Послеуборочное дозревание ячменя
Неотлежавшийся ячмень прорастает очень неустойчиво, и в нем по сравнению с отлежавшимся число проросших зерен оказывается относительно небольшим. Такое состояние зерна является естественным приспособлением, предохраняющим его от преждевременного проращивания, которое, например, могло бы происходить в колосе при уборке зерна во влажную погоду.
Хотя зерно и достигло своей морфологической зрелости, но для достижения физиологической спелости требуется еще некоторый период времени. Обычно для ячменя с нормальным содержанием влаги для послеуборочного дозревания при хранении необходимо 4-8 недель. На скорость дозревания ячменя влияет температура хранения. Однако существуют сорта ячменя, для которых и срок 4-8 недель является недостаточным; например для сорта Верхняческий 8 для достижения полной физиологической зрелости требуется отлежка в течение 5-6 месяцев. По данным Э. В. Терешиной, послеуборочное дозревание при хранении ячменя при температуре 18-20° С заканчивается на 1,5-2 месяца раньше, чем при хранении его при температуре 8-10°C.
Рейхардт (1896) высказал мнение, что причиной недостаточной способности к прорастанию является отсутствие притока к ячменю воздуха вследствие образования налета слизи на поверхности зерна. Мориц (1920) объяснял это явление наличием воскового налета на ячменной оболочке. В дальнейшем основной причиной плохой прорастаемости ячменя, не прошедшего послеуборочного дозревания, считали недостаточный доступ кислорода к зародышу.
Как известно, методы определения прорастаемости в голых зернах и половинках позволяют отличить зерно доброкачественное, но не закончившее еще послеуборочного дозревания, от зерна дефектного, неспособного расти и в дальнейшем. Метод же определения прорастания в целых зернах дает правильные результаты лишь после окончания срока дозревания.
Значение растворенного в воде кислорода для прорастания подтверждается тем, что зерно, не прошедшее послеуборочного дозревания, лучше прорастает после замачивания в холодной воде, чем в теплой, в которой кислород меньше растворим. Например, при температуре 5° С кислорода в воде содержится мг/л, а при 20° С только 4,31 мг/л.
К этому следует добавить, что высокая температура благоприятствует развитию плесневых грибов, всегда находящихся на поверхности зерна и поражающих в первую очередь зародыш, а низкая температура задерживает это развитие.
В. Л. Кретович считает, что в результате обильного доступа кислорода к тканям прорастающего зерна усиливаются окислительные процессы, что обусловлено образованием ферментов или переходом их из зимогенного состояния в активное. Усиление образования ферментов при наличии окислительных процессов экспериментально показано А. Н. Бахом и А. И. Опариным. При задержке образования ферментов замедляются все процессы обмена веществ в зерне, следствием чего является плохое прорастание.
Целлюлозная структура семенной и плодовой оболочек сейчас же после уборки не проницаема для кислорода. Она импрегнирована такими веществами, как жир, воски, гумми-вещества, танин, лигнин. Зародыш может поглощать достаточно кислорода лишь после соответствующих изменений этих веществ.
Например, под влиянием высокой температуры происходят такие изменения химических и физических свойств оболочек, что доступ кислорода внутрь зерна становится свободным и зерно может нормально прорастать. По исследованиям Маштовского и Карела, нагревание при температуре 80-170° С в течение 30 с - 4 мин приводит к значительному уменьшению на поверхности зерна количества жира, воска и гумми-веществ. Такой же эффект был получен при комбинировании процессов замочки и сушки.
По наблюдениям А. Н. Баха и его сотрудников, кривая образования ферментов во время послеуборочного дозревания идет не по прямой линии. Сначала в течение первых дней происходит резкое уменьшение ферментативной активности, а вслед за этим опять возрастание. В течение первых недель ферментативная активность зерна (ячменя) достигает наибольшей величины, после чего наступает вторичное понижение ее до уровня, на котором она остается длительное время. Это состояние зерна, определяемое постоянством деятельности ферментов, Бах назвал периодом покоя. Поэтому не безразлично, в какой момент после уборки урожая начинать обработку ячменя для повышения прорастаемости.
Значение ферментативных превращений, происходящих в ячмене во время послеуборочного дозревания, совершенно очевидно. Люерс, который подробно исследовал изменение кислотности и содержания аминного азота, установил, что общая кислотность водных вытяжек тонкоразмолотого ячменя постепенно снижается, особенно кислотность, обусловленная наличием фосфатов. По-видимому неорганические водорастворимые фосфорные соли переходят в органические фосфорсодержащие соединения типа нуклеопротеидов или фосфатидов. Понижение количества аминного азота указывает на превращение низкомолекулярных соединений в азотистые вещества с большой молекулярной массой; происходит постепенное уплотнение этих веществ, сопровождающееся снижением их растворимости.
Установлено, что прорастаемость зерна, не достигшего окончания послеуборочного дозревания, можно повысить путем осторожного подсушивания его до влажности 12-13%, причем степень убыли воды при подсушивании зерна играет значительную роль. Влияние влажности на всхожесть зерна характеризуется данными, приведенными в табл. 12.
Таблица 12
| Показатели | Влияние влажности зерна на всхожесть | ||
| ячмень до сушки | ячмень после сушки в опытах | ||
| I | II | ||
| Влажность, % | 17,9 | 13,8 | 11,8 |
| Энергия прорастания, % | 69,4 | 86,5 | 95,3 |
| Способность к прорастанию (всхожесть), % | 84,7 | 94,7 | 98,3 |
Иногда всхожесть ячменя увеличивается при замораживании зерна, а также при обработке его некоторыми химическими веществами, позволяющими повысить проницаемость оболочки.
В нормально вызревшем ячменном зерне содержатся все необходимые для жизнедеятельности будущего растения ферменты, но в хранящемся зерне, поскольку влажность его близка к критической, активность их почти не проявляется. В активном состоянии находятся только дыхательные ферменты.
Тепловая обработка ячменя оказывает влияние на всю систему образования ферментов, в том числе и на усиление активности гормоноподобных веществ зерна - гиббереллинов. В последнее время это подтверждено работой Г. И. Фертмана и Э. В. Te- решиной.
В стадии покоя ячменя большую роль играют вещества типа ингибиторов, которые снижают активность гиббереллинов зерна. При длительном послеуборочном дозревании, так же как и при тепловой обработке ячменя, эти ингибиторы разрушаются, и тормозящее действие их на гиббереллины прекращается. Этот момент можно считать окончанием послеуборочного дозревания. У хороших пивоваренных ячменей это совпадает с достижением нормальной прорастаемости и разница между энергией и способностью к прорастанию получается минимальной.
Из данных, полученных Э. В. Терешиной (табл. 13) при исследовании нескольких сортов ячменей, видно влияние тепловой обработки при температуре 45-50° С в течение 2-4 ч на увеличение количества гиббереллинов и ферментов.
Таблица 13
| Сорт ячменя | Содержание гиббереллоподобных веществ, мкг/г | Ферментативная активность | ||||||
| Эндо-β-глюканазы, ед./г | амилазы, ед./г•ч | протеазы, ед./г•ч | ||||||
| I | II | I | II | I | II | I | II | |
| Вальтицкий | 2,074 | 4,570 | 0,040 | 0,055 | 1,475 | 1,579 | 0,117 | 0,121 |
| Нутанс 187 | 1,660 | 4,245 | 0,020 | 0,029 | 1,364 | 1,427 | 0,115 | 0,120 |
| Винер, произрастающий в областях: | ||||||||
| Калужской | 1,756 | 4,435 | 0,041 | 0,050 | 1,253 | 1,387 | 0,117 | 0,122 |
| Свердловской | 0,350 | 2,865 | 0,015 | 0,020 | 1,082 | 1,130 | 0,104 | 0,112 |
| Южный | 0,926 | 2,342 | 0,010 | 0,013 | 0,980 | 1,100 | 0,095 | 0,095 |
Примечание. I и II - ферментативная активность ячменей соответственно до и после тепловой обработки.
После тепловой обработки количество гиббереллинов в ячмене повышается в 2-2,5 раза, иногда содержание их увеличивается еще больше. Повышение количества гиббереллинов в ячмене вызывает увеличение активности ферментов: эндо-β-глюканазы, амилаз и протеаз. Тепловая обработка ячменя улучшает процесс солодоращения и позволяет повысить качество получаемого солода.
Водочувствительность ячменя
Водочувствительность ячменя состоит в том, что для прорастания различных ячменей требуется неодинаковая степень насыщения водой. Если при определении прорастаемости водочувствительных ячменей дать некоторый избыток воды, то их способность к прорастанию резко снижается.
По-видимому, водочувствительность в большой мере обусловлена жизнеспособностью зародыша. Если ячмень хорошо вызрел и не подвергался неблагоприятным условиям во время уборки и хранения, зародыш является достаточно сильным, чтобы преодолеть те неблагоприятные условия, в которые зерно попадает сразу после погружения его в воду во время замочки. Если же погодные условия при уборке ячменя были неблагоприятны, то жизнеспособность ячменя ослабевает и проявляется состояние зерна, которое выражается в водочувствительности.
То, что водочувствительность зависит от качества оболочки ячменя, подтверждается тем, что удаление оболочки над зародышем устраняет водочувствительность.
С. П. Сташко, А. П. Зубенко, В. Е. Самойлова проверили на водочувствительность более 50 образцов разных ячменей урожая 1957 г. и установили, что большинство ячменей южных областей не обладают водочувствительностью или обладают ею в слабой степени, ячмени средней полосы СССР и западных областей обладают значительной водочувствительностью.
При неблагоприятных погодных условиях (резкий недостаток влаги в почве, засуха и пр.) южные ячмени также обнаруживают водочувствительность, иногда в значительной степени.
При длительном процессе хранения водочувствительность исчезает.
Хранение ячменя
Интенсивные процессы обмена веществ, необходимые во время роста, обусловлены передвижением питательных веществ в зерне, поэтому содержание влаги в нем очень высокое. По мере приближения к полной спелости эти процессы ослабевают и влажность зерна постепенно снижается, что сопровождается изменением физико-химического состояния: подвижные гидрозоли заменяются малоподвижными гидрогелями. Зерно переходит в состояние покоя. Такому состоянию соответствует влажность, не превышающая 15%. Она называется критической; превышение этого предела приводит к усилению биохимических и физиологических процессов.
Величина критической влажности 15% (вернее, 14,5--15,5%) обусловлена тем, что зерно состоит преимущественно из крахмала, белков и клетчатки. Крахмалом связывается около 12% воды, белками около 19%, клетчаткой около 16%, поэтому целым зерном может связываться некоторое среднее количество воды, что и соответствует указанным выше 15%.
Вода, содержащаяся в зерне, настолько прочно соединяется с коллоидами, что уже не может выполнять функции растворителя, а превращается в связанную воду.
В клетках всех живых организмов вода находится в двух состояниях: свободном и связанном. Вещества зерна являются в большой массе лиофильными коллоидами, которые обладают способностью связывать значительные количества воды благодаря действию абсорбционных сил. Эта вода носит название связанной и отличается от свободной воды тем, что имеет свойства твердого тела и очень низкую диэлектрическую постоянную, не замерзает при температуре 0° С и не обладает свойствами растворителей. Часть воды находится внутри растительных тканей и вследствие особенностей микроструктуры клеток тесно связана с ними. При нормальных условиях хранения связанная вода не оказывает неблагоприятного действия и не нарушает состояния покоя; однако ткани зерна, обладающие гигроскопичностью, в случае избыточной влажности окружающего воздуха способны поглощать ее.
Критическая влажность зерна совпадает с появлением в нем свободной воды, поэтому превышение величины этой влажности играет основную роль в процессе дыхания зерна. Чем выше влажность, тем большее количество кислорода поглощается зерном.
Процесс поглощения водяных паров происходит до тех пор, пока между влажностью зерна и влажностью окружающего воздуха не установится равновесие; отсюда и влага зерна в этих условиях называется равновесной. Она зависит от относительной влажности окружающего воздуха и заметно меняется в зависимости от ее величины.
Быстрее всех поглощает влагу зародыш, затем оболочка зерна и медленнее всего эндосперм, поэтому зародыш бывает наиболее влажным. Он реагирует очень быстро на каждое изменение относительной влажности воздуха повышением или понижением содержания влаги.
Зерно очень быстро поглощает влагу из различных примесей, особенно из семян сорняков, обломков стеблей и т. п., в которых в период уборки содержится больше воды, чем в зрелом зерне ячменя. Этим вызывается необходимость обязательной очистки ячменя перед поступлением его на хранение.
Равновесная влага лежит в основе распределения влаги в массе хранящегося ячменя; влага из более теплых участков перемещается в более холодные.
Очень важным фактором, влияющим на состояние зерна при хранении, помимо влажности, является температура окружающего воздуха. Чем она выше, тем ниже равновесная влажность зерна при одной и той же относительной влажности воздуха.
Повышение температуры воздуха в обычных условиях хранения зерна влечет за собой усиление дыхания. Даже при низкой температуре (10-11°C) происходит дыхание зерна, а следовательно, и потери веществ, затрачиваемых на этот процесс, вследствие того, что зерно, отделенное от колоса, в противоположность самому растению не имеет источника для восполнения произведенных затрат. Об этом можно судить по количеству выделяемой зерном углекислоты.
По данным чешских авторов, количество углекислого газа, выделяемого зерном при постоянной влажности (14-15%), на 1 кг ячменя за 24 ч при температуре 18° С составляет 1,4 мг, при 30° С - 7,5 мг, при 40° С - 30 мг, при 52° С - 24,9 мг.
При температуре 18° С и влажности 11% 1 кг зерна выделяет 0,3-0,4 мг CO2, при влажности 14,5% - 1,4 мг, при 16,9% - 123 мг, при 20,5% -359 мг, при 30% -2000 мг CO2.
Более высокая температура ведет к резкому нарушению всех функций зерна и постепенно к его гибели. У большинства злаков, в том числе и у ячменя, этот предел лежит при температуре свыше 55° С, когда происходит коагуляция белков в плазме клеток и жизнедеятельность их прекращается.
Результатом ненормальных условий хранения является самосогревание зерна, которое имеет большое практическое значение, так как приводит к порче ячменя.
На поверхности отдельных зерен находится очень большое количество микроорганизмов (бактерий и плесневых грибов), которые появились еще в период формирования и созревания зерна. Микроорганизмы, особенно термофильные бактерии, при своем развитии значительно повышают температуру зерновой массы. Таким образом, процесс самосогревания начинается с деятельности ферментов зерна, а развитие микроорганизмов является следствием физиологических процессов, происходящих в зерне.
Температура зерна при самосогревании может значительно повышаться (до 50° С и даже выше). Это сопровождается образованием посторонних запахов. Пока процесс протекает в аэробных условиях, появляется слабый солодовый (хлебный) запах, усиливающийся по мере повышения температуры. Когда в межзерновом пространстве накапливается достаточное количество углекислоты, дыхание аэробных бактерий и плесеней прекращается и в глубоких слоях зерна, куда доступ воздуха прекращен, создаются благоприятные условия для жизнедеятельности анаэробных бактерий. Происходит смена микрофлоры.
В результате самосогревания в зерне повышается кислотность, происходит глубокий распад белков с накоплением аминокислот и даже аммиака. При распаде части белков образуются дурнопахнущие продукты в виде сероводорода и меркаптана. Из углеводов в результате распада образуются редуцирующие сахара, органические кислоты; из жиров - альдегиды и кетоны, которые распадаются дальше.
Все это имеет свое отражение в образовании специфических запахов и изменении цвета зерна. Здесь протекает сахаро-аминная реакция. Зерна ячменя желтеют, местами краснеют и даже приобретают вид поджаренных. Кончики зерен обычно при этом темнеют, в особенности если зерно предварительно было сильно подмочено. Уже повышение температуры до 35° С ведет к изменению светлого цвета ячменных зерен.
К образовавшемуся вначале хлебному запаху примешиваются спиртовой и эфирный, далее он сменяется затхлым, плесневелым и даже гнилостным. В результате этого в зерне появляется неприятный запах, не удаляемый никаким проветриванием, и зерно как биологический организм погибает.
Особенно сильное влияние самосогревание оказывает на всхожесть зерна. Имеются наблюдения, что при повышении температуры только до 23° С прорастаемость снижалась с 93 до 67%, а дальнейшее нагревание до 31-46° С влекло за собой снижение прорастаемости до 50% и ниже. Переход аэробного дыхания в анаэробный процесс сопровождается накапливанием продуктов, являющихся токсическими для аэробнодышащего организма. Жизнеспособность зародыша ослабляется. Для устранения этого явления требуется нормальный доступ кислорода (воздуха), но при высокой влажности, несомненно, дыхание будет чрезмерно интенсивным и поведет к излишним потерям. Изменение температуры на энергию дыхания сказывается меньше, чем изменение влажности.
В пивоварении ячмень приходится хранить длительное время.
В табл. 14 показана максимальная продолжительность сохранения нормальных свойств ячменя в присутствии воздуха при разной влажности его и различной температуре хранения (по Изобарту).
Таблица 14
| Влажность ячменя, % | Максимальная продолжительность хранения ячменя (в неделях) при температуре, °С | |||||
| 2,5 | - | - | - | |||
| 6,5 | - | |||||
| 1,5 | ||||||
| 2,5 | 1,5 | |||||
| 6,5 | 3,5 | 2,5 | ||||
| 4,5 | 2,5 | |||||
| 4,5 | ||||||
Важным моментом для сохранения нормального качества ячменя требуется засыпка зерна на хранение при низкой температуре и небольшой влажности. При температуре 10-12° С ячмень даже с влажностью 16-18% может сохраняться в течение полугода и дольше.
Высокий слой ячменя при хранении требует аэрирования зерна. Высокая влажность ячменя при закладке его на длительное хранение должна быть снижена искусственным подсушиванием, причем для сохранения нормальной всхожести температура воздуха для подсушивания не должна быть высокой; чем влажнее ячмень, тем ниже должна быть температура воздуха. При влажности ячменя 18% допустимая температура сушки может быть 59° С.
Для проветривания ячменя в случае его самосогревания следует применять воздух с определенной относительной влажностью, которая не должна превышать 80%.
Сохранение жизнеспособности ячменя и связанной с ней прорастаемости является самым важным показателем качества ячменя при его хранении. Низкая температура хранения и небольшая влажность зерна гарантируют сохранение физиологических свойств ячменя. Зерно при температуре 5-10°C можно длительно хранить даже с влажностью 17,5-20% и, наоборот, при влажности до 12,5 - при температуре даже 30° С.
Многие исследователи изучали поведение отдельных составных частей ячменного зерна при хранении. Например, Тайфель с сотрудниками установил, что при хранении в нормальных условиях в течение 7 месяцев существенных изменений в содержании олигосахаридов не наступало. Несколько уменьшалось содержание сахарозы. Это, по-видимому, указывает на то, что потребление сахаров и ферментативное их новообразование находятся в равновесии. Однако повышение температуры нарушает установившееся равновесие. Уже при хранении в течение 10 сут при температуре 19-22° С и относительной влажности воздуха 90- 95% содержание основных сахаров - сахарозы и рафинозы - значительно уменьшалось, а количество мальтозы начинало повышаться, которая в свежеубранном ячмене не всегда обнару-. живается.
Кукуруза
Кукуруза применяется при изготовлении пива в виде муки или крупки и имеет известные преимущества перед ячменной мукой. В кукурузной муке содержание экстрактивных веществ колеблется от 82 до 90% на сухое вещество.
Зерно кукурузы состоит из оболочки, эндосперма, зародыша со щитком и чехлика (основание, на котором зерно прикрепляется к стержню початка). Соотношение этих частей и внутреннее строение кукурузного зерна значительно отличается от зерна колосовых. Особенно велик зародыш, величина его составляет 8- 19% от массы зерна. Содержание эндосперма колеблется от 80 до 90% ,а оболочки - от 5 до 6%.
Содержание экстракта в целом зерне кукурузы, по данным В. Леонович, колеблется от 76,4 до 81,3% на сухое вещество.
Белки кукурузы в основном состоят из проламина (зеина).
Следует отметить, что в кукурузе отсутствует β-глобулин, который участвует в образовании помутнений пива.
В наружных слоях эндосперма содержится больше белка, чем во внутренних, причем имеются данные, что роговидный слой эндосперма богаче белком, чем мучнистый.
Белки эндосперма кукурузы содержат очень мало незаменимых аминокислот, таких, как лизин и триптофан. В 1964 г., найден мутант кукурузы, в котором содержание лизина увеличилось от 6 до 3,7%, а триптофана от 0,3 до 0,7%.
Распределение составных химических веществ кукурузного зерна показано в работе Н. П. Козьминой (табл. 15).
| Части зерна | Масса, % от массы всего зерна | Содержание, % | ||||
| белка | крахмала | сахаров | жира | золы | ||
| Эндосперм | 81,9 | 9,4 | 86,4 | 0,64 | 0,8 | 0,31 |
| Зародыш | 11,9 | 18,8 | 8,2 | 10,80 | 34,5 | 10,10 |
| Оболочка | 5,3 | 3,7 | 7,3 | 0,34 | 1,0 | 0,84 |
Кукурузный крахмал более устойчив к воздействию амилазы, чем крахмал ячменя и солода. При 4-часовой обработке при температуре 60 и 65° С степень превращения крахмала кукурузы составляла соответственно только 18,5 и 54,6%, в то время как ячменного крахмала - 92,8 и 96,2%.
Кукурузный крахмал обычно содержит 77-79% амилопектина и только 21-23% амилозы. Однако в настоящее время селекционерами в содружестве с биохимиками выведены в Краснодарском крае более ценные сорта, содержащие до 82% амилозы.
Клейстеризация крахмала обычной кукурузы происходит при более высокой температуре, чем крахмала других злаков; она начинается при температуре 65° С и заканчивается при 95° С и выше.
Следует отметить, что в зависимости от сорта кукурузы пределы температуры клейстеризации крахмала значительно колеблются.
Из некрахмалистых полисахаридов в кукурузе содержатся гемицеллюлоза, целлюлоза, пектиновые вещества, которые сосредоточены главным образом в оболочке крахмальных зерен.
Антоцианогены в кукурузе отсутствуют.
Жир в кукурузном зерне сосредоточен в основном в зародыше. По данным отдельных авторов, в нем содержится от 69,1 до 82,4% всего жира кукурузы.
Зола находится также главным образом в зародыше кукурузного зерна. В ней особенно много Р2О5, Na2O и SO3.
Важно отметить, что эндосперм зерна разных подвидов кукурузы отличается по строению и по консистенции. Во внутреннем слое эндосперма различают, мучнистую и роговидную части. В мучнистой части крахмальные зерна размещены более или менее свободно, не сцементированные одно с другим; в роговидной части, наоборот, промежутки между крахмальными зернами настолько плотно заполнены коллоидными веществами, что зерна теряют свою округлую форму.
Различие во внешнем виде роговидной (стекловидной) и мучнистой частей эндосперма является выражением глубоких различий физического строения зерна.
Конечно, более легкой переработке подвергается мучнистая часть, чем роговидная, поэтому зубовидная кукуруза легче подвергается как физическому воздействию (размолу, клейстеризации), так и химическому (ферментативному).
В качестве несоложеного материала в пивоварении в СССР применяются кукурузная мука или крупка. Муку и крупку получают на специальных машинах с применением шелушения, обработки на вальцовых станках, воздушно-ситового сепарирования и шлифования дробленого эндосперма. При таком методе обработки в состав муки и крупки попадают разные части зерна, различающиеся по своему химическому составу.
Для пивоваренной промышленности наиболее приемлемыми являются сорта крупки, в которых содержание жира не превышает содержания его в ячмене.
За рубежом широкое распространение в пивоварении получили кукурузные хлопья. Увлажненный помол кукурузы пропускают через вальцы, обогреваемые паром, и получают спрессованные пластинки с небольшим содержанием влаги. При такой обработке значительная часть крахмала подвергается клейстеризации. Поэтому при затирании не требуется предварительная клейстеризация, как для других несоложеных зерновых материалов, и кукурузные хлопья задают непосредственно в затор вместе с солодом.
Обычно хлопья изготовляют из обезжиренной кукурузной муки, благодаря чему они могут сохраняться продолжительное время. Кукурузная мука, даже если готовят ее из кукурузы с предварительно удаленным зародышем, долгое время храниться не может, так как жир прогоркает и вкус и запах ее сильно изменяются. Считается, что кукурузную муку более трех месяцев хранить нельзя даже при низкой температуре.
Рис
Продукты переработки риса, применяемые в пивоварении в качестве несоложеного материала, получают из зерна, предварительно освобожденного от цветочных оболочек. В исходном зерне риса пленчатость равняется 17 - 23%. При удалении пленок содержание в зерне крахмала значительно повышается, а количество клетчатки и золы уменьшается. Содержание экстрактивных веществ в зерне без цветочных оболочек составляет 95 - 97% на сухое вещество.
Зерно риса, освобожденное от цветочных пленок, может быть неокрашенное (белое) и окрашенное в разные оттенки красного цвета. Установлено, что большим содержанием белковых и минеральных веществ, главным образом фосфора и кальция, отличаются сорта риса с окрашенной семенной оболочкой. Зерна белого цвета разных оттенков (серебристо-белый, матово-белый, бледно-желтоватый) обладают меньшим содержанием белка.
Химический состав риса (без цветочных пленок) разных мест произрастания в СССР приведен в работе Е. П. Козьминой (табл. 16).
Таблица 16
| Сорт и район произрастания риса | Химический состав риса, % на сухое вещество | ||
| белок | зола | крахмал | |
| Узбекская CCP | |||
| Узрос 7 | 9,1 | 1,4 | 78,9 |
| Узрос 7-13 | 9,1 | 1,5 | 78,6 |
| Узрос 269 | 8,8 | 1,6 | 79,0 |
| Украинская CCP | |||
| Кендзо | 11,2 | 1,8 | 76,0 |
| Краснодарский край | |||
| Кендзо | 10,2 | 1,8 | 76,2 |
| Дубовский 129 | 10,3 | 1,7 | 77,3 |
| Кубанский 140 | 11,5 | 1,8 | 73,1 |
В табл. 17 приведен химический состав исходного зерна, очищенного зерна и пленок (по М. И. Княгиничеву).
Таблица 17
| Рис (зерно и составные части) | Химический состав, % к сухому остатку | |||||
| влага | белок (N•6,25) | жир | клетчатка | углеводы | зола | |
| Зерно | ||||||
| в чешуе | 12,01 | 6,69 | 1,91 | 10,40 | 63,84 | 5,26 |
| без чешуи | 11,64 | 9,10 | 2,42 | 0,65 | 74,79 | 1,41 |
| Очищенный рис | 12,21 | 7,64 | 1,00 | 0,33 | 77,90 | 1,00 |
| Отруби | 12,51 | 13,17 | 10,12 | 14,05 | 38,72 | 11,44 |
| Пленки | 11,35 | 3,90 | 1,26 | 40,22 | 25,83 | 17,43 |
Мучнистое тело рисового зерна состоит главным образом из крахмала и белка. Широко применяемая в пивоварении рисовая сечка (отход рисоочистительных заводов) содержит до 80% крахмала и 6 - 8% белка.
Главная часть рисового белка состоит из глютелина, называемого здесь оризенином, содержание которого больше, чем в ячмене (табл. 18).
| Белковые фракции и растворитель | Сравнительный состав белка, % | |
| риса | ячменя | |
| Альбумин (дистиллированная вода) | 5,84 | 2,8 |
| Глобулин (10%-ный раствор NaCl) | 9,17 | 18,1 |
| Проламин (70%-ный этиловый спирт) | 14,17 | 37,2 |
| Глютелин (0,2%-ный раствор NaOH) | 70,90 | 41,9 |
Белки риса содержат серу: больше ее найдено в альбумине и глобулине, меньше - в проламине.
Основной массой углеводного комплекса рисового зерна является крахмал. Он, так же как и крахмал кукурузы, значительно более устойчив по отношению к амилазе, чем крахмал ячменя и ячменного солода. При 4-часовом действии амилазы при температуре 60 и 65 °C расщепление рисового крахмала соответственно составляет 19,7 и 31,1% по сравнению с расщеплением 92,8 и 96,2% У Ячменного крахмала
Большое содержание в рисовом белке нерастворимых фракций (70,9% оризенина) и сравнительно небольшое количество жира заставляют считать рис одним из самых подходящих несоложеных материалов, пригодных для изготовления стойкого пива. Считается, что белки риса не содержат β-глобулина, а рисовая мука или крупа не содержат оболочки и тех нежелательных для пива продуктов, которые находятся в ячменной муке, изготовленной из необрушенного зерна. Кроме того, в рисе, так же как и в кукурузе, отсутствуют антоцианогены.
Все это является предпосылкой тому, что добавление риса как несоложеного материала благоприятствует качеству готового пива и его стойкости.
Хмель
До настоящего времени в производстве пива для хмеля не найдено заменителей и он наряду с ячменем является одним из основных видов сырья. Специфические составные части хмеля придают пиву присущие ему вкусовые и ароматические свойства.
Отдельные вещества хмеля благодаря антисептическому действию участвуют в создании стойкости пива; кроме того, они способствуют осветлению и повышению пенистости пива.
Химический состав хмелевых шишек в среднем характеризуется следующими данными (в %):
| Влага | 10-17 |
| Клетчатка | 12-16 |
| Зола | 6-9 |
| Азотистые вещества | 15-24 |
| Безазотистые экстрактивные вещества | 25-30 |
| Эфирные масла | 0,3-1 |
| Дубильные вещества | 2-5 |
| Смолы и горькие кислоты | 16-26 |
Хмель содержит в небольшом количестве жир, красящие вещества, сахар (глюкозу, фруктозу), пентозаны и органические кислоты (яблочную, лимонную, янтарную) и воски.
Хмелевые шишки после уборки содержат 75 - 80% влаги, которая после сушки должна быть снижена до величины, обеспечивающей сохранность его качества при хранении.
Основными веществами хмеля, используемыми в пивоварении, являются горькие и дубильные вещества и хмелевое масло.
Горькие вещества
Около 150 лет тому назад было установлено, что основным носителем горечи хмеля является лупулин. Спустя 50 лет путем обработки хмеля этиловым эфиром и последующего его выпаривания был получен вязкий экстракт темного цвета, который частично выкристаллизовывался. Экстракт обладал сильным горьким вкусом.
Примерно в это же время из горьких веществ были выкристаллизованы две медные соли, что указывало на кислотный характер хмелевых соединений, поэтому наряду с названием «смолы» укрепился термин «горькие кислоты».
В дальнейшем Бунгенер выделил из лупулина путем экстрагирования петролейным эфиром кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и имеющее температуру плавления 92 - 93° С, которое он назвал лупулоном. После перекристаллизации этого вещества из алкоголя были получены блестящие нестойкие игольчатые кристаллы, быстро осмоляющиеся на воздухе в темную массу.
Бунгенер заметил, что при осмолении спиртового раствора горьких веществ хмеля появляется сильный запах жирных кислот и альдегидов, а при окислении их обнаруживается в значительном количестве валериановая кислота.
Первое систематическое разделение компонентов горьких веществ хмеля на три группы смол (α, β и γ) было предложено Гайдуком. Первые две группы, растворимые в петролейном эфире, он назвал мягкими смолами, а γ-группу, нерастворимую в петролейном эфире, - твердой смолой. Из смеси α- и β-смол путем осаждения уксуснокислым свинцом он выделил α-смолу. Спиртовой раствор γ-смолы не обладал горьким вкусом, поэтому Гайдук относил ее к малоценной для пивоварения.
Линтнер установил, что мягкие смолы ведут себя как одноосновные кислоты, и для количественного определения мягких смол предложил метод титрования едкой щелочью петролейного экстрата хмеля.
В дальнейшем из мягких смол удалось выделить кристаллические вещества: α- и p-горькие кислоты, которые по предложению Линтнера были названы соответственно гумулоном и лупулоном. Молекулярная масса их была принята 400
Чистый гумулон удалось получить Вельмеру только в 1916 г. В своей работе он использовал растворимость горьких веществ хмеля в этиловом эфире, растворение мягких смол в метиловом спирте, образование свинцовой соли гумулона и добавочного соединения с о-фенилдиамином и разложение этой соли соляной кислотой. Полученные им слегка желтые кристаллы α-кислоты имели температуру плавления 65-66° С.
Во время хранения хмеля гумулон и лупулон окисляются и полимеризуются, теряя свою кристаллическую структуру и превращаясь в аморфные вещества.
В первой стадии такого превращения получаются мягкие смолы, растворимые в петролейном эфире (гексане). При дальнейшем окислении образуются твердые смолы, которые в петролейном эфире не растворяются.
Основываясь на растворимости и осаждении уксуснокислым свинцом, Кольбах предложил классификацию горьких веществ хмеля на 3 фракции: α, β и γ, где α-фракция - α-горькая кислота; β-фракция - β-горькая кислота+β-мягкая смола+α-мягкая смола; γ-фракция - α-твердая смола+β-твердая смола.
В этой классификации нет самостоятельной γ-твердой смолы. α-Кислота, или гумулон, имеет формулу С21Н30О5 и является веществом без запаха, но сильно горького вкуса. Она относительно стойка при температуре около 0° С (несколько месяцев); кристаллизуется в виде ромбовидных кристаллов (рис. 10) слабожелтого цвета. Температура плавления α-кислоты 65-66,5° С. С уксуснокислым свинцом она образует светло-желтый осадок свинцовой соли.
Вследствие наличия в структурной формуле асимметрического четвертого углеродного атома гумулон оптически активен; его раствор в метиловом спирте имеет 
= 206°, а в гексане