Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wydział Technologii Żywności Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

Transkrypt

1 Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wydział Technologii Żywności Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej Aleksander Poreda Załącznik II Autoreferat w języku polskim 1. DYPLOMY I STOPNIE NAUKOWE INFORMACJA O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU WSKAZANIE OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO POZOSTAŁE OSIĄGNIĘCIA NAUKOWE TABELARYCZNE ZESTAWIENIE DOROBKU NAUKOWEGO... 38

2 1. DYPLOMY I STOPNIE NAUKOWE Studia magisterskie kierunek Technologia Żywności, Wydział Technologii Żywności, Akademia Rolnicza w Krakowie dyplom magistra inżyniera technologii żywności i żywienia człowieka, specjalność technologia węglowodanów w tym 1 semestr (zimowy w roku akademickim 1999/2000) na Ingeneroj Skolen i Horsens (Politechnika w Horsens, Dania), w ramach programu Erasmus Studia doktoranckie Wydział Technologii Żywności, Akademia Rolnicza w Krakowie dyplom doktora nauk rolniczych w zakresie technologii żywności i żywienia 1

3 2. INFORMACJA O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU a) Shaftesbury Society Trueloves House, Ingatestone, Anglia Woluntariusz w domu pomocy społecznej, opieka nad osobami niepełnosprawnymi fizycznie i umysłowo ( , urlop dziekański) b) Bahlsen Polska, Skawina Specjalista w dziale logistyki, projektowanie i utrzymanie baz danych działu logistyki i sprzedaży ( ) c) Elmix S.C., Kraków Kierownik oddziału, kierowanie firmą zaopatrującą zakłady przemysłu spożywczego ( ) d) Akademia Rolnicza w Krakowie/Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Pracownik techniczny w Katedrze Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej ( ) Asystent naukowo-dydaktyczny w Katedrze Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej ( ) Adiunkt naukowo-dydaktyczny w Katedrze Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej (od i nadal) 2

4 3. WSKAZANIE OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO Osiągnięciem naukowym wynikającym z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 roku o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) stanowiącym podstawę do ubiegania się o stopień naukowy doktora habilitowanego jest cykl powiązanych tematycznie publikacji naukowych pt. Modyfikacje technologii browarniczej oraz ich wpływ na przebieg procesów i jakość produktów których jestem wiodącym autorem. Publikacje zostały opublikowane w latach roku w recenzowanych czasopismach naukowych (w tym cztery indeksowane przez Journal Citation Reports). Lista publikacji: O1. Poreda A., Bijak M., Zdaniewicz M., Jakubowski M., Makarewicz M., 2015 Effect of wheat malt on the concentration of metal ions in wort and brewhouse byproducts, Journal of the Institute of Brewing, 121(2), *(20 pkt.; IF=1,240) O2. Poreda A., Czarnik A., Zdaniewicz M., Jakubowski M., Antkiewicz P., 2014 Corn grist adjunct application and influence on the brewing process and beer quality, Journal of the Institute of Brewing, 120, *(20 pkt.; IF=1,240) O3. Poreda A., Sterczyńska M., Jakubowski M., Zdaniewicz M., 2014, Klarowanie brzeczki piwnej przy użyciu karagenu aspekty technologiczne i jakościowe, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 576, *(9 pkt.; IF=0) O4. Poreda A., Zdaniewicz M., Sterczyńska M., Jakubowski M., Puchalski C., 2015, Effects of wort clarifying by using carrageenan on diatomaceous earth dosage for beer filtration, Czech Journal of Food Sciences, 33(4) doi: /92/2015-cjfs. *(20 pkt.; IF=0,675) O5. Poreda A., Walczak A., 2015, Jony magnezu obecne w wodzie technologicznej a stężenie jonów magnezu i cynku w brzeczce słodowej, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 6, *(5 pkt.; IF=0) O6. Poreda A., Stefaniuk K., Hoc J., Zdaniewicz M., 2014, Poprawa efektywności suplementacji brzeczki jonami cynku, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 2, 4-8. *(5 pkt.; IF=0) O7. Poreda A., Tuszyński T., Zdaniewicz M., Sroka P., Jakubowski M., 2013 Support materials for yeast immobilization affect the concentration of metal ions in the fermentation medium, Journal of the Institute of Brewing, 119, *(25 pkt.; IF=0,837) *(wg roku publikacji) Suma punktów MNiSW 104 Sumaryczny impact factor 3,992 3

5 Wkład Wnioskodawcy w przygotowanie wymienionych publikacji obejmuje opracowanie koncepcji badań, zebranie literatury, wykonanie dużej części doświadczeń, analizę, opracowanie i dyskusję wyników, przygotowanie manuskryptów, korespondencję z redakcjami oraz recenzentami. Oświadczenia współautorów, szczegółowo określające ich indywidualny wkład w powstanie wymienionych publikacji, zebrane są w załączniku VII. CEL Celem badań realizowanych w ramach prezentowanego osiągnięcia naukowego było określenie wpływu wybranych modyfikacji klasycznej technologii browarniczej, na przebieg procesów oraz jakość uzyskiwanych półproduktów i produktów. Terminem technologii klasycznej określa się produkcję piwa wg prawa czystości surowcowej Reinheitsgebot (przy użyciu słodu jęczmiennego, wody i chmielu), bez suplementacji brzeczki piwnej, z wykorzystaniem drożdży wolnych. Modyfikacje będące w kręgu zainteresowań habilitanta, obejmują 3 zakresy tematyczne: 1. substytucja słodu jęczmiennego innymi surowcami skrobiowymi, 2. stosowanie środków pomocniczych, głównie karagenu, do poprawy klarowności brzeczki i piwa, 3. suplementacja brzeczki piwnej jonami metali oraz próba określenia mechanizmów determinujących stężenie jonów metali w brzeczce. W dwóch publikacjach wchodzących w skład mojego osiągnięcia naukowego (O1 i O2) opisałem konsekwencje technologiczne i jakościowe stosowania do wytwarzania brzeczki piwnej surowców skrobiowych innych niż słód jęczmienny. W kolejnych pracach (O3 i O4) wykazałem korzyści płynące z zastosowania wstępnego klarowania brzeczki i piwa przy użyciu karagenu, zarówno w odniesieniu do jakości produktów, jak i w odniesieniu do kwestii środowiskowych. Przeprowadzenie wstępnej klaryfikacji karagenem na etapie warzelni, umożliwia bowiem ograniczenie zużycia ziemi okrzemkowej do późniejszej filtracji piwa, co może znacznie poprawić wskaźniki dotyczące obciążenia ścieków wytwarzanych w browarze, a tym samym zmniejszyć oddziaływanie na środowisko naturalne. Trzy kolejne artykuły naukowe odnoszą się do tematyki związanej z mechanizmami regulacji stężenia jonów metali w brzeczce piwnej, efektywnością suplementacji brzeczki jonami cynku oraz stężeniem jonów w brzeczkach fermentowanych z udziałem drożdży immobilizowanych. W pierwszej kolejności próbowałem określić mechanizmy determinujące stężenie jonów metali w brzeczce piwnej poprzez zbadanie wpływu jonów obecnych w wodzie technologicznej (O5) na ilość jonów w brzeczce. Następnie w warunkach przemysłowych sprawdzałem efektywność suplementacji brzeczki jonami cynku (O6). Jako podsumowanie tej części badań, weryfikowałem wpływ nowatorskich technik stosowanych podczas fermentacji (unieruchamianie komórek drożdżowych), 4

6 a w szczególności wpływ złoży stosowanych do immobilizacji, na stężenie jonów w medium fermentacyjnym (O7). Z uwagi na fakt, że podjęcie części opisanych badań wynikało z inicjatywy partnerów przemysłowych (browary przemysłowe funkcjonujące na polskim rynku), uzyskiwane wyniki publikowałem na bieżąco w recenzowanym czasopiśmie o zasięgu krajowym. W najbliższej przyszłości planuję wydać artykuł przeglądowy o zasięgu międzynarodowym, w którym opisane będą najważniejsze praktyczne wnioski uzyskane w ww. badaniach, a dotyczące optymalnego składu jonowego brzeczki piwnej. WSTĘP Od początku pracy naukowej koncentruję się na kwestiach związanych z technologią browarniczą. Z uwagi na aktywne kontakty z przedstawicielami wielu zakładów produkcyjnych, w swoich badaniach staram się podejmować tematy praktyczne, wykazujące potencjał wdrożeniowy. Kiedy tylko możliwe realizuję doświadczenia w warunkach przemysłowych: w mikrobrowarach, browarach regionalnych, oraz w zakładach przemysłowych (pełna skala techniczna). Dobierając zagadnienia badawcze kieruję się często potrzebami sygnalizowanymi ze strony partnerów przemysłowych. Kierowane do mnie pytania, problemy czy konkretne prośby staram się podejmować, i służąc własnym doświadczeniem, na ich podstawie realizować projekty badawcze. Dzięki temu miałem okazję realizować różne badania z zakresu analizy jakościowej surowców i procesów prowadzonych na warzelni, oraz jakości brzeczki fermentacyjnej, ale także nowoczesnych technik stosowanych w dziale fermentacji czy filtracji finalnego produktu. Niewątpliwym atutem zaangażowania w szeroki wachlarz badań z zakresu browarnictwa była również możliwość poznania wielu technik analitycznych, m. innymi atomowej spektrometrii absorpcyjnej z atomizacją w płomieniu i kuwecie grafitowej, elektronowej mikroskopii skaningowej, chromatografii gazowej z mikroekstrakcją w fazie stałej, czy cytometrii przepływowej. Krótki opis technologii browarniczej Piwo to napój alkoholowy, produkowany przez człowieka od wielu tysięcy lat. Technologia jego wytwarzania obejmuje szereg jednostkowych operacji, podczas których, stosowane surowce ulegają kolejnym przemianom biochemicznym, które determinują jakość finalnego produktu. Głównym surowcem do produkcji piwa jest jęczmień browarny (Hordeum vulgare), który w pierwszym etapie poddaje się procesowi słodowania. Polega ono na namoczeniu ziaren jęczmienia w wodzie, aby po odpowiednim wzroście ich wilgotności, umożliwić skiełkowanie. Dzięki temu, w uzyskanym słodzie jęczmiennym, wielokrotnie wzrasta siła enzymatyczna, w porównaniu do ziaren jęczmienia (głównie enzymów amylolitycznych, ale także proteolitycznych czy lipolitycznych). Podczas słodowania, oprócz odpowiedniego namoczenia ziaren jęczmienia, należy zapewnić napowietrzenie, mieszanie, a następnie powolne suszenie (zachowanie aktywnych enzymów), i usunięcie kiełków. W tym czasie ziarna jęczmienia podlegają wielorakim przemianom, oprócz aktywności enzymatycznej 5

7 zmienia się ich skład chemiczny, struktura, wilgotność, barwa, i wiele innych parametrów jakościowych. Labilność surowca wsadowego (jęczmienia) czyni proces słodowania zadaniem trudnym, szczególnie w dobie zglobalizowanej produkcji, w której jednym z głównych wymagań jest stała jakość dostarczanych surowców. Zmienna jakość jęczmienia, spowodowana jest mnogością czynników, które mogą się znacznie różnić między poszczególnymi regionami upraw. Warunki glebowe, klimatyczne i agrotechniczne, również istotnie determinują jakość jęczmienia, od której z kolei zależy przebieg i wydajność słodowania, a w konsekwencji jakość słodu. Słód w browarze poddaje się rozdrobnieniu (śrutowaniu), a następnie miesza się z wodą, w celu umożliwienia działania enzymom wytworzonym w procesie słodowania. Enzymy te hydrolizują związki wielkocząsteczkowe zmagazynowane w ziarniaku, w wyniku czego powstają cząsteczki o mniejszych rozmiarach, rozpuszczalne w wodzie. Wszystkie substancje o ciężarze właściwym większym od jedności, które w wyniku zacierania przechodzą do roztworu, nazywamy ekstraktem, a procentowa jego ilość w danej porcji słodu (ekstraktywność), jest jedną z najważniejszych cech jakościowych słodu. Po zakończeniu zacierania, oddziela się nierozpuszczone części zmielonego ziarna słodu (młóto), w wyniku czego uzyskuje się klarowny roztwór wodny zawierający składniki ekstraktu, czyli brzeczkę. W kolejnym etapie brzeczkę gotuje się m.in. w celu zagęszczenia, sterylizacji, i wytrącenia kompleksów białkowo-garbnikowych. Po dodaniu do wrzącej brzeczki chmielu, następuje także rozpuszczenia związków goryczkowych i aromatycznych, które nadają piwu charakterystyczne cechy organoleptyczne. Wytrącone osady gorące, usuwa się z brzeczki w kadzi wirowej typu whirlpool, po czym brzeczkę chłodzi się, napowietrza i zaszczepia gęstwą drożdży piwowarskich. Rozpoczyna się wtedy zimy etap technologii, obejmujący fermentację, dojrzewanie i stabilizację piwa. Podczas fermentacji, w komórkach drożdży zachodzi konwersja węglowodanów fermentujących, głównie do etanolu i dwutlenku węgla. Ponadto powstaje wiele ubocznych produktów fermentacji, kształtujących bukiet smakowo-zapachowy piwa, między innymi estry, aldehydy, alkohole wyższe, diacetyl. Dojrzewanie ma na celu zapewnić końcową stabilizację chemiczną i sensoryczną (zbalansowanie organoleptyczne), osiągnięcie odpowiednio niskiego stężenia diacetylu, oraz dalsze sklarowanie piwa. Ostateczną stabilność fizyczną uzyskuje się poprzez filtrację, a stabilność mikrobiologiczną w wyniku pasteryzacji lub mikrofiltracji. Produkcja piwa jest jedną z niewielu branż, której producenci prowadzą działalność nieprzerwanie zarówno w czasie pokoju jak i wojny. Technologia piwowarska zmieniała się na przestrzeni dziejów, a szczególnie w ostatnich dziesięcioleciach. Uprzemysłowienie produkcji piwa rozwija się w trybie ciągłym, przy wykorzystaniu osiągnięć naukowych oraz innowacji technicznych. Przemysł piwowarski był i jest źródłem wielu wynalazków i rozwiązań technicznych, które nie tylko usprawniły procesy w produkcji piwa, ale zostały zaadoptowane do innych branż produkcji spożywczej. Wystarczy wymienić opracowanie metod izolacji czystych kultur drobnoustrojów, czy też stworzenie skali ph, które miały miejsce w laboratoriach browaru Carlsberga, w Kopenhadze. Oprócz nauk przyrodniczych, próby optymalizacji produkcji browarniczej przyczyniły się też do rozwoju nauk ścisłych. 6

8 Pracownik browaru Guinnessa wykorzystał swoją wiedzę z dziedziny matematyki do selekcji najbardziej wydajnych odmian jęczmienia, a test statystyczny, który stworzył jest obecnie znany pod nazwą testu t-studenta. Aktualne tendencje zmian w technologii browarniczej Oczekiwania zglobalizowanego rynku oraz ciągły nacisk na poprawę wyników ekonomicznych, kreują pewne zmiany w technologii browarniczej, które obejmują m.innymi: wykorzystanie nowych surowców browarniczych (1) (3), stosowanie materiałów pomocniczych, wprowadzanie różnorodnych rozwiązań technicznych, zmianę parametrów technologicznych poszczególnych procesów, wprowadzanie do użycia nowych szczepów drożdży (4) i technik ich wykorzystania (5). Większość wymienionych modyfikacji technologicznych ma na celu przyspieszenie poszczególnych operacji jednostkowych, zwiększanie wydajności procesów, i zdolności produkcyjnej, przez wykorzystanie tańszych lub łatwiej dostępnych surowców, jak również tworzenie nowych produktów. Celem nadrzędnym wszystkich działań, jest poprawa ekonomiki produkcji, przy równoczesnym zachowaniu wysokiej jakości piwa. Rola jonów metali w technologii browarniczej Jednym z głównych tematów, którymi zajmowałem się niezależnie od obszaru technologii browarniczej (surowce, procesy warzelni, drożdże i fermentacja) były jony kluczowych metali, niezbędnych dla prawidłowego przebiegu poszczególnych procesów. Spośród wielu jonów metali najczęściej, w odniesieniu do technologii browarniczej, wymienia się magnez, cynk, wapń i mangan, które pełnią wiele różnorodnych funkcji w przemianach metabolicznych komórek drożdży (6), (7). Jony metali odgrywają ważną rolę w wielu aspektach funkcjonowania komórki. Drożdże wymagają odpowiedniego stężenia kationów do utrzymania struktury i funkcjonalności błon, określonych interakcji międzykomórkowych, np. flokulacji, oraz łagodzenia skutków stresów środowiskowych. Wybrane metale są również niezbędne do ekspresji genów, wzrostu biomasy, wpływają na intensywność pobierania niektórych związków odżywczych, aktywność enzymów oraz regulację osmotyczną. Zalecane stężenie jonów magnezu w brzeczce wynosi mg/dm 3, a cynku 0,1-1 mg/dm 3 (8). OMÓWIENIE WYNIKÓW I MOŻLIWOŚCI ICH WYKORZYSTANIA O1. Poreda A., Bijak M., Zdaniewicz M., Jakubowski M., Makarewicz M., 2015 Effect of wheat malt on the concentration of metal ions in wort and brewhouse byproducts, Journal of the Institute of Brewing, 121(2), W browarnictwie stosuje się wiele surowców będących źródłem skrobi, poza tradycyjnie wykorzystywanym słodem jęczmiennym. Stosunkowo drogi słód zastępuje się często innymi, tańszymi źródłami skrobi, bądź też bezpośrednio cukrami fermentującymi. Wymienia się tu głównie jęczmień, grys kukurydziany, sorgo, owies i inne zboża dostępne 7

9 lokalnie w poszczególnych częściach świata, a także syrop glukozowy, czy sacharozę. Jednym z najbardziej popularnych zbóż używanych w browarnictwie jest również pszenica. Stosowana jest zarówno jako dodatek wzbogacający smak (w nieznacznych ilościach, np % wsadu surowcowego), jak i w formie głównego składnika (ponad 55% wsadu), w przypadku piw pszenicznych. Pomimo, że pszenica jest popularna w technologii browarniczej (w przeszłości zdarzało się, że piwo produkowano wyłącznie z pszenicy), stosowana w wielu krajach i szeroko poznana pod względem jej właściwości technologicznych, brakowało opracowań specjalistycznych, opisujących jej wpływ na stężenie jonów metali w brzeczce i przebieg fermentacji. Skład jonowy brzeczki piwnej zależy od zastosowanych surowców i przebiegu procesu. Zawartość makroelementów jest zwykle wystarczająca dla drożdży, ale niektóre z mikroelementów (głównie cynk) są często uzupełniane. W prezentowanych badaniach określałem wpływ zastępowania słodu jęczmiennego słodem z pszenicy, na stężenie jonów magnezu, manganu, żelaza i cynku w brzeczce piwnej. Szczegółowej analizie poddałem surowce, odpady i półprodukt, czyli brzeczkę piwną. Brzeczka kongresowa została wytworzona według procedury EBC; do próby kontrolnej użyto wyłącznie słodu jęczmiennego, a próby właściwe zawierały odpowiednio: 20, 40 i 60% słodu pszenicznego. Próby do analizy ilości jonów metali pobrano nie tylko z surowców, ale także z uzyskanego młóta, oraz brzeczki przedniej (przed gotowaniem), brzeczki wygotowanej i osadów gorących wytrąconych podczas procesu gotowania. Poniżej przedstawiam najważniejsze wyniki i wnioski z przeprowadzonych badań. Słód pszeniczny zawierał podobną ilość jonów magnezu, co słód jęczmienny; średnie z poszczególnych prób nie wykazały istotnych różnic i zawierały się w przedziale mg/kg. Z kolei mikroelementy w słodzie pszenicznym były obecne w wyższych stężeniach, w tym obecność manganu była prawie trzykrotnie wyższa (odpowiednio 27,6 i 10,9 mg/kg). Stężenie jonów cynku w badanych słodach zawierało się w zakresie mg/kg, a żelaza 13,5-16,0 mg/kg. Jeśli chodzi o jony magnezu, ich stężenie w brzeczce kontrolnej (ze słodu jęczmiennego) wynosiło ok. 110 mg/dm 3, a zastąpienie słodu jęczmiennego odpowiednikiem pszenicznym, w ilości do 40% nie spowodowało istotnych zmian w zawartości magnezu. Jednak podniesienie udziału słodu pszenicznego do 60% wsadu surowcowego, spowodowało już istotne obniżenie się stężenia Mg 2+, do poziomu około 96 mg/dm 3. Biorąc pod uwagę fakt, że obydwa wymienione surowce zawierały podobną ilość jonów magnezu, obniżenie jego stężenia w brzeczce, z udziałem 60% słodu pszenicznego, związane jest z innymi właściwościami tego słodu, niż zawartość Mg 2+. Zmiana proporcji między słodem jęczmiennym a pszenicznym, spowodowała prawdopodobnie zmiany w złożu filtracyjnym, a tym samym zachwianie równowagi pobierania i uwalniania jonów ze złoża. W celu potwierdzenia tej tezy, analizie poddano próby młóta pobrane po filtracji zacieru. Stężenie magnezu w młócie wzrastało wraz ze wzrostem udziału słodu pszenicznego we wsadzie surowcowym. Podobną zależność stwierdzono po analizie zawartości jonów magnezu w osadzie gorącym (powstającym podczas gotowania brzeczki) ich stężenie wzrastało proporcjonalnie do ilości użytego 8

10 słodu pszenicznego (z ok mg/kg w próbie kontrolnej, do ok mg/kg w próbie zawierającej 60% słodu pszenicznego). Jednocześnie, użycie ziaren pszenicy, które w przeciwieństwie do jęczmienia nie zawierają w swojej strukturze łuski, spowodowało zmniejszenie ilości uzyskiwanego młóta (w próbie zawierającej 60% słodu pszenicznego, ilość młóta było o ok. 20% niższa, niż w próbie kontrolnej). Wypadkową tych zmian, było obniżenie stężenia jonów magnezu w brzeczce. Podsumowanie i możliwości wykorzystania wyników Oprócz konkretnych wyników, opublikowanych w Journal of the Institute of Brewing, wymierną korzyścią przeprowadzonych doświadczeń jest ukazanie złożoności problematyki mikroskładników brzeczki. Okazało się, że stężenie jonów metali w brzeczce nie jest wprost zależne od ich stężenia w surowcach wsadowych, ani od ilości usuwanych odpadów (młóto i osady gorące). Projektując procesy warzelni oraz dobierając parametry technologiczne poszczególnych operacji, należy uwzględnić złożoność interakcji, i mieć świadomość, że zarówno budowa morfologiczna użytych surowców, ich skład chemiczny, jak i parametry jakościowe, wpływają wielokierunkowo na ostateczny skład chemiczny brzeczki słodowej. Efektem wykonanych badań, i pozyskanej dzięki nim wiedzy były kolejne projekty, w których zajmowałem się wpływem wody technologicznej stosowanej do produkcji brzeczki, na stopień ekstrakcji jonów metali z surowców. Szczegóły tych prac zostaną opisane w dalszej części niniejszej autoprezentacji. O2. Poreda A., Czarnik A., Zdaniewicz M., Jakubowski M., Antkiewicz P., 2014 Corn grist adjunct application and influence on the brewing process and beer quality, Journal of the Institute of Brewing, 120, Ze względu na uwarunkowania geograficzne, w polskim browarnictwie rosnącą popularnością wśród producentów piwa cieszy się grys kukurydziany. Kukurydza wykazuje szereg cech, które determinują przydatność tego surowca do stosowania w browarach, m.in.: jest łatwo dostępna i stosunkowo tania na lokalnym rynku, nie powoduje znaczących trudności technologicznych, ani zmian jakościowych produktu. Literatura przedmiotu obejmuje sporo publikacji związanych ze stosowaniem kukurydzy jako źródła skrobi w browarnictwie, jednak najczęściej opisywane są wyniki doświadczeń prowadzonych w skali laboratoryjnej (9), (10). Przeprowadzono więc badania w skali przemysłowej, w celu określenia konsekwencji częściowego zastąpienia słodu jęczmiennego grysem kukurydzianym. Tego typu badania wykazują bardzo ważną cechę: biorą pod uwagę mnogość interakcji, występujących w realnym środowisku produkcyjnym, a także likwidują ryzyko wyciągania błędnych wniosków związanych z efektem powiększenia skali. Często wnioski z doświadczeń laboratoryjnych nie znajdują zastosowania w produkcji przemysłowej właśnie ze względu na wiele czynników zmiennych, których nie jesteśmy w stanie kontrolować tak dobrze jak w doświadczeniach laboratoryjnych. 9

11 Doświadczenie polegało na wytworzeniu dwóch partii piwa, zróżnicowanych pod względem ilości grysu kukurydzianego w zasypie, i porównaniu przebiegu procesów oraz jakości uzyskanych produktów w odniesieniu do próby kontrolnej. Do przygotowania prób właściwych zastosowano substytucję słodu jęczmiennego grysem kukurydzianym w ilości 10% (2,25 tony) i 20% (4,50 tony), przy całkowitej masie zasypu wynoszącej 22 tony na warkę; próbę referencyjną wytworzono w całości ze słodu jęczmiennego. Produkcja brzeczki prowadzona była w browarze przemysłowym zaprojektowanym na wybicie brzeczki o objętości 1000 hl. Rozdrobnienie surowców wykonano przy użyciu śrutownika szcześciowalcowego, przy czym grys kukurydziany, przed połączeniem z zacierem słodowym poddano kleikowaniu w celu upłynnienia skrobi. Dokładny przebieg przygotowania brzeczek zawarty jest w opisywanej pracy. W celu oceny wpływu substytucji słodu jęczmiennego grysem kukurydzianym na przebieg procesów, analizowano następujące parametry: zawartość białka w słodzie i grysie, w brzeczce zawartość azotu aminowego (FAN), stężenie dimetylosiarczku (DMS), stopień odfermentowania, obciążenie termiczne (indeks tiobarbiturowy TBI), ekstrakt brzeczki, zawartość alkoholu, zmętnienie i stabilność piany. Po zakończeniu produkcji piwa śledzono również przebieg procesu filtracji, aby zbadać wpływ grysu kukurydzianego na filtrowalność piwa. Zastosowane surowce nie różniły się istotnie pod względem zawartości białka ogółem. Słód jęczmienny i grys kukurydziany zawierały białko w ilości 9,7-10,2%. Pomimo tego, wzrost ilości grysu kukurydzianego powodował istotne obniżenie stężenia wolnego azotu aminowego w brzeczce z 240 mg/dm 3 w próbach kontrolnych, do 233 mg/dm 3 w brzeczce z 10%-wym udziałem grysu, i do 223 mg/dm 3 w brzeczce z 20%-wym udziałem grysu. Tendencja ta tłumaczona jest przez innych autorów niepełną hydrolizą białek dostarczanych do zacieru z substytutami słodu (11). W wytworzonych brzeczkach poziom FAN zawierał się jednak w przedziale podawanym za optymalny do fermentacji brzeczek stężonych (ok. 15 P), czyli mg/dm 3. W świetle tych danych można uznać, że zastąpienie słodu jęczmiennego grysem kukurydzianym w ilości do 20% nie wpływa negatywnie na dostępność azotu aminowego. Skład pożywki pod względem zawartości związków azotowych był odpowiedni we wszystkich próbach, o czym świadczyły wyniki analizy przebiegu fermentacji. Spadek ekstraktu w próbach brzeczki podczas fermentacji nie różnił się istotnie między poszczególnymi wariantami doświadczenia. Początkowy ekstrakt brzeczki wynosił 15 P, natomiast po 9-ciu dniach fermentacji ekstrakt pozorny był na poziomie średnio 2,5-3,0 P, zarówno w próbach kontrolnych jak i wytworzonych z użyciem grysu. Jedną z cech fizycznych, która okazała się istotnie zależna od składu wsadu surowcowego była barwa brzeczki. Dodatek grysu w ilości 10% spowodował obniżenie barwy w stosunku do kontroli (z 12,2 do 11,1 jednostek EBC). Dalsze zwiększenie udziału grysu skutkowało uzyskaniem brzeczki o słabszej barwie (10,5 jedn. EBC). Obliczony współczynnik korelacji Pearsona potwierdził silną zależność między udziałem grysu kukurydzianego w zasypie a barwą uzyskanej brzeczki (R=0,95). Na podstawie uzyskanego 10

12 równania regresji ustalono zależność, że każde 10% grysu powoduje obniżenie barwy brzeczki o 1 jedn. EBC. W celu zaproponowania sposobu na korekcję barwy, zastosowano dodatek karmelowego słodu barwiącego, w ilości 50 kg na jedną warkę. Taka porcja pozwoliła na poprawę barwy brzeczki wzrost o ok. 2 EBC. Biorąc jednak pod uwagę inne prace z tego zakresu (12) należy pamiętać o rozważnym stosowaniu słodów barwiących, gdyż ich dodatek powoduje wzrost potencjału redukcyjnego brzeczki. Kolejnym bardzo ważnym składnikiem brzeczki i piwa jest dimetylosiarczek (DMS), na który należy zwrócić szczególną uwagę przy modyfikacji wsadu surowcowego. Ten lotny tioeter, o temperaturze wrzenia 38 C, jest w niskich stężeniach (do 20 mg/dm 3 ) rozpuszczalny w wodzie i ma negatywny wpływ na aromat piwa. Z uwagi na bardzo niski próg wyczuwalności sensorycznej (ok. 30 µg/dm 3 ), maksymalny limit jego stężenia w piwie ustala się zazwyczaj na µg/dm 3. W przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że 10%-wy udział grysu w zasypie powodował obniżenie ilości DMS-u o ok. 25% (ze 110 do 81 µg/dm 3 ). Większy dodatek grysu (20%) skutkował jeszcze niższym stężeniem omawianego związku (75 µg/dm 3 ). Sugeruje się, że taka tendencja związana jest z obniżeniem masy użytego słodu, który jest jednym z głównych źródeł prekursorów DMSu. Dodatkowo, użycie grysu kukurydzianego wymagało zastosowania kociołka zaciernego (upłynnianie skrobi). Ten zabieg oznacza wyższe obciążenie termiczne, a tym samym więcej możliwości tworzenia się DMS i jego odparowania. Aby potwierdzić słuszność tej tezy, zbadano wskaźnik obciążenia cieplnego dla brzeczki wytworzonej z 20%-wym udziałem kukurydzy. Faktycznie, w tych próbach wartość TBI była znacząco wyższa (85-87), niż w brzeczkach kontrolnych (64-65). Zastępowanie słodu jęczmiennego substytutami powinno, poza innymi aspektami jakościowymi, zapewnić odpowiednią ilość ekstraktu cukrowego. W celu oszacowania wpływu grysu kukurydzianego na stopień odfermentowania brzeczek, oznaczano maksymalny (ostateczny) stopień odfermentowania, przez prowadzenie fermentacji z użyciem nadmiaru drożdży (7,5 g/100 cm 3 ), przez 24 godziny (zgodnie z metodą EBC). Substytucja słodu jęczmiennego kukurydzą spowodowała obniżenie ekstraktu pozornego mierzonego po zakończeniu fermentacji, a tym samym wzrost stopnia odfermentowania. Najbardziej znacząca różnica, w odniesieniu do próby kontrolnej, została zaobserwowana w brzeczkach z udziałem 10% grysu. W tym przypadku stopień odfermentowania wzrósł z 80,7% do 84,7%. Dalszy wzrost udziału kukurydzy nie powodował już istotnych różnic w stopniu odfermentowania, co potwierdza przypuszczenia, że parametr ten nie zależy wyłącznie od ilości obecnych w niej węglowodanów. Zawartość węglowodanów wzrasta poprzez zastosowanie kukurydzy, ale dostępności innych substancji np. białek, ulega obniżeniu. Podobne, nieliniowe zależności między ilością ekstraktu fermentowalnego a ilością substytutów słodu opisywane były już wcześniej (13), jednak w odniesieniu do skali laboratoryjnej. W literaturze przedmiotu zwraca się uwagę na szereg korzyści związanych z wyższym udziałem składników fermentujących zawartych w ekstrakcie. Na pierwszym miejscu wymienia się oczywiście korzyści ekonomiczne, ale niemniej ważne są 11

13 względy jakościowe: piwa o mniejszej zawartości substancji niefermentujących wykazują zazwyczaj wyższą stabilność oksydacyjną (12). Konsekwencją zwiększenia puli ekstraktu fermentującego, poprzez zastąpienie części słodu grysem kukurydzianym, a tym samym wyższego odfermentowania, była zmiana stężenia etanolu w piwie po fermentacji. Piwo kontrolne, wytworzone wyłącznie ze słodu jęczmiennego zawierało 6,7% obj. etanolu, natomiast piwa z udziałem grysu w zasypie (niezależnie od ilości) zawierały alkohol etylowy w stężeniu 7,1%. Analiza statystyczna wykazała istotność różnic między wskazanymi średnimi, jednak z punktu widzenia praktycznego, szczególnie w przypadku produkcji metodą brzeczek stężonych, taki wzrost stężenia alkoholu nie stanowi problemów technologicznych. Odpowiednie rozcieńczenie piwa wodą przed rozlewem, pozwala korygować takie odchylenia. Aspektem stosowania grysu kukurydzianego, któremu poświęcono dużo uwagi był ostatni etap produkcji piwa, czyli filtracja. Z uwagi na zmiany składu chemicznego brzeczki, należało sprawdzić czy filtrowalność piwa nie ulega pogorszeniu. Podczas filtracji usuwane są cząstki tworzące zmętnienia oraz komórki drożdży, w celu uzyskania klarownego piwa. Proces ten przeprowadzany jest przy użyciu ziemi okrzemkowej. Podczas filtracji piwo jest pompowane przez złoże filtracyjne, a z upływem czasu wymagane jest coraz większe ciśnienie, w celu utrzymania stałego przepływu cieczy przez filtr. Przebieg filtracji opisuje się często jako wzrost różnicy ciśnień na wlocie i wylocie z filtra, na każde 1000 hl przepompowanego piwa. Podczas analizy przebiegu filtracji zastosowano dwa czynniki zmienne: ilość użytego grysu kukurydzianego (0%, 10% i 20%), oraz wstępną klaryfikację piwa przy użyciu wirówki (usunięcie komórek drożdży). Dla wszystkich analizowanych prób stwierdzono istotny wpływ wstępnego klarowania przed filtracją, na wzrost ciśnienia podczas filtracji. Niezależnie od ilości grysu kukurydzianego, przyrost ciśnienia na filtrze wynosił ok. 0,2 bar/1000 hl, w porównaniu do ok. 1,2-1,3 bar/1000 hl w próbach nie poddanych wirowaniu. Warto też zauważyć, że niezależnie od stosowania wirowania, czy też użycia do produkcji grysu kukurydzianego, zmętnienie wszystkich wytworzonych piw było na poziomie ok. 0,5 jednostek EBC. W przemyśle browarniczym, piwo o tak niskim poziomie zmętnienia określa się jako lśniące, i spełnia rygorystyczne w tym względzie wymagania większości międzynarodowych koncernów piwowarskich. Podsumowanie i możliwości wykorzystania wyników Podsumowując przeprowadzone doświadczenia, warto zaznaczyć, że pomimo nieznacznych zmian w składzie chemicznym brzeczki, związanych z użyciem grysu kukurydzianego, przebieg procesów w zimnej części browaru (fermentacja, dojrzewanie, filtracja) był niezakłócony, i przebiegał bez wpływu na jakość produktu finalnego. Jedynie stopień odfermentowania i stężenie etanolu uległy zmianie, jednak wartość tych parametrów wzrosła przez substytucję słodu grysem. Metodami naukowymi udowodniono, że zastąpienie słodu jęczmiennego grysem kukurydzianym w ilości do 20% masy zasypu, ma nieistotny wpływ na wybrane wyróżniki chemiczne i fizyczne brzeczki (DMS, barwa, ekstrakt fermentujący), bez konsekwencji dla jakości piwa. Wartość 12

14 aplikacyjna przedstawionych doświadczeń jest bardzo duża, gdyż w literaturze przedmiotu stosunkowo rzadko występują publikacje wyników uzyskanych w pełnej skali technicznej. Planowanie, organizacja i realizacja tego typu projektów wymaga dużego zaangażowania czasowego, dobrej koordynacji działań wielu osób, oraz przychylności ze strony kierownictwa zakładów przemysłowych. O3. Poreda A., Sterczyńska M., Jakubowski M., Zdaniewicz M., 2014, Klarowanie brzeczki piwnej przy użyciu karagenu aspekty technologiczne i jakościowe, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 576, Produkcja klarownego piwa wymaga doboru odpowiednich, dobrych jakościowo surowców do pozyskiwania brzeczki piwnej. W przypadku wykorzystania surowców gorszej jakości możliwe jest zastosowanie materiałów pomocniczych, ułatwiających osiągnięcie zamierzonych celów technologicznych. Etapem technologicznym, podczas którego z powodzeniem można zastosować środki wspomagające uzyskanie klarownej brzeczki jest jej gotowanie z chmielem. Stabilizatory dodawane są do brzeczki w celu zwiększenia efektywności usuwania substancji białkowych podczas późniejszych etapów przygotowania brzeczki nastawnej (14). Do wstępnego klarowania brzeczki piwnej wykorzystuje się karagenu (złożony węglowodan pochodzenia roślinnego) (15). Celem pracy było określenie wpływu karagenu, stosowanego w różnych dawkach do wstępnego klarowania brzeczki, na przebieg procesu jej fermentacji i wybrane właściwości fizykochemiczne. Przedstawiono wyniki analizy parametrów jakościowych brzeczek poddanych wstępnej klaryfikacji z zastosowaniem karagenu. Karagen dodawano w postaci wodnej zawiesiny, do wrzącej brzeczki słodowej, w ilości 50, 100 i 200 mg/dm 3. Brzeczkę klarowaną oraz brzeczkę wytworzoną bez dodatku karagenu (próbę kontrolną) poddano fermentacji. Oceniano przebieg procesu i jego wydajność. W realizowanych badaniach wykorzystano karagen GPI CARRACLEAR XS (74- GPICARRXS/25, Promar, Polska), który dodano w postaci wodnej zawiesiny do gotowanej brzeczki słodowej. Brzeczkę laboratoryjną (kongresową) poddano procesowi gotowania w czasie 30 minut. Na 10 minut przed końcem gotowania dodano 5 cm 3 wodnej zawiesiny karagenu. Naważkę preparatu rozpuszczono w zimnej wodzie destylowanej, tak aby dodając 5 cm 3 zawiesiny do 195 cm 3 wrzącej brzeczki uzyskać odpowiednie stężenie karagenu (50, 100 i 200 mg/dm 3 ). Do próby kontrolnej dodano 5 cm 3 wody destylowanej. Po zakończeniu procesu gotowania brzeczek, zawartość kolb uzupełniano wodą do uzyskania brzeczek o stężeniu ekstraktu wynoszącej 10 Plato, które następnie chłodzono. Do przeprowadzenia fermentacji, wykorzystano drożdże suszone Saccharomyces carlsbergensis (szczep: W34/70, Fermentis Division of Lesaffre, Polska). Zawiesinę drożdży dodawano do kolb fermentacyjnych z zachowaniem warunków sterylnych, tak aby początkowe stężenie biomasy w brzeczce wynosiło 1 g/dm 3. Sprawdzono, czy dodatek karagenu w ilościach od 50 do 200 mg/dm 3, poprawia klarowność brzeczek. Porównano zmętnienie brzeczek, do których dodano 100 i 200 mg/dm 3, ze zmętnieniem brzeczki kontrolnej (bez dodatku karagenu) i brzeczki 13

15 z dodatkiem 50 mg karagenu na litr. Zbadano tym samym zasadność stosowania dawek większych niż 50 mg/dm 3. Brzeczki przed gotowaniem charakteryzowały się zmętnieniem na poziomie 75 jedn. EBC. Brzeczka słodowa (bez dodatku karagenu) wykazała po gotowaniu zmętnienie na poziomie ok. 35 jedn. EBC, natomiast w przypadku zastosowania karagenu w najniższej dawce, brzeczka po gotowaniu charakteryzowała się zmętnieniem 10 jedn. EBC. Proces warzenia spowodował więc obniżenie zmętnienia o około 55% (z 75 do 35 jedn. EBC). Dawka karagenu w ilości 50 mg/dm 3 spowodowała zmniejszenie poziomu zmętnienia brzeczek do wartości około 10 jedn. EBC, pozwoliła więc na uzyskanie zmętniania ponad 3-krotnie mniejszego, niż w próbie kontrolnej (bez karagenu). Stwierdzono, iż dodatek karagenu w ilości 50 mg/dm 3 spowodował maksymalne sklarowanie brzeczki, przy minimalnej ilości wytrąconego osadu. Brzeczka wytworzona z dodatkiem karagenu w ilości 100 i 200 mg/dm 3 wykazała zmętnienia niższe niż przed gotowaniem, jednocześnie powstała jednak znaczna ilość osadu, a zmętnienie tych prób było wyższe, niż próby brzeczki kontrolnej po gotowaniu. Powstanie znacznej ilości osadu może skutkować także zwiększonymi stratami brzeczki. Przedstawione wyniki wskazują, że dawkowanie karagenu w stężeniach powyżej 50 mg/dm 3 jest bezzasadne, przy produkcji piwa z brzeczki słodowej, niskostężonej (około 10 Plato). Po gotowaniu brzeczek z udziałem karagenu stwierdzono, że ich barwa była istotnie jaśniejsza w porównaniu do barwy próby kontrolnej. Warto nadmienić, że dawka karagenu nie miała istotnego wpływu na barwę piwa (próby 50, 100 i 200 mg/dm 3, nie różniły się istotnie pod względem barwy). Rozjaśnienie barwy brzeczki jest relatywnie łatwe do skorygowania, przy użyciu stosowanych powszechnie słodów barwiących. Zgodnie z założeniami pracy uzyskane brzeczki (kontrolną i klarowaną karagenem w ilości 50 mg/dm 3 ) poddano fermentacji w celu określenia wpływu klarowania na fermentację. Na podstawie pomiaru ubytku masy brzeczki w kolbach fermentacyjnych oceniono przebieg procesu fermentacji etanolowej. Dla analizowanych wariantów stwierdzono, iż ubytek masy brzeczek nie różnił się istotnie między poszczególnymi próbami. W obu przypadkach masa prób obniżała się do 168 godziny procesu, osiągając ten sam stopień odfermentowania (ok. 72%). Podsumowanie i możliwości wykorzystania wyników Stwierdzono, że zastosowanie karagenu w stężeniu 50 mg/dm 3 do wstępnej klaryfikacji brzeczki niskostężonej, zwiększa jej klarowność, nie wpływając istotnie na przebieg fermentacji i stopień odfermentowania, a stosowanie dawki większej powoduje wzrost zmętnienia brzeczki oraz potencjalnie większe straty brzeczki. Opublikowane wyniki wykazują charakter aplikacyjny, dając piwowarom dopracowaną metodę (sposób dozowania, dawka) wykorzystania karagenu. Proponowane rozwiązanie będzie szczególnie przydatne w browarach, w których z uwagi na zbyt wysokie zmętnienie brzeczki nastawnej występują problemy z fermentacją lub klaryfikacją piwa, 14

16 O4. Poreda A., Zdaniewicz M., Sterczyńska M., Jakubowski M., Puchalski C., 2015 Effects of wort clarifying by using carrageenan on diatomaceous earth dosage for beer filtration, Czech Journal of Food Sciences, 33(4), doi: /92/2015-cjfs. W pracy opisanej powyżej (O3) wykazałem przydatność karagenu do klaryfikacji brzeczki, natomiast celem badań prezentowanych w publikacji O4 było oszacowanie wpływu tego zabiegu na przebieg filtracji piwa gotowego. Klarowność piwa jest ważnym czynnikiem wpływającym na preferencje konsumentów, a wystąpienia zmętnienia jest często (mylnie) kojarzone z niską jakością produktu. Z tego względu usuwanie związków tworzących zmętnienia ma duże znaczenie w produkcji browarniczej. Eliminowanie nadmiaru białka i tanin jest znane jako stabilizacja koloidalna piwa. Najbardziej popularnym sposobem uzyskania klarowności piwa jest jego filtracji, która wiąże się z zastosowaniem ziemi okrzemkowej. Dawkowanie ziemi okrzemkowej zależy od jakości surowców, procesu technologicznego, stosowania innych środków stabilizujących, itp. Zazwyczaj ziemię okrzemkową stosuje się w ilości g na hektolitr piwa. Pomimo, że jest ona bardzo skuteczna, to z punktu widzenia problemów zdrowotnych i środowiskowych, stosowanie ziemi okrzemkowej jest problematyczne. Pył powoduje raka płuc, a szlam po produkcyjny stanowi duży wkład do odpadów browaru - początkowa masa suchej ziemi okrzemkowej wzrasta niemal trzykrotnie. W konsekwencji, aby zmniejszyć wpływ na środowisko warto ograniczyć zużycie ziemi okrzemkowej. Może ona być zrealizowana jedynie wtedy, gdy zostanie zachowana odpowiednia klarowność piwa. Jedną z potencjalnych opcji jest rozpoczęcie stabilizacji piwa na wczesnych etapach produkcji, a mianowicie na warzelni - podczas gotowania brzeczki. Na tym etapie można dodać karagen, w celu usunięcia niektórych związków tworzących zmętnienie, jeszcze zanim brzeczka jest przekazywana do dalszych etapów produkcyjnych. Dotychczas badania dotyczące stosowania karagenu w browarnictwie koncentrowały się głównie na aspektach technologicznych, optymalizacji procesów i jakości brzeczki (16) (18). Brak było natomiast prac łączących aspekty klarowania brzeczki karagenem, oraz ograniczenia dozowania ziemi okrzemkowej na etapie filtracji piwa. Prezentowane badania wypełniły tę lukę, ukazując możliwość ograniczenia dawkowania ziemi okrzemkowej poprzez zastosowanie karagenu podczas gotowania brzeczki. Produkcję brzeczki prowadzono zgodnie z procedurą kongresową EBC (19). Brzeczkę uzyskaną po filtracji gotowano z dodatkiem lub bez karagenu. Stężenie karagenu w brzeczce wynosiło 50 mg/dm 3 (ta dawka została wybrana z badań wstępnych z zastosowaniem 50, 100 i 200 mg/dm 3 ). Karagen dodawano 10 minut przed końcem wrzenia w postaci 5 ml wodnego roztworu zawierającego odpowiednią ilość polisacharydu (do próby odniesienia dodano 5 cm 3 czystej wody dodano). Ze względu na odparowywanie wody, ekstrakt uzyskanej brzeczki wynosił 10 Plato. Aby ocenić zapotrzebowanie na ziemię okrzemkową, do pobranych prób piwa (po usunięciu sedymentowanej biomasy drożdży) dodano różne ilości ziemi okrzemkowej i mieszano przez 20 minut (mieszadło magnetyczne ES24, 100 rpm). Stosowane dawki ziemi okrzemkowej to: 5, 20 i 40 g, 15

17 w przeliczeniu na 1 hektolitr piwa. Następnie piwo przefiltrowano przez filtr papierowy i mierzono jego zmętnienie. Zmętnienie piwa wytworzonego z dodatkiem karagenu było prawie 5-krotnie niższe w porównaniu z próbą odniesienia. Takie znaczne różnice mogą być wyjaśnione przez fakt, że białka tworzące zmętnienia wytrącają się bardziej intensywnie przez zastosowanie karagenu. Reakcja pomiędzy karagenem i polipeptydami bazuje na oddziaływaniach elektrostatycznych, a warunkiem koniecznym do flokulacji i wytrącania konglomeratów jest schłodzenie brzeczki (20). Zmętnienie piwa przed filtracją było kilka razy wyższe w próbie kontrolnej niż w próbie uzyskanej z użyciem karagenu. Filtracja piwa kontrolnego, przy użyciu ziemi okrzemkowej (dawka 40 g/hl piwa), obniżyła zmętnienie piwa o ok. 50% (z 70 do 34 jedn. EBC), zaś piwa wstępnie klarowane karagenem o ok. 90%. Gdy do filtracji piwa użyto 40 g ziemi okrzemkowej w przeliczeniu na 1 hl, zmętnienie piwa wstępnie klarowanego karagenem było niższe od 1 jednostki EBC takie piwo nazywamy niemal krystalicznym. Przy tej samej dawce ziemi okrzemkowej, piwo kontrolne po filtracji wykazywało zmętnienie na poziomie 34 jedn. EBC. W warunkach handlowych, filtracja z użyciem ziemi okrzemkowej ma na celu osiągnięcie zmętnienia mniejszego niż 1 jedn. EBC (21), przy czym stosowana zazwyczaj dawka to g/hl (22). Okazało się, że piwo kontrolne przefiltrowane z użyciem ziemi okrzemkowej w dawce 40 g/hl było bardziej mętne, niż piwo wcześniej klarowane karagenem, filtrowane z użyciem ziemi okrzemkowej w dawce 5 g/hl. Podsumowanie i możliwości wykorzystania wyników Najważniejszym wnioskiem przeprowadzonych badań jest informacja o możliwości ograniczenia dawkowania ziemi okrzemkowej w browarnictwie, dzięki wykorzystaniu wstępnej klaryfikacji brzeczki karagenem. Brak jest wcześniejszych doniesień o powiązaniu technik stosowanych na warzelni do klaryfikacji brzeczki, z poprawą warunków filtracji piwa. Jest to więc pionierska praca, w której zaproponowałem praktyczne rozwiązanie dla branży piwowarskiej, pozwalające ograniczyć zużycie ziemi okrzemkowej. Korzyści płynące ze zmniejszenia zużycia ziemi okrzemkowej są bardzo wymierne: z jednej strony poprawia się ekonomika produkcji (symulację obniżenia kosztów opisałem w opisywanej publikacji), z drugiej, obniża się obciążenie środowiska odpadami poprodukcyjnymi. O5. Poreda A., Walczak A., 2015, Jony magnezu obecne w wodzie technologicznej a stężenie jonów magnezu i cynku w brzeczce słodowej, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 6, Głównym źródłem jonów metali w brzeczce słodowej są słód i woda, natomiast chmiel (z uwagi na niski udział masowy) wnosi jedynie 1-2% jonów obecnych w brzeczce (23). Woda bogata w jony metali (szczególnie Mg i Ca), skutkuje wzrostem ich stężenia w wytwarzanej brzeczce. Wymagania jakościowe dla wody technologicznej, faworyzują jednak wodę miękką, czyli zawierającą jak najmniej związków mineralnych. Np. woda 16

18 pilzneńska (uważana często za wzorcową do celów browarniczych) zawiera 10 mg/dm 3 jonów magnezu, a jej twardość całkowita wynosi 28 mg/dm 3 CaCO3. Dla porównania woda monachijska czy wiedeńska zawierają w litrze odpowiednio: 75 i 282 (mg Mg 2+ ) oraz 264 i 689 (mg CaCO3) (24). W prezentowanej pracy podjąłem próbę poznania przyczyn negatywnego wpływu wody twardej na przebieg procesów w browarnictwie. Badałem wpływ ilości jonów magnezu zawartych w wodzie technologicznej (w zakresie od 0 do 150 mg/dm 3 ) na ich stężenie w brzeczce słodowej. Próbowałem w ten sposób określić czy występuje inhibicja uwalniania jonów Mg 2+ ze słodu, przez zbyt duże ich stężenie w wodzie. Dodatkowo określono, czy jony danego metalu (w tym przypadku magnezu) mogą hamować uwalnianie również innych jonów (np. cynku). Do produkcji brzeczki użyto słodu jasnego pilzneńskiego (50 g) oraz wody o różnym stężeniu jonów magnezu: 0, 15, 25, 50, 70, 100 i 150 mg/dm 3. Zacieranie prowadzano według schematu wytwarzania brzeczki kongresowej (EBC) (19). Zacier po schłodzeniu filtrowano przy użyciu filtra zaopatrzonego w watę, do momentu przesączenia całej objętości. Otrzymaną brzeczkę, oraz młóto poddano analizie na zawartość jonów Mg 2+ i Zn 2+. Próbki młóta poddawano mineralizacji na mokro, następnie po odpowiednim rozcieńczeniu próbki, wykonywano pomiar absorbancji przy pomocy spektrometru VARIAN 240FS. Doświadczenie przeprowadzono w 4 powtórzeniach. Stwierdzono, że stężenie jonów magnezu w wodzie nie ma wpływu na zawartość ekstraktu w brzeczce. Dla wszystkich prób jego wartość wahała się w zakresie 8,7-8,9 P. W przypadku zastosowania wody bez dodatku jonów (próba kontrolna), ilość Mg²+ w brzeczce wyniosła 104,7 mg/dm³. W kolejnych próbach (15, 25 i 50 mg/dm³ wody), teoretyczne (obliczone) stężenie Mg²+ nie różniło się istotnie od wartości stwierdzonych empirycznie. Oznacza to, że jony magnezu dodane do wody, nie zostały utracone podczas zacierania i filtracji, a ich obecność w brzeczce została potwierdzona empirycznie. Natomiast poczynając od stężenia 70 mg/dm³ magnezu w wodzie, nastąpiło częściowe zahamowanie wyługowania tych jonów do brzeczki, przy czym im wyższe stężenie Mg²+ w wodzie zastosowano, tym straty tych jonów były większe w brzeczce wytworzonej z wody o stężeniu Mg 2+ wynoszącym 150 mg/dm 3, sięgające nawet 15%. Dzięki wykonanym doświadczeniom udowodniono, że nadmierna ilość Mg 2+ w wodzie (>100 mg/dm 3 ), powoduje ograniczenie ich ekstrahowania do brzeczki. W młócie z prób zacieranych z wodą o stężeniu od 0 do 70 mg/dm³ stwierdzono nieznaczną tendencję wzrostową jeśli chodzi o zawartość jonów magnezu. W tym zakresie wartość statystyki p wahała się w granicach 0,07-0,20. Natomiast przy wodzie o najwyższych stężeniach magnezu (100 i 150 mg/dm³), różnice w odniesieniu do prób 0 i 15 były bardziej istotne (p<0,05). Wykazany wzrost ilości Mg 2+, nastąpił na skutek absorbowania części tych jonów w młócie. Masa młóta uzyskiwana w każdym wariancie doświadczenia była stała (ok. 70 g), stąd należy sądzić, że to właśnie wzrost stężenia jonów w młócie odpowiada za straty wykazane w wynikach analizy brzeczki. Przy stężeniu 15 mg/dm³ Mg 2+ w wodzie, stwierdzono obniżenie ilości jonów cynku w brzeczce (z 1,2 mg/dm³ do 1,1 mg/dm³). W kolejnych wariantach doświadczenia, wraz 17

19 ze wzrostem stężenia jonów magnezu w wodzie, ilość cynku w brzeczce ulegała dalszemu zmniejszeniu. Najniższą wartość (0,6 mg Zn 2+ /dm³) stwierdzono przy zastosowaniu wody o stężeniu 100 mg Mg²+/dm³, tak więc ilość cynku w brzeczce zmalała dwukrotnie w porównaniu do próby kontrolnej). Najwyższą zawartość cynku w brzeczce (1,2 mg/dm³) otrzymano przy zacieraniu z wodą dejonizowaną, natomiast wzrost stężenia magnezu w wodzie powodował zmniejszenie ilości cynku w brzeczce. Ograniczenie stężenia jonów cynku w brzeczce, przez zbyt wysoką ilość jonów magnezu w wodzie technologicznej może mieć negatywny wpływ na przebieg fermentacji. W doświadczeniach prowadzonych przez Bromberga i in. (1997) wykazano, że fermentacja brzeczki zawierającej 86 mg Mg 2+ /dm 3 oraz 0,06 mg Zn 2+ /dm 3 przebiegała dwukrotnie szybciej niż w przypadku brzeczki o takiej samej ilości jonów cynku, ale wyższym stężeniu Mg 2+ (135 mg/dm 3 ). Podsumowanie i możliwości wykorzystania wyników W przedstawionej pracy wykazałem, że jony magnezu obecne w wodzie technologicznej stosowanej do wytwarzania brzeczki słodowej, po przekroczeniu pewnego stężenia progowego (ok. 100 mg/dm 3 ), powodują ograniczenie uwalniania tych jonów z surowców do brzeczki. Sumaryczna ilość jonów dostarczonych do zacieru (ze słodem i z wodą), nie przechodzi całkowicie do brzeczki, ale jest częściowo usuwana wraz z młótem. Jony cynku są jeszcze bardziej podatne na inhibicję magnez obecny w wodzie nawet w niskim stężeniu (15 mg/dm 3 ) obniża ilość jonów Zn 2+ w brzeczce, w porównaniu do próby wytworzonej z wody dejonizowanej. Udowodniony został jeden z mechanizmów negatywnego wpływu twardości magnezowej na skład jonowy brzeczki. Praktyczne znaczenie opisanych wyników, to ukazanie potrzeby uzdatniania (zmiękczania) wody zawierającej zbyt wysoką zawartość jonów magnezu, szczególnie w browarach, w których nie stosuje się suplementacji brzeczki jonami metali. O6. Poreda A., Stefaniuk K., Hoc J., Zdaniewicz M., 2014, Poprawa efektywności suplementacji brzeczki jonami cynku, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 2, 4-8. W publikacji pt. Poprawa efektywności suplementacji brzeczki piwnej jonami cynku podjąłem próbę oceny strat jonów cynku podczas procesu klarowania brzeczki piwnej w kadzi wirowej typu Whirlpool. Jony cynku są kluczowe dla prawidłowego przebiegu fermentacji brzeczki piwnej, a ich niedobór może nawet doprowadzić do zatrzymania procesu fermentacji, przed uzyskaniem odpowiedniego stopnia odfermentowania. Z tego względu, w browarach przemysłowych, stosuje się korekcję składu jonowego brzeczki, poprzez dodatek soli cynku jeszcze na etapie warzelni. Zazwyczaj suplementację przeprowadza się dodając odpowiednią porcję soli cynku na etapie kadzi wirowej. Jest to ostatni zbiornik warzelni, w którym brzeczka jest jeszcze gorąca (przed transferem do działu fermentacji następuje chłodzenie brzeczki przy użyciu płytowego wymiennika ciepła), a po jej schłodzeniu wszelka ingerencja w skład niesie za sobą duże ryzyko zakażenia mikrobiologicznego. Niestety, na tym etapie powstaje też duża 18