CC BY
75
-----------------□ □-------------------
В даній статті порушена проблема негативного впливу кисню на колоїдну стійкість пива. Запропоновано для захисту від окиснення використовувати антиоксиданти з рослинної сировини на етапах кип’ятіння сусла з хмелем і доброджування. Встановлено, що найефективніше сприяють стабілізації пива антиоксиданти з кори дуба і трави звіробою.
Ключові слова: сусло, хміль, окиснення, коагуляція білків, доброджуван-ня, показник знебарвлення індикатору
2.6-діхлорфенолініндофенола
□------------------------------□
В данной статье затронута проблема негативного влияния кислорода на коллоидную стойкость пива. Предложено для защиты от окисления использовать антиоксиданты из растительного сырья на этапах кипячения сусла с хмелем и дображивания. Установлено, что наиболее эффективно способствуют стабилизации пива антиоксиданты из коры дуба и травы зверобоя
Ключевые слова: сусло, хмель, окисление, коагуляция белков, дображивание, показатель обесцвечивания красителя
2.6-дихлорфенолининдофенола -----------------□ □-------------------
УДК 663.4: 66.094.3-926-217
антиоксиданты из растительного сырья в технологии стабилизации пива
Л. А. Данилова
Кандидат технических наук, доцент* Е-mail: lyudmila-danilova-48@mail.ru А. Е. Мелетьев Доктор технических наук, профессор Кафедра биотехнологии продуктов брожения и виноделия Национальный университет пищевых технологий ул. Владимирская 68, г. Киев-33, Украина, 01601 Е-mail: lenavor@yandex.ru Т. А. Березка Старший преподаватель* Е-mail: tberezka@mail.ru Т. В. Арутюнян Старший преподаватель* Е-mail: tatyana.arutunyan@gmail.com *Кафедра технологии жиров и продуктов брожения Национальный технический университет «Харьковский
политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002
1. Введение
Значение кислорода в процессах пивоварения известно давно и по этому вопросу проделано очень много работы. Еще Пастер, изучая окисление сусла во время кипячения и охлаждения и действие кислорода на дрожжи, и стойкость пива, установил, что кислород химически связывается с некоторыми веществами сусла, эта реакция сопровождается повышением цветности и понижением аромата сусла. Теперь общепринято, что кислород во время всех стадий производства пива плохо действует на конечный вкус и стабильность продукта, особенно для легких сортов пива низового брожения. Причем роль кислорода на разных технологических этапах различна.
Кислород на этапе кипячения сусла с хмелем выполняет две различные функции. В процессах коагуляции белка, изомеризации альфа-кислот она положительна, а в процессах изменения цветности, деструкции изо-альфа-кислот - отрицательна. До 95% общей горечи пива обусловлено альфа-кислотами хмеля, которые при кипячении под воздействием кислорода воздуха превращаются в изомеры альфа-кислот, обладающие большей растворимостью и горечью, чем альфа-кислоты. Однако, на перегруппировке шестичленного коль-
ца альфа-кислот в пятичленное изо-альфа - кислот перестройка альфа-кислот не заканчивается. В дальнейшем под действием кислорода происходит деструкция изо-альфа-кислот, что уменьшает аналитическую величину горечи сусла и пива, а также ухудшает ее характер. Гловачек отмечал, что потери альфа - горькой кислоты возникают, прежде всего, из-за того, что трансформация ее не останавливается на образовании горьких на вкус составных частей, а идет дальше, вплоть до образования негорьких соединений. И наибольшие потери имеются в начале кипячения хмеля, причина которых до сих пор не выяснена [1].
До сих пор спорным остаётся вопрос о роли кислорода в процессе брожения. Большинство специалистов считают, что для интенсивного размножения и брожения кроме соответствующего химического состава сусла требуется обогащение его кислородом. Метод аэрации сусла стерильным воздухом широко распространён в промышленности. Он может привести к нежелательным процессам, связанным с окислением полифенолов и повышением окислительного-восста-новительного потенциала.
Утверждение, что для нормального хода брожения молекулярно растворённый кислород не требуется, легло в основу технологической схемы ускоренного
производства пива, предложенной Веселовым И.Я. ещё в 1952 году [2].
Начиная с процесса дображивания отрицательная роль кислорода отмечается почти всеми исследователями, поэтому с момента перекачивания молодого пива следует до минимума снизить его окисление. Окисление отрицательно влияет на вкус пива. При окислении полифенолов, горьких веществ и некоторых альдегидов и высших спиртов образуются соединения неприятные на вкус и запах.
Во время фильтрации и розлива пива необходимо избегать даже кратковременного повышения температуры и контакта пива с воздухом, так как давно известно, отрицательное влияние кислорода на качество пива и его стойкость.
Для защиты от окислительных процессов к пиву добавляют восстанавливающие вещества - аскорбиновую кислоту, сульфиты, дитионит натрия. Однако аскорбиновая кислота и ее соли являются не антиоксидантами, а акцепторами кислорода. Аскорбиновая кислота в воде подвергается окислению кислородом воздуха, переходя в дегидроформу. Окислительновосстановительный потенциал среды, в которой она растворена, понижается, что предохраняет от окисления другие вещества, присутствующие в среде и чувствительные к окислению. Таким образом, акцепторы кислорода удаляют молекулярный кислород из пива тем, что непосредственно с ним реагируют (аскорбиновая кислота) или катализируют окислительные реакции, ведущие к образованию безвредных продуктов (глюкозооксидаза).
Известно, что окисление органических веществ кислородом воздуха представляет собой цепной свободно-радикальный процесс с вырожденным разветвлением. Остановить или затормозить его можно путем введения антиоксидантов, реагирующих с образовавшимися свободными пероксидными радикалами или разрушающих пероксиды без образования свободных радикалов.
Литературных данных об использовании таких антиоксидантов для стабилизации пива очень мало. Так, в 1972 г Дадик опубликовал работу о стабилизации пива фенольными антиокислителями [3]. Однако, эти препараты в пивоварении не применяются, за исключением нордигидрогваятеровой кислоты. Возможно, это связано с токсичностью синтетических антиоксидантов, плохой растворимостью их в воде и отсутствием на рынке природных антиоксидантов.
2. Основная часть
В свое время Украинским научно-исследовательским институтом пищевой промышленности были разработаны антиоксиданты из шести видов растений -коры дуба, травы зверобоя, листьев мяты перечной, листьев мать и мачехи, травы чабреца и плодов рябины красной [4 - 7]. Они предназначены для использования в пищевой промышленности как вкусоароматическая добавка с антиокислительным действием. Активность этих антиоксидантов обусловлена фенольными соединениями соответствующих растений находящимися в синергетически активном сочетании с аминокислотами и другими органическими кислотами растений.
Изучение динамики окисления водного раствора СО2 - экстракта хмеля в ускоренных условиях в присутствии антиоксидантов из растительного сырья позволило установить, что наиболее эффективными из них являются антиоксиданты из коры дуба и листьев мяты перечной в количестве 20-30 мг сухих веществ на 1 дм3 сусла [8].
Для решения задачи защиты изо-альфа-кислот от окислительной деструкции изучали динамику накопления горьких веществ в охмеленном сусле в зависимости от времени введения антиоксидантов из коры дуба и листьев мяты перечной в кипящее с хмелем сусло. Результаты эксперимента приведены на рис. 1.
Как видно из рис. 1, антиоксиданты необходимо вводить через 50 минут от начала кипения сусла с хмелем.
Весьма важным процессом при кипячении сусла является коагуляция белков. Высокое содержание белков в охмеленном сусле может быть причиной различного рода помутнений готового пива и понижение его стойкости. На коагуляцию белков в охмеленном сусле оказывает влияние, присутствующие в нем по-лифенольные вещества. Это коллоидные вещества с отрицательно заряженными частицами и с дегидратирующими свойствами. Поэтому они реагируют преимущественно с положительно заряженными азотистыми веществами, дегидратируют их поддерживая образование хлопьев, а следовательно осаждение.
и 37
ж ш
* Л ш з 36
о_ о 35
о аГ
а> 5
X >- и 34
ГЗ X а. 0> со аэ 5 33
сі О о Ї 32
и <и
со 31
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90
время, мин
Рис. 1. Зависимость содержания горьких веществ в охмеленном сусле от времени внесения антиоксиданта из коры дуба (1) и листьев мяты перечной (2)
В пивном сусле содержатся полифенольные вещества солода и хмеля. Полифенольные вещества хмеля имеют большую химическую активность. Они осаждают белки, которые не коагулируют, недаром повышенная доза хмеля вызывает значительное выделение белков [9].
Активность антиоксидантов из растительного сырья обусловлена фенольными соединениями соответствующих растений. Эти соединения более реакционноспособны, чем фенольные соединения хмеля [10]. Добавка антиоксидантов из растительного сырья в пивное сусло при кипячении его с хмелем должна оказать положительное влияние на процесс коагуляции белков.
Антиоксиданты из различных видов растительного сырья очень отличаются по качественному и количественному составу фенольных соединений. Для выявления антиоксидантов, фенольные соединения
3
которых наиболее эффективно осаждают белки пивного сусла в процессе его кипячения, был проведен ряд экспериментов. Результаты исследований представлены в табл. 1.
Из анализа экспериментальных данных следует, что наиболее эффективно способствуют коагуляции белков сусла фенольные соединения антиоксиданта из коры дуба и травы мяты. Так количество общего азота скоагулированного белка (Акоаг) из 100 мл сусла с добавкой антиоксиданта из коры дуба составляет 12,6 мг из 100 мл сусла с добавкой антиоксиданта из мяты -9,1 мг. Для сравнения - добавка водно-спиртового экстракта хмеля в кипящее сусло способствует коагуляции 8,4 мг общего азота белка.
Таким образом, фенольные соединения антиоксиданта из коры дуба в сравнении с фенольными соединениями хмеля более чем на 30% увеличивают количество скоагулированного белка, а антиоксиданта из мяты на 10%.
Для определения оптимального режима использование антиоксидантов во время кипячения, осветления и охлаждения сусла обеспечивающего получение пива более стойкого при хранении, были приготовлены 4 образца пива (1-контрольный, 2-добавлен антиоксидант из коры дуба, 3-добавлен антиоксидант из коры дуба через 50 минут от начала кипения сусла с хмелем; 4-добавлен антиоксидант из листьев мяты перегной через 50 минут от начала кипения сусла с хмелем).
Во всех образцах использовали 11%-ное сусло, хмель Перле, норма горечи горячего сусла 0,77 г/дал. Результаты исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-химические показатели качества пива з добавками антиоксидантов при разных режимах
Номер образца Содержание действительного экстракта, % Содер- жание алкоголя, % Цветность, мл 0,1 н J2 на100 мл рН Кислотность, мл 0,1н №ОН на100 мл
1 4,42 3,21 0,42 4,4 1,2
2 4,48 3,27 0,42 4,46 1,2
3 4,40 3,23 0,42 4,46 1,2
4 4,17 3,27 0,42 4,42 1,3
Определено, что лучшим является пиво, стабилизированное путем добавки антиоксиданта из коры дуба после кипячения сусла с хмелем перед подачей его в гидроциклонный аппарат (2 образец). Этот образец пива имеет более низкий таниновый показатель, более высокий показатель обесцвечивания индикатора, более низкое содержание антоцианогенов и оптимальную горечь пива при экономии хмеля 10%. Дегустационная оценка подтвердила сделанный вывод.
Все образцы пива были оставлены на хранение. По окончанию срока хранения образцы пива были проанализированы по тем же показателям, что и свежеприготовленное пиво (табл. 3). Более стойкими к смене своих окислительно-восстановительных свойств оказался второй образец.
Исследования по влиянию добавок антиоксидантов из растительного сырья при введении в пиво показали, что наиболее эффективными являются антиоксиданты из коры дуба, травы зверобоя и порошкообразная кора дуба в количестве соответственно: 30 мг, 20 мг и 0,26 г на 1 дм3 пива. Оптимальный технологический этап введения антиоксидантов для производства стабильного пива - этап до-браживания.
Для подтверждения сделанных выводов был поставлен эксперимент в ходе которого выбранные антиоксиданты вводились на этапе дображивания. Готовое пиво фильтровали, пастеризовали и анализировали в процессе хранения в условиях ускоренной порчи. Исследование образцов пива по таким показателям как рН и ПОК проводили каждый день, а таким показателям как цвет, кислотность, содержание горьких веществ, содержание высоко-молекулярных соединений, полифенолов, антоцианогенов и танинового показателя - один раз в неделю. Изменение показателя обесцвечивания индикатора 2,6-дихлорфенолиндофенола в процессе хранения представлены на рис. 2.
Промежуток времени от начала хранения до момента роста ПОК хорошо характеризует стойкость образцов пива к воздействию кислорода. Как видно из представленного на рис. 2 наилучший эффект достигается при использовании антиоксиданта из травы зверобоя.
Таблица 1
Влияние фенольных соединений антиоксидантов из растительного сырья на коагуляцию белков в пивном сусле
Сусло Общий азот в сусле Общий азот скоагули-рованого белка Общий азот грубых взвесей Общий азот тонких взвесей
мг с 100 мл % от А -^исх. мг с 100 мл % от А -^исх. мг с 100 мл % от_ Аисх../ % от Акоаг мг с 100 мл %від Аисх../_% от Акоаг.
Сусло исходное (не кипяченое) (Аисх.) 88,2 100 - - - - - -
Сусло кипяченное: без добавок 80,5 91,2 7,7 8,8 3,0 3,4/38,6 4,7 5,4/61,4
С добавкой АО: из коры дуба 75,6 85,7 12,6 14,3 5,2 5,9/41 7,4 8,4/59
из травы зверобоя 82,6 93,6 5,6 6,4 4,9 5,6/87,5 0,7 0,8/12,5
из листьев мать-и-мачехи 82,6 93,6 5,6 6,4 4,6 5,2/81,3 1,0 1,2/18,7
из листьев мяты перечной 79,1 89,7 9,1 10,3 4,8 5,4/52,4 4,3 4,9/47,6
из травы чабреца 84,7 96,0 3,5 4,0 3,8 4,3/100 - -/0,0
из плодов рябины обыкновенной 82,6 93,6 5,6 6,4 4,7 5,3/82,8 0,9 1,1/17,2
водно-спиртового экс-тракта из грану-лирован-ного хмеля «Нортерн Бревер» 79,8 90,4 8,4 9,6 4,7 5,3/55,2 3,7 4,3/44,8
Е
Срок хранения образца пива с добавкой антиоксиданта из травы зверобоя по сравнению с контрольным образцом увеличивается в 3 раза.
Физико-химические показатели стойкости пива
3. Выводы
Таблица 3
Номер образца Таниновый показатель Показатель обесцвечивания красителя, 2,6-ди-хлорфенолин-дофенола ГН2 Содержание полифенолов, мг/дм3 Содержание антоцианоге-нов, мг/дм3 Индекс полиме- ризации (ИП) Величина горечи, ед. ЕВС
1 0,400 29,1 15,9 159,9 60,3 2,7 31,0
2 0,374 34,0 15,8 153,9 57,0 2,7 31,5
3 0,392 29,8 15,8 163,4 60,5 2,7 30,3
4 0,320 29,8 15,8 151,7 60,3 2,5 25,8
но
о 100
I
90
70
, 1
-А-3.
п -°“4*
сутки
Рис. 2. Динамика показателя обесцвечивания красителя (ПОК) в процессе хранения пива (^: 1 - контроль; 2 - с добавкой порошкообразной коры дуба; 3 - с добавкой АО из коры дуба; 4 - с добавкой АО из травы зверобоя
Исследования показали, что для решения задачи защиты изо-альфа кислот от окислительной деструкции антиоксиданты из коры дуба и листьев мяты перечной необходимо вносить через 50 минут от начала кипения сусла с хмелем.
Наиболее эффективно способствуют коагуляции белков сусла фенольные соединения антиоксиданта из коры дуба и листьев мяты перечной.
Определено, что лучшим является пиво, стабилизированное путем добавки антиоксиданта из коры дуба после кипячения сусла с хмелем перед подачей его в гидроциклонный аппарат.
Исследования по влиянию добавок антиоксидантов из растительного сырья при стабилизации пива показали, что стойкость его повышается в 2-3 раза при введении антиоксидантов из коры дуба или из травы зверобоя в танк дображивания или в буферную емкость перед фильтрационным аппаратом в количестве 20-30 мг сухих веществ на 1 дм3 пива.
Литература
1. Гловачек, Ф. Пивоварение [Текст]: учеб. / Ф. Гловачек, А. Лхотский -М.: Пищевая промышленность, 1977. - 623 с.
2. Булгаков, Н. Биохимия солода и пива [Текст] / Н. Булгаков. - М.: Пищ. пром-ть, 1976. - 358 с.
3. Лернер, И.Г. Достижения в технологии солода и пива. Интенсификация производства и повышение качества. [Текст] /
И.Г. Лернер, Д.Б. Лифшиц, Г. Басаржова и др.; - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 350 с.
4. Данилова, Л.А. Природні антиоксиданті. [Текст] / Л.А. Данилова / Харчова та переробна промисловість.- 1997. - №3.-С.18-19.
5. ТУ У 18.483-98. Антиоксиданти з рослинної сировини та їх композиції «Вітанок 1», «Вітанок 2». Технічні умови [Текст]. - Затв. Комітетом харчової промисловості України 20.05.98: без обмеження терміну дії. - Введені в дію 10.01.2000р. - Київ, 1998. -23 с.
6. Спосіб одержання природного антиоксиданту [Текст]: Пат. 19546А.Україна, МКИ С11В5/00 / Данилова Л.А., Малишев О.В., Іцков Ф.Е., Немцева Т.Л. (Україна) - №94062330. 3аявл.30.06.94: Опубл.25.12.97: Бюл. №6-5 с.
7. Спосіб одержання природного антиоксиданту [Текст]: Пат.19547А. Україна, МКИ С11В5/00/ / Данилова Л.А., Малишев
О.В., Іцков Ф.Е., Немцева Т.Л. .(Україна) -№94062331. Заявл.30.06.94:Опубл.25.12.97:Бюл.№6-5с.
8. Данилова, Л.А. Влияние антиоксидантов из растительного сырья на окисление компонентов хмелевых смол [Текст] / Л.А. Данилова., В.А. Домарецкий, Л.И. Рыбак, Т.Л. Немцева // Вестник НТУ «ХПИ».-2002.- №9, т.2.- С.21-24.
9. Ляшенко, Н.И. Биохимия хмеля и хмелепродуктов [Текст]/ Н.И. Ляшенко. Житомир: - «Полисся», 2002.-388с.
10. Данилова, Л.А. Вплив антиоксидантів з рослинної сировини на процеси коагуляції білків у суслі [Текст] / Л.А. Данилова, В.А. Домарецький, Г.А. Амбарцумян // Харчова та переробна промисловість.-2002.-№12.- С.15-16.
