SK10552000A3

SK10552000A3 - Spôsob výroby nealkoholických a nízkoalkoholických nápojov na báze sladiny alebo mladiny, vrátane nealkoholického a nízkoalkoholického piva

Info

Publication number: SK10552000A3
Application number: SK1055-2000A
Authority: SK
Inventors: Zoltán Dömény; Marián Navrátil; Ernest Šturdík; Daniela Šmogrovičová; Július Šubík; Peter Gemeiner
Original assignee: Chemickotechnologická Fakulta Stu; Chemický Ústav Sav
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-02-05
Also published as: SK284396B6

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby nealkoholických a nízkoalkoholických nápojov na báze sladiny alebo mladiny vrátane nízkoalkoholického a nealkoholického piva fermentáciou, vsádzkovou alebo kontinuálnou, za prítomnosti mutantov kvasiniek s poruchou syntézy enzýmov citrátového cyklu s využitím voľných alebo imobilizovaných buniek.

Doterajší stav techniky

Produkcia nealkoholického piva je už dlhodobým problémom v pivovarníctve. Nároky konzumenta na senzorické vlastnosti sú rovnaké ako u klasických pív, ale obsah alkoholu môže byť limitovaný z rôznych legislatívnych alebo zdravotných dôvodov. Výroba piva s nízkym obsahom alkoholu vyžaduje zmeny v technologických postupoch. V praxi sa najviac aplikujú dva spôsoby výroby, a to obmedzenie kvasenia tak, aby v produkte zostala koncentrácia alkoholu pod požadovanou hodnotou a druhá možnosť je separácia alkoholu z piva vyrobeného klasickou technológiou.

Testované boli aj systémy na výrobu nízkoalkoholických a nealkoholických pív pomocou imobilizovaných kvasiniek. V prevádzkach sú aplikované fermentory s perforovanými etážami, kde sa ako nosič používa DEAE celulóza. Takéto systémy sú používané v Holandsku a v Dánsku. Na výrobu nealkoholického piva bol použitý aj bioreaktor s vnútorným recyklom substrátu, kde kvasinky sú imobilizované v silikónkarbidovom nosiči [Van de Winkel, L., Van Beveren, P.C., Masschelein, C.A.: Proc. EBC Congr. 1991, s. 574]. Takto vyrobené pivo má obsah alkoholu v rozmedzí 0,50,1% obj., avšak s miernou kvasinkovou príchuťou a sýtou arómou. Okrem uvedených dvoch nosičov na výrobu nízkoalkoholického piva boli využité aj kvasinky imobilizované na povrch sintrovaného skla s priemerom častíc 1-2 mm o porozite až 55% makroporézneho skla [Aivasidis, A., Wandrey, C., Eils, H.G., Katzke, M.: Proc. EBC Congr. 1991, s. 569]. Fermentácia prebiehala vo fluidnom reaktore a zdržný čas produktu bol 16 hodín. Takto získané pivo bolo hodnotené degustačným testom a porovnávalo sa s

- 2 pivom vyrobeným klasickou “stop-fermentáciou”. Štyria z degustátorov uprednostnili referenčné pivo a traja jednoznačne preferovali pivo vyrobené novou technológiou. Výhody tohto spôsobu výroby nízkoalkoholického piva sú hlavne v možnosti regulácie parametrov fermentácie [Steven, A.H., Power, J., Ryder, D.S.: Brew. diges., 1, 1991., s.44], čím sa ovplyvňujú aj senzorické a analytické parametre hotového produktu. Reguláciou prietokovej rýchlosti, teploty kvasenia a množstva biomasy sa dá regulovať vyváženosť jednotlivých parametrov hotového produktu.

Nakoľko pri skladovaní nealkoholických a nízkoalkoholických nápojov nie je možné využiť stabilizačné účinky etanolu ako v prípade klasických pív, na ochranu hlavne pred bakteriálnou kontamináciou sa využíva zníženie pH. Uskutočňuje sa prídavkom kyseliny mliečnej do sladiny alebo mladiny, prípadne sa dodá do média pridaným kmeňom mliečnych baktérií [Pittner, H., Back, W.: Tech. Quart.-Master Brew. Assoc. Amer., 32, 1995, s. 163; Stevens, B.: Brew. Distil. Internation. 24,1993, s. 76].

Polysacharidové nosiče, ako alginát a pektát vápenatý, sú používané pri výrobe klasických pív diskontinuálnym [Poledníková, M., Voborský, J., Chládek, L., Šruma, T., Kvasný prumysl, 39, s.2] aj kontinuálnym spôsobom [Šmogrovičová, D., Domény, Z., Gemeiner, P., Malovíková A., Šturdík, E.: Biotech. Tech., 4, 1997, s.261]. Pri kontinuálnom kvasení mladiny v “gas-lift” reaktore a v náplňovej kolóne boli porovnané alginátové a pektátové guličky [Šmogrovičová, D., Domény, Z., Gemeiner, P., Malovíková A., Šturdík, E.: Biotech. Tech., 4, 1997, s.261]. Z uvedených nosičov bol uprednostnený pektát vápenatý z dôvodu vyššej mechanickej stability [Gemeiner, P., Nahálka, J., Vikartovská, A., Nahálková, J., Tomáška, M., Šturdík, E., Markovič, O., Malovíková, A., Zátková, I., Ilavský, M.: Immobilized Cells: Basics and Applications, Elsevier Science B.V., Amsterdam 1996, s.76]. Pektát vápenatý ako imobilizačný materiál pri výrobe nízkoalkoholického piva však ešte nebol v literatúre opísaný. Jeho ďalšie vlastnosti a parametre sú bližšie definované v patente autorského kolektívu [Šmogrovičová, D., Domény, Z., Šturdík, E., Gemeiner, P., Malovíková, A.: Patent SR, 1650-96].

Cieľom predloženého vynálezu je umožniť výrobu nealkoholických a nízkoalkoholických nápojov na báze sladiny aj mladiny, vrátane nealkoholického a nízkoalkoholického piva, bez nutnosti ich inokulácie kmeňom mliečnych baktérií kvôli zvýšeniu stabilizácie.

- 3 Podstata vynálezu

Uvedenú úlohu rieši spôsob výroby nealkoholických a nízkoalkoholických nápojov na báze sladiny alebo mladiny, vrátane nízkoalkoholického a nealkoholického piva, fermentáciou sladiny alebo mladiny podľa vynálezu, a to kontinuálnou alebo vsádzkovou fermentáciou pri teplote 0 až 35 °C a hodnote pH od 1,5 do 7. Podstata vynálezu spočíva vtom, že fermentácia sa uskutočňuje za prítomnosti mutantných kmeňov kvasiniek Saccharomyces cerevisiae s poruchou syntézy enzýmov citrátového cyklu, pričom kvasinky sú vo voľnom alebo imobilizovanom stave.

Zistilo sa že je výhodné ak sú kvasinky imobilizované v géle pektátu vápenatého a ďalšie zvýšenie účinnosti nastane, ak sa použije kontinuálny spôsob fermentácie, ktorý je ešte výhodnejší pri použití reaktora s perforovanými etážami.

Na imobilizáciu sa používajú netoxické nosiče, ktoré zabezpečujú dobrý prestup živín k bunkám a zároveň sú odolné i voči fyzikálnym vplyvom vo fermentačnom médiu. Pri využití imobilizovaného systému je možné pracovať nad kritickou zrieďovacou rýchlosťou.

Výhoda riešenia podľa vynálezu spočíva najmä vtom, že vďaka produkcii organických kyselín mutantnými kmeňmi kvasiniek odpadá nutnosť prídavku kyseliny, resp. inokulácie kmeňom mliečnych baktérií kvôli zvýšeniu stabilizácie nealkoholických a nízkoalkoholických nápojov na báze sladiny alebo mladiny vrátane nízkoalkoholického a nealkoholického piva.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Spôsob výroby vsádzkovou fermentáciou sladiny s voľnými kvasinkami w

Do vsádzkového reaktora sa pridala čistá kultúra mutantov kvasiniek [Subík J.: Autorské osvedčenie č. 272963]. Pri kvasení mladiny s obsahom redukujúcich sacharidov v intervale od 80 do 120 g/1, pH 5,6 a koncentrácii buniek Saccharomyces cerevisiae 1.10⁷ buniek/ml média sa vykonala fermentácia pri štyroch rôznych koncentráciách kyslíka vo fermentore. Použili sa kmene mutantných kvasiniek (najmä Saccharomyces

- 4 cerevisiae JS10-3C, 5. cerevisiae JS10-3CxJS 10-96, S. cerevisiae E2, S. cerevisiae EF2 a S. cerevisiae K303AKGDl, pričom je možné použiť aj ďalšie) s poruchou v syntéze enzýmov fumarázy, 2-oxo-glutarátdehydrogenázy a ďalších enzýmov citrátového cyklu. Pracovalo sa v teplotnom intervale od 5 do 35 °C. Doba kvasenia bola od 70 do 85 h, pričom najkvalitnejší nápoj sa získal pri 15 °C. Keď sa hodnota skutočného extraktu ustálila, fermentácia sa ukončila.

Takto získaný nápoj mal nízke pH, čím sa v podstate eliminoval krok okyslenia nealkoholického piva (prevencia voči kontaminantom). Doba kvasenia, skutočný extrakt a pH po fermentácii pre naj optimálnej ší kmeň (Saccharomyces cerevisiae JS10-3C) sú uvedené v nasledovnej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Doba kvasenia	84	81	76	71
Skutočný extrakt (w/w)	4,21	4,13	4,12	4,11
Etanol % (V/V)	0,39	0,34	0,28	0,21
PH	2,13	2,11	2,02	1,98

Príklad 2

Spôsob výroby vsádzkovou fermentáciou sladiny s imobilizovanými kvasinkami

Pri aplikácii imobilizovaných kvasiniek bol postup analogický ako v príklade 1 s tým rozdielom, že pri kvasení sa použili kvasinky ako v Príklade 1 imobilizované v pektáte vápenatom.

a) Spôsob prípravy biokatalyzátora

Kvasinky Saccharomyces cerevisiae sa kultivovali v bankách pri teplote 28 °C. Kultúra sa oddelila z fermentačného média centrifugáciou a sediment sa rozsuspendoval v destilovanej vode tak, aby koncentrácia kvasiniek vkvasničnom mlieku bola 10-krát vyššia ako koncentrácia v imobilizáte. Pripravila sa suspenzia z 5 % pektátu draselného, 10 % kvasničného mlieka a destilovanej vody. Z uvedených zložiek sa pripravila viskózna kompozícia, ktorá kvapkaním do roztoku 0,1 M CaCl₂ poskytla guľôčky s imobilizovanými kvasinkami.

b) Fermentácia sladiny

Boli použité rôzne kmene kvasiniek (viď Príklad 1), mutantných v syntéze enzýmov citrátového cyklu, ktoré boli imobilizované horeuvedeným spôsobom. Pracovalo sa v

- 5 teplotnom intervale od 5 do 35 °C. Doba kvasenia bola od 61 až 72 h. Najkvalitnejší nápoj sa získal pri 15 °C. Keď sa hodnota skutočného extraktu ustálila, fermentácia sa ukončila. Takto pripravený nápoj mal nízke pH, čím sa eliminoval krok okyslenia nealkoholického piva (prevencia voči kontaminantom). Doba kvasenia, skutočný extrakt a pH po fermentácii naj optimálnej ším kmeňom (Saccharomyces cerevisiae JS10-3C) sú zhrnuté v nasledovnej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Doba kvasenia	72	71	65	61
Skutočný extrakt (w/w)	4,11	4,14	4,09	4,07
Etanol % (V/V)	0,38	0,38	0,29	0,21
PH	2,15	2,05	2,01	1,89

Príklad 3

Spôsob výroby kontinuálna fermentáciou sladiny s voľnými kvasinkami

Kontinuálna fermentácia pomocou voľných kvasiniek (viď príklad 1) sa uskutočnila v rúrkovom fermentore nasledovným spôsobom. Do rúrkového reaktora sa kultivačné médium privádzalo zo zásobníka zospodu a produkt sa odvádzal do zásobníka zvrchu.

Pri kvasení mladiny s obsahom redukujúcich sacharidov v intervale od 80 až 120 g/1, •J pH 5,6 a koncentrácii buniek Saccharomyces cerevisiae 1.10 buniek/ml sa vykonala fermentácia pri štyroch rôznych koncentráciách kyslíka vo fermentore s perforovanými etážami. Boli použité rôzne kmene kvasiniek (viď príklad 1) mutantných v syntéze enzýmov citrátového cyklu. Pracovalo sme v teplotnom intervale od 5 do 35 °C. Najkvalitnejší nápoj sa získal pri teplote 15 °C. Zdržný čas vo fermentore bol nastavený tak, aby produkt na výstupe z fermentora bol prekvasený úplne. Konverzia prebiehala najrýchlejšie pri najvyššej koncentrácii kyslíka. Dosiahnuté pH a skutočný extrakt v produkte pre naj optimálnej ši kmeň (Saccharomyces cerevisiae JS10-3C) sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Zdržný čas (h)	28	28	26	21
Skutočný extrakt (w/w)	4,13	4,11	3,97	3,86
Etanol % (V/V)	0,34	0,31	0,28	0,23
eh	2,24	2,18	2,11	2,06

- 6 Príklad 4

Spôsob výroby kontinuálnou fermentáciou sladiny s imobilizovanými kvasinkami

Pri aplikácii imobilizovaných kvasiniek (viď príklad 1) bol postup analogický ako v príklade 3 s tým rozdielom, že pri kvasení sa použili kvasinky imobilizované v pektáte vápenatom.

Kvasinky boli imobilizované rovnakým postupom do pektátového gélu ako v príklade 2. Rozdiely boli hlavne v zdržnej dobe. Kontinuálna fermentácia pomocou imobilizovaných buniek prebiehala rýchlejšie ako v príklade 3. Zdržné časy, pH a hodnoty skutočného extraktu sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Zdržný čas (h)	19	18	18	17
Skutočný extrakt (w/w)	4,12	4,09	4,01	3,01
Etanol % (V/V)	0,37	0,34	0,28	0,19
PH	2,27	2,21	2,15	2,06

Príklad 5

Spôsob výroby vsádzkovou fermentáciou mladiny s voľnými kvasinkami

Príklad 5 sa uskutočnil podobne ako v prípade príkladu 1 s tým rozdielom, že na vsádzkovú fermentáciu pomocou voľných kvasiniek sa ako fermentačné médium použila pivná mladina namiesto sladiny. Rozdiel medzi mladinou sladinou je v tom, že mladina je chmelená prírodným chmeľom buď v sušenej alebo granulovanej forme. Taktiež je možné pri príprave mladiny používať rôzne prípravky chmeľu (extrakty, vrátane izoextraktu). Výsledky sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Doba kvasenia	85	83	79	76
Skutočný extrakt (w/w)	4,44	4,28	4,21	4,21
Etanol % (V/V)	0,31	0,28	0,21	0,17
pH	2,09	2,08	2,07	1,97

Príklad 6

Spôsob výroby vsádzkovou fermentáciou mladiny s imobilizovanými kvasinkami

- 7 Príklad 6 sa uskutočnil podobne ako v prípade príkladu 2 s tým rozdielom, že na vsádzkovú fermentáciu pomocou voľných kvasiniek sa ako fermentačné médium použila pivná mladina namiesto sladiny. Rozdiel medzi mladinou sladinou je v tom, že mladina je chmelená prírodným chmeľom buď v sušenej alebo granulovanej forme. Taktiež je možné pri príprave mladiny používať rôzne prípravky chmeľu (extrakty, vrátane izoextraktu). Výsledky pre naj optimálnej ší kmeň (Saccharomyces cerevisiae JS10-3C) sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Doba kvasenia	77	75	69	67
Skutočný extrakt (w/w)	4,43	4,39	4,21	4,15
Etanol % (V/V)	0,41	0,28	0,21	0,19
EH	2,24	2,17	2,11	1,97

Príklad 7

Spôsob výroby kontinuálnou fermentáciou mladiny s voľnými kvasinkami

Príklad 7 sa uskutočnil podobne ako v prípade príkladu 3 s tým rozdielom, že na vsádzkovú fermentáciu pomocou voľných kvasiniek sa ako fermentačné médium použila pivná mladina namiesto sladiny. Výsledky pre najoptimálnejší kmeň (Saccharomyces cerevisiae JS10-3C) sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Zdržný čas (h)	31	30	29	27
Skutočný extrakt (w/w)	4,19	4,18	3,99	3,85
Etanol % (V/V)	0,34	0,31	0,29	0,21
J*	2,19	2,11	2,04	2,01

Príklad 8

Spôsob výroby kontinuálnou fermentáciou mladiny s imobilizovanými kvasinkami

Príklad 8 sa uskutočnil podobne ako v prípade príkladu 4 s tým rozdielom, že na vsádzkovú fermentáciu pomocou voľných kvasiniek sa ako fermentačné médium použila pivná mladina namiesto sladiny. Výsledky pre najoptimálnejší kmeň (Saccharomyces cerevisiae JS10-3C) sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Koncentrácia kyslíka	0 mg/1	2 mg/1	4 mg/1	6 mg/1
Zdržný čas (h)	20	19	18	18
Skutočný extrakt (w/w)	4,24	4,16	4,09	3,98
Etanol % (V/V)	0,39	0,36	0,28	0,21
pH	2,25	2,21	2,11	2,03

Priemyselná využiteľnosť

Spôsob podľa vynálezu je možné využiť pri výrobe nízkoalkoholických a nealkoholických nápojov na báze sladiny a mladiny, vrátane nízkoalkoholického a nealkoholického piva, fermentáciou pomocou voľných a imobilizovaných kvasiniek vsádzkovým a kontinuálnym spôsobom.

WM55-0t)

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob prípravy nízkoalkoholických a nealkoholických nápojov na báze sladiny alebo mladiny, vrátane nízkoalkoholických a nealkoholických pív, fermentáciou pivnej sladiny a/alebo mladiny, pri teplote od 5 do 35 °C a hodnote pH od 1,5 do 7,0, vyznačujúci sa tým, že fermentácia sa uskutočňuje za prítomnosti mutantov kvasiniek s poruchou syntézy enzýmov citrátového cyklu.
2. Spôsob prípravy podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že mutantom je mutant kvasiniek Saccharomyces cerevisiae.
3. Spôsob prípravy podľa nároku 1 alebo 2, vyznačuj úci sa tým, že kvasinky sú imobilizované v géle pektátu vápenatého.
4. Spôsob prípravy podľa nároku 1, 2 alebo 3, kontinuálnou fermentáciou, vyznačujúci sa tým, že fermentácia sa uskutočňuje v reaktore s perforovanými etážami.