CC BY
74
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
УДК 663.42+632.4
Гашинг пива:
современное состояние проблемы
Т. Н. Волкова,
канд. биол. наук;
И. В. Селина;
М. С. Созинова
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН
Гашинг (от англ. gush — фонтанировать) — избыточное пеноо-бразование с выбросом напитка из бутылки при ее откупоривании, не обусловленное его инфицированием или некорректным обращением с бутылкой (предварительным встряхиванием, нагреванием и т. п.) (см. фото). Гашинг наблюдается в широком спектре карбонизированных напитков. Он был описан для карбонизированных фруктовых соков, газированных вин и сидров, но наиболее известен в пивоваренной индустрии, где приводит к ежегодным большим материальным потерям. Партии пива с гашингом нельзя продать, их приходится удалять с рынка. Более того, если гашинг случается в руках потребителя, имидж данного пивного бренда и доля его на рынке могут значительно пострадать [1-3].
Считается, что явление гашинга было известно со времен, когда в Англии стало популярным бутылочное пиво, то есть около 1650 г. Тем не менее, первое научное исследование гашинга было опубликовано только в 1909 г. С момента этой публикации и до настоящего времени было проведено большое число исследований, имевших целью описать, оценить и проанализировать избыточное вспенивание пива и других напитков. Работы проводили одновременно в трех направлениях:
• изучение природы явления гашинга;
• поиски путей предотвращения случаев гашинга;
• разработка методов определения склонности к гашингу (прогнози-
рование гашинга) в сырье — ячмене, пшенице и солоде. Gjersten с сотр. в своих работах 1964-1965 гг. ввели понятие первичного гашинга и вторичного [4, 5]. К первичному (или гашингу I типа) относят случаи, возникающие эпизодически, связанные с неблагоприятными погодными условиями и вызываемые деятельностью грибной микробиоты зернового сырья, главным образом, видами Fusarium. Другие виды мицелиальных грибов, относящиеся к родам Alternaria, Aspergillus, Nigrospora, Pénicillium, Rhizopus, Stemphylium, по некоторым данным, также способны вызывать гашинг [1].
Вторичный гашинг (или гашинг II типа) возникает благодаря дефектам в технологии производства или при неправильном обращении с бутилированным пивом. В появлении вторичного гашинга могут играть роль кристаллы оксалата кальция, частички кизельгура или других фильтрующих материалов, содержание кальция в сусле и в воде, используемой на конечных операциях, продукты карамелизации
Так выглядит гашинг-позитивный образец пива при определении методом Карлсберга (фото из работы Lindner et aL, 2005)
40 ПИВО и НАПИТКИ 2•2019
КОЫТ.ВОДЬ.К.АЧЕСТ.ВА.
солода (продукты Майяра). Причины вторичного гашинга подробно рассмотрены в работах [3, 6, 7].
Однако наибольший урон в пивоваренной промышленности приносит первичный гашинг. Зерно, инфицированное фузариумом, считается серьезной проблемой, так как непосредственно ассоциируется с явлением гашинга. Настоящий обзор посвящен проблемам первичного гашинга.
Природа явления первичного гашинга. Гидрофобины. Протеины пены. Claudia Specker в своей докторской диссертации [2] отмечала, что с тех пор, как было доказано, что гашинг — мультифакторный феномен, никакого ясного механизма этого явления предложено не было.
Явление гашинга в первую очередь обусловлено поведением двуокиси углерода, которая образуется дрожжевыми клетками в ходе брожения и накапливается в пиве. 99% СО2 в пиве, пока оно в бутылке, присутствует в виде углекислоты, растворенной в жидкости [2]. При откупоривании бутылки давление в ней снижается с 4 до 1 бара, приводя к резкому изменению в равновесии растворенного СО2 и переводя порцию двуокиси углерода из растворенного состояния в газовую фазу. Это приводит к падению супернасыщения СО2 за счет формирования пузырьков (пены) и поступлению газа в атмосферу.
Пены — это концентрированные эмульсии газов в жидкостях. Пены можно также характеризовать как связно-пленочные дисперсные системы, состоящие из пузырьков газообразной среды, наполняющих данную жидкую фазу и отделенных друг от друга тонкими пленками жидкости. Газ, находящийся внутри пузырька, испытывает на себе не только внешнее давление, но и давление, развиваемое силами поверхностного натяжения в жидкостной пленке. Эти силы будут тем больше, чем меньше радиус пузырька. Пены образуются исключительно в растворах, чистые жидкости пен не образуют.
Новая, газовая фаза образуется сначала в виде очень маленьких фрагментов — зародышей (нуклеусов), процесс образования зародышей называется нуклеацией. Типичный нуклеус — это совсем крохотный пузырек, если новая фаза газообразная или жидкая, или кро-
хотный кристаллик, если новая фаза твердая. В зависимости от вида присутствующих центров нуклеации гашинг и подразделяют на первичный и вторичный.
Обычные размеры нуклеуса — 1-20 нм. Нуклеус отделен от старой фазы границами раздела. Поскольку он маленький, значительная часть его атомов находится на поверхности этой пленки.
Нуклеация бывает гомогенной (если это происходит в чистой жидкости) или гетерогенной (если это раствор). В случае гетерогенной ну-клеации зародыши образуются на границах раздела фаз — на стенках сосуда, на поверхностях, окружающих уже образовавшиеся пузырьки (как в пиве, шампанском).
Потенциальный барьер в процессе образования новой фазы связан с затратами энергии на образование новых поверхностей раздела. Надежным способом понизить потенциальный барьер нуклеации служит добавка поверхностно-активных веществ, которые обладают свойством понижать энергию поверхности путем создания на ней тонкой пленки. Именно за счет ПАВ образуется пена в пиве. Присутствие поверхностно-активных коллоидных соединений увеличивает прочность пены.
В исследованиях природы гашин-га формирование пузырьков признавалось как один из ключевых факторов. Улетучивание СО2 из пива происходит путем агрегации в ядрах конденсации (центрах нуклеации), которыми служат нанопузырьки СО2. Было показано, что в напитках, склонных к гашингу, концентрация таких ядер гораздо выше, чем в напитках, не склонных к гашингу.
В 1991 г. Wessels с соавторами [1-3] исследовали поверхностно-активные протеины, выделяемые мицелиальными грибами при инфицировании ими растений, и назвали их гидрофобинами. В 2000 г. Haikara с сотр. (Техничесий исследовательский центр VTT, Финляндия) высказали идею о том, что гидрофо-бины мицелиальных грибов могут быть одним из гашинг-факторов, то есть именно теми веществами,
1 Амфипатический (хим.) — имеющий в своем составе расположенные с разных сторон участки, области с противоположными — гидрофильными и гидрофобными — свойствами (о молекулах). (Википедия).
которые провоцируют гашинг [1, 2]. При использовании в пивоварении зараженного ячменя и солода ги-дрофобиновые протеины грибов переносятся в готовое пиво, где они могут вызвать гашинг.
Предполагали, что помимо гид-рофобинов спровоцировать га-шинг могут и другие поверхностно-активные протеины, синтезируемые грибами: фунгиспумины, а также протеины, имеющие отношение к патогенезу в растении [3]. Это предположение в дальнейшем не подтвердилось.
Гидрофобины — это протеины с высокой поверхностной актив-ностью, умеренно гидрофобные, продуцируемые мицелиальными и диморфными (то есть способными существовать как в мицелиаль-ной, так и в дрожжеподобной форме) грибами отделов Ascomycota и Basidiomycota [1]. Характерная особенность этих протеинов — наличие в молекуле, содержащей приблизительно 100 аминокислот, восьми ци-стеиновых остатков, формирующих четыре дисульфидных мостика.
Основываясь на их свойствах, Wessels в 1996 г. [1, 2] разделил гидрофобины на два класса. Гидрофо-бины обоих классов могут образовывать мономеры, димеры и тетраме-ры в гидрофильных растворах. Одно из их важных свойств — способность самосборки на поверхности раздела гидрофобной и гидрофильной сред, например, вода-воздух, с образованием амфипатических1 мембран, одна поверхность которых гидрофильна, а другая гидрофобна (Wösten, 1993) [1]. Это свойство ги-дрофобинов позволяет осуществлять широкий спектр функций в процессах роста и развития грибов.
Гидрофобины присутствуют в клеточной стенке грибов, где они участвуют в формировании мицелия и спор (Wessels, 1996) [1]. Грибы выделяют гидрофобины в окружающую среду, где они могут снижать поверхностное натяжение воды или изменять свойства поверхности с гидрофильных на гидрофобные или наоборот (Wösten et Wessels, 1997) [1]. Эти свойства полезны, когда гриб преодолевает раздел сред воздух-вода или когда должен прикрепиться к поверхности клетки растения, покрытой восковым налетом.
К настоящему времени гидрофобины были найдены у 84 видов
.Т.ЕХНО.ЛОХ-ИДЕ£КМЕ-ИЯНОВАЦИ.И-в-О.Т.ВАСЛИ-
Ascomycota и у 23 видов Basidiomy-cota. Во многих случаях у одного вида гриба находили более одного гидрофобина [1].
Гидрофобины осуществляют самосборку на оболочках пузырьков воздуха, что способствует стабилизации этих структур. В карбонизированных напитках самосборка происходит вокруг гидрофобных газообразных молекул СО2, при этом формируются нанопузырьки. Нано-пузырьки агломерируют на разделе фаз газ-жидкость и при откупоривании емкости, когда давление в ней резко падает, эти нанопузырьки мгновенно вырастают и затем взрываются, вызывая экстремальное образование пены.
Хотя гашинг-факторы, продуцируемые грибами, изучают уже в течение нескольких десятилетий, ни один из них до недавнего времени не был охарактеризован полностью. Наконец, это было сделано в Техническом исследовательском центре VTT (Финляндия) [1, 9-11]. В 2012 г. Sarlin с сотр. [1] впервые выделили и полностью проанализировали гидрофобины из гашинг-активных грибов — видов Fusarium, и показали, что эти гидрофобины действительно служат одним из гашинг-факторов и способны индуцировать гашинг в пиве. Было показано, что внесение даже очень малых количеств гидро-фобина, 3 цг/л в пиво или 250 цг/г в солод, вызывало гашинг. Концентрация гидрофобинов в количествах нескольких ppb на бутылку была достаточна, чтобы индуцировать гашинг.
Были исследованы геномные базы данных F. graminearum (телео-морфа — Gibberella zeae), F. culmorum и F. poae для ряда гидрофобинов. Обнаружили пять предполагаемых генов гидрофобинов. С помощью молекулярно-генетических методов получили, очистили, идентифицировали и охарактеризовали гидро-фобины, которые назвали GzHYD5 и FpHYD5, соответственно (по начальным буквам Gibberella zeae и Fusarium poae hydrophobins). Было показано, что эти гидрофобины в концентрации 0,003 ppm индуцировали сильный гашинг пива.
На основе иммуноферментного анализа (enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA) был разработан метод количественного определения гидрофобинов в ячмене и соло-
де. Была обнаружена положительная корреляция между количеством гидрофобина и гашинг-потенциалом в солоде. Это позволило предположить, что разработанный ELISA-метод может быть использован для предсказания риска гашинга в солоде.
Была исследована судьба гидрофобинов в ходе процесса пивоварения. Было установлено, что грибы рода Fusarium продуцируют гидро-фобины в течение периода вегетации ячменя в поле, и особенно в ходе процесса соложения, на стадиях замачивания и проращивания зерна. В процессе хранения зерна способность грибов к продукции гидрофобинов снижается. Гидрофо-бины достаточно термостабильны, выдерживают температуру кипения воды [8]. По этой причине они «выживают» в процессе пивоварения, экстрагируются в ходе затирания и попадают в сусло. Однако только их малая часть, 10-20% от первоначально присутствующих в инфицированном солоде, обнаруживается в готовом пиве.
Итак, убедительно доказано, что гидрофобины мицелиальных грибов, главным образом, фуза-риума, благодаря своим свойствам поверхностно-активных протеинов служат фактором, провоцирующим гашинг пива. Однако, возможно, это не единственный фактор.
Поверхностно-активные протеины пива. В пиве уже присутствуют поверхностно-активные вещества. Они играют важную роль в формировании пены. Это ряд соединений хмеля, жирные кислоты, а также протеины, происходящие из зерна. Некоторые соединения хмеля оказались промоторами гашинга, другие, как изо-а-кислоты, масло сухого хмеля и линалул, наоборот, снижают гашинг пива. Однако, главную роль в формировании и стабилизации пивной пены играют высокомолекулярные протеины: nsLtp, протеин Z, гордеин и глютелин.
В работе Specker (Мюнхен, 2014) [2] была принята гипотеза, что детерминирующими факторами в возникновении гашинга в пиве служат поверхностно-активные протеины пива и их взаимодействие с поверхностно-активными протеинами грибов — гидрофобинами.
Анализировали количество индуцирующего гашинг гидрофобина FcHyd5p (гидрофобина из Fusarium culmorum) и щелочного протеина пивной пены, nsLtpl (non-specific lipid transfer protein — неспецифический протеин липидного транспорта) в зерновом сырье и в пиве. Применяли иммуноферментный анализ. Изучили взаимодействие протеинов, подавляющих гашинг, и протеинов, вызывающих гашинг, а также их влияние на образование амфифильных2 протеиновых пленок в эмульсиях и на поверхностях.
Протеин sLtpl происходит из ячменя, Hordeum vulgare, присутствуя в высокой концентрации в алейроновом слое зерновки. Его первичная структура содержит 91 аминокислотный остаток и имеет молекулярный вес 9,7 кДа. nsLtpl принадлежит к классу мультигенных протеинов, повсеместно распространенных в царстве растений. Все растительные протеины класса nsLtp содержат неизменную часть молекулы, состоящую из 8 цистеиновых остатков, которые образуют 4 межмолекулярных дисульфидных мостика. Вторичная структура характеризуется четырьмя спиральными участками. nsLtpl высокоустойчив к протеазной активности и к тепловой денатурации, имея точку плавления выше 100 °С. Поэтому он стабилен и выживает в ходе процесса пивоварения. Он поверхностно-активен и способен связываться с поверхностью раздела фаз вода/воздух. Однако, нативный nsLtpl-протеин ячменя обнаруживает очень слабый потенциал образования пены, в отличие от его модифицированной (гликированной3) формы, которая найдена в пиве.
Амфифильность (иначе дифильность) — свойство молекул веществ (как правило, органических), обладающих одновременно лиофильными (в частности, гидрофильными) и лиофобными (гидрофобными) свойствами. Белки обладают амфифильными свойствами, так как обычно в их состав входят аминокислоты с гидрофильными и с гидрофобными радикалами. Амфифильность белков влияет на образуемые ими третичные и четвертичные структуры. (Википедия).
Гликирование, или гликозилирование, — реакция между восстанавливающими углеводами (глюкоза, фруктоза и др.) и свободными аминогруппами белков, липидов и нуклеиновых кислот живого организма, протекающая без участия ферментов. Глико-лизирование — это частный случай реакции Майяра (Википедия).
ТЕХНО
Было показано, что в ходе соложения и затирания происходит глики-рование этого протеина через реакцию Майяра, а также ацилирование (введение ацильного остатка RCO). Все эти модификации увеличивают амфифильный характер протеина и повышают его потенциал образования пены в пиве.
Предположили, что вещества, снижающие эффект гашинга, также должны быть поверхностно-активными, что как раз и соответствует той гликированной форме nsLtp1, в которой он присутствует в пиве.
Niessen с сотр. (2006) [2] высказали идею, что nsLtp1 вместе с амфи-фильными грибными протеинами гидрофобинами могут аккумулироваться на межфазовой пленке, окружающей пузырьки СО2, в процессе самосборки образуя смешанный протеиновый слой. В результате оболочка пузырька становится нестабильной и взрывается при сбросе давления и росте пузырька. Образующиеся фрагменты оболочки пузырька будут действовать как последующие центры нуклеации для дополнительного высвобождения СО2. Предложенная модель подтвердилась в работе Specker [2]. Было также установлено негативное влияние протеинов nsLtp1 и Z4 на стабильность пены, образованной за счет гидрофобинов FcHyd5p.
В образцах солода с сильным га-шингом, тестированным методом Донхаузера, количество гидрофобина FcHyd5p положительно коррелировало с объемами избыточного вспенивания, тогда как у протеина пены nsLtp1 наблюдали отрицательную корреляцию с размерами гашинга. Соотношение FcHyd5p : nsLtp1 возрастало в пиве с гашингом и положительно коррелировало с объемами гашинг-пены. Был сделан вывод о том, что в сравнении с гидрофоби-нами протеины пены, nsLtp1, — это даже более важный фактор для проявления гашинга [2]. В отличие от протеина nsLtp1, протеин Z4, находящийся в пиве, имеет лишь очень незначительное воздействие на га-шинг [2].
Пути предотвращения гашинга. Чтобы избежать первичного гашин-га, индуцируемого гидрофобинами, было предложено несколько подходов. Один из них — добавление снижающих гашинг веществ в ходе процесса пивоварения.
Было показано, что хмелевые масла обладают способностью снижать гашинг, и их можно добавлять в процесс пивоварения, хотя вкус и аромат пива могут пострадать. Также предлагалось добавлять протеазы, которые будут расщеплять гидро-фобиновые протеины. Однако, успех таких мер остается сомнительным, так как при этом другие протеины пива, участвующие в формировании пены и коллоидной стойкости, могут также быть уничтожены вместе с ги-дрофобинами. Кроме того, по крайней мере, гидрофобины класса I обнаруживают высокую устойчивость по отношению к протеолитическому расщеплению. Более того, для германских пивоваров, которые производят пиво согласно Германскому Закону о чистоте (Reinheitsgebot), нельзя использовать в пивоварении ничего кроме воды, солода, хмеля и дрожжей.
Компания Erbsloh (Erbsloh Geisenheim AG, Geisenheim, Germany) представляет на рынке вещество под названием AnGus1516R — смесь силикатов, обогащенных кальцием. Добавление этой субстанции на стадии затирания приводит к агрегированию и связыванию оксалата. Согласно заявлениям фирмы, внесение этого препарата не нарушает Закон чистоты. Различные протеины, включая гидрофобины, присутствующие в заторе, связываются и удаляются из затора вместе с фракцией отработанного зерна. Однако, так же, как и в случае с применением протеаз, не только гидрофобиновые протеины могут быть затронуты, но и протеины с положительными для вкуса и аромата пива качествами.
Другой метод — фильтрация га-шингового пива через нейлоновый порошок — была предложена для удаления гашинг-индуцирующих материалов из напитка. Гидрофобный нейлоновый материал должен связывать и удалять гидрофобные частицы, включая гидрофобины. Так как при этом требуются большие количества нейлонового порошка, применение этого способа в промышленности нереалистично. Таким образом, все меры, предлагаемые для снижения гашинга непосредственно в ходе производства пива или в готовом пиве, не могут быть применены вследствие технических трудностей, либо из-за воздействия на протеины пены и компоненты вкуса и аромата,
или вступают в противоречие с Германским Законом чистоты.
Методы определения склонности к гашишу (оценка гашинг-потенциала). Итак, избавление от гашинга может быть достигнуто только за счет использования здорового зернового сырья, не склонного к гашингу. В настоящее время обычной практикой в пивоваренной индустрии становится определение гашинг-потенциала солода до момента его включения в производство.
Партия солода, в которой установлена предрасположенность к гашин-гу, должна быть либо забракована, либо смешана с партией, не имеющей склонности к гашингу, чтобы произвести разбавление. Sarlin с сотр. [1] экспериментально установили, что концентрация гидрофобина в солоде не должна превышать 250 ррт. Однако, ввиду того, что разные ги-дрофобины имеют разный гашинг-потенциал, критический уровень не может быть определен точно [10].
Раньше риск гашинга пытались предсказать по уровню зараженности фузариумом в образце зернового сырья, используя культуральные методы (ЕВС Analytica-Microbiologica II, 2005). Однако, было доказано, что предсказание гашинг-потенциала с помощью рассчитанного уровня грибного заражения ячменя или солода недостаточно [1, 11].
Существуют прямые методы определения склонности к гашингу, основанные на воспроизведении всего процесса приготовления пива из анализируемого образца зерна с последующим измерением объема пива, вылившегося из откупоренной бутылки. Sarlin [1] провела сравнение шести модификаций прямого метода, разработанных в Германии, Финляндии и Дании за период с 80-х гг. XX века по 2009 г. Из них наиболее широко применяются до настоящего времени метод Карлсберга и модифицированный Карлсберг-тест (МКТ). Исходный Карлсберг-тест был разработан Vaag с соавторами в 1993 г. Усовершенствованный метод занимает 3-4 сут. В нем для сравнения необходимо применять стандартные образцы солода, один из которых имеет склонность к гашингу в размерах 50-160 г, а другой не имеет. Стандартные образцы предоставляет Институт Карлсберга (Дания, Копенгаген). Остальные методы этой группы — варианты и различаются типами шейкеров, режимами
^ ^ЛтЫТВОЛ.Ь-кЛиЕгтвл
встряхивания бутылок (от горизонтального возвратно-поступательного до вращательного, с разными скоростями и разной амплитудой) и другими особенностями.
Во всех этих тестах гашинг выражают в граммах или миллилитрах вытекшего пива. Общий вывод: все описанные тесты трудоемки и требуют длительного времени: от 3-5 недель, если включена стадия брожения (метод Донхаузера), до 4 сут в Карлсберг-тесте, и непригодны для скрининга большого числа образцов. Даже в модифицированном Карлсберг-тесте остаются проблемы воспроизводимости. Эти тесты предоставляют преимущественно качественную информацию о гашинг-потенциале ячменя и солода.
Прямое определение гидрофо-биновых протеинов давало бы наиболее надежный прогноз гашинга. Метод ELISA, разработанный Sarlin с соавторами [1, 10, 11], мог бы быть использован для количественного определения гидрофобиновых протеинов с целью предсказания гашинг-потенциала в зерновом сырье. Однако, по мнению авторов, этот метод еще не готов для широкого применения в пивоваренной индустрии.
В настоящее время появились новые молекулярно-биологические методы: PCR в реальном времени для определения группы Fusarium или отдельных его видов, имму-ноферментные методы. Далее, на основе PCR был разработан метод молекулярной диагностики — метод петлевой изотермической амплификации ДНК (loop-mediated isothermal amplification assay, LAMP), более простой и дешевый. Результаты этого метода коррелировали с гашинг-потенциалом образцов солода, определенным с помощью модифицированного Карлсберг-теста (МКТ) [2].
Недавно был предложен метод, который мог бы давать дополнительную информацию об образцах, предварительно испытанных МКТ. Микропузырьки, присутствие которых ассоциируется с гашингом пива, определяли с помощью метода динамического светового рассеяния (Dinamic light scattering, DLS). Наличие частиц размером 100 нм, указывающее на присутствие микропузырьков, стабилизируемых гидрофобиновыми протеинами, использовали как подтверждение существования гашинг-потенциала [2].
В 2012 г. Европейская Ассоциация солодовенной промышленности (Euromalt) и Европейская Пивоваренная Конвенция (ЕВС) решили объединить свои усилия для исследования проблемы гашинга, представляющей общий интерес. В этом тендерном проекте принял участие также институт VLB (Берлин), чтобы довести до конца исследовательскую работу по идентификации факторов, индуцирующих гашинг.
9 февраля 2015 г. в Брюсселе на совместном заседании Euromalt и EBC огласили результаты двухлетнего проекта по гашингу [12]:
«За прошедшие годы был сделан важный прорыв в исследовании га-шинга: был найден потенциальный метод предсказания склонности к гашингу в образцах солода и пива. Для оценки уровня зараженности образцов солода грибами был разработан количественный метод PCR в реальном времени, с использованием пар видоспецифичных праймеров для соответствующих видов фузариума. В среднем, группа гашинг-позитивных образцов солода имела значительно более высокий уровень грибной инфекции, чем гашинг-негативные образцы. Тем не менее, не удалось установить надежную модель регрессии для предсказания гашинг-потенциала на основе уровня грибной инфекции.
Концентрацию гидрофобинов в гашинг-позитивных и гашинг-нега-тивных образцах солода и пива анализировали иммуноферментным методом. Количество гидрофобинов в солоде и в пиве хорошо согласовывалось с общим уровнем инфицирования фузариумом. Так как гашинг-позитивные образцы в целом содержали более высокие концентрации гидрофобинов по сравнению с гашинг-негативными образцами, предполагали, что можно будет установить порог для появления риска гашинга. Однако, не удалось предложить надежную модель для предсказания гашинга на основе концентрации гидрофобинов. Точные причины, вызывающие гашинг пива, остаются в значительной степени случайными для каждого конкретного случая.
Образцы солодового экстракта и пива подвергали анализу методом времяпролетной масс-спектро-метрии с матрично ассоциированной лазерной десорбцией/ионизацией (MALDI-TOF MS). Анали-
зировали гашинг-позитивные и гашинг-негативные образцы. Полученные масс-спектры оценивали с помощью мультивариантного анализа данных. Примененные методы должны привести к созданию модели надежного прогнозирования гашинг-потенциала. Перспективные результаты использования для этих целей анализов MALDI-TOF масс-спектрометрии создают стимул для дальнейшей работы в этой области».
Президент ЕВС д-р Stefan Lustig: «Наше понимание оценки потенциального риска в образцах солода, склонного к гашингу, значительно продвинулось».
Президент Euromalt Nicholas King: «Это весьма перспективный результат для солодовенной промышленности. Однако, еще предстоит дальнейшая работа. В конце концов, нам бы хотелось получить простой тест, который могли бы использовать солодовщики в своей повседневной работе».
Этот текст пресс-релиза, выпущенного совместно Euromalt и ЕВС, и особенно заключительные реплики президентов этих организаций красноречиво говорят о современном состоянии проблемы гашинга пива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Sarlin, T. Detection and characterisation of Fusarium hydrophobins inducing gushing in beer. Doct. Diss. [Electronic resource] / T. Sarlin; Aalto University School of Chemical Technology. — Espoo, Finland, 2012. — 82 p. — URL: http://www.vtt.fi/pubHcations/ index.jsp (дата обращения: 20.03.19.)
2. Specker, C. Analysis of the interaction of gushing inducing hydrophobins with beer foam proteins. Dokt. Diss. [Electronic resource] / C. Specker; Technischen Universi-tat Munchen, 2014. — 174 p. — URL: https:// mediatum.ub.tum.de/doc/1227262/1227262. pdf (дата обращения: 20.03.19.)
3. Mastanjevic, K. The Gushing Experience — A Quick Overview. [Electronic resource] / K. Mastanjevic [et al.] // Beverages. — 2017. — Vol. 3 (2). — P. 25-35. — URL: https://www.mdpi.com/2306-5710/3/2/25 (дата обращения: 20.03.19.)
4. Gjersten, P. Weather-microflora of possible importance to malting and stored barley as a contributory of gushing in beer. / P. Gjersten [et al.] // Proc. Europ. Brew. Conv., 9th Congr., Brussels, 1963. Elsevier, Amsterdam, 1964. — P. 320-341.
5. Gjersten, P. Studies of gushing II. Gushing caused by microorganisms, specially Fusarium species. / P. Gjersten [et al.] //
КОЫТ.ВОДЬ.К.АЧЕСТ.ВА.
Proceedings of the European Brewery Convention. - 1965. - Vol. 10. - P. 428-438.
6. Волкова, Т.Н. Явление гашинга в пивоварении. / Т. Н. Волкова // Пиво и напитки. - 2007. - № 3. - С. 18-21.
7. Волкова, Т. Н. Причины гашинга пива и меры его предотвращения. Обзор. / Т. Н. Волкова // Индустрия напитков. -2007. - № 3. - С. 10-18.
8. Wösten, H.A. Hydrophobins, the fungal coat unraveled. [Electronic resource] / H. A. Wösten, M.L. Vocht // Biochim. Biopys. Acta. - 2000. -Vol. 1469 (2). - P. 79-86. - URL: https:// www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10998570 (дата обращения: 20.03.19.)
9. Sarlin, T. Fungal hydrophobins as predictors of the gushing activity of malt. [Electronic resource] / T. Sarlin [et al.] // J. Inst. Brew. -2005. - Vol. 111 (2). - P. 105-111. - URL: https://www.researchgate.net/publication/ 228629877 (дата обращения: 20.03.19.)
10. Virkajärvi, V. Fungal profiling and gushing potential. [Electronic resource] / V. Virkajärvi [et al.] // EBC Brewing Science Group 10th Technical Meeting, 9-11.09.2014. Vienna, Austria. - URL: https://healthdocbox.com/ Womens_Health/65528325-Fungal-pro-filing-and-gushing-potential.html (дата обращения: 20.03.19.)
11. Virkajarvi, V. Fusarium profiling and Barley Malt Gushing Propensity. / V. Virkajarvi [et al.] // J. Am. Brew. Chem. — 2017. — Vol. 75 (3). — P. 181-192. — URL: https://Www.researchgate.net/publication/ 318943479_ Fusarium_Profiling_and_Barley_ Malt_Gushing_Propensity (дата обращения: 20.03.19.)
12. Press Release. Joint gushing project of European maltster and brewers' associations. Euromalt and EBC announce outcome of 2-year-project on gushing. Brussels, 9 February 2015. — URL: https://brewersofeurope.org/ site/media-centre/post.php?doc_id=894 (дата обращения: 20.03.19.)
REFERENCES
1. Sarlin T. Detection and characterisation of Fusarium hydrophobins inducing gushing in beer. Doct. Diss. Aalto University School of Chemical Technology. Espoo, Finland, 2012. 82 p.. Available at: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp (accessed 20.03.19.)
2. Specker C. Analysis of the interaction of gushing inducing hydrophobins with beer foam proteins. Dokt. Diss. Technischen Universitat Munchen, 2014. 174 p. Available at: https://mediatum.
ub.tum.de/doc/1227262/1227262.pdf (accessed 20.03.19.)
3. Mastanjevic K., Mastanjevic K., Krsta-novic V. The Gushing Experience — A Quick Overview. Beverages, 2017;3 (2):25-35. Available at: https://www.mdpi.com/ 2306-5710/3/2/25 (accessed 20.03.19.)
4. Gjersten P., Trolle B., Anderson K. Weather-microflora of possible importance to malting and stored barley as a contributory of gushing in beer. Proc. Europ. Brew. Conv., 9th Congr., Brussels, 1963. Elsevier, Amsterdam, 1964, pp. 320-341.
5. Gjersten P, Trolle B, Anderson K. Studies of gushing II. Gushing caused by microorganisms, specially Fusarium species. Proceedings of the European Brewery Convention. 1965;10:428-438.
Volkova TN. Javlenije gashinga v pivovarenii. [Phenomenon of gushing in beer]. Pivo i napitki [Beer and Beveriges]. 2007; (3): 18-21. Volkova TN. Prichiny gashinga piva i mery ego predotvrashchenija. Obzor. [Cause of beer gushing and measures to prevent it]. Industrija napitkov [Beverages Industry]. 2007; (3):10-18.
Wösten H.A., Vocht M. L. Hydrophobins, the fungal coat unraveled. Biochim. Biopys. Acta. 2000;1469 (2):79-86. Avail-
6.
7.
3ETTIN(iB
lllEfRE. TOGETHER.
ТЕХНОЛОГИИ FLOTTWEG В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИВА
ВСЕГДА ПО РАЗМЕРУ
• Автоматический режим работы
• Гигиенический дизайн
• Производительность от 15 до 600 гл/ч
• Отсутствуют потери СОг
• Размещение на платформе
• Made Тп Germany
ООО «Флсптвег Москэу» 141402 • г Хички, Вэшутинекое шоссе, 17 +■7 (495) 574 34 34*mo5cow@ftottweg.coiri •www.flottweg.com/ru gjj
^Flottweg
Engineered ForYour Success
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА"
able at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/10998570 (accessed: 20.03.19.)
9. Sarlin T, Nakari-Setala T, Linder M, [et al.]. Fungal hydrophobins as predictors of the gushing activity of malt. J. Inst. Brew. 2005;111 (2):105-111. Available at: https://www.researchgate.net/publication/ 228629877 (accessed 20.03.19.)
10. Virkajärvi V, Sarlin T, Laitila A. Fungal profiling and gushing potential. EBC Brewing
Science Group 10th Technical Meeting, 9-11.09.2014. Vienna, Austria.: Available at: https://healthdocbox.com/Womens_ Health/65528325-Fungal-profiling-and-gushing-potential. html (accessed: 20.03.19.)
11. Virkajarvi V, Sarlin T, Laitila A. Fusarium profiling and Barley Malt Gushing Propensity. J. Am. Brew. Chem. 2017;75 (3):181-192. Available at: https://www.researchgate.net/ publication/318943479_Fusarium_Profil-
ing_and_Barley_Malt_Gushing_Propensity (accessed: 20.03.19.)
12. Press Release. Joint gushing project of European maltster and brewers' associations: Euromalt and EBC announce outcome of 2-year-project on gushing. Brussels, 9 February 2015. Available at: https://brewersofeurope.org/site/media-centre/post.php?doc_id=894 (accessed: 20.03.19.) <S
Гашинг пива: современное состояние проблемы
Ключевые слова
гидрофобины; методы определения склонности к гашингу в зерновом сырье; нанопузырьки СО2; пена; первичный гашинг; поверхностно-активные вещества; протеины пивной пены; фузариум.
Реферат
Гашинг - явление избыточного пенообразования с выбросом напитка из бутылки при ее откупоривании. Гашинг наблюдается в широком спектре карбонизированных напитков: соках, вине, пиве, но наиболее известен в пивоваренной индустрии, где приносит большие материальные убытки и приводит к падению имиджа марок пива. Пивовары в течение многих лет пытаются понять природу и причины гашинга, разрабатывают методы оценки склонности к гашингу в ячмене, пшенице и солоде. Было установлено, что причины первичного гашинга связаны с повреждением зерна мицелиальными микроскопическими грибами, главным образом, видами фузариума (Fusarium spp.), что случается в годы с дождливым вегетационным периодом. Вторичный гашинг - это следствие нарушений в технологии производства пива. Настоящий обзор посвящен проблемам первичного гашинга. Изучали процесс образования пены в пиве и роль в нем поверхностно-активных веществ. Именно ПАВ обеспечивают стойкость пены. Обнаружили, что мицелиальные грибы, развивающиеся на зерне, синтезируют и выделяют в окружающую среду поверхностно-активные вещества гидрофобины, которые в процессе пивоварения попадают в сусло и пиво. Доказали, что гидрофобины видов фузариума F.graminearum, F. culmorum, F. poae, соответственно GzHYD5, FcHYD5 и FpHYD5, способны вызывать сильный гашинг при внесении в пиво даже в очень малых концентрациях, измеряемых в ppb, то есть они служат гашинг-факторами. Установили, что в процессе самосборки протеиновых слоев на поверхностях нанопузырьков пены происходит взаимодействие поверхностно-активных гидрофобинов грибов и поверхностно-активных протеинов nsLtpl из зерна. В опытах размеры гашинга зависели от количественного соотношения этих протеинов, FcHYD5 : nsLtpl, и от степени их гликирова-ния. Было установлено, что гашинг - мультифакторный феномен, и пока никакого ясного механизма этого явления предложено не было. В работах последних лет использовали самые современные молекулярно-генетические, масс-спектрометрические, иммуноферментные, статистические и другие методы. Они позволили продвинуться в понимании природы гашинга, однако не дали в руки практиков-солодовщиков простого и быстрого метода скрининга зернового сырья на предрасположенность к гашингу.
Авторы
Волкова Татьяна Николаевна, канд. биол. наук; Селина Ирина Васильевна; Созинова Марина Сергеевна
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой
промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем
им. В. М. Горбатова РАН,
119021, Россия, Москва, ул. Россолимо, д. 7,
tatyana.voLkova41@gmaiL.com, iriseLina@yandex.ru,
mssozinova@gmaiL.com
Gushing in Beer: Current State of the Problem
Key words
hydrophobins; gushing prediction methods in grain raw materials; nano bubbles of CO2; foam; primary gushing; surface active substances; beer foam proteins; Fusarium spp.
Abstract
Gushing is the vigorous overfoaming of carbonated beverages when the bottle is opened. Gashing observed in a wide range of carbonated drinks: juices, wine, beer, but most famous and important in brewery. Gushing affects the image of beer negatively. The loss of a beer brand's image in cases of gushing may have significant economic impacts. For years, brewers have been trying to understand the nature and causes of gushing. Many different procedures have been developed for determining the gushing propensity of barley, wheat and malt. Numerous factors causing and contributing to gushing have been reported. Primary gushing is induced by fungal metabolites, so-called gushing factors, which are present in cereal raw materials of beer. Particularly species of the genus Fusarium have been linked to primary gushing, especially in years with high humidity and rainfall during vegetation periods. Non-malt related gushing, i. e. secondary gushing, is due to faults in the beer production process. This review deals with problems of primary gashing. The formation of foam in beer and role of surface active substances in this process were studied. It is surfactants that provide foam stability. It was found that filamentous fungi that exist on the grain produce and excrete surface active proteins hydrophobins. During brewing, hydrophobins are transferred into the wort and finished beer where they can promote gushing. It has been demonstrated that hydrophobins isolated from strains of the genera Fusarium (F. graminearum, F. culmorum, F. poae), GzHYD5, FcHYD5 and FpHYD5, respectively, induced beer gushing when added to bottled beer. Hydrophobin concentrations at the ppb levels were sufficient for gushing induction. It was demonstrated that hydrophobins act as one of the gushing factors. It was found that in the process of self-assembly of protein layers on the surface of foam nano bubbles the interaction occurs of fungi surface active hydrophobins and surface active proteins from grain, nsLtpl. In experiments the levels of gushing were depended on the quantitative ratio of these proteins, FcHYD5 : nsLtpl, and on the degree of their glycation. Gushing proved to be a multicausal phenomenon, and no clear mechanism has been devised by research to date. In recent studies, the most advanced methods were used: molecular genetics, PCR, MALDI TOF mass spectrometry, ELISA, statistic and other. This allowed to advance in the understanding of gushing nature but did not provide a simple and fast test for screening grain raw materials on gushing prediction that can be used by maltsters in their everyday business.
Authors
Volkova Tatyana Nikolaevna. Candidate of Technical Science; Selina Irina Vasilevna; Sozinova Marina Sergeevna
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems of RAS, 7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia, tatyana.volkova41@gmail.com, iriselina@yandex.ru, mssozinova@gmail.com
46 ПИВО и НАПИТКИ 2•2019
