CC BY
83
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАПИТКИ для ОПТИМАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
ТЕМА НОМЕРА
УдК 663.45; 663.953
Влияние температуры,
рн и кислорода на образование
вторичных продуктов брожения
при получении напитков на основе чая
М. В. Гернет,
д-р техн. наук, профессор; Б. Р. Хашукаева; И. Н. Грибкова, канд. техн. наук; К. В. Кобелев, канд. техн. наук
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности
В связи с ухудшением экологической ситуации, на первый план выходит проблема поддержания здоровья человека при помощи продуктов функционального назначения. Именно в них содержится необходимая потребляемая и усваиваемая организмом суточная доза антиокси-дантов, радиопротекторов и других соединений [1]. В наибольшем количестве в легкоусвояемой форме эти соединения представлены в напитках брожения, поскольку они содержат в своем составе метаболиты жизнедеятельности дрожжей и других микроорганизмов.
В процессе брожения, в зависимости от различных факторов, таких как температура, кислотность, количество растворенного кислорода и т. д., накапливаются вторичные продукты брожения, которые в избыточных концентрациях могут привести к не-
гативному изменению вкуса готового напитка. Количество образующихся индивидуальных веществ зависит от наличия в продуктах брожения углеводов, аминокислот, интенсивности аэрации, длительности и температуры ферментации, величины рН и др.
Несмотря на исследования, связанные с выяснением причин возникающих биохимических и физико-химических процессов, ведущих к формированию органолептических профилей напитков, полностью связь между отдельными соединениями, входящими в комплекс летучих соединений и разнообразными вкусовыми нюансами, не выяснена до сих пор. Поэтому содержание летучих компонентов, эфиров, карбонильных соединений (в основном ацетальде-гида) необходимо контролировать в технологии, поскольку их избыточное количество выше пороговых значений может привести к возникновению недопустимых пороков вкуса напитка, препятствующих гармоничному восприятию продукта.
Ранее нами были проведены исследования по подбору питательной среды для культивирования микроорганизмов [2], а также исследовано применение подкормок для дрожжей и их влияние на накопление побочных продуктов брожения [3].
В этой статье публикуются данные, полученные на этапе исследования влияния нескольких факторов — температуры брожения, содержания кислорода и величины рН
Таблица 1
Показатели сброженных основ в зависимости от длительности, ч, и температуры брожения, °С
Показатели 0 68 92 116 (сброженная основа)
18 30 18 30 18 30 18 30
Раса пивоваренных дрожжей низового брожения
Содержание СВ, % 5,6 5,6 Не определялось 4,71 2,53
Кислотность, к. ед. 1,1 1,1 5,0 | 8,5 | 5,5 | 9,5 6,5 11,4
Содержание спирта, о! 5. % Не определялось 0,95 2,18
Раса пивоваренных дрожжей верхового брожения
Содержание СВ, % 5,6 5,6 Не определялось 5,12 3,0
Кислотность, к. ед. 1,1 1,1 4,6 | 8,0 | 5,6 | 9,6 6,7 10,1
Содержание спирта, о! 5. % Не определялось 0,81 2,11
10 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2017
сбраживаемого сусла на накопление вторичных продуктов брожения. Для приготовления сусла использовали настой чая и солодовое ячменное сусло в соотношении 3:1, а в качестве микроорганизмов применяли пивоваренные дрожжи низового и верхового брожения в симбиозе с молочнокислыми бактериями [2].
Влияние температуры. Эксперимент проводили при двух температурах: 18 °С и 30 °С, данные представлены в табл. 1.
Исходя из данных табл. 1, можно сделать вывод, что дрожжи низового брожения достаточно активно сбраживают углеводы при обеих температурах. Однако, при температуре брожения 30 °С низовые дрожжи больше накапливают кислотность по сравнению с верховыми дрожжами (11,4 и 10,1 к. ед. против 6,5 и 6,7 к. ед. соответственно).
Была проведена органолептиче-ская оценка полученных сброженных основ, которая показала, что при температуре брожения 30 °С с верховыми дрожжами получается напиток наиболее гармоничным по вкусу и аромату. Полученные сброженные основы анализировали на летучие компоненты. Данные представлены в табл. 2.
Следует отметить, по данным табл. 2, что содержание таких высших спиртов, как 1-пропанол не зависит от температуры, а только от типа дрожжей. Так, при использовании низовых дрожжей его количество в сброженной основе в 2 раза выше, по сравнению с верховыми дрожжами. Влияние температуры не столь существенно сказывается на процессе образования 1-пропанола. Количество изобутанола и изоамилола, наоборот, зависело от температуры брожения — так при 18 °С уровень изобутанола и
Таблица 2
Компонент напитка Содержание летучих компонентов, мг/дм3, в основах, полученных при различных температурах,°С, с применением дрожжей низовых верховых 18 30 18 30
Высшие спирты 1
Изобутанол 7,9 15,6 8,0 17,3
1-пропанол 2,8 2,7 1,4 1,9
изоамилол 14,6 40,9 13,2 39,1
Итого: 25,3 59,2 22,6 58,3
Эфиры
Этилацетат Следы 2,2 Следы 1,4
Этиллактат 3,3 15,1 3,7 12,5
Карбонильные соединения
Ацетальдегид 13,2 27,1 7,2 14,5
Фенилэтиловый спирт 8,9 13,8 7,2 14,6
у низовых и у верховых дрожжей находился в пределах 7,9-8,0 мг/дм3, а при 30 °С — 15,6-17,3 мг/дм3.
Содержание изоамилола при культивировании низовых и верховых дрожжей при температуре 18 °С составляло 14,6-13,2 мг/дм3, а повышение температуры до 30 °С приводило к возрастанию изоамилола в 2,8-3 раза.
Содержание этиллактата при 30 °С было выше в 4-5 раз, чем при 18 °С при использовании обоих видов дрожжей.
Содержание карбонильных соединений в сброженной основе различается у низовых и верховых дрожжей: низовые дрожжи вырабатывают его больше в 2 раза верховых, и в зависимости от температуры также есть корреляция — при 30 °С ацетальдегида накапливается больше, чем при 18 °С.
Важнейшим альдегидом, образующимся при брожении, является ацетальдегид, который возникает как промежуточный продукт. Ацетальде-гид выделяется дрожжами и придает разные вкусовые оттенки. Так, например, в пиве возникает привкус «под-
20 -
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Соотношение объемов реактора и бродящего сусла — Ацетальдегид — Высших спирты
Рис. 1. Зависимость накопления ацетальдегида и высших спиртов от соотношения объема реактора к объему бродящего сусла
вала» или подземелья. Концентрация ацетальдегида возрастает при интенсивном брожении, при повышенных температурах и достаточном количестве внесенных дрожжей, при слишком низкой аэрации сусла или его инфицировании [4]. Из-за большого количества ацетальдегида (более 3050 мг/дм3) в белых столовых винах может появляться тон окисленности. Окисление этанола и других высших спиртов происходит одновременно с окислением полифенольных соединений, что может привести к покоричне-вению белых столовых вин [5].
Вторичные и побочные продукты существенно меняют вкус и аромат готового продукта. При этом отмечается, что накопление их не коррелирует с образованием этанола [6]. Наряду с ароматическими и вкусовыми свойствами высшие спирты, особенно в сочетании друг с другом, оказывают и фармакологическое воздействие на живой организм [7].
При получении сброженных основ в наших экспериментах при увеличении температуры с 18 до 30 °С происходит более интенсивное накопление ацетальдегида. Его содержание увеличивается в 2 раза при использовании как низовых, так и верховых дрожжей (табл. 2).
Влияние кислорода на накопление вторичных продуктов брожения. При исследовании влияния кислорода воздуха на образование вторичных продуктов брожения использовали один и тот же объем реактора, но различный сбраживаемый объем сусла. Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла составляло от 1,1 до 4,3. Данные представлены на рис. 1, 2.
На рис. 1 показана зависимость накопления ацетальдегида и высших
100 -л
80 -
60 -
40 -
4
2 • 2017
ПИВО и НАПИТКИ 11
1,1 2,1 4,3
Соотношение объемов реактора и питательной среды
Рис. 2. Накопление спирта
в зависимости от соотношений объемов реактора и бродящего сусла
Таблица 3
Показатели Содержание летучих соединений в сброженных основах, мг/дм3, при соотношении объемов реактора и бродящего сусла 4,3 2,1 1,1 рН 5,2
Высшие спирты:
1-пропанол 1,7 2,3 3,3
изобутанол 6,1 8,5 9,0
изоамилол 11,8 16,8 33,5
Итого 19,6 27,6 45,8
Прочие летучие компоненты:
ацетальдегид 6,1 8,8 27,2
этилацетат 39,1 61,1 148,7
этиллактат 1,8 1,5 5,4
фенилэтиловый спирт 3,7 9,9 16,6
спиртов от соотношения объемов реактора и бродящего сусла.
Как следует из рис. 1, минимальное количество высших спиртов образуется при соотношении объемов реактора и сбраживаемого сусла 4,3, а ацетальдегида — в интервале от 2,1 до 4,3.
Следует отметить отсутствие корреляции между накоплением ацетальде-гида и этилового спирта при увеличении количества сбраживаемой среды в реакторе (рис. 2).
Активная кислотность среды (рН). В исследовании были проанализированы несколько значений рН
рН исходного сусла
— Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла 1,1
— Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла 2,1
— Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла 4,3
Рис. 3. Изменение содержания высших спиртов от величины рН начального сусла
рН исходного сусла
— Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла 1,1
— Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла 2,1
— Соотношение объемов реактора и сбраживаемого сусла 4,3
Рис. 4. Изменение содержания ацетальдегида от величины рН начального сусла
среды, получаемые путем добавления различных объемов 2% раствора лимонной кислоты в начальное сусло.
Сброженные образцы исследовали на содержание летучих компонентов. Лучшие данные представлены в табл. 3 и на рис. 3 и 4.
Как следует из рис. 3 и 4, наименьшее количество высших спиртов и аце-тальдегида образуется при рН начального сусла 4,8-5,2. Это противоречит данными авторов работы, в которой описывается тот факт, что при рН 2,6 образуется минимальное количество высших спиртов, при рН 3-5 их количество возрастает и вновь уменьшается при рН > 5. Необходимо отметить, что авторы проводили работу на основе сведений об образовании высших спиртов в вине. Вероятнее всего, это связано с другими, отличными от наших, условиями брожения [6, 8].
Таким образом, в статье изложены оптимальные данные, позволяющие контролировать накопление высших спиртов и ацетальдегида при брожении сусла на основе чайного сырья при использовании пивоваренных дрожжей и молочнокислых бактерий.
Работа по созданию технологии функциональных напитков брожения на основе чайного листа в лаборатории ФГБНУ ВНИИПБиВП продолжается.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудряшова, А. А. Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества/А. А. Кудряшова — М.: Пище-промиздат, 2009. — 472 с.
2. Гернет, М. В. Разработка технологии функциональных напитков брожения с использованием чая. Часть I. Подбор питательной
12 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2017
среды для культивирования микроорганиз-мов/М. В. Гернет, И. Н. Грибкова, К. В. Кобе-лев, И. В. Лазарева, Б. Р. Хашукаева // Пиво и напитки. — 2016. — № 1. — С. 30-34.
3. Гернет, М. В. Разработка технологии функциональных напитков брожения с использованием чая. Часть II. Образование основных и побочных продуктов брожения при культивировании микроорганизмов/М. В. Гернет, К. В. Кобелев, И. Н. Грибкова, Б. Р. Хашу-
каева // Пиво и напитки. — 2016. — № 2. — С. 12-16.
4. Кунце, В. Технология солода и пива/В. Кун-це. — СПб.: Профессия, 2001. — 912 с.
5. Фролов-Багреев, А. М. Химия вина/ А. М. Фролов-Багреев, Г. Г Агабальянц — М.: Пищепромиздат, 1951. — 392 с.
6. Родопуло, А. К. Исследование накопления вторичных продуктов алкогольного брожения/А. К. Родопуло, Н. Д. Чичашвили,
А. В. Кавадзе // Прикладная биохимия и микробиология, 1978 — Т. 14. — №1. — С. 75-96.
7. Римарева, Л. В. Теоретические и практические основы биотехнологии дрожжей/ Л. В. Римарева — М.: ДеЛи принт, 2010. — 252 с.
8. Родопуло, А К. Биосинтез и метаболизм аце-тоина и диацетила/А. К. Родопуло, А. В. Ка-вадзе, А. Ф. Писарницкий // Прикладная биохимия и микробиология, 1976. — Т. 3. — № 2. — С. 309-316. &
Влияние температуры, рН и кислорода на образование вторичных продуктов брожения при получении напитков на основе чая
Ключевые слова
вторичные продукты брожения; дрожжи; молочнокислые бактерии; солодовое сусло; факторы брожения; функциональные напитки; чай.
Реферат
Рассмотрено влияние избыточного образования вторичных продуктов брожения при ферментации на негативное изменение вкуса готового чайного напитка и факторы, влияющие на концентрацию этих веществ: температура, кислотность, количество растворенного кислорода и т. д. Оценена важность контроля содержания летучих компонентов в напитках брожения. Приводятся данные о влиянии нескольких факторов — температуры брожения, содержания кислорода и величины рН сбраживаемого сусла на накопление вторичных продуктов брожения. При исследовании влияния температуры на накопление кислотности в сбраживаемой среде было показано, что при температуре брожения 30 °С низовые дрожжи больше накапливают кислотность по сравнению с верховыми дрожжами (11,4 и 10,1 к. ед. против 6,5 и 6,7 к. ед. соответственно), а проведенная органолептическая оценка полученных сброженных основ выявила наиболее сбалансированный по вкусу и аромату напиток, полученный при температуре брожения 30 °С верховыми дрожжами. Исследование содержания летучих компонентов показано, что содержание таких высших спиртов, как 1-пропанол не зависит от температуры, а только от типа дрожжей, а количество изобутанола и изоамилола зависело от температуры брожения. Исследование содержания карбонильных соединений, в частности ацетальдегида, показало, что при увеличении температуры с 18 до 30 °С содержание ацетальдегида увеличивается в 2 раза при использовании как низовых, так и верховых дрожжей. При исследовании влияния кислорода воздуха на образование вторичных продуктов брожения использовали один и тот же объем реактора, но различный сбраживаемый объем сусла. Показано, что минимальное количество высших спиртов образуется при соотношении объемов реактора и сбраживаемого сусла 4,3, а ацетальдегида — в интервале от 2,1 до 4,3, причем корреляции между накоплением ацетальдегида и этилового спирта при увеличении количества сбраживаемой среды в реакторе нет. Наименьшее количество высших спиртов и ацетальдегида образуется при рН начального сусла 4,8-5,2. Работа по созданию технологии функциональных напитков брожения на основе чайного листа продолжается.
Авторы
Гернет Марина Васильевна, д-р техн. наук, профессор; Хашукаева Бэла Руслановна, аспирант; Грибкова Ирина Николаевна, канд. техн. наук; Кобелев Константин Викторович, канд. техн. наук ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, kobelev@vniinapitkov.ru, institut-beer@mail.ru
Effect of Temperature, pH and Oxygen
on the Formation of Secondary Fermentation Products
in the Production of Tea-based Beverages
Key words
secondary fermentation products; yeasts; Lactobacillus bacteria; malt wort; fermentation factors; functional beverages; tea.
Abstract
The influence of excessive formation of secondary fermentation products during fermentation on the negative change in taste of the finished tea beverage and the factors affecting the concentration of these substances are considered: temperature, acidity, dissolved oxygen, etc. The importance of controlling the content of volatile components in fermentation beverages is considered. The data obtained at the stage of the study are the influence of several factors — the fermentation temperature, the oxygen content and the pH of the fermentable wort on the accumulation of secondary fermentation products. When studying the effect of temperature on the accumulation of acidity in the fermentation medium, it was shown that, at a fermentation temperature of 30 °C, the lower yeast is more acidic than the top yeast (11.4 and 10.1 units versus 6.5 and 6.7, respectively). Organoleptic evaluation of the fermented bases obtained revealed the most balanced by taste and aroma drink obtained at a temperature of fermentation of 30 °C by top yeast. A study of the content of volatile components showed that the content of higher alcohols such as 1-propanol does not depend on temperature, but only on the type of yeast, and the amount of isobutanol and isoamylol depended on the temperature of fermentation. A study of the content of carbonyl compounds, in particular acetaldehyde, showed that as the temperature is raised from 18 to 30 °C, the acetaldehyde content increases by a factor of 2 with both low and high yeast. When studying the effect of atmospheric oxygen on the formation of secondary fermentation products, the same reactor volume was used, but different fermented wort volume. It is shown that the minimum amount of higher alcohols is formed at a ratio of the volume of the reactor and the fermentable wort 4.3, and acetaldehyde in the range of 2.1 to 4.3, with no correlation between the accumulation of acetaldehyde and ethyl alcohol with an increase in the fermentation medium. The least amount of higher alcohols and acetaldehyde is formed at the pH of the initial wort 4.85.2. The work on creating technology of functional fermentation-based fermentation drinks continues.
Authors
Gernet Marina Vasilyevna, Doctor of Technical Science, Professor; Hashukaeva Bela Ruslanovna, Post-graduate Student; Gribkova Irina Nikolaevna, Candidate of Technical Science; KobelevKonstantin Victorovich, Candidate of Technical Science All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries, 7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, kobelev@vniinapitkov.ru, institut-beer@mail.ru
2 • 2017 ПИВО и НАПИТКИ 13
