Изучение качества и безопасности пивного напитка с тритикале хроматографическим методом

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

УдК 663.4:543.2

изучение качества и безопасности пивного напитка с тритикале хроматографическим методом

Д. В. Зипаев,

канд. техн. наук, доцент; Н. В. Никитченко,

канд. хим. наук Самарский государственный технический университет

В настоящее время в потребительской сети присутствует множество разнообразных марок пива и пивных напитков. С развитием малого предпринимательства в области пивоваренной отрасли на рынке прочно заняло свое место так называемое «крафтовое пиво», которое часто попадает под категорию напитков брожения (пивные напитки) из-за присутствия в их составе компонентов растительного происхождения (несоложеного зернового сырья, экстрактов лекарственных растений, соков и пр.).

С химической точки зрения напитки брожения — это чрезвычайно сложная гетерогенная система, поэтому их аромат представляет собой смесь летучих и нелетучих компонентов, некоторые из которых берут начало из сырья, технологических операций и метаболизма дрожжей. В то же время другие образуются во время старения напитка. Летучие органические соединения, которые были идентифицированы в пиве и пивных напитках, относятся к разным химическим группам. Преобладающие классы органических веществ — это сложные эфиры, альдегиды, ке-тоны, углеводороды и органические кислоты. Высшие спирты и этанол образуются в процессе ферментации. Наиболее распространенные — эфиры — представляют собой большую группу вкусо-ароматических соединений, придающих пивным напиткам фруктовые и цветочные ароматы. К категории карбонильных соединений, присутствующих в пиве, относятся альдегиды и кетоны. Ацетальдегид — основной альдегид

в напитках брожения. Другие альдегиды, оказывающие существенное влияние на вкус пива, можно разделить на три группы: альдегиды Штрекера, альдегиды Майера и альдегиды окисления жирных кислот. Деградация аминокислот (лейцин, изолейцин и фенилаланин) Штреке-ра во время варки сусла может быть, отчасти, результатом образования ряда производных веществ. Реакция Штрекера может также произойти во время старения напитка. Альдегиды Майера — это гетероциклические соединения, идентифицированные в качестве промежуточных продуктов реакции Майера между сахарами и аминокислотами. Что касается альдегидов окисления жирных кислот, они, как правило, образуются во время хранения пива и свидетельствуют об окончании срока годности напитка [1].

Другая группа летучих веществ пивных напитков образуется благодаря добавлению в сусло хмеля. Он содержит много смол, которые изначально характеризуются высоким содержанием летучих веществ. Кроме того, сорта хмеля разделены на группы в соответствии с уровнем Р-фарнезена (сесквитерпеновый углеводород) в эфирном масле, содержание которого может достигать 20%. Процесс брожения также оказывает влияние на образование летучих веществ в готовом напитке в зависимости от того, какой вид брожения (низовой или верховой) предусмотрен технологией. Установлено, что при высоких температурах брожения происходит более интенсивное образование ароматических веществ [2].

28 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2017

Пивные летучие соединения — это неотъемлемая часть химического состава напитков брожения, оказывающая благоприятное влияние на его качество [3]. Кроме того, вкусовые вещества невозможно проконтролировать во время брожения напитка, поэтому определение их — важная задача для специалистов пивоваренной отрасли, чтобы гарантировать постоянное качество продукции и отвечать ожиданиям потребителей. В связи с чем, для контроля качества пивных напитков и пива, необходимо использовать быстрые и надежные методы для определения таких орга-нолептических характеристик, как аромат и вкус [4].

Определение таких летучих соединений как ацетальдегид, этила-цетат, метилацетат и производных пропанола (1-пропанол и 2-метил-1-пропанол) в напитках брожения — важная и неотъемлемая часть контроля качества выпускаемой продукции. В связи с чем использование методов газовой хроматографии, как в производственных условиях, так и в научно-исследовательских целях актуально.

Наряду с традиционными видами злаковых культур (ячмень и пшеница) в пивоварении применяют такие зерновые, как амарант, сорго, гречиха, овес, просо.

Среди возделываемых зерновых культур особое место занимает тритикале, поскольку именно эта куль-

тура — искусственно выведенный гибрид пшеницы и ржи, который был создан в конце XIX в. селекционерами как наиболее перспективный вид зернового сырья со сбалансированным химическим составом, позволяющим использовать его в различных отраслях агропромышленного комплекса (АПК), в том числе в хлебопечении и пивоварении [1].

Поволжским НИИ селекции и семеноводства им. П. Н. Константинова для нужд агропромышленного комплекса был выведен единственный сорт озимой тритикале Кинельская 1, предназначенный для возделывания на территории всего Приволжского федерального округа. Впервые нами была реализована попытка использования данного сорта озимого тритикале в разработке технологии производства светлого нефильтрованного пивного напитка. Ранее, была разработана технология получения пивного напитка с использованием 20% добавки солода из тритикале [5].

Цель данной работы — изучение показателей качества и безопасности нового пивного напитка с использованием солода из тритикале.

Объектами исследований служили образцы пивного напитка с содержанием солода из тритикале от 10 до 50%, а в качестве контрольного образца было пиво без добавления солода из тритикале.

Пробоподготовка. Пробу напитка объемом 3 см3 помещали в пеницил-

Горечь пива

— Тритикалевый пивной напиток — Пиво без добавок

Рис. 1. Вкусоароматический профиль напитков

линовый флакон, плотно закрывали пробкой с силиконовой прокладкой, далее флакон с пробой устанавливали в стальной контейнер и термо-статировали при температуре 85°С в термостате газового хроматографа «Галс» (фирмы «Люмэкс», г. Санкт-Петербург) в течение 30 мин. Затем предварительно нагретым газоплотным шприцем отбирали газовую фазу над образцом в объеме 1 см3 и проводили анализ методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием на хроматографе «Кристалл 5000.2» (ЗАО СКБ «Хро-матэк», г. Йошкар-Ола). Разделение пробы на компоненты осуществляли на кварцевой капиллярной хрома-тографической колонке HP-FFAP 30 мх0,25 ммх0,32 мкм (фирмы Agilent Technologies, США) с полярной неподвижной фазой на основе полиэ-тиленгликоля, модифицированным нитротерефталатом. Условия проведения газохроматографических исследований: температура колонки 70 °С, температура испарителя 200 °С, температура детектора 250 °С, расход газа-носителя — 1 см3/мин.

Идентификацию и количественное определение спиртов и эфиров проводили методом абсолютной градуировки с использованием государственных стандартных образцов (ГСО) по ГОСТ 30536-2013 [6].

Полученные образцы тритикале-вого пивного напитка вместе с контрольным образцом подвергались дегустационной оценке по десятибалльной системе. В процессе рабочей дегустации экспертам из 5 человек предлагалось оценить вкус, при этом оценивали кислотность, полноту вкуса и горечь напитка. По результатам дегустационной оценки была составлена профилограмма ор-ганолептических показателей качества тритикалевого пива (рис. 1).

В результате дегустационной оценки исследуемых образцов пивного напитка было установлено, что его вкус, по сравнению с контрольным вариантом, более насыщенный, менее прозрачный с опалесценцией и мутностью, характерной для нефильтрованного пива. Ярко выраженный вкус пивному напитку придает диоксид углерода, образующийся при сбраживании углеводов. В образцах ощущался ржано-пшеничный аромат, обусловленный природой тритикале. Полнота вкуса тритикалевого пивного напитка была вследствие со-

2 • 2017

ПИВО и НАПИТКИ 29

Таблица 1

Показатели качества Контроль Добавка солода из тритикале в рецептуре пива, %

10 20 30 40 50

Пенообразование, мм 35 42 45 43 41 39

Пеностойкость, мин 2,0 2,5 3,0 2,5 2,5 2,0

Таблица 2

Показатели качества Контроль Добавка солода из тритикале в рецептуре, %

10 20 30 40 50

Кислотность, ед. 2,7 2,7 2,9 3,2 3,2 2,5

Объемная доля спирта, % 5,0 5,2 5,5 5,2 4,3 3,8

Цветность, ц.е. 1,5 0,9 1,0 1,2 1,8 1,6

Экстрактивность начального сусла, % 12,0 12,7 13,5 12,8 11,8 10,7

вокупности использования в рецептуре напитка сочетания ячменного и тритикалевого солода.

Результаты исследования пеноо-бразования и пеностойкости образцов тритикалевого пивного напитка визуальным методом представлены в табл. 1.

В целом, у всех образов тритика-левого пивного напитка наблюдалась густая плотная по структуре пена. Тем не менее, наилучшим образцом пивного напитка по пенообразова-нию и пеностойкости, был образец с добавлением 20% солода из тритикале.

В результате проведенных исследований по определению физико-химических показателей качества напитка получены следующие данные (табл. 2).

Согласно полученным результатам анализа пивного напитка можно заключить, что наибольшая экс-трактивность начального сусла, по сравнению с остальными образцами, наблюдалась в образце с 20 %-ной добавкой солода из тритикале. Кислотность экспериментальных образцов с 30 и 40%-ной добавкой трити-калевого солода была высокой, но в целом, как и все остальные исследуемые образцы напитка, не превышала стандартных значений, которые составляют от 2,6 до 3,2 ед. Что касается результатов определения цвета тритикалевого пивного напитка, то, за исключением образца с 40%-ной добавкой, все исследуемые образцы показали более низкий результат по сравнению с контрольным образцом напитка. Результаты исследований объемной доли спирта свидетельствуют о том, что наибольшей крепостью обладает образец пива с 20%-ной добавкой тритикалевого

солода, а наименьшей — с 40%-ной добавкой [7].

Газохроматографический анализ — один из самых точных и широко применяемых в мировой практике методов для оценки качества напитков. Так, например, газовая хроматография с пламенно-ионизационным детектированием (ГХ-ПИД) и метод хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) успешно применяют для определения высших спиртов, альдегидов, эфиров и фурановых соединений в самых разных напитках: от слабоалкогольных напитков до водки [8]. К основным достоинствам использования метода ГХ-ПИД метода можно отнести минимальную трудоемкость при пробоподготовке, точность измерений 99,85%, а также пределы обнаружения летучих компонентов 0,0002-0,024 мг/дм3 [4].

Определение летучих веществ методом газовой хроматографии проводили в образцах пивного напитка с

содержанием тритикалевого солода от 10 до 50%.

Наряду с контролем качества пищевых продуктов, существует ряд сходных проблем из различных отраслей человеческой деятельности, для решения которых можно применить близкие методологические подходы с целью доказательства принадлежности объекта к определенной группе, основанные на выявлении хроматографических маркеров специфичности этой группы объектов.

К числу примеров подобных задач можно отнести установление способа производства алкогольных напитков и идентификацию их фальсификатов. Важным моментом служит необходимость развития методических подходов, позволяющих унифицировать и автоматизировать собственно хроматографический анализ, и создать единый методический регламент, призванный повысить межлабораторную воспроизводимость получаемой аналитической информации.

В качестве исследуемых объектов были выбраны шесть образцов пивного напитка с различным добавлением солода из тритикале.

Градуировку прибора проводили по комплекту стандартных образцов трех концентраций. Точность анализов обусловлена уровнем определяемой концентрации. Относительная погрешность определения (5х) малых концентраций не превысила 6% (п = 3).

На рис. 2 представлена типовая хроматограмма стандартного образца

Рис. 2. Типовая хроматограмма стандартного образца состава растворов токсичных микропримесей в этиловом спирте: 1 — уксусный альдегид; 2 — метилацетат; 3 — этилацетат; 4 — метанол; 5 — 2-пропанол; 6 — 1-пропанол; 7 — изобутиловый спирт; 8 — 1-бутанол; 9 — изоамиловый спирт

30 ПИВО и НАПИТКИ

2 • 2017

состава растворов токсичных микропримесей в этиловом спирте.

Для определения массовой концентрации уксусного альдегида, сивушного масла (1-пропанола, 2-пропанола, изобутилового спирта, 1-бутанола, изоамилового спирта), сложных эфиров (метилацетата и этилацетата), метилового спирта в газовой фазе над образцом использовали газохроматографический метод согласно ГОСТ 30536-2013 [6].

На рис. 3 представлена хромато-грамма исследуемого образца пивного напитка с добавкой солода из тритикале 20% масс.

Присутствие в алкогольной продукции спиртов и эфиров говорит о жизнедеятельности пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, которые способны образовывать данные соединения за счет своего метаболизма [6]. В табл. 3 представлены концентрации изученных летучих соединений в тритикалевом пивном напитке.

Ацетальдегид. Содержание аце-тальдегида в пивном напитке контрольного образца составляет 6 мг/дм3, что обусловливает насыщенный ржано-пшеничный аромат пивного напитка. Запах формируют тритикалевые эфирные масла и летучие продукты брожения. В образце пивного напитка с 20%-ной добавкой солода из тритикале их содержание составляет 7,2 мг/дм3, что выше контрольного образца без добавления солода из тритикале на 1,2 мг/дм3. Ацетальде-гид образуется наиболее интенсивно в начале главного брожения. Пиво содержит от 3 до 14 мг/дм3 ацетальде-гида, предельная величина 25 мг/дм3. Более высокое содержание ацетальде-гида часто связывают с «подвальным» привкусом пива. Учитывая то, что с ходом главного брожения содержание ацетальдегида снижается, низкое содержание его свидетельствует о зрелости пива. Содержание ацеталь-дегида находится в прямой зависимости от дозы дрожжей и температуры брожения [9].

Этилацетат. Установлено, что в контрольном образце, без добавления солода из тритикале, этила-цетата содержится 8,1 мг/ дм3, что, по сравнению с образцом с 20%-ной добавкой солода, выше на 2,8 мг/дм3 и обусловливает более терпкий аромат пивного напитка.

Метилацетат. Содержание ме-тилацетата в образце с 20%-ной до-

Рис. 3. Хроматограмма пивного напитка с добавкой солода из тритикале 20%: 1 — уксусный альдегид; 2 — метилацетат; 3 — метанол; 4 — 2-пропанол; 5 — 1-пропанол; 6 — изобутиловый спирт; 7 — 1-бутанол; 8 — изоамиловый спирт

Таблица 3

Летучие компоненты Содержание в контрольном образце, мг/дм3 ±5^ % Содержание в образцах пивного напитка с различной долей тритикалевого солода, мг/дм3 ±5„ % 10% 20% 30% 40% 50%

Ацетальдегид 6,0 ± 3,0 9,0 ± 3,0 7,2 ± 3,0 7,9 ± 3,0 7,7 ± 3,0 7,1 ± 3,0

Этилацетат 8,1 ± 3,0 5,0 ± 3,0 5,3 ± 3,0 5,9 ± 3,0 6,5± 3,0 6,2 ± 3,0

Метилацетат 8,0 ± 3,0 2,5 ± 4,0 2,9 ± 4,0 3,0 ± 4,0 3,5± 3,0 4,2 ± 3,0

1-пропанол 6,0 ± 3,0 2,8 ± 4,0 2,9 ± 4,0 3,0 ± 4,0 3,5 ± 3,0 4,2 ± 3,0

2-метил-1-пропанол 7,0 ± 3,0 9,0 ± 3,0 8,8 ± 3,0 8,2 ± 3,0 8,0 ± 3,0 8,0 ± 3,0

бавкой солода из тритикале составляет 2,9 мг/дм3, что на 5,1 мг/дм3 ниже, чем в образце без добавления солода из тритикале. Это доказывает более пряный и приятный аромат пивного напитка с добавлением солода из тритикале по сравнению с контрольным образцом.

1-пропанол. Было определено, что содержание данного спирта в образце с 20%-ной добавкой солода из тритикале составляет 2,9 мг/дм3, в контрольном образце 6 мг/ дм3, максимально допустимый предел содержания 1-пропанола в алкогольной продукции составляет 8,5 мг /дм3, превышение такой границы, говорит о сильной горечи напитка, уже не характерной для пива.

2-метил-1-пропанол. Установлено, что содержание в образце с 20%-ной добавкой солода из тритикале составляет 9 мг/дм3, что на 2 мг/дм3 выше контрольного образца. Диапазон разрешенного присутствия данного спирта составляет в пивном напитке 7,5-9,5 мг/дм3. Это говорит о терпком для пива вкуса и ржано-пшеничного послевкусия, что

подтверждено и органолептическим методом исследования.

В целом по результатам физико-химического исследования трити-калевого пивного напитка наблюдается прямопропорциональная зависимость содержания спирта от экстрактивности начального сусла, то есть чем выше экстрактивность, тем выше объемная доля спирта в исходном образце напитка.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Установлено, что использование 20 % тритикалевого солода позволяет получить пивной напиток со сбалансированным ржано-пшеничным вкусом, пенообразо-ванием 40 мм и пеностойкостью 3 мин, экстрактивностью начального сусла 13% и крепостью 5,5 об. %

2. Показано, что содержание летучих компонентов в исследуемом пивном напитке с содержанием солода из тритикале 20% в среднем меньше на 5,8% по сравнению с другими анализируемыми образцами и контролем.

2 • 2017 ПИВО и НАПИТКИ 31

3. Доказано, что концентрация таких летучих соединений в тритикале-вом пивном напитке как ацеталь-дегид, этилацетат, 1-пропанол, 2-метил-1-пропанол не превышает предельно допустимых концентраций и отвечает требованиям безопасности алкогольной продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Rossi S. Characterization of the volatile profiles of beer using headspace solid-phase microextraction and gas chromatography — mass spectrometry/S. Rossi, V. Sileoni, G. Perretti, O. Marconi // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2014. — № 94. — P. 919— 928.

2. Kleinovâ J. Monitoring volatile substances in beer in relation to beer production technol-ogy/J. Kleinovâ, M. Gersl, J. Marecek //

Journal of Advanced Agricultural Technologies. 2015. — № 2 (2). — P. 134-137.

3. Тишин В. Б. Влияние некоторых факторов на кинетику образования диацетила в процессе брожения пивного сусла/В. Б. Тишин, Т. В. Меледина, А. Т. Дедегкаев. // Пиво и напитки. — 2012. — № 1. — С. 26-29.

4. Li H. M. Analysis of volatile flavor compounds in top fermented wheat beer by headspace sampling-gas chromatography / H.M. Li, H. J. Li, X. H. Liu, B. Chen // International journal of agriculture and biology. 2012. — № 5 (2). — P. 67-75.

5. Зипаев Д. В. Разработка технологии пивного напитка с использованием солода из тритикале/Д. В. Зипаев, А. Г. Кашаев, К. А. Рыбакова // Вестник Международной Академии Холода. — 2016. — № 1. — С. 19-23.

6. ГОСТ 30536-2013 Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографи-

ческии экспресс-метод определения содержания токсичных микропримесей. М.: Стандартинформ. — 2014. — 20 с.

7. Зипаев Д. В. Исследование показателей качества светлого пива, полученного с использованием солода из тритикале /Н. В. Никитченко, А. Г. Кашаев, И. А. Платонов, К. А. Рыбакова // Известия вузов. Пищевая технология. 2015. — № 5-6. — С. 77-79.

8. Макарова Н. В. Исследование качества водки с использованием газохромато-графического анализа/Н. В. Макарова, Д. В. Зипаев, А. В. Зимичев, Е. С. Сурова // Пищевая промышленность. 2009. — № 8. — С. 26-27.

9. Зипаев Д. В. Использование тритикале в качестве сырья для производства пи-ва/Д. В. Зипаев, А. Г. Кашаев, К. А. Рыбакова // Известия вузов. Пищевая технология. — 2015. — № 4 — С. 70-72. &

Изучение качества и безопасности пивного напитка с тритикале хроматографическим методом

Ключевые слова

летучие вещества; органолептические показатели; пивной напиток; показатели безопасности; солод; тритикале.

Реферат

Летучие соединения — это неотъемлемая частью химического состава напитков брожения, оказывающая благоприятное влияние на его качество. Наиболее точным методом для изучения их в напитках брожения служит газохроматографический метод. К основным достоинствам использования этого метода можно отнести минимальную трудоемкость при пробоподготовке, точность измерений 99,85%, а также пределы обнаружения летучих компонентов, которые расположены в диапазоне 0,0002-0,024 мг/дм3. Методом газовой хроматографии оценено содержание спиртов и эфиров в новом пивном напитке с использованием солода из тритикале. Проведена оценка физико-химических показателей и показатели безопасности пивного напитка с содержанием трити-калевого солода в рецептуре от 10 до 50% масс. Кроме того, изучены органолептические показатели качества пивного напитка (вкус, аромат, прозрачность, пенообразование и пеностойкость). Установлено, что использование 20 масс. % тритикалевого солода в засыпи позволяет получить пивной напиток со сбалансированным ржано-пшеничным вкусом, пенообразованием 40 мм и пеностойкостью 3 мин, экстрактивностью начального сусла 13% и крепостью 5,5% об. Показано, что содержание летучих компонентов в исследуемом пивном напитке с содержанием солода из тритикале 20% в среднем меньше на 5,8% по сравнению с другими анализируемыми образцами и контролем. Доказано, что концентрация таких летучих соединений в тритикалевом пивном напитке как, ацетальдегид, этилацетат, 1-пропанол, 2-метил-1-пропанол не превышает предельно допустимых концентраций и отвечает требованиям безопасности для алкогольной продукции.

Авторы

Зипаев Дмитрий Владимирович, канд. техн. наук, доцент; Никитченко Наталья Викторовна, канд. хим. наук Самарский государственный технический университет, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская д. 244, dvz7@mail.ru, navinita@mail.ru

Study of Quality and Safety of Beer with Triticale by Chromatographic Metod

Key words

volatiles; organoleptic; beer drink; safety performance; malt; triticale.

Abstract

Volatile compounds are an important part of the chemical composition of fermented beverages, as they have a positive impact on its quality. The gas chromatography is the most accurate method of studying them in fermented drinks. The main advantage of this method is the minimum labor input during sample preparation, 99.85% accuracy and volatile components within 0.0002-0.024 mg/dm3 detection limits. The gas chromatography method is used to estimate the content of alcohols and ethers in a new beer using malt from triticale. Physical and chemical, and safety indicators in recipes of beer containing 10-50% of triticale malt are evaluated. In addition, organoleptic beer quality is studied (taste, smell, clarity, foaming and foam stability). In is stated that use of 20% of triticale malt allows to produce triticale malt beer with a balanced taste of rye and wheat, 40 mm foaming and foam head retention for 3 minutes, 13% wort extract content and strength of 5.5%. It is proved that on average the content of volatile components in analyzed beer containing 20% of triticale malt is less than 5.8% as compared with other samples and control analyses. It is also shown that the concentration of volatile compounds (acetaldehyde, ethyl acetate, 1-propanol, 2-methyl-1-propanol) does not exceed the limit values, and meets the safety requirements for alcohol production.

Authors

Zipaev Dmitry Vladimirovich, Candidate of Technical Science, Associated Professor; Nikitchenko Natalya Viktorovna, Candidate of Chemical Science Samara State Technical University 244 Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100, Russia, dvz7@mail.ru, navinita@mail.ru

32 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2017