CC BY
36
приоритеты развития фундаментальных технологий
ТЕМА НОМЕРА
УДК 663.4(045) DOI 10.24411/0235-2486-2020-10015
Выявление показателей для определения прогнозирования сроков стойкости пива верхового и низового брожения
М.В. Гернет, д-р техн. наук, профессор
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва
Московский государственный университет пищевых производств
И.Н. Грибкова*, канд. техн. наук; М.А. Захаров, канд. техн. наук
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва
Дата поступления в редакцию 20.01.2020 * institut-beer@mail.ru
Дата принятия в печать 28.02.2020 © Гернет М.В., Грибкова И.Н., Захаров М.А., 2020
Реферат
Современный развивающийся рынок напитков требует разработки методик, которые были бы направлены на возможность контроля показателей качества продукции. Поскольку ассортимент напитков расширяется, это требует решения поставленной цели - изыскания новых идентификационных критериев и новых подходов к решению проблемы ускоренной оценки определения сроков годности пива. Имеющаяся в отрасли методика показала свою непригодность, так как образующийся осадок не дает возможности адекватно определить мутность. Для решения поставленной цели были проанализированы показатели качества пивоваренной продукции в зависимости от различных температурных режимов, выявлены оптимальная температура и продолжительность выдержки нефильтрованной пивоваренной продукции: - 37 °С и 1 неделя для пива со сроком стойкости 180 суток, 2 недели для пива со сроком стойкости 365 суток. Анализ физико-химических соединений показал сходность закономерно изменяющихся показателей (1-пропанола, изобутанола и изоамилола) у образцов пива, искусственно состаренных (подвергшихся температурной обработке) и с естественно истекшим сроком хранения. Было показано, что кислотность снижается пропорционально убыли органических кислот, а повышение содержания ацетальдегида (карбонила старения) - пропорционально убыли содержания органических кислот. Полученные результаты исследований были математически проанализированы, и с помощью множественного корреляционно-регрессионного анализа было получено уравнение зависимости полноты вкуса от вторичных продуктов брожения, что подтвердило правильность проведенных изысканий.
Ключевые слова
пиво, прогнозирование сроков стойкости, ускоренное старение, идентификационные показатели, температурные режимы Для цитирования
Гернет М.В., Грибкова И.Н., Захаров М.А. (2020) Выявление показателей для определения прогнозирования сроков стойкости пива верхового и низового брожения // Пищевая промышленность. 2020. № 2. С. 16-19.
The indicator identification to determine the durability prediction of lager and ale beer
M.V. Gernet, Doctor of Technical Sciences, Professor
All-Russian Scientific-Research Institute of the Brewing, Beverage and Wine Industries - Branch of the V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems RAS, Moscow
Moscow State University of Food Production
I.N. Gribkova*, Candidate of Technical Sciences; M.A. Zakharov, Candidate of Technical Sciences
All-Russian Scientific-Research Institute of the Brewing, Beverage and Wine Industries - Branch of the V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems RAS, Moscow
Received: January 20, 2020 * institut-beer@mail.ru
Accepted: February 28, 2020 © Gernet М.V., Gribkova I.N., Zakharov М.А., 2020
Abstract
The modern developing beverage market requires the development of techniques that would be aimed at the ability to control product quality indicators. As the beverage assortment are expands, this requires the solution of the goal - finding new identification criteria and new approaches to solving the problem of accelerated assessment of determining the beer shelf life. The technique available in the industry has shown its unsuitability, since the precipitate formed does not make it possible to adequately determine the turbidity. To achieve this goal, we analyzed the quality indicators of brewing products depending on various temperature conditions, revealed the optimum temperature and exposure time of unfiltered brewing products -37 ° C and 1 week for beer with a shelf life of 180 days, 2 weeks for beer with a shelf life of 365 days. The analysis of physicochemical compounds showed the convergence of naturally changing indicators (1-propanol, isobutanol and isoamylol) in beer samples artificially aged (subjected to heat treatment) and with a naturally expired shelf life. It was shown that acidity decreases in proportion to the decrease in organic acids, and an increase in the content of acetaldehyde (aging carbonyl) - in proportion to a decrease in the content of organic acids. The obtained research results were mathematically analyzed and, using multiple correlation and regression analysis, an equation was obtained for the dependence of the fullness of taste on secondary fermentation products, which confirmed the correctness of the research.
Key words
beer, prediction of durability, accelerated aging, identification indicators, temperature conditions For citation
Gernet M. V., Gribkova I.N., Zakharov M.A. (2020) The indicator identification to determine the durability prediction of lager and ale beer // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2020. No. 2. P. 16-19.
Введение. Научные исследования последних лет в области пищевой промышленности направлены на изыскание идентификационных показателей, по которым было бы возможно прогнозировать показатели качества готовой продукции. Это связано со снижением рисков производства готовой продукции, а также со стремлением производителей выпускать продукцию высокого качества, которая была бы конкурентоспособна на европейском и мировом рынках сбыта.
В пивоваренной отрасли для контроля качества пива в отношении сроков годности существует методика, направленная на измерение степени помутнения фильтрованного пастеризованного пива [1]. Методика связана с измерением степени помутнения фильтрованного (прозрачного) пива на приборе мутномере, измеряющем изменение прозрачности пива в единицах ЕВС (град. ЕВС) до и после выдержки по определенному температурному режиму.
Увеличение мутности фильтрованного пива как коллоидной системы связано с несколькими процессами: биологическим, основанным на действии микроорганизмов порчи [2]; небиологическим, возникающим вследствие взаимодействия белковых, полифенольных веществ и некрахмальных полисахаридов при термическом воздействии на пиво [3]; также возможно участие в образовании помутнения продуктов реакции Майяра -ионов двухвалентных металлов (например, цинка) [2, 4, 5] - под воздействием физических факторов (света в видимом и ультрафиолетовом спектрах) [6].
В последнее время в ассортиментной линейке пивоваренной продукции произошло видовое расширение за счет появления нефильтрованного пастеризованного пива: оно подразделяется по сырьевому признаку на ячменно-солодовое и пшеничное. Данный вид пива непрозрачен, соответственно, к нему не может быть применен существующий способ определения прогнозируемых сроков годности.
Цель исследования - разработка идентификационных критериев для определения прогнозируемых сроков стойкости нефильтрованного пастеризованного пива,
что является актуальной проблемой в области пивоваренной промышленности.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись образцы нефильтрованного пастеризованного пива отечественного производства различных производителей в разной потребительской таре (ПЭТФ, стеклянная бутылка и алюминиевая банка) как низового брожения (пиво ячменно-солодовое нефильтрованное), так и верхового брожения (пшеничное пиво). Срок годности у исследуемых образцов составлял от 180 до 365 суток.
Для решения целей исследования применялись органолептический и физико-химический методы анализа:
- определение общей восстановительной способности - по методу [7];
- определение общего количества полифенолов - по [8];
- определение содержания растворимого азота - по методике измерений массовой концентрации растворимого азота в пивоваренной продукции методом Кьельдаля [7];
- определение кислотности - по [9];
- определение содержания летучих компонентов - методом газовой хроматографии по [10];
- определение содержания органических кислот - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по [11]. Эксперименты проводились в 3 повтор-ностях для получения лучшей сходности результатов испытаний.
Результаты и их обсуждение. На первом этапе исследований предстояло определиться с температурными режимами ускоренной обработки образцов пива. В действующей методике для фильтрованного пастеризованного пива температура обработки составляет 60 °С±2 °С. Для исследования был взят расширенный диапазон температур: 30 °С±2 °С, 37 °С±2 °С, 45 °С±2 °С и 60 °С±2 °С. Для определения температурных параметров было решено исследовать изменение содержания 1-пропанола, изобутанола и ацетальдеги-да. Наиболее сходные значения наблюдались при искусственном старении пива при 37 °С±2 °С по сравнению с показателями пива с истекшим сроком хранения -данные представлены на рис. 1.
Рис.
ИзоЁутанол Контролируемое соединение Истекший срок годности и 37 "С
. Исследование влияния температуры выдержки образцов пива на содержание 1-пропанола,
изобутанола и ацетальдегида
Данный факт можно объяснить наличием в объеме исследуемого пива широкого количества биологически активных соединений, которые при повышении температуры до 40...60 °С начинают претерпевать термические изменения, и процессы, происходящие при естественном старении, не будут близки к моделируемым условиям. температура 30 °С оказалась также недостаточной для того, чтобы получить сходные результаты, характеризующие старение пива. температура 37 °С оказалась наиболее близка к процессам, происходящим в пиве при хранении, поэтому была принята за основу в дальнейших экспериментах.
Исследования длительности обработки образца для установления сроков годности показали целесообразность применения недели выдержки образцов пива со сроком годности 180 суток и двух недель со сроком годности 365 суток.
Органолептическая оценка образцов пива, подвергнутых искусственному старению, показана на рис. 2 - для ячменно-солодового пива и на рис. 3 - для пшеничного пива.
Полученные данные рис. 2 и 3 показывают, что при термической обработке образцов пива в закрытой таре в обоих случаях происходят изменения в сторону появления варено-медовых оттенков, потери насыщенности СО2, снижение полноты вкуса, хмелевого и зернового аромата.
Балльная оценка образцов пива до и после термостатирования представлена в табл. 1.
В образцах, представленных на исследование в ПЭТФ-таре и стеклянных бутылках, отмечалась наибольшая потеря СО2
!ерновои ■Контроль 'Опыт
Рис. 2. Органолептический профиль образцов ячменно-солодового пива до и после термической обработки (ускоренного старения при 37 °С)
Контроль
Рис. 3. Органолептический профиль образцов пшеничного пива до и после термической обработки (ускоренного старения при 37 °С)
приоритеты развития фундаментальных технологий
ТЕМА НОМЕРА
Таблица 1 Органолептическая оценка пива в баллах
Количество баллов в об-
Наименование разце пива
образца Исходном После термообработки
Пшеничное (верховое) 22 12
Ячменно-соло-довое (низовое) 19 10
в объеме пива, что сказывалось на общей дегустационной оценке образца.
Физико-химические показатели образцов пива представлены в табл. 2.
Исходя из данных табл. 2 прослеживается сходность снижения титруемой кислотности и снижения содержания органических кислот в условиях термообработки пива; содержание эфиров в образцах пива снижается также вследствие потери С02, который способствует миграции эфи-
Физико-химические показатели образцов пива
Таблица 2
Массовая концентрация спиртов в образцах пива
Наименование соединений Исходные После термообработки С истекшим сроком годности
Ячменно-солодовое Пшеничный Ячменно-солодовое Пшеничный Ячменно-солодовое Пшеничный
Высшие спирты, мг/дм
1-пропанол 20,7 11,6 20,5 12,0 19,6 11,0
Изобутанол 10,0 18,5 9,8 19,4 8,5 18,5
Изоамилол 49,0 68,3 44,8 72,4 43,2 70,2
Карбонильные соединения, мг/дм3
Ацетальдегид 2,8 4,0 5,2 5,9 4,8 4,6
Фенилэтиловый спирт 20,5 14,3 15,8 21,7 12,5 15,3
Эфиры, мг/дм3
Этилформиат 0,3 0,9 0,2 0,5 0,2 0,5
Этилацетат 10,0 6,1 9,5 6,5 9,0 6,2
Диацетил 0,05 0,06 0,05 0,06 0,05 0,06
Изоамилацетат 0,5 0,3 0,4 0,3 0,6 0,4
Этиллактат 0,6 0,1 0,7 0,2 0,6 0,1
Органические кислоты, г/дм3
Яблочная 0,1 0,2 0,1 0,1 0,09 0,1
Молочная 0,5 0,9 0,4 0,2 0,3 0,3
Лимонная 0,5 0,5 0,5 0,3 0,4 0,4
Янтарная 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,2
Прочие показатели
Кислотность, к. ед. 2,3 2,4 2,0 2,3 2,0 2,2
Содержание растворимого азота, мг/дм3 764,8 876,8 704,9 792,8 762,5 784,4
Содержание полифенолов, мг/дм3 246,0 131,2 229,6 125,0 221,0 102,5
Окислительно- восстановительный потенциал 87,5 29,2 62,5 25,4 85,2 20,2
Таблица 3
Концентрации высших спиртов (мг/дм3) в образцах пива
Массовая концентрация спиртов в образцах пива
Наименование соедине- Исходные После термообработки С истекшим сроком годности
ний Ячменно- Пшеничный Ячменно- Пшеничный Ячменно- Пшеничный
солодовое солодовое солодовое
1-пропанол 20,7 11,6 20,5 12,0 19,6 11,0
Изобутанол 10,0 18,5 9,8 19,4 8,5 18,5
Изоамилол 49,0 68,3 44,8 72,4 43,2 70,2
Е 3 спиртов: факт.; по лит. данным [12] 79,7 30-82 98,4 115-145 75,1 30-82 103,8 115-145 71,3 30-82 99,7 115-145
ров через негерметичную укупорку тары. Содержание полифенолов снижается, что косвенно подтверждается снижением окислительно-восстановительного потенциала пива, вклад в который вносят как полифенолы, так и другие соединения с антирадикальными свойствами: редук-тоны, меланоидины и т. д.
Ацетальдегид, наоборот, увеличивает свою концентрацию, поскольку характеризует понятие «старения» пива, и образуется из органических кислот, что согласуется с данными табл. 2.
В табл. 3 представлена суммарная характеристика по высшим спиртам в испытуемых образцах пива.
Данные табл. 3 свидетельствуют о том, что полученные данные по суммам высших спиртов сходны с литературными, и как в ходе искусственного старения пива, так и при его естественном старении снижают свое содержание на 6-10%.
в заключение, опираясь на полученные данные и применяя принципы множественного линейного корреляционно-регрессионного анализа, было рассчитано уравнение зависимости полноты вкуса пива от суммы спиртов (1-пропанол, изоамилол, изобутанол), мг / дм3 (Х1); суммы эфиров (этилацетат, изоамилаце-тат, этиллактат), мг/дм3 (Х2); суммы органических кислот (яблочной, молочной, лимонной и янтарной), мг/дм3 (Х3); содержания ацетальдегида, мг/дм3 (Х4) (1):
1/=0,01Й4-0,037'Х1-0,52'Х2-1,09-Х3+2,47'Х4
Полученное уравнения зависимости помогло проанализировать данные исследований и подтвердило предположения о правомерности выбранных критериев для оценки влияния термических условий обработки в ходе ускоренного старения пива на его показатели качества.
Заключение. Прогнозирование сроков стойкости пива является актуальной проблемой в связи с новыми сортами пива, выпускаемыми отечественной промышленностью, что требует изыскания новых подходов и поиска новых критериев для оценки состояния коллоидной системы нефильтрованного пива. Проведенные исследования позволили установить эффективный температурный режим для проведения ускоренного старения пива в рамках методики прогнозирования стойкости готового нефильтрованного пива, а также отобрать критерии оценки, включающие содержание некоторых высших спиртов, карбонилов и эфиров. Проведенный математический анализ подтвердил отобранные критерии оценки качества пива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Меледина, Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. - СПб: Профессия, 2003. - С. 238-240.
2. Bamforth, C.W. 125th anniversary review: the non-biological instability of beer // Journal of the Institute of Brewing. - 2011. - Vol. 117. -P. 488-497.
3. Грибкова, И. Н. Влияние некрахмальных полисахаридов ячменного пивоваренного солода на качество и безопасность пива/И.Н. Грибкова, И.В. Лазарева, Ю.А. Докучаева // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2019. - № 1 (45). -Т. 8. - C. 103-107.
4. Lusk, L.T. Independent role of beer proteins, melanoidins and polysaccharides in foam formation/ L. T. Lusk, H. Goldstein, D. Ryder // Journal of the American Socirty of Brewing Chemists. - 1995. - Vol. 53. -P. 93-103.
5. Roza, J.R. A comparison between the instrumental measurement of head retention/ lacing and perceived foam quality/J.R. Roza, C.E. Wallin, C.W. Bamforth // Technical Quarterly Master Brewers Association of the Americas. - 2006. - Vol. 43. -P. 173-176.
6. Lusk, L.T. Beer photooxidation creates two compounds with aromas indistinguishable from 3-methyl-2-butene-1-thiol/ L. T. Lusk, A. Murakami, L. Nielsen [et al.] // Journal of the American Socirty of Brewing Chemists. -2009. - Vol. 67. - P. 189-192.
7. Мальцев, П.М. Химико-технологический контроль пивоваренного производ-ства/П.М. Мальцев [и др.]. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 342 с.
8. Методика измерений массовой концентрации полифенолов в пивоваренной продукции фотоэлектрокаллориметрическим методом (Свидетельство об аттестации методики измерения 205-22/RA-RU. 3117872016/2018).
9. ГОСТ 12788-87 «Метод определения кислотности пива». - М.: Стандартинформ, 2011. - 4 с.
10. Методика измерений массовой концентрации летучих компонентов в продуктах брожения методом газовой хроматографии (Свидетельство об аттестации методики измерений № 01.00225/205-45-11).
11. Методика измерений массовой концентрации органических кислот в продуктах
брожения методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (Свидетельство об аттестации методики измерений № 01.00225/205-49-12).
12. Меледина, Т.В. Качество пива. Стабильность вкуса и аромата. Коллоидная стойкость. Дегустация/Т. В. Меледина, А. Т. Де-дегкаев, Д. В. Афонин. - СПб: Профессия, 2011. - С. 23
REFERENCES
1. Meledina Sirje I vspomogatelnie materiali v pivovarenii [Raw materials and auxiliary materials in brewing]. SPb: Professija [Saint Petersburg: Professia]. 2003. P. 238-240 (In Russ.).
2. Bamforth CW. 125th anniversary review: the non-biological instability of beer. Journal of the Institute of Brewing. 2011. Vol. 117. P. 488-497.
3. Gribkova IN, Lazareva IV, Dokuchaeva UA. Vlijanie nekrakhmal'nykh polisakharidov yachmennogo pivovarennogo soloda na kachestvo i bezopasnost' piva [The barley brewing malt non-starch polysaccharides effect on beer quality and safety]. XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastojashhego pljus [XXI century: results of the past and problems of the present plus]. 2019. No. 45. Vol. 8. P. 103-107 (In Russ.).
4. Lusk LT, Goldstein H, Ryder D. Independent role of beer proteins, melanoidins and polysaccharides in foam formation. Journal of the American Socirty of Brewing Chemists. 1995. Vol. 53. P. 93-103.
5. Roza JR, Wallin CE, Bamforth CW. A comparison between the instrumental measurement of head retention/lacing and perceived foam quality. Technical Quarterly Master Brewers Association of the Americas. 2006. Vol. 43. P. 173-176.
6. Lusk LT, Murakami A, Nielsen L, Kay S, Ryder D. Beer photooxidation creates two compounds with aromas indistinguishable from 3-methyl-2-butene-1-thiol. Journal of the American Socirty of Brewing Chemists. 2009. Vol. 67. P. 189-192.
7. Maltcev PМ et al. Khimiko-tekhnologicheskiy kontrol' pivovarennogo
proizvodstva [Chemical and technological control of the brewing industry]. Moscow: Pischevaya promyshlennost' [M.: Food Industry]. 1976. 342 p. (In Russ.)
8. Metodika izmereniy massovoy kontsentratsii polifenolov v pivovarennoy produktsii fotoelektrokallorimetricheskim metodom (Svidetel'stvo ob attestatsii metodiki izmereniya 205-22/RA-RU. 3117872016/2018) [Methodology for measuring the mass concentration of polyphenols in brewing products by the photoelectrocalorimetric method (Certificate of accreditation of the measurement procedure 205-22 / RA-RU. 311787-2016/ 2018)]. Moscow, 2018. 21 p.
9. GOST 12788-87 «Metod opredeleniya kislotnosti piva» [GOST 12788-87 «Method for determining the acidity of beer»]. Moscow: Standartinform, 2011. 4 p.
10. Metodika izmereniy massovoy kontsentratsii letuchikh komponentov v produktakh brozheniya metodom gazovoy khromatografii (Svidetel'stvo ob attestatsii metodiki izmereniy № 01.00225/205-45-11) [Methodology for measuring the mass concentration of volatile components in fermentation products by gas chromatography (Certificate of accreditation of measurement procedure No. 01.00225/205-45-11)]. Moscow,
2011. 24 p.
11. Metodika izmereniy massovoy kontsentratsii organicheskikh kislot v produktakh brozheniya metodom vysokoeffektivnoy zhidkostnoy khromatografii (Svidetel'stvo ob attestatsii metodiki izmereniy № 01.00225/205-49-12) [Method for measuring the mass concentration of organic acids in fermentation products by high performance liquid chromatography (Certificate of accreditation of measurement methods No. 01.00225/205-49-12)]. Moscow,
2012. 26 p.
12. Meledina TV, Dedegkaev AT, Afonin DV. Kachestvo piva. Stabil'nost' vkusa i aromata. KolAoidnaya stoykost'. Degustatsiya [The beer quality. The taste and aroma stability. Colloid resistance. Tasting]. Saint Petersburg: Professia, 2011. P. 23.
Авторы
Гернет Марина Васильевна, д-р техн. наук, профессор ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, institut-beer@mail.ru
Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11, ferment@mgupp.ru Грибкова Ирина Николаевна, канд. техн. наук, Захаров Максим Александрович, канд. техн. наук ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, institut-beer@mail.ru
Authors
Marina V. Gernet, Doctor of Technical Sciences, Professor All-Russian Scientific-Research Institute of the Brewing, Beverage and Wine Industries - Branch of the V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems RAS, 7, Rossolimo str., Moscow, 119021, institut-beer@mail.ru
Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoe highway,
Moscow, 125080, ferment@mgupp.ru
Irina N. Gribkova, Candidate of Technical Sciences,
Maxim A. Zakharov, Candidate of Technical Sciences
All-Russian Scientific-Research Institute of the Brewing, Beverage and Wine Industries - Branch of the V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems RAS, 7, Rossolimo str., Moscow, 119021, institut-beer@mail.ru
