Виды и задачи лабораторного контроля
Методы лабораторного контроля можно разделить на органолептические и инструментальные. Органолептический анализ предусматривает оценку исследуемого объекта посредством органов чувств испытателя или группы испытателей с помощью качественных или количественных методов. Инструментальный анализ служит для определения физико-химических и микробиологических показателей качества (технохимический и микробиологический контроль). При этом одни показатели характеризуют основные параметры и кондиции сырья, полупродуктов или готовой продукции, а другие являются показателями безопасности и строго регламентируются на законодательном уровне.
К основным задачам лабораторного контроля можно отнести:
- контроль качества и безопасности входящего сырья;
- анализ технологических параметров производства, а также готовой продукции на предмет соответствия требованиям нормативных документов;
- оценка санитарного состояния помещений, качества мойки и дезинфекции технологического оборудования.
Подробная схема лабораторного мониторинга на конкретном предприятии должна быть изложена в программе производственного контроля, разрабатываемой предприятием самостоятельно. Данный документ является обязательным документом для любого пищевого предприятия на территории РФ и неотъемлемой частью систем менеджмента качества, основанных на принципах ХАССП. Нужно отметить, что лабораторный контроль может осуществляться как собственными силами предприятия в заводской лаборатории, так и с привлечением сторонних организаций — аттестованных или аккредитованных лабораторий.
Контроль качества исходного сырья и сусла
Основным сырьем для производства сидра являются фрукты, основные требования к качеству которых приведены в соответствующих нормативных документах. В государственных стандартах регламентированы внешний вид, запах и вкус, степень зрелости, размеры и качество плодов, наличие посторонних примесей и включений, массовая доля растворимых сухих веществ в соке. В зависимости от значений некоторых из перечисленных показателей плоды и ягоды делятся на товарные сорта.
Необходимым условием является соответствие фруктов требованиям норм безопасности, приведенных в ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Нормируется содержание радионуклидов, токсичных элементов, пестицидов и нитратов. Не допускается наличие в плодах и ягодах возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний, их токсинов, яиц гельминтов и цист кишечных патогенных простейших.
С точки зрения производителя сидра, помимо отсутствия посторонних включений, вредных веществ и микроорганизмов значение имеют степень зрелости и отсутствие испорченных плодов (загнивших, заплесневевших и т.д.). Хотя незначительное количество последних допустимо, так как может быть удалено в ходе инспекции. Простым и доступным вариантом определения степени зрелости является выявление наличия крахмала, который обычно присутствует в недозрелых семечковых фруктах, по йод-крахмальной пробе.
В исходном сусле для сидра важно определять не только массовую долю растворимых сухих веществ, но также его сахаристость, кислотность, содержание других экстрактивных веществ, в первую очередь фенольных соединений, отвечающих за терпкость и/или горечь сидра и придающих ему необходимое «тело».
Массовая доля растворимых сухих веществ является, пожалуй, одним из важных и при этом наиболее просто определяемых показателей сока. Он характеризует суммарное содержание в сусле углеводов и других растворимых в воде соединений (органических кислот, фенольных и минеральных веществ, аминокислот и др.), выраженное в пересчете на содержание сахарозы в 100 г раствора, в % или градусах Брикса (°Brix, °Bx). По сути, данный показатель отражает содержание в соке общего экстракта, который условно можно разделить на сбраживаемый и несбраживаемый. Зная их соотношение, можно рассчитать примерное содержание сахаров на основании измеренного с помощью рефрактометра или ареометра значения массовой доли сухих веществ. Это дает возможность не прибегать к сложным химическим анализам или методам, требующим наличия дорогостоящих приборов и особой квалификации персонала.
Точное количество сахаров в соке может быть определено перманганатным или фотоколориметрическим методом, а также с помощью современных методов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и капиллярного электрофореза. При этом последние два метода позволяют определить не только общее количество простых углеводов, но также их содержание по отдельности.
Показатель кислотности бывает двух видов. Первый вид — это активная (истинная) кислотность (водородный показатель или показатель рН). Представляет собой безразмерную величину, характеризующую концентрацию ионов водорода в продукте и представляющую собой десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком. Определяют данный показатель с помощью специального прибора – рН-метра и выражают в безразмерных единицах.
Второй вид кислотности — титруемая или общая кислотность, отражающая суммарное содержание в напитке всех кислот и кислых солей, реагирующих с щелочью при титровании. Выражают ее по-разному, в зависимости от вида напитка и отрасли. В безалкогольном производстве принято выражать титруемую кислотность в см3 (мл) раствора гидроксида натрия или калия концентрацией 1 М (1 моль/л), пошедшего на титрование 100 мл напитка. Для пива и кваса — в кислотных единицах (1 мл щелочи концентрацией 1 моль/л соответствует 1 к. ед.). В соковой промышленности — в %, а в виноделии — в граммах на литр, в пересчете на превалирующую кислоту (для яблочного сока или сидра — в пересчете на яблочную).
Между рассмотренными показателями кислотности нет прямой зависимости. То есть, измерив значение рН напитка, нельзя узнать содержание в нем титруемых кислот, и наоборот. Хотя общая зависимость наблюдается — чем больше концентрация титруемых кислот, тем, как правило, ниже уровень рН. Однако, даже при относительно высоком содержании титруемых кислот, уровень рН может быть выше ожидаемого уровня, что зависит от химического состава напитка.
Уровень рН сока важен для выбора дальнейшей стратегии его переработки в сидр, например, в плане выбора оптимальной дозы диоксида серы для сульфитации. Значение титруемой кислотности дает нам общее представление о кислотности будущего сидра, позволяет принять решение о том, целесообразно ли проводить яблочно-молочное брожение (ЯМБ), как и с чем необходимо купажировать этот сок, или в дальнейшем сидровый материал, для получения готовой продукции с заданными кондициями.
От уровня кислотности зависит стабильность сидра при хранении против микробиологических помутнений, в первую очередь бактериального характера. Решающее значение здесь играет уровень рН, так как при низком его уровне многие виды микроорганизмов уже не могут развиваться, включая патогенную микрофлору. Низкий уровень рН усиливает также антисептические свойства диоксида серы, который может добавляться в сидр не только в качестве антиокислителя, но и в качестве консерванта. Это связано с тем, что чем ниже рН, тем больше молекулярного SO2, который как раз и обладает антибактериальными свойствами.
Содержание в соке фенольных веществ может быть определено перманганатометрическим методом (метод Левенталя). Данный метод основан на титровании, не требует дорогостоящих реактивов и поэтому является достаточно доступным, но не очень точным. Более точный метод — фотоколориметрический. Для него необходимы особые реактивы (реактив Фолина-Чокальтеу, галловая кислота), а также специальное оборудование (фотоэлектроколориметр или спектрофотометр для измерения оптической плотности, лабораторная центрифуга для подготовки проб). При необходимости, помимо общего содержания фенольных веществ, фотоколориметрическим методом с применением дополнительных реактивов могут быть определены концентрации полимерных и мономерных форм фенольных веществ, катехинов и процианидинов.
Еще одним важным показателем сока является содержание в нем азотистых веществ. Это могут быть как минеральные вещества (соли аммония, нитраты), так и органические формы (аминокислоты, амиды, амины, пептиды, белки). Часть этих соединений может усваиваться дрожжами в ходе ферментации. К таким веществам относятся простые аммонийные соединения, свободные аминокислоты и некоторые пептиды. Данную группу азотистых веществ принято объединять термином «усваиваемый дрожжами азот» (YAN – yeast assimilable nitrogen). Усваиваемые дрожжевыми клетками аминокислоты и пептиды обозначают термином «свободный аминный азот» (FAN – free amino nitrogen). Доля неусваиваемых азотистых соединений (белков, высокомолекулярных пептидов) от общего содержания азотистых веществ в яблочном соке составляет около 20%.
Данные по содержанию YAN или FAN в сусле для сидра могут, например, позволить правильно подобрать дозировки питательных веществ для оптимизации процесса ферментации или оценить эффективность осветления сока методом «кивинга», когда задача стоит в снижении содержания усваиваемого азота, что приводит к замедлению ферментации и получению сидра с натуральным остаточным сахаром. Повышенное остаточное содержание азотистых веществ в сидре может быть фактором его нестабильности при дальнейшем хранении против биологических помутнений. Усваиваемый азот, даже при отсутствии остаточных сахаров, может способствовать развитию в сидре различных видов бактерий, очень чувствительных к наличию азотистого питания и способных использовать в качестве субстрата для своего развития не только простые углеводы, но также органические кислоты и другие экстрактивные вещества сидра.
Общее количество азотистых веществ в соке или сидре может быть определено методом Кьельдаля. Данный метод считается достаточно точным, но является очень трудоемким. Количество аминного азота может быть найдено с помощью относительно более доступных методов, например с помощью медного способа или формольного титрования. В последние годы всё большее распространение находят методы определения общего или аминного азота с применением фотометрии (фотоколориметрии и спектрофотометрии). Данные методы отличаются хорошей точностью и относительной быстротой проведения анализа, но требуют наличия дорогостоящего оборудования и специальных реактивов. Например, одним из распространенных сейчас методов определения FAN является фотоколориметрический метод с использованием нингидрина.
Контроль над технологическими процессами производства сидра
В случае проведения операций по осветлению сока контролировать данный процесс можно по содержанию в соке взвесей. Традиционно массовую долю взвесей в сусле определяют гравиметрическим методом. Для этого пробу сусла центрифугируют и затем взвешивают массу осадка. Однако, в последнее время всё большее применение находит определение степени осветления сусла по уровню его мутности, определяемого с помощью специальных приборов — мутномеров (нефелометров). Последний метод отличается быстротой выполнения и хорошей точностью. Он может применяться не только для контроля над процессом осветления сусла, а также для оценки эффективности обработки сидра осветляющими материалами и фильтрации.
Еще одним способом контроля над эффективностью осветления сока является определение наличия в нем растворимого пектина, часто являющегося источником стойких помутнений в сидре. Определить наличие пектина можно визуально с помощью экспресс-теста (спиртовая проба), либо количественно с помощью фотометрического метода.
Контроль над брожением сусла необходимо осуществлять путем ежедневных замеров его температуры и плотности с помощью ареометра. По разности плотностей сусла до начала и во время брожения можно приблизительно рассчитать количество остаточных сахаров и образовавшегося спирта.
В ходе всего технологического процесса производства возможно растворение в соке и сидре тех или иных количеств кислорода воздуха. Это может играть как положительную, так и отрицательную роль в формировании качества конечного продукта. Для контроля над растворением кислорода в ходе технологических операций можно использовать как лабораторные приборы (кислородомеры, оксиметры), так и специальные датчики постоянного мониторинга, которые могут быть встроены непосредственно в технологическое оборудование.
При проведении операции ЯМБ помимо рН и общего содержания титруемых кислот желательно иметь возможность определения соотношения яблочной и молочной кислот. Это необходимо для объективного контроля и возможности управления процессом ЯМБ. Для оценки количеств яблочной и молочной кислот можно использовать фотометрические методы, а также методы капиллярного электрофореза и ВЭЖХ.
В случае изготовления сидра прозрачного, без осадка и посторонних включений, важно, чтобы после розлива напиток оставался таким же в течение всего заявленного срока годности. Фильтрация не всегда гарантирует стабильность напитка после розлива. Это связано с возможностью появления в нем различного рода помутнений — микробиологической, биохимической или физико-химической природы. Поэтому для предотвращения помутнений, сидр необходимо подвергать различного вида обработкам, по аналогии с тем, как это делают в виноделии. Соответственно, в данном случае перед лабораторией сидродельни будет стоять задача в выявлении склонности сидровых материалов к тем или иным видам помутнений, апробации схем обработки сидра против возможных выявленных помутнений (проведение пробных лабораторных обработок), а затем оценка эффективности производственной обработки и стабильности напитка перед розливом. Для решения указанных задач вполне возможно использовать методы испытаний, применяемые в виноделии, но с учетом особенностей, характерных для сидра. Так, например, бессмысленно оценивать стабильность сидра против кристаллических помутнений, так как он не содержит винную кислоту, наличие которой приводит к образованию в винах труднорастворимых солей (винного камня).