Утицај примене тритикалеа на технолошке параметре квалитета пива

Abstract

Пивo, jeднo oд нajчeшћe кoнзумирaних aлкoхoлних пићa у свeту, производи се фeрмeнтaциjoм вoдeнoг eкстрaктa слaдoвaнoг jeчмa сa хмeљoм. Зa прoизвoдњу пивa пoтрeбнe су чeтири сирoвинe и тo: jeчмени слaд, хмeљ, вoдa и квaсaц. У нajвeћeм делу свeтa, деo јечменог слaдa зaмeњуje сe jeфтиниjим нeслaдoвaним сирoвинaмa. Поред оправдане употребе са економског аспекта, ове сировине користе се и због позитивног утицаја на пиво, јер чак и при малим уделима значајно утичу на крајњи производ. Једна од таквих житарица је управо тритикале. Ова хибридна житарица, настала укрштањем пшенице и ражи, у потпуности је развијана људском вољом, и као таква, прва је у свету. Тритикале је врло погодан за употребу у производњи пива, како у сладованом, тако и у несладованом облику. Бројне особине зрна могу да оправдају његову примену, а као најважније истичу се висока активност амилолитичких и протеолитичких ензима, чак и у несладованом облику. У првој фази истраживања, у оквиру ове докторске дисертације, урађена је анализа нативног тритикалеа, поступак микросладовања, као и анализа произведеног слада тритикалеа, на основу чега је закључено да обе сорте тритикалеа испуњавају захтеве квалитета за сировине погодне за употребу у производњи пива. Даље, у другој фази, урађена је анализа произведених сладовина из нативног тритикалеа, као и из слада тритикалеа, у различитим уделима у усипку, без и са додатком комерцијалног ензима, уз примену различитих метода комљења. Циљ ове фазе била је процена најповољнијег удела нативног и слада тритикалеа, као замене за јечмени слад у усипку, како би квалитет произведених сладовина био адекватан. Комерцијални ензим, Shearzyme 500L (Novozymes, Данска) одабран je у циљу смањења вискозности произведених сладовина. У овој фази урађена је и оптимизација количине додатог ензима, с обзиром да је количина, прописана по произвођачкој спецификацији, значајно смањила вискозност сладовина, која је, на овај начин, била мања чак и од прописаних вредности. Трећа фаза истраживања обухватала је анализу охмељених сладовина, произведених из удела тритикалеа, као и количине ензима, показаних као најадекватнијим у претходној фази истраживања. Као што је то био случај у производњи сладовине, анализе охмељених сладовина показале су смањење садржаја екстракта са повећањем удела нативног тритикалеа, обе испитиване сорте, у усипку, како без, тако и са додатком ензима. Применом слада тритикалеа, са повећањем удела тритикалеа у усипку, садржај екстракта се повећавао. Четврта фаза истраживања обухватала је анализу произведеног младог пива у лабораторијским условима, где је примећено да се током појединачних ферментација садржај етанола повећавао, услед ферментативне разградње шећера, док се садржај правог и привидног екстракта смањивао. Највећи садржај етанола, у младом пиву произведеном из нативног тритикалеа, одређен је у уделу тритикалеа од 10%, сорте НС Паун, применом конгресне методе комљења (2,80±0,01% v/v). Када је у питању слад тритикалеа, највећи садржај етанола одређен је у младом пиву произведеном из 50% удела тритикалеа сорте НС Паун (3,06±0,01% v/v), што је у корелацији са резултатима испитиваних охмељених сладовина, из којих је приметан највећи садржај екстракта управо у уделима од 10% нативног и 50% слада тритикалеа сорте НС Паун у усипку. Анализа аминокиселинског састава сладовине показала је да је са повећањем нативног тритикалеа у усипку, приметно смањење садржаја аминокиселина. Већи садржај одређен је у сладовинама произведеним из слада тритикалеа, у поређењу са нативним тритикалеом. Такође, запажено је да је применом модификованог режима комљења, добијен већи садржај аминокиселина у свим уделима, у поређењу са конгресном методом. У испитиваним ферментацијама, потпуна асимилација аминокиселина догодила се у року од 72 сата, са изузетком групе „D“- пролина. У оквиру ове докторске дисертације урађено је и моделовање и оптимизација производње сладовине, применом вештачких неуронских мрежа и генетског алгоритма. На основу оптимизације, утврђено је да су оптимизоване улазне променљиве биле 23% (удео тритикалеа), 9% (запремина ензима), 1 (режим комљења – конгресна метода) и 3 (сорта/форма тритикалеа – слад сорте НС Паун). Добијени резултати, који одговарају овим оптимизованим улазним променљивим, били су 8,65% за садржај екстракта сладовине, 1,52 mPa·s за вискозност сладовине и 148,32 mg/l за садржај слободног амино азота у сладовини. Након добијања резултата оптимизације, спроведена је експериментална потврда на реалном лабораторијском процесу, где су добијене врло сличне вредности испитиваних параметара, што је потврдило ефикасност примене вештачких неуронских мрежа и генетског алгоритма у предвиђању и постизању жељеног квалитета сладовине.

Pivo, jedno od najčešće konzumiranih alkoholnih pića u svetu, proizvodi se fermentacijom vodenog ekstrakta sladovanog ječma sa hmeljom. Za proizvodnju piva potrebne su četiri sirovine i to: ječmeni slad, hmelj, voda i kvasac. U najvećem delu sveta, deo ječmenog slada zamenjuje se jeftinijim nesladovanim sirovinama. Pored opravdane upotrebe sa ekonomskog aspekta, ove sirovine koriste se i zbog pozitivnog uticaja na pivo, jer čak i pri malim udelima značajno utiču na krajnji proizvod. Jedna od takvih žitarica je upravo tritikale. Ova hibridna žitarica, nastala ukrštanjem pšenice i raži, u potpunosti je razvijana ljudskom voljom, i kao takva, prva je u svetu. Tritikale je vrlo pogodan za upotrebu u proizvodnji piva, kako u sladovanom, tako i u nesladovanom obliku. Brojne osobine zrna mogu da opravdaju njegovu primenu, a kao najvažnije ističu se visoka aktivnost amilolitičkih i proteolitičkih enzima, čak i u nesladovanom obliku. U prvoj fazi istraživanja, u okviru ove doktorske disertacije, urađena je analiza nativnog tritikalea, postupak mikrosladovanja, kao i analiza proizvedenog slada tritikalea, na osnovu čega je zaključeno da obe sorte tritikalea ispunjavaju zahteve kvaliteta za sirovine pogodne za upotrebu u proizvodnji piva. Dalje, u drugoj fazi, urađena je analiza proizvedenih sladovina iz nativnog tritikalea, kao i iz slada tritikalea, u različitim udelima u usipku, bez i sa dodatkom komercijalnog enzima, uz primenu različitih metoda komljenja. Cilj ove faze bila je procena najpovoljnijeg udela nativnog i slada tritikalea, kao zamene za ječmeni slad u usipku, kako bi kvalitet proizvedenih sladovina bio adekvatan. Komercijalni enzim, Shearzyme 500L (Novozymes, Danska) odabran je u cilju smanjenja viskoznosti proizvedenih sladovina. U ovoj fazi urađena je i optimizacija količine dodatog enzima, s obzirom da je količina, propisana po proizvođačkoj specifikaciji, značajno smanjila viskoznost sladovina, koja je, na ovaj način, bila manja čak i od propisanih vrednosti. Treća faza istraživanja obuhvatala je analizu ohmeljenih sladovina, proizvedenih iz udela tritikalea, kao i količine enzima, pokazanih kao najadekvatnijim u prethodnoj fazi istraživanja. Kao što je to bio slučaj u proizvodnji sladovine, analize ohmeljenih sladovina pokazale su smanjenje sadržaja ekstrakta sa povećanjem udela nativnog tritikalea, obe ispitivane sorte, u usipku, kako bez, tako i sa dodatkom enzima. Primenom slada tritikalea, sa povećanjem udela tritikalea u usipku, sadržaj ekstrakta se povećavao. Četvrta faza istraživanja obuhvatala je analizu proizvedenog mladog piva u laboratorijskim uslovima, gde je primećeno da se tokom pojedinačnih fermentacija sadržaj etanola povećavao, usled fermentativne razgradnje šećera, dok se sadržaj pravog i prividnog ekstrakta smanjivao. Najveći sadržaj etanola, u mladom pivu proizvedenom iz nativnog tritikalea, određen je u udelu tritikalea od 10%, sorte NS Paun, primenom kongresne metode komljenja (2,80±0,01% v/v). Kada je u pitanju slad tritikalea, najveći sadržaj etanola određen je u mladom pivu proizvedenom iz 50% udela tritikalea sorte NS Paun (3,06±0,01% v/v), što je u korelaciji sa rezultatima ispitivanih ohmeljenih sladovina, iz kojih je primetan najveći sadržaj ekstrakta upravo u udelima od 10% nativnog i 50% slada tritikalea sorte NS Paun u usipku. Analiza aminokiselinskog sastava sladovine pokazala je da je sa povećanjem nativnog tritikalea u usipku, primetno smanjenje sadržaja aminokiselina. Veći sadržaj određen je u sladovinama proizvedenim iz slada tritikalea, u poređenju sa nativnim tritikaleom. Takođe, zapaženo je da je primenom modifikovanog režima komljenja, dobijen veći sadržaj aminokiselina u svim udelima, u poređenju sa kongresnom metodom. U ispitivanim fermentacijama, potpuna asimilacija aminokiselina dogodila se u roku od 72 sata, sa izuzetkom grupe „D“- prolina. U okviru ove doktorske disertacije urađeno je i modelovanje i optimizacija proizvodnje sladovine, primenom veštačkih neuronskih mreža i genetskog algoritma. Na osnovu optimizacije, utvrđeno je da su optimizovane ulazne promenljive bile 23% (udeo tritikalea), 9% (zapremina enzima), 1 (režim komljenja – kongresna metoda) i 3 (sorta/forma tritikalea – slad sorte NS Paun). Dobijeni rezultati, koji odgovaraju ovim optimizovanim ulaznim promenljivim, bili su 8,65% za sadržaj ekstrakta sladovine, 1,52 mPa·s za viskoznost sladovine i 148,32 mg/l za sadržaj slobodnog amino azota u sladovini. Nakon dobijanja rezultata optimizacije, sprovedena je eksperimentalna potvrda na realnom laboratorijskom procesu, gde su dobijene vrlo slične vrednosti ispitivanih parametara, što je potvrdilo efikasnost primene veštačkih neuronskih mreža i genetskog algoritma u predviđanju i postizanju željenog kvaliteta sladovine.

Beer, one of the most widely consumed alcoholic beverages globally, is produced by fermenting an aqueous extract of malted barley with hops. The production process involves raw materials such as barley malt, hops, water, and yeast. In many regions, some of the barley malt is substituted with, more economical, unmalted raw materials. Such an alternative is triticale, a hybrid cereal resulting from the crossbreeding of wheat and rye, developed entirely by humans. Its applications in beer production, both in native and malted forms, are noteworthy. Numerous features of the grain can justify its use, and the most important are the high activity of amylolytic and proteolytic enzymes, even in unmalted form. Within the first phase of the research, the analysis of native triticale, micromalting, and the analysis of the produced triticale malt were performed. The findings led to the conclusion that both triticale varieties meet the quality standards necessary for raw materials in beer production. Additionally, in the second phase, an analysis was conducted on the produced wort using native triticale and triticale malt in various ratios within the mash. This was done both with and without the addition of a commercial enzyme, Shearzyme 500L (Novozymes, Denmark), and involved the application of different mashing methods. The objective of this phase was to determine the optimal ratio of native triticale and triticale malt as a substitute for barley malt in the grist, ensuring the adequate quality of the resulting wort. The commercial enzyme was selected in order to reduce the viscosity of the produced wort. At this stage, the amount of added enzyme was optimized, considering that the amount prescribed by the manufacturer's specification significantly reduced the viscosity of the wort, which, in this way, was even lower than the prescribed values. The third phase of the research included the analysis of hopped wort, produced from triticale ratios, as well as the amount of enzymes, shown to be the most adequate in the previous phase of research. As it was the case in the production of wort, the analysis of hopped wort showed a decrease in the extract content with an increase in the proportion of native triticale, both varieties, in the wort, both without and with the addition of enzymes. Conversely, when employing triticale malt and increasing the triticale proportion in the grist, the extract content increased. In the fourth phase of the research, the focus shifted to analyzing the ‘green’ beer produced in laboratory. The observations revealed that, during individual fermentations, the ethanol content increased due to the fermentative degradation of sugars, while both the real and apparent extract content decreased. The highest ethanol content in ‘green’ beer produced from native triticale was noted at a 10% ratios of the NS Paun variety, applying the congress method (2.80±0.01% v/v). As for the triticale malt, the peak ethanol content was observed in ‘green’ beer produced with 50% ratios of NS Paun triticale variety (3.06±0.01% v/v). This aligns with the results of hopped wort analysis, where the highest extract content was determined at the proportions of 10% native and 50% triticale malt, variety NS Paun. The analysis of the amino acid composition of the wort showed that with the increase of native triticale in the grist, there was a noticeable decrease in the amino acids content. Worts produced from triticale malt exhibited higher amino acid content compared to those from native triticale. Additionally, the application of the modified mashing method resulted in higher amino acid content across all examined samples, in contrast to the congress mashing method. In all observed fermentations, complete assimilation of amino acids occurred within 72 hours, except for the proline - group 'D'. This doctoral dissertation involved the modeling and optimization of wort production through the utilization of an artificial neural networks and a genetic algorithm. The optimization process identified key input variables as follows: 23% for the malt triticale ratio, variety NS Paun, 9% for the enzyme ratio, applying congress method. The optimization results, corresponding to these input variables, yielded values of 8.65% for wort extract content, 1.52 mPa·s for wort viscosity, and 148.32 mg/L for wort free amino nitrogen content. Subsequent experimental confirmation of these optimized parameters in a real laboratory process produced very similar values, affirming the efficacy of artificial neural networks and the genetic algorithm in predicting and achieving the desired wort quality.