Производство кваса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Квас называют традиционным национальным напитком у восточных славян. Он известен еще со времен Киевской Руси, более 1000 лет.

В те времена квас был слабоалкогольным напитком. Различали квас твореный и квас неисполненный, т.е. плохо приготовленный, который содержал большое количество сивушных масел и оказывал дурманящее действие.

Квас использовали не только как напиток для утоления жажды. Он служил основой для приготовления многих блюд: окрошек, ботвиний, ухи и др. Вплоть до XVIII…XIX веков простые крестьяне потребляли квас только в качестве напитка до 5 литров в сутки.

В России существовало множество разновидностей кваса. Основным сырьем для приготовления кваса были ржаной, ячменный, пшеничный сухие солода, пшеничная, гречневая, ячменная мука. Особенностью кустарной технологии кваса было использование различных видов дробленых зернопродуктов в виде муки крупного помола, не пригодной для хлебопечения, буквально отходов, отрубей, остатков закисшего теста. Брожение вели в открытых емкостях, которые заполняли новым суслом, не очищая от старой закваски. Благодаря этому создавалась многолетняя закваска, представлявшая собой смесь микробных культур.

В качестве ароматизирующих добавок в квас добавляли листья мяты, земляники, малины, смородины, хмель, изюм, мед, коренья, травы. Готовили не только хлебный квас, но и яблочный, грушевый, вишневый и другие фруктовые квасы.

Профессия квасника была широко распространена в России. Квасники специализировались на производстве одного из видов кваса. Соответственно их называли: «квасники ячневые», «квасники грушевые», «квасники яблочные». Объемы производства и продаж кваса были достаточно большими по тогдашним меркам, например, в Петербурге в конце XIX века продавалось только бутылочного кваса до 2 тыс. бутылок в сутки.

По свидетельству энциклопедиста Д.В. Каншина: «После воды в России наиболее распространенный напиток квас. Мы даже думаем, что его пьют больше, чем воду».

Д.И. Менделеев любил квас «с его кислотностью и здоровым сытным вкусом», «возрос на квасе» и писал: «Квасными своими вкусами русские жители когда-нибудь перестанут брезговать и позаботятся достичь до таких способов, которые обеспечивали бы не только разнообразие вкуса, но и питательность, сохраняемость и гигиеническое значение, которые присущи квасу».

Действительно, квас имеет хороший сбалансированный химический состав. Питательная ценность кваса обусловлена тем, что он производится из зернового сырья, из которого в сусло переходят растворимые вещества: углеводы, витамины, пищевые волокна, минеральные компоненты. Углеводы сусла сбраживаются дрожжами и молочнокислыми бактериями, в процессе жизнедеятельности которых накапливаются биологически активные соединения: аминокислоты, витамины, летучие ароматические вещества.

Производство кваса к 1986 году в стране составляло более 40 млн. дал в год. За следующие годы объем его производства упал более чем в 13 раз. В XXI веке производство кваса составляет в России 6,3…7,5 млн. дал в год. Это связано с изменением структуры потребления напитков в целом за счет увеличения выпуска пива, слабоалкогольных, безалкогольных напитков.

Устаревшее примитивное оборудование для производства кваса, сезонность производства, колебания в качестве, недостаток основного сырья - концентрата квасного сусла - привело к тому, что квас стало невыгодно производить.

В последнее время вновь повысился интерес производителей и потребителей к квасу и другим национальным напиткам (сбитню, медовухе). Разработана технология квасов брожения, пастеризованных, разливаемых в бутылки со сроком годности до 2 месяцев, которая ликвидирует сезонность его производства, позволяет более четко регулировать его качество. Кроме того, разлитый в бутылки квас удобен для потребителя. Все вышеизложенное позволяет надеяться на возрождение отечественного квасоварения и повышение значения кваса как традиционного, очень полезного напитка [1].

1. Сырье для производства кваса

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;

- зараженность муки амбарными вредителями или наличие следов заражения не допускается [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 [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 [1].

2. Производство кваса

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 [1].

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

Стадии производства ККС:

а) подготовка зернопродуктов;

б) затирание зернопродуктов;

в) фильтрование заторов и кипячение сусла;

г) упаривание квасного сусла;

д) термообработка ККС;

е) розлив ККС.

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 [1].

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 [1].

квас сусло рожь солод

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].

2.5 Технологическая схема приготовления кваса из ККС

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 1, 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 1 - 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 [1].

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.

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

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].

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].

3. Микроорганизмы, используемые в производстве кваса

3.1 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…7 мкм. 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 1987 г. 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 [1].

3.2 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 rН 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 2. 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.

Рисунок 2 - Схема размножения ЧК дрожжей и МКБ в отделении чистых культур

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 24 ч, 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 48 ч. 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 [1].

3.3 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 (н) 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 = н(t₁-t₀). Подставив в знаменатель уравнения (4) вместо n его значение, получим

g = 1/н, и, наоборот н = 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 н 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:

...