Миграция химических элементов в технологическом процессе производства пива Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

663.42 (045)

МИГРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА

Л.Н. ТРЕТЬЯК 1, А.В. СКАЛЬНЫЙ 2, Е.М. ГЕРАСИМОВ 1

1 Оренбургский государственный университет,

460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13; тел.: (3532) 20-26-14, электронная почта: tretvak@house.osu.ш

2АНО «Центр биотической медицины»,

125047, г. Москва, ул. Земляной Вал, 46, а/я 56; тел./факс: (495) 917-7121, электронная почта: skalny3@microelements.ru

В ходе технологического процесса пивоварения от сырья до готового пива изучено изменение содержания 25 химиче -ских элементов, составляющих ежесуточную биологическую потребность организма человека. Использованы методы масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

Ключевые слова: пиво, пивоваренное сырье, макроэлементы, микроэлементы, тяжелые металлы, динамика изменения концентраций химических элементов, технологии пивоварения.

Результаты анализов показали, что несмотря на существенное расхождение концентраций макроэлементов в различных партиях исходного пивоваренного ячменя особенно значительны потери в солоде элементов лития, алюминия, никеля и свинца. Меньше снизились концентрации кальция, магния и кремния. Логично предположить, что кальций, магний и кремний наиболее сохранились как часть эндосперма зерна, тогда как большие потери других элементов можно объяснить их преимущественным содержанием в плодовой оболочке зерна, удаляемой при его полировке (табл. 1). Наибольшие потери на технологическом этапе зерно-солод отмечены для потенциальных токсикантов (табл. 1), которые являются санитарно-токсикологическими показателями внешнего загрязнения зерна продуктами загрязнения окружающей среды района произрастания.

Таблица 1

Макроэлементы Микроэлементы Потенциальные токсиканты

Элемент Потери, % Элемент Потери, % Элемент Потери, %

Са 14 Бе 32 Дб 52

Mg 39,4 I 23 в 49,5

Р 47,4 2п 39 еа 66

ЄІ 29,3 Єе 72,5 Со 64

№ 32 Си 21 20

К 46 Сг 59 N1 98

ЬІ 86 Мп 55,6 РЬ 91

Д1 72 Єп 45

Єг 49

V 80

Из данных табл. 1 также следует; что при проращивании ячменя потери особенно полезных для организма микроэлементов приближаются к 30%. Эти потери, на наш взгляд, неоправданно высоки. Если в пивоварении не используются ростки ячменя, то целесообразно остановить солодоращение на стадии проклюнувшегося зерна. Это сохранит «разбуженные» ферменты зародышей и большую часть микро- и макроэлементов.

При изучении баланса химических элементов и динамики их перехода из сырья в готовое пиво выявлено,

что солод (табл. 2).

не всегда играет определяющую роль

Таблица 2

Пивоваренное

сырье

Распределение потенциально токсичных элементов в сырье, %

Дб

еа

Со

N1

РЬ

Єп

Єг

Вода 18 47 2 7 0 41 51 1 43 41

Хмель 0 1 1 0 0 2 0 0 0 0

Дрожжи 4 1 22 26 0 53 2 4 2 1

Солод 78 51 75 67 100 4 47 95 55 58

В баланс селена, лития, свинца, стронция, бора и ванадия существенный вклад вносит вода, причем эти показатели не изменяются при принятой технологии водоподготовки. Необходимо отметить существенный вклад дрожжей (раса 34) в балансе никеля, кадмия и кобальта. При этом преобладающее количество токсикантов, таких как мышьяк и ртуть, а также олова и ванадия, поступает в пиво из солода. Несомненно, это связано с технологией хранения зерна, которая включает мероприятия по обработке зерна или дератизацию складов с применением указанных токсичных элементов. Это подтверждает необходимость организации отдельных хранилищ для пивоваренного зернового сырья с особыми режимами хранения, а также необходимость разработки специализированных нормативов на производство и поставку зернового сырья и солода от производителей к пивоварам, как это сделано в большинстве передовых пивопроизводящих стран на основе так называемых согласованных предельно допустимых уровнях содержания (ПДУ по согласованию, мг/кг) [1]. При этом в перечень нормируемых веществ необходимо включить не только токсичные нитрозами-ны и микотоксины, но и другие вещества, способные испортить вкус пива и возникающие в зерновом сырье из-за нарушений режимов хранения. Исследования показали (табл. 2), что ответственность за суммарные высокие концентрации никеля в сусле лежит на воде и дрожжах, что связано с технологией хранения семенных дрожжей, требующей технологической коррекции.

При поэтапном изучении динамики минеральных элементов по ходу технологического процесса относи-

в

V

100

^ 80 О4

^ 60

& 40

О 20

5 2 1

,2 1

2018

п.

3 2

■ Т

1,4-

1,2--

5 Я 1 --

СГ 0,8--

0,6--

0,4-

0,2-

п

1

Ре

I

Сг

Мп

Тп Эе Си Микролементы

□ Сырье □ Суспо/сырье □ Молодое пиво/сырье □ Готовое пиво/сырье

1

0,8 0,6 + 0,4-|-0,2 0

I

Сс1 Си РЬ

Тяжелые металлы I Сусло □ Молодое пиво □ Пиво

Рис. 1

тельно их концентраций в солоде (технологическая цепочка: солод ® сусло ® молодое пиво ® готовое пиво) установлено, что их наибольшие потери происходят на этапе перехода из солода в сусло. Так, удельные потери практически всех трех групп химических элементов (соотношение концентраций в сусле и солоде) составляют 90-95%. Это обусловливает необходимость изменения технологии переработки солода: большинство рассматриваемых элементов являются необходимыми для роста и размножения дрожжей и полезными компонентами состава пива как пищевого продукта.

Чешские пивовары [2], установившие факт существенных потерь цинка, свинца, кадмия и меди в сусле относительно сырья, считают это «процессом самоочищения пива от солей тяжелых металлов» и не считают убытками 90%-е потери этих элементов с дробиной. По нашему мнению, избавляться от всех элементов сырья экономически нецелесообразно, а лишать пиво полезных биологических составляющих равносильно его компрометации как пищевого продукта. Видимо , целесообразно на этапе затирания солода проанализировать технологические возможности более полного извлечения химических элементов, возможно с применением электролитических методов.

Изменения удельных значений химических элементов состава сусла в процессе главного брожения относительно состава исходного солода менее масштабны. При переходе минеральных элементов в молодое пиво сусло существенно (на 51,3%) теряло только кремний. На этапе дображивания потери молодым пивом калия, фосфора, кальция (до 10%) можно объяснить процессами жизнедеятельности дрожжей. Труднообъяснимы потери других элементов, таких как железо (38,8%), цинк (67%) и медь (53,2%).

Са

и

А1

> Мд 81 N8 К Макроэлементы

□ Сырье ■ Сусло/сырье □ Молодое пиво/сырье □ Готовое пиво/сырье

Рис. 2

В связи с этим мы провели дополнительное изучение материального баланса химических элементов всего состава сырья с учетом технологической динамики объемов сырьевых, промежуточных и конечного продукта.

Чешские исследователи [2] установили, что из сырья в сусло переходит всего 5% цинка, 6% кадмия, 20% меди и 6% свинца. Соотношение тяжелых металлов в пивоваренном процессе приведено на рис. 1. При этом из сусла в молодое пиво переходит только 40% солей цинка, 30% солей кадмия, 90% солей меди и 50% соединений свинца. А из молодого пива в готовый продукт переходит примерно 50% указанных микроэлементов. В итоге в готовое пиво поступает всего 1% цинка и кадмия, 9% меди и 2% олова, содержащихся в сырье. О других металлах авторы не сообщают.

Полученные нами данные свидетельствуют о более сложной динамике изменения концентраций изучаемых химических элементов при переходе из состава сырья в состав готового пива.

Динамика массовых концентраций макроэлементов (рис. 2) показывает, что в сусло переходит более значительная их часть, чем это выявлено при анализе удельных величин содержания веществ относительно солода. При этом уменьшение массовых долей макроэлементов по ходу технологического процесса происходит незначительно и равномерно. Кроме того, литий, натрий и калий переходят в состав пива из сырья практически полностью, но также практически полностью теряется алюминий. Важно отметить, что кальций, магний, фосфор, а также кремний, переходя из состава сырья в пиво практически на 50%, способны удовлетворять часть биологической потребности человека в этих макроэлементах.

2 1,5

I 1

0,5 0

Аэ В С<1 Со Нд N1 РЬ Эл Эг V Токсиканты

□ Сырье□ Сусло/сырье □ Молодое пиво/сырье □ Готовое пиво/сырье

на

МЬ,

ЕЛ

Рис. 3

Рис. 4

Динамика массовых концентраций микроэлементов (рис. 3) свидетельствует, что в сусло из сырья переходят мизерные доли железа, цинка, марганца и меди. При этом обнаружено медленное прогрессивное убывание содержания микроэлементов по ходу технологического процесса. На наш взгляд, это скорее объяснимо жизнедеятельностью дрожжей, чем процессами «белкового осаждения металлов».

Результаты исследования динамики массовых концентраций потенциальных токсикантов (рис. 4) подтверждают данные чешских исследователей, что в сусло из сырья переходят мизерные доли свинца, никеля, кадмия, стронция и ртути; однако установлено, что соли бора, кобальта и олова переходят в сусло почти полностью. Особого внимания заслуживает резкое «обогащение» молодого пива токсикантами в удельных концентрациях выше, чем в сусле. Это может быть связано с особенностью биологии дрожжей.

Известно [3], что размножающиеся дрожжи способны накапливать (адсорбировать на оболочках) селен и металлы, не участвующие в их биологических циклах. Вполне возможно, что при автолизе дрожжей никель, селен, ртуть и мышьяк, накопленные биомассой дрожжей, переходят в состав молодого пива и, практически не изменяясь в процессе фильтрации, переходят в готовый продукт.

Наши расчеты показали, что относительно состава всего сырья в готовое пиво поступает 17% кадмия, 19% ртути, 52% свинца, 78% мышьяка. В светлых сортах чешского пива (относительно солода) обнаружено 31% кадмия, 5,9% ртути, по 2,5% свинца и мышьяка [4].

ВЫВОДЫ

1. При существующих технологиях пивоварения в пиво не переходит подавляющая часть полезных химических элементов состава пивоваренного сырья.

2. Наибольшие непроизводительные потери биоэлементов происходят на этапе затирания солода и фильтрации затора.

3. Преобладающее количество потенциально токсичных химических элементов, таких как мышьяк и ртуть, а также олова и ванадия, поступает в пиво из солода; это обусловливает необходимость организации отдельных хранилищ пивоваренного зернового сырья с особыми режимами его хранения, исключающими возможность образования микотоксинов.

4. Токсичность химических элементов, содержащихся в 1 л пива, приближается к нулю, а их концентрации значительно ниже суточной потребности человека в этих соединениях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Девис Н. Солод и соложенное сырье // Новое в пивоваре -нии / Под ред. Ч.У. Бэмфорт. - СПб.: Изд-во «Профессия», 2007. -С. 83-120.

2. Пиво - напиток с самым низким содержанием тяжелых металлов / П. Досталек и др. // http: //www.p ropivo. ru/inde x.htm К дата обращения 10.05.09).

3. Червонная С.С. Технология пива светлого, обогащенного селеном: Автореф. дис. ... канд. техн наук. - Улан-Удэ, 2006. -С. 18-20.

4. Содержание веществ в пивоваренном сырье и готовом пиве / П. Чейка и др. // Пиво и жизнь. - 2005. - № 5. - С. 28-32.

Поступила 07.07.09 г.

MIGRATION OF CHEMICAL ELEMENTS FOR THE BEER PRODUCTION TECHNOLOGICAL PROCESS

L.N. TRETYAK 1, A.V. SKALNY 2, EM. GERASIMOV 1

Orenburg State University,

13, pr. Pobedy, Orenburg 460018; ph. : (3532) 20-26-14, e-mail: tretyak@house. osu JSRC «Biotic Medicine Centre»,

46, s/b 56, Zemlyanoy Wal st., Moscow, 125047; ph./fax: (495) 917-7121, e-mail: skalny3@microelements.ru

25 minerals concentration change within the technological brewage process from raw materials to finished beer have been studied. They comprise daily biological necessity for every human being. Mass-spectrometry techniques with inductive plasma and atomic emission spectral analysis with inductive plasma have been used.

Key words: beer, raw materials, macroelements, microelements, heavy metals, change concentration dynamics for chemical elements, brewage technologies.