Глава 11 вспомогательные материалы для повышения коллоидной стойкости пива

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕБИОЛОГИЧЕСКОГО ПОМУТНЕНИЯ ПИВА

В состав экстрактивных веществ пива входит целый ряд коллоидных веществ: белки, дубильные вещества (полифенолы), продукты неполного гидролиза ß-глюканов и гемицеллюлозы, меланоидины, декстрины, пентозаны. Некоторые из них имеют свойства лиофильных солей (т. е. хорошо смачиваются водой) с приблизительно одинаковым электрическим зарядом и поэтому взаимно отталкиваются. В результате нет образования мути и выпадения осадка.

Коллоидные помутнения возникают при старении коллоидов. Их появление связано с укрупнением размеров частиц из-за сталкивания отдельных лиофильных солей, находящихся в непрерывном броуновском движении. Кроме того, вследствие утраты заряда и дегидратации (потери воды) некоторых коллоидных соединений происходит взаимодействие разнозаряженных компонентов и идет образование мути.

Различают три группы осадков, отличающихся размером частиц.

1. Грубые дисперсные частицы с размером более 0,1 мкм, являющиеся видимым осадком. Они идентифицируются при микроскопировании как частицы вспомогательных фильтровальных материалов, оклеивающих веществ, стабилизаторов. Это могут быть белковые, дубильные и красящие вещества; дрожжи, бактерии.

2. Коллоидные частицы с размером менее 0,1 мкм, которые могут быть обнаружены только с помощью электронного микроскопа. Это белково-дубильные комплексы и комплексы белок-белок, гуммивещества, α- и ß-глюканы. Последние оказывают различное действие на фильтруемость пива, так как в зависимости от молекулярной массы и количества они могут влиять на его вязкость. К данной области относятся и компоненты пива, важные для пеностойкости и полноты вкуса.

3. Молекулярные дисперсные частицы с размером менее 0,001 мкм. Они хорошо растворимы и не могут быть обнаружены визуально.

Коллоидное помутнение вызывают частицы, относящиеся ко второй и третьей группам.

Различают два типа помутнения: холодное (обратимое) и необратимое. Частицы холодного помутнения, как правило, меньше частиц постоянной мути (необратимого помутнения).

По ЕВС холодное помутнение определяется как помутнение при температуре О °С. которое исчезает при 20 °С. Следует отметить, что холодное помутнее образуется в интервале температур от +5 до - 8 °С и может наблюдаться как в пастеризованном, так и в непастеризованном пиве.

При низких температурах идут процессы дегидратации коллоидных частиц и образования коллоидов с разными зарядами. Больше всего это касается полипептидов и сахаридов, которые адсорбируются на полифенолах. При повышении температуры наблюдается регидратация (восстановление сольватной оболочки у веществ) и разрушение образовавшихся комплексов, так как полифенолы и полипептиды связаны между собой неустойчивыми водородными связями.

Сольватация - взаимодействие молекул растворителя (воды) с молекулами (ионами) растворенного вещества (коллоидами).

Устойчивое (необратимое) помутнение не исчезает при температуре 20 °С; оно возникает в процессе хранения пива. В этом случае имеет место образование как множественных водородных связей между высокомолекулярными соединениями, так и прочных ковалентных связей. Этот процесс ускоряется при взбалтывании пива, попадании на бутылку с пивом света, при хранении пива при более высоких температурах: выше 12 °С - для непастеризованного пива и выше 20 °С - для пастеризованного (ГОСТ 51174-98).

Различают следующие виды помутнения в пиве:

· белковое;

· полифенольное;

· металлическое;

· углеводное;

· окислительное;

· оксалатное.

По данным разных авторов, концентрация веществ в холодной мути колеблется от 1,4 до 8,1 мг/л, устойчивой -от 6,6 до 14,6 мг/л. Основными компонентами мути являются белки (40-80%), далее идут полифенолы (17-35%), углеводы (4-13%) и минеральные соли (1-3%). В табл. 11.1 приведен возможный состав коллоидных осадков.

 

Таблица 11.1 Состав коллоидных осадков (по WainwrightT. цит. по Ангер, 1996)

Вариант	Компоненты осадка, % от СВ осадков
Белки	Дубильные вещества	Углеводы	Минеральные вещества
	58-77	15-75	2-13	2-14
	40-76	20-55	-	-
				-
	45-67	20-30	-	1-3
	40-46	-	2-4	1-4
	14-45	1-3	40-80	-
	-	-		3-5

11.1.1. Роль белковых соединений в образовании мути

Белковая фракция может составлять до 77% коллоидных осадков (табл. 11.1). В основном это азотистые вещества со сравнительно высокой молекулярной массой (от 30 000 до 100 000 D). Это могут быть белки солода и несоложеных материалов (альбумины, глобулины, проламины, глютемины) и продукты их гидролиза. Часть белков и продуктов их гидролиза удаляется во время кипячения сусла с хмелем, при этом имеет значение величина pH и температура, при которой происходит коагуляция белка.

После кипячения в сусле находится небольшое количество альбумина. Из глобулинов после затирания и кипячения остается в основном ß-глобулин, который обнаружен в белковой мути. Продукты распада ß-глобулина имеют молекулярную массу 30-40 тыс. и содержат серу в виде активных сульфгидрильных (-SH)-групп. Сами по себе эти продукты распада не принимают участия в образовании холодной мути, однако при окислении (-SH)-групп образуются более сложные нерастворимые в пиве соединения, имеющие отрицательный заряд.

В образовании холодной мути также участвуют продукты гидролиза проламина и глютелина, о чем свидетельствует тот факт, что в осадке обнаружены фракции с молекулярной массой 22-35 тыс., которые по аминокислотному составу подобны проламину и глютелину

Продукты обмена дрожжей (они составляют 10-20% азота пива) тоже могут принимать участие в образовании холодной мути, причем различные штаммы выделяют от 125 до 200 мг/л высокомолекулярных соединений, среди которых примерно 25% приходится надолго белков, а 75% - надолго полисахаридов.

Белки и полипептиды находятся в пиве в гидратированной форме и имеют небольшой (+ или -) электрический заряд. В коллоидном состоянии их удерживает гидратация. Дегидратация белковых молекул происходит при нагреве (пастеризации), охлаждении (холодная муть) или под действием веществ, отнимающих воду, каковыми являются дубильные вещества. Денатурированные белки образуют комплексы типа белок-полифенолы, белок-белок, белок-нуклеиновые кислоты. Кроме того, продукты распада белков участвуют в окислительных процессах.

Гидратация - взаимодействие воды с химическими соединениями.

Денатурация - изменение природной структуры белка, не сопровождающееся разрывом химических связей, соединяющих аминокислоты в молекуле белка.

11.1.2. Влияние полифенолов (дубильных веществ) на образование коллоидной мути

Полифенолы (ПФ) - вторая важная составная часть холодной обратимой и постоянной мути. Эти вещества имеют «-» заряд. Из-за своей способности дубить они получили название дубильные вещества или таннины (от фр. tanner- дубить кожу).

В группе ПФ, которые являются предшественниками веществ, вызывающих помутнения, были выявлены флавоноиды, например, катехины (катехин, галлокатехин) и лейкоантоцианидины (лейкоцианидин, лейкодельфинидин). Эти вещества легко окисляются и полимеризуются. Они являются родоначальниками дубильных веществ конденсированного ряда.

Продуктами их конденсации являются проантоцианидины, имеющие две гидро-ксильные группы в среднем кольце) - процианидин ВЗ (состоящий из двух молекул катехина) и продельфинидин, состоящий из молекулы катехина и галлокатехина). причем последний обладает большей адсорбционной емкостью. Также обнаружены тримеры катехина и галлокатехина (рис. 11.1).

Простые молекулы, в частности катехин (рис. 11.1), не имеют достаточной дубильной силы и незначительно влияют на стойкость пива. Благодаря своим восстанавливающим свойствам они совместно с меланоидинами являются основными носителями редуктонов и тем самым защищают пиво от значительного окисления. При величине pH 4,8-8,0 происходит аутоксидация катехина, которая сопровождается образованием флобафена с красной окраской.

Вследствие полимеризации и окисления молекулярная масса ПФ повышается до такой степени, при которой дубильное воздействие на полипептиды приводит к образованию адсорбционных соединений - коллоидов помутнения.

Изменения в полифенольной фракции в ходе технологического процесса (табл. 11.2) обусловлены взаимодействием ПФ с пептидами и протеинами, которое осуществляется за счет образования водородного мостика между водородом феноль-ных гидроксильных групп и кислородом пептидных групп. Кроме того, происходят конденсация, полимеризация и сополимеризация полифенолов.

 

Таблица 11.2 Изменение содержания ПФ по стадиям технологического процесса

Продукт	Общие полифенолы
Ячмень, % от СВ	0,1-0,3
Хмель, % от СВ	2-5
Сусло до кипячения, мг/л	60-100
Охмеленое сусло, мг/л	110-180
Пиво, мг/л	60-67

 

Пептиды - полимеры аминокислот, соединенных пептидными связями в цепи. Различают дипептиды, трипептиды и т. д.

Протеины - простые белки, представляющие собой полипептидные цепи, соединенные между собой пептидными связями.

Полифенольная фракция мути состоит из высококонденсированных (ВКПФ) и полимеризованных ПФ из ячменя и хмеля, обладающих дубильными свойствами.

Образование необратимой мути связано с взаимодействием ВКПФ и белков в присутствии углеводов, кислорода воздуха и металлов катализаторов, среди которых особое значение имеют железо, цинк и медь, причем считают, что именно железо и цинк катализируют процесс образования белково-дубильных комплексов, в то время как медь катализирует образование перекисей в присутствии кислорода воздуха. Концентрация этих металлов не должна превышать 0,2 мг/л.

Белки и ПФ могут ассоциировать, т. е. создавать белково-дубильные комплексы в результате образования:

· слабых водородных мостиков с помощью гидроксильных групп;

· более прочных гидрофобных связей, за которые ответственен пролин-амино-кислота, входящая в состав белков, полипептидов и пептидов;

· ионной связи, например, через аминогруппу лизина.

Как видно, коллоидные соединения образуют полипептиды, содержащие аминокислоту пролин (пирролидин-2-карбоновая кислота). Поливинилполипирролидон (ПВПП), который используют для адсорбции ПФ, содержит именно такие пирролидоновые кольца, как и пролин. Это приводит к тому, что молекула ПВПП напоминает по своей структуре молекулу белка и может участвовать в образовании комплексов, подобных белково-дубильным. В связи с тем, что связывание ПФ с ПВПП происходит намного быстрее, чем ПФ пива с белками, коллоидные структуры, содержащиеся в пиве, переходят в растворимое состояние.

Содержание ПФ в пиве связано с качеством используемого сырья. Так, ячмень, в зависимости от сорта, содержит до 50 мг/кг катехина и до 350 мг/кг проантоцианидинов. После соложения содержание проантоцианидинов увеличивается, а катехина уменьшается. При затирании содержание мономерных и димерных ПФ возрастает с увеличением длительности процесса и в сумме достигает 60-100 мг/л, после кипячения процианидинов остается около 10 мг/л, а катехин превращается в эпикатехин. В процессе брожения и дображивания содержание димеров продолжает снижаться.

Хмель содержит ПФ значительно больше, чем ячмень. Кроме того, наряду с катехином в нем присутствует эпикатехин, который отличается от катехина пространственным расположением активных гидроксильных групп в молекуле. ПФ хмеля отличаются от ПФ солода лучшей растворимостью в воде, большей реакционной способностью, в результате чего они легко окисляются. По сравнению с ПФ ячменя, у них лучшие дегидратационные (дубильные) свойства, что способствует образованию бруха при кипячении сусла с хмелем. Значительная часть дубильных веществ хмеля относятся к группе флавоноидов.