Лабораторный практикум по технической биохимии. Пиво

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. Алексеева»
Кафедра «Нанотехнологии и биотехнологии»
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ БИОХИМИИ.
ПИВО
Методические указания к лабораторным занятиям
по дисциплине «Техническая биохимия»
для студентов, обучающихся по направлению
«Биотехнология» дневной формы обучения
Нижний Новгород 2014
1
Составители: Т.Н. Соколова, Н.К. Травкина, А.А. Калинина, В.Р. Карташов
УДК 541.1
Лабораторный практикум по технической биохимии. Пиво: метод.
указания к лаб. занятиям по дисциплине «Техническая биохимия» для студентов, обучающихся по направлению «Биотехнология» дневной формы
обучения/ НГТУ; сост.: Т.Н. Соколова, Н.К. Травкина, А.А. Калинина, В.Р.
Карташов, Н. Новгород, 2015. 17 с.
Методические указания предназначены для проведения лабораторных
занятий по дисциплине «Техническая биохимия». Могут быть использованы
для самостоятельной и аудиторной работы студентов.
Редактор Э.Б. Абросимова
Подписано в печать 12.01.2015. Формат 60801/16. Бумага газетная.
Печать офсетная. Усл. п. л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ
.
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева.
Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.
 Нижегородский государственный технический
университет им. Р.Е. Алексеева, 2014
2
Лабораторная работа №1
Определение общей и кальциевой жесткости воды.
Оценка исследуемой воды на соответствие требованиям
пивоваренного производства
Цель работы:
- определить, используя комплексометрический метод, концентрацию в исследуемой воде катионов двухвалентных щелочноземельных металлов – кальция и магния (общую жесткость);
- определить концентрацию в воде ионов кальция;
- рассчитать концентрацию в воде ионов магния.
Краткие сведения из теории
В производстве пива вода относится к основному сырью. Она
должна обладать качествами питьевой воды в соответствии с действующими нормативами по питьевой воде, то есть удовлетворять всем органолептическим, физико-химическим и микробиологическим требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Кроме того, она должна соответствовать ряду специфических для пивоваренной промышленности технологических требований, соблюдение которых оказывает положительное
влияние на процесс приготовления пива.
В первую очередь для производства пива, особенно на стадии затирания, важен солевой состав воды. Соли в воде в виду их низкой концентрации находятся в ионном состоянии. По поведению ионов солей, присутствующих в воде, относительно компонентов солода их классифицируют на:
- химически неактивные (пассивные);
- химически активные.
Под химически неактивными понимают те ионы, которые не вступают в химические реакции с компонентами солода, хмеля, несоложеного
зерна и переходят в пиво без изменения. Другими словами, понятие химической пассивности относится только к их индифферентности к компонентам, с которыми ионы могут взаимодействовать во время приготовления сусла.
К химически неактивным относят ионы: Na+, K+, Cl-, SO42-.
Ионы, присутствующие в воде, которые могут взаимодействовать с
компонентами солода или сусла, изменяя при этом рН затора, называются химически активными. Так, под действием фосфатаз солода происходит гидролиз фосфоэфирных связей (например, в фосфопротеинах, фосфолипидах) с отщеплением неорганического фосфат-аниона. Образующиеся соли ортофосфорной кислоты могут взаимодействовать с солями,
3
присутствующими в воде, в результате чего возможно смещение значения рН в кислую или щелочную сторону.
Повышенное внимание к рН затора определяется зависимостью от
этого параметра активности ферментов, расщепляющих компоненты солода, прежде всего крахмал. -Амилаза действует оптимально при 6265 0С и рН 5,4-5,5, -амилаза функционирует оптимально при 72-750С и
рН 5,6-5,8.
Химически активные ионы, взаимодействующие с компонентами
солода, подразделяются на повышающие и понижающие рН.
Например, гидроортофосфат калия солода, характеризующийся щелочной реакцией, может взаимодействовать с нейтральным сульфатом
кальция:
4K2НРО4 + 3СаSO4  Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4
Образовавшийся ортофосфат кальция в заторе не растворяется, а
дигидроортофосфат калия имеет кислую реакцию, что будет способствовать уменьшению рН затора. В то же время дигидроортофосфат калия
может реагировать с нейтральным гидрокарбонатом кальция с образованием ортофосфата калия, который вызывает увеличение рН:
2KH2PO4 + Са(НСО3)2  K2НРО4 + CaНPO4 + 2Н2О + 2СO2
Поскольку большинство процессов при производстве пива протекает легче и быстрее, если рН сдвигается в кислую область, то повышающие рН ионы ухудшают технологические показатели процессов, в
том числе и затирания.
К ионам, повышающим значение рН затора, относят карбонат- и
гидрокарбонат-ионы (СО32-, НСО32-).
Ионы магния и кальция, имеющие противоионами анионы, отличные от СО32- и НСО32- (например, Cl-, SO42-), понижают значение рН.
Для компенсации нежелательного влияния карбонатов и гидрокарбонатов концентрация ионов кальция в заторе должна быть в 3,5 раза выше
концентрации НСО3-.
Совокупность химических и физико-химических свойств воды,
связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных
металлов, главным образом кальция и магния, определяется как жесткость воды.
Различают общую, постоянную и временную жесткость.
Временная жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых в ней гидрокарбонатов (Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2), которые при кипячении переходят в нерастворимые в воде карбонаты:
4
Са(НСО3)2→ СаСО3 + СО2 + Н2О
Mg(НСО3)2→ MgСО3 + СО2 + Н2О
Часто временную жесткость называют карбонатной, устранимой.
Постоянная (некарбонатная) жесткость характеризуется содержанием растворимых в воде других, кроме гидрокарбонатов, солей кальция
и магния (это могут быть хлориды, сульфаты, нитраты). При кипячении
эти соли остаются в воде в растворенном состоянии.
Общая жесткость слагается из временной и постоянной. Численно
жесткость воды определяется количеством миллимолей ионов кальция и
магния, содержащихся в одном литре воды (ммоль/л, или более строго в
системе СИ моль/м3). Один ммоль/л жесткости соответствует 40,08 мг
Са2+ или 24,32 мг Мg2+, содержащихся в 1 л воды (в России для измерения жесткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов
кальция и магния, выраженная в мг-экв/л, один мг-экв/л соответствует
содержанию в 1 л воды 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния). С 1 января 2005 г. в России введен новый Национальный стандарт
РФ ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости», в соответствии с
которым жесткость выражается в градусах жесткости (0Ж). Один градус
жесткости соответствует концентрации щелочноземельного элемента,
численно равной 1/2 его ммоля на литр (10Ж =1/2ммоль/л = 1мг-экв/л). В
таблице представлены соотношения между различными внесистемными
единицами определения жесткости воды, некоторые из которых традиционно могут использоваться на пивоваренных предприятиях, например,
немецкий градус жесткости (в частности, до 1952 г. в СССР использовали градусы жесткости, совпадающие с немецкими). В связи с использованием различных единиц жесткости, при ее определении обязательно
указываются единицы измерения.
Страна
Таблица. Соотношения национальных единиц жесткости воды
ОбознаРоссия
Германия
ВеликоФранция
чение
британия
единицы
жесткости
о
Ж
1
2,80
3,51
5,00
o
DH
0,357
1
1,25
1,78
o
Clark
0,285
0,80
1
1,43
США
Россия
50,04
Германия
17,84
Велико14,3
британия
o
Франция
F
0,20
0,56
0,70
1
10
o
США
ppm
0,02
0,056
0,070
0,10
1
Примечание:
0
Ж=20,04 мг Са 2+ или 12,15 Mg 2+ в 1 дм 3 воды; oDH = 10 мг СаО в 1 дм3 воды, или
17,86 мг СаСО3 в 1 дм3 воды; oClark =10 мг СаСО3 в 0,7 дм3 воды; oF = 10 мг СаСО3 в
1 дм3 воды; oppm = 1 мг СаСО3 в 1 дм3 воды.
5
По жесткости (0Ж) воду классифицируют следующим образом:
до 1,5 – очень мягкая;
1,5…3,0 – мягкая;
3,0…4,5 – средней жесткости;
4,5…6,0 – довольно жесткая;
6,0…10,0 – жесткая;
свыше 10,0 – очень жесткая.
С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по жесткости может существенно варьироваться в зависимости от
местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит в диапазоне 2…
6 0Ж в зависимости от соответствующего аниона. В некоторых случаях
для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 0Ж. Высокая
жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей
горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.
Поскольку ионы кальция и магния относят к химически активным
ионам, при производстве пива существуют более строгие требования к
жесткости используемой воды. Для производства светлых сортов пива
предпочтительна мягкая вода: карбонатная жесткость около 0,8 0Ж, постоянная 0,4 0,8 0Ж. Для темного пива жесткость может быть выше:
3,04,8 0Ж. В жесткой воде хмель дает более грубую горечь, а цвет сусла
получается более темным.
Наиболее распространенным способом определения общей жесткости воды является комплексометрический с помощью трилона Б (комплексона III) – двузамещенной натриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты:
CH2COONa
CH2
CH2
N
N
CH2COOH
CH2COOH
. 2H O
2
CH2COONa
Этот способ основан на свойстве трилона Б образовывать с катионами двухвалентных металлов и некоторых трехвалентных устойчивые
комплексы с тремя пятичленными циклами и таким образом выводить их
из ионного состояния, например:
6
CH2COONa
CH2 C O
CH2
CH2
N
O
Ca
O
N
CH2
C O
CH2COONa
Комплексы ионов металлов с трилоном Б образуются при различных для каждого катиона значениях рН. Ионы кальция и магния определяются при рН выше 9, Fe3+ – при рН 1,2, ионов меди – в широком диапазоне рН – от 3,5 до 12. Если в раствор, содержащий определяемые ионы, например в воду, содержащую ионы кальция и магния, ввести индикатор, дающий непрочное цветное соединение с ионами металла, то при
добавлении трилона Б к такому окрашенному раствору в точке эквивалентности произойдет изменение окраски.
В качестве индикатора для определения ионов кальция и магния
используется преимущественно хромовый черный (эриохром черный Т),
который в водном растворе в присутствии ионов кальция и магния имеет
вино-красный цвет, а в их отсутствии – сине-зеленый.
В щелочной среде, кроме ионов кальция и магния, во взаимодействие с трилоном Б вступают также ионы Сu2+, Zn2+, Mn3+. Перед определением общей жесткости воды, содержащей «мешающие» катионы, последние переводят в соединения, не влияющие на количественный анализ. Ионы меди и цинка переводятся в малорастворимые сульфиды CuS,
ZnS путем добавления к исследуемой воде водного раствора сульфида
натрия. Ионы марганца связывают в прочный комплекс гидроксиламином. Гидроксиламин (NH2OH) является сильным восстановителем
(2NH2OH + 2ОН- - 2е→N2 + 4Н2О, Е0 = 3,04 В) для ионов марганца, переводя их в состояние Mn2+. Двухвалентные ионы марганца, присутствующие в воде, связываются в устойчивый аквакомплекс [Mn(H2O)6]2+.
Количественное определение ионов кальция основано на их свойстве в щелочной среде (рН 12) образовывать с индикатором мурексидом
комплексное соединение, определяющее розовый цвет водного раствора,
содержащего ионы кальция. Однако это соединение менее прочное, чем
комплекс, образующийся с трилоном Б. В связи с чем в момент полного
связывания ионов кальция в комплекс с трилоном Б розовая окраска водного раствора изменяется на лиловую.
7
Экспериментальная часть
Реактивы: аммиачный буферный раствор с рН 10; 0,025 М раствор
трилона Б (концентрация титранта уточняется перед проведением анализа); кристаллический эрихром черный Т; 5%-ный водный раствор сульфида натрия; 1%-ный водный раствор гидроксиламина солянокислого;
0,5 М раствор NaOH; растертая в тонкий порошок смесь мурексида и
хлористого натрия (1:500 по весу).
Определение общей жесткости
В пробе исследуемой воды (110 мл) потенциально присутствующие ионы меди, цинка и марганца переводятся в связанное состояние.
Для чего к воде добавляется 2 мл 5%-ного водного раствора сульфида
натрия, затем 5 капель 1%-ного водного раствора гидроксиламина.
В коническую колбу вместимостью 250 мл наливается 100 мл анализируемой воды, свободной от ионов меди, цинка и марганца, и добавляется 5 мл аммиачного буферного раствора с рН 10, затем  0,1 г (2 химические ложки) эриохрома черного Т. После чего содержимое колбы титруется 0,025 М раствором трилона Б до перехода окраски из виннокрасной в сине-зеленый.
Общая жесткость воды определяется по формуле
Жо=21000VfС/a (0Ж),
где V – количество трилона Б, взятого на титрование, мл; С – концентрация трилона Б, моль/л; f – поправочный коэффициент для приведения
концентрации раствора трилона Б к точной молярности (уточняется у лаборанта); а – объем воды, взятой для анализа, мл.
Определение концентрации ионов кальция
В коническую колбу вместимостью 250 мл наливается 100 мл анализируемой воды, затем добавляется 5 мл 0,5 М раствора гидроксида натрия
и 100150 мг индикатора мурексида в смеси с NaCl. Содержимое колбы
после перемешивания вращательными движениями титруется 0,025 М
раствором трилона Б до перехода окраски из розовой в лиловую.
Кальциевая жесткость (0Ж) рассчитывается по формуле
ЖCа=1000VfC/a,
где V – количество трилона Б, взятого на титрование, мл; С – концентрация трилона Б, моль/л; f – поправочный коэффициент для приведения
концентрации раствора трилона Б к точной молярности (уточняется у лаборанта); а – объем воды, взятой для анализа, мл.
Содержание ионов магния вычисляется по разности между общей и
кальциевой жесткостью:
ЖMg= ЖO - ЖCа.
8
Выводы. Обосновать возможность использования водопроводной
воды для производства светлого и темного пива. В случае несоответствия
жесткости воды требованиям пивоваренного производства предложить
технологические решения улучшения качества воды.
Лабораторная работа №2
Определение растворенного в воде кислорода
методом Винклера
Цель работы: освоить метод Винклера для определения содержания кислорода, растворенного в воде, оценить возможность использования исследуемой воды в пивоваренном производстве.
Краткие сведения из теории
Первой стадией производства пива является затирание, когда механически раздробленный солод перемешивается (затирается) с водой, при
этом компоненты солода, благодаря действию ферментов при оптимальных для них температурах, переходят в раствор, образуя экстракт или
сусло. В частности, при дроблении активируется липоксигеназа, которая
при температурах начала затирания в очень короткое время может при наличии в воде кислорода окислить ненасыщенные жирные кислоты солода,
рис.1. При этом образуются пероксиды и гидропероксиды, известные как
первичные продукты перекисного окисления липидов. Являясь нестабильными соединениями, они расщепляются с образованием альдегидов и
кетонов, которые переходят в пиво и оказывают неблагоприятное воздействие на его вкусовые характеристики. Несмотря на то, что липоксигеназа
чувствительна к температуре и инактивируется при сушке солода, более
трети липоксигеназы остается в солоде в активной форме, поэтому воспрепятствовать окислению ненасыщенных жирных кислот солода через
контроль ферментативной активности липоксигеназы технологически невозможно. Вследствие чего с самого начала приготовления сусла стремятся максимально ограничить влияние кислорода. К сожалению, полного
удаления кислорода достичь не удается, поскольку все имеющиеся на сегодняшний день устройства для смешения дробленого солода с водой
предусматривают контакт помола солода с воздухом.
Учитывая негативную роль кислорода в формировании органолептических свойств пива, проводится постоянный контроль содержания кислорода в воде, используемой для затирания, в сусле, пиве.
Одним из аналитических методов определения содержания кислорода в воде (сусле, пиве) является метод Винклера.
9
В основе метода лежат следующие химические превращения соединений марганца. В анализируемой пробе воды проводится реакция образования гидроксида марганца (II):
MnCl2 + 2NaOH → Mn(OH)2 + 2NaCl
Гидроксид марганца (II) выпадает в виде белого осадка, который
под действием растворенного в воде кислорода окисляется до Mn (IV),
цвет осадка при этом изменяется до темно-серого:
2Mn(OH)2 + О2 → 2MnO2 + 2Н2О
В избытке сильной минеральной кислоты и KI снова происходит
восстановление Mn (IV) до состояния Mn (II), при этом ион I- окисляется
с образованием I2, который оттитровывается раствором тиосульфата натрия. Выделившееся при этом количество молекулярного йода эквивалентно растворенному в воде кислороду.
липоксигеназа
H
.
.
H
H
H
H
O2
O
O
.
RH
O
O
.
H
OOH
.
+R
RH
O
O
H
.
+ R
Рис.1. Схема перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот
липоксигеназой солода
Экспериментальная часть
Реактивы: 33%-ный водный раствор MnCl2; щелочной раствор йодида калия (50 г NaOH и 20 г KI в 100 мл дистиллированной воды); 0,01 М
раствор тиосульфата натрия; концентрированная соляная кислота; 0,5%ный раствор крахмала.
Проведение анализа. Перед проведением анализа проводится калибровка конической колбы вместимостью 250 мл с притертой пробкой. Для
чего сухая пустая колба с притертой пробкой взвешивается на технических весах и заполняется дистиллированной водой таким образом, чтобы
при закрытой пробке в ней не содержалось пузырьков воздуха. Заполнен10
ная водой колба взвешивается. По разности величин двух взвешиваний,
деленной на плотность воды при температуре исследования, определяется
вместимость колбы Vк.
Откалиброванная колба с притертой пробкой заполняется анализируемой водой до верха. Вода осторожно заливается по стенке колбы во
избежание изменения содержания в ней кислорода. Затем в колбу с водой
с помощью мерной пипетки, погруженной до дна колбы, вводится 3 мл
33%-ного раствора хлорида марганца (II). После чего пипетка медленно
вынимается при открытом верхнем конце. Подобным образом в колбу
вводится 3 мл щелочного раствора йодида калия и колба закрывается
пробкой так, чтобы под ней не осталось пузырьков воздуха. При этом не
обращается внимания на вытекающую из-под пробки жидкость (6 мл).
Содержимое колбы перемешивается переворачиванием колбы и выдерживается в темном месте в течение 30-40 минут. Появление желтокоричневого осадка свидетельствует о том, что в воде содержится растворенный кислород.
После чего в колбу пипеткой, погруженной до дна, добавляется 4 мл
концентрированной соляной кислоты. Колба закрывается пробкой, при
этом часть жидкости вытекает, содержимое перемешивается переворачиванием колбы до растворения осадка и выделения молекулярного йода. По
окончании процесса раствор количественно переносится в коническую
колбу для титрования (откалиброванная колба ополаскивается дистиллированной водой, которая также переносится в колбу для титрования). Выделившийся йод оттитровывается раствором тиосульфата натрия концентрацией 0,01 N сначала до появления соломенно-желтой окраски, после
чего добавляется 1 мл 0,5%-ного раствора крахмала и титрование продолжается до исчезновения синей окраски.
Содержание кислорода в анализируемой воде эквивалентно количеству выделившегося йода, а соответственно эквивалентно количеству тиосульфата натрия, пошедшего на титрование. Один г-экв О2 равен 8 г (молекулярная масса кислорода, деленная на 2), тогда, например,
0,01
г-экв/л тиосульфата натрия соответствует 0,08 г кислорода в одном литре
раствора.
Содержание растворенного в воде кислорода (мг/л) определяется по
формуле
О2 = 81000VNf/(Vк-6),
где V – объем раствора Na2S2O3, пошедший на титрование, мл; N – нормальность раствора тиосульфата натрия, г-экв/л; f – поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора тиосульфата натрия к точной нормальности (уточняется у лаборанта); Vк – вместимость колбы, мл.
11
Выводы. Обосновать возможность использования анализируемой
воды для производства пива. В случае несоответствия воды требованиям
пивоваренного производства предложить технологические решения, снижающие содержание кислорода в воде.
Лабораторная работа №3
Определение белковой стойкости пива
Цель работы: определить белковую стойкость пива
Краткие сведения из теории
Одним из видимых признаков, по которому обычно определяют товарные свойства пива, является его прозрачность. Время в сутках, которое
проходит при температуре 20 0С от розлива пива до появления в нем заметного помутнения или осадка, называется стойкостью. Различают помутнение биологическое, образующееся в результате размножения дрожжей или других микроорганизмов, и небиологическое (коллоидное). Значительная часть веществ пива (белки, полипептиды, пептиды, полифенолы, меланоидины), обусловливающих его характерные особенности: вкус,
прозрачность, способность к пенообразованию, игристость и т. п., находится в коллоидно-растворенном состоянии. Для сохранения этих свойств
пива до момента потребления необходимо, чтобы коллоидные системы
были агрегативно устойчивы. При нарушении физико-химического равновесия коллоидных систем пива, сопровождающемся потерей агрегативной
устойчивости, образуется коллоидное помутнение. В отличие от биологического помутнения, при возникновении которого вкус пива заметно
ухудшается, образование коллоидного помутнения сопровождается лишь
небольшими вкусовыми изменениями.
Коллоидное помутнение может быть холодным (обратимым) и необратимым. Согласно определению Европейской пивоваренной конвенции
(ЕВС), холодным, или обратимым, называют помутнение, образующееся
при 0 °С и исчезающее при нагревании пива до 20 °С. Помутнение, которое остается и после нагревания до 20°С, определяется как необратимое.
Основную роль в возникновении коллоидного помутнения играют
полипептиды и полифенолы, поэтому чаще всего стойкость пива в целом
оценивается через белковую стойкость.
Белок ячменного солода примерно на 30 % состоит из глютелина.
Спирторастворимая проламиновая фракция ячменя, называемая гордеином, составляет 37 % белка. Основная часть гордеинов и глютелинов при
дальнейшей обработке солода остается в дробине и в пиво не попадает.
Глобулины ячменя (эдестины), на долю которых приходится 15 %, состо12
ят из четырех компонентов , , , , из которых, содержащий серу глобулин, практически полностью переходит в пиво и может быть причиной белкового помутнения. Альбумины ячменя называются лейкоцинами
(11 %). При кипячении сусла они полностью осаждаются.
При затирании расщепление белков, катализируемое солодовыми
протеазами, происходит в среднем на 1/3 – 2/5 общего их содержания в
солоде.
Часть белков и продуктов их гидролиза удаляется во время кипячения сусла с хмелем, при этом имеет значение величина pH и температура,
при которой происходит коагуляция белка. Так, из четырех фракций глобулина три фракции – , ,  – осаждаются при температуре до 70 0С, а глобулин остается в сусле даже после кипячения. Склонность белков к
коагуляции тем меньше, чем дальше рН среды от изоэлектрической точки
белка. Ячменный альбумин имеет изоэлектрическую точку при рН 5,75;
ячменные глобулины (, , ) – соответственно 5,0; 4,9; 5,7. Из этих данных очевидно, что перечисленные белки осадить в равной степени полно
при кипячении с хмелем невозможно.
При кипячении сусла с хмелем белки коагулируют в две стадии. На
первой стадии белки денатурируют и дегидратируются. Однако денатурированные белки находятся на этой стадии в суспендированном состоянии
благодаря собственным электрическим зарядам.
На второй стадии происходит коагуляция белков. Основная часть
белков коагулирует только в присутствии полифенольных (дубильных)
веществ хмеля. Большинство полифенолов хмеля можно отнести по химической природе к флавоноидам.
Химическая структура флавоноидов представляет собой конденсированную систему бензольного кольца и шестичленного кислородсодержащего гетероцикла с боковым фенильным заместителем. Наиболее часто в природе встречаются флавоноиды со следующими структурами базового фрагмента:
O
O
O
O
флавоны
O
OH
O
изофлавоны
13
флавонолы
O
O
O
OH
O
OH
O
флаваноны
флаванонолы
катехины
Разнообразие флавоноидов обеспечивается наличием в базовой
структуре функциональных групп, различающихся природой, числом и
положением в молекуле. Что касается более конкретных полифенольных
соединений хмеля, то это антоцианогены, кумарины, флавонолгликозиды,
катехины, лейкоантоцианы, фенолкарбоновые кислоты и вещества типа
хлорогеновой кислоты. Около 80 % полифенолов составляют антоцианогены:
OH
OH
O
HO
O
OH
OH
H
OH H OH
O
антоцианоген
флавонолгликозид
OH
O
HO
OH
O
глюкоза
OH
OH
R2
R1
OH
H
COOH
катехин
фенолкарбоновые кислоты
14
OH
HO
O
OH
O
HOOC
R
CH CH
C
O
кумарины
OH
O
OH
OH
хлорогеновая кислота
Полифенольные вещества хмеля не только участвуют в коагуляции,
но и оказывают также дегидратирующее действие на белки, чем способствуют их осаждении. Конденсированные флавоноиды образуют флобафены и танины. Комплексы белков с флобафенами и танинами особенно эффективно осаждаются при кипячении сусла с хмелем.
Тем не менее, после кипячения с хмелем в сусле находится небольшое количество альбумина. Из глобулинов после затирания и кипячения
остается в основном -глобулин, который и обнаруживается в белковой
мути. Продукты распада -глобулина имеют молекулярную массу 3000040000 и содержат серу в виде активных сульфгидрильных (-SH)-групп.
Сами по себе эти продукты распада не принимают участия в образовании
холодной мути, однако, при окислении (-SH)-групп образуются более
сложные нерастворимые в пиве соединения, имеющие отрицательный заряд. В образовании холодной мути также участвуют продукты гидролиза
проламина и глютелина, о чем свидетельствует тот факт, что в осадке обнаружены фракции с молекулярной массой 22000-35000, которые по аминокислотному составу подобны проламину и глютелину.
Продукты метаболизма дрожжей (они составляют 10-20% азота пива) тоже могут принимать участие в образовании холодной мути.
Растворимые в воде белки, продукты их частичного протеолиза, полифенолы пива, участвуя в броуновском движении, сталкиваются друг с
другом. При столкновении между ними могут возникать водородные связи (за счет большого количества групп ОН в полифенольных фрагментах),
электростатические взаимодействия, которые приводят к образованию
белково-полифенольных комплексов, укрупнению частиц и возникновению видимого невооруженным глазом помутнения. Белковополифенольные соединения могут составлять до 77% всех коллоидных
осадков.
15
Холодное помутнение со временем переходит в необратимое. Оба
типа помутнения имеют практически одинаковый химический состав с
той разницей, что при холодном помутнении белки, продукты их гидролиза и полифенолы находятся в коллоидно-растворенном состоянии, в то
время как при необратимом помутнении между ними образуются устойчивые комплексы и крупные стабильные коагуляты. Время появления необратимого помутнения может сильно колебаться. В среднем до его появления проходит несколько недель после розлива. Оно характерно для пива
с длительным сроком хранения.
Переходу холодного помутнения в необратимое способствуют следующие факторы:
- повышение температуры;
- наличие кислорода;
- присутствие ионов тяжелых металлов;
- перемешивание;
- свет.
Коллоидного помутнения не произойдет, если:
- частично или полностью удалить один из компонентов помутнения (белки и продукты их гидролиза или полифенолы);
- значительно ограничить факторы, ускоряющие его возникновение.
Поскольку даже после кипячения сусла с хмелем не удается полностью устранить вещества, которые являются причиной помутнения, то
помутнение можно только замедлить, но не предотвратить его полностью.
Тем более что часть из веществ, вызывающих помутнение, являются необходимыми компонентами пива, определяя его качественные характеристики. Например, белки и продукты их гидролиза способствуют пенообразованию, полифенолы влияют на вкусовые характеристики.
С целью увеличения стойкости пива длительного хранения к помутнению его стабилизируют.
Показателями белковой стойкости пива является холодная муть и
предел осаждения.
Холодная муть – это время, в течение которого пиво, помещенное в
тающий лед при 0 0С, сохраняет свою прозрачность.
Предел осаждения – количество насыщенного раствора сернокислого аммония (мл), которое требуется добавить к 100 мл исследуемого пива,
чтобы вызвать его помутнение.
Нормативные значения составляют: 1015 мл сульфата аммония на
100 мл для нестабилизированного пива и более 15 мл – для стабилизированного.
16
Экспериментальная часть
Реактивы: насыщенный раствор (NH4)2SO4.
Проведение анализа. В 10 пробирок вносится по 10 мл исследуемого
пива, затем в одну из пробирок добавляется 2 мл насыщенного раствора
сульфата аммония, в каждую из последующих пробирок добавляются возрастающие на 0,2 мл объемы насыщенного раствора сульфата аммония (во
вторую пробирку вносится 2,2 мл (NH4)2SO4, в третью 2,4 мл и т.д.). Последняя пробирка остается контрольной, без добавления сульфата аммония, в качестве образца прозрачности пива.
Содержимое пробирок перемешивается и оставляется при комнатной температуре на 20 минут. Затем определяется пробирка с наименьшим
количеством сульфата аммония, вызвавшим помутнение пива.
Предел осаждения сульфата аммония (х, мл) на 100 мл пива вычисляют по формуле
Х = 10V,
где V – объем сульфата аммония, вызвавшее помутнение пива, мл.
Выводы: в зависимости от полученных результатов рассмотреть
технологические способы стабилизации пива.
Список рекомендуемой литературы
1. Соколова, Т.Н. Физико-химические и биохимические процессы в
пищевых производствах: учеб. пособие/Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов; Нижегород. гос. техн. ун-т. Н.Новгород, 2010. – 379 с.
2. Кунце, В. Технология солода и пива / В. Кунце, Г. Мит. – СПб.:
Профессия, 2003. – 912 с.
3. Соколова, Т.Н. Химия биологически активных веществ: учеб. пособие/Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов; Нижегород. гос. техн. ун-т.
Н.Новгород, 2011. – 277 с.
4. Ермолаева, Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия/Г.А. Ермолаева. – СПб.: Профессия, 2004. – 536 с.
17