie piwa do tak niskiej temperatury powoduje wytrącenie substancji białkowo-garbnikowych, które są adsorbowane przez komórki drożdży. Wydzielający się CO2 powoduje przemywanie piwa - usuwanie związków lotnych tworzących zapach młodego piwa. Proces leżakowania - w zależności od rodzaju piwa - trwa od 4 do 6 tygodni (technologia klasyczna) oraz 2 - 3 tygodnie w unitankach Parametry kontrolowane podczas fermentacji wtórnej to: temperatura; zawartość ekstraktu; zawartość CO2; zmiana pH; zawartość dwuacetylu - szczególnie przy stosowaniu przyspieszonych metod fermentacji; ilość osadów drożdżowych (max. 0,7 l/hl zawartości tanku);

Stabilizacja piwa Trwałe piwo to: *zapewnienie stabilności biologicznej *zapewnienie stabilności koloidalnej Piwo pasteryzowane po pewnym czasie często długim mętnieje . Zmętnienie powodują koloidalne subst rozpuszczone w piwie. Zimne zmętnienie to zmętnienie koloidalne, które występuje po schłodzeniu i rozpuszcza się po ogrzaniu do temp20 st. Zimne zmętnienie to wiązanai wyskocząteczkowych produktów rozkładu białka z polifenolami głównie antocyjanogenami. Srodki stabilizacyjne *preparat żelu krzemionkowego - wiąże złożone produkty rozkładu białek *poliwynylopolipirolidon (PVPP) związek organiczny wiąże i usowa związki fenolowe. Przeciwutleniacze - środki opóźniające starzenie piwa: kw askorbinowy i dwutlenek siarki.

Patsreyzacja Pasteryzacja w butelkach najpewniejsza metoda utrwalenia piwa, gdyż nie ma możliwości ponownego jej zainfekowania Warunke doprowadzenie odpowiedniej ilości jednostek pasteryzacji. Przez jednostkę pasteryzacji rozumie się efekt działania w piwie temp 60 w ciągu jedej minuty.

Podział drożdzy winiarskich:*drożdze wysokiego odfermentowania (do 18-20% obj alkoholu) *drożdze niższego oferm (8-12% obj alk) *drozdze osmofilne do fermentowania moszczy o wysokich stężeniach cukru *drożdze sulfilowe znoszą wysokie stężenia SO2 *drozdze zimne kriofilne pozwalające prowadzić fermentacje w temp 5-10stC *drozdze szampańskie - fermentacja przy rosnącym cieśn. CO2. Drożdze winiarskie *IOC Efficience Sach cerevisiae var cerevisiae do produkcji win białych białych czerwonych odporne na CO2 i SO2 na wysoki poziom alk w winie *IOC Bayanus Sacch cer var bayanus drozdze do fermentacji głownej ale też do wtórnej szybka i pewna przemiana cukrów bez nieporzadanych związków ubocznych niska temp. Drożdze dzikie ok. 700 gatunków

Podział win: *barwa: czerwone białe i różówe *zaw alk lekkie (do 10%) średniej mocy (10-14%) mocne (14-18%) alkoholizowane (pow 18% obj alk) *zaw cukru: wytrawne półwytrawne półsłodkie słodkie bardzo słodkie lakierowane.

SCHEMAT TECHNOLOGICZNY PRODUKCJI WINA CZERWONEGO: zbiór winogron czerwonych- selekcja zbiorów- usuwanie szypułek- miażdżenie- dodatek SO2 usuwa tlen ze środowiska i stabilizacja mikrob.-moszcz- zaszczepienie drożdżami i bakterie ferm. Mlekowej- fermentacja alk.- fermentacja malonowa- obciąg- osadzanie- cedzenie SCHEMAT TECHNOLOGICZNY WINA BIAŁEGO: selekcja zbiorów- miażdzenie(łodyżki)- dodatek enzymów pektolitycznych- dodatek SO2 - maszcz- wirowanie wyciskanie soku ochładzanie - sok biały-ochrona przed tlenem ochładzanie(strzałka w lewo zagęszczanie - koncentrat) (strzałka w prawo dodatek SO2 - wymieszanie - mute) a na wprost: zaszczepianie drożdze bakt mlekowe- fermentacja alkohol.- dodatek SO2 -osadzanie cedzenie-leżakowanie klarowanie (dodatek bentonit żelatyna)

SCHEMAT TECHNOLOGICZNY WINA RÓŻOWEGO: selekcja zbiorów- winogrona czerwone- miażdzenie- dodatek SO2 -moszcz- zaszczepianie (drożdże i bakterie ferment. Mlekowej)-prasowanie(wytłoki)- ochrona przed tlenem- niska temp. Ogólnie otrzymywanie win różowych może być prze ekstrakcję lub prasowanie. SCHEMAT TECHNOLOGICZNY WINA TYPU NOUVEAU selekcja zbiorów- winogrona czerwone- maceracja w atmosferze CO2 - macerat CO2 (strzałka w bok łodyżki wytłoki) - miażdzenie- zaszczepianie drozdze bak mlekowe- fermentacja- filtracja (strzałka w bok osady)-ochrona przed tlenem - nouveau

Srodki chem: *kw siarkowy służy do ukwaszenia zacierów w których namnaża się drożdze *formalina środek stosowany do dezynfekcji naczyń, rurociągów pomp i posadzek *wapno palone do dezynfekcji oraz obniżenia kwasowości zacierów *wyciąg wodny superfosfatu, siarczan i fosforan amonu oraz mocznik i woda amoniakalna SA stosowane jako pożywki dla drozdzy oraz regulacji kwasowości zacierów gorzelniczych. *środki do gaszenia piany w czasie fermentacji to porafinacyjne kwasy tłuszczowe będące produktami odpadowymi w procesie rafinacji olejów roślinnych.



Wyszukiwarka