К разделу 7.6.4. Стабилизация пива
На образование коллоидного помутнения влияет феруловая кислота, которая наряду с другими полифенолами обладает синергическим эффектом. С другой стороны, феруловая кислота обладает также явными редуцирующими свойствами, влияя тем самым на стабилизацию пива. Стабилизация пива с помощью ПВПП лишь незначительно изменяет содержание феруловой кислоты.
В образовании мути участвуют также флаван-3-олы, катехин и эпикатехин, а также процианидин B3 и продельфинидин B3, причем по мере ее образования их содержание уменьшается. Чем больше этих полифенолов присутствует в пиве, тем меньше его коллоидная стойкость. При этом важно и содержание растворенного в пиве кислорода, чему могут способствовать ионы меди (в отличие от ионов железа).
Стабилизация пива с помощью ПВПП при дозировке 10 г/гл снижает содержание процианидинов и катехина в среднем на 15-20 %, при дозировке 30 г/гл - примерно на 35 %, а при предельно допустимой дозировке 50 г/гл - примерно на 55 %.
Разработано новое стабилизирующее средство на основе полисахарида агарозы, состоящего из остатков дисахарида галактозы и 3,6-ангидрогалактозы. Этот материал представляет собой нерастворимый шарообразный полимер с поперечной сшивкой и размером частиц от 100 до 300 мкм. Почти во всем диапазоне pH ионообменные группы, связанные эфирными связями с арабинозной матрицей, характеризуются высокой связующей способностью относительно белковых молекул. Этот белок адсорбирует также полифенолы, причем связь с адсорбирующем гелем осуществляется через ОН-группы полифенолов. Противостоящим ионом выступает ион хлорида. Регенерация ионообменника производится на первом этапе с помощью 2 М-ра-створа поваренной соли, а на втором этапе - 1 М-раствором едкого натра. Контроль осуществляют путем измерения электропроводности. Стерилизацию проводят горячей водой температурой до 120 °С. Как правило, после 500 циклов регенерации требуется замена стабилизатора. В целях микробиологической безопасности этот новый адсорбирующий гель поставляется в 20 %-ном растворе этилового спирта, и перед использованием этанол необходимо удалить.
Адсорбирующий гель загружают в отдельные камеры слоем высотой 11-15 см. Теоретически его требуется 100 мл/гл пива, и, следовательно, для суточной партии в 6500 гл требуется 650 л этого геля. Расход пива подбирают так, чтобы время контакта с гелем составляло 30-60 с. Максимальный перепад давлений не должен превышать 4 бар. Во избежание быстрого забивания фильтра следует использовать только предварительно фильтрованное пиво.
В начале адсорбция белковых и дубильных веществ слоем адсорбирующего геля очень велика, и к концу партии она постепенно снижается. Для достижения равномерной стабилизации пива его следует направлять по байпасу через стабилизирующий фильтр в меньшем количестве пропорционально уменьшению стабилизирующего действия адсорбента, возвращая после фильтра в поток стабилизированного пива. В конце весь поток пива необходимо пропустить через гомогенизирующую колонну.
Смешивание стабилизированного и нестабилизированного пива проще всего производить в зависимости от содержания танноидов. Если, например, их содержание необходимо уменьшить примерно на 50 %, то содержание антоцианогенов уменьшается на 30 %, а общее содержание полифенолов - на 20 %, но при этом содержание полифенолов, особо активно влияющих на образование мути (процианидина ВЗ и продельфинидина ВЗ) снижается примерно на 40 %. Содержание катехина и эпикатехина изменяется незначительно. Содержание высокомолекулярных белковых веществ при помощи азота, осаждаемого MgSO4, снижается всего на 10-12 %, что подтверждается алкогольным тестом Шапона. Тем самым стабилизирующее действие проявляется в основном за счет снижения содержания полифенолов. Данное средство не ухудшает вкусовых характеристик пива и не оказывает отрицательного воздействия на стабильность вкуса и пену. Его недостаток заключается в том, что для каждого сорта пива должна быть создана своя градуировочная кривая, с которой необходимо сравнивать полученные при стабилизации результаты.
Под влиянием тепла и света из молекулярного кислорода образуется гидроксильный радикал с высокой реакционной способностью, который может вступать в неспецифическую реакцию с содержащимися в пиве веществами. Методами электронно-парамагнитной резонансной (ЭПР) спектрометрии можно определить эндогенную антиокислительную активность пива, которая отражается в так называемой «лаг-фазе», длящейся от нуля до 130 мин. Между лаг-фазой свежего пива, его вкусовой стойкостью и увеличением содержания в пиве веществ старения, определяемых методом газовой хроматографии, существует высокая корреляция. Пиво с хорошей вкусовой стойкостью характеризуется лаг-фазой более 80 мин.
Продолжительность лаг-фазы чётко определятся содержанием в пиве SO2, которое может колебаться от 0 до 10 мг/л (см. разделы 3.2.4.2 и 3.2.6.7) с предельно допустимым значением в 10 мг/л. Пиво верхового брожения (например, пшеничное) не содержит SO2 и не имеет лаг-фазы. У безалкогольного пива содержание SO2 зависит от способа приготовления: в пиве, полученном методом прерывания брожения, SO2 еще не мог образоваться, а в других продуктах, полученных методом снижения содержания спирта, содержится определенная доля первоначально образовавшегося SO2 (прежде всего из-за смешивания с нормальным пивом, см. раздел 7.10.5.6). Значение содержания SO2 для лаг-фазы и вкусовой стойкости пива привело к изменению технологии брожения. Прежде благодаря интенсивному (иногда многоступенчатому) аэрированию при внесении дрожжей и доливе семенных дрожжей стремились добиться их интенсивного размножения и активного брожения, однако такое брожение из-за метаболизма, описанного в разделе 3.2.4.2, приводило к низкому содержанию SO2. Таким образом, в настоящее время аэрирование при внесении дрожжей ограничивается необходимой нормой (около 8 мг/л), но это означает, что введенные позже, то есть долитые варки, частично не следует аэрировать. Схема аэрирования зависит от количества доливаемых варок и от интервалов между ними (см. раздел 10.4.1). При введении ассимилированных дрожжей и обычном при этом доливе через определенные интервалы времени содержание SO2 оказывается низким. В данном случае хорошо зарекомендовало себя на практике добавление к ассимилированным дрожжам 2-4-кратного количества однократно собранных дрожжей и проведение упомянутой выше схемы аэрирования. При осуществлении этих мер нельзя допустить замедления брожения и созревания, а тем более нарушения жизнеспособности дрожжей. Вследствие замедленного размножения дрожжей в пиве сохраняется несколько более высокое содержание ассимилированного азота, способствующего образованию альдегидов Штрекера.
На лаг-фазу можно также повлиять при помощи мер по приготовлению сусла. Путем дробления солода в атмосфере инертного газа (очень важного, прежде всего, для порошкового помола из-за большей площади поверхности частиц солода и повышения температуры до 55 °С), применения деаэрированной пивоваренной воды, затирания без доступа воздуха при повышенных температурах (более 62 °С) и благодаря низкому значению pH (5,2-5,4) в сусло переходит больше редуктонов. Одновременно происходит смягчение действия оксидаз (особенно липоксигеназ). Применение молочной кислоты, полученной микробиологическим путем, оказалось эффективнее, чем полученной техническим способом. Приготовление сусла без доступа воздуха при последующих операциях, низкая термическая нагрузка при кипячении сусла и его обработке, а также эффективное выпаривание ароматических веществ хмеля (при необходимости - путем отгонки или вакуумного выпаривания) увеличивают продолжительность лаг-фазы. Вместе с тем из-за этих мероприятий замедляется рост радикалов после измерения лаг-фазы, которую замеряют через 120 мин (некоторые исследователи замеряют её через 150 мин, обозначая ее показателем «Tl50»). Следствием поглощения кислорода после брожения (см. раздел 5.3.6) является серьезное ухудшение лаг-фазы. При хранении пива после розлива лаг-фаза уменьшается, вследствие чего в качестве аналитического показателя можно применять только лаг-фазу пива сразу же после розлива. Вместе с тем показатель сокращения лаг-фазы пива (например, при проведении ускоренного теста или при испытаниях срока годности) может коррелировать с развитием вкуса старения и увеличением содержания индикаторов старения пива.
ЭПР-спектрометрия позволяет выявлять и свободные радикалы. Их содержание зависит от сорта ячменя, области его возделывания и условий года сбора урожая. Ячмень, выращенный в приморском климате, характеризуется повышенным содержанием свободных радикалов и фенольных веществ. Повышенному содержанию свободных радикалов способствуют более высокая степень растворения белка, высокие значения VZ 45 °С, содержания β-амилазы и показателей по фриабилиметру, а повышенные вязкость и содержание β-глюкана снижают содержание свободных радикалов.
Хемилюминесцентный анализ позволяет проводить непрерывное измерение окислительных реакций в процессе дробления и затирания солода. Этот анализ подтверждает благоприятный эффект затирания в атмосфере инертного газа, но показывает явные отличия в зависимости от типа солода. Результаты этого анализа изменяются параллельно способности к образованию ноненалей (см. далее).
Как отмечалось в разделе 7.6.6.5, полифенолы повышают редуцирующую способность пива. При этом существенную роль в процессе изготовления играют фенолкарбоновые кислоты и мономерные полифенолы. Способность к восстановлению радикалов (СВР) снижается в следующей последовательности: галловая кислота - кофейная кислота - эпигаллокахетингаллат - гентизиновая (2,5-дигидроксибензойная кислота) кислота до эпикатехина (СВР - от 815 до 530) и протокатеховая кислота - феруловая кислота - р-кумаровая кислота - эпикатехингаллат до ванилиновой кислоты (СВР - от 290 до 110). Полифенолы хмеля способны повысить СВР пива примерно на 10 %. К низкомолекулярным полифенолам хмеля относится множество феноловых карбоновых кислот и флаванолов - прежде всего проантоцианидины и флаванолы. Их содержание зависит от сорта хмеля, а также определяется областью его возделывания. Стабилизация пива с помощью ПВПП лишь незначительно уменьшает продолжительность собственно лаг-фазы, однако от этого страдает СВР и тем самым индекс стойкости пива, который рассчитывается по таким показателям как лаг-фаза, СВР и восстанавливающая способность (у стойкого пива он должен быть выше 60). Пиво, обработанное ΠΒΠП и обладавшее перед стабилизацией в целом высоким содержанием полифенолов, характеризуется лучшей стойкостью вкуса по сравнению с пивом, бедным полифенолами. Представляется, что содержание полифенолов в сусле и нестабилизированном пиве может служить индикатором относительно последующей стойкости вкуса. При этом, однако, СВР полифенолов в сусле более выражено по сравнению с изготовленным из него пивом, так как при низких значениях pH пива полифенолы не могут проявить это свойство.
Обращает на себя внимание уменьшение содержания аминокислот в процессе старения пива - например, глютамина почти на 80 %. При этом наблюдается также снижение содержания фенилаланина, гистидина, тирозина, лейцина, изо-лейцина и лизина.
Из продуктов расщепления и окисления липидов в пиве присутствуют некоторые насыщенные и ненасыщенные карбонильные соединения, содержание которых в ходе старения пива первоначально даже возрастает, однако после достижения определенного максимума вновь снижается.
Содержание других карбонильных соединений в процессе старения снижается непрерывно. К первой группе относится (Е)-2-ноненаль (в литературе по пивоварению его обозначают также транс-2-но-неналь). Он считается важным источником образования «картонного» привкуса старения. В ходе старения пива его содержание возрастает до некоторого с трудом определяемого предельного значения, однако, как и другие ненасыщенные карбонильные соединения, он затем вновь расщепляется и поэтому показатель его содержания не годится для характеристики степени старения пива. Тем не менее способность к образованию нонена-лей в сырье и промежуточных продуктах пивоварения считается индикатором последующего образования в пиве веществ старения.
Высокая активность липогексиназ солода и затора обусловливает увеличение содержания веществ-индикаторов расщепления липидов пива - гептанола, нонадекановой кислоты и гамма-нона-лактона, а также индикаторов старения. Солод, быстро подсушенный при повышенных (например, при 65 °С) или высушенный при высоких (свыше 86 °С) температурах, дает в пиве низкое содержание продуктов расщепления или окисления липидов. При кипячении затора и сусла эти процессы можно существенно ограничить (см. разделы 2.3.1.5 и 10.2.4) применением дробления солода в атмосфере инертного газа, использованием деаэрированной воды и особенно за счет низкого значения pH затора (5,2-5.4) и повышенных температур затирания (более 62 °С). На последующих стадиях приготовления сусла следует избегать поглощения кислорода. Эти факторы и прежде считались важными, хотя они постоянно подвергаются сомнению. Тем не менее технологию с контролем содержания кислорода при приготовлении сусла можно считать соответствующей современному уровню.
В так называемом «белом» пиве (Weißbier), как отмечалось ранее, лаг-фаза не выявлена (в свежем пиве ее значение составляет всего 10 единиц), но у фильтрованного прозрачного пшеничного пива отмечается хорошая вкусовая стойкость. Это подтверждает также индекс стойкости пива, который даже у светлых сортов пшеничного пива составляет от 30 до 55 ед. Здесь большую роль играет содержание в используемом солоде редуктонов и предшественников продуктов реакции Майяра. Поскольку в сортах светлого пшеничного пива с показателем цветности до 13 ед. EBC содержится определенная доля темного или карамельного солода, то данное свойство можно объяснить и этим. У темного пшеничного пива, а также у темных сортов пива низового брожения наблюдается хорошая восстанавливающая способность, чему способствует в том числе и низкое остаточное содержание свободного α-аминного азота.
Более крепкое пиво с повышенным содержанием алкоголя (например, Bockbiere) имеет более высокий индекс стойкости благодаря антиоксидантным свойствам этилового спирта.
При старении белого пива (включая дрожжевое) происходит снижение содержания 4-винилгваяколя, а также сложных вкусообразующих эфиров. Важно, чтобы розлив пива осуществлялся без доступа кислорода, так как жизнеспособные дрожжи не способны компенсировать действие кислорода, содержащегося в горлышке бутылки.
Что касается технологических мероприятий по обеспечению стабильности вкуса (см. разделы 7.6.5 и 5.3.6), то ухудшение лаг-фазы может наступить вследствие применения дезинфицирующих средств на базе перекиси водорода и недостаточного ополаскивания. Перекись водорода может в дальнейшем вступать в каталитическую реакцию с железом с образованием гидроксильного радикала. Например, в танке для до-браживания вместимостью 1000 гл перед ополаскиванием остается около 200 л дезинфицирующего средства. Показатель СВР при этом снижается наполовину, а начиная с 60 л лаг-фазу определить уже невозможно. Остаток дезинфицирующих средств в 20 л уменьшает СВР на 7 %, а лаг-фазу - на 20 %. Эффективность ополаскивания при использовании дезинфицирующих средств (особенно уменьшающих поверхностное натяжение) имеет большое значение для характеристик пивной пены (см. раздел 10.7.1).
Помимо перечисленных факторов, касающихся сырья, приготовления сусла и хода брожения, в последнее время появилось много инноваций, далеко выходящих за рамки мероприятий, описанных в соответствующих главах нашей книги. Все они могут обеспечить положительный результат.
Содержание кислорода в CO2 брожения, извлеченном на современных установках рекуперации CO2, составляет 30-50 мг/кг, что соответствует степени чистоты 99,995-99,997 %. Это уже не отвечает современным требованиям по регулированию желаемого содержания CO2 в ходе карбонизации пива, деаэрированной промывной воды, установления требуемого содержания начального сусла у более плотного пива, а также С02-промывки кислородсодержащего первого сусла и фильтрованного пива в танке для сбраживания пива под давлением. В этих целях в CO2 должно содержаться еще меньше кислорода, и для достижения требуемых значений (не более 5 мг/кг) требуется дополнительная ректификация сжиженного CO2. Кроме того, степень чистоты CO2 важна при обработке кизельгура и силикагелей, поскольку в них содержится кислород и требуется их промывка CO2 (в дозирующей емкости для кизельгура или, что лучше, в резервуаре для предварительного смешивания). Необходимо при транспортировке кизельгура из одной емкости в другую исключить захват воздуха, а в ходе дозирования кизельгура в дозирующей емкости следует создать своего рода «подушку» из CO2 путем его подвода снизу. Это относится и к силикагелям, если их добавляют, например, уже после осветления фильтрованием, то есть до буферного танка.
С кизельгуром в пиво вносятся и другие микроэлементы. Присутствующее в пиве железо, содержание которое согласно нормативам не должно превышать 100 мг/кг, оказывает влияние на стойкость вкуса; кальций (содержание менее 500 мг/кг) существенно влияет на возможность осаждения оксалатов и на га-шинг-эффект (см. раздел 7.6.7).
Содержащееся в кизельгуре железо почти на 65-70 % переходит в пиво, причем больше всего это сказывается на первом сусле и на первых 10 % пива после 8-часового фильтрования. Это железо может вызвать повышение его содержание в пиве на 0,1 мг/л и сократить лаг-фазу пива. Содержание железа в кизельгуре зависит от способа его подготовки (см. раздел 4.2.2.1) и происхождения. Можно задать более низкое предельное значение по содержанию железа, например, не более 50 мг/кг, однако это требует дополнительных затрат. Более целесообразно обработать кизельгур разбавленной кислотой (например, лимонной) уже в емкости для предварительного смешивания, что позволит растворить железо и впоследствии его вывести (здесь важно значение pH). При этом можно также снизить содержание в пиве кальция.
Еще одним источником кислорода являются прокладки для кронен-пробок. Прежде их изготавливали из натуральной пробки с алюминиевой фольгой, но в настоящее время все шире применяются синтетические материалы - вспененный или невспененный ПВХ или ПВС или смеси. Компаундные массы, не содержащие ПВХ и изготовленные без добавления мягчителей, состоят из ПЭ, ПП, этиленвинилацетатных сополимеров и эластомеров.
В процессе хранения бутылочного пива CO2 улетучивается, и кислород может проникать в бутылку через уплотнительную прокладку. Степень поглощения кислорода через 6 мес. может составить до 1,4 мг/л. В результате все предшествующие усилия на стадии розлива оказываются напрасными. У пластмассовых винтовых колпачков (см. раздел 10.6.2) и у пробок с пружинным хомутом проницаемость для кислорода еще выше. У этого вида укупорки многое зависит от состояния механизма замка и резинового кольца. Кронен-пробки с компаундной прокладкой, обладающей барьерными свойствами, снижают поглощение кислорода пивом за полгода примерно на 0,2 мг/л (навинчивающиеся колпачки благодаря барьерному слою из ПВС дают примерно те же значения). Еще более эффективны в качестве барьера для кислорода так называемые «поглотители», включаемые в прокладку, так как в них содержатся соединения, способные химически связывать поступающий кислород. В этом случае увеличения содержания кислорода в пиве не отмечается в течение полугода (или пока поглотитель активен). Такие поглотители кислорода, однако, не способны абсорбировать кислород из воздушного пространства в горлышке бутылки и растворенный в пиве кислород, так как для активации поглотителей требуется от 6 до 12 ч.
Проницаемость ПЭТ-бутылок для кислорода в 10-12 раз выше проницаемости «нормальной» кронен-пробки, а это означает, что даже при сроке годности в 8 нед. содержание кислорода в пиве увеличивается на 5 мг/л. У ПЭН-бутылок проницаемость для кислорода составляет одну треть от ПЭТ, у многослойных (Multilayer) бутылок - одну четверть, а у бутылок с покрытием еще лучше, но и здесь можно использовать активные поглотители кислорода (правда, это отражается в издержках). Хорошую защиту обеспечивает также групповая упаковка, в которой, например, «шестерка» бутылок обернута пленкой, а пространство под пленкой заполнено инертным газом. Для металлических банок каких-либо проблем с поглощением кислорода нет, причем как со стороны стенки, так и крышки.
Содержание кислорода в пиве после розлива. Ограничить поглощение кислорода на уровне ниже 0,03 мг/л, включая воздух в пространстве горлышке бутылки, может установка для розлива пива в бутылки с двойным предварительным вакуумированием (см. раздел 5.3.6) и созданием противодавления CO2 при условии правильной работы установки розлива (вакуумный насос, разрежение в отдельных блоках розлива, неповрежденные уплотнения). При розливе в банки в случае использования алюминиевых банок предварительное вакуумирование невозможно (в лучшем случае достигается 20 %-ное разрежение). В этом случае целесообразна промывка банок CO2 перед созданием противодавления.
Исследования на разных пивоваренных предприятиях показали, что общее содержание кислорода в бутылке или банке с пивом может быть снижено до 0,05 мг/л, но это требует строгого соблюдения всех мер, рассмотренных в соответствующих разделах.
Пастеризатор для кратковременной высокотемпературной обработки после фильтра или перед блоком розлива снижает измеренное содержание кислорода в пиве, так как в ходе тепловой обработки он вступает в реакцию с компонентами пива. В связи с этим для внутрипроизводственного контроля для определения «истинного» поглощения O2 важно содержание кислорода до и после установки для кратковременной высокотемпературной обработки.
Как отмечалось выше, аналитически спрогнозировать вкусовую стойкость пива можно путем определения лаг-фазы при помощи ЭПР-спектрометрии и (приблизительно) по содержанию в пиве SO2. Важные сведения могут дать и более простые методы - даже изменение цвета (в пересчете на однородное начальное сусло, например, 12 %-ное) и значения pH во время приготовления пива (фильтрованного сусла, сусла до и после кипячения, начального сусла и молодого пива перед фильтрованием). Еще более точный прогноз дает ТБЧ (тиобарбитуровое число, показатель тиобарбитуровой кислоты), измеренное на тех же стадиях, и, наконец, определение анилиновой точки.
ТБЧ является важным параметром продуктов, подвергшихся термической обработке, в ходе определения которого выявляется содержание гидроксиметилфурфураля (ГМФ), а также других веществ. Таким образом, речь идет о суммарном показателе, который аналитически можно разделить на «общие», «постоянное» и «временное» ТБЧ. «Постоянное» ТБЧ не изменяется от начального сусла до пива, тогда как «временное» ТБЧ исчезает параллельно восстановлению карбонильных соединений в ходе брожения.
ТБЧ можно определить еще в солоде (проще всего - в конгрессном сусле). Оно дает информацию о правильности технологии подсушивания и сушки солода (см. раздел 10.1.3), при этом, конечно, определенную роль играет протеолитическое растворение (нормальное, негомогенное, перерастворение). Между ТБЧ и содержанием предшественников ДМС существует антагонизм, то есть чем более низкого содержания последнего требуется достичь, тем больше должно быть ТБЧ. Для солода пльзеньского типа цветностью 2,8-3,3 ед. EBC допускается значение ТБЧ от 12 до 15 - более высокие значения свидетельствуют об ошибках при подсушивании и сушке солода или о его негомогенности. ТБЧ солода может составлять 55 % от ТБЧ пива. Если наблюдаются ошибки при приготовлении сусла - например, слишком длительное время нагревания, слишком продолжительная тепловая выдержка, повышенные температуры кипятильника или теплоносителя, а также слишком длительные периоды выдержки горячего охмеленного сусла, то рост ТБЧ во время этих технологических операций получается очень высоким (см. табл. 10.1). Это ТБЧ является «постоянным» и приводит к недостаточному снижению цветности в процессе брожения, в результате чего ухудшается стабильность вкуса. Добавление темного или специального солода (светлого или темного карамельного) вызывает повышение ТБЧ, однако его изменение во время кипячения и последующих технологических операций может служить индикатором правильности ведения процесса.
Показатель ТБК пильзенского пива может колебаться от 28 до 45, у светлого экспортного пива он составляет порядка 30-50 (в зависимости от желаемого цвета пива), у пшеничного пива - около 25-30. Показатель ТБК не подходит для отслеживания процесса форсированного старения пива. Для этих целей пригоден описанный ниже анилиновый показатель (АП).
Анилиновая точка (AT) демонстрирует связь с 2-фурфуралем, содержание которого существенно возрастает при старении пива, особенно при его теплом хранении. Значение AT в свежем пиве составляет от 0 до 2 и при брожении уменьшается с исходной величины 100 в начальном сусле до указанного значения. В пиве после розлива AT с течением времени и повышением температуры хранения возрастает и коррелирует с нотами старения, определяемыми органолептически. Кратковременная высокотемпературная обработка и пастеризация не оказывают влияния на AT, как и воздействие света, кислорода и взбалтывания. При хранении пива в течение 40 нед. при температуре 3 °С AT возрастает до 10, при 12 °С- до 21, а при 20 °С - до 75. То же наблюдается и при ускоренных методах испытаний пива на старение. Таким образом, по показателю AT можно прогнозировать поведение пива в цепочке сбыта или, что не менее важно, определить, какому температурному воздействию оно подверглось.