Термический способ удаления спирта

Пиво - это однородная жидкая смесь, состоящая из воды, спирта, СОг,ароматических и вкусовых веществ, взаимно растворимых друг в друге.

Перегонкой можно разделить смеси, компоненты которых при одном и том же давлении имеют различные температуры кипения, и разделются на легколетучие и труднолетучие [7]. При давлении 1 бар вода имеет температуру кипения 100 °С, а спирт - 78,3 °С, но они начинают испаряться при более низких температурах [3, 11]. Перегонка спирта из пива под атмосферным давлением приводит к ухудшению его вкусовых качеств, так как процесс идет при высоких температурах. Исходя из этого, термические способы удаления спирта осуществляются в щадящем режиме, под вакуумом, в разряженном пространстве под абсолютным давлением 0,04 - 0,2 бар, благодаря чему процесс может протекать при температурах 30 - 55 °С, при этом вкусовые качества полученного пива зависят от температуры и длительности теплообработки [6]. Температура и длительность процесса обратно пропорциональны друг другу.

Во всех методах термического удаления спирта используются вакуумно­перегонные аппараты с различными конструктивными особенностями теплопередачи [8, 12]. Для вакуумной перегонки используются:

-  вакуумные перегоночные установки;

-  выпарные аппараты с нисходящим движением жидкости;

-  многоступенчатые перегоночные колонны;

-  трех ступенчатые пластинчатые испарители;

-  центробежные испарители.

На Рис. 1.5 показана схема вакуумной перегоночной установки.

Рисунок 1.5 Схема вакумной перегоночной установки

 

В этой установке подлежащее деалкоголизации пиво нагревается в пластинчатом теплообменнике (1) до 45° С и направляется в эпюрационную колону (2), при входе в которую давление пива падает. При этом из пива испаряются легколетучие ароматические компоненты, которые позднее вновь добавляются к пиву в рекомбинационной емкости (5). В вакуумной спиртовой колонне (3) при 55° С пиво освобождается от спирта, который осаждается в оросительном конденсаторе (6). Безалкогольное пиво охлаждается до 4° С на регенерационном теплообменнике (1), а затем до 0 - 1°С (4), и поступает в рекомбинационную емкость (5), где вновь смешивается с легколетучими ароматическими веществами.

Чтобы достичь определенного выравнивания вкуса, содержание спирта снижают до 0,3% об., а потом поднимают до разрешенных 0,5% об. путем добавки пива на стадии завитков, молодого пива или готового к розливу пива. Таким образом, ароматические вещества вновь попадают в пиво и отчасти востановливают вкус.

 

1.3 Технологические способы подавления образования спирта

Другая возможность приготовления безалкогольного пива состоит в том,

чтобы не проводить спиртовое брожения вообще или прерывать его тогда, когда концентрация спирта еще низка. Проблема в том, что в этом случае вкус сусла не изменяется в сторону вкуса пива. Возникает смесь сусла и пива со сладковато-бумажным привкусом.

Пивное сусло и пиво, совершенно разные продукты по химическому составу и органолептическим свойствам. Но качество готового безалкогольного пива в определенной степени зависит от технологии получения сусла, а именно от состава засыпи, гидромодуля, способа затирания, длительности кипячения, способа охмеления сусла и сортов хмеля. И для того, чтобы получить безалкогольное пиво со степенью сбраживания 10 - 20 % похожее на классическое пиво, надо регулировать химический состав сусла при его приготовлении, и создавать оптимальные условия при брожении, для образования максимального количество вторичных продуктов метаболизма дрожжей. Основные процессы, протекающие при приготовлении пива - это ферментативные, биохимические и химические, и для того, чтобы управлять этими процессами, необходимо подробнее рассматривать их.

Целью затирания является перевод из солода или смеси солода и несоложеных материалов в растворимое состояние максимального количества веществ. Данный процесс катализируется ферментными системами, которые накопились в солоде во время солодоращения и остались в нем после сушки. В процессе затирания участвуют цитолитические, протеолитические и амилолитические ферменты [13, 23].

Расщепление клеточных стенок. Главными соединениями, входящими в состав клеточных стенок, являются гемицеллюлоза, гумми-вещества и белки. Гумми-вещества являются продуктами расщепления гемицеллюлозы и имеют сходную структуру. Они на 80 - 90% состоят из глюканов и на 10 - 20% из пентозанов. И только их гидролиз позволяет осуществить гидролитическое расщепление крахмала эндосперма. Изменение клеточных стенок, называемое также цитолизом, вызывается цитолитическими и протеолитическими ферментами [25, 44, 45].

Для расщепления р-глюканов, которые состоят из остатков глюкозы, соединенных между собой р-1,3 и р-1,4-связами, необходим ряд ферментов: эндо-р-1,3-глюканазы, эндо-р-1,4глюканазы, целлобиаза и ламинарибиаза (два последних не играют существенной роли) [14, 15]. Имеется также Р-глюкан- солюбиаза, которая может гидролизовать эфирные связи между белком и Р- глюканом. Для расщепления содержащихся в гемицеллюлозах пентозанов также требуется комплекс ферментов, состоящий из эндоксиланаз, экзоксиланаз, арабинозидаз и ксилобиаз [26]. Оптимальные условия для приявление активности ферментов приведены в таблице 1.1.

 

Оптимальные условия для действия цитолитических ферментов

Фермент рН-оптимум Температурный оптимум, °С Температура инактивации,°С
Эндо-р-1,4-глюканаза 4,5-4,8 40-45 55
Эндо-В-1,3-глюканаза 5,5 60 70
Р-глюкан-солюбиаза 6,6 - 7,0 62 73
Эндо-ксилаза 5,0 45 55
Экзо-ксилаза 5,0 45 55
Арабинозидаза 4,6-4,7 40-50 60

 

Таблица 1.1

Расщепление азотосодержащих веществ. Расщепление белков для приготовления безалкогольного пива имеет такое же важное значение, как и расщепление крахмала. Белковые вещества влияют на полноту вкуса пива, на его гармоничность и округлость, связаны с пенообразованием пива, они действуют как буферные и красящие компоненты, служат необходимым компонентом питания дрожжей и могут вызвать нежелательные помутнения в пиве. Азотосодержащие вещества, содержащиеся в солоде, а далее и в заторе представлены смесью соединений от нативного, частично нерастворимого белка ячменя до простейших элементов белковой молекулы - аминокислот [20, 27].

' Белки, содержащиеся в исходном ячмене, подразделяются на:

-  альбумины, растворимые в воде и разбавленных солевых растворах;

-  глобулины, растворимые в слабых растворах солей;

-  проламины, растворимые только в 50 - 90 % этаноле;

-  глютелины, растворимые только в щелочах.

Наряду с этими белками имеется целый ряд протеидов, представляющих собой соединения белка с группами других веществ, например гликопротеиды, фосфопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды, которые с технической точки зрения оказывают существенное влияние на органолептические качества пива [31].

В отличие от крахмала, расщепление белка синтезируют не два определенных фермента, подобно а- и Р-амилазам, а многообразный комплекс протеолитических ферментов, действующих в различных условиях.

Цель расщепления белков заключается, в том, чтобы получить такое количество свободного аминного азота, которое гарантирует активный рост

дрожжей и, тем самым, образование нормального спектра побочных продуктов брожения [26, 28, 29]. Кроме того, нужно получить достаточное количество высокомолекулярных белковых соединений с молекулярной массой 10 ООО - 60 ООО Да, наличие которых способствует хорошему пенообразованию. А также расщеплять высокомолекулярные белки с молекулярной массой более 60 ООО, которые активно участвуют при образовании мути в пиве [30].

Слишком глубокое расщепление белков приводит к снижению содержания пенообразующих белков, которые также обеспечивают свежесть и полноту вкуса [31].

Недостаточное расщепление белков приводит к снижению аминного азота в сусле, а далее медленному брожению и дображиванию, в результате чего образуются нежелательные побочные продукты брожения. Кроме того, высокомолекулярные белки вызывают помутнение в пиве, тем самым ограничивая его коллоидную стабильность [34].

Расщепление крахмала. При амилолизе происходит расщепление крахмала, помимо мальтозы возникают моносахариды, трисахариды, олигосахариды и предельные декстрины.

Крахмал состовляет 97% массы крахмальных зерен, остальные 3% — белки, жиры, минеральные вещества. Основная часть крахмальных зерен состоит из двух полисахаридов - амилозы (17 - 25%) и амилопектина (75 - 83) [35, 36].

Р-амилаза расщепляет амилозу с нередуцирующего конца, отщепляя по одной молекуле мальтозы.

• Амилопектин также подвергается воздействию Р-амилазы. Она действует с нередуцирующего конца, и при приближении к а-1,6-связи расщепление прекращается. Р-амилаза расщепляет амилопектин только на 50%, Оптимальные условия действия Р-амилазы в заторе pH 5,4 - 5,6, температура 60 - 65 °С, выше 70 °С фермент быстро инактивируется.

а-амилаза является эндоферментом, она действует на амилозу изнутри, на а-1,4-связи, нарушая спиральную структуру молекулы. При более длительном воздействии образуются мальтоза, мальтотриоза и, даже, глюкоза.

Амилопектин подвергается воздействию a-амилазы между точками разветвления, путем разрыва исключительно а-1,4-связей. Быстро образуются низкомолекулярные декстрины, которые расщепляются до олигосахаридов и далее мальтозы и предельных декстринов [37].

Способы затирания

Процесс затирания состоит в том, что температуру затора поднимают до оптимальных температур для действия тех или иных ферментов, и затем выдерживается пауза.

Паузы задаются при следующих оптимальных для ферментов температурах:

-  45 - 52 °С - белковая пауза и пауза для расщепления Р-глюкана;

-  62 - 65 °С - мальтозная пауза;

- 70-75 °С — пауза для осахаривания;

- 78 °С - температура окончания затирания.

Различают две группы способов затирания:

. настойный (инфузионный) способ;

. отварочный (декокционный) способ.

При инфузионном способе весь затор при поддержании пауз последовательно нагревается до температуры окончания затирания, причем части затора не кипятятся.

При способе с отварками температура повышается благодаря тому, что часть затора (отварку) отделяют и кипятят. При обратной перекачке к остальному затору температура всего затора повышается на следующую ступень температурной обработки. В зависимости от типа и качества используемого сырья можно делать одну, две и три отварки [38].

Кроме двух традиционных способов также существуют специальные способы затирания. Специальными способами затирания называют способы, отличающиеся какими-либо особенностями. Цели специальных способов затирания могут заключаться в том, чтобы понизить конечную степень сбраживания (например, способ со скачкообразным нагреванием затора); улучшить качество пива (например, затирание по способу Кубессы) или увеличить выход экстракта (например, способ затирания под давлением, способ с предварительным холодным настаиванием). Для приготовления безалкогольного пива это главным образом касается содержания сбраживаемых углеводов, определяющих конечную степень сбраживания, отношения сбраживаемых углеводов к несбраживаемым, обеспечения достаточно высокого уровня среднемолекулярных и высокомолекулярных белков для достижения полноты вкуса и пеностойкости пива. На характере пива также сказываются начальная концентрация сусла, степень и способ охмеления, длительность кипячения.

На этапе получения пивного сусла можно регулировать показатели, влияющие на органолептическое восприятие безалкогольного пива.

При выборе способа и параметров затирания для приготовления безалкогольного пива следует рассмотреть ряд точек зрения на приготовление сусла, которые по своему составу соответствовали бы желаемому типу пива. Это главным образом касается, содержания сбраживаемых углеводов, определяющих конечную степень сбраживания, отношения сбраживаемых углеводов к несбраживаемым, обеспечения достаточно высокого уровня среднемолекулярных и высокомолекулярных белков для достижения полноты вкуса и пеностойкости пива. Химический состав сусла зависит от способа и параметров затирания.

Введение в рецептуру специальных солодов позволяет регулировать такие показатели, как содержание сбраживаемых углеводов за счет более низкой экстрактивности специальных солодов; содержание ДМС и ДМС-предшественников за счет высоких температур сушки солодов; активную и титруемую кислотность в результате использования кислого солода; полноту вкуса, насыщенность цвета, а также на пенообразование и пеностойкость [39]. Исследование влияния температуры затирания на углеводный и азотистый состав сусла в большой степени, чем другие факторы, оказывают влияние на ферментативное расщепление биополимеров [40, 41].

Скорость ферментативных реакций возрастает с увеличением температуры

и достигает максимума. При дальнейшем повышении температуры скорость

реакций в результате инактивации ферментов быстро падает почти до нуля.

В табл. 1.2 приведены зависимость состава сусла, от температуры затирания, при неизменной температуре и длительностью 80 мин при оптимальной температуре.

Таблица 1.2

 

Температура затора Конечная степень сбраживания % Сбражи ваемые углеводы, г/100мл Фруктоза г/100мл Глюкоза г/100мл Сахароза г/100мл Мальтоза г/100мл Изомальтоза г/100мл Мальтотриоза г/100мл
50 58,0 4,24 0,13 1,29 0,33 2,13 0,16 0,36
55 64,4 5,76 0,16 1,3 0,41 4,12 0,21 0,77
60 70,0 10,52 0,12 1,09 0,59 7,12 0,29 1,60
63 71,2 10,89 0,09 0,87 0,66 7,58 0,35 1,69
67 69,0 11,30 0,04 0,86 0,68 7,91 0,19 1,81
71 54,5 8,73 0,02 0,75 0,72 5,54 0,19 1,70
75 31,2 4,63 0,02 0,64 0,68 2,14 0,26 1,15
80 26,2 3,04 0,01 0,40 0,67 1,28 0,09 0,69

 

 

Данные, приведенные в табл. 1.2 показывают, что при 55° С происходит наиболее сильное расщепление сахарозы и явный прирост глюкозы и фруктозы. С повышением температуры заметно увеличивается содержание мальтозы и мальтотриозы. Распад крахмала до сахаров достигает максимума в интервале температур 60 - 67° С; особенно благоприятное взаимодействие а- и Р-амилаз именно при 67° С, приводит к образованию наибольшего количество сахаридов [42].

Концентрация При высоких температурах ферменты в более жидких заторах инактивируются сильнее, чем в более густых заторах, в связи, с чем концентрация затора оказывает определенное влияние на количество и качество экстракта, образующегося под действием ферментов. Содержание суммарногои сбраживаемого экстракта повышается при разбавлении затора, но доля сбраживаемого экстракта в общем экстракте выше у густого затора. Это связано с повышенной стойкостью р-амилазы в более густых заторах, вкоторых она действует дольше [43].

Активность протеаз в отличие от амилаз снижается с разбавлением затора. В густых заторах в раствор переходит несколько больше стойко растворимого азота, чем в жидких заторах [44, 45]. По Кольбаху, путем подбора концентрации затора в узком диапазоне можно регулировать соотношение высоко- и низкомолекулярных фракций азотистых веществ (табл. 1.3).

Влияние начальной температуры и концентрации затора на расщепление

 

Концентрация затора

1-2,5

1-4

Начальная температура °С 50 60 50 60
Общий азот, мг/100г СВ 709,0 652,0 678,0 647,0
Свободный аминный азот, мг/100г с.в. 151,0 131,0 148,0 131,0

                                                                           Таблица 1.3

 

Величина pHАктивность ферментов существенно зависит от величины pH. У разных

ферментов оптимальные значения величины pH разные ((3-амилаза 5,4 - 5,5; а-

амилаза 5,6 - 5,8; эндопептидазы 5,0 - 5,2; эндо-1,4 (3-глюканаза 4,5 - 4,8; (3-

глюкан-солюбилаза 4,6 - 4,9). Оптимальная величина pH затора находится в

пределах 5,5 - 5,8 [46]. При более высоких или низких значениях pH

наблюдается чрезмерная активация одних и ингибирование других ферментов.

На рис. 1.6 приведена зависимость содержания азотистых соединений в сусле,

от pH затора.

 Рисунок 1.6 Влияние pH затора на расщепление белков

 

Кипячение сусла с хмелем сопровождается важными с технологической точки зрения физическими и химическими превращениями. По сравнению с исходным суслом охмеленное несколько более концентрировано, оно стерильно и не содержит активных ферментов.

При кипячении сусла происходят следующие важные процессы:

-  увеличение концентрации сусла за счет испарения

-  образование и уменьшение количества нежелательных летучих соединений (ДМС, альдегидов)

-  растворение и изомеризация горьких веществ хмеля и окисление хмелевых масел до получения ароматических соединений

-  коагуляция горячего осадка (белок)

-  экстрагирование и осаждение таннинов и полифенолов

-  производство вкусо-ароматических соединений и соединений с разными значениями редокс-потенциала

-  повышение цвета сусла

-  снижение показателя pH сусла

-  инактивация ферментов сусла

-  стабилизация микробиологических показателей сусла

-  изменения за счет добавок во время кипячения (уменьшение поверхностного натяжения за счет добавки хмеля).

Длительность и температура кипячения оказывают большое влияние на качество сусла. Длительное кипячение способствует наибольшему расщеплению предшественников диметилсульфида (ДМС), улетучиванию ДМС и альдегидов, образующихся в результате распада Штреккера, (аминокислота + дикарбониловая группа — альдегид) и окислению липидов [47]. Альдегиды являются носителями суслового аромата, а следовательно отрицательно сказываются на сенсорном профиле пива. [48] Но при этом длительное кипячение приводит к чрезмерному образованию меланоидинов, а соответственно к повышению цветности, и большим энергозатратам.

Качество пива также зависит от дозировки, сортов хмеля и режима его внесения. Дозировка хмеля, прежде всего, зависит от вида изготавливаемого пива. Обычно светлое пиво охмеляют больше, чем темное, а крепкое (содержание СВ в начальном сусле более 13%) - больше, чем слабое (содержание СВ в начальном сусле менее 13%) [49]. Но безалкогольное пиво нельзя рассматривать по этому принципу, так как в безалкогольном пиве содержание хмелевой горечи и аромата должен быть достаточно высоким, чтобы отчасти компенсировать низкую концентрацию начального сусла, нехватку побочных продуктов брожения и спирта [42].

Охмеленное сусло, свободное от взвесей, является промежуточным продуктом, который перерабатывается в пиво брожением, осуществляемым с помощью пивных дрожжей.

Существует несколько способов классификации пивных дрожжей, базирующихся на их метаболизме и генетических свойствах. По поведению дрожжей в сусле их подразделяют на хлопьевидные и пылевидные. По температурному оптимуму все дрожжи разделяют на дрожжи верхового и низового брожения.

Верховые дрожжи сбраживают раффинозу на одну треть и образуют на поверхности сбраживающейся жидкости неосаждающуюся суспензию, имеющую вид плотной пены. Поэтому дрожжи этой группы получили название верховых, а пиво, для производства которого их применяют, называют пивом верхового брожения. Процесс брожения верховыми дрожжами ведут при температуре 10-25 °С, при температуре ниже 10 °С он прекращается, после чего дрожжи оседают на дно.

Низовые дрожжи сбраживают раффинозу полностью. После сбраживания дрожжи агрегируются в виде хлопьев и оседают на дно бродильного аппарата. Поэтому их называют низовыми дрожжами, а получаемое пиво - пивом низового брожения. Сбраживание низовыми дрожжами протекает при температуре 6 - 13 °С и прекращается при 0 °С [50].

Сбраживание и созревание пива происходит на многих пивоваренных предприятиях по классическому способу в бродильном и лагерном отделениях. На предприятиях, оснащенных современным оборудованием, брожение и созревание проводится в цилиндроконических танках (ЦКТ).

Важнейшим моментом в пивоварении является сбраживание дрожжами углеводов содержащихся в сусле, в этанол и диоксид углерода. Процессы, протекающие при сбраживании, можно только условно разделить на процессы главного брожения и процессы созревания, так как они переходят друг в друга. Все процессы, протекающие при брожении и созревании, необходимо рассматривать как единое целое [51].

При этом особую роль играет то, что во время брожения в процессе метаболизма дрожжей возникают побочные продукты, многие из которых снова распадаются. Эти побочные продукты брожения, наряду с составными частями хмеля, в значительной мере определяют вкус и аромат пива [52.63].

Во время процесса брожения можно регулировать количественное соотношение вторичных метаболитов дрожжей, которые играют ключевую роль в формировании вкуса и аромата пива с помощью следующих внешних факторов среды:

-  состав и концентрация среды,

-  аэрация,

-  температура,

-  величина pH,

-  норма введения дрожжей,

-  давление.

Дрожжи развиваются в пивном сусле, и их жизнедеятельность во многом

определяется его составом, от которого зависят скорость размножения дрожжей ’ и количество образующейся биомассы. Как состав (углеводный и азотистый), так и начальная экстрактивность сусла будут оказывать влияние на формирование вкуса пива во время брожения [80]. Хорошо известно, что сбраживание высокоплотного сусла приводит к образованию

непропорционально высокого количества эфиров уксусной кислоты. Более высокий уровень свободного аминного азота в сусле будет стимулировать рост дрожжей, и в результате, будет образовываться больше эфиров и высших спиртов [41].

При нормальных условиях брожения пивного сусла 98% углеводов расходуется на брожение и только 2% - на дыхание [73]. Путем аэрации сусла можно изменить процентное соотношение сахаридов расходуемых на брожение и на дыхание (эффект Пастера). Однако, брожение невозможно полностью заменить дыханием, так как при концентрации сахара выше 0,1 г/л даже в присутствии кислорода происходит процесс брожения (эффект Кребтри) [23].

Кислород, растворенный в среде, необходимо рассматривать как важное для дрожжей питательное вещество. Он стимулирует рост и жизнеспособность дрожжей, в то же время его излишнее количество приводит к увеличению окислительно-восстановительного потенциала, чрезмерному накоплению биомассы дрожжей, повышенному образованию вторичных продуктов метаболизма дрожжей - кислот, высших спиртов, альдегидов и др. [18], которые при приготовлении безалкогольного пива технологическими методами являются положительными моментами. Количество высших спиртов зависит от интенсивности аэрации.

Температура является одним из доступных способов регуляции

метаболизма дрожжей. Она влияет на скорость клеточных реакций, природу метаболизма, пищевые потребности и состав биомассы [78].

Скорость химических реакций связана с температурой уравнением Аррениуса, которое после логарифмирования имеет следующий вид (1.1):

где:

К - скорость реакции,

R - газовая постоянная,

Т - абсолютная температура,

А - константа, зависящая от частоты образования активированных комплексов реагирующих соединений,

Е - константа, называемая энергией активации.

В виду того, что скорость протекания реакций в дрожжевой клетке прежде всего отражается на удельной скорости их роста, а величины А, Е и Rпостоянные, можно считать, что Inm= f(l/T). Очень ценным является показатель энергии активации, значение которого в пределах оптимальной температуры роста для каждого вида микроорганизма постоянно, но увеличивается при переходе к низким и высоким температурам [113].

Температура влияет также на синтез вторичных метаболитов, что особенно важно для процесса пивоварения, причем вторичный метаболизм может отличаться от влияния температуры на рост [20].

При повышенной температуре возрастает концентрация ацетальдегида, который возникает как промежуточный продукт в процессе спиртового брожения и придает пиву «зеленый» вкус молодого пива, имеющий привкус «подвала». Пониженная температура плохо влияет на образование компонентов вкуса и аромата готового пива, которыми являются высшие спирты [82]. Однако не следует забывать, что концентрация высших спиртов выше 100 мг/см3 ухудшает вкус и полезные свойства пива. Также при низких температурах уменьшается образование эфиров, которые являются важнейшими букетообразователями готового пива, однако при длительном дображивании может произойти увеличение эфиров в два раза [10].

 Величина pH, как и температура, оказывает влияние на метаболизм

дрожжей, что отражается на выходе биомассы, скорости роста клеток и синтезе

вторичных метаболитов. Значение pH оказывает влияние на природу конечного

продукта сбраживания сахаров. При низких значениях pH образуется этиловый

спирт, при высоких - глицерин и уксусная кислота. При производстве пива величина pH во время брожения значительно падает (с 5,0 - 5,2 единиц в сусле, до 4,2 - 4,4 в готовом пиве), pH особенно заметно падает при забраживании и в логарифмической фазе роста дрожжей.

Незначительное изменение нормы введения дрожжей не будет

существенно изменять образование соединений, важных для формирования

вкуса пива. Однако увеличение нормы введения вдвое уменьшит рост дрожжей

и приведет к некоторому изменению вкуса, вызванному снижением содержания

высших спиртов, повышением содержания этилацетата и уменьшением

количества изоамилацетата [2].

Давление в танке во время брожения будет повышать содержание растворенной углекислоты в пиве. Высокое содержание С02 подавляет рост дрожжей и затормаживает процесс брожения. Результатом ингибирующего действия углекислоты во время брожения является повышение содержания диацетила и ацетальдегида, снижения содержание высших и эфиров [38].

 Непосредственным источником запаха или аромата являются хмелевые

эфирные масла, но особенно побочные продукты брожения; при этом имеет

значение также углеводы и азотистые соединения содержатся в сусле и каково

соотношение между ними. Чрезвычайно большое значение в этих процессах

имеет штамм дрожжей, используемый в производстве пива, а также

температура брожения, количество кислорода в сусле и доза семенных

дрожжей [1, 88, 102].

Из побочных продуктов брожения следует обратить внимание на высшие

спирты, сложные эфиры и сернистые соединения.

 Синтез органических кислот зависит от условий брожения и штаммовых

характеристик дрожжей [49]. При повышенной аэрации он увеличивается.

Из летучих органических кислот во время брожения больше всего образуются уксусная и муравьиная кислоты.

На вкус пива влияют также нелетучие органические кислоты, образующиеся при анаэробном расщеплении глюкозы - пировиноградная, янтарная, молочная, малеиновая, лимонная, виноградная, щавелевая [73].

Диоксид углерода оказывает большое влияние на качество пива, массовая

доля которого колеблется от 0,35 до 0,45%. Пиво с большим содержанием диоксида углерода является “перешпунтованным”. Пиво, правильно насыщенное диоксидом углерода, имеет свежий аромат и вкус и является освежающим напитком.

 Высшие спирты влияют как на запах, так и на вкус. Особенно сильно

влияют на запах ароматические спирты, содержание которых в пиве

увеличивается при интенсифицированном главном брожении [72]. Так, при

холодном ведении процесса главного брожения в пиве содержится от 60 до 90

мг/л высших спиртов, в то время как при теплом брожении - их накапливается

до 150 мг/см3. Накоплению высших спиртов способствуют также чрезмерное

аэрирование сусла и переработка большого количества несоложеного

материала, особенно при добавлении сахарозы, так как в этом случае

изменяется соотношение между углеводами и белками в сторону уменьшения

последних. Это обстоятельство надо иметь в виду и при получении сусла,

предназначенного для ускоренного брожения, а именно, для приготовления

сусла должен быть использован хорошо растворенный солод с достаточным

количеством низкомолекулярных азотистых соединений.

Образование высших спиртов тесно связано с метаболизмом аминокислот и углеводов [86]. Существует два пути их образования: путь Эрлиха, биосинтетическии путь

       Потребленные дрожжами аминокислоты трансаминируются с образованием а-кетокислот с последующим их декарбоксилированием и восстановлением, в результате чего образуются спирты, содержащие на один атом углерода меньше, чем потребленная аминокислота (рис. 1.7).

 

Рисунок 1.7 Схема образования высших спиртов по пути Эрлиха

 

        По биосинтетическому пути во время биосинтеза аминокислот предпоследней реакцией является образование соответствующей а-кетокислоты, которая затем трансаминируется с образованием соответствующей аминокислоты. Как и в случае пути Эрлиха, происходит декарбоксилирование и восстановление этих а-кетокислот с образованием высших спиртов.

Исходя из природы синтеза высших спиртов, можно сказать, что чем больше дрожжи потребляют аминокислот и сахаров, тем больше образуется высшие спиртов. Таким образом, синтез высших спиртов прямо связан с ростом дрожжей [41].

          Сложные эфиры дают фруктовые и цветочные ароматы. Гармоничное

сочетание всех запахов свидетельствует о высоком качестве пива. Между тем

существуют некоторые сорта пива, для которых характерен тот или иной аромат. Примером таких сортов является пиво верхового брожения с фруктовыми ароматами (пшеничное пиво ламбикского типа). В то же время некоторые запахи отрицательно сказываются на восприятии пива [87].

Эфиры, это группа веществ, которые формируются из спиртов и органических кислот не в дрожжевой клетке. Ключом синтеза эфиров является ацетил-КоА.

R*OH+ RCOOH= RCOOR* + Н20 Наиболее часто встречаемым эфиром в пиве является этилацетат (аромат растворителя), образующийся из этанола и ацетил-КоА. Ацетил-КоА является продуктом окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Другим эфиром, важным для формирования вкуса пива, является изоамилацетат (фруктовый, грушевый аромат), образующийся путем реакции ацетил-КоА с 3-метилбутанолом.

Не существует прямой взаимосвязи между ростом дрожжей и синтезом эфиров. Реакцию образования эфиров катализирует фермент ацил- алкогольтрансфераза (ААТ), следовательно, синтез эфиров будет зависеть от наличия высших спиртов, органических кислот, соединений ацетил-КоА, а также от активности фермента ААТ [41].

Методом газовой хроматографии в пиве было обнаружении до 60 разных эфиров, но только 6 из них играют важную роль для формирования сенсорного профиля пива: изоамилацетат, этилацетат, изобутилацетат, L-фенилацетат, этилкапроат, этилкаприлат.

    Диацетил образуется из а-ацетолактата, который является одним из нормальных метаболических продуктов валинового синтеза. При нормальном брожении а-ацетолактата образуется слишком много по сравнению с нужным количеством дрожжей. Излишек а-ацетолактата выделяется из дрожжевой клетки и скапливается в пиве (рис. 1.8).

Превращения а-ацетолактата в диацетил - химическая реакция окислительного декарбоксилирования и его скорость зависит от температуры и pH, а восстановление диацетила в ацетоин и 2,3-бутандиол - биохимическая реакция, и протекает в пределах дрожжевой клетки [76].

Рисунок 1.8 Схема образования и восстановления диацетила

 

С другой стороны, диацетил может накапливаться в пиве при дображивании в случае развития посторонних микроорганизмов, особенно педиококков.

Запах диацетила, который сравнивается с запахом масла со жженым сахаром, появляется уже при концентрациях от 0,2 до 0,4 мг/см3. Поэтому в светлых сортах пива лагерного типа нежелательно содержание диацетила с концентрацией более 0,13 мг/см3, в то время как в пиве верхового брожения допускается - 0,5 мг/см3.

      Очень большое количество отрицательных ароматов относится к классу

сернистых. Это дрожжевой аромат, связанный с автолизом дрожжей (их

разрушением - гибелью), запах вареных овощей, сульфидный (тухлых яиц),

горелой резины и т.д. Сернистый запах и вкус придают пиву продукты

метаболизма гр(-) бактерий семейства Enter bacteria area.

Эти запахи связаны с тем, что пиво содержит двуокись серы в концентрации до16мг/см3, которая обычно находится в связанном состоянии, до 2,9 мг/см сульфгидрильных соединений, до 0,07 мг/см меркаптанов и до 0,04 мг/см3 сероводорода [43].

Как двуокись серы, так и сероводород являются промежуточными продуктами биосинтетического пути, ведущего от неорганического сульфата к серосодержащим аминокислотам: цистеину и метионину. Образование сернистого газа и сероводорода происходит тогда, когда восстановительные реакции, ведущие к образованию сульфита и сульфида, протекают быстрее, чем включение серы в цистеин и метионин.

Образование этих соединений сильно зависит от штаммовых характеристик дрожжей [70].

Технологии безалкогольного пива К способам подавления образования спирта относятся:применение иммобилизированных дрожжей;

□  сбраживания специальными дрожжами;

□  прерывание брожения при концентрации спирта ниже 0,5% об.;

□  метод контакта дрожжей с суслом при низких температурах.

Сбраживание сусла иммобилизированными дрожжами является одним из технологических методов подавления образования спирта

является использование иммобилизированных дрожжей (ИММОКОН). Под

иммобилизацией дрожжей понимают закрепление дрожжей на каком-либо

носителем [91, 120]. Закрепление дрожжей на подходящем носителе дает

возможность контролируемо использовать ферментативный потенциал дрожжей - особенно в экспоненциальной и стационарной фазе брожения. Тем самым можно регулировать образование и расщепление побочных продуктов брожения, удаление вкуса сусла, обусловленного некоторыми карбонильными соединениями. При этом снижается количество альдегидов, определяющих аромат сусла, в результате быстрого его контакта с большим количеством иммобилизированных дрожжей при низких температурах без нежелательного роста дрожжей и образования этанола [36,40].

По сравнению с технологией созревания ИММОКОН, процесс производства безалкогольного пива является более простым, но, с другой стороны, подготовка сусла для безалкогольного пива требует большей тщательности, чем для обычных сортов пива. На всех этапах технологического процесса следует предотвращать проникновение кислорода для обеспечения свежего вкуса продукта и хорошей асептики.

В процессе производства безалкогольного пива ИММОКОН сусло сначала фильтруется, а температура регулируется перед прокачиванием через модули ИММОКОМ. Температура сусла на входе в модуль обычно составляет 1 - 4°С, при которой спиртовое брожение под воздействием дрожжей блокируется, однако восстановительные ферментные системы в дрожжевых клетках сохраняют свою активность. Таким образом, восстанавливаются «сусловые» карбонильные соединения и продукт приобретает пивной аромат. Содержание спирта в готовом продукте обычно находится на уровне 0,05% [47].

Технология производства безалкогольного пива ИММОКОМ представляет собой альтернативу некоторым другим процессам производства безалкогольного пива. В тех процессах, где спирт удаляется из обычного пива (обратный осмос, диализ, дистилляция), капиталовложение и эксплутационные затраты значительно выше.

На Баварском пивзаводе Lie shout/NLэтим способом ежегодно изготавливается 800 000 гл безалкогольного пива.

Сбраживание сусла специальными штаммами дрожжей состоит в том, чтобы использовать для брожения не обычные дрожжи, а штамм Saccharomycodes  lubwigii,который может сбраживать фруктозу и глюкозу, но не в состоянии расщеплять и потреблять мальтозу. Концентрация спирта не возрастает выше 0,5% об. Такое пиво содержит много сахаров и имеет сладкий вкус [42].

При приготовлении безалкогольного пива, кроме штамма Saccharomycodes

lubwigii,также можно использовать дрожжи с дефектом в синтезе ферментов

лимоннокислого цикла [83].

Прерывание брожения при концентрации спирта ниже 0,5% об. Такое пиво зачастую варится с начальной экстрактивностью 9-11% при пониженной норме внесения хмеля и сбраживается до содержания спирта 0,5% об. (видимая степень сбраживаемости около 10%). Общую низкую степень сбраживания можно достигнуть путем применения:

. метода затирания со скачкообразным нагреванием затора;

. добавлением к затору пивной дробины в качестве вкусового компонента.

В последнем случае 15%-ный затор затирается в течение 60 или 80 мин при 40° С. Затем он перекачивается к кипевшей в течение 30 минут отварке из дробины, так что температура всего затора повысится до 72° С. После 30-45минут осахаривания затор нагревают до 76° С и перекачивают на фильтрование.

Брожение проводится при температуре ниже 8 °С до содержания спирта менее 0,5% об. и прерывается путем:

. отделения дрожжей центрифугированием;

. фильтрования;

. пастеризации в потоке.

После этого пиво в течение еще не менее 10 дней созревает при 0 - 1 °С во избежание появления неприятного сернистого привкуса, а затем фильтруется, карбонизируется, стабилизируется и стерилизуется.

Метод контакта дрожжей с суслом при низких температурах В данном методе сусло при температуре 2° С тщательно перемешивается с пивными дрожжами. В таких условиях дрожжи практически не образуют спирт, но протекающие в них жизненные процессы приводят к появлению пивного аромата и исчезновению вкуса сусла. К таким процессам относятся поглощение определенных органических кислот, адсорбция ароматических веществ хмеля и образование эфиров. Важно, что при этом уменьшается количество карбонильных соединений (носители вкуса сусла) [42].

Приготовление безалкогольного пива сорбционно-термическим методом Известен способ получения безалкогольного пива на основе пива, полученного традиционными способами, по которому пиво, содержащее спирт, адсорбируют в колоннах с твёрдым адсорбентом, содержащим гидрофобный цеолит типов MFI, J3,T, богатых кремнеземом. Затем отделяют жидкую фазу от адсорбента, проводят термическую десорбцию адсорбированных продуктов с помощью диоксида углерода и их последующее восстановление. Далее отделяют дистиллят и водную фазу, содержащие натуральные ароматические вещества пива. Безалкогольное пиво получают путём смешивания жидкой фазы, полученной на первоначальном этапе адсорбции и водной фазы, содержащей натуральные ароматические вещества. Дополнительным этапом производства безалкогольного пива является насыщение диоксидом углерода [Патент]. Полученное безалкогольное пиво по своим органолептическим свойствам будет отличается от исходного, так как, похожие изменения этилового спирта будут претерпевать высшие спирты и эфиры, поскольку по своим физико-химическим свойствам они очень похожи. Безалкогольное пиво «Пивко»

Способ заключается в приготовлении затора, отбора из него во время фильтрации первого сусла, его кипячению в течение 30 - 60 мин, разбавлении водой при температуре 78 - 100°С до массовой доли сухих веществ 3,7 - 3,8 %, добавлении лимонной кислоты в определенном количестве для компенсации щелочности и для придания полноты вкуса суслу и пиву [100].

Далее приготовленное таким образом сусло кипятится с хмелем в течение

1,5-2 ч. Охмеленное сусло после отделения хмеля, осветления и охлаждения

поступает на брожение. При снижении видимого экстракта до 3,4 - 3,7 % молодое пиво передают на дображивание при 2 - 3°С. После дображивания пиво обрабатывается обычным способом. Технологический способ производства безалкогольного пива, предусматривающий термическую обработку Для повышения органолептических свойств готового пива при разделении сусла после его фильтрации отбирают первое сусло из расчёта содержания сбраживаемых углеводов в смеси 1% и вводят в эту часть сусла хмель в количестве 10-15% от общего расхода, а вторую часть сусла охлаждают до 26-28°С, вносят в неё пивоваренные дрожжи и культивируют их в притоке сусла при аэрировании до полного потребления ими сбраживаемых углеводов, после смешивания в смесь добавляют оставшееся количество хмеля и подвергают её кипячению с последующим отделением хмеля от сусла, а карбонизацию пива осуществляют путём введения в охлаждённое сусло жидких пивоваренных дрожжей и выдержки в их присутствии, при этом после карбонизации пиво фильтруют [22].

 

Биохимические методы

 В определенной степени биохимические методы могут быть отнесены и к технологическим, однако суть их заключается в направленном регулировании метаболизма дрожжей. При этом учитывается уникальность дрожжей S.cerevisiae, которые обладают двумя путями энергетического метаболизма углеводов: аэробным - в результате реализации которого осуществляется синтез биомассы, и анаэробным - конечными продуктами в котором являются диоксид углерода и этиловый спирт. Одновременно с этим образуется большое количество побочных продуктов брожения и дыхания, от массовой доли которых зависит сенсорный профиль пива [94, 96]. Между тем именно вторичных метаболитов в безалкогольном пиве явно недостаточно, в результате чего к такому напитку потребитель предъявляет определенные, вполне обоснованные претензии.

Образование всех важных соединений для формирования вкуса и аромата пива связано с окислительно-восстановительными процессами в клетках и ростом дрожжей [90, 107]. В данный момент известно более 800 компонентов, участвующих в формировании сенсорного профиля пива, основными из них являются высшие спирты, органические кислоты, эфиры, вициальные дикетоны и сернистые соединения. Синтез этих соединений и концентрация их в пиве определяется составом сусла и штаммовыми особенностями дрожжей. Важное значение также имеют такие технологические параметры процесса, как температура и давление [99]. При этом первостепенное значение имеют такие параметры процесса, как концентрация растворенного в среде кислорода и массовая доля сбраживаемых сахаров в сусле [100].

 

Рисунок 1.9 Зависимость выхода биомассы от содержания сахара в солодовом сусле

 

Так, снижение концентрации сбраживаемых углеводов в сусле способствует увеличению прироста биомассы (рис. 1.9), что естественно приводит к уменьшению содержания спирта в пиве. Кроме того, увеличение расхода воздуха также способствует повышению прироста клеток (рис. 1.10).


 

Рисунок 1.10 Кривые роста дрожжей при разном расходе воздуха

 

В то же время, его излишнее количество приводит к увеличению окислительно-восстановительного потенциала, чрезмерному накоплению биомассы дрожжей, повышенному образованию продуктов метаболизма дрожжей, в частности органических кислот, что приводит к значительному увеличению кислотности пива (рис. 1.11).

 

 

Рисунок 1.11 Влияние интенсивности аэрации на кислотность пива

 

Таким образом, для уменьшения биосинтеза этанола необходимо снижать уровень сбраживаемых сахаров и увеличивать интенсивность аэрации сусла. При этом следует иметь в виду, что изменение метаболизма углеводов дрожжей влечет за собой изменение сенсорного профиля пива. В пиве возрастет концентрация органических кислот, таких как молочная, янтарная, щавелевоуксусная, лимонная (три последних являются промежуточными продуктами цикла трикарбоновых кислот). Также возрастёт количество высших спиртов и альдегидов, причем в последнем случае это связано со снижением активности алкогольдегидрогеназы, чувствительной к кислороду [92]. Естественно, что при увеличении расхода воздуха на аэрацию сусла возрастёт синтез диацетила. Следовательно, основной задачей при использовании данного метода является достижение определенного компромисса между синтезом биомассы и интенсивностью спиртового брожения.

Помимо вышеуказанных параметров, метаболизм дрожжей, а, следовательно, и синтез сенсорно значимых компонентов можно регулировать с помощью температуры и давления, как в процессе главного брожения, так и при дображивании.

Данный способ является одним из доступных способов приготовления безалкогольного пива при малых капиталовложениях. Но лишь воздействием на метаболизм углеводов при брожении с помощью разных параметров невозможно достичь желаемого результата. Так как, главным образом не количественный, а именно качественный состав вторичных продуктов гарантирует достижение высоких органолептических свойств продукта.

В последнее время уделяется большое внимание производству

безалкогольного пива. В связи с этим проводятся исследования с целью получения пива не только с низким содержанием алкоголя, но и с хорошими органолептическими характеристиками.

В этом направлении были выполнены исследования. Авторы пытались добиться поставленных задач либо с помощью физических методов, либо регулированием состава сусла при затирании, либо иммобилизованными дрожжами, но для получения высококачественного безалкогольного пива необходимо предпринять комплексные меры по улучшению органолептических показателей.

На основе теоретических данных, для приготовления безалкогольного пива технологическими методами были сделаны следующие выводы:

-начальная экстрактивность сусла должна быть относительно низкой;

-засыпь должна включать в себе карамельный солод;

-при затирании надо регулировать состав сусла, с помощью гидромодуля затора, pH, длительности температурных пауз и способа затирания;

-кипячение сусла должно быть достаточно долгим, чтобы из него успели испариться характерные для сусла ароматические вещества, особое внимание необходимо обратить на летучие карбонильные соединения (альдегиды), которые являются носителями суслового вкуса;

-должен быть правильно выбран штамм дрожжей по критерию образования побочных продуктов;

очень большую роль играет величина pH такого пива. При степени сбраживаемости 10 - 15% pH пива будет порядка 4,8 - 5,0, что способствует проявлению суслового вкуса. Во избежание этого, надо предпринимать меры для корректировки pH.




Дата: 2019-03-05, просмотров: 14.