Instrukcje do ćwiczeń z przedmiotu Biotechnologia ogólna dla studentów kierunku Chemia

Transkrypt

1 Instrukcje do ćwiczeń on-line dla Studentów kierunku Chemia z przedmiotu Biotechnologia ogólna współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, Program Operacyjny Kapitał Ludzki, nr umowy UDA-POKL /11-00 Absolwent Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej inżynier z przyszłością. Instrukcje do ćwiczeń z przedmiotu Biotechnologia ogólna dla studentów kierunku Chemia Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii, Technologii i Biotechnologii Żywności Filipkowski Paweł, Tylingo Robert, Synowiecki Józef 2012

2 Spis treści Ćwiczenie 1: Laboratoryjne otrzymywanie piwa. Wykorzystanie enzymów w browarnictwie. Problemy biotechnologiczne związane z produkcją piwa Ćwiczenie 2: Biosynteza biomasy w bioreaktorze Ćwiczenie 3: Wykorzystanie fermentacji alkoholowej w winiarstwie Ćwiczenie 4: Wycieczka technologiczna do browaru

3 Ćwiczenie 1: Laboratoryjne otrzymywanie piwa. Wykorzystanie enzymów w browarnictwie. Problemy biotechnologiczne związane z produkcją piwa. 1. Wstęp Piwo jest znanym od dawna produktem fermentacji etanolowej brzeczki sporządzonej ze słodu, chmielu i wody. Zawiera ono oprócz dwutlenku węgla i niedużej ilości alkoholu, rozpuszczalne substancje ekstraktowe wśród których dominują przyswajalne przez organizm składniki azotowe i cukrowe. Wartość kaloryczna jednego litra piwa wynosi około 500 kcal. Główne etapy produkcji to: przygotowanie słodu, zacieranie, warzenie brzeczki, fermentacja główna, dojrzewanie i leżakowanie. Początkowo produkowano piwo bez udziału chmielu, który zaczęto stosować w Niemczech pod koniec XII-tego wieku, a w Anglii w XV-tym wieku. Pierwsze technologie browarnicze wykorzystywały zjawisko samorzutnej fermentacji, co znacznie utrudniało wytwarzanie wyrobu o standardowej jakości. Obecnie stosowane są kultury drożdży tzw. fermentacji górnej (Saccharomyces cerevisiae var cerevisiae) i fermentacji dolnej (Saccharomyces cerevisiae spp. uvarum var carlsbergensis), różniące się aktywnością w niskich temperaturach oraz łatwością sedymentacji po zakończeniu fermentacji. 2. Zagadnienia kolokwialne: - Operacje i procesy w produkcji piwa. - Charakterystyka surowców. - Przebieg zacierania. - Technologia i biochemia fermentacji. 3. Cele do osiągnięcia przez studenta: - zna podstawowe surowce wykorzystywane w produkcji piwa, - potrafi przedstawić schemat ideowy wytwarzania słodu, oraz omówić podstawowe procesy i operacje jednostkowe prowadzone w trakcie otrzymywania słodu, - potrafi przedstawić schemat ideowy wytwarzania piwa ze słodu, oraz omówić podstawowe procesy i operacje jednostkowe prowadzone w trakcie otrzymywania piwa, - student interpretuje zjawiska zachodzące w czasie biosyntezy, biokonwersji i biotransformacji - student potrafi przedstawić surowce nie słodowe - student potrafi przedstawić reakcje prowadzone przy użyciu enzymów amylolitycznych - student potrafi przedstawić podstawowe etapy procesów fermentacyjnych i scharakteryzować powstające produkty

4 4. Wykonanie Aparatura, surowce i materiały Materiały: Słód, matka drożdżowa, ekstrakt chmielowy, roztwór jodu, kaolin, Aparatura: młynek do słodu, mini kotły warzelne, termometry (zakres pomiaru C), wolnoobrotowe mieszadło mechaniczne, wagi analityczna i techniczna, wirówka, kubły do wirowania, zestaw do filtracji próżniowej, naczynia fermentacyjne, naczynia do przechowywania piwa, zestaw areometrów, cylinder miarowy (500 ml), cylinder miarowy (250 ml), kolby miarowe oraz urządzenie do destylacji składające się z: jednolitrowej kolby okrągłodennej ze szlifem szklanym, kolumny rektyfikacyjnej o wysokości około 20 cm, źródła ciepła, skraplacza zakończonego przedłużaczem, doprowadzającym destylat na dno kolby miarowej, zawierającej kilka mililitrów wody 1. Obliczenie ilości surowców W trakcie ćwiczenia otrzymywane będzie piwo nie pasteryzowane i nie filtrowane. Na wstępie należy obliczyć ilość słodu i wody potrzebnych do wyprodukowania określonej ilości brzeczki o pożądanej zawartości ekstraktu. 2. Rozdrabnianie słodu Rozdrabnianie, czyli śrutowanie słodu należy przeprowadzić na sucho w młynku przystosowanym do tego celu. 3. Zacieranie Po zmieleniu słodu należy sporządzić zacier mieszając śrutę słodową z obliczoną ilością wody i stopniowo zwiększać temperaturę w celu uaktywnienia enzymów amylolitycznych i proteolitycznych, jak też zapewnienia wydajnej ekstrakcji składników słodu, kleikowania skrobi oraz hydrolizy białek i polisacharydów na rozpuszczalne, małocząsteczkowe produkty przyswajane przez drożdże. 4. Filtracja zacieru Oddzielenie łuski i innych nie rozpuszczonych składników słodu nazywanych młótem odbywa się w kadziach filtracyjnych lub w prasach filtracyjnych. Dla uproszczenia wykonywania ćwiczenia do oddzielenia nierozpuszczalnych części słodu należy stosować wirowanie. Uzyskany roztwór oddzielony od składników nierozpuszczalnych nazywany jest w browarnictwie brzeczką. 5. Gotowanie brzeczki z chmielem Do odfiltrowanej brzeczki dodać ekstrakt chmielowy w ilości obliczonej z uwzględnieniem zawartości α-kwasów oraz objętości i stężenia otrzymanej brzeczki. Warzenie brzeczki należy przeprowadzić w temperaturze wrzenia utrzymywanej przez min. Skutkiem gotowania jest zmętnienie brzeczki spowodowane strąceniem kłaczkowatego osadu kompleksów białkowo-garbnikowych, które należy odwirować lub odfiltrować wykorzystując zestaw do filtracji próżniowej. 6. Fermentacja brzeczki Ochłodzoną brzeczkę przelać do naczyń fermentacyjnych i dodać do niej matkę drożdżową. W trakcie ćwiczenia należy wykorzystać przygotowaną wcześniej kulturę drożdży fermentacji dolnej Saccharomyces carlsbergensis. Podczas fermentacji należy obserwować i opisać w sprawozdaniu etapy: zaszczepienia brzeczki i zafermentowania przez godz. okresu tzw. niskich krążków, trwającego godz. (W tym czasie następuje szybkie wykorzystywanie ekstraktu przez drożdże - 0,8-1,2% na dobę) przy wzroście temperatury o 0,5-0,8 C / 24 godziny, ph jest mniejsze od 4,9, trwającego około 72 godziny okresu wysokich krążków charakteryzującego się intensywną fermentacją powodującą wzrost poziomu piany, która pokrywa się stopniowo

5 brunatnymi osadami garbnikowo-białkowymi, ubytek ekstraktu wynosi 1,0-1,8% / 24 godz., a temperatura wzrasta do około 8-9 C, dofermentowania, opadania piany i osiadania drożdży wskutek spowolnienia fermentacji. 7. Kontrola procesu Kontrolując przebieg fermentacji i jakość gotowego produktu należy oznaczyć zawartość etanolu i ekstraktu całkowitego metodą pomiaru areometrycznego gęstości piwa po jego odgazowaniu i oddestylowaniu alkoholu.. 5. Sprawozdanie W sprawozdaniu należy przedstawić protokół z realizacji poszczególnych procesów i operacji jednostkowych. 1. Protokół musi uwzględnić wstępne założenia produkcyjne. 2. Opis metody prowadzenia zacierania z pełną charakterystyką temperaturowo czasową (przedstawiona graficznie) 3. Opis prowadzenia procesu ważenia. 4. Opis procesu fermentacji z uwzględnieniem poszczególnych etapów fermentacji. 5. Wyniki z oznaczeń fizykochemicznych i jakościowych uzyskanego piwa. 6. Literatura Tylingo R. Technologia produkcji piwa. W: Wybrane zagadnienia z technologii fermentacyjnych przemysłu spożywczego. Red. J. Synowiecki, Wydawnictwo PG, Gdańsk, Pazera T., Rzemieniuk T.: Browarnictwo. WsiP, Warszawa, 1998.

6 Ćwiczenie 2: Biosynteza biomasy w bioreaktorze. 1. Wstęp Rozwój inżynierii genetycznej i biologii molekularnej (szczególnie techniki klonowania) umożliwił otrzymywanie białek rekombinantowych, a także innych produktów z wykorzystaniem mikroorganizmów rekombinantowych. Hodowla takich drobnoustrojów, do których należy m.in. Escherichia coli, Picchia pastoris w wielu przypadkach jest jedyną ekonomiczną drogą do otrzymywania niektórych produktów, szczególnie z grupy farmaceutyków takich jak: interleukiny, insulina, interferony, enzymy, czynniki wzrostu. Aby zwiększyć produktywność kultur bakteryjnych dąży się do uzyskania jak największej masy komórkowej (biomasy). Nieocenione pod tym względem okazały się bioreaktory. Dzięki nim otrzymuje się wysokie stężenia biomasy (nie możliwe do uzyskania przy zastosowaniu tradycyjnych hodowli w kolbach), a co za tym idzie - więcej pożądanego produktu. Na całym świecie istnieje wiele firm zajmujących się projektowaniem, konstruowaniem i ulepszaniem bioreaktorów. Urządzenia te zaczęły odgrywać coraz większą rolę nie tylko w laboratoriach naukowych, ale także, a może przede wszystkim, w produkcji na dużą skalę. Dzisiaj nie sposób sobie wyobrazić biotechnologii przemysłowej bez bioreaktorów. Także w przypadku wielu tradycyjnych biotechnologicznych procesów przemysłowych (takich jak produkcja fermentowanych napojów alkoholowych czy mlecznych) bioreaktory stanowią podstawowe urządzenia będące na wyposażeniu zakładów wytwórczych. 2. Zagadnienia kolokwialne: - Ogólna charakterystyka procesów biotechnologicznych, - Specyfika procesu wytwarzania biomasy komórkowej, - Produkcja drożdży, - Trwałość drożdży piekarskich, - Wymagania sensoryczne dla drożdży piekarskich, - Formy handlowe drożdży piekarskich, - Produkcja drożdży paszowych, - Wytwarzanie kwasu cytrynowego przez Yarrowia lipolytica i Aspergillus Niger 3. Cele, zakres kompetencji do osiągnięcia przez studenta: - potrafi posługiwać się podstawowymi laboratoryjnymi technikami mikrobiologicznymi, - umie przewidzieć zagrożenia dla środowiska naturalnego związane z czynnikami chemicznymi i biologicznymi ze szczególnym uwzględnieniem czynników antropogenicznych, - potrafi pracować w zespole, zarówno kierując i koordynując działania zespołu, jak i wykonując powierzone zadania, - zna i rozumie możliwości, cele i ograniczenia biotechnologii oraz ma dobrą orientację w zakresie najważniejszych zastosowań biotechnologii medycznej, przemysłowej i roślin

7 (znanych także jako biotechnologia czerwona, biała i zielona), - student potrafi w zakresie podstawowych czynności obsłużyć nowoczesny bioreaktor wyposażony w pętle kontrolno-pomiarowe oraz aparaturę sterującą - student zna rolę i znaczenie poszczególnych elementów bioreaktora, - student interpretuje zjawiska zachodzące w czasie biosyntezy, biokonwersji i biotransformacji, - klasyfikuje i dobiera stosowane w bioprocesach mikroorganizmy oraz biokatalizatory, - określa możliwości praktycznego wykorzystania procesów biotechnologicznych w różnych gałęziach przemysłowych, - dokonuje wyboru i stosuje wybrane szczepy drobnoustrojów do produkcji żywności funkcjonalnej. 4. Wykonanie Zapotrzebowanie na materiały i odczynniki: a. objętości robocze, minimalne bioreaktorów: 6 L (15 L całkowita), 3 L (5 L całkowita)- przygotowanie naczyń bioreaktorów, b. odpowiednio wcześniej przygotowana i spolaryzowana elektroda do pomiaru tlenu rozpuszczonego (minimum 6h przed nastawienim hodowli), c. produkcja kwasu cytrynowego - pożywka sacharazowa do A. niger: sacharoza 100 g, NH 4 NO 3 3 g, MgSO 4 x7h 2 O 1 g, KH 2 PO 4-1 g, woda wodociągowa do 1000 ml, (sacharozę najlepiej wyjałowić/przefiltrować osobno odpowiednio przeliczając objętości), d. produkcja biomasy drożdżowej skorygowane podłoże melasowe do S. carevisiae lub Y. lipolityca, ewentualnie YPD (1% YE, 2% pepton, 2% glukoza), e. odpowiednio wcześniej przygotowane jałowe króćce i węże do bioreaktora, f. odpowiednio wcześniej przygotowane inokulum w proporcjonalnie mniejszej objętości, g. r-r kwasu i zasady do korekty wartości ph w trakcie trwania procesu, h. jałowy środek antypienny, i. 0,25 M NaOH, fenoloftaleina, zestaw do miareczkowania Wykonanie ćwiczenia-część zasadnicza: 1. W ramach poprzedzających ćwiczeń i zgodnie z podziałem na grupy oraz wymaganą kolejnością związaną z procesem technologicznym ustalić kto przygotuje powyższe punkty od a. do i. 2. Z tak przygotowanymi materiałami i zgodnie z kolejnością i rozpisanym przez prowadzącego harmonogramem godzinowym wywieszonym/ustalonym stawić się w pracowni biotechnologicznej/hali technologicznej. 3. W pierwszej kolejności przygotować naczynia zastosowanego bioreaktora (umyć i złożyć), 4. Następnie umieścić odpowiednio wcześniej przygotowaną zgodnie z punktem b. elektrodę po2 i skalibrować elektrodę ph-metryczną, umieścić w korpusie bioreaktora, skalibrować pompy do kwasu, zasady, antypieniacza, zakręcić zawór spustowy i do pobierania prób. 5. Odważyć odpowiednie ilości materiałów do pożywki i umieścić w bioreaktorze, zalać odpowiednią ilością wody; w zależności od bioreaktora zamknąć lub umieścić króćce i zamknąć przestrzeń bioreaktora. 6. Uruchomić wytwornicę pary, przeprowadzić sterylizację pożywki oraz króćców,

8 dokończyć kalibrację elektrody po 2, schłodzić do żądanej temperatury, dokończyć przygotowanie pożywki w warunkach aseptycznych. 7. Podłączyć kwas, zasadę antypieniacz, skorygować ph, zadać inokulum - zapisać czas rozpoczęcia hodowli. 8. Zgodnie z harmonogramem i zaleceniami prowadzącego pobierać próby, o ustalonej porze zakończyć hodowlę. 5. Sprawozdanie 5.1. W przypadku produkcji drożdży piekarniczych: - sprawdzić mokrą masę po odwirowaniu objętości 300 ml przeliczyć ilość uzyskanych drożdży na litr hodowli; - wykonać preparat przyżyciowy z błękitem metylenowym ocenić licząc w polu widzenia stosunek komórek żywych do martwych, - oraz wielkość komórek, zdolność pączkowania; obserwacje zanotować, sporządzić dokumentację rysunkową W przypadku produkcji kwasu cytrynowego: - obserwacja mikroskopowa płynu pohodowlanego (przerysować obserwowany obraz grzybni, zespoły konidialne, konidia obraz/opis morfologi pellet w płynie. Obserwacje zanotować, sporządzić dokumentację rysunkową. - wyznaczyć zawartość powstałego kwasu cytrynowego. Pobrać 5 ml płynu bez grzybni i miareczkować 0,25 M NaOH wobec fenoftaleiny (do zmiany koloru). Odmierzać objętość dodanego NaOH. 1 ml 0,25 M NaOH odpowiada 0,016 g kwasu cytrynowego. 2. Sprawozdanie powinno zawierać (maksymalnie 2 strony A4, bez wstępu teoretycznego): - NARYSOWANY SCHEMAT wykonania ćwiczenia (NIE OPIS SŁOWNY), - informacje i obserwacje uzyskane zgodnie z wytycznymi podanymi powyżej (patrz podpunkty 5.1. i/lub t.j. np.: przeliczone mokre masy na litr hodowli, stosunek komórek żywych do martwych, rysunek obserwowanego preparatu mikroskopowego, obliczenia uzyskanej ilości kwasu cytrynowego ) 6. Literatura Dłużewski M, Dłużewska A; Technologia Żywności t.2 wyd. 2, WSiP, Warszawa 2001 Nowotny F i in., Chemia i technologia przemysłów rolnych; PWRiL, 1961 Lipińska E; Technologia produkcji biomasy drożdżowej i ocena drożdży piekarniczych,wybrane zagadnienia z technologii żywności. Wyd. SGGW, Chmiel A; Biotechnologii Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne; Wyd. PWN. Warszawa Kunicki-Goldfinger W; Życie bakterii, Wyd PWN; Warszawa; 199S Libudzisz Z, Kowal K; Mikrobiologia techniczna; Wyd. Politechniki Łódzkiej, Bednarski W, Keps A; Biotechnologia żywności; WNT; Waiszawa; 2003.

9 Ćwiczenie 3: Wykorzystanie fermentacji alkoholowej w winiarstwie. 1. Wstęp Do produkcji win gronowych wykorzystuje się białe lub niebieskie odmiany winogron gatunku Vitis vinifera (winorośl właściwa) o owocach mniejszych i mających cieńszą skórkę od przeznaczonych do bezpośredniego spożycia. Zawierają one 13-25% cukrów fermentujących, 0,5-1,5% kwasów oraz nieduże ilości błonnika, białek, tłuszczu, garbników i soli mineralnych. Białe odmiany winogron, takie jak: Chardonnay, Riesling, Sauvignon blanc lub Silvaner są stosowane do produkcji win białych. Wina czerwone wytwarza się natomiast z winogron niebieskich, do których należą np. Cabernet sauvignon lub Tinta barroca. Do produkcji win owocowych stosuje się natomiast rozmaite jagody (porzeczki, agrest, maliny, truskawki i aronię) oraz owoce, takie jak np. jabłka, czereśnie i śliwki oraz owoce dziko rosnące (czarny bez, jeżyny, dzika róża lub tarnina). Cechą determinującą ich przydatność jest stopień dojrzałości. Z owoców niedojrzałych otrzymuje się wino mało aromatyczne i zawierające dużo kwasów, natomiast wina z owoców przejrzałych źle się klarują z powodu zbyt małej zawartości kwasów i garbników. Składnikami chemicznymi owoców mającymi duży wpływ na produkcję wina są cukry proste, z których w czasie fermentacji powstaje etanol, oraz kwasy organiczne, od których zawartości uzależniony jest lepszy lub gorszy smak i zapach (bukiet) wytworzonego produktu 2. Zagadnienia kolokwialne: - Procesy fermentacyjne, wykorzystanie w technologii żywności. - Organizmy uczestniczące w fermentacji alkoholowej. - Surowce i materiały pomocnicze wykorzystywane do wytwarzania wina. - Proces technologiczny produkcji win. - Podział win. - Skład chemiczny wina. - Wady i choroby wina oraz sposoby ich usuwania. 3. Cele do osiągnięcia przez studenta: - zna podstawowe surowce wykorzystywane w produkcji wina, - potrafi przedstawić schemat ideowy wytwarzania wina, oraz omówić podstawowe procesy i operacje jednostkowe prowadzone w trakcie otrzymywania wina, - student interpretuje zjawiska zachodzące w czasie biosyntezy, biokonwersji i biotransformacji - student potrafi przedstawić surowce nie słodowe - student potrafi przedstawić podstawowe etapy procesów fermentacyjnych i scharakteryzować powstające produkty

10 4. Wykonanie Sprzęt laboratoryjny i odczynniki Sprzęt: waga techniczna, waga analityczna, prasa do wyciskania moszczu, sokowirówka, noże kuchenne, ph-metr, biureta do miareczkowania, butle fermentacyjne (gąsiory) wraz z korkiem i rurką fermentacyjną, butle do dojrzewania wina wraz z rurką fermentacyjną, cylinder miarowy (500 ml), cylinder miarowy (250 ml), kolby miarowe, wąż PCV, termometr. Urządzenie do destylacji składające się z: jednolitrowej kolby okrągłodennej ze szlifem szklanym, kolumny rektyfikacyjnej o wysokości około 20 cm, źródła ciepła, skraplacza zakończonego przedłużaczem, doprowadzającym destylat na dno kolby miarowej, zawierającej kilka mililitrów wody. Matka drożdżowa i odczynniki: NaOH, CaCO 3, CaO, sacharoza,, (NH 4 ) 2 (HPO 4 ) Wykonanie: 1. Otrzymywanie moszczu owocowego Moszcz owocowy należy przygotować wyciskając sok ze świeżych owoców. Operację tą przeprowadzamy dwuetapowo. Pierwszym etapem jest przygotowanie owoców do przerobu, a drugim rozgniatanie owoców i wyciskanie soku. 2. Korygowanie kwasowości i dosłodzenie moszczu Kwasowość moszczu a tym samym i wina powinna mieścić się w granicach od 0,6% (przy winach wytrawnych) do 1% przy winach deserowych. Kwasy organiczne należy oznaczyć metodą potencjometryczną według normy PN-90/A-75101/04. Po oznaczeniu kwasowości należy wyliczyć w jakich proporcjach należy rozcieńczyć moszcz wodą aby uzyskać zawartość kwasów w 1 litrze moszczu mieszczącą się w granicach od 6 do 10 g. W przypadku gdy obliczony dodatek wody przekracza 2 litry na 1 litr moszczu do regulacji kwasowości należy użyć węglanu wapnia przyjmując, że 0,35 g CaCO 3 neutralizuje 1 g kwasów. W celu oznaczenia zawartości cukru w moszczu należy oznaczyć jego gęstość za pomocą kalibrowanego areometru posiadającego cylindryczną bańkę oraz trzpień o przekroju kołowym i minimalnej średnicy 3 mm. W celu przeprowadzenia pomiaru należy wlać 250 ml próbki do cylindra miarowego i włożyć do niego termometr i areometr. Mieszać próbkę przez minutę w celu wyrównania temperatury i odczytać wskazanie termometru. Wyjąć termometr i po następnej minucie odczytać na areometrze pozorną gęstość w temperaturze 20 C. Odczytaną w stopniach Ballinga (Blg) zawartość ekstraktu wyrażamy w g/l korzystając z odpowiednich tabel. Od wyniku pomiaru należy odjąć poprawkę 4 Blg określającą średnią zawartość niecukrów w moszczu. W celu uzyskania określonej dla danego rodzaju wina zawartości alkoholu należy moszcz owocowy dosłodzić sacharozą. Teoretyczne z 1 kg sacharozy otrzymuję się 1,053 kg cukru inwertowanego, a z niego 0,54 kg alkoholu, czyli 0,68 l etanolu (gęstość etanolu wynosi 0,76 kg/l). Korzystając z powyższych danych należy wyliczyć ile należy dodać syropu cukrowego do moszczu aby uzyskać planowaną dla wytwarzanego rodzaju wina zawartość alkoholu, kwasów oraz cukru.

11 3. Fermentacja moszczu Po przygotowaniu i umyciu butli do wyrobu wina należy wlać do nich moszcz, syrop cukrowy, pożywkę dla drożdży oraz matkę drożdżową. Zawartość butli należy dobrze wymieszać i zamknąć korkiem z rurką fermentacyjną. Butle należy ustawić w miejscu o temperaturze około 20 C. Fermentacja przebiega w trzech etapach: zafermentowania, fermentacji głównej czyli burzliwej oraz dofermentowania. Proces fermentacji należy kontrolować i opisać. W trakcie fermentacji burzliwej, gdy proces będzie zbyt intensywny korek z rurką fermentacyjną należy zastąpić korkiem z czystej waty. Przy znacznym wzroście temperatury cieczy (powyżej 28 C) butle trzeba chłodzić. W trakcie fermentacji należy kontrolować wydzielanie dwutlenku węgla oraz ubytek masy nastawu. Butle po sporządzeniu nastawu należy zważyć i ważenie powtarzać podczas fermentacji co 3-4 dni, kontrolując w ten sposób ubytek masy spowodowany uwalnianiem się dwutlenku węgla. Ważnym elementem kontroli procesu fermentacji jest sprawdzanie spadku stężenia cukru w nastawie metodą areometryczną. Pomiar ten należy wykonywać co 2-3 dni. Kolejną analizą wykonywaną w trakcie procesu fermentacji jest oznaczanie zawartości etanolu, które należy wykonać według procedury obejmującej: odgazowanie próbki (polegające na usunięciu większości CO 2 poprzez mieszanie pod obniżonym ciśnieniem ml fermentującego nastawu lub młodego wina w kolbie o pojemności 500 ml) oraz destylację. W celu przeprowadzenia destylacji należy odmierzyć za pomocą kolby miarowej 200 ml odgazowanego wina i zanotować jego temperaturę. Przelać wino do kolby destylacyjnej, a kolbę miarową przemyć czterokrotnie 5 ml wody. Do wina w kolbie destylacyjnej dodać 10 ml 2 M zawiesiny wodorotlenku wapnia (otrzymanej przez ostrożne zalanie 120 g CaO jednym litrem wody) oraz kilka kawałków porowatego materiału. Destylację prowadzić zbierając destylat do kolby miarowej o pojemności 200 ml. Po wypełnieniu około trzech czwartych objętości kolby destylatem rozcieńczyć go do 200 ml wodą destylowaną (przy czym temperatura destylatu nie powinna różnić się od temperatury początkowej więcej niż o 2 C) i ostrożnie wymieszać kolistymi ruchami. W przypadku win zawierających zwiększoną ilość jonów amonowych destylat można poddać powtórnej destylacji, zastępując zawiesinę wodorotlenku wapnia 1 M roztworem kwasu siarkowego (VI), rozcieńczonego w stosunku 1 do 10 (v/v). Po ochłodzeniu destylatu oznaczyć jego gęstość za pomocą areometru i korzystając z odpowiednich tabel odczytać stężenie alkoholu. W trakcie kontroli fermentacji należy także oznaczyć zawartość ekstraktu całkowitego metodą pomiaru areometrycznego, polegającą na pomiarze gęstości w winie po oddestylowaniu alkoholu opisaną powyżej metodą z tą różnicą, że nie dodajemy Ca(OH) 2. Zawartość ekstraktu odczytaną w Blg wyrażamy w g/l posługując się odpowiednimi tabelami. 4. Zlanie młodego wina Po zakończeniu fermentacji burzliwej należy przeprowadzić dofermentowanie czyli fermentację cichą, podczas której na dno butli opadają drożdże, a ciecz nad ich osadem powoli się klaruje. 5. Dojrzewanie wina. Dojrzewanie jest niezbędnym procesem prowadzonym w celu poprawienia jakości sensorycznej wina. W trakcie leżakowania wino starzeje się, smak jego łagodnieje, aromat staje się przyjemny, jednocześnie powstaje szereg związków aromatycznych tworzących bukiet wina.

12 5. Sprawozdanie W sprawozdaniu należy przedstawić protokół z realizacji poszczególnych procesów i operacji jednostkowych. 1. Protokół musi uwzględnić wstępne założenia produkcyjne. 2. Charakterystyka fizykochemiczna surowców. 4. Opis procesu fermentacji z uwzględnieniem poszczególnych etapów fermentacji. 5. Wyniki z oznaczeń fizykochemicznych i jakościowych uzyskanego wina. 6. Literatura Tylingo R.: Produkcja wina. W: Wybrane zagadnienia z technologii fermentacyjnych przemysłu spożywczego. Red. J. Synowiecki, wydawnictwo PG, Gdańsk, 2009

13 Ćwiczenie 4: Wycieczka technologiczna do browaru. 1. Wstęp Wyjazd do browaru Amber w Bielkówku ul. Gregorkiewicza 1; poczta Kolbudy. Browar Amber - regionalny browar średniej. Posiada własną puszkownię oraz własne ujęcie wody ze studni głębinowej. Rocznie produkuje ok 250 tys. hl. piwa. Zakład jest członkiem Stowarzyszenia Regionalnych Browarów Polskich oraz Pomorskiego Klubu Dobrej Marki. Browar Amber koncentruje się na sprzedaży swojego piwa głównie w regionie północnej Polski. Rozwija także dystrybucję w wielu miastach Polski, przede wszystkim poprzez sieci dużych supermarketów. Prowadzi eksport własnych marek do USA i Danii. W 2011 roku na polskim rynku dostępnych było 15 piw warzonych w browarze Amber z gatunków jasne pełne, jasne pełne mocne, koźlak, porter bałtycki, lager mocny, pszeniczne. 2. Zagadnienia kolokwialne - Zapoznanie się z realizacją procesu produkcji piwa w warunkach przemysłowych w oparciu o wytyczne do sprawozdania (patrz punkt 4. 5) 3. Cele, zakres kompetencji do osiągnięcia przez studenta - umie przewidzieć zagrożenia dla środowiska naturalnego związane z czynnikami chemicznymi i biologicznymi ze szczególnym uwzględnieniem czynników antropogenicznych, - potrafi pracować w zespole, zarówno kierując i koordynując działania zespołu, jak i wykonując powierzone zadania, - zna i rozumie możliwości, cele i ograniczenia biotechnologii oraz ma dobrą orientację w zakresie najważniejszych zastosowań biotechnologii medycznej, przemysłowej i roślin (znanych także jako biotechnologia czerwona, biała i zielona). 4. Wykonanie - Przed wyjazdem wykonać przez Starostę listę imienną z danymi PESEL w celu ubezpieczenia wyjazdu oraz przekazania na miejscu w Firmie Listy osób wizytujących, - Zaopatrzyć się w fartuchy, notatniki, długopis - Stawić się o wyznaczonej godzinie w miejscu zbiórki przejazd autokarem zgodnie z ustalonym podziałem na grupy wyjazdowe, - Na miejscu przestrzegać zasad BHP, zapytać o możliwość uzyskania zgody na nagrywanie, robienie zdjęć, filmowanie.

14 5. Sprawozdanie Sprawozdanie wyjazdowe przygotowywane w grupach nie więcej niż 4-osobowe powinno zawierać informacje na temat: a. Stosowanych surowców, b. Opis technologii produkcji ze szczególnym uwzględnieniem roli zastosowanych/wykorzystanych enzymów, c. Listę głównych urządzeń z linii technologicznej w raz z możliwymi parametrami, d. Opis gospodarki odpadowej realizowanej w firmie. 6. Literatura Strona internetowa oraz materiały reklamowe browaru Amber