Состав летучих компонентов безалкогольного пива, полученного в процессе аэрации

Состав летучих компонентов безалкогольного пива, полученного в процессе аэрации

Г. И. Косминский, Е. М. Моргунова, О. М. Баранов, О. И. Иванчикова, Н. И. ТЬтенкова, Е. Н. Ламекина

УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

Основные направления развития пивоваренной отрасли — создание новых высоких технологий и получение конкурентоспособных образцов пива.

Пиво — один из наиболее популярных и распространенных напитков в мире. Однако наличие алкоголя (в массовых сортах 2-5 %) ограничивает использование его отдельными категориями потребителей в силу их профессий, возраста или занятий.

Для производства безалкогольного пива существует ряд побуждающих причин: все шире пропагандируется здоровый образ жизни; потребителями такого пива могут стать водители, которым не придется бояться негативных последствий; религиозные причины, накладывающие запрет на потребление алкоголя.

В настоящее время существует ряд технологий производства безалкогольного пива, которые условно можно подразделить на две группы: технологии, по которым подавляется процесс образования спирта, и технологии, где спирт удаляется из готового пива.

В первой группе технологий используют специальные штаммы дрожжей, не сбраживающие мальтозу в алкоголь (или сбраживающие в ограниченном объеме). Кроме того, при получении безалкогольного пива предотвращается образование спирта вследствие понижения температуры брожения по достижении определенной степени сбраживания. По этим технологиям производится пиво с высоким содержанием остаточных сахаров и с преобладанием сладковатого привкуса. На вкус такого пива влияет отсутствие продуктов брожения. Данные сорта можно назвать скорее безалкогольными напитками, чем пивом. Во второй группе технологий алкоголь удаляется из готового пива одним из двух способов: термическим, когда алкоголь удаляется с помощью тепловой энергии с использованием низкой точки кипения алкоголя; мембранным с помощью мембран с очень мелкими порами для удаления алкоголя за счет различия в размере молекул.

Данная работа посвящена разработке технологии безалкогольного пива, основанной на ограничении образования этилового спирта за счет повышенной аэ-

рации пивного сусла кислородом воздуха перед главным брожением. В результате происходит частичный перевод процесса брожения на процесс дыхания с последующим увеличением биомассы дрожжей и уменьшением образования спирта. В то же время из-за наличия некоторого количества в сусле несброженных сахаров наряду с процессом дыхания идет и процесс брожения, в результате которого образуются вкусовые и ароматические веществ, обусловливающие букет зрелого пива.

Известно, что во время брожения дрожжи выделяют в пиво целый ряд продуктов метаболизма, которые претерпевают количественные и качественные изменения, частично реагируя друг с другом. Побочные продукты брожения имеют решающее значение для качества готового пива, поэтому их образование и расщепление нужно рассматривать вместе с метаболизмом дрожжей. Это вещества, формирующие букет молодого пива (диацетил, альдегиды, сернистые соединения). Они придают пиву нечистый, зеленый, незрелый вкус и запах и при повышенной концентрации отрицательно влияют на качество пива, но в ходе брожения и созревания могут быть удалены из пива биохимическим путем, в чем и состоит цель созревания пива. Вторая группа — вещества, формирующие букет готового пива (высшие спирты, эфи-ры). Они в значительной мере определяют аромат пива: их наличие в определенной концентрации служит предпосылкой для получения качественного пива. Эти вещества в отличие от первой группы не могут быть удалены из пива технологическим путем.

Образование побочных продуктов брожения и синтез запасных веществ дрожжей зависят от условий процесса. Значительное влияние оказывает азотный обмен дрожжей и скорость размножения. Некоторые продукты (например, пируват) накапливаются при размножении, другие (ацетат) — когда дрожжевые клетки не растут. Так как на построение биомассы дрожжей используется часть энергии, полученной от брожения, то изменение степени роста означает, что больше или меньше энергии может быть использовано для синтеза побочных продуктов

брожения. Например, при стимулировании роста дрожжей образуется меньше эфиров и больше высших спиртов [1].

Образующиеся при брожении летучие вещества принадлежат к различным группам химических соединений: высшие спирты, летучие кислоты, эфиры, альдегиды и их производные, серосодержащие вещества. Пируват и ацетальдегид — важнейшие метаболиты дрожжей (их высокие концентрации создают неприятный букет и снижают качество пива). К концу главного брожения содержание альдегидов повышается, затем оно снижается. Более высокая норма введения дрожжей, повышенная температура и брожение под давлением увеличивают образование альдегидов, перемешивание — уменьшает [1].

Образование высших спиртов тесно связано с нормой введения дрожжей, аэрацией и температурой.

Летучие вещества, в особенности диацетил и ацетальдегид, достигают максимальной концентрации при главном брожении. Кроме того, уже на первых стадиях брожения образуются заметные количества летучих органических и жирных кислот [1].

Дрожжи образуют в пиве органические кислоты — уксусную, пировино-градную, молочную, яблочную, лимонную и др., которые присутствуют во всех сортах пива.

Продолжительность производственного цикла получения пива определяется в основном длительностью процесса созревания. Под созреванием пива подразумевают облагораживание молодого пива, выражающееся в улучшении его вкуса и аромата. Достигается это различными физическими и химическими реакциями, протекающими в пиве на стадии дображивания. Образуется много новых химических соединений, которых не было в молодом пиве и которые влияют на органолептические свойства пива. Из дрожжевых клеток выделяются компоненты, придающие готовому продукту определенные консистенцию и вкус. В результате всех процессов устанавливается равновесие между различными ароматическими компонентами [1].

Природа созревания пива очень сложна. Несомненно, что при выдержке пива происходит эфирообразование.

При созревании пива в нем снижается количество побочных продуктов, придающих ему вкус и аромат незрелого пива.

Среди составных веществ пива огромную роль в создании характерного аромата и вкуса играют летучие вещества. Однако концентрации их должны быть ниже определенного уровня. Если этого нет, то отдельные летучие соединения или группы их могут доминировать и разрушать гармоничность вкуса. По-видимому, нет определенного вещества, которое занимало бы ведущее место среди арома-

3 • 2007

13

тических компонентов пива. В настоящее время выделено и идентифицировано большое число индивидуальных ароматических компонентов пива. По влиянию на аромат пива их можно расположить в следующей последовательности: эфиры, диацетил, кислоты, высшие спирты. Другие авторы [1] на первое место ставят диацетил. Кроме того, на аромат пива большое влияние оказывают сернистые соединения. Пивные дрожжи большей частью образуют одинаковые ароматические вещества, однако у разных штаммов количество их значительно колеблется. Это особенно проявляется в образовании эфиров дрожжами.

Не вызывает сомнения, что аэрация усиливает образование ацетальдегида, активируя весь процесс брожения. Имеются экспериментальные данные о высокой концентрации ацетальдегида после брожения более аэрированного сусла, чем после сбраживания менее аэрированного.

Аэрация сусла, в частности горячего, способствует удалению Н^ и SО2, но может увеличить концентрацию диметил-сульфида [1].

Аэрация не увеличивает содержание диацетила в пиве, но повышает активность дрожжей, поэтому на ранних стадиях брожения образуется больше ацетолактата. Это может отрицательно повлиять на количество диацетила в пиве, а следовательно, на качество пива.

При недостатке кислорода сбраживание экстракта замедляется, что также может привести к высокому содержанию диацетила в пиве [1].

Основные потребительские свойства пива — его вкус и аромат, которые зави-

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для аэрации кислородом пивного сусла при приготовлении безалкогольного пива: 1 — кислородный баллон;

2 — редуктор с манометрами;

3 — соединительная трубка;

4 — рабочий сосуд под _давление; 5 — подставка_

сят от содержания различных, в большей степени летучих соединений, образующихся в процессе брожения и созревания пива. Незначительное содержание этих соединений не дает возможности определить их с помощью химических методов. Сложность состава и микроконцентрация компонентов позволяют применять методы физико-химического анализа, из них наиболее объективный для идентификации компонентов — метод газожидкостной хроматографии [2].

Цель работы — исследование состава летучих продуктов, образующихся при брожении и дображивании пива, обеспечивающих его вкус и аромат при получении безалкогольного пива с использованием аэрации сусла кислородом воздуха.

В задачи исследований входило: определение оптимальных параметров процесса хроматографии для исследования качественного состава летучих компонентов; определение времени выхода чистых летучих компонентов; исследование процессов брожения и дображивания при получении безалкогольного пива при помощи аэрации сусла кислородом воздуха; исследование образцов готового безалкогольного пива и проведение сравнительного анализа результатов.

Таблица 1

Показатель | Значение

Материал колонки, м Сталь

Длина колонки, м 3,0

Внутренний диаметр колонки, мм 2,0

Твердый носитель С11готаЬ>п

неподвижной жидкой фазы N-AW-HMDS

Неподвижная жидкая фаза Carbowax-300

Концентрация НЖФ 15

на твердом носителе, %%

Объем пробы, мкл 0,5-10,0

Температура термостата колонки, °С 60

Температура испарителя, °С 200

Температура детектора, °С 200

Расход газа-носителя, см3/мин-1 20

Расход газов для пламенно-

ионизационного детектора,

см3/мин-1:

водород 30

воздух 300

Приготовленное сусло до задачи дрожжей аэрировали кислородом воздуха до следующих концентраций: в контрольном образце — 6-8 мг/дм3, в опытном образце — 40-45 мг/дм3 [3, 4, 5].

Для насыщения сусла кислородом использовали экспериментальную установку, состоящую из кислородного баллона, редуктора с манометрами, трубки, герме-

0,8

0,7

0,6

£ 0,5 0,4 0,3 0 2

а) 3" а)

сц

&

:3е о 0,1

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Продолжительность брожения и дображивания, сут

— контроль; - - опыт

Рис. 2. Изменение концентрации уксусного альдегида в процессе главного брожения и дображивания

0,3 0,25

тва, 0,2 ст

Концентрация веще 00 0 , 1 О 1Л 1-1 1Л

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Продолжительность брожения и дображивания, сут — контроль; — опыт 23 24 25 26 27 28

Рис. 3. Изменение концентрации этилового спирта уксусной кислоты в процессе главного брожения и дображивания

ПИ

НАПИТКИ А 3- 2007

14

о ^

й s 1

Œ Ш

о ^

Q

я Р

s s

? s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Продолжительность брожения и дображивания, сут — контроль; — опыт

Рис. 7. Изменение концентрации изоамилового спирта в процессе главного брожения и дображивания

Таблица 2

Показатель Значение

Аромат Гармоничен

Вкус Полный, сбалансирован

Массовая доля сухих веществ в начальном сусле, мас. % 7,20

Действительная степень сбраживания,% 48,33

Массовая доля действительного экстракта, мас. % 3,72

Массовая доля спирта, мас. % 0,48

Содержание мальтозы, г/100 см3 сусла 1,25

Кислотность, к. ед. 2,26

Цвет, цв. ед. 1,01

Белковая стойкость, предел осаждения, см3/100 см3 17,00

Общее низкое содержание летучих компонентов в обоих образцах (опыт и контроль), по-видимому, является следствием низкой концентрации начального пивного сусла (7 % ).

В процессе дображивания снижается концентрация ацетальдегида, причем в образце с аэрацией сусла его содержание несколько выше, чем в контрольном. Концентрации остальных летучих компонентов в ходе дображивания продолжают расти, что свидетельствует о процессе со-зревния пива.

После 10-13 сут дображивания накопление высших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты незначительно, из чего можно сделать вывод, что процесс дображивания при получении безалкогольного пива проводят не более 13 сут.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жвирблянская А. Ю., Исаева В. С. Дрожжи в пивоварении. — М.: Пищевая промышленность, 1979.

2. Булгаков Н. И. Биохимия солода и пива. — М.: Пищевая промышленность, 1976.

3. Косминский Г. И., Моргунова Е. М., Иванчи-кова О. И. Оптимальная норма задачи дрожжей на приготовление безалкогольного пива//Пи-во и напитки. 2005. № 5. С. 36-38.

4. Косминский Г. И., Моргунова Е. М., Иванчи-кова О. И. Выбор расы пивоваренных дрожжей для безалкогольного пива//Пиво и напитки. 2006. № 2. С. 32-33.

5. Косминский Г. И., Моргунова Е. М., Иванчи-кова О. И. Влияние степени насыщения пивного сусла на накопление этилового спирта в ходе сбраживания//Известия вузов. Пищевая технология. 2007. № 1. С. 52-54. &

ПИВО и НАПИТКИ

3•2007

16