Изменение водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала

Процессы сбраживания сусла и дображивания молодого пива со­провождаются снижением pH до 4,4-4,6 при главном брожении и до 4,2-4,4 при дображивании. Сусло до введения в него дрожжей имеет pH 5,3-5,6. Снижение pH при сбраживании происходит вследствие образования диоксида углерода и органических кислот. Независимо от pH сусла молодое пиво всегда имеет pH в интервале 4,2-4,6, что связано с формированием в пиве в процессе сбражива­ния буферных систем, в первую очередь фосфатных. В ходе броже­ния система буферных веществ изменяется, с одной стороны, в ре­зультате потребления дрожжами фосфатов, с другой — вследствие образования органических кислот, которые в присутствии соответ­ствующих солей функционируют как буферы. Так, в интервале pH 4,0-5,0 буферные системы пива представлены глутаминовой и аспарагиновой кислотами, пептидами, содержащими эти кислоты, а также органическими кислотами. По мере снижения pH молодого пива его буферная емкость уменьшается.

Состав затора и способы затирания влияют на буферную ем­кость сусла. К ее увеличению приводит подкисление затора мо­лочной кислотой, а использование сахара заметно снижает. В пос­леднем случае получают пиво с более низким pH. В сусле с низким pH белки распадаются полнее и буферных веществ накапливается больше. При более высоком pH сусла протеолитический гидролиз белков происходит слабее и буферных веществ в сусле образуется меньше.

Снижение pH во время брожения способствует осветлению пива. С увеличением скорости размножения клеток кислотность при брожении нарастает быстрее. Это способствует флокуляции и седиментации дрожжей, что, в свою очередь, приводит к снижению интенсивности брожения.

При дображивании активная кислотность пива снижается не­значительно. Готовое пиво имеет pH 4,0-4,4. Более низкие значе­ния характерны для пива, инфицированного кислотообразующими бактериями.

Во время брожения одновременно со снижением pH уменьшает­ся окислительно-восстановительный потенциал, что также связано с жизнедеятельностью дрожжей. Они хотя и не выделяют в бродя­щее сусло заметных количеств растворимых редуцирующих ве­ществ, но тормозят окислительные процессы, быстро поглощая кислород. Сусло перед брожением имеет довольно высокий окис­лительно-восстановительный потенциал — около 20. Во время бро­жения в самом пиве какого-нибудь значительного исчезновения или образования редуцирующих веществ не происходит.

Добавление дрожжей в охлажденное сусло вызывает быструю ас­симиляцию растворенного кислорода дрожжевыми клетками. Не­которое окисление сусла при этом происходит, но основная масса кислорода затрачивается на обменные реакции в дрожжевой клет­ке. Таким образом, дрожжи являются защитной системой против окисления сусла во время брожения. Кроме того, выделяющийся в это время углекислый газ вытесняет кислород, что вместе с действи­ем низких температур замедляет окисление. Окислительно-восста­новительный потенциал по мере сбраживания веществ сусла пони­жается и постепенно достигает величины, близкой к 10.

При дображивании общая восстановительная способность пива достигает конечной величины. Под восстановительной способнос­тью подразумевают стойкость пива к изменению окислительно-восстановительного потенциала при окислении.

В готовом пиве формируются следующие окислительно-восста­новительные системы: ацетальдегид — уксусная кислота; этанол — ацетальдегид; молочная кислота — пировиноградная кислота; цистеин — цистин; глутатион восстановленный — глутатион окислен­ный; Сu⁺ — Сu²⁺; антоцианы: восстановленные — окисленные; катехины: восстановленные — окисленные.

КОЛЛОИДНЫЙ СОСТАВ ПИВА

Большая часть экстрактивных веществ присутствует в пиве в виде коллоидных растворов. Отдельные компоненты (белки, поли­фенолы, декстрины и пентозаны) имеют в растворах свойства лиофильных золей. Практически все они входят в состав коллоидного помутнения пива, в котором 40—76 % составляют полипептиды, 7—55 — полифенолы, 3—13 — полисахариды, 1—8 % — зольные остатки.

Макромолекулы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот не адсорбируют на своей поверхности газы или посторонние твердые вещества, но связывают ионы, а также образуют неподвижные вод­ные пленки толщиной всего в несколько молекул. Возникающие при этом оболочки из молекул воды и наличие зарядов в сильной степени повышают устойчивость макромолекул в растворе. Спо­собность липидных частиц оставаться неосажденными в водном ра­створе объясняется тем, что они покрываются белковой оболочкой, которая приобретает заряд и подвергается гидратации. Макромоле­кулы и крупные частицы с полярными поверхностями, легко гидра-тируемыми водой, являются гидрофильными, а частицы с неполяр­ными поверхностями — гидрофобными. Свойственная гидрофиль­ным веществам способность покрывать поверхность гидрофобных частиц в водных растворах называется защитным коллоидным дей­ствием.

Частицы лиофильных коллоидов имеют в нормальных условиях одинаковые электрические заряды, которые удерживают их рассе­янными в растворе благодаря взаимному отталкиванию. При рН пива коллоидные компоненты легко утрачивают свои заряды, глав­ным образом путем адсорбции веществ с противоположными заря­дами. Таким образом, частицы могут образовывать большие по раз­меру комплексы, в результате чего возникает видимое помутнение. Однако полное осаждение комплексов частиц может произойти только тогда, когда число частиц с разными зарядами будет одина­ковым. Кроме того, частицы некоторых коллоидов могут предохра­нять другие от осаждения. Это проявляется во взаимной адсорбции частиц с разноименными зарядами. В том случае, если заряд одной из частиц очень высокий, то его незначительное снижение не при­водит к осаждению.

Частицы лиофильных золей в дисперсионной среде, которой в пиве является вода, находятся в броуновском движении. Основным результатом этого процесса являются физико-химические, в том числе адсорбционные, превращения коллоидов, определяемые как старение. Постоянное движение увеличивает количество осевших коллоидных частиц, которые, агрегатируя и увеличиваясь, стано­вятся заметными невооруженным глазом. Пиво сначала опалесци-рует, затем в нем появляется помутнение и, наконец, более тяжелые частицы образуют осадок. Старение коллоидов в значительной мере ускоряют высокие температуры, поэтому разлитое пиво (в том

числе и пастеризованное) следует хранить при низкой температуре. Повышенная температура хранения способствует окислительным, полимеризационным процессам в пиве, усиливающим и ускоряю­щим помутнение.

Поскольку из внешних факторов на вероятность возникнове­ния помутнения наиболее сильно влияет температура, коллоид­ную стойкость пива снижает как пастеризация, так и хранение при высоких температурах. Наряду с указанными выше главными при­чинами образования коллоидных помутнений (старение, увеличе­ние частиц, окисление, полимеризация, адсорбция) при высоких температурах хранения происходят также образование нераство­римых высокомолекулярных полифенолов и дегидратация бел­ков, при этом образуются легко осаждаемые, денатурированные белки.

Одновременно изменяются вкус пива и его пенистость. Кроме температуры на изменение органолептических показателей влияют длительность хранения, перемешивание и действие света, а также общее содержание коллоидных веществ в пиве и размер их частиц, рН, содержание кислорода и тяжелых металлов.

Влияние перемешивания пива на помутнение на практике про­является главным образом при транспортировании его на дальние расстояния. Ускорение образования коллоидных помутнений при повышенной температуре или перемешивании используют для быстрого получения информации о прогнозируемой коллоидной стойкости пива. Для этого пиво испытывают на стойкость при пе­ремешивании или попеременном нагревании до высоких темпе­ратур и последующем охлаждении. Показателями коллоидной стойкости являются тест 2/1, холодная муть, танниновый показа­тель и др.

Вредное влияние света на пиво при хранении заключается в ка­талитическом ускорении под действием ультрафиолетовых лучей и теплоты окисления сульфгидрильных групп в полипептидах и по­лимеризации полифенолов. Действие света одновременно с кисло­родом при хранении приводит к изменению окислительно-восста­новительных условий в готовом пиве, которые играют существен­ную роль в превращениях коллоидов и образовании помутнений. С точки зрения коллоидной стойкости пива особое значение имеет окислительная полимеризация полифенолов, которая приводит к резкому увеличению их молекулярной массы, а затем и образова­нию сложных комплексных полифенолов с полипептидами, обла­дающих пониженной растворимостью. Кроме того, окисление по­лифенолов ухудшает вкус пива. В окислении полипептидных моле­кул, главным образом таких, в которых содержатся сульфгидриль­ные группы, участвует кислород. В результате окисления этих групп происходит укрупнение белковых молекул путем соединения не­скольких цепочек полипептидов дисульфидными мостиками и, как следствие, снижение их растворимости. Поэтому уменьшение окислительных процессов и пиве является важной технологической задачей, от успешного решения которой зависят в значительной мере качество и стойкость пива.

Образование коллоидных помутнений в пиве катализируют со­держащиеся в нем следы металлов, особенно усиливающееся при одновременном присутствии кислорода. Таким образом, основное значение в возникновении в пиве кол­лоидного помутнения имеют полипептиды и полифенолы.

51.РОЛЬ БЕЛКОВ В ОБРАЗОВАНИИ ПОМУТНЕНИЯ

Данные, полученные с помощью электронной микроскопии, гель-фильтрации, иммуноэлектрофореза, ультрацентрифугирова­ния и т. д., позволили сделать следующие выводы о роли отдельных азотистых соединений пива в образовании коллоидных помутне­ний:

состав полипептидов в помутнениях не является постоянным;

различие в азотистом составе помутнений — это следствие раз­личий в азотистом составе сырья, особенностях способов производ­ства пива и сроках его хранения;

высокомолекулярные полипептиды представляют собой основ-

ную азотсодержащую часть мути при холодном помутне­нии, они также входят в состав необратимого помутнения;

аминокислоты и низкомо­лекулярные пептиды непос­редственно не участвуют в об­разовании помутнений, но, взаимодействуя с различными полифенолами, могут привес­ти к их появлению.

Участие азотистых веществ пива в помутнении показано на рис.41.

РОЛЬ ПОЛИФЕНОЛОВ В ОБРАЗОВАНИИ ПОМУТНЕНИЯ

Как показано последними исследованиями, полифенолы пива играют основную роль в образовании коллоидного помутнения из-за своей более высокой химической реактивности, чем у поли­пептидов. Полифенолы при хранении пива подвергаются окисли­тельной полимеризации, катализируемой кислотами. Отношение общего количества полифенолов к количеству, низкополимеризо-ванных полифенолов называется степенью их полимеризации. Значением степени полимеризации можно охарактеризовать предрасположенность пива к помутнению. В процессе производ­ства пива в результате различных адсорбционных процессов кон­центрация полифенолов в нем снижается, а степень полимериза­ции постепенно возрастает. Это объясняется постепенно протека­ющей цепной полимеризацией присутствующих в сусле, в пиве полифенолов и их частичным осаждением на разных стадиях про­изводства.

Положительно влияют в готовом пиве на равновесие белков и полифенолов сильное выделение белков при кипячении сусла с хмелем, интенсивное сбраживание, продолжительная выдержка при низких температурах, предотвращение попадания кислорода при фильтровании пива и наличие в пиве редуцирующих веществ.

ПОЛИСАХАРИДНАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ФРАКЦИИ ПОМУТНЕНИЯ

Полисахаридная фракция коллоидного помутнения представле­на в основном глюкозными полимерами с примесью пентоз, имею­щих происхождение из некрахмалистых полисахаридов и крахмала. Глюкоза содержится в виде р-глюкана и декстринов, образовавших­ся из крахмала. Пентозы в помутнении — это продукты конденса­ции ксилозы, арабинозы и рибозы.

Продукты гидролиза гумми-вещества и гемицеллюлоз, проходя­щего при проращивании ячменя, в готовом пиве могут не только образовывать муть, но и оказывать на коллоиды стабилизирующее действие. Это обусловлено тем, что гумми-вещества, обладая коллоидными свойствами, обволакивают менее растворимые белково-полифенольные частицы, увеличивая их растворимость. При этом, если гидролиз гумми-веществ неглубокий, они плохо растворяются в сусле и пиве и могут выпасть в осадок, слишком же сильная сте­пень разрушения гумми-веществ приводит к потере коллоидных свойств и стабилизирующего действия. И в том и в другом случае получается пустое, водянистое и нестойкое пиво.

Таким образом, влияние гумми-веществ и гемицеллюлозы на стойкость пива и его качество обусловлено степенью их гидролиза при солодоращении под действием цитолитических ферментов прорастающего зерна.

Декстрины в пиве играют роль защитных коллоидов. Они силь­но гидратированы и поэтому относительно стойки. Декстрины ад­сорбируются с неустойчивыми коллоидными компонентами пива и тем самым удерживают их в растворе, отдаляя коллоидное помутне­ние. Защитное действие декстринов проявляется главным образом у темного пива, отличающегося относительно большим их содержа­нием, высокая коллоидная стойкость которого хорошо известна.

Из моносахаров в помутнении пива обнаружены в незначитель­ном количестве фруктоза, арабиноза, ксилоза,-рамноза.

Из ионов металлов в помутнении обнаружены ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cd²⁺, Al³⁺ и некоторые другие. Они могут катализировать кон­денсацию полифенолов и белков в присутствии кислорода, а также взаимодействовать с активными группами в полимерах, образуя ма­лорастворимые комплексы, вызывающие помутнения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: