Физико-химические и биохимические процессы, происходящие на различных этапах приготовления пива

  • Вид работы:
    Контрольная работа
  • Предмет:
    Химия
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    35,66 Кб
  • Опубликовано:
    2017-06-03
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Физико-химические и биохимические процессы, происходящие на различных этапах приготовления пива















Контрольная работа

Физико-химические и биохимические процессы, происходящие на различных этапах приготовления пива

Содержание

1. Основные процессы, происходящие на стадии затирания и фильтрования затора

. Основные процессы, происходящие во время кипячения сусла с хмелем

. Основные процессы, происходящие на стадии охлаждения и осветления сусла

. Основные процессы, происходящие на стадии брожения и дображивания

.1 Химический состав дрожжевой клетки

.4.1 Запасные вещества

.2 Факторы, влияющие на жизнедеятельность дрожжей

.3 Спиртовое брожение

.4 Усвоение и сбраживание углеводов дрожжами, запасные углеводы

.5 Метаболизм аминокислот и белков

.6 Биосинтез вторичных и побочных продуктов спиртового брожения

.6.1 Биосинтез альдегидов и вицинальных дикетонов (ацетоина, диацетила)

.6.2 Биосинтез высших спиртов

.6.3 Биосинтез жирных кислот

.6.4 Биосинтез сложных эфиров

.6.5 Биосинтез серусодержащих веществ

.7 Связывание СО2 во время дображивания пива

.8 «Старение» пива и его причины

Литература

. Основные процессы, происходящие на стадии затирания и фильтрования затора

Целью затирания является перевод из солода или из смеси солода и несоложёных материалов в растворённое состояние максимального количества экстрактивных веществ, представляющих ценность для производства пива и готового пива.

На стадии затирания в раствор экстрагируются из дроблёных зернопродуктов присутствующие в них низшие углеводы (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, пентозы), аминокислоты, водо- и солерастворимые пептиды и белки, в том числе белки-ферменты, пентозаны, пектин, растворимые полифенолы, минеральные вещества.

Основную массу низших сбраживаемых углеводов (глюкозу, мальтозу, мальтотриозу) при затирании получают и переводят в раствор путём ферментативного гидролиза крахмала с одновременным участием альфа- и бета-амилазы ячменного солода.

Во время затирания крахмал проходит три стадии: клейстеризацию, разжижение крахмального клейстера, осахаривание.

В присутствии амилаз температура клейстеризации крахмала снижается примерно на 20 0С по сравнению с температурой (70…80) 0С в отсутствие ферментов. Клейстеризация крахмала ячменного солода начинается при температуре 55 0С.

Атакуя молекулы крахмала на внутренних участках, альфа-амилаза способствует, с одной стороны, разжижению крахмального клейстера, а с другой стороны, появлению новых нередуцирующих концов цепочек, состоящих из остатков молекул глюкозы, на которые действует бета-амилаза.

В результате совместного действия на крахмал альфа- и бета-амилазы образуется в основном мальтоза (40…45 % от общего количества крахмала); мальтотриоза (11…13 %), глюкоза (5…7 %), то есть 64…72 % сбраживаемых углеводов («сырой мальтозы»).

Видимая конечная степень сбраживания для светлых сортов пива в норме составляет (79…83) %, для тёмных сортов пива - (68…75) %.

Гидролиз крахмала при затирании завершают, когда раствор йода перестаёт менять свою окраску после смешивания с несколькими каплями затора.

Это происходит тогда, когда, кроме низших углеводов, в заторе присутствуют линейные молекулы декстринов, состоящие из менее чем 9 остатков молекул глюкозы, и разветвлённые молекулы декстринов, состоящие из менее чем 60 остатков молекул глюкозы.

Соотношение сбраживаемых и несбраживаемых углеводов зависит от: 1) активности амилолитических ферментов (чем она выше, тем быстрее и глубже идёт гидролиз); 2) доступности молекул крахмала, то есть от степени «растворения» солода (в плохо растворённом солоде структура клеток эндосперма не разрушена, доступ ферментов к молекулам крахмала невозможен или затруднён).

Дробление солода и несоложёных зернопродуктов, особенно до тонкого помола, улучшает условия гидролиза крахмала, но по техническим причинам относительно тонкий помол применяют в пивоварении только при использовании для фильтрования затора фильтр-пресса.

В сусле, полученном из тонкого помола, содержится 9,89 % сбраживаемых углеводов, из мелкой крупки - 9,67 %, из крупной крупки - 9,61 %.

Очень важны условия затирания: использование отварок, температура и продолжительность пауз, кислотность затора, концентрация затора (гидромодуль).

При кипячении отварки разрываются стенки клеток эндосперма под действием выделяющегося пара, освобождаются из белковой матрицы крахмальные гранулы, ускоряется клейстеризация крахмала. При дальнейшем осахаривании после отварки мальтоза образуется в большом количестве при температуре (55…60) 0С, а без применения отварок - при температуре (62…66) 0С. Во время кипячения отварки инактивируются содержащиеся в ней ферменты, но активности ферментов, находящихся в основной части затора, обычно бывает достаточно для осахаривания затора.

Чтобы выявить влияние температуры затирания на количественный состав сбраживаемых углеводов, провели изотермическое затирание в течение 80 мин при температурах от 50 до 800С. Установили, что наибольшее количество сбраживаемых углеводов (11,3 %) накапливается при температуре затирания 670С, но конечная степень сбраживания сусла выше при температуре затирания 630С (температура мальтозной паузы), хотя накопление сбраживаемых углеводов при этой температуре немного ниже (10,89 %). При более высоких и при более низких температурах затирания количество сбраживаемых углеводов меньше, чем при температурах 63 0С и 67 0С.

Установлено также, что осахариванию при оптимальной температуре 63 0С должна предшествовать белковая пауза при температуре 50 0С, во время которой происходит гидролиз белков до пептидов, что облегчает действие амилаз на молекулы крахмала и повышает конечную степень сбраживания.

Продолжительность пауз во время затирания в пределах от 5 до 10 мин и температурах от 50 до 80 0С существенно влияет на КСС только при температуре затора ниже оптимальной для осахаривания бета-амилазой. При температуре выше оптимальной для действия бета-амилазы с увеличением продолжительности паузы КСС снижается из-за инактивации бета-амилазы.

Кислотность затора влияет на ход амилолиза, так как существуют оптимальные условия для действия бета-амилазы (рН 5,4…5,6) и для альфа-амилазы (рН 5,6…5,8), при отклонении от которых меняется пространственная структура этих белков - ферментов и состояние ионизирующихся групп в активном центре фермента. В практике пивоварения поддерживают начальный рН затора 5,2…5,4. С повышением температуры затора от 40 до 70 0С рН затора повышается до 5,6…5,8.

Продолжительность осахаривания минимальна (10…20) мин, а КСС максимальна при рН затора 5,4…5,6.

Влияние концентрации затора на ход затирания изучено в диапазоне изменения гидромодуля от 1:2 до 1:5.

КСС возрастает с увеличением гидромодуля от 1:2 до 1:5.

Продолжительность осахаривания увеличивается с ростом гидромодуля, что объясняют ингибированием альфа-амилазы мальтозой, высокой вязкостью густых заторов, затрудняющей доступ молекул фермента к молекулам субстрата.

Отмечено увеличение термостабильности бета-амилазы в более густом заторе, связанное с защитным действием коллоидов затора.

Затирание традиционно начинается с белковой паузы при температуре 50 0С.

В отличие от крахмала, белковистые вещества солода - это смесь всевозможных азотсодержащих веществ, начиная от сложных белков и кончая аминокислотами. Протеолитические ферменты, гидролизующие белковистые вещества, в отличие от двух основных амилаз солода, представлены многочисленными эндо- и экзопептидазами с разными оптимумами рН и температуры.

При затирании действуют в основном кислые эндопептидазы, гидролизующие полипептиды до пептидов разной молекулярной массы. Необходим гидролиз или осаждение фракции белков с молекулярной массой более 60000, так как они образуют муть в пиве. Необходимо сохранить фракцию белков с молекулярной массой от 10000 до 60000, так как они необходимы для нормального пенообразования и способствуют полноте вкуса пива.

Для действия большинства экзопептидаз, способствующих гидролизу с отщеплением аминокислот, рН затора неоптимален, но небольшое количество аминокислот (около 1 мг/100 см3) всё-таки образуется на стадии затирания.

Оптимальный рН для протеолиза 5,0…5,2.

Наиболее важны для хода протеолиза температура и продолжительность белковой паузы.

Гидролиз белков возможен в диапазоне температур от 40 до 70 0С. При температуре 50 0С (белковая пауза) он идёт наиболее интенсивно, а при температуре 80 0С полностью прекращается.

Максимум накопления растворимого азота при изотермическом затирании грубого помола в течение 30 мин наблюдали при температуре 52,5 0С, аминного азота - при 55 0С. При более высоких температурах изотермического затирания накопление растворимого и аминного азота было меньше.

Во время затирания соли, содержащиеся в воде и экстрагируемые из зернопродуктов, способствуют растворению глобулинов, представленных альфа-, бета-, гамма- и дельта-фракциями. Альфа-, гамма- и дельта-глобулины коагулируют при кипячении затора и сусла, а бета-глобулин остаётся растворённым и является одним из источников помутнения пива.

Увеличение продолжительности белковой паузы в пределах от 30 до 90 мин при температуре 50 0С приводит к увеличению содержания общего азота на 10 мг/100 см3, фракции азотистых веществ с молекулярной массой 10000…60000 на 1 мг/100 см3. Фракция с молекулярной массой более 60000 практически не меняется (уменьшается на 0,2 мг/100 см3).

Изменение гидромодуля затора в пределах от 1:2,5 до 1:4 показывает, что в заторе с гидромодулем 1:2,5 при температуре 50 0С накапливается больше растворимого азота (на 21 мг на 100 см3) и немного больше аминного азота, чем в заторе с гидромодулем 1:4.

Несмотря на создание оптимальных условий при затирании для действия протеолитических ферментов, при плохом растворении солода состав белковистых фракций и количество аминокислот можно скорректировать лишь незначительно. Для существенной корректировки необходимы ферментные протеолитические препараты микробного происхождения. Во время затирания недостаточно растворённого солода невозможно осуществить гидролиз бета-глюкана без использования цитолитического ферментного препарата микробного происхождения. Недостаточный гидролиз бета-глюкана приводит к получению очень вязкого затора, который плохо фильтруется.

Во время затирания кислые фосфатазы катализируют гидролиз фосфорсодержащих соединений зернопродуктов с освобождением остатков фосфорной кислоты и усилением буферных свойств затора.

Оптимум температуры для действия фосфатаз 50 0С (48…53) 0С, оптимум рН - (5,0…5,2). При температуре выше 60 0С фосфатазы инактивируются.

Липиды, в том числе фосфолипиды солода, гидролизуются при затирании с участием липаз и фосфолипаз в диапазоне температур (35…65) 0С. В результате гидролиза образуются высшие жирные кислоты, моно- и диглицериды, глицерин в количестве, исчисляемом мг в дм3 сусла. При температуре выше 65 0С липазы инактивируются. Ненасыщенные высшие жирные кислоты необходимы для ускорения обмена веществ дрожжей и образования сложных эфиров. Жирные кислоты с углеродными цепочками средней длины отрицательно влияют на пеностойкость пива.

Негидролизованные липиды при фильтровании затора удаляются с дробиной. Если сусло плохо осветлено во время фильтрования, то возможно, что липиды, перешедшие в него с мутью, плохо повлияют на пеностойкость пива. Полифенолы солода и несоложёного ячменя во время затирания осаждаются вместе с высокомолекулярными белками при температуре (50…60) 0С, окисляются с участием пероксидазы и полифенолоксидазы, которые инактивируются, соответственно, при (70…75) 0С и 85 0С. Часть полифенолов солода и ячменя полимеризуется. Количество полифенолов в заторе возрастает, если применяется тонкий помол зернопродуктов. Они экстрагируются из муки, полученной из алейронового слоя и оболочек. Окисленные полифенолы придают пиву неприятную горечь и усиливают интенсивность цвета сусла. Выведение из затора высокомолекулярных фракций белков и полифенолов, с одной стороны, способствует повышению коллоидной стойкости пива, а, с другой стороны, ухудшает пеностойкость и полноту вкуса пива.

Чтобы полифенолы меньше окислялись в заторе, защищают его от контакта с кислородом воздуха за счёт герметизации аппаратов варочного агрегата. Фильтрование первого сусла - это физический процесс, во время которого разделяются твёрдая фаза (дробина) и жидкая фаза (сусло).

После того, как закончено фильтрование первого сусла, приступают к извлечению остатка экстрактивных веществ из дробины, промывая её горячей водой температурой не выше 75 0С.

Во время промывки дробины происходит экстрагирование различных веществ, содержащихся в дробине. Меняется растворимость коллоидов, повышается растворимость полифенолов оболочек зернопродуктов, могут пептизироваться ранее скоагулированные белки.

Если рН промывной воды около 6, то пептизируется больше скоагулированных азотистых веществ дробины, чем при более низком рН. Такая же зависимость наблюдается для экстрагирования из оболочек солей кремниевой кислоты.

Чем выше температура промывной воды, тем больше переходит в неё за счёт экстрагирования полифенолов, силикатов, фосфатов, ухудшающих вкус пива. При температуре выше 75 0С может клейстеризоваться нерастворённый крахмал из кончиков эндосперма солода, появится «клейстерная муть», «чёрное осахаривание». Потребуется доосахаривание крахмала в сусловарочном котле с помощью солодовой вытяжки или микробного ферментного амилолитического препарата термостойкой альфа-амилазы.

2. Основные процессы, происходящие во время кипячения сусла с хмелем

Цели кипячения сусла с хмелем: 1) стабилизация состава сусла; 2) обеспечение соответствующего цвета сусла;

Стабилизация состава сусла заключается в выделении из него нестойких коллоидов в виде белково-полифенольных комплексов.

В отфильтрованном сусле на долю белков приходится (4…6) % от общего содержания сухих веществ. При кипячении сусла с хмелем сначала наступает денатурация белков. Их мицеллы теряют гидратную оболочку и переходят из лиофильного (гидратированного) состояния в лиофобное (дегидратированное). Благодаря одноимённому положительному электрическому заряду, денатурированные белки взаимно отталкиваются и находятся в суспендированном состоянии.

По мере изменения рН сусла может быть достигнута изоэлектрическая точка (ИЭТ) некоторых белков. Их заряд становится нулевым и вследствие межмолекулярного притяжения происходит коагуляция (слипание) дегидратированных молекул белка с образованием крупных хлопьев. Наиболее полно проходит коагуляция белков при рН 5,2. Ей благоприятствует присутствие анионов хлорида и сульфата, полифенолов хмеля.

Неокисленные полифенольные вещества и окисленные полифенольные вещества (флобафены) хмеля хорошо растворяются в сусле, придают ему грубую горечь, поэтому надо вывести их из сусла. Дубильные вещества хмеля образуют коллоидные растворы, несут отрицательный заряд, поэтому в сусле взаимодействуют с положительно заряженными белками и пептонами.

Комплексные соединения белков солода и ячменя с неокисленными дубильными веществами хмеля в горячем сусле растворимы, а при охлаждении сусла теряют растворимость и образуют холодное помутнение. Часть холодной мути осаждается во время брожения, часть остаётся в пиве и вызывает его помутнение, особенно при контакте пива с воздухом.

Окисленные дубильные вещества хмеля (флобафены) дают с белками солода и ячменя комплексные соединения (белково-дубильные комплексы), нерастворимые в горячем сусле и оседающие практически полностью в гидроциклонном аппарате (ГЦА) в виде хлопьев. На стадии кипячения сусла с хмелем могут быть добавлены вспомогательные средства, усиливающие коагуляцию белково-полифенольных комплексов (например, ирландский мох, являющийся природным полисахаридом).

Образованию белково-полифенольных комплексов способствуют:

)продолжительное (до 120 мин) кипячение сусла с хмелем при атмосферном давлении, которое обеспечивает полноту коагуляции, однако, при слишком интенсивном кипячении образовавшиеся крупные хлопья под гидродинамическим воздействием превращаются в мелкие хлопья, которые труднее отделить от сусла. Кипячение дольше 120 мин не даёт существенного увеличения коагуляции. Не все белки коагулируют даже после многочасового кипячения при атмосферном давлении. Во время кипячения сусла под давлением при температуре 140 0С для образования белково-дубильных комплексов достаточно 5 мин, следовательно, повышение температуры кипячения благоприятно для образования белково-полифенольных комплексов;

)Доведение величины рН сусла до 5,2 перед окончанием кипячения, поскольку это оптимум для образования белково-полифенольных комплексов. рН сусла понижается примерно на 0,1 ед. к концу кипячения, так как некоторые продукты меланоидинообразования и некоторые хмелевые вещества имеют кислую реакцию;

Цвет сусла после кипячения с хмелем становится более тёмным, чем в начале кипячения, за счёт реакции меланоидинообразования, описанной выше, а также за счёт окисления полифенолов. Если светлое сусло имело до начала кипячения цветность 8,8 ед. ЕВС, то после окончания кипячения цветность может достичь 13,0 ед. ЕВС.

Специфический аромат сусло приобретает за счёт реакции меланоидинообразования, описанной выше, а также за счёт ароматизации эфирными маслами хмеля

Растворимость хмелевого эфирного масла ничтожна. При кипячении испаряется (88…96) % от общего количества эфирного масла, но оставшегося количества вполне достаточно, чтобы обеспечить тонкий хмелевой аромат сусла за счёт растворения части компонентов в сусле. Для усиления аромата хмеля добавляют последнюю порцию ароматного хмеля в сусловарочный котёл за 15…20 мин до окончания кипячения сусла либо часть ароматного хмеля добавляют в хмелеотделитель (при использовании шишкового хмеля), а специальный хмелевой экстракт добавляют в сборник готового пива.

При кипячении сусла с хмелем гумулон (альфа-горькая кислота) превращается в изогумулон (изо-альфа-горькую кислоту), растворимый в сусле лучше, чем гумулон. Изогумулон является главным источником горечи и антибактериальным веществом. Изомеризация происходит не полностью. В среднем охмеленное сусло содержит в виде изомеризованных соединений лишь треть альфа-горьких кислот, введённых в него с хмелем.

Выход изогумулона зависит в основном от:

)природы изогумулона (лучший выход даёт когумулон);

)длительности кипячения (с увеличением длительности до 1 ч заметно возрастает выход изогумулона, а при более длительном кипячении - всё медленнее);

)величины рН (чем выше рН, тем лучше идёт изомеризация, что было использовано для приготовления водно-изомеризованного хмелевого экстракта путём кипячения хмеля в растворе питьевой соды, однако, более благородная, выравненная и тонкая горечь получается при относительно низких рН);

)количества хмеля, внесённого в сусло ( повышение задачи хмеля приводит к уменьшению выхода изогумулона примерно на 10 %);

)степени удаления изогумулона за счёт адсорбции на хлопьях белково-полифенольных комплексов (до 50 % горьких веществ хмеля удаляется с ними в составе белкового отстоя);

)температуры кипячения сусла (чем она выше, тем интенсивнее идёт изомеризация);

)степени измельчения хмеля (чем тоньше измельчение, тем выше скорость экстракции горьких веществ и выход изогумулона, что используется в технологии гранулированного хмеля и хмелевого экстракта);

) экстрактивности сусла (чем выше экстрактивность сусла, тем больше в нём содержится коагулируемых белков, выводящих из сусла горькие вещества хмеля путём адсорбции).

Лупулон (бета-горькая кислота) плохо растворяется в сусле и обусловливает горечь сусла в меньшей степени, чем изогумулон.

Если сусло приготовлено на мягкой воде, то снижается ощущение горечи, так как часть кислот, содержащихся в сусле, выпадает в осадок.

Если сусло приготовлено на жёсткой воде, содержащей карбонаты, то получается очень горькое сусло, так как карбонаты нейтрализуют горькие кислоты и уменьшается их осаждение.

Хмелевые смолы влияют не только на вкус, но и на аромат сусла, так как при кипячении сусла с хмелем происходят химические реакции с участием хмелевых смол, в результате которых образуются ароматические вещества.

3. Основные процессы, происходящие на стадии охлаждения и осветления сусла

Целями охлаждения и осветления сусла являются:

) понижение температуры сусла до начальной температуры брожения; 2) осаждение и отделение от сусла взвешенных частиц; 3) насыщение сусла кислородом воздуха, необходимым для начальной стадии жизнедеятельности дрожжей в сусле.

Для классического низового брожения минимальная температура, до которой охлаждают сусло, равна 4 0С, максимальная 7 0С.

Для сбраживания сусла низовыми дрожжами в цилиндро-коническом бродильном аппарате (ЦКБА) минимальная температура, до которой охлаждают сусло, равна 10 0С, максимальная 15 0С.

Для классического верхового брожения минимальная температура, до которой охлаждают сусло, равна 12 0С, максимальная 18 0С.

Классическим оборудованием для осветления сусла служили холодильные тарелки и отстойные аппараты, где сусло в течение нескольких часов осветлялось за счёт сил гравитации и остывало до 60 0С, контактируя с кислородом воздуха.

Классическим оборудованием для охлаждения сусла был открытый оросительный теплообменник, стекая по поверхности которого сусло не только охлаждалось до начальной температуры брожения, но и насыщалось кислородом воздуха.

В ходе классического осветления и охлаждения сусла часть кислорода химически связывалась, окисляя часть углеводов, азотистых веществ и полифенолов.

Во время классического осветления и охлаждения сусла продолжалось образование комплексов белков и флобафенов, испарялись нежелательные летучие серусодержащие соединения (диметилсульфид и т.п.) и избыток хмелевых эфирных масел.

Основными недостатками классической схемы осветления и охлаждения сусла являлись большая продолжительность стадий и большая вероятность инфицирования сусла микрофлорой воздуха окружающей среды.

Основным оборудованием для осветления сусла в наше время служит ГЦА, где под действием центробежных сил и сил гравитации сусло быстро осветляется без доступа воздуха и покидает ГЦА через несколько минут с температурой выше 90 0С, что гарантирует отсутствие инфицирования.

Сусло обычно охлаждают в потоке в двухсекционном пластинчатом теплообменнике: в первой секции холодной водой, а во второй секции - рассолом или пропиленгликолем. Здесь также отсутствует контакт сусла с воздухом.

В результате из сусла не испаряются нежелательные летучие вещества. Сусло не насыщается кислородом воздуха.

Для преодоления первого недостатка создают в ГЦА небольшое разрежение. Для насыщения сусла кислородом используют аэратор, в который подают стерильный сжатый воздух, диспергируя его до мельчайших пузырьков. Это происходит после засева дрожжами сусла в потоке. Дрожжевые клетки моментально связывают растворённый кислород, поэтому окисления ценных компонентов сусла не происходит.

При температуре менее 60 0С прозрачное сусло начинает мутнеть. Муть образуют частички нестойких белково-полифенольных комплексов с размерами частиц около 0,5 мкм, которые осаждаются с большим трудом. Желательно, чтобы в сусле оставалось не более (120…160) мг взвесей на дм3 сусла в пересчёте на сухое вещество. Если оставить в сусле большее количество взвесей, то её частички будут сорбироваться поверхностью дрожжевых клеток, уменьшая поверхность их контакта с суслом, нарушая обмен веществ, что приведёт к понижению скорости брожения, а в дальнейшем к ухудшению пеностойкости пива, стойкости вкуса пива, округлённости вкуса, особенно горечи. Частички холодной мути способны сорбироваться на пузырьках воздуха и выноситься вместе с ними на поверхность сусла. Это свойство положено в основу флотационного способа осветления сусла.

Более эффективным способом осветления холодного сусла является фильтрование через кизельгур.

химический клетка сусло метаболизм

4. Основные процессы, происходящие на стадии брожения и дображивания

.1 Химический состав дрожжевой клетки

В отпрессованных дрожжах вида Saccharomyces cerevisiae содержится (65…85) % воды и (35…15) % сухих веществ. Примерно 60 % воды находится внутри клетки, остальная часть воды образует поляризованную гидратную оболочку вокруг клетки.

В составе сухих веществ дрожжей азотистые вещества (белки, пептиды, аминокислоты) составляют (45…60) %, углеводы (полисахариды гликоген, маннан, глюкан, а также простые углеводы) - (15…37) %, липиды - (2…4) %, минеральные вещества (макро- и микроэлементы) - (5…10) %.

В золе дрожжей обнаружено, в % от общего количества золы: P2O5 - (47…53), K2O - (28…40), CaO - (0,4…11,3), MgO - (3,0…7,4), SiO2 - (0,28…0,73). В небольших количествах обнаружены сера, цинк, марганец, медь, железо и другие микроэлементы.

Дрожжи богаты витаминами группы В. В них содержатся: тиамин (8…15 мг%), рибофлавин (2…8 мг%), никотиновая кислота (30…100 мг%), витамин Н (биотин) (0,1…1 мг%), фолиевая кислота (2…10 мг%), пантотеновая кислота (2…20 мг%), провитамин D, инозит.

В состав клеточной стенки входят, в процентах от массы СВ: маннан (30…45), глюкан (30…45), хитин (0,5…1,0), белки-ферменты (10…25), фосфаты (0,1…2,0), липиды (3...10), минеральные вещества (7…9).

Полисахарид маннан имеет сильно разветвлённую структуру молекулы, состоящую из 300…400 остатков молекул маннозы, соединённых связями альфа-1,2 и альфа-1,3.

Полисахарид глюкан имеет сильно разветвлённую структуру молекулы, состоящую из остатков молекул глюкозы, соединённых связями бета-1,3, бета-1,6 и бета-1,2.

Хитин состоит из остатков N- ацетилглюкозамина, соединённых бета-1,4-глюкозидными связями.

Липиды клеточной стенки включают моно-, ди- и триглицериды, эфиры стеринов, фосфолипиды.

В состав цитоплазматической мембраны входят липиды и фосфолипиды, образующие двойной слой, в котором имеются мельчайшие поры, а также «встроенные» молекулы белков-ферментов, участвующих в переносе ряда веществ через цитоплазматическую мембрану. Молекулы липидов не находятся во взаимосвязи между собой в цитоплазматической мембране. Гидрофильные участки молекул липидов направлены в сторону водной фазы, гидрофобные - навстречу друг другу внутрь мембраны.

Для размножения дрожжей необходимо синтезировать большие количества липидов и фосфолипидов для построения новых мембран. Синтез зависит от наличия кислорода, чтобы можно было превратить часть имеющихся жирных кислот в ненасыщенные жирные кислоты, имеющие более низкую температуру плавления и более высокую текучесть, что придаёт мембранам пластичность. При недостатке кислорода образование новых клеток прекращается через 2…3 почкования материнской клетки.

Кроме цитоплазматической мембраны, в клетке имеется эндоплазматическая сеть мембран. Здесь происходит множество реакций синтеза, поскольку на поверхности этих мембран располагаются ферменты в виде мультэнзимных комплексов, а также скопления минеральных компонентов, удерживаемые за счёт адсорбции и ионообмена, так как мембраны содержат полярные группы и несут фиксированные электрические заряды.

Гладкие эндоплазматические мембраны служат для синтеза новых молекул липидов.

Мембранами окружены все органеллы клетки, в том числе ядро.

В состав ядра входит в основном ядерная ДНК - носитель генетической информации.

Цитоплазма клетки имеет полужидкую консистенцию из-за наличия в ней белков и нуклеиновых кислот. В состав цитоплазмы входят также стерины, низшие углеводы, в частности, дисахарид трегалоза, состоящий из двух остатков молекул глюкозы, соединённых связью альфа-1,1, низкомолекулярные органические и неорганические вещества, вода.

Рибосомы, где происходит биосинтез полипептидных цепочек, состоят на 60 % из РНК и на 40 % из белка.

В вакуолях - полостях, окружённых мембраной и заполненных клеточным соком, содержатся белки-ферменты, липиды, запасное вещество волютин (метахроматин, полиметафосфат), являющийся резервом фосфатов, а также аминокислоты, ионы металлов.

В дрожжевых клетках, осуществляющих аэробное дыхание, имеются митохондрии, выполняющие роль «энергетических станций». На поверхности их мембран, имеющих развитую поверхность, находятся многие ферменты, образующие мультэнзимные комплексы, а также липиды, фосфолипиды, эргостерин, фосфатидилхолин, митохондриальные ДНК и РНК.

.2 Факторы, влияющие на жизнедеятельность дрожжей

Эти факторы подразделяют на биологические, физические и химические.

Биологические факторы - это отражение взаимодействия микроорганизмов в питательной среде, в том числе разных родов и видов микроорганизмов (симбиоз, антагонизм, комменсализм), концентрация дрожжевых клеток в сусле и их физиологическое состояние.

К химическим факторам относят состав среды: концентрацию кислорода в сусле, рН, окислительно-восстановительный потенциал, концентрацию питательных веществ, активаторов и ингибиторов.

К физическим факторам относятся температура и давление.

С конца XIX века в пивоварении нашли применение чистые и естественно чистые культуры дрожжей с умеренной потребностью в кислороде (около 8 мг/дм3 сусла), умеренным приростом биомассы во время брожения (в 1,5…2 раза), которые обеспечивают интенсивное начало сбраживания и глубокое выбраживание углеводов сусла, имеют хорошую способность к флокуляции (низовые пивные дрожжи) или флотации (верховые пивные дрожжи). Главным требованием к пивным дрожжам является способность обеспечить в результате брожения и дображивания пива желаемые для данного сорта пива вкус и аромат.

Технолог должен обеспечить нормальное размножение чистой культуры дрожжей в аппарате чистой культуры, нормальные сбор и хранение семенных дрожжей, аэрацию, разбраживание, засев в бродильный аппарат в заданной концентрации (10…20 млн дрожжевых клеток/см3), отсутствие в чистой культуре и в засевных дрожжах посторонней микрофлоры.

Увеличение концентрации засевных дрожжей с 20 млн до 180 млн клеток/дм3 сокращает процесс главного брожения с 8 до 4 суток, но при этом в несколько раз снижается прирост биомассы дрожжей и их бродильная активность, способность накапливать запасные вещества, то есть заметно нарушается обмен веществ. Это связано с недостаточной обеспеченностью большого количества дрожжевых клеток питательными веществами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности в условиях пивоварения.

Чем выше массовая доля сухих веществ начального сусла, тем большее количество дрожжевых клеток может быть засеяно и обеспечено питательными веществами.

Повышенная норма засева дрожжевых клеток обеспечивает ускоренное накопление диацетила в пиве и ускоренную его редукцию. Это свойство использовано при создании способа ускоренного созревания пива в течение 2 ч вместо многих суток.

Изучение роли концентрации растворённого кислорода в сусле в жизнедеятельности дрожжевых клеток позволило выяснить, что по потребности в кислороде можно разделить дрожжи на 4 группы:

) потребность в кислороде в среднем 4 мг/дм3;

) потребность в кислороде в среднем 8 мг/дм3;

) потребность в кислороде в среднем 40 мг/дм3;

) потребность в кислороде более 40 мг/дм3.

Поскольку растворимость кислорода в сусле при условии полного насыщения кислородом при 200С колеблется в пределах от 5 до 9 мг/дм3 в зависимости от массовой доли сухих веществ начального сусла, то в пивоварении целесообразно использовать дрожжи, принадлежащие ко второй группе.

При критической концентрации растворённого кислорода в начальном сусле ниже (0,015…0,030) мг/дм3 наблюдается замедление роста и снижение бродильной активности дрожжей.

Растворённый кислород необходим дрожжам, прежде всего, для синтеза достаточного количества стеринов, липидов, в первую очередь ненасыщенных жирных кислот, необходимых для построения внутриклеточных мембран.

Если кислорода будет в избытке, то рост дрожжей будет очень интенсивным, уменьшится синтез этилового спирта, изменится количество вторичных и побочных продуктов спиртового брожения, образуется много альдегидов, мало летучих кислот, много альфа-кетоглутаровой и пировиноградной кислоты. Даже при спиртовом брожении в дрожжевой клетке частично функционирует цикл трикарбоновых кислот в виде окислительной ветви до альфа-кетоглутаровой кислоты и восстановительной ветви от щавелево-уксусной до янтарной кислоты. Дрожжевые клетки будут интенсивно дышать, их бродильная активность снизится.

После выращивания чистой культуры дрожжей в аэробных условиях пивные дрожжи хорошо сбраживают углеводы и в аэрированном, и в неаэрированном сусле.

Дрожжи, долго находившиеся в анаэробных условиях, плохо бродят в неаэрированном сусле, практически не размножаются, не выбраживают всех углеводов.

Считают, что исчезновение митохондрий в дрожжевых клетках в анаэробных условиях связано с невозможностью сохранения их мембранной структуры из-за нарушения синтеза стеринов. В промитохондриях содержится мало стеринов и ненасыщенных жирных кислот.

Аэрация дрожжей, находившихся в анаэробных условиях, в течение (1…8) ч индуцирует синтез ненасыщенных жирных кислот, стеринов, окислительно-восстановительных ферментов, в том числе фосфофруктокиназы, фосфоглицераткиназы. В дрожжевых клетках появляются полноценные митохондрии.

Системных исследований роли рН в жизнедеятельности пивных дрожжей не проводилось. Известно, что усвоение пивными дрожжами расы 11 мальтозы наиболее активно в диапазоне рН от 5,2 до 4,8, аминного азота - при рН 4,8. Накопление этилового спирта было максимальным на седьмые сутки брожения при исходном рН 5,2. Величина рН во время брожения значительно падает, до 4,2…4,6 ед. рН. Особенно заметно рН снижается во время забраживания и во время интенсивного брожения в связи с образованием кислот при дезаминировании аминокислот, с потреблением дрожжами ионов аммония, с потреблением ионов калия и выделением в бродящее сусло ионов водорода. Повышение рН во время брожения указывает на автолиз дрожжей. Понижение рН до 4,4 способствует выпадению в осадок нестойких белково-полифенольных комплексов, улучшению вкуса пива, созреванию пива, улучшению биологической стойкости пива. Если рН пива станет ниже 4,2, то пиво приобретёт кислый вкус. Чаще всего это связано с развитием в пиве кислотообразующих бактерий. Понижению рН в пределах нормы способствуют следующие факторы:

) умягчение воды для пивоварения с использованием Н+-катионирования;

) подкисление сусла до рН 5,2;

) повышение конечной степени сбраживания (КСС) и обеспечение в результате брожения минимальной разницы между КСС и фактической степенью сбраживания пива;

) недопущение автолиза дрожжей;

) нормальный состав сусла и специальные приёмы, обеспечивающие хорошее размножение дрожжей;

) интенсивное брожение при повышенной температуре и повышенной норме введения дрожжей.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, rH) - это мера окислительно-восстановительной способности, отрицательный логарифм парциального давления водорода. Во время брожения ОВП понижается от 20…30 в сусле до 8…12 в молодом пиве, что связано с потреблением дрожжами кислорода и выделением в среду ионов водорода. Низкая величина ОВП достигается за счёт применения закрытых бродильных аппаратов, интенсивного режима брожения, исключения возможности попадания кислорода в бродящее сусло. В норме концентрация кислорода в бродящем сусле быстро падает практически до нуля.

О влиянии углеводов и азотистых веществ на жизнедеятельность дрожжевой клетки сказано далее.

Нормальная жизнедеятельность дрожжей невозможна в отсутствии ионов ряда макро- и микроэлементов, в первую очередь, магния, кальция, цинка и железа. Они являются коферментами и участвуют в активации многих реакций с участием металлоферментов.

Потребность дрожжей в магнии, как правило, обеспечена в чисто солодовом сусле. Для ряда рас дрожжей потребность в магнии оценивают величиной 42 мг/дм3 сусла. Ингибирует рост дрожжей лишь очень высокая концентрация ионов магния: 25 г/дм3 сусла.

Магний является коферментом многих ферментов. Он регулирует обмен пировиноградной кислоты и необходим в качестве кофермента и активатора ряда гликолитических ферментов. Ионы магния способствуют устойчивости дрожжевой клетки по отношению к таким стрессовым факторам, как этиловый спирт, повышенная температура, повышенная концентрация сусла, осмотическое воздействие. Ионы магния способствуют стабильности клеточных мембран.

Вместе с ионами магния ионы кальция стимулируют энергетический обмен в дрожжевой клетке. Потребность в ионах кальция оценивают величиной не менее (10…20) мг/дм3 сусла. В концентрации более 1 г/дм3 ионы кальция служат ингибиторами брожения.

Ионы кальция играют важную роль в процессе флокуляции низовых пивных дрожжей. Находясь вне клетки, кальций способствует целостности клеточной стенки.

Цинк участвует в углеводном, азотном и фосфорном обмене дрожжевой клетки, стимулирует усвоение дрожжами мальтозы и мальтотриозы, способствует синтезу рибофлавина.

Для нормальной жизнедеятельности дрожжей необходимо иметь минимум 0,12 мг цинка на дм3 сусла. В количестве выше 130 мг/дм3 цинк является ингибитором роста дрожжей.

Ионы железа необходимы дрожжам для синтеза ряда дыхательных ферментов. В концентрации до 0,2 мг/дм3 ионы железа стимулируют почкование дрожжевых клеток. В большей концентрации ионы железа токсичны для дрожжей.

Неизвестно точное оптимальное количество макро- и микроэлементов, их соотношение для успешного сбраживания пивного сусла, так как эти количества в производстве непрерывно меняются при поступлении новых партий сырья. Ряд ионов металлов проявляет антагонизм по отношению друг к другу. Избыточное количество ионов оказывает ингибирующее действие на дрожжи. Источниками указанных ионов служат вода, зернопродукты и вспомогательные материалы. Чтобы обеспечить в сусле оптимальную концентрацию ионов металлов, надо знать их количество в заторе и в сусле, что требует применения дорогостоящего оборудования и достаточно сложных методов анализа.

К ингибиторам дрожжей относят ионы серебра, мышьяка, ртути, лития, осмия, палладия, селена, теллура в концентрациях свыше (10…100) ммоль/дм3.

Роль витаминов в жизнедеятельности дрожжей связана с тем, что они входят в состав ферментов в качестве коферментов.

Тиамин (витамин В1) входит в состав такого фермента, как пируватдекарбоксилаза, участвует в азотном обмене, стимулирует гидролиз мальтозы и бродильную активность дрожжей в целом.

Пиридоксин (витамин В6) входит в состав трансаминаз и других ферментов, катализирующих реакции с участием аминокислот. При недостатке пиридоксина дрожжи выделяют значительное количество сероводорода.

Пантотеновая кислота (витамин В3) входит в состав ацилтрансфераз, катализирующих перенос остатков жирных кислот, участвует в обмене углеводов и липидов, стимулирует сбраживание мальтозы. В отсутствие пантотеновой кислоты резко тормозятся окислительно-восстановительные процессы, снижается активность дыхания, дрожжевые клетки выделяют значительное количество сероводорода.

При недостатке или отсутствии инозита снижается интенсивность дыхания и жизнедеятельность дрожжевых клеток в целом, нарушается процесс деления, поэтому дочерние клетки не могут отделиться от материнских клеток, образуются агрегаты клеток.

Добавка определённых количеств витаминов в составе препаратов для питания дрожжей усиливает бродильную активность дрожжей, стимулирует почкование. Дрожжи в течение 25 генераций сохраняют хорошее физиологическое состояние.

О влиянии температуры на рост дрожжевых клеток известно следующее.

Максимальной температурой, при которой растут низовые пивные дрожжи, считается температура от 33,5 до 400С (для разных рас дрожжей). Быстрее всего низовые дрожжи растут при температуре от 28 до 330С (продолжительность генерации составляет от 1,8 до 2,0 ч).

Технологии сбраживания пивного сусла предполагают применение более низких температур, от 6 до 150С, поэтому размножение дрожжей при температуре 300С ведут только в начальных, лабораторных стадиях, а в аппарате чистой культуры применяют более низкую температуру, чтобы дрожжи не испытывали температурный стресс, который может привести при резком переходе от более высокой температуры к более низкой к преждевременному прекращению брожения и размножения дрожжей.

Максимальной температурой, при которой растут верховые пивные дрожжи, считается температура от 36 до 42 0С (для разных рас дрожжей). Быстрее всего верховые дрожжи растут при температуре 33 0С (продолжительность генерации 1,4 ч). При температуре 28 0С продолжительность генерации 1,6 ч, при температуре 36 0С - 2,0 ч.

При сбраживании пивного сусла верховыми дрожжами используют температуру от 15 до 200С, которая ниже оптимальной для роста. Во избежание температурного стресса и в этом случае размножают дрожжи при температуре ниже оптимальной.

К тому же при сбраживании пивного сусла при температуре (28…30) 0С брожение идёт интенсивно, но полученный напиток по своему химическому составу не является пивом. Он напоминает спиртовую бражку.

О влиянии давления на жизнедеятельность дрожжей известно мало. Давление в бродильном аппарате выше 0,15 МПа снижает скорость роста дрожжей, вероятно, из-за повышенного насыщения пива углекислым газом в этих условиях и повышенного статического давления. При сбраживании в ЦКБА возникают потоки бродящего сусла, движущиеся сначала снизу вверх по центру аппарата, а затем сверху вниз вдоль его стенок. Дрожжи попадают из зоны высокого гидростатического давления в зону низкого гидростатического давления, что приводит к стрессу, поэтому дрожжи, собранные из конуса ЦКБА, обычно повторно используют не более 3…5 раз в связи с потерей бродильной активности.

.3 Спиртовое брожение

Основными биохимическими процессами, происходящими во время брожения, дображивания и созревания пива являются спиртовое брожение - превращение сбраживаемых углеводов с участием ферментов дрожжевой клетки в этиловый спирт и двуокись углерода, биосинтез вторичных и побочных продуктов спиртового брожения (альдегидов, кетонов, высших спиртов, летучих кислот, сложных эфиров, серусодержащих соединений).

Подробности см. в монографии С.А. Коновалова Биохимия дрожжей (1980, с. 77-90) или далее, в лекции о химизме сбраживания квасного сусла).

.4 Усвоение и сбраживание углеводов дрожжами. Запасные углеводы

Дрожжи пивные низовые вида Saccharomyces carlsbergensis легко усваивают и сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, галактозу, мелибиозу, мальтотриозу и раффинозу.

Усвоение глюкозы из сусла начинается с переноса в клетку путём облегчённой диффузии с участием конститутивного фермента-переносчика гексозопермеазы, локализованного в ЦПМ. Молекула глюкозы присоединяется к активному центру молекулы гексозопермеазы, после чего молекула гексозопермеазы совершает «кувырок» в цитоплазматической мембране дрожжевой клетки, перенося молекулу глюкозы в цитоплазму, где молекула глюкозы отсоединяется от активного центра гексозопермеазы и сразу же фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата с участием АТФ и фермента фосфогексакиназы.

Фруктоза поступает из сусла в дрожжевую клетку тем же способом, что и глюкоза. В цитоплазме фруктоза сразу же фосфорилируется до фруктозо-6-фосфата с участием АТФ и фермента фосфофруктокиназы.

Пивные дрожжи сбраживают глюкозу быстрее, чем фруктозу, так как значительная часть молекул фруктозы находится в виде фруктопиранозы, нечувствительной к действию фосфофруктокиназы.

Фосфорилированные глюкоза и фруктоза не могут покинуть дрожжевую клетку, как и другие фосфорилированные соединения, что позволяет клетке не терять активные фосфаты - носители энергии и повторно использовать из во многих других реакциях.

Дисахарид сахароза и родственные ей бета-фруктофуранозиды гидролизуются в клеточной стенке дрожжевой клетки с участием фермента бета-фруктофуранозидазы. Он локализован на внешней поверхности цитоплазматической мембраны. В результате гидролиза образуются глюкоза и фруктоза, которые переносятся в клетку так, как описано выше. Скорость гидролиза сахарозы в 300 раз превышает скорость сбраживания глюкозы дрожжами.

Дисахарид мальтоза и родственные ей альфа-глюкозиды переносятся в дрожжевую клетку путём облегчённой диффузии с участием индуцибельного фермента мальтозопермеазы и гидролизуются в дрожжевой клетке с участием индуцибельного фермента альфа-глюкозидазы до глюкозы. Мальтоза является индуктором синтеза этих индуцибельных ферментов. Вместе с тем мальтоза не сбраживается многими расами пивных дрожжей до тех пор, пока в сусле не понизится концентрация глюкозы до (0,2…0,6)%. Присутствие глюкозы в сусле ингибирует синтез индуцибельных ферментов, катализирующих перенос и гидролиз мальтозы. Трисахариды мальтотриоза и раффиноза гидролизуются и усваиваются дрожжевой клеткой подобно родственным им дисахаридам. Мальтотриоза гидролизуется и усваивается подобно мальтозе с участием той же индуцибельной системы ферментов, но медленнее и позже, чем мальтоза.

Раффиноза ассимилируется дрожжевой клеткой за счёт комбинированного действия ферментов, участвующих в усвоении мелибиозы и сахарозы.

Сначала с участием бета-фруктофуранозидазы от молекулы раффинозы отщепляется фруктоза. В сусле остаётся альфа-галактозид мелибиоза. Его способны усваивать низовые пивные дрожжи и гибридные спиртовые дрожжи. С участием фермента альфа-галактозидазы, локализованной снаружи цитоплазматической мембраны, происходит гидролиз мелибиозы до глюкозы и галактозы. Глюкоза усваивается обычным способом.

Олигосахариды, состоящие более чем из трёх остатков молекул глюкозы, как правило, не усваиваются дрожжевой клеткой.

Полисахарид инулин, состоящий из остатков молекул фруктозы, медленно гидролизуется дрожжевой клеткой до фруктозы с участием фермента бета-фруктофуранозидазы. Фруктоза усваивается обычным способом.

.4.1 Запасные вещества

Основными энергетически ценными запасными веществами дрожжевой клетки являются углеводы гликоген и трегалоза.

Гликоген («животный крахмал») - полисахарид, состоящий из остатков молекул глюкозы, соединённых связями альфа-1,4- и альфа-1,6.

Трегалоза - нередуцирующий дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы, соединённых связью альфа-1,1.

В дрожжах может содержаться до (16…20) % гликогена и до (6…18) % трегалозы в пересчёте на сухое вещество. В дышащих дрожжевых клетках обнаружено до 18 % трегалозы, а в бродящих - до 6 %. Количество гликогена в дрожжевой клетке зависит от её метаболического состояния. В «упитанных» клетках много гликогена. При недостатке сбраживаемых углеводов в питательной среде гликоген путём гидролиза превращается в глюкозу, и она включается в гликолитический путь метаболизма.

После суспендирования дрожжевых клеток в воде концентрация трегалозы в течение 2 ч снижается примерно на 20 % от исходной и остаётся затем практически неизменной в течение нескольких суток.

Недавно установлено, что трегалоза повышает устойчивость дрожжевой клетки к стрессам, участвует в поддержании цитоплазмы в виде цитозоля, в создании осмотического барьера, а также является осмотическим регулятором в процессе сушки и реактивации сушёных дрожжей.

Установлено, что предшественником синтеза гликогена и трегалозы является глюкозо-6-фосфат. Считают, что при высокой концентрации глюкозо-6-фосфата в дрожжевой клетке синтезируется гликоген, а при низкой - трегалоза.

Неоспорима роль трегалозы в лаг-фазе, когда в качестве источника углеводов дрожжевая клетка в первую очередь поглощает трегалозу и лишь затем глюкозу, извлекаемую из гликогена путём гидролиза.

.5 Метаболизм аминокислот и белков

Для роста и размножения почкованием дрожжевым клеткам требуются из питательной среды азотистые вещества, в основном аминокислоты. Дрожжи могут усваивать в качестве азотистых веществ соли аммония (хлорид, сульфат, фосфат), мочевину (карбамид) и другие амиды, амины, дипептиды, однако, рост и размножение дрожжей лучше всего происходят в сусле, содержащем все необходимые дрожжевым клеткам аминокислоты.

Ранее считали, что дрожжевая клетка способна синтезировать все аминокислоты, однако, недавно установили, что лизин, аргинин, гистидин и лейцин дрожжевая клетка должна получить из сусла «в готовом виде», иначе нарушается азотистый обмен и ухудшается качество пива.

На поздних стадиях брожения подавляется синтез кетокислот из углеводов и теряется возможность получения из кетокислот, путём их аминирования, таких аминокислот, как изолейцин, валин, фенилаланин, глицин, тирозин. Необходимо, чтобы эти аминокислоты находились в сбраживаемом сусле «в готовом виде», чтобы не ухудшилось качества пива. Популяция дрожжей способна пожертвовать своей частью, чтобы в результате автолиза обогатить среду питательными веществами, в том числе аминокислотами.

Нормальной концентрацией аминного азота в сусле с начальной экстрактивностью 12 % считается (20…23) мг/100 см3. В ходе брожения дрожжи усваивают из сусла (10…12) мг аминного азота на 100 см3 сусла.

Аминокислоты поступают в дрожжевую клетку с участием ферментов-пермеаз и ассимилируются для синтеза полипептидов или подвергаются переаминированию: у глутаминовой или аспарагиновой кислоты путём дезаминирования отнимается аминогруппа и переносится на кетокислоту или подобное вещество, чтобы получить другую аминокислоту, необходимую дрожжевой клетке.

Аминокислоты, поступившие в дрожжевую клетку из сусла, обязательно поступают в первый пул (резерв аминокислот) для их последующего использования. Аминокислоты первого пула легко экстрагируются из дрожжевой клетки в воду. Вероятно, таким образом популяция дрожжей пытается приспособить окружающую среду для своей нормальной жизнедеятельности.

Аминокислоты, синтезированные дрожжевой клеткой, включаются во второй пул. Сюда же поступают аминокислоты из первого пула. Из второго пула аминокислоты не могут быть экстрагированы водой и используются для синтеза белков.

Углеродным скелетом для биосинтеза аминокислот в дрожжевой клетке служат промежуточные продукты гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, пентозофосфатного цикла.

В зависимости от углеродного скелета, аминокислоты подразделяют на семейства:

) трифосфоглицериновой кислоты (серин, глицин, цистеин, цистин);

) пировиноградной кислоты (аланин, валин, лейцин);

) альфа-кетоглутаровой кислоты (глутаминовая кислота, лизин, пролин, орнитин, цитруллин, аргинин);

) щавелевоуксусной кислоты (аспарагиновая кислота, метионин, треонин, изолейцин);

) пентоз (триптофан, гистидин);

) тетроз (тирозин, фенилаланин).

В процессе нормальной жизнедеятельности дрожжи могут выделять в сусло избыточные аминокислоты, необходимые для жизнедеятельности других дрожжевых клеток.

Биосинтез аминокислот в дрожжевой клетке может регулироваться по принципу обратной связи. Биосинтез аминокислоты включает несколько стадий. Ингибитором фермента-катализатора первой стадии биосинтеза служит синтезируемая аминокислота. Когда она синтезирована в достаточном количестве, биосинтез прекращается.

В дрожжевой клетке существует репрессия и дерепрессия биосинтеза белков-ферментов, которая, вероятно, не столько регулирует синтез аминокислот, сколько обеспечивает экономное использование пула аминокислот, а также энергии в клетке. Помимо того, что аминокислоты используются для синтеза полипептидов и пептидов, а также других аминокислот, они влияют на синтез вторичных и побочных продуктов спиртового брожения, о чём будет сказано в следующих разделах, а также используются в качестве источника энергии, хотя и не столь богатого, как углеводы.

Роль белков в дрожжевой клетке заключается в формировании структуры клетки и участии в процессах метаболизма клетки в качестве ферментов.

Дрожжевая клетка осуществляет процессы метаболизма очень экономно. Постоянно меняется состав белков-ферментов: «ненужные» ферменты гидролизуются до аминокислот, которые поступают во второй пул, «необходимые» ферменты синтезируются заново или дополнительно к уже имеющимся молекулам этих ферментов.

Последовательность аминокислот во всех полипептидах дрожжевой клетки зашифрована в ядерной ДНК по принципу «один ген - один полипептид». Ген состоит из триплетов (кодонов). Триплет состоит из трёх пуриновых и/или пиримидиновых оснований, расположенных в определённой последовательности. Каждая аминокислота зашифрована одним, двумя, тремя или четырьмя триплетами. Всего известен 61 триплет, из которых три триплета являются «бессмысленными», то есть не кодируют ни одну из аминокислот. Они кодируют прекращение считывания информации с ДНК, то есть окончание биосинтеза полипептида.

Всего в дрожжевой ядерной ДНК примерно 107 пар пуриновых и пиримидиновых оснований.

Геном дрожжевой клетки описан в 16 томах. Ведётся работа по установлению функции каждого гена.

Биосинтез полипептидов происходит на рибосомах или на полирибосомах, состоящих из множества рибосом.

Сначала с определённого участка ядерной ДНК считывается необходимая информация, затем активируются соответствующие тому или иному триплету аминокислоты. Этот этап биосинтеза называется инициацией. Активированные аминокислоты и информация об их последовательности в полипептиде с помощью РНК доставляются к рибосомам, где происходит синтез полипептида - стадия элонгации (удлинения цепочки).

Когда синтез полипептида закончен, наступает стадия терминации биосинтеза полипептида.

В отношениях ДНК и РНК происходят: репликация (получение копии генетической информации), транскрипция (считывание информации), трансляция (передача генетической информации).

Для гидролиза «ненужных» белков дрожжевая клетка в процессе нормальной жизнедеятельности использует протеолитические ферменты, локализованные в цитоплазме, а в условиях автолиза - протеолитические ферменты, освобождающиеся из вакуоли вследствие повышения проницаемости мембраны, окружающей вакуоль.

В пивных дрожжах обнаружена экзопептидаза с оптимальным рН 8,2 и оптимальной температурой 35 0С, а также три эндопептидазы: 1) рНопт 6,6, оптимальная температура 50 0С;

) рНопт 6,3, оптимальная температура 50 0С; 3) рНопт 2,9, оптимальная температура 60 0С.

Во время споруляции дрожжевой клетки отмечается значительное повышение активности протеолитических ферментов, происходит гидролиз многих белков. Полученные аминокислоты используются для синтеза новых белков, свойственных спорам, устойчивым в неблагоприятных условиях окружающей среды.

.6 Биосинтез вторичных и побочных продуктов спиртового брожения

Вторичные и побочные продукты спиртового брожения накапливаются одновременно с образованием этилового спирта, но без тесной взаимосвязи с этим процессом.

Вторичные и побочные продукты спиртового брожения накапливаются разными расами дрожжей в разных количественных соотношениях. На накопление влияют также исходная концентрация дрожжей, физиологическое состояние дрожжей, химический состав сусла, температура и рН сусла.

Вторичные и побочные продукты спиртового брожения накапливаются в количествах, исчисляемых мг/дм3 среды, но оказывают заметное влияние на вкус и аромат пива. К ним относятся альдегиды, вицинальные дикетоны, высшие спирты, летучие жирные кислоты, эфиры, серусодержащие соединения.

.6.1 Биосинтез альдегидов и вицинальных дикетонов (ацетоина, диацетила)

Среди альдегидов в пиве преобладает уксусный альдегид, поскольку он является промежуточным продуктом спиртового брожения. Содержание уксусного альдегида колеблется в пределах от 20 до 40 мг/дм3 в начале брожения до менее чем 10 мг/дм3 в готовом пиве. В ходе дображивания и созревания пива уксусный альдегид превращается в этиловый спирт.

Усиливают синтез дрожжами уксусного альдегида: слабая аэрация сусла перед брожением, повышенное количество засевных дрожжей, высокая температура во время брожения, увеличение давления при брожении, инфицирование сусла кислотообразующей микрофлорой.

Снижению концентрации уксусного альдегида способствуют: достаточная аэрация сусла до начала брожения, все приёмы, ведущие к интенсивному дображиванию и созреванию пива, в том числе высокая температура, повышенная концентрация дрожжей на стадиях дображивания и созревания способствует быстрому исчезновению из пива уксусного альдегида.

Уксусный альдегид имеет неприятные резкие вкус и запах и нежелателен в пиве.

Биосинтез вицинальных дикетонов (ацетоина и диацетила). Показателем незрелости пива считают присутствие диацетила в количестве более 0,1 мг/дм3. Порог ощущения вкуса диацетила составляет (0,12…0,15) мг/дм3. При превышении этого порога диацетил придаёт пиву вкус от сладкого до приторного, а в очень больших концентрациях обладает вкусом творожной сыворотки. Аналогичный вкус даёт 2,3-бутандиол, но он имеет намного больший порог ощущения вкуса, чем диацетил.

Исходными веществами для синтеза диацетила вне дрожжевой клетки служат ПВК, тиаминпирофосфат, ацетилКоА и ионы магния и марганца.

Катализируют синтез диацетила такие ферменты, как пируватдекарбоксилаза, альфа-ацетолактатсинтетаза, ацетолактатдекарбоксилаза.

В аэробных условиях (вследствие поздней аэрации сусла) накапливается много диацетила. Если условия способствуют процессу его восстановления, то из диацетила образуется ацетоин, а из него - 2,3-бутандиол, незаметный в пиве по вкусу и запаху.

Образование и превращение вицинальных дикетонов происходят в три стадии.

На первой стадии образуются предшественники, не обладающие заметным вкусом и запахом. Одна молекула ПВК превращается в ацетилКоА, он взаимодействует со второй молекулой ПВК, получается альфа-уксусномолочная кислота (альфа-ацетолактат), Это ацетогидроксикислота, промежуточный продукты синтеза аминокислот. Её количество зависит: от расы дрожжей (является специфическим признаком расы), от нормы введения дрожжей (повышенная норма приводит к усиленному образованию ацетогидроксикислоты, но способствует также быстрому и интенсивному расщеплению диацетила), от присутствия кислорода (он способствует повышенному образованию ацетогидроксикислот).

На второй стадии происходит превращение предшественника путём окислительного декарбоксилирования сначала в ацетоин (СН3-СО-СНОН-СН3), а из него в диацетил (СН3-СО-СО-СН3). В бродящем сусле этот процесс происходит независимо от жизнедеятельности дрожжевой клетки. Его ускоряют: рН от 4,2 до 4,4 (при более высоких величинах рН скорость превращения ниже), повышенная температура брожения, присутствие кислорода в бродящем сусле.

На третьей стадии происходит восстановление диацетила сначала в ацетоин, а затем в 2,3-бутандиол (СН3-СНОН-СНОН-СН3). Восстановлению способствуют следующие факторы: повышенная температура (при температуре от 1 до 8 0С способность дрожжей к восстановлению диацетила в 4 раза ниже, чем при температуре 20 0С); повышенная концентрация активных дрожжевых клеток в созревающем пиве, поэтому добавление на стадию дображивания пива на стадии «высоких завитков», то есть со стадии активной жизнедеятельности дрожжей, ускоряет восстановление диацетила.

Ацетоина в пиве может быть (0,5…5,0) мг/дм3.

Во время брожения дрожжи способны восстановить в 10 раз больше вицинальных дикетонов, чем образуется во время брожения, причём это свойство незначительно зависит от расы дрожжей.

Чем больше концентрация дрожжей, чем выше температура брожения, тем больше диацетила образуется, но тем быстрее заканчивается его биосинтез и происходит восстановление. На этих знаниях построена технология ускоренного созревания пива в присутствии очень высокой концентрации иммобилизованных дрожжей при повышенной температуре, а также проведение «диацетильной паузы» при температуре до 18 0С.

Чем меньше в сусле аминокислот, особенно валина, биосинтез которого происходит с участием уксусномолочной кислоты, чем больше сбраживаемых углеводов, тем больше образуется диацетила.

При высокой концентрации валина в сусле биосинтез диацетила затормаживается. Диацетил может синтезировать посторонняя микрофлора, поэтому надо заботиться о биологической чистоте процесса брожения.

4.6.2 Биосинтез высших спиртов

В отличие от альдегидов и вицинальных дикетонов, которые относятся к веществам, ответственным за вкус и запах молодого пива, компонентами вкуса и запаха готового пива являются высшие спирты.

В пиве обнаружено 48 наименований высших спиртов. Примерно 10% от их общего количества синтезируются в дрожжевой клетке по механизму Эрлиха из аминокислот в присутствии углеводов.

Аминокислота превращается в амин путём декарбоксилирования или в оксикислоту путём дезаминирования с присоединением молекулы воды. Амин дезаминируется с присоединением молекулы воды и превращается в высший спирт. Оксикислота декарбоксилируется с присоединением иона водорода и также превращается в высший спирт. Полученный высший спирт содержит на один атом углерода меньше, чем исходная аминокислота. Из лейцина образуется изоамиловый спирт, из фенилаланина - бетафенилэтиловый спирт, из тирозина - тирозол, из метионина - метионол и так далее.

Примерно 90 % от общего количества высших спиртов образуются из пировиноградной кислоты (ПВК) и ацетил-КоА по механизму Иошизавы и Ямады.

При взаимодействии молекул ПВК и ацетил-КоА образуется уксусномолочная кислота (ацетолактат), из неё - альфа-кетоизовалериановая кислота, которая декарбоксилируется с образованием изобутилового альдегида, из которого образуется изобутиловый спирт.

Кетокислоты, взаимодействуя с ацетил-КоА, превращаются в другие кетокислоты, они - в соответствующие альдегиды, а затем в высшие спирты. Из альфа-кетомасляной кислоты образуется пропиловый спирт, из альфа-кетокапроновой - н-амиловый спирт, из альфа-кетовалериановой - бутиловый спирт.

Концентрация алифатических высших спиртов в пиве в норме составляет: н-пропилового спирта (2…10) мг/дм3; н-бутилового спирта - (0,4…0,6) мг/дм3; изобутилового (2-метилпропилового-1) спирта - (5…20) мг/дм3 при пороговой концентрации 10 мг/дм3; амилового (2-метилбутилового-1) спирта (10…20) мг/дм3 при пороговой концентрации 10 мг/дм3; изоамилового (3-метилбутилового-1) спирта (35…70) мг/дм3 при пороговой концентрации 30 мг/дм3.

Концентрация ароматических высших спиртов в пиве в норме составляет: фенилэтилового спирта (10…20) мг/дм3 при пороговой концентрации 28 мг/дм3; триптофола (0,15…0,5) мг/дм3; тирозола (3…6) мг/дм3. Во время «тёплого» брожения повышается концентрация триптофола до (0,6…40) мг/дм3, фенилэтилового спирта до (35…45) мг/дм3, тирозола до (12…24) мг/дм3. Общее содержание высших спиртов в пиве в норме составляет (60…90) мг/дм3, но в определённых условиях может составить 150 мг/дм3. В повышенных концентрациях (выше 100 мг/дм3) высшие спирты в пиве нежелательны.

Минимальная концентрация высших спиртов образуется при оптимальной концентрации аминокислот в сусле. Если аминокислоты находятся в избытке, то возрастает концентрация высших спиртов в пиве.

Концентрация высших спиртов в пиве повышается: при повышенной температуре брожения, при механическом перемешивании бродящего сусла, при интенсивной аэрации сусла, при многократном доливе свежего сусла в ходе брожения, при начальной экстрактивности сусла более 13 %.

Понижению концентрации высших спиртов способствует: брожение при повышенном давлении, повышенная норма введения дрожжей, относительно низкие температуры брожения, исключение попадания кислорода в бродящее сусло. Примерно 80 % от общего количества высших спиртов образуется во время брожения. Во время дображивания и созревания пива содержание высших спиртов увеличивается на (5…15) мг/дм3. Накопление высших спиртов следует регулировать только на стадии брожения.

В пиве обнаружены следующие кислоты: пировиноградная, муравьиная (20…40 мг/дм3), яблочная (60…100 мг/дм3), молочная (10…100 мг/дм3), лимонная (110…200 мг/дм3), уксусная (20…150 мг/дм3). Все эти кислоты являются продуктами расщепления глюкозы с участием ферментов дрожжей.

Уксусная кислота в обмене веществ дрожжевой клетки связана с синтезом этилового спирта, янтарной кислоты, аминокислот, белков, липидов. Вкус и запах уксусной кислоты неприятны.

Синтез ряда летучих жирных кислот связан с усвоением дрожжами некоторых аминокислот (валина, лейцина и других). При повышении концентрации аминокислот в сусле возрастает накопление изомасляной, изовалериановой, валериановой и других летучих жирных кислот, придающих пиву неприятные запах и привкус. Запах масляной кислоты напоминает запах прогорклого сыра, пота, изовалериановой - старого окисленного хмеля. В номе содержание в пиве масляной кислоты может составлять от 0,2 до 0,6 мг/дм3 при пороговой концентрации ощущения вкуса (1,2…2,2) мг/дм3, изовалериановой кислоты - (0,5…1,2) мг/дм3 при пороговой концентрации (1,5…1,6) мг/дм3.

Кислоты цикла трикарбоновых кислот, а также молочная кислота, в нормальных для пива концентрациях не портят ни вкуса, ни запаха пива, но в повышенных концентрациях нежелательны, так как придают пиву кислый вкус.

Максимум накопления летучих жирных кислот связан с периодом интенсивного размножения дрожжей (экспоненциальной фазой роста). При переходе к стационарной фазе наблюдается спад концентрации летучих жирных кислот.

Во время дображивания и созревания пива содержание летучих жирных кислот увеличивается, поскольку из автолизованных дрожжевых клеток в пиво переходят кислоты с длиной углеродной цепочки свыше 8 атомов углерода и их этиловые эфиры. Пиво приобретает дрожжевой привкус и запах, что нежелательно. В норме в готовом пиве концентрация октановой кислоты - (2…5) мг/дм3, декановой - (0,2…0,8) мг/дм3, додекановой -(0,1…0,5) мг/дм3. Их пороговые концентрации вкуса, соответственно, (10…13) мг/дм3, 10 мг/дм3, 6 мг/дм3. Октановая кислота имеет вкус масла, декановая - прогорклый вкус, додекановая - мыльный вкус.

Влияние расы дрожжей на накопление летучих жирных кислот при брожении и дображивании разные исследователи оценивают неоднозначно.

Интенсивная аэрация сусла приводит к повышению концентрации летучих жирных кислот в пиве.

С повышением температуры брожения от 6 до 200С максимум накопления летучих жирных кислот достигается на более ранней стадии брожения. Абсолютная величина этого максимума при температуре 200С вдвое больше, чем при температуре 60С.

.6.4 Биосинтез сложных эфиров

Сложные эфиры являются основными источниками аромата пива, связанными с жизнедеятельностью дрожжей.

В пиве обнаружено около 60 различных эфиров. В повышенных концентрациях сложные эфиры могут придать пиву неприятный горький привкус.

Отношение пороговой концентрации ощущения запаха или вкуса вещества к концентрации этого вещества в пиве называют индексом аромата или индексом вкуса. Чем ниже величина этого индекса, тем большую роль играет данное вещество в формировании аромата или вкуса пива.

Наибольшую роль в формировании аромата пива играют эфиры, концентрация которых в пиве превышает пороговую: уксусно-этиловый, уксусно-изоамиловый, уксусно-изобутиловый, уксусно-фенилэтиловый. Многие эфиры имеют запах, свойственный плодам и фруктам. Отдельные эфиры имеют запах растворителя, мыла.

Пиво верхового брожения содержит до 80 мг эфиров/дм3, пиво низового брожения - до 60 мг эфиров/дм3. Уксусно-этилового эфира в пиве низового брожения содержится (15…30) мг/дм3, уксусно-изоамилового эфира - (1…5) мг/дм3, уксусно-изобутилового - 0,4 мг/дм3, уксусно-фенилэтилового эфира - до 12 мг/дм3.

Пороговая концентрация уксусно-этилового эфира составляет от 5 до 50 мг/дм3, уксусно-изоамилового - от 0,5 до 2,5 мг/дм3, уксусно-изобутилового - 0,1 мг/дм3 уксусно-фенилэтилового - от 2 до 5 мг/дм3.

Сложных этиловых эфиров гексановой, октановой и декановой кислот в пиве низового брожения содержится от 0,1 до 0,3 мг/дм3. Их пороговая концентрация составляет от 0,02 до 0,3 мг/дм3, поэтому не следует допускать излишнего накопления этих эфиров в пиве из-за автолиза дрожжей.

Оптимальный уровень содержания эфиров в пиве не установлен.

Синтез сложных эфиров происходит внутри дрожжевых клеток с участием ацетил-КоА, спиртов и кислот. Реакцию катализирует фермент алкогольацетилтрансфераза

При использовании сусла с экстрактивностью выше 13 %, при усиленной или при пониженной аэрации сусла, при увеличении КСС и степени сбраживания пива, при активном перемешивании пива во время брожения и созревания, при продолжительном дображивании, при созревании пива при повышенной температуре количество эфиров в пиве увеличивается.

Нормальный уровень аэрации сусла, (8…9) мг кислорода/дм3 сусла, приводит к уменьшению биосинтеза эфиров по сравнению с меньшим или большим уровнями аэрации.

Уменьшению биосинтеза эфиров способствуют также: экстрактивность сусла менее 13 %, относительно низкая степень сбраживания, относительно низкие температуры брожения, брожение под давлением.

Содержание уксусно-метилового эфира в пиве составляет (1…8) мг/дм3. Эфиры метилового спирта попадают в сусло, а затем в пиво с хмелевым эфирным маслом. За счёт переэтерификации эти эфиры могут превращаться в эфиры этилового спирта.

Чем больше аминного азота в сусле, тем больше эфиров высших спиртов синтезируется во время брожения в связи с тем, что в этих условиях накапливается относительно больше высших спиртов.

Каждая раса дрожжей имеет свойственное только ей сочетание концентраций отдельных эфиров и играет основную роль в формировании букета пива. Можно сбродить одно и то же сусло дрожжами разных рас и получить совершенно разный напиток по органолептическим показателям.

.6.5 Биосинтез серусодержащих веществ

Сера входит в состав нескольких аминокислот (цистеина, метионина) и вместе с ними - в состав белков. Из метионина образуется тиоспирт метионол по механизму Эрлиха.

Сера входит в состав ряда коферментов, в частности, коэнзима А, некоторых витаминов (биотина, тиамина), трипептида глутатиона, сульфатов, диметил- и диэтилсульфида, сероводорода.

Если сусло недостаточно осветлено, то с ним на брожение поступают серусодержащие полисульфиды, диметилсульфид, тиоэфиры метилового спирта, меркаптаны. Они придают пиву неприятный запах. В пиве в норме содержится примерно 0,5 мкг меркаптанов/дм3, диметилсульфида - от 70 до 150 мкг/дм3.

Меркаптаны - это тиоспирты. Они могут значительно ухудшать аромат пива, Они ответственны за появление в пиве «солнечного» привкуса. Содержание меркаптанов возрастает до степени сбраживания (60…70) %, а затем снижается. При доступе кислорода меркаптаны окисляются до менее неприятных дисульфидов.

Содержание диметилсульфида (ДМС), имеющего запах варёных овощей, снижается при переработке хорошо растворённого солода, при использовании отварочных способов затирания, при длительном и интенсивном кипячении сусла с хмелем и при испарении летучих соединений на стадии осветления сусла в ГЦА с применением разрежения.

Путём расщепления цистеина и метионола в пиве образуется диметилсульфид

Низкой концентрации диметилсульфида в пиве соответствует высокая концентрация метионола и наоборот.

При автолизе дрожжей в пиво поступают диметилсульфид, диэтилсульфид, метантиол, придающие пиву запах варёных овощей.

При тёплом режиме брожения из пива удаляется больше ДМС с газами брожения, чем при холодном режиме. При сбраживании под давлением и при продолжительном дображивании количество ДМС в пиве немного возрастает. В целом содержание ДМС в пиве зависит от его содержания в сусле.

Дрожжи в нормальных условиях брожения синтезируют сероводород путём восстановления сульфата до диоксида серы, а затем до сероводорода.

С повышением температуры брожения сероводород более интенсивно синтезируется, но и более интенсивно улетучивается вместе с газами брожения.

Сероводород встраивается в углеродный скелет при синтезе серусодержащих аминокислот цистеина и метионина.

При избытке треонина, ингибирующего биосинтез метионина, увеличивается накопление сероводорода при брожении.

В отсутствие в сусле пантотеновой кислоты также увеличивается накопление сероводорода при брожении.

В пиве содержится в норме не более 0,5 мкг сероводорода/дм3 пива, что ниже его пороговой концентрации.

4.7 Связывание диоксида углерода во время дображивания пива

Насыщенность пива диоксидом углерода является одним из критериев качества готового пива. В хорошо освежающем пиве с хорошей пеной концентрация диоксида углерода составляет от 0,45 до 0,50 %.

Во время главного брожения диоксид углерода, выделяемый дрожжами, отводят вместе с другими летучими продуктами брожения в виде газов брожения на утилизацию. От общего количества СО2, образующегося при брожении, в пиве остаётся примерно 15 %. Содержание СО2 в молодом пиве составляет около 0,2%.

Во время дображивания и созревания пива аппарат шпунтуют, создавая в нём давление (0,03…0,05) МПа, температуру при дображивании и созревании поддерживают на уровне (1…2)0С. Такие условия благоприятны для растворения и связывания СО2 в пиве.

Растворимость СО2 в пиве зависит от температуры (чем ниже температура, тем выше растворимость), от давления над жидкостью (растворимость возрастает пропорционально давлению).

Форма связывания СО2 может быть физико-химической и химической.

Физико-химическая форма связывания осуществляется путём адсорбции полярных молекул угольной кислоты на растворённых в пиве коллоидах (декстринах, белках, хмелевых смолах), имеющих высокую сорбционную способность.

Повышенная вязкость пива положительно влияет на адсорбцию СО2, так как чем выше вязкость пива, тем больше в нём коллоидов.

При химической форме связывания СО2 в виде угольной кислоты образует моноэфиры и диэфиры со спиртами и альдегидами, переходя в связанную форму. СО2 может связываться с аминогруппами белков, пептидов и аминокислот, несущими положительных заряд.

4.8 «Старение» пива и его причины

Даже стойкое пиво со временем меняет свои органолептические и физико-химические показатели, «стареет». Это может произойти через разные промежутки времени.

Выяснили, что часто причиной старения пива являются продукты окисления спиртов - альдегиды (карбонилы «старения»): 2-метилпропаналь, 2-метилбутаналь, 3-метилбутаналь, фенилуксусный альдегид. Эти вещества имеют низкий порог вкуса и могут придавать пиву сладко-солодовый привкус.

В результате окисления липидов пиво приобретает привкус мокрого картона.

Продукты реакции меланоидинообразования придают пиву хлебный и вишнёвый привкусы.

Кислород в пиве способствует ускоренному образованию карбонилов «старения», поэтому концентрация кислорода на пути пива от аппарата для дображивания до автомата розлива не должна превышать (0,01…0,02) мг кислорода/дм3 пива.

Чтобы обеспечить такие условия, недопустимо пользоваться сжатым воздухом для создания изобарических условий в сборниках пива и в резервуаре автомата розлива, нельзя допускать негерметичность уплотнений насосов, фланцев трубопроводов, неплотности в пластинчатых теплообменниках, фильтрах для пива. Вода, применяемая для вытеснения воздуха из фильтров и сборников, должна быть деаэрирована и храниться под давлением СО2 . Кунце сообщает, что СО2, применяемый в производстве пива, должен иметь концентрацию 99,998%, чтобы гарантировать отсутствие в нём недопустимо высокой примеси кислорода.

В современных автоматах розлива для эффективного вытеснения воздуха из тары перед розливом в неё капают небольшую каплю жидкого азота. Превращаясь в газ, азот в сотни раз увеличивает свой объём, вытесняя из тары весь воздух. Если пиво при хранении подвергается действию солнечного или искусственного света с длинами волн 350…500 нм, разлито в бесцветные бутылки, то от изо-альфа-горькой кислоты отщепляется меркаптан, обладающий неприятным запахом, который характеризуют как «солнечный».

Концентрация карбонилов в свежем пиве в 3…5 раз ниже, чем в «старом» пиве, поэтому лучше всего пить свежее пиво, не создавать больших запасов на длительный срок.

Литература

1.Булгаков, Н.И. Биохимия солода и пива [Текст] / Н.И. Булгаков. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 358 с.

.Жвирблянская, А.Ю. Дрожжи в пивоварении [Текст] / А.Ю. Жвирблянская, В.С. Исаева. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 246 с.

.Калунянц, К.А. Химия солода и пива [Текст] / К.А.Калунянц : Учебное пособие для вузов. - М.: АО «Агропромиздат», 2010. - 176 с.

.Коновалов, С.А. Биохимия дрожжей [Текст]/ С.А. Коновалов. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 271 с.

.Кунце, В. Технология солода и пива [Текст] / В. Кунце, Г. Мит. - СПб.: Профессия, 2013. - 912 с.

.Новаковская, С.С. Справочник по производству хлебопекарных дрожжей [Текст] /С.С. Новаковская, Ю.И. Шишацкий. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 375 с.

.Технология солода: пер. с нем. [Текст] - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 503 с.

.Технология спирта [Текст] / под ред. В.Л. Яровенко : учебник для вузов. - М. : Колос, 1999. - 446 с.

.Хмель и хмелевые препараты в пивоварении [Текст]- М.: Пищевая промышленность, 1982.

.Хорунжина, С.И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива [Текст]: учебник для вузов. - М.: Колос, 2009. - 312 с.

Похожие работы на - Физико-химические и биохимические процессы, происходящие на различных этапах приготовления пива

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!