Глава 7 коллоидная стойкость пива

До недавнего времени вопросам повышения коллоидной стойкости пива в отечественном производстве уделялось недостаточное внимание, поскольку из-за ограниченного объема производства и повышенного спроса пиво быстро реализовывали, что исключало необходимость его длительного хранения и транспортирования на значительные расстояния.

В связи со значительным увеличением выпуска пива все большее значение приобретает проблема повышения его коллоидной стойкости. Значительная часть веществ пива, обусловливающих его характерные особенности: вкус, прозрачность, способность к пенообразованию, игристость и т. п., находится в коллоидном состоянии. Для сохранения этих свойств пива до момента потребления необходимо, чтобы коллоидные системы находились в стабильном состоянии. При длительном хранении пива или его охлаждении до 0 °С в нем в результате нарушения физико-химического равновесия коллоидных компонентов образуется коллоидное помутнение. В отличие от биологического помутнения, при возникновении которого вкус пива заметно ухудшается, образование коллоидного помутнения сопровождается лишь небольшими вкусовыми изменениями. Однако потребители требуют пиво с хорошим блеском и считают слабое коллоидное помутнение признаком плохого качества пива. О нарушении равновесия коллоидных систем пива говорит появление вначале едва заметной вуали, усиливающейся до помутнения, и, наконец, образование осадка. Эти процессы вызывают изменение также вкуса, пенистости и других характерных свойств пива. Коллоидное помутнение может быть холодным и необратимым. Согласно определению Европейской пивоваренной конвенции (ЕВС), холодным или обратимым называют помутнение, образующееся при 0 °С и исчезающее при нагревании пива до 20 ⁰С. Помутнение, которое остается и после нагревания до 20 °С, определяется как необратимое.

7.1 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 гидратируемыми 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.

Коллоидные частицы в пиве имеют диаметр до 0,1 мкм. Поэтому они обладают большой поверхностью и в связи с этим значительной поверхностной активностью. Реактивность коллоидов по этой причине проявляется главным образом в процессах, которые протекают на граничной поверхности, например адсорбционных.

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 опалесцирует, 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 в 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. Каталитическое действие железа проявляется в количестве 5 мг/дм³, меди — 1 мг/дм³, олова — 0,1 мг/дм³. В присутствии этих металлов в пиве также активизируется молекулярный кислород. Поэтому в готовом пиве не должно содержаться железа более 1 – 3 мг/дм³, меди более 0,2 мг/дм³ и олова более 0,02 мг/дм³.

Таким образом, основное значение в возникновении в пиве коллоидного помутнения имеют полипептиды и полифенолы.

7.1.1. Роль белков в образовании помутнения

Данные, полученные с помощью электронной микроскопии, гель-фильтрации, иммуноэлектрофореза, ультрацентрифугирования, 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 основную 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 рисунке 41.

Рисунок 41 – Схема превращения азотистых веществ пива

Большей частью полипептиды пива состоят из денатурированных высокомолекулярных полипептидов или из небольших комплексов, образующихся в результате протеолиза. В состав этой фракции могут входть также протеины, содержащиеся в препаратах, которые были использованы в процессе производства пива и ферментов, экстрагируемых из дрожжей. В кислотном гидролизате полипептидов помутнения выделено 16 аминокислот, среди которых преобладают глутаминовая кислота, аланин, пролин и аспарагиновая кислота. Эти аминокислоты встречаются во всех фракциях ячменного белка.

Высокое содержание серы в помутнении (1,2 – 2,0 %) свидетельствует о присутствии веществ, происходящих из ячменного β-глобулина. Наличие в помутнении азотистых соединений, растворимых в этаноле, указывает на продукты расщепления гордеина. Все эти данные позволяют предположить, что полипептидная фракция коллоидного помутнения пива содержит компоненты всех белковых фракций исходного ячменя и солода: альбумина, β-глобулина, гордеина, глютелина.

Особого внимания среди них заслуживает β-глобулин. Он содержится в пиве в форме продуктов неполного распада, имеет довольно высокую молекулярную массу, заряжен положительно, содержит серу в виде активных сульфгидрильных групп, способную легко окислиться до дисульфидных групп, что приводит к резкому увеличению молекулярной массы белка. Условно реакцию можно представить так:

Окисленные соединения имеют уже отрицательный заряд и, в свою очередь, могут осаждать положительно заряженные белки.

Белки в пиве находятся в гидратированной форме и имеют небольшие электрические заряды. Изоэлектрическая точка этих белков находится в диапазоне рН от 4 до 5. Поэтому частицы белков в пиве легко утрачивают электрические заряды, но в коллоидном растворе их удерживает гидратация. Дегидратация, а затем и денатурация коллоидных частиц белков происходят при увеличении температуры или под действием содержащихся в пиве веществ, отнимающих воду, главным образом полифенолов. Денатурированные коллоидные белки в отличие от исходных легко образуют путем адсорбции нерастворимые соединения с другими белками, полифенолами, полисахаридами, в результате их частицы увеличиваются. Белковая фракция коллоидных помутнений пива содержит в качестве главного компонента высокомолекулярные пептиды с молекулярной массой 60000. Даже незначительное изменение количества белков этой фракции сильно влияет на стойкость пива. В холодное помутнение пива входят белки с молекулярной массой 10000 – 400000, которые богаты протеином и глутаминовой кислотой.

Именно пролин участвует в соединении мутеобразующего белка с полифенолами посредством водородной и гидрофобной связей, а не ионной.

7.1.2 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 низкополимеризовайных 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.

Мономерные полифенолы присутствуют в мути, но способность их влиять на образование помутнения незначительна. Полимеризованные полифенолы составляют 80 – 90 % в помутнениях, вызванных полифенолами. Полифеноловая фракция коллоидного помутнения содержит прежде всего антоцианогены, производные лигнина, димеры полифенолов, сложные эфиры простых фенолов. Такие полифенолы помутнения, как катехины и антоцианогены, попадают в пиво из солода и хмеля, а флаванолы — только из хмеля. Эти составляющие помутнения являются многочисленными и могут находиться в более или менее полимеризованном состоянии, иногда в, соединениях с различными сахарами.

Более 75 % антоцианогенов сусла не переходит в пиво. Они выпадают в осадок при охлаждении сусла под действием комплекса активных протеинов после химической или ферментативной окислительной полимеризации, а также в процессе кипячения сусла с хмелем при реакции с белками.

Сорт ячменя и область его произрастания оказывают доминирующее влияние на содержание полифенолов, в том числе танноидов в сусле. Танноиды в данном случае — это полифенольные вещества с молекулярной массой от 600 до 3000. При сравнении трех сортов ячменя с разным содержанием белка — 10,1; 10,8 и 13,9 % замечено, что: содержание полифенолов снижается при увеличении количества белка в ячмене (соответственно до 102, 122 и 86 мг/100 г сухого вещества). От влажности проращиваемого ячменя зависит увеличение степени растворения белка, а также повышение содержания полифенолов в сусле и пиве. Длительность проращивания также увеличивает содержание танноидов в пиве.

Сравнительный анализ концентрации фенольных веществ в ячмене и приготовленном из него солоде показал, что концентрация димеров катехинов при соложении остается неизменной, тогда как мономеров — падает на 40 – 70 %, что объясняется окислением этих соединений под действием полифенолоксидазы.

Содержание общих флавоноидов снижается по стадиям технологического процесса получения пива с 51,1 до 25 мг/дм³, причем если на стадии охмеленного сусла с 26,2 до 18,6 мг/дм³, то на последующих стадиях их содержание меняется незначительно и в готовом продукте достигает 14,1 мг/дм³. Коллоидная стабильность пива при хранении определяется содержанием простых флавоноидов и доступом кислорода при хранении, так как дву- и тримерные флавоноиды особенно легко окисляются.

При старении пива в помутнении возрастает содержание всех мономерных фенолов. В осадках мути обнаружены галловая, протокатеховая, n-оксибензойная, ванилиновая, хлорогеновая, кофеиновая, n-кумариновая кислоты, кверцетин и кемпферол.

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.

Мономеры полифенолов (катехина и лейкоантоциана) не дают прочных соединений с белками, так как водородная связь между ними непрочная, а окисленные формы (полимеризованные) образуются за счет донорно-акцепторной связи между карбонилами хинонов и свободными аминогруппами белков.

Катехины существуют в виде окисленных, конденсированных комплексов. По мере их конденсации увеличивается способность к реакции с белками, а именно к образованию водородных связей (межмолекулярных и внутримолекулярных). Они взаимодействуют также с синтетическими полимерами, легко окисляются и образуют комплексы с ионами тяжелых металлов.

7.1.3 Полисахаридная и неорганическая фракциипомутнения

Полисахаридная фракция коллоидного помутнения представлена в основном глюкозными полимерами с примесью пентоз, имеющих происхождение из некрахмалистых полисахаридов и крахмала. Глюкоза содержится в виде β-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 прирастающего 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 тёмного 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.

7.1.4 Механизм образования помутнения

Характерным для состава коллоидного помутнения готового пива является наличие не отдельных веществ, а их комплексов. Комплексы в помутнении возникают двумя путями:

• в результате электростатического взаимодействия противоположно заряженных частиц (полифенолов, белков, полисахаридов, ионов металлов);

• с помощью водородной связи между аминными, карбоксильными, карбонильными и другими группами веществ, входящих в состав пива.

Возникновению помутнения способствуют наличие заряда и большая молекулярная масса белков, полифенолов, полисахаридов пива. Наиболее высокомолекулярные конденсированные фенольные соединения легко взаимодействуют с белками с образованием труднорастворимых соединений, которые затем выпадают в осадок.

Стабильность коллоидов в пиве определяет прежде всего величина заряда молекул белков и полифенолов, а также рН сусла и пива. При низком значении рН заряд полифенолов уменьшается, что резко снижает и реакционную способность. Образующийся при диссоциации полифенолов фенолят-ион имеет отрицательный заряд, а большинство белков несут положительный заряд, обусловленный функциональными группами входящих в них аминокислот. Поэтому образование комплекса белков с полифенолами происходит в первую очередь в силу электростатических взаимодействий фенолят-иона с NH₃⁺.

Ионы металлов способствуют возникновению коллоидных помутнений следующим образом. Они присоединяются к полифенольным компонентам белково-полифенольных комплексов хелатной связью, образуя труднорастворимые металлополифенольнобелковые комплексы. После их осаждения, ионы металла могут частично отщепляться и в растворе снова вступать во взаимодействие с комплексами и т. д. Наибольшей способностью к образованию водородных как межмолекулярных, так и внутримолекулярных связей из всех коллоидов пива обладают полифенольные соединения. При этом водородные связи, как правило, возникают между кислородом пептидной связи в белках и водородом гидроксильной группы полифенолов. В результате такого рода взаимодействий коллоидные частицы укрупняются и в определенных условиях происходит их коагуляция. В ряде случаев между коллоидами пива могут возникать и более прочные ковалентные связи, особенно вероятные в присутствии кислорода в пиве.

Мономеры полифенолов (катехин и лейкоантоцианы) имеют молекулярную массу около 500 и не дают соединений с белками, поскольку энергия водородных связей мономерных полифенолов недостаточна для удержания молекул в комплексе с белками. По мере окислительной конденсации полифенолов мономеры образуют димеры, олигомеры и полимеры, параллельно усиливается их способность к образованию комплексов с белками. Дальнейшая полимеризация полифенолов приводит к образованию очень крупных молекул флобафенов и меланинов, которые становятся неустойчивыми в растворимом состоянии и выпадают в осадок. Процесс полимеризации полифенолов может происходить также без доступа воздуха — по механизму кислотного катализа в два этапа:

1. Окислительная полимеризация (реакция Дикса – Альдера)

К атехин дегидрокатехин;

л ейкоантоциан дегидролейкоантоциан;

л ейкоантоциан хинон.

2. Сополимеризация

Л ейкоантоциан + катехин + димер хинон + димер + тетрафлаван.

Таким образом, основная роль в образовании белково-полифенольных комплексов в пиве принадлежит продуктам конденсации лейкоантоцианов. Комплекс мономеров полифенолов с белками обратим, поскольку образован с помощью достаточно слабой водородной связи. Ахиноны связывают белок в необратимые комплексы благодаря донорно-акцепторной связи между карбониламихинонами и свободными аминогруппами белков. Поэтому мономеры полифенолов входят в состав преимущественно холодного помутнения, а конденсированные полифенолы — в состав устойчивого, необратимого помутнения.

Белковые компоненты в холодном помутнении состоят преимущественно из денатурированных высокомолекулярных полипептидов и белково-полифенольных комплексов, образованных ограниченным количеством водородных связей.

При увеличении числа этих связей, а также появлении ковалентных связей, характерных для взаимодействия с полифенолами, помутнение становится необратимым. В холодном помутнении содержатся пептиды, происходящие в основном из спирторастворимых белков. Поэтому в первом случае нагревание разрушает комплексы и помутнение исчезает (холодное помутнение), а во втором случае этого не происходит.

Таким образом, между холодным и устойчивым помутнением по составу нет существенной разницы. Холодное помутнение является частью субстанции устойчивого помутнения.

Лекция 9

7.2 Факторы, влияющие на коллоидную стойкость

Коллоидную стойкость пива можно повысить двумя путями: технологическими приемами и стабилизацией состава сусла, молодого и готового пива.

В первом случае стойкость готового напитка будет определяться качеством используемого сырья, особенностями его переработки, технологическими параметрами ведения как солодоращения, так и пивоварения. Повлиять на коллоидную стойкость пива в определенной степени можно, регулируя параметры получения сусла и его сбраживания.

Вместе с тем существенно повысить коллоидную стойкость пива можно лишь применением специальных приемов обработки сусла и пива.

7.2.1 Особенности переработки сырья

Применение ячменя, не соответствующего требованиям пивоварения, затрудняет его переработку, снижает качество пива и его стойкость. Наиболее важными показателями, определяющими высокое качество и стойкость пива, являются прорастаемость зерна, содержание в нем белка, пленчатость зерна. Пивоваренный ячмень имеет следующие параметры: прорастаемость — не менее 96%, крупность — 80 %. содержание белка — не выше 11%, экстрактивность — не менее 78 % на абсолютно сухое вещество, пленчатость зерна — не более 9 % по массе.

Весь поступающий на хранение ячмень необходимо подвергать,. первичной очистке. Зерно хранят раздельно в зависимости от влажности (до 14 и выше 14 %), биологических сортов и районов произрастания с учетом сроков послеуборочного созревания.

В качестве несоложеного сырья можно применять обезжиренную кукурузную крупу, сахар-сырец, ячмень, рис, пшеницу. Не рекомендуется использовать мелкий ячмень.

При производстве пива с повышенной стойкостью необходимо подбирать хмель с содержанием α-горькой кислоты не менее 3,5 % массы урожая текущего года.

В используемой для затирания зернопродуктов воде отношение концентрации ионов кальция к общей щелочности должно быть больше или равным единице. Такой состав воды способствует созданию оптимальных условий для действия в заторе гидролитических ферментов, повышению их термостабильности, более полному выделению белково-полифенольных соединений при кипячении сусла с хмелем, брожении и дображивании пива, а также повышению биологической и коллоидной стойкости готового напитка.

Для сортировки ячменя рекомендуется установить плоские рассевы. Если замачивать ячмень без достаточной сортировки, зерно необходимо подвергать аэрации. В районах с низкими температурами целесообразно в зимнее время создать суточный запас ячменя в закрытых помещениях для повышения температуры зерна.

Чтобы оптимизировать процесс замачивания, в течение года следует иметь достаточный дебит воды с температурой 12 – 14 ⁰С. При замачивании ячменя рекомендуется сократить продолжительность пребывания зерна под водой и увеличить воздушные паузы, при этом соотношение водных пауз должно быть в пределах 1:1,5 при воздушно-водяном способе замачивания. Целесообразно применять воздушно-оросительный способ замачивания. Степень замачивания ячменя должна быть не менее 43 – 44 %. При переработке высокопленчатого ячменя и повышенном содержании в нем полифенолов хорошие результаты дает использование щелочной замочки: 3 – 4 часовая выдержка ячменя в 0,2—0,3 %-ном растворе NaOH.

Особое внимание должно быть обращено на нормальную работу солодоворошителей и камер кондиционирования воздуха; оборудованных надежно работающими форсунками и паровыми калориферами для подогрева воздуха в зимнее время и охлаждения его холодной водой в летнее. Относительная влажность воздуха, подаваемого на солодоращение, должна быть не менее 95 %. Лучшие результаты по накоплению в зерне ферментов и степени белкового и цитолитического растворения солода достигаются при низких (15 – 16 °С) температурах во второй фазе ращения. Для поддержания оптимального влагосодержания (45 – 46 %) слой зерна при проращивании орошают водой.

Продувание воздуха в процессе проращивания должно быть интенсивным, особенно в первые дни, чтобы поддерживать в межзерновых пространствах концентрацию СО, не более 0,5 %. Сокращение продолжительности ращения солода возможно только при обеспечении оптимального влагосодержания в течение всего процесса и достаточного количества кондиционированного воздуха для создания требуемого температурного режима. Сушку солода проводят при температуре не более 50 °С до достижения влажности 10 – 12 %. Повышение начальной температуры возможно только при повышенном расходе воздуха. Химическую фазу сушки солода необходимо осуществлять при температуре 85 ⁰С в течение 4 ч, что способствует усилению степени коагуляции в солоде высокомолекулярных белковых соединений.

Для оценки качества готового солода помимо стандартных показателей целесообразно дополнительно определять степень растворения эндосперма и конечную степень сбраживания сусла.

Важно стремиться к получению солода с разницей степени растворения не более 25 % и конечной степенью сбраживания 78 – 80 %.

Переработка солода, не отвечающего приведенным выше требованиям, вызывает затруднения в получении сусла необходимого качества и пива с высокой степенью сбраживания, что обеспечивает высокую коллоидную стойкость пива.

Пивное сусло, предназначенное для приготовления непастеризованного пива повышенной стойкости, должно характеризоваться определенным составом углеводов и азотистых веществ, хорошим осветлением и охлаждением перед брожением, что в значительной степени предопределяет нормальное ведение процессов брожения, выдержки и фильтрования пива.

Сильно измельченная оболочка и высокое содержание муки в видр пудры в помоле зернопродуктов удлиняют процесс фильтрования затора и затрудняют промывание дробины, что приводит к переходу в сусло и затем в пиво веществ, ухудшающих его вкус и снижающих стойкость.

Хмель при кипячении сусла вносят в 3 – 4 приема в зависимости от качества хмеля и сусла. Кипячение сусла с хмелем должно быть интенсивным, количество испаряющейся воды в течение 1 ч должно составлять 6 – 8 %. При этом коагуляция белков и хлопьеобразование должны быть ярко выражены, сусло должно быть прозрачным, с блеском. Плохая коагуляция белков является следствием нарушения режима фильтрования затора, неполного осахаривания сусла и недостаточной интенсивности его кипячения. Показателями сусла хорошего качества являются полное осахаривание по йодной пробе, конечная степень сбраживания 78 – 80 %, содержание аминного азота 25 – 30 мг/100 см³.

Для обеспечения лучшего физиологического состояния дрожжей, отделения взвесей и достижения глубокого сбраживания сусла; аэрацию сусла проводят при охлаждении до содержания в нем кислорода 5 – 6 мг/дм³. Для сбраживания целесообразно применять штаммы дрожжей с высокой бродильной активностью, повышающих степень сбраживания сусла.

Главное брожение по традиционной технологии рекомендуете вести по холодному режиму при температуре не выше 8,5 °С и охлаждать молодое пиво с интенсивностью не более чем на 1 ⁰С в сутки до достижения температуры передачи пива в аппараты дображивания 5 °С. Для насыщения пива С0₂, максимального выделения белков, полифенольных веществ и снижения остаточного количества сбраживаемых углеводов проводят интенсивное дображивание молодого пива, его стабилизацию при температуре не более 1 ⁰С в конце процесса дображивания при постоянном давлении 0,05 – 0,06 МПа.

Снижение видимого экстракта при дображивании должно быть не менее 0,6 – 0,8 %. Разница между степенью сбраживания в молодом пиве и конечной степенью сбраживания готового пива должна быть не более 5 – 6 %. Минимальная разница между этими показателями способствует повышению стойкости пива.

Фильтровать пиво лучше на кизельгуровых фильтрах, обеспечивающих хорошее отделение белковых взвесей и коллоидных частиц, удаление микрофлоры и в результате этого повышение стойкости пива.

Желательно дополнительно фильтровать пиво на осветляющем и обеспложивающем картонном фильтре. Необходимо устранить возможность поглощения пивом кислорода воздуха во время перекачки. Для этого трубопроводы и шланги до поступления пива заполняют водой, аппараты с пивом подключают к фильтрам только через смесители с кранами или клапанами для выпуска воздуха.

Фильтрованное пиво должно содержать С0₂ не менее 0,4 % по массе. При низком шпунтовом давлении менее 0,04 МПа и температуре 1 – 2 °С следует проводить карбонизацию пива диоксидом углерода, отвечающего высшей категории качества (99,80 % С0₂).

Технологическими факторами, влияющими на возникновение коллоидного помутнения в готовом пиве, являются состав сусла, рН, температура, наличие кислорода, перемешивание и т. п.

7.2.2 Водородный и окислительно-восстановительный потенциалы

Исследованиями с участием автора показано влияние рН сусла на показатели, косвенно характеризующие стойкость готового пива к коллоидному помутнению (таблица 38)

Таблица 38 – Влияние рН сусла на показатели коллоидной стойкости молодого и готового пива

Показатель	Н сусла	Молодое пиво	Продолжительность дображивания, сут
			14	21 (готовое пиво)
Холодная муть, ед. оптической плотности	5,6	0,66	0,55	0,42
	5,2	0,58	0,49	0,34
	4,8	0,49	0,47	0,30
Содержание полифенолов, мг/дм3	5,6	336,2	311,6	302,8
	5,2	295,2	287,0	271,3
	4,8	262,4	254,2	249,6
Танниновый показатель, ед. оптической плотности	5,6	0,64	0,42	0,37
	5,2	0,60	0,36	0,31
	4,8	0,57	0,33	0,29
Общее содержание коллоидов, г/дм3	5,6	15,96	13,29	12,69
	5,2	13,52	12,44	11,96
	4,8	11,68	10,45	10,10

Из данных таблицы 38 видно, что все показатели коллоидной стойкости в молодом пиве, полученном из сусла с рН 5,2 и 4,8, ниже, чем в образце сусла с рН 5,6. Например, в образце с рН 5,6 показатель холодной мути на 13,8 % выше, чем в образце с рН 5,2, и на 26 % выше, чем в образце с рН 4,8. В образце молодого пива с рН 4,8 коллоидов содержится на 12 % меньше, чем в образце с рН 5,6. В процессе дображивания эти показатели снижаются. В готовом пиве самые низкие показатели коллоидной стойкости имеет образец с рН 4,8, В нем общее содержание коллоидов на 25,6 % ниже, чем в образце с рН 5,6, и на 18,3 % ниже, чем в образце с рН 5,2. Танниновый показатель в образце с рН 4,8 ниже, чем в образцах с рН 5,6 и 5,2, на 21,6 и 9,4 % соответственно.

Таким образом, при уменьшении рН сусла вероятность образования коллоидного помутнения в пиве уменьшается. Лучшие показатели коллоидной стойкости имеет пиво, полученное при сбраживании сусла с рН 4,8. Полученные данные можно объяснить с точки зрения особенностей протекания процессов главного брожения. При сбраживании сусла с более низким, чем обычно, рН более интенсивно укрупняются коллоидные компоненты, что способствует коагуляции и выпадению их в осадок в пиве.

В ранее проводимых исследованиях установлено, что понижение окислительно-восстановительного потенциала начального сусла интенсифицирует процессы сбраживания. Исследованиями автора установлено влияние ОВП сусла на коллоидную стойкость пива. Снижение гН₂ сусла проводили молекулярным водородом до значений 17 (контрольный) и 13,3, так как известно, что снижение гН₂ до 12 – 13 создает благоприятные условия для жизнедеятельности дрожжей. Результаты исследования приведены в таблице 39.

Таблица 39 – Влияние гН₂ сусла на показатели коллоиднойстойкости молодого пива

Показатель	rH2
	17	13,3
Холодная муть, ед. оптической плотности	0,63	0,55
Содержание полифенолов, мг/дм3	352,6	311,6
Танниновый показатель, ед. оптической плотности	0,59	0,51
Общее содержание коллоидов, г/дм3	15,73	12,83

Данные таблицы 39 свидетельствуют, что показатели коллоидной стойкости в образце сусла с гН₂ 13,3 ниже, чем в образце с гН₂ 17. Значение холодной мути в образце с гН₂ 13,3 ниже на 14,5 %, содержание полифенолов — на 12 %. Танниновый показатель в этом образце на 14 % ниже, чем с гН₂ 17. Общее содержание коллоидов в образце с гН₂ 17 выше на 18,5 %.

Таким образом, при понижении гН₂ сусла до 12 – 13 склонность готового пива к образованию коллоидного помутнения снижается..

7.2.3 Раса дрожжей

В живой дрожжевой клетке происходят разнообразные процессы, направленные на поддержание ее жизнедеятельности. При отмирании клетки согласованность этих процессов нарушается, начинается автолиз. Он характеризуется выделением в среду целого ряда веществ — продуктов распада белков (пептидов и аминокислот), пуриновых и пиримидиновых оснований, различных витаминов и ферментов.

Влияние автолиза на качество пива зависит от его интенсивности. При незначительном автолизе во время брожения или дображивания в пиве появляется дрожжевой привкус.

При сильном автолизе дрожжей пиво приобретает выраженный посторонний привкус. Выделяющиеся из сильно автолизованных клеток протеолитические ферменты расщепляют белки пива, снижая коллоидную стойкость и ухудшая вкус напитка.

Автолиз дрожжевых клеток является не единственным фактором, зависящим от расы дрожжей и влияющим на стойкость готового пива. Определенная роль в этом принадлежит также продуктам, выделяющимся из дрожжевых клеток в результате их нормальной жизнедеятельности: фосфатам, аминокислотам, пептидам, нуклеиновым кислотам. Количественный состав метаболитов дрожжей в пиве во многом определяется используемой расой.

Результаты исследований автора по влиянию различных рас пивоваренных дрожжей на отельные показатели, характеризующие коллоидную стойкость молодого и готового пива, представлены в таблице 40.

Таблица 40 – Показатели стойкости молодого и готового пива, полученного с использованием различных рас пивоваренных дрожжей

Pаса дрожжей	Массовая доля спирта, %		Н	Танниновый показатель, ед. оптической плотности	Тест 2/1, ед. ЕВС*	Холодная муть, ед. ЕВС	Фракционный состав белков по Лундину, мг/100 см3 пива
							Общий азот	Фракция А		Фракция В
Молодое пиво
Сусло без дрожжей	–	5,60		0,57	8,42	6,37	107,70		31,60	11,90
11	3,07	4,66		0,47	5,05	3,50	76,30		19,40	17,70
8а(М)	2,89	4,64		0,40	3,91	2,37	71,05		16,85	21,35
F	3,03	4,66		0,46	3,83	2,05	76,65		18,42	23,52
Р	2,03	4,70		0,49	3,73	2,98	78,40		21,50	13,59
776	2,72	4,71		0,48	4,93	2,79	82,30		22,72	22,62
41	2,71	4,70		0,45	4,06	2,24	84,35		30,59	12,86
44	2,58	4,68		0,40	4,17	1,83	77,35		22,69	11,35
S-Львовская	2,67	4,62		0,43	4,03	1,93	71,75		16,65	13,66
Готовое пиво
11	3,28		4,22	0,34	2,7	1,37	70,70		12,46	19,79
8а(М)	3,08		4,20	0,28	1,9	1,54	69,30		15,10	22,10
F	3,33		4,20	0,31	2,4	1,47	66,50		12,74	13,07
Р	3,13		4,26	0,32	3,0	2,59	76,30		20,80	12,57
776	3,01		4,24	0,32	2,1	1,55	66,90		17,17	13,53
41	3,01		4,24	0,34	3,8	2,16	77,00		26,82	8,84
44	2,88		4,24	0,29	2,0	2,47	72,80		17,30	12,20

* Ед. ЕВС — единицы по системе Европейской пивоваренной конвенции.

Танниновый показатель во всех образцах в процессе брожения уменьшается. Характерно, что молодое пиво, полученное сбраживанием сусла дрожжами рас 8а(М), F, 44, имеет минимальное значение таннинового показателя по сравнению с другими образцами. Использование для сбраживания рас дрожжей 11, 41, S-Львовская позволяет получить молодое пиво со средней величиной таннинового показателя, в то время как для расы 776 значение его наибольшее. В ходе дображивания во всех вариантах танниновый показатель изменяется незначительно.

Общая тенденция изменения этого показателя остается такой же, как при главном брожении, и, судя по его значениям, наиболее стойкое пиво может быть получено при использовании для сбраживания рас дрожжей 8а(М), 44, S-Львовская.

По мнению многих исследователей, наиболее адекватные результаты о состоянии коллоидных систем пива и склонности его к помутнению дают методы, основанные на измерении холодного помутнения. По данным табл. 40 можно сказать, что показатель холодной мути в молодом пиве для всех образцов уменьшается по сравнению с исходным суслом в 1,5 – 3 раза. Снижение показателя холодной мути в молодом пиве, полученном при сбраживании сусла интенсивно размножающимися дрожжами, меньше. Однако в процессе дображивания наряду с общим уменьшением показателя холодной мути характер изменения этого показателя для отдельных рас дрожжей различен.

Так, готовое пиво, полученное с использованием рас 11, 8а(М), отличается наименьшими значениями анализируемого показателя, а для рас дрожжей 776, 44, 41, F, S-Львовская показатель холодной мути в готовом пиве имеет максимальное значение. Аналогичная зависимость наблюдается и при оценке молодого и готового пива на тест 2/1.

Полученные данные позволяют сделать вывод, что интенсивное размножение дрожжей на стадии главного брожения при использовании традиционной технологии не будет ухудшать стойкость пива.

Характер изменения содержания общего азота и фракции А в молодом и готовом пиве во всех вариантах одинаков. Образцы молодого и готового пива, полученные с использованием рас 11, 8а(М), F, S-Львовская, содержат наименьшее количество как общего азота, так и высокомолекулярной фракции А, ответственной за образование коллоидного помутнения. При этом четкой зависимости между активностью внеклеточных протеолитических ферментов различных рас дрожжей и содержанием в молодом пиве высокомолекулярной фракции А не наблюдается.

Однако существует определенная взаимосвязь между содержанием спирта в молодом и готовом пиве, с одной стороны, и стойкостью готового пива к помутнению — с другой. Для образцов пива с меньшей склонностью к коллоидному помутнению отмечено наименьшее значение рН и наибольшее содержание спирта по сравнению с другими образцами. Результаты по влиянию рас дрожжей 11 и 776 на отдельные качественные характеристики пива приведены в таблице 41.

Таблица 41 – Влияние рас дрожжей на качественные показатели молодого и готового пива

Показатель	Сусло	Раса дрожжей
		11		776
		Молодое пиво	Готовое пиво	Молодое пиво	Готовое пиво
Массовая доля сухих веществ, %	11,05	6,11	5,39	6,39	5,57
Титруемая кислотность, см3 NaOH 1 М/дм3 на 100 см3 сусла	2,25	2,64	2,71	2,58	2,61
рН	5,50	4,45	4,41	4,50	4,45
Общий азот, мг/100 см3	87,61	62,80	49,74	63,80	49,06
Фракции белкового азота, мг/100 см3:
А	18,98	14,87	10,63	15,23	11,4
В	14,07	9,99	5,37	8,95	5,82
С	54,56	37,94	31,56	39,62	32,48
Танниновый показатель, ед. оптической плотности	0,47	0,36	0,25	0,38	0,27
Предел осаждения, см3	4	5	5	4	4
Пеностойкость, мин	—	—	4,30	—	4
Пенообразование, мм	—	—	30	—	35
Прирост биомассы дрожжей, г сухих дрожжей на 100 см3 сусла	—	0,245	—	0,231	—

Из данных таблицы 41 видно, что качественные показатели молодого и готового пива, полученного при использовании рас 11 и 776, несколько различаются. Молодое пиво, полученное при сбраживании сусла расой 11, более глубоко выброжено, имеет более низкие значения общего азота, таннинового показателя, более высокий предел осаждения, а также характеризуется меньшим содержанием высокомолекулярной белковой фракции.

При дображивании происходит некоторое сглаживание имеющихся в молодом пиве различий исследуемых образцов. В ходе дображивания показатели содержания в пиве сухих веществ для обоих вариантов приближаются друг к другу, в меньшей степени разнятся значения содержания в них средне- и низкомолекулярных белковых фракций.

Однако образец пива, полученный сбраживанием сусла дрожжами расы 776, по всем показателям, характеризующим склонность пива к коллоидному помутнению, уступает образцу, полученному с использованием расы 11. Тот факт, что в молодом пиве, сброженном расой 776, наблюдается высокое содержание белковых веществ, в определенной степени может быть связан с меньшим накоплением биомассы в процессе главного брожения по сравнению с токовым для расы 11.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что сбраживание сусла расами дрожжей 11,8а (М) и F позволяет получить по традиционной технологии пиво с меньшей склонностью к коллоидному помутнению.

7.2.4 Тепловая активация дрожжей

Тепловая активация дрожжей перед сбраживанием является эффективным приемом интенсификации получения пива. Автором на примере расы 11 изучено влияние тепловой активации дрожжей на коллоидную стойкость пива (таблица 42).

Таблица 42 – Влияние тепловой активации дрожжей расы 11 на коллоидную стойкость пива

Показатель	Вариант	Исходное сусло	Продолжительность брожения, сут		Молодое пиво	Готовое пиво
			1	2
Танниновый показатель, ед. оптической плотности	Контроль	0,36	0,35	0,33	0,29	0,28
	Опыт	0,36	0,31	0,29	0,27	0,26
Холодная муть, ед. ЕВС	Контроль	6,19	4,33	2,82	2,20	2,16
	Опыт	6,19	4,54	3,28	2,60	2,09
Тест 2/1, ед. ЕВС	Контроль	21,66	16,5	10,7	4.41	3,65
	Опыт	21,66	16,94	12,0	5,48	3,48

В процессах главного брожения и дображивания наблюдается значительное уменьшение таннинового показателя, который в опытном образце молодого пива меньше, чем в контрольном, по этому показателю стойкость пива в первом случае должна быть выше. При дображивании характер изменения таннинового показателя остается прежним — в обоих случаях он снижается. Величина показателя холодной мути во всех образцах в процессе сбраживания плавно уменьшается. Однако этот показатель в опытном образце несколько выше, чем в контрольном, в процессе всего главного брожения, но в ходе дображивания показатели холодной мути в обоих образцах приобретают близкие значения, а в опыте становятся даже несколько меньше. Содержание высокомолекулярных белковых веществ в ходе главного брожения и дображивания находится в прямой зависимости от активности внеклеточных протеолитических ферментов дрожжей (см. табл. 42). Максимальная активность дрожжей совпадает с минимальным содержанием в бродящем сусле высокомолекулярной белковой фракции А, во многом определяющей коллоидную стойкость готового пива. Таким образом, на изменение азотистого состава сусла при сбраживании существенное влияние оказывают протеолитические ферменты дрожжей. А поскольку азотистый состав молодого пива определяет возможность возникновения в готовом пиве коллоидного помутнения, то активность протеолитических ферментов дрожжей в ходе сбраживания влияет на коллоидную стойкость готового пива.

Тепловая активация дрожжей способствует возрастанию активности протеолитических ферментов в бродящем сусле на 12 %.

В готовом пиве, полученном сбраживанием сусла активированными дрожжами, содержание высокомолекулярной фракции А ниже, фракции В — выше и фракции С — ниже, чем в пиве, приготовленном с использованием неактивированных дрожжей.

Таким образом, тепловая активация дрожжей перед сбраживанием позволяет в целом получить пиво, обладающее меньшей склонностью к коллоидному помутнению, чем пиво, полученное по традиционной технологии.

7.2.5 Концентрация дрожжей

Исследованиями автора показано, что концентрация вводимых в сусло дрожжей влияет на показатели молодого и готового пива, характеризующие его стойкость. Увеличение нормы введения дрожжей с 20 до 100 – 180 млн клеток/см³ повышает склонность пива к помутнению: в молодом пиве танниновый показатель увеличивается в 2 – 2,5 раза, тест 2/1 — на 43 %, холодная муть — на 50 %, содержание фракции А — в 2,3 раза.

Полученную закономерность можно объяснить тем, что увеличение нормы введения дрожжей в сусло приводит к интенсификации обменных процессов, в том числе к увеличению содержания в пиве азотистых веществ.

Та же закономерность в изменении анализируемых показателей прослеживается и в готовом пиве, при концентрации дрожжей 100 – 180 млн клеток/см³ значения их максимальны, но к концу дображивания значения всех показателей несколько улучшаются. В условиях дображивания это обычно связано с выпадением в осадок нестойких коллоидов пива. Таким образом, для получения стойкого пива норма введения дрожжей должна составлять не более 20 – 60 млн клеток/см³.

Совершенствование технологических приемов получения пива повышенной коллоидной стойкости целесообразно и экономически выгодно. Но подобрать единый технологический режим получения стойкого пива из сусла, приготовляемого из сырья различного качества, практически невозможно. Кроме того, длительную стойкость комплексные технологические приемы как солодоращения, так и пивоварения обеспечить не могут. Поэтому в пивоварении широко используют специальные способы стабилизации коллоидного состава готового пива.

Лекция 10

7.3 Способы повышения коллоидной стойкости

Коллоидную стойкость готового пива можно повысить химическими, адсорбционными, ферментативными способами.

7.3.1 Химические способы повышения коллоидной стойкости

К химическим способам стабилизации пива относят осаждение белков пива таннином, добавление восстанавливающих веществ — аскорбиновой кислоты, сульфитов, формальдегида, пероксида водорода.

Таннин обладает кислотными свойствами, которые обусловлены функционально активными фенольными группами в его молекулах. Поэтому он вступает во взаимодействие с основаниями, главным образом с белками, а также с металлами, осаждая их. Таннины представляют собой глюкозу, ацилированную остатками м-галлоилгалловой кислоты (D):

т. е. сложные эфиры ароматических кислот и фенолов или углеводов. Таннин можно вносить в пиво на разных стадиях производства в дозе от 2 до 7 г/10 дм³ в зависимости от типа пива и используемой технологии. При передозировке таннина вместо увеличения стойкости происходит усиление помутнения пива.

Кроме того, пиво, обработанное таннином, как правило, приобретает пустой вкус, особенно если оно окислено.

Одно из основных свойств аскорбиновой кислоты — ее восстанавливающая способность. В кислой среде при обычной температуре она быстро связывает кислород воздуха в соотношении: один атом кислорода на одну молекулу кислоты.

Контрольные вопросы и задания. 1. Дайте классификацию коллоидных помутнений в готовом пиве. Охарактеризуйте их. 2. Назовите химический состав коллоидного помутнения и механизм его образования. 3. Какие преимущества и недостатки имеют химические способы стабилизации пива? 4. Какие преимущества и недостатки имеют адсорбционные способы стабилизации состава готового пива? 5. Назовите адсорбенты белков и полифенолов, их строение, происхождение, рекомендуемые дозы и технологические стадии для их использования. 6. Какие преимущества и недостатки имеют ферментативные способы повышения коллоидной стойкости пива? 7. Назовите ферменты и ферментативные препараты – стабилизаторы пива, их происхождение, дозы и технологические стадии для применения. 8. Что такое иммобилизованные ферменты? Каковы преимущества, перспективы их применения у нас и за рубежом, аппаратурное оформление процессов с их использованием?