Исследование содержания летучих компонентов и глицерина в пиве и пивных напитках

УДК 663.41 DOI 10.24411/0235-2486-2020-10085

Исследование содержания летучих компонентов и глицерина в пиве и пивных напитках

Л.Н. Харламова*, канд. техн. наук; Т.Н. Волкова, канд. биол. наук; И.В. Лазарева, канд. техн. наук; И.В. Селина; М.С. Созинова

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН

Дата поступления в редакцию 21.05.2020 * harlara@yandex.ru

Дата принятия в печать 28.07.2020 © Харламова Л.Н., Волкова Т.Н., Лазарева И.В., Селина И.В., Созинова М.С, 2020

Реферат

Во ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН разработана методика идентификации пива и пивных напитков, которая устанавливает процедуру определения качественных показателей данной продукции, в том числе и дополнительных идентификационных критериев с применением как стандартных методов, так и аттестованных методов качественного и количественного измерения веществ и компонентов, наличие которых свидетельствует о существовании полноценного процесса производства пивоваренной продукции. В процессе брожения пивного сусла из зернового сырья происходят сложные превращения водорастворимых биополимеров с образованием помимо спирта и углекислого газа различных продуктов, определяющих вкус и аромат как готового пива, так и пивных напитков на его основе. К ним относятся вторичные продукты брожения, к которым, в свою очередь, относятся летучие компоненты и глицерин. Изучению их количественного и качественного содержания в типичных промышленных образцах пивоваренной продукции посвящены представленные исследования, выполненные в испытательном центре института. Проводимые исследования необходимы для подтверждения разработанных диапазонов при идентификации пивоваренной продукции.

Ключевые слова

напитки пивные, пиво, состав используемого сырья, объемная доля спирта, высшие спирты, глицерин, идентификация Для цитирования

Харламова Л.Н., Волкова Т.Н., Лазарева И.В., Селина И.В., Созинова М.С. (2020) Исследование содержания летучих компонентов и глицерина в пиве и пивных напитках // Пищевая промышленность. 2020. № 8. С. 48-51.

The study of the volatile components and glycerinin content in beer and beer beverages

L.N. Kharlamova*, Candidate of Technical Sciences; T.N. Volkova, Candidate of Biological Sciences; I.V. Lazareva, Candidate of Technical Science; I.V. Selina; M.S. Sozinova

All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow

Received: May 21, 2020 * harlara@yandex.ru

Accepted: July 28, 2020 © Kharlamova L.N., Volkova T.N., Lazareva I.V., Selina I.V., Sozinova M.S., 2020

Abstract

At the All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS uses methods for determining the quality and data quality, as well as certified methods for the qualitative and quantitative measurement of substances and components of full-fledged brewing process. During the beer wort from grain raw materials fermentation, complex transformations of water-soluble biopolymers take place with the formation, in addition to alcohol and carbon dioxide, of various products that determine the taste and aroma of both finished beer and beer beverages based on it. These include secondary fermentation products, which include volatile components and glycerin. The research presented in the testing center of the institute is devoted to the study of their quantitative and qualitative content in typical industrial samples of brewing products. Ongoing studies are necessary to confirm the developed ranges for the brewing products identification.

Key words

beer beverages, beer, used raw materials composition, volume fraction of alcohol, higher alcohols, glycerin, identification For citation

Kharlamova L.N., Volkova T.N., Lazareva I.V., Selina I.V., Sozinova M.S. (2020) The study of the volatile components and glycerinin content in beer and beer beverages // Food processing industry = Pischevaya promyschlennost'. 2020. No. 8. P. 48-51.

RAW MATERiALS А№ ADDiTiVES

Введение. В пивоваренной отрасли с 2012 г. вступил в действие ГОСТ 552922012 «Пивные напитки. Общие технические условия», согласно которому пивной напиток - это алкогольная продукция с содержанием этилового спирта, образовавшегося в процессе брожения пивного сусла, не более 7 % объема готовой продукции, которая произведена из пива (не менее 40 % объема готовой продукции) и (или) приготовлена из пивоваренного солода, пивного сусла (не менее 40% массы сырья), воды с добавлением или без добавления зерно-продуктов, сахаросодержащих продуктов, хмеля и (или) хмелепродуктов, плодового и иного растительного сырья, продуктов их переработки, ароматических и вкусовых добавок, без добавления этилового спирта [1].

На протяжении последних лет в испытательном центре ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности проводятся исследования по определению дополнительных идентификационных показателей для разработки критериев подлинности пива и пивных напитков.

Известно, что в процессе дрожжевого брожения экстрактивных веществ пивного сусла из различного зернового сырья помимо этилового спирта образуется большое количество разнообразных продуктов брожения, позволяющих формировать вкус и аромат напитка. Вкус конечного продукта определяется побочными продуктами обмена веществ дрожжей, такими как высшие спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, органические кислоты и т. д. Количество образовавшихся вышеперечисленных соединений зависит от состава используемого сусла, расы используемых дрожжей, а также технологических параметров процесса брожения [2-5].

Для превращения сусла в пиво водорастворимые биополимеры зернового сырья, содержащиеся в сусле, сбраживаются дрожжами в этанол и углекислоту. При этом помимо сбраживания сахара происходит накопление эфиров, альдегидов и высших спиртов, которые называют «сивушными маслами» [6].

Накопление высших спиртов достаточно сложно контролировать, однако известно, что их количество определяет вкус, букет и аромат готового напитка. Известно, что в сброженнных растворах в результате метаболизма дрожжей идентифицировано около 200 различных соединений, среди них после этилового спирта и углекислоты первое место занимают высшие спирты. Эта группа соединений, идентифицированных в сброженных растворах, насчитывает свыше 50 наименований.

Известно, что биосинтез высших спиртов зависит от характеристики используемого штамма дрожжей, экстрактивности начального сусла, технологии сбраживания, количества и соотношения аминокис-

лот. Существует несколько путей возникновения высших спиртов: дрожжи перестраивают аминокислоты сусла в высшие спирты через реакции дезаминирования, декарбоксилирования и восстановления; образование высших спиртов может происходить через гидрокислоты или кето-кислоты, а также из сахаров через ацетат. 80% высших спиртов возникает во время главного брожения. В фазе дображивания происходит лишь незначительное увеличение их концентрации. Они не могут быть удалены из пива посредством каких-либо технологических приемов [7-9].

Необходимо иметь в виду, что верховые дрожжи (особенно при получении пшеничного пива) синтезируют значительно большее количество высших спиртов, чем низовые дрожжи, при этом про-пилового спирта и изобутилового спирта накапливается более чем в 2 и в 1,5-2 раза соответственно [8].

Еще одним дополнительным параметром для разработки критериев оценки подлинности пивных напитков может являться глицерин. Он образуется как побочный продукт в результате жизнедеятельности дрожжей, то есть может служить признаком применения продуктов брожения (пива) в технологии напитков пивных. Его количество колеблется в зависимости от температурных условий и от содержания питательных веществ в сусле, с точки зрения органолептическо-го восприятия оказывает на пиво смягчающее воздействие, сглаживая резкие тона горьких веществ хмеля [9].

В ходе брожения глицерин образуется из одной молекулы ацетальдегида, которая остается в дрожжевой клетке и не превращается в этиловый спирт. Причем количественное образование глицерина зависит от штамма дрожжей и варьируется в пиве в пределах от 1000 до 2000 мг / л, а порог ощущения более 50 000 мг/ л [6-9]. Авторы утверждают, что синтез глицерина увеличивается с повышением массовой доли сухих веществ в начальном сусле, причем больше всего у осмочувствительных дрожжей [8].

Приведенные литературные данные свидетельствуют о том, что содержание летучих компонентов и глицерина в пиве и пивных напитках может быть использовано при разработке критериев их идентификации.

Цель работы. Для идентификации пива и пивных напитков во ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой продукции разработаны методики определения качественных показателей данной продукции, в том числе дополнительных идентификационных критериев, с применением аттестованных методов качественного и количественного определения летучих компонентов и глицерина с использованием высокоэффективной жидкостной и газовой хроматографии.

По разработанным методикам, с целью набора статистических данных для разработки критериев идентификации по содержанию летучих компонентов и глицерина в пивоваренной продукции постоянно проводятся исследования промышленных образцов пива и пивных напитков, присутствующих на продовольственном рынке.

Объекты и методы исследований.

Объектами исследований служили промышленные образцы пива и пивных напитков. Содержание объемной доли спирта определяли по ГОСТ 12787-81 «Пиво. Методы определения спирта, действительного экстракта и расчет сухих веществ в начальном сусле», содержание летучих компонентов - по ГОСТ Р 57893-2017 «Продукты брожения и сырье для их производства. Газохроматографический метод определения массовой концентрации летучих компонентов», содержание глицерина - по ГОСТ 33409-2015 «Продукция алкогольная и соковая. Определение содержания углеводов и глицерина методом высокоэффективной жидкостной хроматографии» [10, 11, 12].

Результаты и их обсуждение. В испытательном центре института на регулярной основе проводятся исследования образцов пива и пивных напитков различных производителей, на содержание летучих компонентов и глицерина.

Состав используемого сырья, содержание объемной доли этилового спирта и глицерина в типичных образцах пива и пивных напитков представлены в табл. 1.

Состав используемого сырья во всех представленных образцах пива и пивных напитков соответствовал требованиям действующих стандартов. Первый образец традиционного немецкого светлого пива имел содержание объемной доли спирта 4,7%, содержание глицерина 2,11 г/дм3. Соотношение накопленного спирта к глицерину составляло 2,23. Образец темного немецкого пива содержал 5,2%об спирта, при этом содержание глицерина составило 2,38 г/дм3, а их соотношение понизилось до 2,18.

В образцах светлого крепкого пива уровень содержания объемной доли спирта составлял 8,0-8,1 %, содержание глицерина находилось в диапазоне от 4,56 до 4,70 г/дм3, а их соотношение изменялось от 1,7 до 1,75. Подобные образцы крепкого пива наиболее пригодны для производства пивных напитков.

Напиток пивной под номером 6 имел традиционный для пива состав используемого сырья, содержание спирта в котором составляло 3,7%об, глицерина - 2,19 г/дм3, а их соотношение составило 1,69. Отнесение этого образца к пивному напитку, очевидно, связано с уровнем содержания сахара.

Пивной напиток, в состав которого входят патока крахмальная, яблочная кислота

Таблица 1

Состав используемого сырья, содержание объемной доли спирта и глицерина в промышленных образцах пива и пивных

напитков

№ п/п Наименование образца Состав сырья Содержание объемной доли спирта, (об, %) Содержание глицерина, г/дм3 Соотношение спирт/глицерин

1 Светлое пиво Германия Вода, ячменный солод, хмель 4,7 2,11 2,23

2 Темное пиво Германия Вода, светлый пшеничный и ячменный солод, хмель, хмелевой экстракт 5,2 2,38 2,18

3 Светлое крепкое пиво Вода, солод пивоваренный ячменный, солод карамельный, хмель 8,0 4,56 1,75

4 Светлое крепкое пиво Вода, солод пивоваренный ячменный светлый, мальтозный сироп или сахар, хмелепродукты 8,1 4,66 1,74

5 Светлое крепкое пиво Вода, солод ячменный светлый, ячмень, хмелепродукты, солодовый экстракт 8,0 4,70 1,70

6 Напиток пивной Вода, солод пивоваренный ячменный, сахар, хмель, хмелепродукты 3,7 2,19 1,69

7 Напиток пивной Вода, солод пивоваренный ячменный светлый, сахар, патока крахмальная, хмель, кислота яблочная, ароматизатор пищевой «Лимон-Сидр» 4,5 2,22 2,03

8 Напиток пивной (брусника) Вода, солод пивоваренный ячменный светлый, ячмень, сахар, кислота лимонная, ароматизатор пищевой эмульсионный натуральный тип «Брусника», сок концентрированный из брусники, хмелепродукты 4,6 3,00 1,53

9 Напиток пивной (лимон) Вода, солод пивоваренный ячменный светлый, ячмень, сахар, кислота лимонная, ароматизатор пищевой натуральный тип «Цитрусовый», концентрированный, лимонный сок, кислота аскорбиновая, хмелепродукты 4,6 3,00 1,53

10 Напиток пивной (со вкусом граната) Пиво светлое (вода, солод пивоваренный ячменный светлый, сахар, хмелепродукты), сахар-песок, ароматизатор «Гранат-основа», кислота лимонная, подсластитель комбинированный «Сладин 200 К» (Е952, Е954) 6,8 1,70 4,00

11 Напиток пивной (со вкусом джин-тоника) Пиво светлое, сахар, кислота лимонная, сок концентрированный яблочный, ароматизаторы «Джин», «Тоник», подсластитель «Сладин 200 К» (Е952, Е954) 6,8 1,75 3,89

12 Напиток пивной (со вкусом коньяка и миндаля) Пиво светлое (вода, солод пивоваренный ячменный светлый, сахар, хмелепродукты), сахар-песок, сок яблочный концентрированный, кислота лимонная, краситель «Карамельный колер», ароматизаторы «Коньяк», «Миндаль», и «Лимон», подсластитель комбинированный «Сладин 200 К» (Е 952, Е954) 6,8 1,65 4,12

и ароматизатор «Лимон-Сидр», имел соотношение спирт/глицерин 2,03, при указанных в таблице уровнях содержания объемной доли спирта и глицерина.

Два следующих пивных напитка (брусника и лимон) при содержании объемной доли спирта 4,6% и глицерина 3,0 г/дм3 соотношение имели также одинаковое, оно составило 1,53.

Пивной напиток со вкусом граната содержал 6,8%об спирта, при этом содержание глицерина находилось на уровне 1,70, а их соотношение составило 4,0.

У последних двух пивных напитков с аналогичным предыдущему образцу уровнем содержания объемной доли спирта содержание глицерина составило 1,75 и 1,65 г/дм3, а их соотношение 3,89 и 4,12 соответственно.

содержание объемной доли спирта, эндогенного глицерина и их соотношение зависели от исходной экстрактивности начального сусла, объемной доли спирта, рас используемых дрожжей, технологии брожения и созревания пива.

содержание и состав летучих компонентов в пиве и пивных напитках различных производителей представлены в табл. 2.

В табл. 2 представлены данные по составу основных летучих компонентов в пиве

и пивных напитках, которые оказывают влияние на вкус и аромат готовой продукции, таких как ацетальдегид, этилацетат, изоамилацетат, 2-пропанол, 1-пропанол, изобутанол и изоамилол.

Ацетальдегид - промежуточный продукт, вырабатываемый дрожжами при спиртовом брожении. Высокие его концентрации придают готовому напитку неприятный резкий яблочный вкус.

Этилацетат - продукт обмена веществ при дрожжевом брожении. При высоких концентрациях придает напитку запах ацетона (эфирный).

Изоамилацетат - продукт, образующийся во время брожения сусла благодаря этерификации жирных кислот и высших спиртов. При повышенной концентрации может придавать пиву неприятный фруктовый (банановый) аромат.

1-пропанол, 2-пропанол, изобутанол и изоамилол - вещества, относящиеся к группе высших спиртов. Образуются из аминокислот и сахаров при брожении. Эти соединения в больших количествах придают пиву неприятный резкий запах с маслянистыми и сивушными тонами.

Из представленных в табл. 2 данных видно, что в исследуемых образцах пива

и пивных напитков содержание летучих компонентов различно, как по количественному, так и по суммарному содержанию.

Исследуемые образцы традиционного немецкого пива имели характерный состав летучих компонентов, а их суммарное содержание составляло от 92,6 до 103,7 мг/дм3.

образцы светлого крепкого пива имеют большее накопление исследуемых летучих компонентов, что, очевидно, связано с более высокой экстрактивностью начального сусла при его производстве. Суммарное содержание летучих компонентов в этих образцах находилось в диапазоне 240,7263,2 мг/дм3.

В пивном напитке под номером 6, приготовленном из традиционного пивоваренного сырья, отмечено снижение суммарного содержания летучих компонентов до 84,7 мг /дм3, при сохранении их номенклатуры.

Образцы пивных напитков (№ 7, 8, 9, 10) также имели характерный состав летучих компонентов с суммарным содержанием от 95,6 до 138,4 мг/дм3.

Исключение составили последние два образца пивных напитков, в которых при сохранении номенклатуры исследуе-

RAW MATERiALS AND ADDiTiVES

Таблица 2

Содержание и состав летучих компонентов в производственных образцах пива

и пивных напитков

Наиме- Содержание, мг/дм3

нование компонентов (группа) Образец

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ацетал ьдегид (альдегиды) 12,8 13,6 34,2 38,4 35,6 10,0 15,7 10,2 10,1 19,4 4,2 2,5

Этилацетат (эфиры) 10,7 9,3 34,8 36,4 35,2 8,9 18,2 10,3 10,4 25,3 5,4 0,8

Изоамилацет (эфиры) 0,4 0,9 2,4 2,8 2,5 0,5 1,1 0,8 0,7 7,4 - 0,2

2-пропанол (сивушные масла) 0,1 0,2 0,3 0,2 0,3 0,1 0,3 0,1 0,1 0,1 0,2 0,4

1-пропанол (сивушные масла) 11,8 21,7 52,3 59,0 51,9 11,2 8,9 10,6 10,5 16,4 3,0 0,5

Изобутанол (сивушные масла) 14,8 12,5 24,5 28,6 25,6 12,9 6,3 20,6 20,5 6,9 5,5 2,1

Изоамилол (сивушные масла) 42,0 45,5 92,2 97,8 93,1 41,1 45,1 85,8 86,0 50,2 8,6 3,1

Суммарное содержание 92,6 103,7 240,7 263,2 244,2 84,7 95,6 138,4 138,3 125,7 26,9 9,6

мых показателей отмечено значительное снижение суммарного их содержания до уровня 9,6-26,9 мг / дм3, что, вероятно, связано с нарушением технологии при их производстве.

Выводы. Представленные в работе экспериментальные данные свидетельствуют о том, что по накоплению летучих компонентов и глицерина, образующихся в процессе брожения, их состав и соотношение зависят от качества исходного сырья, расы используемых дрожжей, технологических параметров процесса брожения пивного сусла.

Приведенные в работе результаты экспериментальных исследований наглядно показывают, что с использованием стандартных методов испытаний, а также аттестованных методов качественного и количественного определения критериальных веществ и компонентов, в соответствии с методикой идентификации, разработанной во ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, можно проводить обоснованную оценку качества промышленных образцов пива и пивных напитков, присутствующих на продовольственном рынке.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 55292-2012 Пивные напитки. Общие технические условия.

2. Меледина, Т.В. Качество пива: стабильность вкуса и аромата. Коллоидная стойкость, дегустация/Т.В. Меледина, А.Т. Дедег-каев, Д.В. Афонин. - СПб: Профессия, 2011. -220 с.

3. Дедегкаев, А.Т. Глицерин - антистрессовый метаболит дрожжей S. сегем^'ае/А.Т. Дедегкаев, Д. Афонин, Т.В. Меледина, С.А. Черепанов // Вестник международной академии холода. Пищевые технологии. - 2005. - № 2. - С. 47-48.

4. Главачек, Ф. Пивоварение/Ф. Главачек, А. Лхотский (перевод с чешского). - М.: Пищевая промышленность, 1997. - 624 с.

5. Булгаков, Н.И. Биохимия солода и пива. -М.: Пищевая промышленность, 1976. - 358 с.

6. Кунце, В. Технология солода и пива/В. Кунце, Г. Мит. - СПб: Профессия, 2003. - 912 с.

7. Бак, Вернер. Практическое руководство по технологии пивоварения. - Бремен: Medien Transfer Verlag, 2008. - 427 с.

8. Бэмфорт, Ч. Новое пивоварение (перевод с английского И.С. Горожанкиной, Е.С. Боровиковой). - СПб: Профессия, 2007. - 520 с.

9. Нарцисс, Л. Вкус пива и технологические факторы. - Мир пива - 1996. - № 2. - С. 21-23.

10. ГОСТ 12787-81 Пиво. Методы определения спирта, действительного экстракта и расчет сухих веществ в начальном сусле.

11. ГОСТ Р 57893-2017 Продукты брожения и сырье для их производства. Газохромато-

графический метод определения массовой концентрации летучих компонентов.

12. ГОСТ 33409-2015 Продукция алкогольная и соковая. Определение содержания углеводов и глицерина методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

REFERENCES

1. GOST 55292-2012 Beer beverages. General specifications.

2. Meledina TV, Dedegkaev AT, Afonin DV. Kachestvo piva: stabil'nost' vkusa i aromata. KolAoidnaya stoykost', degustatsiya [Beer quality: taste and aroma stability. Colloidal resistance, tasting]. Saint Petersburg: Profession, 2011. P. 220

3. Dedegkaev AT, Afonin D, Meledina TV, Cherepanov SA. Glitserin - antistressoviy metabolit droggey S. cerevisiae yeas [Glycerin - an anti-stress metabolite of S. cerevisiae yeas]. Vestnik mezhdunarodnoy academii khoioda. Pischevie technoiogii [Bulletin of the International Academy of Refrigeration. Food technologies]. 2005. No. 2. P. 47-48.

4. Glavachek F, Lkhotsky A. Pivovarewnie [Brewing] (trans. with czech). Moscow: Food Industry, 1997. P. 624.

5. Bulgakov NI. Biochimiya soloda i piva [Malt and beer biochemistry]. Moscow: Food industry, 1976. P. 358.

6. Kuntse V, Mit G. Technologiya soloda I piva [Malt and beer technology]. Saint Petersburg: Professiya [Profession], 2003. P. 912.

7. Werner Buck. Ptakticheskoe rukovodstvo po technologii pivovareniya [Practical Guide to Brewing Technology]. Bremen: Medien Transfer Verlag, 2008. P. 427.

8. Bamfort Ch. Novoe pivovarenie [New Brewing] (trans. with english IS Gorozhankina, ES Borovikova). Saint Petersburg: Professiya [Profession], 2007. P. 520.

9. Nartsiss L. Vkus piva I technologicheskie faktori [Beer flavor and technological factors]. Mir piva [Beer world], 1996. No. 2. P. 21-23.

10. GOST 12787-81 Beer. Methods for alcohol determination, actual extract and calculation of solids in the initial wort.

11. GOST R 57893-2017 Fermentation products and raw materials for their production. Gas chromatographic method for determining the volatile components mass concentration.

12. GOST 33409-2015 Alcoholic and juice products. Determination of carbohydrates and glycerin by high performance liquid chromatography.

Авторы

Харламова, Лариса Николаевна канд. техн. наук, Волкова Татьяна Николаевна, канд. биол. наук, Лазарева Ирина Валерьевна, канд. техн. наук, Селина Ирина Васильевна, Созинова Марина Сергеевна

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва, 119021, ул. Россолимо, д. 7, harlara@yandex.ru, tatyana.volkova41@gmail.com, vniipbivp@fncps.ru, iriselina@yandex.ru, mssozinova@gmail.com

Authors

Larisa N. Kharlamova, Candidate of Technical Sciences, Tat'yana N. Volkova, Candidate of Biological Sciences, Irina V. Lazareva, Candidate of Technical Sciences, Irina V. Selina, Marina S. Sozinova

AU-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, 7, Rossolimo Str., Moscow, Russia 119021, harlara@yandex.ru, tatyana.volkova41@gmail.com, vniipbivp@fncps.ru, iriselina@yandex.ru, mssozinova@gmail.com