Распределение отдельных химических веществ в хмелевой шишке

В пивоварении употребляют исключительно женские соцветия хмеля, так называемые шишки.

Хмелевая шишка состоит из многократно изогнутого стержня, имеющего в каждом изгибе по четыре короткие цветоножки (стебелька), на которых развиваются женские цветы, состоящие из одногнездной завязи с разделенным на две части рыльцем, прикрытые чешуйками; имеются более короткие закругленные прилистники и остроконечные покровные чешуйки, образующие внешний покров шишки. На внутренней стороне прилистники отличаются от покровных чешуек тем, что они загнуты внутрь. В образованной складке находятся семена. Внутренняя сторона прилистников главным образом и в меньшей степени покровные чешуйки, а также стержень и стебельки к моменту вызревания хмелевых шишек покрыты железками, наполненными выделяемым ими секретом. Эти железки вместе с секретом представляют собой лупулин.

Зерна лупулина имеют цвет от золотисто-желтого до лимонно-желтого с блеском. Темную желто-красную окраску, переходящую у старого хмеля в красно-коричневую, лупулин приобретает в результате неправильной сушки, перегрева, неправильного или длительного хранения или вследствие повреждений.

Лупулин является главным носителем горьких и ароматических веществ хмеля. Из общего количества горьких веществ в лупулине сосредоточено около 80%. В табл. 21 показано распределение отдельных фракций горьких веществ в хмелевой шишке на примере данных, полученных Вильднером.

Таблица 21

Части хмелевой шишки	Содержание, % масс.	Горькие вещества (в %) на сухое вещество
общие смолы	Мягкие смолы	гумулон	β-часть	Твердые смолы
Лупулин	19,81	79,55	77,40	34,61	42,79	2,15
Чешуйки	66,85	7,44	7,10	3,10	4,00	0,34
Стержень	7,36	3,41	3,28	1,44	1,84	0,13
Цветоножка	5,98	1,77	1,71	0,72	0,99	0,06

Общее содержание горьких веществ в свежеубранном хмеле обычно составляет 16-20%. Вельмер на основании проведенных им анализов товарного хмеля (около 100 образцов) установил, что горькие вещества между отдельными фракциями распределяются следующим образом (в %): α-фракция 30-43, β-фракция 45-58 и γ-фракция 12.

Данные анализа хмеля СССР урожая 1956 г. по содержанию отдельных фракций горьких веществ в процентах и по величине горечи, по данным автора и Л. Г. Шмидта, приведены в табл. 22.

Таблица 22

Сорт хмеля	Содержание компонентов горьких веществ (в %) в зависимости от места произрастания хмеля
α-кислота	мягкие смолы	твердые смолы	горечь
От - до	среднее	От - до	среднее	От - до	среднее	От - до	среднее
Житомирская область
I	4,80-6,33	5,64	13,97-17,91	15,70	0,97-1,75	1,26	5,88-7,61	6,75
II	4,49-5,68	4,85	13,46-17,45	14,98	1,37-1,94	1,54	5,08-6,98	5,92
III	3,74-4,83	4,13	12,05-16,49	13,56	1,33-2,65	1,78	4,70-6,11	5,16
РСФСР
I	4,56-5,69	5,10	14,80-16,84	15,54	1,36-3,11	1,91	5,74-6,77	6,26
II	4,54-5,27	4,90	13,60-15,79	14,52	1,54-3,22	2,25	5,74-6,59	5,98
III	3,35-5,27	4,16	11,87-15,91	13,13	1,44-3,24	2,56	4,32-6,45	5,16

Данные состава хмеля СССР урожая 1965, 1966 и 1967 гг. по анализам 3. И. Емельяновой на содержание отдельных фракций горьких веществ и по величине горечи приведены в табл. 23.

Средние показатели качества хмеля, приведенные в табл. 23 по сравнению с этими показателями за 1956 г. (см. табл. 22), подтверждают непостоянство качества хмеля урожая разных годов.

Сорт хмеля	Содержание, %
α-кислоты	смолы	Горечь по Вельмеру
мягкой	твердой
1965 г.
I	4,70	13,80	2,47	5,62
II	4,55	13,80	2,48	5,48
III	4,20	12,30	3,00	5,20
1966 г.
I	3,70	13,80	2,10	4,82
II	3,24	12,25	2,22	4,45
III	3,06	11,82	2,46	4,15
1967 г.
I	4,10	14,24	2,20	5,23
II	4,04	14,00	2,30	5,08
III	3,84	13,10	2,44	4,80

В отдельные годы содержание α-кислоты может резко падать, что наблюдалось в 1970 и 1971 гг., когда наиболее распространенный на Украине сорт клон 18, по данным 3. Н. Аксеновой, содержал только 2,5-2,7% α-кислоты и соответственно 12,1 - 11,6% мягких смол.

Вместе с тем в отечественных научно-исследовательских станциях хмелеводства имеются сорта хмеля, в которых содержание α-кислоты достигает 9-12%.

Содержание α-кислоты в хмеле (в %) за рубежом характеризуется следующими величинами (средние данные):

Чехословакия	4,6-7,5
Польша	5,5-5,7
ГДР	3,7-4,7
Англия	3,6-8,5
Болгария	7,0-8,0
США	5,8-9,0
Бельгия	10,0-12,0

Ароматические вещества, в основном хмелевое эфирное масло, так же как и горькие вещества, главным образом сосредоточены в лупулине. Образуется эфирное масло только в период созревания хмеля и постепенно увеличивается; в перезрелом хмеле количество его не меняется, но оно теряет тонкость аромата. В зависимости от сорта хмеля, почвенных и погодных условий содержание эфирного масла в хмеле достигает в среднем 0,4% с колебаниями от 0,1 до 0,8%.

По данным Салача и Котрла-Гапаловой

Хмель	Содержание эфирного масла, %
Жатецкий	0,23-0,30
Американский	0,33-0,47
Эльзасский	0,33-0,38
Английский	0,33
Бельгийский	0,34

Дубильные вещества находятся главным образом в чешуйках. По мере вызревания хмеля количество дубильных веществ постепенно понижается и, по данным Салача, в момент технической зрелости составляет 2-6%. Особенно много дубильных веществ содержится в чешских сортах хмеля.

Распределение их в хмелевой шишке было установлено Вильднером на двух образцах хмеля Е и S, имеющих очень высокое содержание дубильных веществ (табл. 24).

Таблица 24

Составные части хмелевой шишки	Распределение дубильных веществ в хмелевой шишке (в %) в разных образцах
хмель E	хмель S
на сухое вещество	к общему содержанию	на сухое вещество	к общему содержанию
Лупулин	0,47	8,8	0,36	5,94
Чешуйки	4,63	87,0	5,52	91,09
Стержень	0,13	2,5	0,07	1,16
Цветоножки	0,09	1.7	0,11	1,81
Сумма	5,32	-	6,06	-

Сушка хмеля

Свежеубранный хмель содержит до 80% влаги и, конечно, в таком виде долго сохраняться не может и должен быть консервирован путем высушивания. Основные требования к процессу сушки сводятся к максимальному сохранению специфических свойств хмеля. Правильно высушенный хмель должен содержать около 10% влаги; при влажности, превышающей 13%. шишки хмеля легко подвергаются порче, а при влажности ниже 9% шишки рассыпаются и лепестки их легко крошатся, что вызывает потери лупулина и понижение качества хмеля.

По исследованию Оствальда, изменение горьких веществ при сушке хмеля при разной температуре (от 40 до 90° С) может быть охарактеризовано данными, приведенными в табл. 25.

Температура сушки, °C	Содержание горьких веществ, %
Общее количество смол	α-кислота	β-кислота + мягкие смолы	Твердые смолы
До сушки	13,29	3,24	7,18	2,17
	12,94	3,34	7,56	2,04
	12,94	2,69	8,31	1,94
	11,11	1,69	6,55	2,88
	11,79	1,80	6,46	3,53
	11,60	1,35	6,43	3,82
	12,14	0,98	6,43	4,73

Автор делает заключение, что температура сушки не должна превышать 50° С.

Де-Баккер показал, что при применении общепринятого способа сушки хмеля количество α-кислоты уменьшается на 10-40% (в среднем на 20-25%), а β-кислоты- только на 5-10%. Наибольшие потери происходят при температуре 40°С и выше в начале сушки; когда же влажность хмеля снижается до 10%, α- и β-кислоты оказываются стойкими и при температуре 60° С. Поэтому низкую температуру следует поддерживать при высокой влажности хмеля, когда же влажность уменьшается, то можно применять и более высокие температуры. Однако температуру выше 65° С не следует применять, так как шишки теряют свой зеленый цвет и становятся коричневыми.

Конечно, сохранение качества хмеля при сушке зависит от способа сушки и конструкции хмелесушилок. Например, И. Г. Рейтманом предложен метод сушки с учетом скорости движения нагретого воздуха в начале процесса при температуре до 45° С (от 0,6 до 7,5 м/с) и постепенного уменьшения движения воздуха (до 0,6 м/с) при последующем подъеме температуры до предельно допустимой 65° С.

После сушки хмель подвергают довольно длительной отлежке для достижения равновесной влажности. Для ускорения этого процесса Рейтманом предложены следующие условия: относительная влажность воздуха в изолированной камере для отлежки 64-99% и температура 20-30° С.

Для консервирования и сохранения присущего хмелю цвета его подвергают обработке сернистой кислотой (осернению). Сернистая кислота, поглощенная хмелем, окисляется во время хранения в серную кислоту и сульфаты; некоторое количество сернистой кислоты остается в хмеле продолжительное время.

Сернистая кислота улучшает окраску хмеля, и даже свежий хмель, обладающий красновато-коричневым цветом, при осернении восстанавливает свой первоначальный золотисто-зеленый цвет. В старом хмеле, потерявшем свою естественную окраску, этого достичь не удается.

При сушке антисептическая сила хмеля значительно снижается; в зеленом хмеле она примерно в 2,5 раза выше, чем в высушенном. Это в основном обусловлено не влиянием температуры как разрушающего фактора горьких веществ, а окислительными процессами. β-Кислота значительно легче окисляется, чем α-кислота, а так как антисептическая сила β-кислоты примерно в 4 раза выше, чем α-кислоты, то и сравнительно меньшая потеря β-кислоты при сушке сопровождается большим ослаблением антисептичности хмеля.

Хранение хмеля

Специфические хмелевые вещества, как это следует из приведенного выше материала, являются очень нестойкими к окислению их кислородом, что приводит к изменениям, снижающим полноценность хмеля. Поэтому при хранении хмеля необходимо создавать условия, по возможности ограничивающие процессы окисления. Конечно, не следует забывать и о той порче хмеля, которая вызывается действием микроорганизмов, если они развиваются в значительной степени, что обычно происходит при повышении влажности и температуры.

Существовавшее предположение об участии в окислительных процессах ферментов получило подтверждение в работе В. Н. Платоновой, которая установила наличие в хмеле оксидазы и пероксидазы.

Однако резкое понижение температуры задерживает в значительной степени ферментативные процессы и в том числе действие указанных ферментов.

В табл. 26 показано влияние температурных условий (по работе Нугей) на сохранение горьких веществ хмеля.

Таблица 26

Температура хранения хмеля, °C	Продолжительность хранения хмеля, месяцы	Уменьшение количества α- и β- частей горьких веществ, %	Увеличение количества твердых смол, %
20,9		3,00	2,88
15,4		2,00	2,00
0,6		0,17	0,09
0,6		0,20	0,10

Наиболее благоприятной температурой для сохранения самых ценных хмелевых горьких веществ является температура, близкая к 0°C.

Однако даже холодное хранение не исключает полностью окислительных процессов и постепенного уменьшения количества мягких смол. Как видно из данных табл. 27 (по Герону), количество мягких смол в течение двух лет значительно уменьшается, а хранение хмеля, даже холодное, в течение трех лет ведет к понижению их содержания более чем в два раза.

Таблица 27

Условия хранения хмеля	Содержание мягких смол хмеля, % от общего количества горьких веществ в хмеле
свежем	через 1 год	через 2 года	через 3 года
Обычное хранение	70,0	57,6	49,8	27,0
Холодное хранение	70,7	64,5	56,5	33,4

Главными факторами, ускоряющими полимеризацию горьких веществ, являются: температура, кислород и влажность. Самое тщательное окуривание серой не устраняет влияния этих факторов, и хмель теряет самую ценную часть - α-кислоту. Потери α-кислоты при хранении хмеля в течение 1,5 года приведены в табл. 28.

Таблица 28

Условия хранения	Потери α-кислоты при хранении хмеля в складе, %
охлаждаемом	неохлаждаемом
В упаковке из джута	10,5	27,9
В упаковке из джута и полиэтиленовой пленки	11,0	19,5

Следует отметить, что при хранении хмеля могут протекать процессы разложения горьких веществ, приводящие к глубокому распаду этих веществ. Доказано, например, что при долгом или неблагоприятном хранении хмеля образуется валериановая кислота, радикал которой входит в состав боковой цепи гумулона.

Из данных табл. 26 видно, что потери мягких смол происходят в большей степени, чем нарастание количества твердых смол, т. е. какая-то, может быть и очень небольшая, часть горьких веществ хмеля при хранении оказалась потерянной.

Несмотря на то что хмелевые шишки во время сушки подвергаются обработке серой (осернению), на внутренних поверхностях лепестков могут развиваться микроорганизмы, особенно при достаточном увлажнении; это ведет к накоплению продуктов их жизнедеятельности, ухудшающих аромат хмеля.

Более ярко это подтверждается данными Е. И. Егоровой, которой были проведены анализы общего содержания горьких веществ в хмеле, хранившемся в течение шести лет (табл. 29).

Таблица 29

Номер партии хмеля	Содержание горьких веществ, %	Уменьшение, % от исходной величины
1940 г.	1946 г.
	12,09	6,27	48,14
	13,08	9,46	27,74
	16,99	9,36	44,91
	16,73	12,75	23,78
	13,76	9,93	27,84
	14,59	10,75	26,30

Антисептические свойства хмеля при хранении понижаются, причем сильнее при более высокой температуре (табл. 30).

Таблица 30

Условия хранения	Антисептическая сила хмеля, условные единицы
исходная величина	через 1 год	через 2 года
На складе
В холодильнике

Уменьшение горечи и антисептических свойств хмеля, а также изменение количества отдельных компонентов горьких веществ за один год хранения в разных температурных условиях показано в табл. 31 (по Гедкупу).

Таблица 31

Температура, °С	Содержание, % от исходной величины*
общие смолы	α- и β-кислоты + мягкие смолы	α-кислоты	β кислоты + мягкие смолы	горечь	Антисептическая сила, условные единицы
6-8
Хранение при комнатной температуре

* Исходная величина принята за 100%.

 

Изменения содержания горьких веществ в хмеле в разные периоды года различны. Уборка хмеля производится в сентябре, и до марта следующего года погодные условия его хранения достаточно благоприятны для сохранения горьких веществ и становятся вновь благоприятными с октября следующего года. Поэтому процесс осмоления α-кислоты происходит в основном в течение 9 месяцев. На рис. 12а показано, что потери α-кислоты в период от момента сбора до марта, несмотря на то, что хмель хранился в обычных условиях складских помещений, были незначительны, но с апреля по ноябрь они равнялись в среднем 7% за месяц, а за весь указанный период общие потери составили 60%.

При холодном хранении (рис. 12б) за этот же период времени общие потери составили около 20% α-кислоты, т. е. в месяц они не превышали 2,5% от общего ее количества в хмеле.

Интересно отметить, что количество дубильных веществ в хмеле во время хранения практически не изменяется.

Уже много лет тому назад проводились опыты хранения хмеля в атмосфере инертного газа (азота, углекислоты) для устранения окислительных процессов и сохранения хмелевых веществ. Хранение кип спрессованного хмеля в среде углекислого газа большого эффекта дать не может, так как воздух, находящийся между спрессованными шишками хмеля, при этом остается, и только концентрация его может несколько понизиться за счет диффузии углекислого газа в воздушную среду.

Следует предварительно перед помещением хмеля в углекислотную среду удалить воздух из тех пространств, которые при прессовании остались заполненными воздухом.

В 1959 г. Де Клерк опубликовал работу о способе хранения хмеля, в основу которого положен принцип устранения возможности окисления хмелевых веществ путем замены воздуха внутри спрессованного хмеля инертным газом. Прессованный хмель помещают в герметичный сосуд, где создается практически абсолютный вакуум. Затем сосуд заполняют азотом, вследствие чего в хмеле прекращаются все процессы окисления. Способ был использован на нескольких заводах Западной Европы и дал хорошие результаты: хранение хмеля значительно улучшилось, а вкус пива, приготовленного с использованием этого хмеля, был значительно лучше, чем из хмеля, хранящегося в обычных условиях, и пиво по аромату и горечи стало похожим на пиво, приготовленное из свежего хмеля.

Анализируя данные, полученные при исследовании воздуха, выбрасываемого из аппарата, Де Клерк указывает, что в условиях вакуума удаляются все легко улетучивающиеся компоненты эфирного масла хмеля и в нем не остается веществ, способных окисляться. Такой способ обработки позволяет сохранить высокое качество хмеля в течение нескольких лет.

При хранении хмеля окислению подвергаются и эфирные масла. Как уже упоминалось, содержание мирцена в эфирном хмелевом масле достигает 50%, при окислении оно превращается в смолистое вещество, которое обладает резким неприятным запахом.

Для сохранения нативных свойств хмеля большое значение имеет материал, применяемый для упаковки. Предварительно хмель подвергают сильному прессованию и брикетированию, а затем - герметичной упаковке в газонепроницаемые материалы.

Молотый (порошкообразный) хмель, получающий все более широкое распространение, требует более тщательной упаковки, которая производится под вакуумом или в атмосфере инертного газа (обычно азота) в герметичной таре (полимерная пленка, жестяные банки).

Хмелевые экстракты, в широких масштабах применяемые за рубежом, обычно упаковывают в жестяные банки, причем укупорка их производится в атмосфере инертного газа или под вакуумом, что предотвращает окисление, и они сохраняют свои свойства длительное время.

Вода для пивоварения

Солевой состав воды оказывает большое влияние на качество и характер вырабатываемого пива, поэтому для получения отдельных сортов его следовало бы подбирать воду определенного состава.

Вода является средой, в которой протекают все технологические процессы, в основном биохимические, поэтому для их протекания необходимы определенные условия внешней среды, благоприятные для действия ферментов и жизнедеятельности дрожжей.

В природных водах чаще всего содержатся следующие ионы: катионы - H', Na', К', NH₄', Ca'', Mg'', Fe'', Fe''' и анионы ОН', Cl', НСО₃', NO₂', NO₃', СО₃', SO₄". Эти катионы и анионы имеют важное значение. В воде образуют соли: бикарбонаты кальция, магния и натрия, карбонат натрия, сернокислый натрий, хлористые соли натрия, магния, кальция и др.

При изготовлении пива большое значение придают жесткости воды, которую выражают в мг-экв/л (1 мг-экв/л жесткости соответствует 20,04 мг/л Ca'' или 12,10 мг/л Mg'').

Характеристика воды	Общая жесткость воды, мг-экв/л
Очень мягкая	ниже 1,5
Мягкая	1,5-3,0
Среднежесткая	3,0-4,5
Достаточно жесткая	4,5-6,0
Жесткая	6,0-10,0
Очень жесткая	свыше 10,0

Различают карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость воды обусловлена наличием карбонатов кальция и магния, которые при кипячении воды превращаются в слаборастворимые карбонаты и гидраты кальция и магния (CaCO₃, MgCO₃ и Mg(OH)₂ и выпадают в осадок.

Постоянная жесткость связана с солями тех же катионов, не выпадающих в осадок при кипячении (CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄). Щелочность воды обусловлена количеством анионов HCO', CO', ОН' и в меньшей степени HS', HSiO₃', HPO₄'', так же как жесткость выражается в мг-экв/л.

Различают карбонатную, бикарбонатную и гидратную жесткость в зависимости от вида анионов, которыми она обусловлена.

Окисляемость воды зависит от содержания в ней главным образом органических веществ и отчасти от таких неорганических веществ, как сульфиты, закисное железо, которые легко окисляются. Высокая окисляемость является обычно признаком загрязнения воды. Наличие нитрит иона (NO₂') даже в небольших количествах уже указывает на загрязнение воды органическими веществами.

Соли воды в зависимости от их способности реагировать с солями, содержащимися в солоде, принято делить на химически активные и химически неактивные. Первые влияют на изменение pH затора, это карбонаты и сульфаты Ca", Mg'', Na' и К' и хлориды Ca" и Mg".

Соли, изменяющие pH среды в кислую сторону (CaSO₄ и MgSO₄), являются в пивоварении полезными, и бикарбонаты Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂ и NaHCO₃ и карбонат Na(Na₂CO₃) являются вредными солями, так как сдвигают pH в щелочную сторону.

При затирании солода отдельные ионы солей воды вступают в реакцию с ионами солей солода, в частности с имеющимися в нем кислыми (первичными) и средними (вторичными) фосфатами, а так как вода содержит щелочные соли, то соединения, образующиеся в результате указанных реакций, могут сдвигать кислотность затора в ту или другую сторону и изменять его pH. Ферментные системы в неблагоприятных условиях внешней среды изменяют свое действие, вследствие чего снижается полнота извлечения экстракта, изменяются его состав, степень сбраживания сусла, окраска сусла и пива, степень растворения хмелевых веществ и т. п.

В создании постоянства реакций, необходимых для протекания нормальных ферментативных процессов, большую роль играют буферные вещества или буферные системы, из которых основное значение имеют фосфатная и бикарбонатная системы.

Протекающие здесь реакции ослабления кислотных и основных свойств среды могут быть схематично изображены следующими уравнениями:

K₂HPO₄ + HCl = KH₂PO₄ + KCl;

KH₂PO₄ + KOH = K₂HPO₄ + H₂O.

В реакциях, приведенных выше, если участвующие в них кислота и щелочь взяты в концентрации 0,1 н. растворов, сдвиг pH значительный: с pH 1,07 (HCl) до pH 4,53 (KH₂PO₄) и с pH 13,07 (КОН) до pH 9,18 (K₂HPO₄).

Находящиеся в воде щелочные, или кислые, соединения с поступившими вместе с солодом фосфатами создают системы, препятствующие сильному сдвигу кислотности в ту или другую сторону.

Бикарбонаты и сама угольная кислота тоже участвуют в ослаблении вредного влияния сильных кислот и сильных оснований:

KHCO₃ + HCl = H₂CO₃ + KCl;

H₂CO₃ + KOH = KHCO₃ + H₂O.

В первой реакции высокая кислотность, обусловливаемая наличием соляной кислоты, уничтожается полностью, так как получившаяся угольная кислота разлагается на углекислоту и воду, причем CO₂ из раствора удаляется; во втором случае pH снижается с 13,07 до 8,7.

Заторная масса содержит следующие соли: фосфаты, соли органических кислот и сульфаты, причем преобладают соли калия.

При повышении температуры вторичные фосфаты кальция и магния распадаются:

Третичный фосфат кальция сразу выпадает в осадок, и сусло подкисляется. Третичный фосфат магния выпадает не сразу и при охлаждении может опять перейти в раствор; реакция обратима. Этим объясняется, что затор в горячем состоянии имеет более низкий pH, чем в холодном.

Неблагоприятное влияние бикарбонатов при затирании солода уменьшается под действием первичных фосфатов:

Вредное влияние карбоната натрия можно предотвратить, воздействуя на среду хлористыми солями кальция:

Представляет интерес действие сернокислых солей на фосфорнокислые соли затора, в частности влияние сернокислого кальция на вторичный фосфат калия:

В этом случае происходит явное подкисление затора за счет образования первичного фосфорнокислого калия, сопровождаемое выпадением в осадок третичного фосфорнокислого кальция. Это основная реакция при искусственном гипсовании заторов. Такая же реакция в заторе при высокой температуре происходит и с сернокислым магнием. Влияние на вкус пива и на технологический процесс отдельных солей и ионов и их сочетаний исследовал В. Г. Тихомиров. Применение воды с содержанием бикарбонатов кальция, магния и натрия может вызвать некоторый сдвиг pH сусла в щелочную сторону и, как следствие, понижение выхода экстракта за счет меньшего накопления мальтозы и растворения азотистых веществ. Повышается содержание в сусле и пиве дубильных веществ, цветности и вязкости.

Бикарбонат кальция повышает несколько хмелевую горечь при общей полноценности вкусовых свойств. Бикарбонат магния, ухудшает качество пива, делает его вкус пустым, с грубой горечью.

Вода, содержащая сульфаты и хлориды кальция, магния и натрия, благоприятно действует на заторы: происходят понижение кислотности их, повышение содержания сахаров и азотистых веществ, уменьшение цветности.

В особенности благоприятное действие на качество пива оказывают сульфаты и хлориды кальция, придавая ему полноценность и тонкую хмелевую горечь; сульфаты и хлориды магния придают пиву терпкий привкус, а сульфаты и хлориды натрия благоприятствуют наличию в пиве мягкого вкуса и быстроисчезающей хмелевой горечи.

Во всех отношениях при производстве светлых сортов пива применение воды, содержащей сульфаты кальция в сравнительно больших количествах, ведет к хорошим результатам, а если вода содержит, кроме того, хлористый натрий в количествах, превышающих содержание сульфатов, пиво приобретает мягкий, гармоничный вкус.

В работе В. Г. Тихомирова приведены шесть разных по составу типов воды и указываются особенности технологических показателей, получаемых при их использовании. Наилучшие результаты достигнуты с водой, в которой содержалось мг-экв/л (734,4 мг/л) CaSO₄ и 11 мг-экв/л (610,5 мг/л) CaCl₂: самый большой выход экстракта, низкая цветность сусла, наибольшее содержание белковых веществ, наибольшее содержание сахаров, в том числе мальтозы, наиболее низкое содержание дубильных веществ, самая низкая вязкость и высокая концентрация водородных ионов сусла и пива, благоприятный предел осаждения сульфатом аммония готового пива. Магниевая вода, содержащая 7,1 мг-экв/л (427,1 мг/л) MgSO₄ и 7,1 мг-экв/л (590,4 мг/л) MgCl₂, уступала кальциевой воде по выходу экстракта и ряду других показателей.

В общем, в воде, применяемой для изготовления пива, желательно иметь сравнительно небольшое содержание карбонатов - менее 50 мг в 1 л. Вместе с тем наличие умеренных количеств - гипса и хлористого натрия является благоприятным; вода, содержащая 150-300 мг/л гипса и 75-100 мг/л хлористого натрия, считается пригодной для получения полноценного пива. Содержание магниевых солей не должно превышать 100 мг/л, а азотнокислых солей - 30 мг/л.

Воду следует оценивать не по общему содержанию в ней солей, а по их действию. При этом надо учитывать даже не общее количество карбонатов, обусловливающих щелочность воды, а то их количество, которое остается в свободном состоянии после частичной компенсации ионами кальция и магния. Эта щелочность получила название остаточной щелочности. Щелочность же, уничтожаемая благодаря действию ионов кальция и магния, называется компенсированной щелочностью.

 

ГЛАВА II. СОЛОЖЕНИЕ ЯЧМЕНЯ

Ферменты, находящиеся в исходном ячмене, могут гидролизовать крахмал и другие вещества только при превращении ячменя в солод. Во время соложения ячменя запасные питательные вещества зерна распадаются до такого состояния, что накопившиеся ферменты превращают их в более простые продукты, способные диффундировать в виде растворов через стенки растительных клеток. Частично они используются зародышем для построения новых тканей, а частично - при дыхании выделяют необходимую для этого энергию. В эндосперме зерна происходят морфологические изменения, которые позволяют ферментам проникать к крахмальным зернам.

Замочка

Замочка ячменя является очень важным этапом соложения, так как условия ее проведения оказывают влияние на процесс проращивания, его длительность, на снижение величины потерь при соложении и наконец на качество получаемого готового солода. Этот технологический процесс является первой стадией процесса соложения. Стадия замачивания, помимо снабжения зерна водой, должна сопровождаться подводом к зерну достаточного количества кислорода. Чем больше зерно поглощает воды, тем интенсивнее протекают процессы обмена веществ и тем большей становится потребность в кислороде. Поэтому внутри зерна должен поддерживаться минимальный уровень кислорода, который соответствует динамическому равновесию между низшим пределом потребления его зародышем и поступлением кислорода из внешней среды. В противном случае зерно начинает расходовать свои запасные вещества (углеводы) для покрытия необходимой ему энергии, причем при недостатке кислорода вместо воды и углекислого газа образуются сложные метаболиты обмена веществ зерна, такие, как спирт и ряд промежуточных продуктов - альдегиды, кислоты и эфиры, которые наносят вред проращиваемому зерну.

В основу разработки методов замочки ячменя должны быть положены следующие требования:

· достижение необходимой влажности зерна;

· поддержание оптимальной температуры;

· подача кислорода и удаление углекислого газа и других веществ, тормозящих процесс ращения зерна.

Проникновение воды в зерно

Вода в зерно ячменя проникает через семенную оболочку, которая является полупроницаемой перегородкой. Как только зерно погружается в воду, создается разность концентраций воды внутри и снаружи зерна, вследствие чего вода начинает проникать через оболочку. По мере того как эндосперм и зародыш все более и более пропитываются водой, увеличивается диффузия воды от одной растительной клетки к другой. Клеточная оболочка, обладая свойством полупроницаемой перегородки, имеет чрезвычайно большое значение во всех процессах обмена веществ. Она состоит из веществ, строение и свойство которых обеспечивают определенную конфигурацию клетки, проницаемость воды и растворенных в ней веществ. Оболочка способна набухать. В состав протоплазмы входят белковые вещества, обладающие более высокой гидрофильностью, благодаря чему набухаемость протоплазмы значительно выше, чем веществ оболочки.

Следует добавить, что белки, являющиеся гелем, способны впитывать очень большие количества воды, развивая при этом огромное давление.

Проникновение воды внутрь клеток подчиняется законам диффузии и осмоса.

Осмотические свойства наряду с коллоидной природой веществ клетки обусловливают те явления, на основании которых происходит поступление воды внутрь клетки. Эти же явления определяют процесс пропитывания водой замачиваемого зерна.

Вещества эндосперма и зародыша находятся в коллоидном состоянии; одна часть их (крахмал и клетчатка) является ограниченно набухающими гелями; другая часть неограниченно набухает (белки и высокомолекулярные продукты распада белков), т. е. при насыщении водой вещества пептизируются и образуют гель. Вещества зерна по степени набухания располагаются в следующий ряд: гумми-вещества, белковые вещества, крахмал, клетчатка. Способность поглощения этими веществами воды при набухании характеризуется соответственно следующими величинами (в %): 800, 180, 70 и 30. В общей сложности ткани ячменного зерна способны поглощать до 68% воды.

Мякинная оболочка ячменя снаружи состоит из утолщенных клеток, пропитанных веществами, не пропускающими воду. Поступление воды начинается через трахеиды, открывающиеся у зародышевой части, где мякинная оболочка не покрывает зерно. Сначала клетки плодовой и семенной оболочек адсорбируют воду, которая таким образом продвигается внутрь зерна. Семенная оболочка как полупроницаемая пленка регулирует поступление воды внутрь зерна, задерживая содержащиеся в ней соли. Вода, поступившая через семенную оболочку, адсорбируется веществами зерна. С течением времени мякинная оболочка после частичного растворения пропитывающих ее веществ начинает сама адсорбировать воду, которая затем поступает не только извне, но и со стороны зерна и делает оболочку эластичной.

Чем тоньше оболочка ячменя, тем быстрее она впитывает воду и зерно достигает более высокой влажности.

Распределение воды внутри зерна неравномерное; в части зерна, близко расположенной к зародышу, всегда влаги содержится больше, чем в верхней и особенно в средней части зерна. При содержании влаги у основания зерна 47,1 % влажность его в средней части составляла 38,3%, а в верхней - 39,1%.

Протоплазма клеток с содержащимися в ней веществами в покоящемся зерне представляет собой обезвоженный коллоидный студень, поэтому мицеллы этих веществ при замочке с большой силой притягивают воду, что выражается в значительном увеличении объема зерна за счет этой коллоидно-связанной воды.

В первые часы замочки вещества ячменного зерна очень энергично поглощают воду, но по мере насыщения зерна водой процесс все более и более замедляется и достижение полной степени замочки в последние часы происходит очень медленно:

Продолжительность замочки, ч
Влажность, %

Если принять влажность зерна до замочки 16%, то в первые сутки замачивания оно поглотило 23% воды, во вторые - 4%, а в третьи только 2%.

На скорость поглощения воды зерном большое влияние оказывает температура. Например, при 112-часовой замочке ячменя при температуре 10°C градус замочки равнялся 43,3%, при температуре 21,3°С - 48,2%.

Температура воды, применяемой при замачивании ячменя, не должна быть слишком высокой, во всяком случае, она не должна оказывать