Влияние рН на ферментативный гидролиз биополимеров ячменного солода

УДК 663.443

Т. М. Панова, П. В. Энкениколай, Ю. Л. Юрьев ВЛИЯНИЕ рН НА ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ БИОПОЛИМЕРОВ ЯЧМЕННОГО СОЛОДА

Ключевые слова: затирание, кислотность, ферменты солода, выход экстракта.

Изучено влияние рН на процесс затираниясолода. Выявлена зависимость степени ферментативного гидролиза крахмала и белков от величины рН. Для получения пива с высокими органолептическими показателями и обеспечения высокого выхода экстракта рекомендовано проводить затирание при рН 5,4±0,5. Показана возможность использования оборотной воды после системы охлаждения сусла для приготовления затора, что позволит снизить затраты энергоресурсов на получение пивного сусла.

Key words: mashing, acidity, malt enzymes, extract yield.

The effect of pH on the process of mashingwas studied. We found the degree of enzymatic hydrolysis of starch and protein by the pH value. We recommend mashing at pH 5,4 ± 0,5, for beer with high organoleptic properties and high yield of extract. We have shown the possibility of using recycled water after the cooling system wort for making the mash, which will reduce the energy costs for beer wort.

Вода, используемая в производстве пива, в зависимости от источника водоснабжения,всегда содержит некоторое количество солей. Некоторые ионы, присутствующие в воде, при затирании реагируют с компонентами солода, что в ходе технологического процесса влияет на изменение рН. В свою очередь, кислотность среды определяет скорость и глубину протекания ферментативных процессов.

Целью работы являлось выяснение возможности использования для приготовления затора оборотной воды из системы охлаждения пивного сусла для снижения водопотребления и затрат тепла. Для ряда предприятий, в частности пивоваренных заводов малой мощности, это является актуальной задачей.

Рекомендуемая в соответствии с технологической инструкцией по производству пива и напитков ТИ 10-5031536-73-90 концентрация водородных ионов в заторе (рН 5,6...5,9) не является оптимальной для действия всех основных ферментов солода (табл. 1).

Таблица 1 - Оптимальные значения величины рН для ферментов солода

следующие температурные паузы: 48, 50, 62, 70, 72оС. Контроль процесса затирания осуществляли физико-химическими методами анализа, принятыми в бродильной промышленности.

В результате исследования процесса затирания нами выявлена следующая зависимость выхода экстракта от рН воды, используемой для приготовления затора (рис.1).

5,2 5,4 5,6 5,8 6

рН. ед.рН

Ферменты Величина рН

а-амилаза 5,6.5,8

в- амилаза 5,4.5,6

Эндопептидазы 5,0.5,2

Экзопептидазы 4,8.5,6

Кислая фосфатаза 4,5.5,0

Эндоглюконазы 4,5.4,8

Анализ оборотной воды из системы охлаждения сусла показал снижение ее рН до 5,3 в результате термической декарбонизации. Для решения проблемы использования такой воды для приготовления затора необходимо определить влияние рН на процессы затирания в условияхООО «Дикий хмель» (п. Белоярский Свердловской области).

В соответствии с регламентом предприятия получение пивного сусла проводили настойным способом с использованием 100%-ного светлого ячменного солода (ГОСТ 29294-92), включая

Рис. 1 - Влияние рН на выход экстракта при затирании солода

Приведенные на рис.1 результаты показывают, что максимальный выход экстракта наблюдается в диапазоне рН затора 5,3...5,4, что свидетельствует о более высокой активности амилолитических ферментов в этих условиях. Кроме того, анализ образцов сусла, полученных при различных значениях рН, показывает, что снижение рН затора обеспечивает накопление в сусле большего количества редуцирующих веществ. Однако анализ конечной степени сбраживания сусла дает основание полагать, что при снижении рН затора до 5,4 увеличение содержания редуцирующих веществ в сусле происходит за счет сбраживаемых углеводов (мальтоза, глюкоза, фруктоза) - конечная степень сбраживания сусла возрастает. При дальнейшем снижении значения рН затора конечная степень

сбраживания сусла не изменяется. Это связано с тем, что при снижении величины рН усиливается гидролиз некрахмалистых полисахаридов ячменя -гемицеллюлоз (пентозанов) до конечных продуктов гидролиза (пентоз).

В процессе затирания кроме осахаривания крахмала происходит расщепление белков под действием протеолитических ферментов. Изучение состава сусла показало, что снижение рН затора ведет к увеличению в сусле содержания растворимого азота (рис.2).

Рис. 2 - Влияние рН и температуры белковой паузы на содержание растворимого азота в сусле

Для получения пива с высокими органолептическими показателями желательно обеспечить необходимое соотношение белковых фракций. При этом необходимо учитывать, что пептоны и полипептиды обуславливают полноту вкуса и пенообразование пива, а пептиды и аминокислоты необходимы для питания дрожжей в ходе главного брожения. В то же время расщепление высокомолекулярных азотистых веществ при приготовлении сусла способствует повышению коллоидной стойкости пива. При снижении рН происходит некоторое увеличение всех трех фракций (рис.3).

В процессе исследований обнаружена зависимость оптимальных диапазонов рН от температуры мальтозной паузы, что показано на рис.4.

Для интенсивного расщепления крахмала при температуре, в соответствии с регламентом, равной 62...63°С, требуется создание в заторе рН 5,4±0,05. При этом создаются благоприятные условия для накопления мальтозы. При более высоких значениях рН (более 5,6) необходимо повышать температуру до 65 °С. В этих условиях возможно снижение интенсивности ферментативного гидролиза крахмала в результате невысокой

термостабильности р-амилазы.

Рис. 3 - Влияние рН на содержание азотистых веществ в сусле при затирании солода

Рис. 4 - Зависимость рН затора от температуры ферментативного расщепления крахмала

Кроме влияния на гидролиз крахмала и белковых веществ, следствием использования повышенных значений рН во время кипячения сусла является усиленное выщелачивание из оболочек солода низкомолекулярных полифенолов и ухудшение отделения взвесей полифенольно-белкового комплекса. А так же происходит интенсивное извлечение из хмеля высокомолекулярных горьких соединений (гумулатов), которые могут придавать вкусу пива грубую горечь.

В результате работы изучено влияние величины рН затора на процесс затирания солода в условиях ООО «Дикий хмель». Рекомендовано проводить затираниепри величине рН 5,4±0,05.В этих условиях растворение экстрактивных веществ солода увеличивается на 4% по сравнению с затиранием при рН 5,6. Сусло содержит больше сбраживаемых сахаров, конечная степень

сбраживания повышается.

Кроме повышения выхода экстракта, рН в диапазоне 5,4±0,05 способствует лучшему переходу

в сусло ростовых веществ, например, цинка [1], лучшему осаждению белков при кипячении сусла, активизации брожения, а также получению пива с мягким сбалансированным вкусом и стабильной пеностойкостью.

Использование рН ниже 5,4 не рекомендуется в результате накопления в сусле обладающих редуцирующей способностью несбраживаемых веществ.

При использовании оборотной воды для затирания солода необходимо контролировать

значение рН, при необходимости рекомендуется проводить корректировку за счет внесения молочной кислоты.

Литература

1. Энкениколай П.В., Панова Т.М., Юрьев Ю.Л. Влияние катионов некоторых металлов на динамику ферментации глюкозы дрожжами

Saccharomycesсerevisiae W-95, Вестник КНИТУ, №6, 213-216 (2014).

Т. М. Панова - доцент кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов УГЛТУ. ptm55@yandex.ru; П. В. Энкениколай - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов Уральского государственного лесотехнического университета, charekat@mail.ru; Ю. Л. Юрьев - асп. той же кафедры, odin-iz-19@yandex.ru.

T. M. Panova - Associate Professor, Department of chemical technology of wood, biotechnology and nano-materials USFEU, ptm55@yandex.ru; P. V. Enkenikolay - Doctor of technical sciences, Professor, head of the Department of chemical technology of wood, biotechnology and nano-materials USFEU, charekat@mail.ru; Y. L. Yuryev - The post-graduate student of the Department of chemical technology of wood, biotechnology and nano-materials USFEU, e-mail: odin-iz-19@yandex.ru.