Применение ферментных препаратов при затирании
В результате своей жизнедеятельности ряд микроорганизмов накапливает значительные количества ферментов, которые могут быть в той или иной степени использованы в пивоварении.
Ферментные препараты получают из ряда бактерий (Вас. subtilis, Вас. mesentericus) и плесневых грибов из родов Aspergillus, Rhizopus и Мисог. Конечно, не все виды плесеней и бактерий обладают одинаковыми ферментативными свойствами; они зависят не только от вида микроорганизмов, но и от отдельных штаммов этих микроорганизмов. Чаще всего получаемые препараты обладают сильной амилолитической и протеолитической активностью, однако имеются продуценты и сильной цитолитической активности (например, гриб Trichothecium roseum).
Впервые сравнительно широкое применение в пивоварении при затирании получил препарат, предуцентом ферментов которого является активный штамм гриба Aspergillus oryzae, выделенный Украинским научно-исследовательским институтом пищевой промышленности (Е. Я. Калашников и Д. Б. Лифшиц). Этот препарат представляет собой высушенные пшеничные отруби, пророщенные культурой указанного гриба.
По данным авторов, полученный препарат превышает ферментативную активность ячменного солода по осахаривающей способности в 3-4 раза, по разжижающей - в 8-10 раз и по протеолитической - в 15-20 раз. Кроме того, препарат обладает и цитолитической активностью.
Осахаривающая способность плесневой амилазы очень высока. Она достигает 85-90%-ного осахаривания крахмала. Однако при этом проба на йод остается синяя. Несмотря на глубоко прошедший распад крахмала, еще содержится небольшое количество высокомолекулярных продуктов расщепления, наличие которых и обусловливает указанное синее окрашивание. Это обусловлено, по-видимому, тем, что действие α-амилазы плесневых грибов несколько отличается от действия солодовой амилазы.
При затирании, когда наряду с грибной амилазой имеется амилаза солода, оставшиеся высокомолекулярные продукты расщепления крахмала претерпевают дальнейший распад и синее окрашивание исчезает.
Калашников с сотрудниками в своих лабораторных опытах для устранения этого явления применил ферментный препарат из Вас. subtilis.
При обработке несоложеных материалов ферментными препаратами концентрация водородных ионов в заторе доводится до нужной при помощи молочной кислоты, которая применяется в сравнительно больших количествах (0,2% по отношению к количеству зерноприпасов).
Качество полученного пива удовлетворительное, а технологический процесс протекает без каких-либо затруднений. Углеводный состав сусла и пива заторов из одного солода и из смеси солода и несоложеного ячменя резких различий не имеет.
При применении очень больших количеств несоложеного ячменя затрудняется фильтрация.
Как уже упоминалось, сухой солод содержит некоторое количество ферментов цитолитического комплекса; в диафарине его значительно больше. В сравнительно небольших количествах цитолитический комплекс содержат и ферментные препараты Aspergillus oryzae.
Вместе с тем при переработке несоложеных злаков фермент, разрушающий гемицеллюлозу, имеет большое значение. И. Я. Веселов и Л. С. Салманова, используя несовершенный гриб Trichothecium roseum, который они выделили из плодов дынного дерева, получили препарат, содержащий цитолитические ферменты. На микросрезах ячменя, обработанного соком, полученным из культуры гриба, они наблюдали быстрое растворение клеточных стенок эндосперма (рис. 25). Культуру этого гриба авторы использовали при приготовлении пива с повышенным количеством несоложеного ячменя.
При использовании грибной культуры для обработки несоложеного ячменя в смешанных заторах (40% солода и 60% муки из несоложеного ячменя) авторы получили хорошие результаты. Обработка всей несоложеной части 1% грибной культуры и небольшим количеством солода производилась при температуре 40° С в течение 2 ч. Затем эту часть затора доводили до кипения с получасовыми выдержками при температуре 63 и 70° С. Общий затор (соединение несоложеной части с остальным солодом) готовили по одноотварочному методу.
Как известно, в результате действия комплекса цитолитических ферментов на гумми-вещества и гемицеллюлозы, вязкость родных растворов этих веществ понижается.
Вполне естественно, что при обработке затора грибной культурой Trichothecium roseum вязкость понижается и ускоряется фильтрация затора. Сусло получается более прозрачным.
Готовое пиво тоже обладает значительно большей прозрачностью и блеском, но цветность сусла повышается.
По сравнению с ферментным препаратом из Aspergillus oryzae препарат из Trichothecium roseum обладает слабой амилолитической активностью, но в то же время он в значительной степени превосходит первый препарат по цитолитической активности, которой в солоде явно недостает.
В табл. 68 приведены данные о ферментативной активности обоих препаратов.
Таблица 68
| Ферменты | Ферментативная активность, сравнимые единицы | |
| Aspergillus oryzae | Trichothecium roseum | |
| Цитолитический комплекс | 25,7 | 53,6 |
| Гемицеллюлаза | 107,3 | 131,6 |
| Целлюлаза | 3,9 | 13,0 |
| Гумми-фермент | 6,0 | 3,4 |
| Целлобиаза | 6,2 | 5,0 |
| Амилолитические | ||
| AC | 12,3 | |
| ОС | 10,0 | 0,2 |
| Пектолитические | 0,13 | 0,27 |
| Протеолитические (по Массару) через 15 мин осталось, % | 32,6 | 16,5 |
| Протеолитические на 3%-ной желатине | ||
| протеазы | 1,19 | 1,83 |
| пептидазы | 5,99 | 0,80 |
| Инвертаза | 0,34 | 0,36 |
| Каталаза | 164,5 | 77,0 |
Однако ферменты грибов Aspergillus oryzae, в основном амилолитические, обладают низкой термостойкостью; наоборот, амилаза бактерий показывает высокую термостойкость. Продуцентом зарубежных препаратов являются главным образом Вас. subtilis, наряду с амилолитическими эти бактерии вырабатывают и другие ферменты.
За рубежом бактериальные препараты применяются довольно широко (в ГДР, Франции и др.). В Канаде, Англии, Голландии, используя бактериальные ферментные препараты, вырабатывают осахаренный сироп из ячменя без добавки солода.
В СССР в 1971 г. вступил в эксплуатацию Вильнюсский опытно-промышленный завод бактериальных очищенных ферментных препаратов - амилосубтилин Г10Х. Этот препарат наряду с термоустойчивой α-амилазой обладает значительной β-глюканазной активностью, чем снижает вязкость заторов с несоложеными зерновыми материалами и способствует лучшей фильтрации этих заторов.
Н. В. Покровская с сотрудниками провела исследования активности ряда зарубежных ферментных препаратов и солода в единицах на разжижающую и осахаривающую их способность. Полученные данные приведены в табл. 69.
Таблица 69
| Ферментные препараты | Активность при температуре, °C | |||||
| Супербиолаза | ||||||
| Бактериальная амилаза (французская) | - | |||||
| Бактериальная амилаза (японская) | - | |||||
| обесц.неполное | ||||||
| Грибная амилаза (французская) | - | |||||
| нет активности | нет активности | |||||
| Грибная амилаза (японская) | ||||||
| нет активности | нет активности | - | ||||
| Солод | - | - | ||||
| 15,7 | 20,0 | 19,3 | обесц.неполное | - | - |
Примечание. В числителе показана (в Международных единицах) разжижающая активность препарата, в знаменателе - амилолитическая.
Как видно из данных, приведенных в табл. 69, бактериальные препараты обладают более высокой активностью, чем грибные. Важным свойством бактериальных препаратов является способность их сохранять свою активность при высокой температуре.
Как известно, в пивоварении при затирании солодовая β-амилаза при температуре 70° С теряет свою активность, а α-амилаза начинает ее снижать. При дальнейшем повышении температуры α-амилаза тоже инактивируется и затор может остаться недоосахаренным.
Ферменты бактериальных амилолитических препаратов выдерживают нагревание при более высокой температуре. Например, препарат супербиолаза наибольшей разжижающей активностью обладает при температуре 90° С, а осахаривающая способность его лишь незначительно снижается (максимальная осахаривающая способность наблюдается при температуре 70- 80° С).
Использование в пивоварении препаратов термостойкой α-амилазы имеет большое значение. В настоящее время уже разработана технология обработки значительных количеств несоложеного зерна в заторах при применении очищенного бактериального препарата амилосубтилина Г10Х.
Н. В. Покровской с сотрудниками проведена интересная работа, которая показала возможность увеличения количества сбраживаемых сахаров путем воздействия на высокомолекулярные декстрины ферментными препаратами. Особенно сильным препаратом является амилоризин П10Х. При температуре 50- 60° С амилоризин П10Х гидролизует олигосахариды и высокомолекулярные декстрины с образованием в основном глюкозы и частично мальтозы, что повышает сбраживаемость сусла.
Голландская фирма Naarden в последнее время предложила препарат под названием Brew-n-zume. Этот препарат включает комплекс ферментов. При обработке им несоложеного ячменя (и других злаков) можно получить пивное сусло, аналогичное суслу, полученному из солода. Препарат очищенный, применяемая доза его составляет только 0,075% в пересчете на несоложеное сырье.
Оптимальные условия действия этого ферментного препарата: для протеолитического действия температура 50° С и pH 5,9-6,0; для амилолитического - температура 70-75° С и pH 6,0.
Английской фирмой ABM предложены ферментные препараты нерваназа 10Х и протеиназа 36N (бактериального и грибного происхождения), которые в количестве до 1 % по отношению к обрабатываемому ячменю позволяют .получить пивное сусло с затратой только 5-10% солода высокой диаетатической способности. Сусло подвергают концентрации и используют в виде экстракта, подобного солодовому экстракту, который применяется для получения пива.
Здесь уместно остановиться на работах Е. Я. Калашникова и сотрудников (1959 г.) о возможности изготовления пива при применении 90% несоложеного ячменя, обработанного ферментным препаратом из Aspergillus oryzae, и 10% солода. Затор, приготовленный из ячменной муки и ферментного препарата, на- гретый до 70° С содержащий достаточное количество восстанавливающих сахаров и аминокислот, подвергался нагреванию в герметичном котле при давлении 0,04-0,06 МПа и температуре 109-112° С в течение 1,5-2 ч. При такой обработке в заторе протекала реакция меланоидинообразования. Ароматизированный затор подвергался полному доосахариванию при помощи добавления еще некоторого количества ферментного препарата и солода.
Пиво, полученное из этого затора, по органолептическим свойствам и полноте вкуса и аромата, как отмечают исследователи, было удовлетворительным и почти не отличалось от обычного заводского пива.
Следует отметить, что химический состав сусла был близок химическому составу солодового сусла.
Этой работой украинские авторы практически подтвердили возможность значительного протекания реакции меланоидинообразования в заторе, а не только при сушке солода. Они указали направление технологического процесса, почти полностью исключающего дорогостоящий и сложный процесс соложения.
Фильтрация затора
Общий процесс фильтрации затора протекает в два этапа: сцеживание первого сусла и выщелачивание водой дробины.
Первый этап представляет собой отделение жидкой фазы (сусла) от твердой (дробины). Фильтрующим слоем является твердая фаза, определенным образом располагающаяся над ситчатой перегородкой, которая служит опорой фильтрующему слою.
Температура затора при фильтрации не должна быть слишком высокой и должна обеспечить ферментативное превращение тех частиц солода, которые содержатся в нижнем фильтрующем слое, где наряду с шелухой находятся и кусочки крахмала из трудноразрыхляемых кончиков солодового зерна. Они являются участками, возле которых в первый период фильтрации образуются очаги нефильтрующего материала. Сначала эти кусочки крахмала набухают, а затем клейстеризуются. Конечно, в таком состоянии они не могут способствовать процессу фильтрации, и ферментативный распад их необходим; извлечение их без осахаривания невозможно. Но если бы это и произошло, они должны быть доосахарены в сусле, для чего также важно сохранение активности ферментов.
Значительное влияние pH на скорость фильтрации обусловлено тем, что набухание веществ дробины, являющихся коллоидными системами, происходит по-разному при разных величинах pH. По Кольбаху, наиболее благоприятным для фильтрации первого сусла является pH 5,5; повышение pH сопровождается замедлением фильтрации.
В дробине после сцеживания первого сусла содержится около 80% воды, имеющей значительное количество растворенных веществ; вымывание их и соединение с экстрактом первого сусла (в сусловарочном котле) называется выщелачиванием.
При выщелачивании происходит еще ряд химических превращений главным образом неферментативного порядка.
Большое влияние на выщелачивание дробины оказывает химический состав применяемой воды, которая обусловливает реакции, происходящие между ее солями и веществами дробины.
Условия протекающих реакций отличаются от тех, которые наблюдались при затирании; там соли воды соприкасались с буферными веществами солода, что в конечном результате приводило к установлению в заторе более или менее постоянной концентрации водородных ионов. Здесь же буферность дробины, обусловленная в начале выщелачивания наличием больших количеств растворенных веществ, постепенно понижается и не может противодействовать вредному влиянию щелочных карбонатных солей воды. pH промывных вод постепенно повышается, что влечет за собой растворение некоторых веществ дробины, которые не были извлечены, так как реакция среды на предыдущих этапах технологического процесса была более кислой.
Например, по Шильду, для выщелачивания дробины применяют воду карбонатной жесткостью 6° (2,15 мг-экв/л). В первом сусле с pH 5,8 содержание экстрактивных веществ составляет 16,6%- После первого промывания pH увеличивается до 6,12, а содержание экстракта в промывной воде снижается до 4%; в последней промывной воде pH повышается до 6,49, а содержание экстрактивных веществ снижается до 0,74%.
Такое снижение концентрации водородных ионов вызывает интенсивное растворение азотистых, а также полифенольных веществ оболочки солода и несоложеных злаков, причем усиливается извлечение красящих веществ, а также кремневой кислоты.
Наличие в воде карбоната натрия в особенности сильно повышает извлечение указанных веществ: это согласуется с результатами обработки оболочки ячменя при замачивании. Частички шелухи в присутствии иона натрия сильно набухают, делаются пористыми и легко отдают в раствор свои составные вещества. В этом случае промывные воды плохо осветляются и придают цвету сусла красный и коричневый оттенок. Ионы натрия значительно сильнее действуют, чем ионы кальция и магния.
Нейтральной, в особенности кислой, водой извлекается значительно меньше белковых веществ и кремневой кислоты, причем окраска промывных вод приобретает совершенно другой оттенок, чем при применении щелочной воды, и готовое сусло имеет нормальный цвет.
Подкисление щелочных промывных вод или кондиционирования их каким-нибудь другим способом способствует улучшению вкусовых свойств пива, устраняя грубый вкус и делая его более чистым и приятным.
Щелочные бикарбонаты, содержащиеся в большом количестве в воде, оказывают пептизирующее действие на коллоиды, вызывая их набухание. Это ведет к закупориванию каналов фильтрующего слоя дробины и препятствует нормальной фильтрации. По наблюдениям Г. И. Фертмана и В. Г. Тихомирова, процесс выщелачивания дробины при применении бикарбонатной воды по сравнению с кондиционированной удлинялся от 1,7 до 3 ч, причем pH сусла после полного набора повышался с 5,86 до 6,12.
Кольбах оценивает пригодность воды для выщелачивания дробины путем сравнения pH первого сусла и промывной воды с концентрацией экстракта 2%. Чем больше разница между этими двумя значениями pH, тем хуже вода. Так, например, вода, для которой эта разница pH составляет 0,25, более пригодна, чем при разнице, равной pH 0,65.
Гипсованная вода значительно понижает цветность промывных вод и сусла. Ион SО4'' уплотняет шелуху дробины, и экстрагирование из нее нежелательных веществ значительно затрудняется.
К этому следует добавить, что концентрация экстрагируемых веществ в промывной воде изменяется. Первое сусло представляет собой насыщенный раствор экстракта и между дробиной и суслом устанавливается определенное соотношение, при котором явления диффузии и осмоса почти не наблюдаются, а поэтому извлечение полифеноловых веществ из шелухи, достигнув определенного предела, прекращается и возобновляется при выщелачивании, когда установившееся равновесие нарушается.
В этом случае по тем же причинам, несмотря на более низкую температуру при выщелачивании (75-80° С), химическое и физическое растворение веществ дробины оказывается более интенсивным, чем при кипячении отварок.
Интерес представляет поведение отдельных фракций поли- фенольных соединений при выщелачивании (рис. 26). Дубильные вещества при обычных методах работы почти полностью извлекаются, и только очень небольшая часть их растворяется в конце выщелачивания; горькие вещества оболочки сначала сильно выщелачиваются, но уже в середине периода промывания дробины процесс замедляется и этих веществ остается в ней еще много, а дальнейшее выщелачивание приводит к значительному ухудшению вкуса пива.
Экстрактивные вещества, растворенные в воде, удерживаются веществами дробины путем набухания последней или путем адсорбции на поверхности частичек дробины. Якоб подсчитал, что 1 кг зерен солода, поверхность которых составляет приблизительно 1,5 м2. при измельчении в крупу с диаметром частичек 1 мм увеличивает свою поверхность в 5 раз, при диаметре частичек 0,5 мм - в десять раз, а при диаметре частичек 0,1 мм - в 50 раз. В этом последнем случае общая поверхность составляет 72 м2.
Способность частичек шелухи пропитываться жидкостью равна приблизительно половине той же способности теста: 100 г сухой шелухи могут впитать 200-300 мл воды, а 100 г сухого теста 400-500 мл.
На эффект выщелачивания дробины, таким образом, оказывают влияние набухание, диффузия и осмос, причем имеется значительная разница в скорости этих процессов, если объектами обработки являются шелуха или тесто. Это подтверждается опытами того же исследователя.
При смешивании 100 г влажной шелухи дробины, занимающей объем 150 см3, с 200 мл воды в растворе через 10 мин устанавливалось постоянство концентрации экстракта. При таком же опыте со 100 г влажного теста, имеющего меньший объем (90 см3), но впитавшего значительно большее количество экстракта, постоянство концентрации экстракта в растворе достигалось значительно раньше (примерно в срок в два раза короче).
Отмыть экстрактивные вещества из теста значительно труднее, чем из шелухи.
Состав экстракта первого сусла и промывных вод вследствие указанных выше условий выщелачивания, конечно, не может быть одинаковым и особенно резко изменяется с момента снижения концентрации экстракта в промывных водах до 4% и ниже.
Например, Шильд показал, что содержание золы в экстракте первого сусла, имеющего концентрацию 16,6%, равнялось 1,3%. в промывной воде с содержанием экстракта 4% - 1,75%, а в последней промывной воде - 4,28%. Содержание фосфорной кислоты (Р2О5) увеличивается в 1,5 раза по сравнению с количеством экстракта в первом сусле, а содержание общего азота повышается от 804 мг до 1390 мг в пересчете на 100 г экстракта. Увеличивается и цветность сусла. Цвет первого сусла, разбавленного до концентрации 8%, - 0,22 мл 0,1 н. раствора йода, цвет промывной воды с концентрацией 4% -0,4 мл 0,1 н. раствора йода, т. е. при доведении концентрации раствора до 8% цветность выразилась бы величиной 0,8. Цветность последней промывной воды при пересчете на 8%-ное сусло равнялась 3,5-4,0 мл 0,1 н. раствора йода.
В литературе имеются данные о сравнительном составе экстракта первого сусла (14,07%) и промывной воды (2,10%), которые приведены в табл. 70.
| Составные части экстракта | Содержание (в %) в экстракте | |
| первого сусла | промывной воды | |
| Мальтоза | 58,95 | 53,07 |
| Белковые вещества | 4,34 | 5,58 |
| Зола | 1,54 | 2,52 |
| SiО2 | 0,1481 | 0,4536 |
| CaO | 0,0440 | 0,0484 |
| MgO | 0,1198 | 0,1799 |
| K2O | 0,4130 | 0,6577 |
| P2O5 | 0,6844 | 1,0108 |
| Отношение мальтоза : немальтоза | 1:0,696 | 1:0,884 |
Особенно вредным для качества пива является растворение веществ шелухи, неприятных во вкусовом отношении, портящих вкус пива, и красящих веществ. Увеличение белковых высокомолекулярных соединений едва ли может быть отрицательным фактором, так как именно эти фракции белка легко коагулируют во время кипячения сусла.
Органолептически же улавливаемые вещества промывных вод отрицательно влияют на вкус пива; это подтверждается тем фактом, что пиво, приготовленное с небольшим количеством промывных вод, всегда обладает более приятным, мягким вкусом, чем пиво, полученное с использованием большого количества промывных вод.
Кипячение и охмеление сусла
Кипячение сусла может быть начато только по достижении полного осахаривания, так как этот процесс сопряжен с полным уничтожением ферментов. С этой точки зрения более правильным является начинать кипячение после окончания набора сусла, так как последними промывными водами могут быть выщелочены из дробины остатки крахмального клейстера. Кипячение сусла может быть начато раньше достижения полного набора лишь при использовании хорошо растворимого солода.
Целью кипячения и охмеления сусла является инактивирование ферментов, стерилизация сусла, доведение его до определенной плотности, коагуляция белковых веществ, растворение и превращение горьких веществ хмеля и удаление тех легких фракций эфирного масла, которые при окислении портят вкус пива.
Инактивирование ферментов необходимо для сохранения определенного химического состава сусла. Ферменты, оставшиеся в охлажденном сусле, при брожении неизбежно разрушали бы декстрины до мальтозы. Таким образом, в сусле могут накапливаться лишние количества сбраживаемых веществ и изменяться характер получаемого пива.
Сусло содержит ряд микроорганизмов, количество которых особенно быстро возрастает при понижении температуры фильтрации первого сусла. При кипячении сусла все имеющиеся в нем микроорганизмы уничтожаются.
Для превращения горьких веществ хмеля и хорошей коагуляции белков необходимо интенсивное продолжительное кипячение сусла, так как последние могут способствовать помутнению готового пива и образованию в нем осадка; интенсивность кипячения должна обеспечивать при работе на обычных сусловарочных котлах испарение 6-8% воды в течение 1 ч.
Коагуляция белковых веществ
В основе процесса образования хлопьев белков при кипячении сусла лежит тепловая коагуляция, которая протекает в две стадии. Первой стадией является дегидратация белковой молекулы и переход ее в состояние суспензоида - происходит денатурация белка, т. е. превращение гидрофильного золя в гидрофобный. В таком превращении решающее значение имеет тонкий слой на границе между дисперсной фазой (в данном случае белком) и дисперсионной средой (в данном случае суслом), который у этих двух золей различен; у лиофобных коллоидов поверхностный слой характеризуется очень высокой чувствительностью к действию электролитов, наличие которых в сусле всегда возможно.
Денатурированные белки удерживаются в суспендированном состоянии благодаря собственным электрическим зарядам, которые не позволяют сближаться отдельным молекулам белка.
Вторая стадия коагуляции состоит в том, что дегидрированные молекулы денатурированного белка под действием электролитов соединяются в более грубые, большие по объему хлопья (образование бруха).
Несмотря на полное завершение первой стадии, вторая стадия может происходить не полностью. Белки могут денатурировать при любом значении pH, а коагуляция легче всего протекает вблизи изоэлектрической точки.
Так как в сусле находятся разные фракции белков, осаждающиеся при разных значениях pH, то, естественно, не все они в одинаковой степени будут подвергаться коагулированию. Например, изоэлектрическая точка ячменного альбумина (лейкозина) лежит при pH 5,75; разными изоэлектрическими точками обладают отдельные фракции ячменного глобулина (эдестина); α-глобулин - при pH 5,0; β-глобулин- при pH 4,9; γ-глобулин - при pH 5,7.
Как известно, β-глобулин является главной белковой составной частью мути пива. Изоэлектрическая точка этого белка обычно достаточно далеко отстоит от pH сусла.
Понижение pH затора благоприятно действует на выделение коагулируемого белка.
При кипячении сусла белковые вещества, несущие положительный заряд, стремятся соединиться с веществами, заряженными отрицательно, поэтому вполне естественно образование комплексов белков с дубильными веществами, так как танины имеют отрицательный заряд.
К ионам, способствующим коагуляции белков, относятся сульфатный ион. Гипсованная вода, например, вызывает очень хороший брух.
Как видно из сказанного, коагуляция белков при кипячении сусла, да еще в присутствии веществ хмеля, является сложным процессом. При этом образуются комплексные соединения белков с другими соединениями (ионами неорганических солей, танинами, кремневой кислотой и находящимися в сусле коллоидными соединениями). Они образуют сложные белково-коллоидные мицеллы, обладающие адсорбционными свойствами, для которых требуются другие условия осаждения, чем для чистых белков.
Влияние pH на выпадение белков при кипячении как неохмеленного, так и охмеленного сусла очевидно, по данным, полученным Д. П. Щербачевой, показано в табл. 71.
Таблица 71
| Формы азота | Содержание общего и коагулированного азота в сусле при различном pH | |||
| 5,7 | 5,4 | 5,2 | 5,0 | |
| После 2 ч кипячения без хмеля | ||||
| Общий, мг/100 мл | ||||
| до кипячения | 116,20 | 102,72 | 116,84 | 112,85 |
| после кипячения | 90,44 | 80,25 | 75,11 | 73,04 |
| Коагулированный | ||||
| мг/100 мл | 25,86 | 22,47 | 41,73 | 39,77 |
| % к общему азоту | 22,2 | 21,8 | 35,7 | 35,2 |
| После 2 ч кипячения с хмелем | ||||
| Общий после кипячения, мг/100 мл | 89,88 | 80,40 | 82,81 | 77,04 |
| Коагулированный | ||||
| мг/100 мл | 26,32 | 23,32 | 34,03 | 35,81 |
| % к общему азоту | 22,6 | 21,7 | 29,9 | 31,7 |
В практике пивоварения максимальная коагуляция белков наблюдается при pH 5,2-5,0; в этом преимущество подкисления заторов.
Концентрация водородных ионов при кипячении сусла повышается; pH снижается на 0,2-0,3. Хмелевые кислоты плохо диссоциируют и поэтому не могут быть причиной такого сильного увеличения концентрации водородных ионов (снижение pH на 0,3 соответствует увеличению [Н.] в два раза). Основная причина этого явления связана с образованием трехосновных фосфорнокислых солей кальция и магния, которые нерастворимы в воде и выпадают из сусла.
На коагуляцию белков значительное влияние оказывает продолжительность кипячения. В табл. 72 приведены данные, полученные тем же исследователем при кипячении неохмеленного сусла.
Таблица 72
| Азот | Динамика коагуляции белков сусла при кипячении, ч | ||||
| Опыт 1 | |||||
| Общий, мг/100 мл | 110,5 | 98,1 | 93,0 | 90,1 | 90,1 |
| Коагулированный, | |||||
| мг/100 мл | - | 12,4 | 17,5 | 20,4 | 20,4 |
| % к общему | - | 11,2 | 15,8 | 18,4 | 18,4 |
| Опыт 2 | |||||
| Общий, мг/100 мл | 139,0 | 116,7 | 102,5 | 99,0 | 96,7 |
| Коагулированный | |||||
| мг/100 мл | - | 25,3 | 36,5 | 40,0 | 42,3 |
| % к общему | - | 18,2 | 26,2 | 28,7 | 30,4 |
В первом опыте при трехчасовом кипячении была достигнута максимальная коагуляция белков, во втором - коагуляция продолжалась еще и после трехчасового кипячения. В литературе имеются указания, что при семичасовом и даже девятичасовом кипячении сусла не удаляются полностью все способные к коагуляции белки.
Значительное влияние на коагуляцию белков при кипячении оказывает концентрация сусла. Белки быстрее коагулируют в сусле низкой экстрактивности; в более плотном сусле коагуляция протекает медленнее.
Автор проследил динамику уменьшения белка в сусле разной плотности в течение 6 ч кипячения без добавления хмеля и с хмелем (рис. 27, а и б).
Роль дубильных веществ в коагуляции белков до сих пор полностью не выявлена. По-видимому, это обусловлено тем, что дубильные вещества имеют сложный состав и как в оболочке ячменя (солода), так и в хмеле находятся совместно с горькими веществами. В неохмеленном сусле Гартонг установил наличие 111 мг дубильных веществ в 1 л, а за счет хмеля количество их увеличилось только на 80 мг/л. Из солода дубильных веществ переходит в сусло больше, чем из хмеля. Общепринятым считается, что дубильные вещества хмеля способствуют выделению белковых веществ. Работы Шустера и Рааба показали, что в сусле как до кипячения, так и после кипячения без хмеля содержалось, примерно одинаковое количество дубильных веществ (365,1 и 363,9 мг/л), в то время как количество азотистых веществ снизилось от 803 до 760 мг/л. Это может указывать на то, что коагуляция белков при кипячении сусла происходит без участия дубильных веществ.
Однако непродолжительное кипячение сусла перед добавлением в него хмеля, применяемое на некоторых заводах, позволяет получить пиво с более чистым вкусом.
Дубильные вещества хмеля и оболочки ячменя имеют разный характер. По-видимому, дубильные вещества хмеля оказывают большое влияние на образование вкуса пива. Характерные свойства своего пива чешские исследователи связывают с наличием в сортах чешского хмеля больших количеств дубильных веществ по сравнению с хмелем других стран и с определенным соотношением отдельных фракций этих веществ.
Танины являются химически нестойкими веществами и при окислении конденсируются во флобафены, которые по существующему в пивоварении мнению образуют с белками сусла комплексы, нерастворимые как в горячем состоянии, так и при охлаждении. Соединения же дубильных веществ с белками не склонны к коагуляции в горячем состоянии и поэтому не выпадают в горячем сусле, но при охлаждении частично выпадают и обусловливают помутнение охлажденного сусла. Так как происходит только частичное выпадение, то некоторое количество их попадает в пиво.
При окислении дубильных веществ образуются соединения, подобные флобафенам, что является одной из причин появления коллоидной мути пива. Так как вещества этой мути способны образовывать в дальнейшем хлопьевидный осадок, окрашенный в коричневый цвет, то можно предполагать, что одной из составных частей этого осадка является флобафен.
Как известно, полифенолы, и в частности танины, подобно пиррогаллолу обладают свойством легко соединяться с атмосферным кислородом и образовывать темноокрашенные вещества. Примесь этих веществ к белковым соединениям, вероятно, вызывает потемнение последних, особенно при экспозиции на воздухе.
Важным фактором для выделения белка из сусла является интенсивность кипячения.
Антоцианидины, содержащиеся в хмеле, переходят в сусло и переносят кипячение, однако обычно общее количество их в сусле не увеличивается, так как антоцианогены адсорбируются частично белками, выделяющимися при кипячении. Количество антоцианогенов, поступающих в сусло, примерно составляет 1/12-1/6 того количества, которое выделяется из солода и несоложеного ячменя.
Вещества сусла, находящиеся на поверхности, играют особо важную роль в образовании осадка. Самопроизвольное стремление к уменьшению поверхностного натяжения на границе раздела сусло - воздух вызывает быструю миграцию на поверхность частиц белков, являющихся поверхностно-активными веществами. Концентрация их в поверхностном слое увеличивается, и возможность столкновения одной частицы с другой становится гораздо больше, чем в глубоких слоях. На пленке, окружающей пузырек пара, молекулы белка конденсируются, агглютинируют и при лопании пузырьков белки выделяются в виде крупных нерастворимых агрегатов, которые в дальнейшем выпадают в осадок. Поэтому интенсивное кипячение сусла в сусловарочном котле всегда благоприятствует образованию хорошего бруха и уменьшает возможность помутнения пива в дальнейшем.
Хмелевые шишки содержат ряд макро- и микроэлементов, среди которых алюминий занимает первое место; медь, железо и цинк находятся в меньшем количестве. Содержание микроэлементов очень небольшое. Все они в какой-то мере оказывают свое влияние на коагуляцию белков при кипячении сусла. А. В. Андрющенко и Г. И. Фертман, исследуя состав белкового коагулянта после кипячения сусла, установили, что особо важное значение в указанном процессе имеют железо и цинк, значительно меньшее - хром и олово.