Определение горьких веществ в пиве

Вкус пива относят к органолептическим показателям. Горький вкус пива вызван в основном горькими веществами хмеля, а также дубильными веществами как хмеля, так и оболочки солода и несоложенных злаков. Горькие вещества хмеля представлены мягкими и твердыми смолами. Мягкие смолы – это α–кислота (гумулон), β–кислота (лупулон), мягкие α– и β–смолы, γ–кислота (гумулион), σ–кислота (гулупон), а также β–фракция (сумма β–кислот и мягких смол). Твердые смолы разделяют на γ– и σ–смолы.

Среди горьких веществ наибольшая доля приходится на α–кислоту. При сушке и хранении хмеля она окисляется и полимеризуется с образованием мягкой α–смолы, а при более глубоком окислении – твердой смолы. При кипячении сусла α–кислота превращается в изо–α–кислоту, обладающую большей горечью и растворимостью в воде.

В составе β–кислот преобладает лупулон, который при кипячении сусла остается в хмелевой дробине. При окислении превращается в β–смолы, растворимые в сусле и пиве.

α-кислоты	изо–α-кислота
R: изобутил (гумулон); изопропил (когумулон); втор–бутил (адгумулон)

Растворимость мягких смол в сусле выше, чем кислот, из которых они образованы.

Твердые смолы, образующиеся при окислении кислот, обладают незначительной горечью, только σ–твердая смола имеет грубую горечь и хорошо растворима в сусле и пиве.

В процессе получения пива часть горьких веществ теряется из–за их адсорбции на дрожжах и при всплытии на пузырьках СО₂. Лишь 20–40 % исходных горьких веществ присутствует в пиве.

Растворителем горьких веществ в пиве так же, как и в сусле, служит хлороформ, причем надо отметить, что из всего комплекса горьких веществ α-горькая кислота (гумулон) при рН пива обладает наибольшей растворимостью и во много раз превосходит в этом отношении β-горькую кислоту (лупулон).

Оборудование:

колбы на 75, 100 и 1000 см³,

делительные воронки на 100 и 1000 см³,

центрифуга,

пипетка,

бумажный фильтр,

эксикатор,

сушильный шкаф.

Ход работы:

Пиво предварительно освобождают от главной массы углекислоты взбалтыванием и фильтрованием, для чего пиво в количестве 250-400 см³ наливают в колбу емкостью около 1 дм³ и при комнатной температуре взбалтывают его, закрыв горло сосуда ладонью и приоткрывая сосуд время от времени, пока прекратится ощущение давления изнутри. Непрозрачное пиво следует отфильтровать.

400 см³ (V) пива помещают в колбу со стеклянной притертой пробкой емкостью 750 – 1000 см³, подкисляют их 5 см³ 2% серной кислотой и добавляют 50 см³ хлороформа. Колбу подвергают энергичному встряхиванию в течение 30 минут, после чего переливают раствор в делительную воронку емкостью 500—750 см³ и дают в течение нескольких часов отслоиться водной части от хлороформенной. Для разрушения образовавшейся хлороформенной эмульсии ее подвергают центрифугированию в течение 10 – 15 мин. при 2000 – 3000 об/мин. Водную часть в центрифужных пробирках тщательно декантируют, а прозрачный хлороформенный экстракт, отстоявшийся на дне пробирок, отсасывают пипеткой, просовывая ее конец через слой светло-серой массы, скопившейся над хлороформом, и собирают его в делительную воронку на 80 – 100 см³.

После 5–10-минутного отстаивания хлороформенный слой собирают в колбочку емкостью 100 – 150 см³ с притертой стеклянной пробкой. В колбочку предварительно помещают около 15 г безводного сернокислого натрия для сушки хлороформенного экстракта. Содержимое колбочки в течение 5 – 10 минут перемешивают, после чего хлороформенный экстракт фильтруют через небольшой бумажный фильтр.

30 см³ (V₁) фильтрата отбирают пипеткой в предварительно взвешенную круглодонную колбочку емкостью около 75 см³. Хлороформ отгоняют под вакуумом на кипящей водяной бане до полного его удаления. Колбочку с остатком выдерживают 1 час в эксикаторе (лучше в вакуум-эксикаторе с водопоглощающим веществом) и взвешивают. Допускается отгонка хлороформа без вакуума на водяной бане при 65–70 °С; остаток в круглодонной колбе можно подвергать сушке в сушильном шкафу при 70 °С в течение 1 часа.

Анализ результатов:

Содержание горьких веществ (Х) в граммах в 1 дм³ пива находится по формуле:

где: m – вес остатка в колбе после отгонки хлороформа, в г;

V – объем пива, взятого для анализа, в см³;

V₁– объем фильтрата для анализа, в см³

Обычно в пиве содержится около 0,03-0,09 г горьких веществ в 1 дм³.

Аромат

Потенциальными стимулами обонятельной системы могут быть только летучие или легко испаряющиеся вещества. Следовательно, твердые и жидкие вещества, прежде чем вызвать обонятельное ощущение, должны перейти в газооб­разное состояние. Летучесть вещества является необходимым, но не достаточным условием стимуляции обонятельной системы, поскольку многие вещества (на­пример, вода), будучи летучими, лишены запаха. Чтобы проникнуть сквозь воднолипидный слой, покрывающий рецепторы запаха, потенциальные стимулы обонятельной системы должны быть также водорастворимыми и растворимыми в липидах (жирах).

Большая часть стимулов обонятельной системы принадлежит к органическим соединениям. При обычных условиях ни один из химических элементов, встреча­ющихся в природе в свободном состоянии в атомарной форме, не имеет запаха. Природные одоранты, как правило, — исключительно сложные по своему составу смеси химических соединений; природными источниками запахов явля­ются растения, гниющая органическая материя и железы внутренней секреции животных, вырабатываю­щие пахучие вещества.

Каждому продукту присущи индивидуальные, характерные только для него вкус и аромат. В их формировании принимают участие сотни гармонирующих друг с другом соединений, которые образуются в процессе роста растений, при получении пищевых продуктов под действием микроорганизмов или ферментов, при приготовлении пищи.

Хеннинг выделил шесть основных видов запахов: пряный, смолистый, цветочный, фруктовый, пригорелый и гнилостный (табл.7). При графической интерпретации данной классификации их располагают в шести вершинах трехгранной прямоугольной призмы. На ребрах располагаются промежуточные запахи между двумя основными, а на той или иной плоскости или внутри призмы - смешанные за­пахи нескольких или всех основных (рис.1).

Таблица 7.-Примеры душистых веществ, относящихся к условным типам Хеннинга

Рис. 1. Графическая интерпретация классификации запахов по Хеннингу

Классификация Хеннинга облегчает возможность передачи впечатлений, расширяет и уточняет расплывчатые оп­ределения. Следует отметить, однако, что, возможно, имеются запахи, которые не входят в классификацию Хеннинга.

Природные (натуральные) ароматизаторы и вкусовые добавки выделяют из фруктов, овощей и растений в виде соков, эссенций или концентратов. Ароматизирующими свойствами обладают эфирные масла, альдегиды, спирты, сложные эфиры и другие соединения.

Эфирные масла – это жидкие смеси летучих органических веществ. В отличие от жирных растительных масел, эфирные представляют собой многокомпонентные смеси летучих органических соединений (ароматических, алициклических и алифатических карбонильных соединений, спиртов, кислот, эфиров и т.д.), вырабатываемых в особых клетках различных растений и обусловливающих их запах. Химический состав эфирных масел представлен в основном группой терпенов (природных углеводородов с общей формулой (С₅Н₈)_n, среди них наиболее многочисленны монотерпены (С₅Н₈)₂ и сесквитерпены (С₅Н₈)₃), и их кислородсодержащих производных — терпеноидов.Монотерпеновые спирты (терпенолы) - важные компоненты эфирных масел, которые являются хорошими антисептиками. Терпенолы имеют цепь, состоящую из десяти атомов углерода, и гидроксильную группу, которая может находиться в любом месте этой цепи. Монотерпеновые спирты, содержа­щиеся в эфирных маслах, — линалоол, цитронеллол, гераниол, борнеол, ментол, нерол, терпинеол, ветиверол и цедрол — как правило, нетоксичны. Из содержащихся в живых растениях спиртов и кислот образуются сложные эфиры терпеновых спиртов. Чаще всего они присутствуют как микрокомпоненты, но даже в таких количествах отчетливо влияют на запах эфирного масла, усиливая его и придавая фруктовый оттенок. В состав эфирных масел входят также монотерпеноидные фенолы.

Ценность эфирных масел определяется обычно содержанием основных (одного или нескольких) компонентов, что обычно отражается в технических условиях на каждое эфирное масло. Так, лавандовое масло оценивается по содержанию в нем сложного эфира L-линалилацетата, розовое масло - по содержанию терпеновых спиртов (гераниола, цитронеллола, нерола). Ценность анисового и фенхелевого масел определяется содержанием анетола, а кориандрового - присутствием в нем линалоола.

Эфиромасличная флора насчитывает более 2000 видов растений, из них в нашей стране произрастает около 1000, однако промышленное значение имеют всего 150 - 200 видов. Большинство эфирных масел получают из тропических или субтропических растений, и лишь немногие (кориандр, анис, мята) культивируют в более умеренных широтах. Особенно богаты эфирными маслами многочисленные виды семейства губоцветных (мята, лаванда, шалфей, базилик, пачули и др.), а также зонтичные (анис, фенхель, тмин, кориандр, ажгон и др.). Эфирные масла в свободном состоянии или в виде гликозидов содержатся в листьях, стеблях, корнях, семенах, коре и древесине. Содержание эфирных масел в растениях колеблется в широких пределах: так, в цветах розы содержится 0,02 - 0,10% эфирных масел, а в почках гвоздики – 20 - 22%. Наибольшее количество эфирных масел накапливается в растениях в период цветения и созревания семян.

Называются эфирные масла, как правило, по видам растений, из которых они получаются (розовое, гераниевое, лавандовое и т.д.), реже - по главному компоненту (камфорное, эвгенольное, терпентинное).

Для выделения эфирных масел используют сырое (зеленая масса герани, цветы лаванды и др.), подвяленное (мята), высушенное (корни аира, ириса и др.), предварительно ферментированное (цветы розы, дубовый мох) сырье. В таких растениях, как горький миндаль, огурец, хрен или горчица, ароматические вещества содержатся в связанном виде. Чтобы высвободить их, необходимо сначала разрушить клеточную структуру этих растений и только потом извлекать ароматические вещества.

Эфирные масла представляют собой прозрачные, бесцветные или окрашенные (желтые, зеленые, бурые) жидкости с плотностью, как правило, меньше единицы. Они оптически активны, в большинстве своем нерастворимы в воде (образуют пленку на ее поверхности), хорошо растворимы в растительных маслах, под действием света и кислорода быстро окисляются, изменяя цвет и запах. В отличие от жирных растительных масел большинство эфирных масел испаряется, не оставляя "жирного пятна" на бумаге (за исключением масел, полученных прессованием).

Натуральные ароматизаторы извлекают физическими способами (прессованием, экстракцией, дистилляцией) из материалов растительного или животного происхождения. Сухие порошки растений (например, чеснока) получают удалением воды из исходного измельчённого растения или выжатого сока путём распыления или сублимации. По различным причинам производство пищевых продуктов с использованием только натуральных ароматизаторов невозможно, во-первых, из-за высокой стоимости исходного сырья, во-вторых, из-за ограниченности природных сырьевых ресурсов, в-третьих, из-за слабости или недостаточной стабильности натуральных ароматов. Решить эти проблемы помогают "идентичные натуральным" ароматические вещества.

Идентичный натуральному (ИН) означает "такой же, как природный". По составу основных ароматических компонентов и их химической структуре идентичные натуральным ароматизаторы полностью соответствуют природным. При этом часть компонентов или даже весь ароматизатор целиком получают искусственным путём. Химическим синтезом получают, например, ванилин, пара-оксифенил-3-бутанон (основной ароматообразующий компонент для ароматизатора малины). Оптимизацией и целенаправленным воздействием на ферментативные процессы и развитие определённых микроорганизмов получают, например, ароматы сыра, сливочного масла, горчицы, хрена. Коптильные ароматизаторы чаще всего являются результатом экстрагирования водой очищенного коптильного дыма с последующим концентрированием экстрактов.

Получают ИН ароматизаторы в несколько этапов. Например, сначала оптимизацией ферментативных процессов созревания мяса получают значительное количество предшественников мясных ароматов. Затем нагреванием (по аналогии с варкой и жарением) предшественники превращаются в мясные ароматы. Интенсивность у подобных продуктов в 20 - 50 раз выше, чем у получаемых традиционным способом мясопродуктов. Для большинства идентичных натуральным ароматизаторов характерна высокая стабильность, интенсивность и относительная дешевизна. Кроме того, ароматизаторы, идентичные натуральным, могут быть безвреднее натуральных.

Искусственные ароматизаторы содержат по меньшей мере одно искусственное вещество, которое в природе не существует. Его получают химическим синтезом. Искусственные ароматизаторы отличаются высокой стабильностью, интенсивностью аромата и дешевизной. Например, искусственным ароматизатором является арованилон (этилванилин), используемый пищевой промышленностью всего мира.

Сравнительно недавно появились порошковые ароматизаторы. Порошковые ароматизаторы - это те же жидкие ароматизаторы, нанесенные на порошкообразные носители: декстрины, модифицированные крахмалы, сахар, соль и др. Особенно удобно применение этих ароматизаторов в пищеконцентратной промышленности, в производстве чипсов, снеков, продуктов быстрого приготовления, продуктов экструзионной технологии.

На практике замена растительных специй соответствующими пикантными порошковыми ароматизаторами позволяет значительно снизить уровень микробиологической порчи продуктов и себестоимость готового продукта. В настоящее время на российском рынке представлен довольно широкий спектр жидких и порошковых ароматизаторов отечественного и зарубежного производства.

Преимуществами применения искусственных ароматизаторов по сравнению с растительными видами сырья является их микробиологическая чистота, отсутствие токсичных элементов, стабильность при хранении и длительные сроки годности, минимальные складские расходы и затраты при транспортировке, а также возможность точного, легко воспроизводимого дозирования. Ароматизаторы могут использоваться как дополнение к растительному сырью или полностью заменять его ароматические компоненты. Ароматизаторы выпускаются в виде жидкостей или порошков, иногда паст.

Широкое применение в пищевой промышленности нашли усилители вкуса и аромата. Известно, что свежие фрукты, овощи, мясо, рыба и другие продукты имеют ярко выраженный вкус и аромат. Это объясняется высоким содержанием в них нуклеотидов - веществ, усиливающих вкусовое восприятие путем стимулирования окончаний вкусовых нервов. В процессе хранения и промышленной переработки пищевого сырья количество нуклеотидов в нем уменьшается, что сопровождается потерей вкуса и аромата продукта. Поэтому возникает необходимость добавления этих веществ искусственным путем. Этот прием веками использовался в странах Дальнего Востока, но только в 1908 году было обнаружено, что компонент, используемый в Японии в качестве интенсификатора вкуса супов, соусов и прочих продуктов, представляет собой соль глутаминовой кислоты. В 1909 году стали производить усилители вкуса и аромата промышленно. Используемые в России усилители вкуса и аромата представлены в таблице 8.

В качестве усилителей вкуса и аромата наиболее широко используется глутамат натрия (1), а также рибонуклеотиды – смесь инозинатов (2) и гуанилатов (3).

НООС-(СН₂)₂-СН(NH₂)-COONa

Глутамат натрия

(1)

Инозиновая кислота (2)

Гуаниловая кислота (3)

Таблица 8.-Усилители вкуса и аромата, разрешенные к применению в Российской Федерации

Все усилители вкуса и аромата представляют собой белые кристаллические порошки, хорошо растворимые в воде. Рекомендуемая дозировка глутамата натрия - 0,4-0,5 %. "Вкусовая сила" инозината и гуанилата в десятки и сотни раз (соответственно) превышает "вкусовую силу" глутамата. Несмотря на это, по отдельности они используются редко. Применение находит их смесь, которую, в свою очередь, рекомендуется использовать вместе с глутаматом. При этом достигается наибольшая экономия за счет эффекта синергизма (взаимного усиления). Например, вместо 4,5 кг глутамата можно использовать 1 кг глурината - смеси глутамата, инозината и гуанилата в определенном соотношении.

Усилители вкуса и аромата, как правило, добавляют в продукт в смеси с другими порошкообразными компонентами или в виде водного раствора. Если продукт порошкообразный, например, суп быстрого приготовления, порошок усилителя смешивают с остальными компонентами. Если продукт содержит воду, усилители вкуса и аромата для более равномерного распределения можно вводить в виде раствора. Поскольку нуклеотиды и поваренная соль проявляют синергизм, дозировку соли при их использовании, как правило, уменьшают на 10%.

Усилители вкуса и аромата достаточно устойчивы в обычных условиях производства и хранения. Нуклеотиды разрушаются при нагревании в присутствии фосфатаз, особенно при высокой влажности продукта. Поэтому добавка нуклеотидов в продукты с сильной фосфатазной активностью (пшеничная мука, необезжиренная соевая мука, грибы) должна осуществляться после их тепловой обработки.

Мальтол и этилмальтол усиливают восприятие ряда ароматов (особенно фруктового и сливочного). Преимущественно их используют в сладких пищевых продуктах, но оба эти вещества могут улучшать вкус и аромат гастрономических продуктов. Например, в низкожирных майонезах они гармонизируют остроту и смягчают резкий вкус уксусной кислоты. Кроме того, мальтол и этилмальтол в количестве нескольких миллиграмм на 1 кг придают ощущение жирности низкокалорийным йогуртам, мороженому, майонезам; при этом вкус последних обогащается и гармонизируется.

Мальтол усиливает также ощущение сладости сахарина и цикламата и устраняет их нежелательный привкус. Аналогично мальтолу и этилмальтолу действуют производные фуранона и циклопентена.

Лабораторные работы

Получение мальтола

Мальтол (3-гидрокси-2-метил-4H-пиран-4-он) - пищевая добавка (E-636), усиливающая и модифицирующая вкус и аромат пищевого продукта.

Мальтол представляет собой кристаллический порошок от белого до грязно-белого цвета с характерным фруктово-карамельным запахом. Мальтол - ценный пищевой ароматизатор, относящийся к группе природных пиронов (кето- или оксопиранов), растворимый в горячей воде, хлороформе и других полярных растворителях.

Природным источником E-636 является молоко, жжёный сахар, солод, иглы хвойных деревьев, цикорий, хлебная корка, он также образуется при карамелизации сахара. Получают мальтол в результате щелочного гидролиза солей стрептомицина и из игл хвойных деревьев Мальтол практически нетоксичен (допустимая суточная норма 1400 мг/кг). Богатым источником мальтола служит хвоя пихты сибирской, в которой он содержится в количестве 1-2 %. Осваивается метод совместного получения из хвои сибирской пихты двух продуктов - пихтового эфирного масла и мальтола. Экстракция хвои после обработки эфирного масла горячей водой с последующей очисткой экстракта позволяет получить мальтол 95-96 % степени чистоты. Мальтол применяется в качестве усилителя сладкого вкуса и компонента ароматизаторов. Добавка E-636 обладает целым комплексом важных свойств. Мальтол используется в качестве стабилизирующей аромат добавки ко многим пищевым продуктам: эссенциям, шоколаду, хлебным изделиям, безалкогольным напиткам, фруктовым и овощным консервам, какао, чаю, кофе, а также табаку. В парфюмерии мальтол используют как душистое вещество, а также в сельском хозяйстве для ускорения прорастания семян. Мальтол способен усиливать действие ряда лекарственных препаратов, является антиоксидантом, обладает бактерицидным действием, проявляет фунгицидные свойства, радиозащитный эффект.

Оборудование:

электрический сушильный шкаф

весы лабораторные общего назначения

колбы

холодильник

аппарат Сокслета

термометры лабораторные на интервал температур 50 – 200 °С

цилиндры.

Ход работы: Способ 1. Хвою ели (500 г, содержание мальтола ~ 0,4 %) загружают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 120 °С до полного удаления из нее влаги. По завершении выдержки сырье измельчают в ступке и экстрагируют 200 мл воды в аппарате Сокслета в течение 4 часов. Водный экстракт концентрируют до общего объема в 20 мл, и мальтол выделяют при охлаждении раствора до 0 °С. Выпавшие кристаллы отфильтровывают и очищают повторной кристаллизацией из 10 мл воды. Выход 1-1,2 г бесцветного или розоватого вещества с фруктово-карамельным запахом; т. пл. 164 °С.

Рис.3

1 —т содержания масла в сырье. Хорошими ароматами обладают масло перечной мяты, анисовое, Рис.2.Схема установки для перегонки с водяным паром. 1 – нагревательное устройство, 2 – колба с водой, 3 – колба с обрабатываемым материалом , 4,5,6 – прямой холодильник, 7 – сборник дистиллята, 8 – подогреваемая водяная баня.

Способ 2. Высушенную и измельченную хвою ели помещают в колбу 3 (рис.2) и смачивают ее небольшим количеством воды. В колбу 2, снабженную предохранительной трубкой и трубкой для отвода пара, наливают воду и нагревают ее до кипения. Пары воды барботируются через сырье, загруженное в подогреваемую колбу 3, и конденсируются в прямом холодильнике 4, собираясь в стакане 7. Отгонку ведут в течение 2-3 часов. По завершении отгонки содержимое стакана 7 помещают в делительную воронку, нижний водный слой отделяют, а верхний, представляющий собой еловое масло, собирают. Водный слой упаривают до остаточного объема ~ 20 мл и охлаждают до 0 °С. Выпавшие кристаллы отфильтровывают и очищают перекристаллизацией из воды или сублимацией. Выход 1-1,2 г бесцветного или розоватого вещества с фруктово-карамельным запахом; т. пл. 164 °С.

Контрольные вопросы:

1. К какому классу соединений относится мальтол?

2. На чем основан принцип перегонки с водяным паром?

3. Что такое усилители вкуса?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: