Образование побочных продуктов брожения при высокоплотном пивоварении

Образование побочных

продуктов брожения

при высокоплотном пивоварении

Е.Д. Фараджева, Н.А. Колнышенко

Воронежская государственная технологическая академия

В условиях современного производства актуально внедрение интенсивной технологии высокоплотного пивоварения, сущность которого состоит в том, что приготовляется пивное сусло с концентрацией сухих веществ 14-23 %, которое сбраживается, дображивается, и зрелое пиво доводится специально подготовленной водой до стандартной концентрации начального сусла. Применение этого способа позволяет увеличить мощность действующих заводов на 25-50 % при незначительных капитальных затратах на подготовку воды и существенной экономии топливно-энергетических ресурсов.

Приготовление сусла с повышенной концентрацией сухих веществ осуществляется двумя способами: из ячменных и солодовых сиропов и традиционным способом с использованием в основном высококачественного солода. В последнем случае часто используют повышенное количество сахара или углеводсодержащих сиропов на стадии кипячения сусла с хмелем.

Высококонцентрированное сусло относится к трудно сбраживаемым средам из-за повышенного осмотического давления, отрицательно влияющего на жизнедеятельность дрожжей, и высокого уровня алкоголя. Поэтому к дрожжам предъявляют особые требования: они должны обладать высокой бродильной активностью, иметь хорошую флокуляционную способность, накапливать как можно меньше метаболитов, нежелательных для вкуса и аромата.

Исследованиями В.С. Исаевой, Т.И. Филимоновой, О.А. Борисенко, К.В. Кобелева доказана перспективность рас 11, 34, Rh.

В результате сложных биохимических процессов, происходящих при брожении и дображивании пива, получается продукт определенных состава, вкуса и аромата. Вкус и аромат пива во многом определяется летучими побочными продуктами брожения, к которым относят высшие спирты, диацетил, альдегиды, эфиры, кислоты, сернистые соединения и др. Находясь в пиве в незначительных количествах, они существенно влияют на его органолептические показатели. Определенные сочетания этих веществ создают специфические вкус и аромат напитка.

Однако повышенные концентрации побочных продуктов брожения вызыва-

ют посторонние привкусы и запахи. При излишнем накоплении высших спиртов в пиве появляются цветочный, травянистый и картонный привкусы, а также оттенок горечи и плесени. Карбонильные соединения придают пиву зеленый, травянистый, маринадный, царапающий вкус или острый привкус химиката. При высоком содержании сернистых соединений пиво приобретает дрожжевой, овощной, окисленный, пастеризационный и так называемый «солнечный» привкус. Для формирования органолептических свойств пива большое значение имеют эфиры этилового и высших спиртов. Они являются положительными компонентами пива, но превышение оптимальных концентраций выражается в леденцовом и фруктовом аромате или в терпком привкусе и горечи.

Особое место в производстве пива занимает диацетил, при изменении содержания которого появляются масляный, медовый, конфетный аромат. Большинство исследователей считают, что содержание диацети-ла в готовом пиве не только определяет его вкусовые особенности, но и характеризует направленность, глубину и завершенность технологического процесса, а также может служить критерием процесса созревания пива.

Летучие побочные продукты брожения могут образовываться как при размножении дрожжей, так и в процессе гликоли-тического превращения углеводов в этанол. По количеству накопления высшие спирты занимают первое место после этилового спирта и углекислоты. К основным высшим спиртам, насчитывающим около 50 наименований, относят изоамилол, фенилэтанол, изобутанол и 1-пропанол, составляющие более 75 % от общего количества всех спиртов. По данным Эрли-ха, основное количество высших спиртов образуется из аминокислот, главным образом лейцина, изолейцина, триптофана и тирозина. При брожении одновременно протекают процессы декарбоксилирова-ния и гидролитического дезаминирования аминокислот. При этом углеводная часть молекулы аминокислоты образует спирт, отвечающий по своему строению исходной аминокислоте, но содержащий на один углеродный атом меньше.

Работами И.Я. Веселова установлено, что высшие спирты образуются в анаэробных условиях вторично из кетокислот в результате реакции переаминирования, причем кетокислоты поставляются из цикла спиртового брожения (пировиноградная кислота), а источником аминокислот может быть среда или же внутриклеточные белки и свободные аминокислоты.

В настоящее время обосновывается теория, согласно которой химизм образования высших спиртов увязывается с общим обменом веществ, включающим как азотистый, так и углеводный обмены. С этой теорией связана схема И.М. Грачевой, по которой в процессе размножения дрожжи используют интермедиаты цикла Кребса и гликолиза в качестве основы для биосинтеза необходимых аминокислот. При этом происходит переаминирование с одновременным декарбоксилированием. Центральное звено этого процесса — образовавшаяся в результате гликолиза пировиноградная кислота, которая вступает в реакции аминокислотного обмена (переаминирование с аминокислотами) и превращается в а-аланин, участвующий в реакции пластического обмена клетки. При такой взаимосвязи углеводного и белкового обмена нет прямо пропорциональной зависимости между потреблением аминокислот из среды и продукцией высших спиртов.

На каждые 100 мг высших спиртов примерно 25 мг образуется из сахаров, 15 мг — по схеме Эрлиха из соответствующих аминокислот и 60 мг — из других аминокислот в результате трансаминирования.

Пивоваренные дрожжи в процессе сбраживания сусла синтезируют ряд органических кислот: уксусную, пировиноградную, молочную, яблочную и др. Сложные эфиры образуются из высших спиртов и органических кислот как продукт жизнедеятельности дрожжей в результате реакций, катализируемых эстеразами дрожжей. Сложные эфиры накапливаются также при биосинтезе в дрожжевых клетках. И.Я. Веселов считал, что образование эфиров легче происходит по реакции между альдегидами как исходными продуктами для образования кислот и высших спиртов. Сложные эфи-ры образуются также из пировиноградной кислоты при взаимодействии ацетил-кофер-мента А дрожжевой клетки и спиртов.

Из карбонильных соединений при брожении образуются альдегиды, кетоны, ди-кетоны и оксикетоны (диацетил и ацетоин).

Альдегиды образуются несколькими путями: при декарбоксилировании кето-кислот, при синтезе высших спиртов из аминокислот, при окислении спиртов как ферментативным, так и химическим способами. Из альдегидов преобладает ацеталь-дегид, придающий пиву незрелый вкус.

Пировиноградная кислота при брожении превращается в ацетомолочную кислоту с последующим ее декарбоксили-

рованием в ацетоин. Окисление ацетоина в диацетил катализирует ацетоиндегидро-геназа с коферментом NADH2, восстановление ацетоина в 2,3-бутандиол — бу-тиленгликольдегидрогеназа и NADH2. Количество диацетила и ацетоина в ходе брожения возрастает, а затем постепенно снижается. В зависимости от условий в пиве преобладает или окисление, или восстановление ацетоина.

Таблица 1

Показатель Концентрация начального сусла, %

11 16 22,5

Содержание сбраживаемых углеводов, г/100 см3 8,2-8,7 12,6-13,5 18,2-19,5

Отношение сахара к несахару 1: 0,32-1: 0,41 1: 0,26-1: 0,35 1: 0,21-1: 0,26

Конечная степень сбраживания, %% 76-81 73-79 74-78

Содержание растворимого азота, г/100 см3 83-94 118-129 138-153

Содержание аминного азота, г/100 см3 22-25 31-35 33-39

Таблица 2

Содержание, мг/дм3 Раса дрожжей |

8а (М) 37 Н 41

Высшие спирты:

1-бутанол 2,7 1,9 0,9 3,5

изобутанол 26,2 19,7 18,2 32,3

1-пропанол 14,9 16,8 13,1 20,6

изоамилол 69,6 57,4 41,8 73,2

гексанол 1,4 1,7 0,9 1,5

гептанол 1,1 1,4 1,8 2,6

фенилэтанол 26,3 21,7 18,6 30,9

Эфиры:

этилацетат 42,7 36,8 33,6 47,3

изоамилацетат 4,8 3,2 2,9 5,2

этилбутират 0,19 0,12 0,09 0,24

ацетоин 4,6 3,7 2,9 5,6

диацетил 0,35 0,22 0,17 0,45

ацетальдегид 16,3 12,7 11,9 18,6

диметилсульфид 0,12 0,07 0,05 0,15

На накопление побочных продуктов брожения в пиве большое влияние оказывает раса используемых дрожжей. Полагают, что механизм образования этих веществ у всех рас дрожжей аналогичен, но биосинтез продуктов брожения у каждой отдельной расы по-разному индуцируется соответствующими ферментными системами, что определяется генетической природой дрожжей. В результате в пиве, сброженном различными расами дрожжей, накапливается различное количество соединений, отличающихся по качественному составу.

Мы провели исследования по выбору рас дрожжей и их дозировок с целью интен-

сификации сбраживания высокоплотного сусла и улучшения качества получаемого пива. Опыты проводили на пивном сусле с начальной концентрацией 11 (контроль), 16 и 22,5 %. Высококонцентрированное сусло приготовляли из солода первого класса с применением 20 % сахара, добавляемого при кипячении с хмелем. Использовали на-стойный способ затирания. Основные показатели сусла указаны в табл. 1.

Технологические режимы брожения — классические. Использовали засевные дрожжи рас 8а (М), 37, 41 и Н. Последняя раса была получена в Воронежской государственной технологической академии.

Результаты влияния расы дрожжей на накопление побочных продуктов и дегустационную оценку пива, полученного из 16 % сусла, представлены в табл. 2 и на рис. 1 -3.

Максимальное количество побочных продуктов брожения образуют расы 41 и 8а (М), минимальное — Н и 37. Содержание этих соединений коррелирует с дегустационной оценкой. Пиво, полученное с применением рас Н и 37, по составу побочных продуктов имеет незначительные отличия, характеризуется высокими вкусовыми качествами. Поэтому их можно рекомендовать для высокоплотного пивоварения.

Дальнейшие исследования проводили с использованием выбранных рас дрожжей. Для интенсификации брожения с целью сокращения технологического цикла предварительными опытами были определены оптимальные дозы засевных дрожжей: для 14-16%-ного сусла — 40 млн, 17-19%-ного — 50 млн, для 20-23%-ного 60 млн клеток/ см3.

Влияние концентрации начального сусла на брожение и содержание побочных продуктов представлено в табл. 3.

Разведение готового пива проводили умягченной и сатурированной до 0,4 % СО2 водой. Из данных можно сделать выводы, что при выбранных дозировках засевных дрожжей рас Н и 37 обеспечивается накопление основных побочных продуктов в количествах, позволяющих после разбавления высокоплотного пива получить готовое пиво с высокими дегустационными показателями.

41 8а(М) 37 Н

Рис. 1. Накопление высших спиртов

в зависимости от расы дрожжей

ПИ

НАПИТКИ А 2' 2007

26

"к

Ф 1 60  Ф о ° 40  20  0 —

41 8а(М) 37 Н

Рис. 2. Накопление эфиров в зависимости от расы дрожжей

Оценка, баллы Э 5 0 5 0 —

41 8а(М) 37 Н

Рис. 3. Дегустационная оценка

Таблица 3

Показатель

Одноразовое аэрирование

Двухразовое аэрирование

Концентрация начального сусла, % 16 10

Количество засевных дрожжей, млн клеток/см3 40 40

Коэффициент размножения 2,6 3,5

Длительность брожения, сут 9 7

Содержание в готовом пиве до разведения, мг/дм3:

высшие спирты 141 112

ацетоин 3,8 3,3

диацетил 0,27 0,24

ацетальдегид 14,6 12,8

диметилсульфид 0,11 0,09

Таблица 4

Показатель Концентрация начального сусла, % |

11,0 16,0 22,5

Длительность брожения, сут 7 9 12

Количество вносимых дрожжей, млн клеток/см3 20 40 60

Коэффициент размножения 4,1 2,4 1,6

Содержание в молодом пиве, мг/дм3:

высшие спирты 97 148 212

ацетоин 8,5 10,3 14,2

диацетил 0,47 0,62 0,89

Содержание в готовом пиве до разведения, мг/дм 3:

высшие спирты 73 127 176

ацетоин 2,7 4,3 7,1

диацетил 0,12 0,24 0,37

диметилсульфид 0,07 0,13 0,26

Содержание в готовом пиве после разведения, мг/дм3:

высшие спирты 82 87

ацетоин 0,14 0,17

диацетил 2,9 3,4

диметилсульфид 0,09 0,12

Дегустационная оценка, баллы 23 22

Известно, что на жизнедеятельность дрожжей большое влияние оказывает содержание кислорода в сбраживаемой среде. В начале главного брожения для увеличения прироста биомассы дрожжей проводится аэрация сусла (до содержания 6-8 мг/дм3 О2), иногда дрожжи перед высевом в сусло также аэрируют.

При использовании высокоплотного пивоварения аэрацию рекомендуется проводить дважды: при подаче сусла на брожение и в ходе главного брожения, когда достигается потребление дрожжами 1 / 3 части экстракта, обычно через 3-4 сут. Это оказывает позитивное влияние на продолжительность процесса и качественный состав побочных продуктов. Влияние аэрирования на скорость брожения и состав побочных продуктов видно из данных табл. 4.

Двухразовое аэрирование сокращает продолжительность брожения 16 % сусла на 2 сут, содержание высших спиртов уменьшается на 20,6 %, ацетоина — на 13,1, диацетила — на 11,1, ацетальде-гида — на 12,3, диметилсульфида — на 18,2 %.

Таким образом, можно сделать выводы, что расы дрожжей 37 и Н можно рекомендовать для сбраживания высокоплотного сусла. Двухразовое аэрирование бродящего сусла позволяет уменьшить содержание побочных продуктов в готовом пиве и продолжительность главного брожения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Филимонова Т.И., Борисенко О.А., Рыжова Т.П., Кобелев К.В. Расы дрожжей для сбраживания плотного сусла// Пиво и напитки. 2004. № 1.

2. Фараджева Е.Д., Ерошкина Е.В. Значение расы дрожжей в формировании вкуса и аромата пива// Пиво и напитки. 1999. № 1.

3. Хорунжина С.И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. — М.: Колос, 1999.

4. Ермолаева Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия. — СПб.: Профессия, 2004.

5. Киселева И.В., Пучкова Е.А., Гернет М.В., Лаврова В.Л., Кобелев К.В. Способ интенсификации процесса сбраживания сусла// Пиво и напитки. 2004. №2. <ST

НОВЫЙ МИР0В0И СТАНДАРТ ТОЧНОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСТОТЫ НА ВАШЕМ ПРОИЗВОДСТВЕ

LIGHTNING MVP

СИСТЕМА ГИГИЕНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

• Улучшение санитарных условий:

определяет количество биологических остатков и присутствие микроорганизмов

• Оперативность: время получения результата не более 10 секунд

• Простота и удобство в работе:

легкое управление, портативность, прочность и влагостойкость, возможность передачи данных на компьютер, память на 10 ООО результатов

• Высокая чувствительность:

10"12 грамм АТФ, 2-Ю"15 моль АТФ

СИСТЕМА ГИГИЕНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Lightning MVP Высокое качество продукции Защита вашего брэнда Пищевая безопасность Соответствие требованиям НАССР и GMP

BIOCONTROL

Эксклюзивный дистрибьютор в России  000 «ЗИП-И Диагностике» Телефоны/факсы: (495) 626-27-44, (499) 748-01-34 телефоны: (495) 626-27-45,268-06-21. E-mail: zip-i@aha.ru, www.zip-i.ru