Влияние параметров получения пивного сусла на его характеристики

УдК: 663.44/.47

Влияние параметров получения пивного сусла на его характеристики

Д. В. Карпенко, д-р техн. наук, доцент; А. А. Гафоров, Ю. А. Уваров, аспиранты

Московский государственный университет пищевых производств

Ключевые слова: безалкогольное пиво;условия затирания; сбраживаемость сусла; fî-амилаза; редуцирующие вещества.

Keywords: non-alcoholic beer; conditions of mashing; в-amylase; reducing substances.

Основная задача наших исследований — разработка технологии слабоалкогольного и безалкогольного пива, производимого без использования дорогостоящих или требующих сложного оборудования приемов. При этом представляется важным обеспечить максимальную близость органолептики готового напитка к таковой у обычного алкогольсодержащего пива. Работа выполняется на кафедре «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» МГУПП, который в этом году отмечает 80-летие со дня своего основания.

Ранее сообщалось, что было определено влияние на характеристики сусла, предназначенного для получения пива с пониженным содержанием этилового спирта, ряда факторов: схемы затирания (с повышением и понижением температуры, с разным количеством пауз, в том числе с пропуском мальтозной паузы); состава засыпи (дозировки несоложеного ячменя); гидромодуля.

Ни варьирование любого из этих факторов по отдельности, ни их комбинирование в различных сочетаниях не обеспечили характеристик сусла, позволяющих предположить накопление этанола при обычном сбраживании в количестве, характерном для безалкогольного пива (менее 0,5%). С нашей точки зрения, основная их этих характеристик — концентрация редуцирующих веществ. Очевидно, что не все они утилизируются дрожжами в процессе спиртового брожения. Нами была поставлена задача — подобрать такие условия затирания, при которых, с одной стороны, концентрация редуцирующих веществ в начальном сусле равняется примерно 1%, ас другой, — действительный экстракт в

готовом пиве, полученном в результате традиционного сбраживания, находится на уровне 3-4 %.

Для решения поставленной задачи была проведена серия экспериментов, объединенных тем, что затирание вели с плавным, самопроизвольным снижением температуры от исходных 72 °С до конечных 50 °С. При этом варьировали состав засыпи (дозировка несоложеного ячменя от 0 до 50%) и гидромодуль (Гм) (от 1:3 до 1:10). Установлено, что плавное снижение температуры затора приводит к уменьшению выхода как экстрактивных, так и редуцирующих веществ, и это снижение тем более выражено, чем выше дозировка несоложеного ячменя в засыпи и чем ниже значение гидромодуля. Однако ни в одном из рассмотренных вариантов не удалось получить заданные характеристики начального сусла.

В литературных источниках [1] приведена информация о целесообразности проведения затирания с единственной паузой при температуре более 70 °С, т. е. в условиях, подавляющих проявление активности р-амилазы. Поэтому было решено апробировать такую схему затирания применительно к имевшемуся в нашем распоряжении сырью и сопоставить полученные результаты с теми, которые были достигнуты при затирании с самопроизвольным понижением температуры.

Воду, нагретую до 80...83 °С, смешали с засыпью при гидромодуле 1:5. Затирание вели при 70.72 °С в течение 1 ч. Пробы отбирали через 20; 40 и 60 мин, определяя в них концентрацию сухих (СВ), редуцирующих веществ (РВ) и аминного азота (АА). Результаты определений приведены в табл. 1.

2010

18

В эксперименте исследовали два варианта. В первом из них засыпь представляла 100% ячменного солода (С) (40 г), а налив — 200 мл водопроводной воды. Во втором перерабатывали 50% ячменного солода (С) и 50% ячменя (Я), количества и соотношение засыпи и налива были такими же, как в первом варианте.

Анализируя данные табл. 1, можно сделать ряд выводов. Во-первых, наблюдается снижение концентрации сухих веществ по мере увеличения продолжительности выдержки затора при 70.72 °С. В варианте, в котором затирали 100% ячменного солода, такое снижение с 20 до 60 мин процесса составило почти 20%, при переработке смеси солода и ячменя — несколько менее 6%. Можно предположить, что такое снижение, по крайней мере, частично, обусловлено коагуляцией изначально растворимых белковых соединений при длительном воздействии повышенной температуры. Во-вторых, в условиях эксперимента наблюдали также существенное возрастание концентрации аминного азота: на 45% в варианте из 100% солода и на 18% в образце из смеси солода и ячменя. В-третьих, аминный азот в варианте со смесью солода и ячменя накапливался быстрее, чем при затирании 100% солода, хотя конечная концентрация соединений этой группы по окончании процесса (через 60 мин) была выше именно в первом варианте.

Апробированная схема затирания приводит к накоплению редуцирующих веществ в таком количестве, что при сбраживании содержащего их сусла в обычных условиях вряд ли возможно получить безалкогольное пиво, однако выдержка затора при единственной паузе при 70.72 °С позволяет существенно снизить в сусле концентрацию редуцирующих веществ, очевидно, за счет инактивации р-амилазы.

В предыдущих экспериментах сопоставляли результаты затираний, проводимых с применением различных температурных схем, применительно к заторам с различным гидромодулем.

В предыдущем эксперименте было подтверждено, что выдержка затора с гидромодулем 1:5 при единственной паузе при 70.72 °С обеспечивает существенное снижение низкомолекулярных веществ углеводной природы, утилизируемых дрожжами. Поэтому решено было рассмотреть результаты такой же схемы затирания, но при гидромодуле 1:3 (табл. 2).

Таблица 1

Время, мин

Показатель 20 40 60

Вариант

100% С 50% С +50% Я 100% С 50% С +50% Я 100% С 50% С +50% Я

СВ, % 14,4 12,2 12,2 12,2 11,6 11,5

РВ, % 1,9 1,25 1,85 1,4 2,1 1,55

АА, мг/см3 0,17 0,19 0,19 0,23 0,24 0,22

Таблица 2

Время, мин

20 40 60

Вариант

100% С 50% С +50% Я 100% С 50% С +50% Я 100% С 50% С +50% Я

СВ, % 20,0 17,2 21,0 19,0 22,2 19,3

РВ, % 3,1 2,1 3,0 2,3 3,1 2,4

АА, мг/см3 0,25 0,19 0,27 0,27 0,27 0,22

Таблица 3

Время, мин

Показатель 20 40 60

Вариант

100% С 50% С +50% Я 100% С 50% С +50% Я 100% С 50% С +50% Я

СВ, % 12,0 10,3 12,6 11,4 13,3 11,6

РВ, % 1,86 1,26 1,80 1,38 1,86 1,44

АА, мг/см3 0,16 0,11 0,16 0,16 0,16 0,13

Таблица 4

Время, мин

20 40 60 75

Показатель Вариант

100% С 50% С + + 50% Я 100% С 50% С + 100/0 С + 50% Я 100% С 50% С + + 50% Я 100% С 50% С + 100% С + 50% Я

СВ, % 19,2 16,6 19,4 17,0 21,3 17,2 21,8 18,6

РВ, % 3,10 2,10 3,35 2,40 3,60 2,45 3,50 2,65

При низком гидромодуле наблюдали закономерное повышение выхода концентрации сухих веществ по мере увеличения продолжительности затирания, причем замена 50% солода ячменем привела к меньшей степени экстракции компонентов зернового сырья. При переработке 100% солода уже через 20 мин выдержки при 70...72 °С было накоплено количество редуцирующих веществ, которое не увеличилось на протяжении следующих 40 мин. При затирании смеси солода и ячменя наибольшую концентрацию РВ отмечали через 60 мин процесса, что, по нашему мнению, свидетельствует о меньшей активности амилаз.

Для большей наглядности мы пересчитали данные табл. 2, разделив их на 1,67, приведя таким образом к результатам, полученным при затирании при гидромодуле 1:5 (табл. 3).

Сопоставляя данные табл. 1 и 3, можно отметить следующее: снижение гидромодуля в условиях эксперимента привело к большей степени извлечения компонентов зернового сырья в обоих вариантах через 60 мин затирания; при более низком гидромодуле наблюдается пониженное содержание аминного азота, в результате чего концентрация этих соединений может быть лимитирующим фактором при развитии дрожжевой популяции в сусле, полученном таким образом, причем это относится как к варианту со 100% солода, так и к образцу, содержавшему смесь солода и ячменя; наиболее существенный вывод заключается в том, что переход от гидромодуля 1:5 к гидромодулю 1:3 обеспечил снижение выхода редуцирующих веществ при уже упоминавшейся лучшей суммарной экстракции компонентов зернового сырья. Это означает, что такой прием может быть применен при получении безалкогольного пива.

В то же время в условиях эксперимента не удалось полностью решить задачу по ограничению содержания редуцирующих веществ на уровне не более 1 %. Это сделало необходимым дальнейший подбор условий проведения затирания, позволяющих достичь заданного результата.

Кроме того, сусло, полученное при гидромодуле 1:3, особенно из смеси солода и ячменя, имело высокую вязкость, причиной чего, с нашей точки зрения, была повышенная концентрация крахмалистых веществ с низкой степенью деструкции и, следовательно, высокой молекулярной массой. Их разрушение может быть достигнуто за

Показатель

счет увеличения продолжительности затирания с единственной паузой, но с экономической точки зрения такой способ представляется неэффективным. Поэтому было решено изучить результаты затирания с двумя паузами, о чем сказано ниже.

Известным технологическим приемом, применяемым в промышленном масштабе для доосахаривания затора, т. е. для снижения концентрации высокомолекулярных крахмалистых веществ, является выдержка затора при 75 °С до момента прекращения окрашивания затором йодной пробой. В результате этого в сусле повышается количество стойкорастворимых углеводов, снижается вязкость жидкой фазы, а впоследствии сусла и пива. Поэтому для устранения проблемы, отмеченной выше, а именно повышенной вязкости сусла, полученного при гидромодуле 1:3, особенно при переработке смеси

ячменного солода и ячменя, было апробировано затирание с двумя паузами: при 70.72 °С и при 75 °С. Для этого провели эксперимент, условия которого приведены ниже.

Воду, нагретую до 80.83 °С, смешивали с засыпью, обеспечивая гидромодуль 1:3. Первую паузу проводили при 70.72 °С в течение 1 ч. Затем температуру поднимали до 75.76 °С и при этой температуре заторы выдерживали 15 мин. Пробы от заторов отбирали через 20; 40; 60 и 75 мин от начала процесса.

В эксперименте использовали два варианта, в одном из которых перерабатывали 100% ячменного солода, а в другом — смесь из 50% солода и 50% ячменя.

В пробах, отобранных от образцов затора, определяли содержание сухих и редуцирующих веществ. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Таблица 5

Состав засыпи

Показатель 100% С 100% С 50% С + 50% Я Гидромодуль 1:5 1:3 50% С + 50% Я

1:3 1:5

РВ, % 12 8,3 11,2 8,9

АА, мг/см3 0,41 0,19 Н/д 0,23

СВ, % (первое сусло) 22,4 15,4 18,4 12

СВ, % (охмеленное сусло) 21,6 14 18 12,2

Таблица 6

Вариант

Показатель

Т, °С

14

14

15

Время, сут 4

15

15

11

13

100% солода, гидромодуль 1:3

СВ, % 21,6 20 13,6 12,2 12 11,8 11,2

Мобщ, млн/см3 — 67,7 90,0 96,5 206,0 254,5 337,5

N , млн/см3 — 3,3 3,9 5,7 2,67 3,9 3,5

мерт' ' 111111

100% солода, гидромодуль 1:5

СВ, % 14

N , , млн/см3 —

общ

N ,млн/см3 —

мерт' '

12 48,7 2,6

8

109,5 2,4

7,2 259,5 1,7

7

87,0 2,3

125,5 271,0 1,6 2,2

50% солода + + 50% ячменя, гидромодуль 1:3

СВ, %

18

^бщ, млн/см3 — N ,млн/см3 —

мерт' '

17.4

54.5 2,3

13,8 112,5 2,7

12,4 163,0 4,6

11,6 192,0 2,1

12,2 12,6 110,5 132,0 2,7 2,3

50% солода + + 50% ячменя, гидромодуль 1:5

СВ, %

12,2

^бщ, млн/см3 — N , млн/см3 —

мерт'__

11,6 43,7 1,7

9

104,0 2,4

8,2 104,5 2,9

8

188,0 1,6

94,5 2,6

105,5 2,8

Показатель

Этанол, об. %

Таблица 7

Вариант

100% С, Гм 1:3 100% С, Гм 1:5 50% С + 50% Я, Гм 1:3 50% С + 50% Я, Гм 1:5

6,99 4,47 6,48 5,11

0

1

3

5

6

7

Таблица 8

Начальное Показатель

рН затора СВ, % РВ, % АА, мг/см3

5,3 11,4 2,07 0,148

5,5 (контроль) 12,4 2,23 0,187

5,9 12,2 2,23 0,182

6,5 11,4 2,1 0,117

Сравнивая результаты табл. 2 и 4, можно заключить следующее: проведение паузы для доосахаривания затора привело к снижению вязкости первого сусла, которую оценивали по продолжительности фильтрования; затирание при проведении двух пауз привело к незначительному снижению концентрации сухих веществ в первом сусле. При этом повысилось содержание редуцирующих веществ в первом сусле на 13% в варианте, полученном из 100% солода, и примерно на 10,5% при переработке смеси солода и ячменя.

Окончательную оценку эффективности различных схем затирания при

решении задачи снижения сбражи-ваемости сусла, по нашему мнению, можно было получить только на основании результатов сбраживания образцов сусла, полученных предлагаемыми способами.

Для этого был проведен эксперимент, в рамках которого сусло получали в тех же условиях, что и в предыдущем случае, за исключением того, что в каждом варианте масса засыпи составляла 300 г, а объем налива — 900 см3.

Заторы фильтровали через слой дробины, в фильтрате определяли содержание сухих и редуцирующих веществ.

Затем каждый из вариантов разделили на две части, одну из которых разбавили водопроводной водой в 1,67 раза, получая аналог сусла, полученного в тех же условиях, но при гидромодуле 1:5.

Все варианты охмеляли в течение 1,5 ч. Первую порцию хмеля (80%) вносили через 10 мин от начала ки-

4 • 2010

20

пения, вторую порцию (20%) — за 15 мин до конца кипячения.

Горячее сусло фильтровали и охлаждали до 20 °С, после чего в нем определяли содержание сухих веществ. Результаты определений приведены в табл. 5.

В данном эксперименте в образцах первого сусла были получены неожиданно высокие концентрации редуцирующих веществ, несмотря на то, что использованная температурная схема предполагала подавление активности сахароген-ных ферментов зернового сырья и в предыдущих экспериментах позволяла достичь заданного результата. Тем не менее решено было определить результаты сбраживания полученных образцов сусла, по меньшей мере, для того, чтобы сопоставить влияние плотности начального сусла, а также состава засыпи на содержание этилового спирта в молодом пиве.

Для этого четыре образца сусла засеяли суспензией производственных дрожжей из расчета 10 млн клеток на 1 см3 сусла. Брожение вели в течение 7 сут при температуре 11.15 °С, ежедневно определяя видимый экстракт, общее количество клеток дрожжей N . , млн/см3), а также количество

общ' / /

мертвых клеток ^ , млн / см3). Ре-

г у мерт' '

зультаты эксперимента приведены в табл. 6.

В условиях эксперимента состав засыпи оказал наибольшее влияние на развитие дрожжевой популяции, которое оценивали, прежде всего, по общему количеству клеток. В суслах, полученных из смеси солода и ячменя, конечный титр, как и максимальное количество клеток дрожжей, меньше, чем в образцах, полученных из 100% солода при тех же гидромодулях.

Вопреки ожиданиям, повышенная плотность начального сусла не оказала негативного влияния на развитие дрожжей: в соответствующих парах более интенсивное накопление дрожжевых клеток отмечали именно в более концентрированных питательных средах.

Снижение видимого экстракта было более интенсивным в вариантах сусла, полученного из 100% солода. Соответственно, для получения безалкогольного пива наиболее целесообразно использовать сусло, полученное из смеси солода и ячменя при гидромодуле 1:5.

Для проверки высказанного предположения в образцах молодого пива были определены концентрации этилового спирта (табл. 7).

Данные таблицы лишь отчасти подтверждают вышевысказанное предположение. Установлено, что в более плотных суслах сбраживание и накопление этанола шли интенсивнее, чем в более разбавленных образцах. В то же время замена части солода ячменем привела к снижению концентрации этанола только в более плотных суслах, хотя это снижение в условиях эксперимента было незначительным и составило всего 7,3%. Более того, такое снижение могло быть обусловлено, по крайней мере, частично, меньшей плотностью сусла в варианте № 3 (50% солода + 50% ячменя, гидромодуль 1:3). Минимальную концентрацию этилового спирта отмечали в варианте № 2 (100% солод, гидромодуль 1:5), хотя и в этом случае пиво совершенно не соответствовало требованиям, предъявляемым к безалкогольному. Это вызвало сомнение в целесообразности применения схемы затирания с двумя паузами — при 70.72 и 75 °С. Полученные результаты требовали дальнейшего уточнения и перепроверки, что было сделано в следующих экспериментах. Параллельно решено было оценить влияние на характеристики сусла некоторых других, помимо состава засыпи, гидромодуля и температурной схемы затирания, факторов, которые может регулировать технолог пивоваренного предприятия.

Одним из факторов, определяющим интенсивность гидролиза полимеров зернового сырья и, следовательно, концентрации в жидкой фазе низкомолекулярных азотистых веществ и сбраживаемых сахаров, являются начальные значения рН затора, от которого зависят активности соответствующих гидролитических ферментов.

Для изучения влияния этого фактора на выход сахаров и аминного азота был проведен следующий эксперимент. Затирание проводили по схеме со ступенчатым снижением температуры при двух паузах: при 70.72 °С в течение 20 мин, при 50 °С в течение 20 мин, скорость снижения температуры — примерно 1 °С в минуту. Засыпь состояла из 50% ячменного солода и 50% ячменя, гидромодуль — 1:5. В смеси

засыпи и налива значение рН равнялось 5,5. Этот вариант использовали в качестве контроля. Снижение рН проводили, добавляя к смеси засыпи и налива молочную кислоту, для повышения добавляли 1 н. раствор гид-роксида натрия. Конечные значения рН указаны в табл. 8. После проведения затирания в указанных условиях образцы фильтровали через слой дробины и определяли в фильтрате содержание сухих веществ, редуцирующих веществ, аминного азота. Полученные результаты приведены в той же таблице.

Данными табл. 8 подтвержден известный факт, заключающийся в том, что наилучшие результаты обеспечивает ведение затирания при исходном значении рН, близком к 5,5. Повышение рН до 6,5, при котором нами предполагалось существенное ингибирование р-амилазы, действительно привело к незначительному снижению концентрации редуцирующих веществ: менее чем на 6% по сравнению с контролем (вариантом с начальным значением рН 5,5). При этом отмечали существенное (на 37,5% по сравнению с контролем) снижение в первом сусле концентрации низкомолекулярных азотистых соединений, что, по нашему мнению, крайне нежелательно, так как способ затирания, при котором процесс начинается и, возможно, продолжается при высоких температурах, инактивирующих протеолити-ческие ферменты зернового сырья, и без изменения начального значения рН приводит к понижению концентрации аминного азота. Поэтому от такого способа снижения степени сбраживания сусла в наших исследованиях решено было отказаться и вернуться к отработке параметров температурной схемы затирания, обеспечивающей в сусле заданную (примерно 1 %) концентрацию сбраживаемых сахаров.

О результатах следующих экспериментов по отработке параметров получения слабоалкогольного и безалкогольного пива будет сообщено в следующих публикациях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Оганнисян, В. Г. Разработка технологии безалкогольного пива, обогащенного вторичными продуктами метаболизма дрожжей: дис... канд. техн. наук: 05.18.07./В. Г. Оганнисян. — СПб.: РГБ, 2006. УДК 61:06-5/1502. &

Все на старт с Bavaria!

Стартовала национальная промо-кампания в поддержку пивного брэнда Bavaria и ежегодных гонок болидов Формулы-1 вокруг Кремля, которые проходят под эгидой этой марки. Кампания «Все на старт с Bavaria!» проходит с 1 июня по 31 августа 2010 г. Каждый участник про-мо имеет шанс выиграть один из главных призов — поездку на Bavaria City Racing в Роттердам или отличный цифровой фотоаппарат.

Популярный пивной брэнд Bavaria поддерживает спортивные мероприятия и выступает генеральным спонсором заездов гоночных болидов в Москве и Роттердаме. Начало «королевских гонок» в российской столице было положено в 2008 г., когда показательные заезды вокруг Кремля совершили Нико Росберг (AT&T Williams) и Михаил Алешин (Red Bull Racing). В 2009 г. организаторы расширили масштабы мероприятия, пригласив три ведущие команды Формулы-1: AT&T Williams, Vodafone McLaren Mercedes и Red Bull Racing. Для гостей работал «Парадайз клуб» на Москворецком мосту, а также выставка редких и самых быстрых спортивных автомобилей, с которыми мог сфотографироваться каждый желающий. В прошлом году зрелищное автомобильное шоу посетило не менее 100 тыс. гостей.

Принять участие в промо «Все на старт с Bavaria» очень просто — достаточно приобрести пиво Bavaria Premium в бутылке с символикой «королевских гонок». Под крышкой каждой бутылки находится уникальный код, приближающий к обладанию одним из призов акции. Код нужно зарегистрировать на сайте www.bavaria.ru или с помощью sms на номер 2420. Гарантированный приз за каждые четыре зарегистрированных кода — пивной бокал, за 40 — билет на Bavaria Moscow City Racing 2010, за 60 — VIP-билет на это мероприятие. Более того, все зарегистрированные коды участвуют в розыгрыше главных призов — одного из 80 фотоаппаратов или же одной из 24 путевок в Роттердам на Bavaria City Racing.

2010

21