Растворение и превращение хмелевых веществ
Добавление хмеля при изготовлении сусла связано со следующими технологическими моментами:
· придать пиву присущие ему специфический горький вкус и хмелевой аромат;
· повысить сопротивляемость пива бактериальной инфекции; передать суслу и пиву вещества, способствующие выделению и удалению нежелательных коллоидов;
· создать фильтрующий слой для отделения веществ, выделившихся из сусла во время кипячения.
Растворимость α- и β-кислот в воде и сусле небольшая и зависит от величины pH и температуры. Чем выше pH, т. е. чем щелочнее раствор, тем больше растворяется в нем горьких веществ. Вельмер определил растворимость горьких веществ в буферном растворе при pH 4,94-56 мг α-кислоты и 8 мг β-кислоты, а при PH 6,24 - соответственно 740 и 16 мг.
Физические и химические процессы, протекающие при кипячении сусла с хмелем, являются сложными.
Установлено, что происходит изомеризация отдельных фракций горьких веществ хмеля, без чего ни одна из фракций в пиво перейти не может.
α-Кислота и ее гомологи, которые являются основными поставщиками горечи и, по-видимому, бактериостатических свойств, при кипячении сусла превращаются в изосоединения, состоящие, так же как и исходная α-кислота, из трех основных фракций, но теперь изомеризованных: изогумулона, изокогумулона и изоадгумулона.
Эти соединения несколько различаются по величине горечи; наибольшая горечь найдена у изоадгумулона, но содержание его в хмеле очень небольшое.
Превращение α-кислоты и ее гомологов в изосоединения сопровождается спектральными изменениями в растворе этих веществ, что используется для суждения о наличии изосоединений α-кислоты в пиве, а исходя из количества α-кислоты в задаваемом хмеле по отношению к количеству изосоединений в пиве, судят о степени использования хмеля. Ниже приведена формула гумулона и образовавшегося из него изогумулона:
Изогумулон, выделенный в чистом виде, представляет собой светло-желтое масло, которое дистиллируется при температуре 150° С, а при температуре -5°C - -10°C затвердевает в стекловидную массу; молекулярная масса равна молекулярной массе гумулона, т. е. 362. Вкус изогумулона очень горький.
Ни лупулон (β-кислота), ни продукты его кипячения не являются заметно растворимыми в сусле и пиве. Сам лупулон не подвергается изомеризации и поэтому горечи в сусло передать не может. Но все-таки вещества β-части - мягкие смолы и лупулон, в особенности те из них, которые в старом хмеле образуются из α-кислоты, могут иметь некоторое значение в создании горечи. Из общего количества горьких веществ, подвергшихся изомеризации, на долю α-кислоты приходится примерно 85%; остальные 15% приходятся на продукты превращения β-части.
По данным Ван Дамме, изогумулон обеспечивает 90-95% общей горечи сусла, по Тролле-85-95%.
Хотя β-кислота обладает более высокой бактериостатической силой, чем α-кислота, но антисептические свойства, которые переходят в сусло и пиво, главным образом обусловлены теми веществами, которые подверглись изомеризации, т. е. в основном α-кислотой.
Очень важным свойством изогумулона, позволяющим точно оценивать горечь сусла и пива, является способность поглощения этим веществом лучей света в ультрафиолетовой области спектра. На этом свойстве основан спектрофотометрический метод определения изогумулона, который имеет максимум поглощения на волне 275 нм. На спектрофотометре определяется только количество изогумулона, и по количеству его в пиве или сусле объективно судят о степени охмеления. Спектр горьких веществ (рис. 28) имеет два максимума поглощения: первый лежит в начале спектра на волне 220 нм, а второй - на волне 275 нм; этот последний максимум поглощения как более удобный для определения, принят в спектрофотометрическом методе.
Используя указанный метод определения, Л. Г. Шмидт установил, что основное количество веществ, обусловливающих горечь сусла, образуется в первый период кипячения сусла (первые 20-30 мин), в дальнейшем же происходит сравнительно медленное их накапливание.
Бреннер с соавторами показал, что 50% этих веществ экстрагируется в течение первых 15-20 мин (табл. 73).
Таблица 73
| Продолжительность кипячения сусла, мин | Содержание изогумулона, мг/л | |||
| pH сусла 5,0 | pH сусла 6.0 | |||
| варка А | варка Б | варка А | варка Б | |
| 11,8 | 14,5 | 19,9 | 19,0 | |
| 18,3 | 18,8 | 26,0 | 28,6 | |
| 22,6 | 23,4 | 30,7 | 33,9 | |
| 24,7 | 25,3 | 36,5 | 40,9 | |
| 33,5 | 35,6 | 44,0 | 44,8 | |
| 42,9 | 40,7 | 56,7 | 57,6 |
Близкие величины использования α-кислоты получены Ван Дамме, который задавал в 1 л сусла порцию хмеля, содержащую 100 мг α-кислоты.
| Продолжительность кипячения сусла, мин | |||||||
| Выход изогумулона, % |
В течение первых 30 мин кипячения сусла содержание изогумулона в нем резко повышается; в последние 30 мин изогумулона переходит в сусло значительно меньше.
После 2-часового кипячения сусла с хмелем превращение α-кислоты в изогумулон прекращается; при длительном кипячении происходит превращение α-кислоты в гумулиновую кислоту, не обладающую свойствами изогумулона.
Еще Вельмер, проводя баланс горьких веществ в сусле, показал, что часть гумулона при длительном кипячении теряется, и объяснял это разложением гумулона на гумулиновую кислоту, изобутилальдегид и уксусную кислоту:
Эффективность использования горьких веществ хмеля при кипячении с суслом зависит от некоторых факторов. Клоппер отмечает, что экстракция горьких веществ хмеля улучшается при уменьшении величины задачи хмеля и экстрактивности сусла и повышении pH сусла.
Растворимость горьких веществ ограничена, поэтому содержание их в сусле и пиве не пропорционально количеству задаваемого хмеля. Соотношение между содержанием горьких веществ в пиве и количеством заданного хмеля характеризуется данными, приведенными в табл. 74.
Таблица 74
| Количество добавленного в сусло хмеля, г/дал | Содержание горьких веществ в пиве | |
| мг/л | % к горьким веществам хмеля | |
В этом опыте применялось одно и то же 12%-ное сусло; количество задаваемого хмеля было в повышающейся пропорции: 100:200:300, а содержание горьких веществ в пиве повышалось в значительно более низкой пропорции: 100:174:226.
Ван Дамме подтвердил указанное положение при кипячении сусла в течение разного времени. Такая же закономерность наблюдалась и при обработке хмеля по способу Говарта с предварительным подщелачиванием хмеля (табл. 75).
Таблица 75
| Содержание α-кислоты, в порции задаваемого хмеля, мг/л | Выход изогумулона, % | |||
| в зависимости от продолжительности кипячения, мин | со щелочной обработкой хмеля | |||
| - | - | |||
| - | ||||
Гудзон установил, что при повышении порции хмеля на 125% содержание изогумулона в сусле увеличилось лишь на 50%.
При изготовлении пива с более высокой экстрактивностью начального сусла целесообразно добавлять большое количество хмеля. Еще в 1931 г. Виндиш с соавторами установил, что соотношения между концентрацией сухих веществ в охмеленном сусле и в готовом пиве характеризуются следующими данными (табл. 76).
Таблица 76
| Концентрация сусла, % | Содержание горьких веществ, мг/л | |
| в сусле | в пиве | |
Такое соотношение может быть обусловлено адсорбцией горьких веществ на выделяющихся при кипячении сусла белковых веществах, представляющих собой коллоидные системы с очень развитой поверхностью.
Вследствие более сильного образования бруха в более концентрированном сусле адсорбция горьких веществ на этих осадках значительно сильнее, чем на осадках, выделяющихся в менее концентрированном сусле. Осаждение коагулянтов из сусла сопровождается увлечением горьких веществ, и сусло обедняется этими веществами. Это с достаточной ясностью показано в работе Виндиша с соавторами (табл. 77). В этой работе условия опыта (плотность сусла, норма задачи хмеля, продолжительность кипячения, pH) были одинаковые. Разница была только в количестве коагулированного белка, что достигалось разной продолжительностью кипячения сусла (от 1,5 до 8 ч), вследствие чего количество коагулированного белка в сусле достигало величин, указанных в табл. 77.
Таблица 77
| Количество коагулируемого белка, мг/л | pH сусла | Содержание горьких веществ, мг/л | ||
| некипяченого | кипяченого | сусла | пива | |
| 5,86 | 5,55 | 116,8 | 72,4 | |
| 5,83 | 5,44 | 142,7 | 84,1 | |
| 5,83 | 5,33 | 159,5 | 100,5 |
Эти данные подтверждают, что для достижения достаточной горечи норму хмеля при выработке пива крепких сортов следует увеличивать. Обычно для более крепкого пива требуется большая охмеленность, поэтому нормы хмеля не должны находиться в пропорциональной зависимости от плотности начального сусла, а значительно превышать ее.
Конечно, количество горьких веществ в сусле и в пиве в значительной мере зависит от содержания горьких веществ в самом хмеле и в первую очередь от содержания α-кислоты.
В связи с этим интерес представляют данные Гудзона по содержанию изогумулона в сусле при применении одного и того же хмеля, но хранившегося с момента его уборки до июня следующего года (рис. 29). С этой точки зрения требование промышленности увеличить количество задаваемого хмеля в летние месяцы является вполне обоснованным. При соблюдении самых лучших условий хранения хмеля содержание α-кислоты уменьшается примерно на 20%. На рис. 29 приняты следующие обозначения периодов хранения хмеля: А - с сентября до марта, В - от апреля до января, С - от февраля до полного израсходования хмеля в июне следующего года.
Известно, что при работе на карбонатной воде степень горечи пива выше, чем при работе на мягкой воде, и, наоборот, подкисление ведет к понижению горечи. В табл. 73 и 75 было показано преимущество более высокого pH сусла для преобразования α-кислоты в ее изосоединение. Это преимущество сохраняется не только в сусле, но в готовом пиве (рис. 30).
Этот мощный фактор для перехода в растворимое состояние горьких веществ хмеля, вполне естественно, лег в основу ряда предложений по более экономному использованию хмеля.
Превращение хмелевого масла
Одним из признаков хорошего хмеля является его аромат. Для получения пива с хмелевым ароматом часть хмеля добавляют в конце кипячения сусла или в хмелецедильник. Эфирные масла хмеля хорошо экстрагируются протекающим горячим суслом. Однако специалисты-пивовары озабочены тем, чтобы эфирные масла, испаряющиеся при кипячении сусла с хмелем, опять вместе с конденсатом не попали в сусловарочный котел, поэтому конденсат отводят в сторону.
Хмелевое масло по своему составу сложно, легко окисляется. Продукты его окисления приобретают очень неприятный запах и вкус и, естественно, в пиве оставаться не должны. Кроме того, значительная часть летучего эфирного масла легко испаряется и в сусле после кипячения его нет. При охлаждении сусла ароматические вещества выделяются с горячим и холодным трубом.
По-видимому, при кипячении с хмелем в сусле происходит фракционирование состава эфирного масла, причем в сусле в небольшом количестве остаются как высококипящие, так и низкокипящие фракции. Если они попадают в сусло в окисленном виде, то происходит порча пива.
Хмелевое масло, внесенное в пиво при дображивании в дозах, соответствующих содержанию его в хмеле, аромат и вкус пива не улучшало. При внесении его в больших количествах в пиве появляется неприятный, посторонний привкус. Д. Б. Лиф- шиц сообщает о своих работах, где отогнанное с паром эфирное масло свежего хмеля как прогретое на водяной бане для удаления летучих фракций, так и непрогретое при добавлении к пиву не улучшало его вкуса и аромата.