Глава 8 состав и свойства пива

8.1. Состав пива

Состав пива определяет его физико-химические, физические, химические и органолептические свойства. Большая часть вещества пива присутствует в виде коллоидных растворов и только незначительная часть — в виде настоящих молекулярных растворов. По-другому можно сказать, что пиво состоит из метаболитов спиртового брожения и несброженных экстрактивных веществ. Эти вещества в комплексе определяют полноту вкуса пива. Он зависит от состава и экстрактивности зернопродуктов, степени сбраживания и других факторов. Готовое пиво содержит 2,5 – 5 % экстрактивных веществ. Их состав: 80 – 85 % сахаридов; 6 – 9 азотистых веществ; 5 – 7 глицерина; 3 – 4 минеральных веществ; 2 – 3 горьких, полифенольных и красящих веществ; 0,7 – 1 % органических нелетучих кислот; витамины и др.

Сахариды в пиве представлены декстринами (60 – 75 %),моносахарами, олигосахарами (20 – 30 %), пентозанами (6 – 8 %). Декстрины – это несбраживаемые остатки крахмала, другие углеводы — это мальтоза, мальтотриоза, глюкоза, фруктоза, галактоза, арабиноза, ксилоза, рибоза, изомальтоза, манноза, мальтотетраоза, мальто пентаоза, мальтогексаоза и т. п.

Большая часть пентозанов в пиве находится в виде частично раз рушенных, но относительно высокомолекулярных соединений. В 1 дм³ пива из высококачественного солода содержится до 310 — 350 мг пентозанов, количество же β-глюкана в разных сортах пива с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 12 % колеблется от 300 до 1200 мг.

Некрахмальные полисахариды и продукты их ферментативного гидролиза оказывают большое влияние на органолептические свойства пива, полноту его вкуса, качество и стойкость пены. Они делают горечь пива менее выразительной, способствуют растворению в нем углекислого газа.

Состав азотистых веществ готового пива: высокомолекулярные белки — 20 – 30 %, среднемолекулярные белки — 40 – 50, низкомолекулярные продукты расщепления белков, свободные аминокислоты, аммиачный азот – 10 – 30 %. Аминокислоты пива представлены пролином, γ-аминомасляной кислотой, β-аланином, фенилаланином, аспарагиновой кислотой, тирозином, валином (50 — 100 мг/дм³) и т. п.

Минеральные вещества пива представлены солями калия, натрия, фосфатами, силикатами. До 5 мг/дм³ содержится в пиве алюминия, бария, хрома, меди, железа, марганца, молибдена, свинца, олова, цинка и т. п.

Полифенольные вещества пива (150 – 300 мг/дм³) на две трети происходят из солода, остальные — из хмеля. Это — антоцианогены, в частности катехины и соединения, подобные лигнину, К ним относятся красящие вещества пива, такие, как флавоны, каротиноиды, флобафены. Неосновными красителями пива являются меланоидины.

Горькие вещества пива представляют собой изогумулоны (10 – 50 мг/дм³) различного строения.

На долю нелетучих органических кислот приходится 300 – 400 мг/дм³. Это лимонная, янтарная, яблочная, фумаровая, пировиноградная, левулиновая, α-кетоглутаровая, каприловая и другие кислоты.

Витамины пива состоят из витамина В (10 – 100 мкг), рибофлавина (120 – 1300 мкг), пиридоксина (300 – 900 мкг), никотинамида (10 – 500 мкг), пантотеновой кислоты (320 – 1100 мкг), инозитола (20 000 – 30 000 мкг) и др. Витамины в основном продуцируются дрожжами.

Основные метаболиты спиртового брожения являются летучими соединениями и определяют вкус и аромат пива. Это, прежде всего этиловый спирт, диоксид углерода и побочные продукты сбраживания — высшие спирты, альдегиды, органические кислоты, эфиры и т. п.

Этиловый спирт влияет на качество пива, в частности, повышает полноту его вкуса. Содержание спирта составляет 3,2 – 6,0 мас.% и зависит от степени сбраживания и сорта пива.

Содержание диоксида углерода в пиве находится в пределах 0,35 – 0,45 мас.%. Он придает пиву свежесть вкуса и тонизирующие свойства.

Количественный состав летучих ароматических веществ (всего 136 соединений) в пиве следующий: 6 углеводородов, 16 спиртов, 17 карбонильных соединений, 29 кислот, 15 органических оснований, включая аммиак, 33 сложных эфира и 20 различных соединений.

Углеводороды: 2-метил-бутен-(2), мирцен, фарнезен, кариофилен, изокариофилен, гумулен.

Спирты: метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, 2-бутанол, 2-метилбутанол, 3-метилбутанол, амилалкоголь, изоамилалкоголь, 3-пентанол, н-гексанол, β-фенилэтилалкоголь, глицерин, 2,3-дигидроксибутан.

Сложные эфиры: муравьинометиловый, муравьиноэтиловый, муравьиноизобутиловый, метилацетат, этилацетат, н-пропилацетат, н-бутилацетат, изобутилацетат, 2-бутилацетат, 2-метилбутилацетат, амилацетат, изоамилацетат, γ-гексилацетат, гептилацетат, β-фенилацетат, пропионовоэтиловый, пропионовоизоамиловый, масляноэтиловый, изомасляноэтиловый, изомасляно-2-мутилбутиловый, этилкапронат, н-амилкапронат, изоамилкапронат, 5-метилэтилкапронат, этилэнантат, этилкапринат, изоамилкапринат, каприновокислая соль метила, каприновокислая соль этила, ионет, ионет-9-карбонат этила, этилбензоат.

Сернистые соединения: диоксид серы, сероводород, метилмеркаптан, этилмеркаптан, 3-метил-2-бутан-1-тиол, диметилсульфид, тиоформальдегид, дитиоформальдегид, пропан-2-тиол.

Карбонильные соединения: формальдегид, ацетальдегид, пропиональдегид, бутиральдегид, изобутиральдегид, н-валеральдегид, изовалеральдегид, н-гептилальдегид, н-октилальдегид, ацетон, диацетил, диэтилкетон, 2,3-пентадион, 2-деканон, 3-деканон, 4-гектанон, 2-гектанон.

Кислоты: муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, изомасляная, валериановая, изовалериановая, каприновая, ундециловая, лауриновая, тридециловая, миристиновая, пальмитиновая, гексадеценовая, 4-метилвалериановая, капроновая, 2-гексеновая, 3-гексеновая, этановая, каприловая, пеларгоновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, бегеновая, церотиновая, фенилуксусная.

Другие соединения: 1,1-диэтоксиэтан, ацетоин, фуралфурилалкоголь, триптофол, тирозол, гидроксиметилфуран, фурилацетат, этиллактат, бензотиазол, β -декалактон.

Органические основания: аммиак, метиламин, диметиламин, этиламин, изопропиламин, н-пропиламин, н-бутиламин, изобутиламин, изомиламин, гексиламин, 1,3-диаминопептин, индол, этаноламин.

Заключение

8.2. Свойства пива

Потребительские свойства пива характеризуются прежде всего его органолептическими показателями: вкусом, цветом, ароматом, прозрачностью, пенистостью и стойкостью пены. Все эти показатели зависят от химического состава пива. Вкусовые, цветовые и ароматические особенности компонентов пива рассмотрены ранее.

Для характеристики качества пива пена имеет не менее важное значение, чем вкус и аромат. По современным представлениям пена — это дисперсная система, в которой роль дисперсной фазы играет углекислый газ, а дисперсионной среды — жидкость. Она рассматривается как система, состоящая из скрепленных между собой ячеек, стенки которых по своим механическим свойствам приближаются к твердому телу.

Пена как дисперсная система образуется в результате выделения из пива углекислого газа, пузырьки которого покрываются тонкой пленкой, содержащей поверхностно-активные коллоидные вещества. Пиво содержит не только достаточное количеств углекислого газа, но и многочисленные коллоидные компоненты, главным образом белки, хмелевые смолы, декстрины, гумми-вещества, пентозаны, меланоидины и т. д. Они способствуют образованию пузырьков пены, чем снижают поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение формируется благодаря поверхностной энергии этих макромолекулярных соединений, что отличает их от молекул не большого размера. Жидкая оболочка пузырьков, образующих пену, постепенно изменяется в более твердую за счет того, что адсорбирует новые частицы коллоидных веществ. Поэтому она имеет несколько иной химический состав, чем остальное пиво.

Стойкость пены является важным свойством пива и определяется по времени, за которое пена на поверхности распадается и исчезает. Она связана с явлением поверхностного натяжения. Пузырьки, образующие слой пены на пиве, более стойки, т. е. они позже лопаются при розливе пива.

Стойкость пены увеличивается также в результате присутствия коллоидных веществ с молекулярной массой выше 15 000. Коллоидные вещества с более низкой молекулярной массой не обладают таким влиянием.

При скоплении веществ, уменьшающих поверхностное натяжение на поверхности пива, уменьшается также давление газов над пивом и это благотворно действует на стойкость пены. На этот показатель положительно влияет также высыхание поверхностных пленок на пузырьках пены. Температура 10 °С считается для стойкости пены оптимальной. Отмечают, что следы ионов металлов, главным образом железа, тоже положительно влияют на стойкость пены.

Кроме компонентов, повышающих стойкость пены, пиво содержит вещества, которые ее снижают. К ним относятся молекулярно-растворимые поверхностно-активные вещества, неспособные образовывать пленку. Это прежде всего летучие продукты брожения, о которых известно, что до определенной концентрации они могут повышать стойкость пены, однако при превышении этой концентрации начинают ее снижать.

Таким образом, стойкость пены зависит от определенного равновесия стабилизирующих веществ, разрушающих пену. Наиболее стабилизирующее действие на пену оказывают белковые вещества, изо- -кислоты, ионы металлов, меланоидины. Последними соединениями объясняется лучшая пеностойкость темных сортов пива.

Белковые вещества и изо- -кислоты образуют стойкую пену лишь в комплексе друг с другом, а также с ионами металлов. Наличием комплексов протеозоизогумулоновых солей объясняется также образование «кружев» пены и ее прилипание к стенкам сосуда.

При анализе пива из пены обнаружено, что содержание в нем изогумулона в 2,6 – 0,5 раза больше, чем в оставшемся пиве, и в 1,5 раза больше, чем в пиве до образования пены. Содержание β -глюкана соответственно 50 и 49мг/100см³ пива. В составе пива, полученного из пены, обнаружены также танин, антоцианогены и другие полифенолы.

Проведено разделение белковых веществ, выделенных из пены, методом гель-фильтрации. Наибольшее влияние на пену оказывают азотистые вещества с молекулярной массой от 4600 до 60 000. По сведениям других авторов, эффективны в плане стабилизации пены белковые вещества с молекулярной массой до 100 000. При последующем гидролизе белковых компонентов пены образуется 17 аминокислот, из них наибольшее содержание составляет глутаминовая кислота.

Факторы, от которых зависит пеностойкость готового пива, можно классифицировать по положительному и отрицательному действию. Положительное действие на пеностойкость готового пива оказывает повышенное содержание в зерновом сырье гумми-веществ и растворимого азота, хорошее осветление сусла, повышенные температуры затирания, увеличение количества вносимого хмеля, высокая температура сушки солода, высокое содержание горьких веществ в хмеле, применение при кипячении сусла хмелевых экстрактов, использование при сбраживании флокулирующей расы дрожжей. Отрицательно влияют на пеностойкость пива такие характеристики сырья, как высокая β-амилазная и протеолитическая активность солода, высокое содержание коагулируемого азота, липидов. Неблагоприятное действие на пеностойкость напитка оказывает увеличение продолжительности кипячения сусла с хмелем, повышенная температура брожения, повышенная аэрация, увеличение нормы введения дрожжей, усиленный их рост. Отрицательно влияет также излишнее механическое воздействие на пиво, длительное его хранение, применение адсорбционных материалов для обработки готового пива.

Среди пеноингибиторов пива наиболее значимы липиды и липидсодержащие материалы. Однако ингибирующая способность липидов зависит не только от их количества, но также от качественного состава и физического состояния в среде.

При изучении действия отдельных фракций липидов на пеностойкость пива обнаружено, что только диглицериды показали заметную пеноингибирующую способность. Смесь фосфолипидов и триглицеридов (наиболее и наименее полярные липиды) отрицательно действовала на пену. Вместе с тем их фракции, добавленные в пиво раздельно, были «неэффективны». Для других возможных смесей только моно- и триглицериды, фосфолипиды и мопоглицериды ухудшали пепостойкость, но в гораздо меньшей степени.

Наибольшее отрицательное воздействие на пену оказывают не насыщенные кислоты: линолевая, пальмитолеиновая, олеиновая, линоленовая. Некоторые из этих кислот присутствуют в пиве в концентрациях, недостаточных для разрушения пены, однако не исключена возможность, что в суммарном количестве они могут значительно дестабилизировать пену. Поскольку жирные кислоты практически нерастворимы в воде, то они присутствуют в пиве в виде соединений с белками и другими веществами. Это в значительной мере нейтрализует вредное влияние жирных кислот на пену.

Из физических факторов на стойкость пены влияет вязкость пива. В пиве с более высокой вязкостью пузырьки углекислого газа поднимаются к поверхности медленнее и при этом в большей степени окружены веществами, повышающими стойкость пены.

На стойкость пены влияет размер пузырьков диоксида углерода. Давление углекислого газа внутри маленьких пузырьков выше, чем внутри больших. При равном их диаметре пузырьки сливаются, увеличивая свой объем, и лопаются (пена опадает). Однако определяющие стойкость пены размеры пузырьков до сих пор неизвестны.

Важным свойством пива является наличие окислительно-восстановительного потенциала. Отношение редуцирующих веществ к окисляющим, выражаемое как окислительно-восстановительный потенциал, сильно влияет на некоторые показатели пива. Высокий гН₂ действует на качество пива всегда отрицательно. Он прежде всего уменьшает его биологическую стойкость тем, что способствует размножению дрожжей и других аэробных микроорганизмов. Одновременно он снижает физико-химическую стойкость пива, ускоряя образование коллоидных помутнений. При высоком гН₂ наблюдается изменение вкуса главным образом при пастеризации; это особенно нежелательно для пива в бутылках. Однако поддержать гН₂ на уровне 9 – 11 (в конце дображивания, перед розливом и при розливе) без специальных технологических приемов трудно. Это связано с тем, что при растворении даже небольшого количества кислорода воздуха гН₂ пива возрастает до 18 – 22 и выше.

Отрицательное влияние кислород частично оказывает на некоторые группы редуцирующих веществ — акцепторов кислорода, предохраняющих пиво от окисления. При медленной реакции кислорода с редуцирующими веществами гН₂ постепенно начинает снижаться. Конечный гН₂ зависит от содержания в пиве как кислорода, так и редуктонов. Изменения гН₂ вызывают нестабильность окисленной формы редуктонов таким образом, что взаимное отношение окисленной формы к редуцированной смещается в пользу последней. На процесс изменения окислительно-восстановительного потенциала в разлитом пиве влияет, с одной стороны, температура, с другой — концентрация редуктонов, рН и каталитическое действие тяжелых металлов (меди и железа).

На качество разлитого пива наиболее положительно действуют быстроредуцирующие вещества. Их значение состоит в том, что они быстро связывают присутствующий кислород и тем самым защищают от окисления медленно реагирующие хмелевые смолы и полифенольные вещества, продукты окисления которых снижают стойкость пива. Поэтому пиво должно иметь высокое содержание этих веществ. И наоборот, вещества с сульфгидрильными группами отрицательно влияют на качество пива. В результате окисления сульфгидрильных групп образуются дисульфидные группы, молекулы полимеризуются, изменяются свойства и может появиться помутнение. Таким образом, пиво с высоким содержанием редуцирующих веществ, которые удерживают низкий гН₂ пива, может при высоких концентрациях кислорода быть качественно неполноценным.

Контрольные вопросы. 1. Что представляет собой пиво с точки зрения химического состава? 2. Какие основные компоненты входят в состав сухих веществ готового пива? 3. Какие показатели определяют свойства пива? 4. Какие факторы влияют на стойкость пены?