Регулирование состава экстракта

Химический состав экстракта охмеленного сусла зависит от исходного сырья и технологического процесса его переработки. Так как показатели качества пива зависят от экстракта, то пиво должно иметь состав, отвечающий отдельным его сортам.

Количество и качество экстракта, получаемого при переработке одного и того же вида сырья, можно регулировать в определенных пределах путем изменения условий затирания. На качество экстракта наиболее влияет температура и продолжительность ее действия, затем концентрации и pH затора.

Влияние изменений температуры и продолжительности ее действия

Скорость ферментативных реакций возрастает с увеличением температуры и достигает максимума при оптимальной температуре. При дальнейшем повышении температуры скорость реакции в результате инактивации ферментов быстро падает почти до нуля. Оптимальная температура не постоянна и колеблется в зависимости от продолжительности реакции. Например, осахаривание крахмала, катализируемое амилазами, при кратковременном воздействии (5 мин) наиболее интенсивно при температурах около 75°С, а при долговременном воздействии (2 ч) лучший результат был получен при температуре около 60°С.

Расщепление крахмала при осахаривании зависит от температуры и качественно и количественно. Это вызвано тем, что декстринирующая α-амилаза при высоких температурах осахаривания более стойка, чем осахаривающая β-амилаза. В производственных заторах α-амилаза имеет температурный оптимум около 70°С, а β-амилаза от 60 до 65°С. Следовательно, на практике с помощью выдержек при различных температурах можно до определенной степени изменять соотношение сбраживаемых сахаров и несбраживаемых декстринов в охмеленном сусле.

Больше всего мальтозы образуется при осахаривании в интервале температур от 60 до 65°С. Кольбах [9] отмечал, что основная часть мальтозы образуется при указанной температуре под действием β-амилазы в течение 15 мин, хотя затор дает с йодом цветную реакцию и позже. Следовательно, в этот короткий период в целом достигается состав сусла, соответствующий конечной степени сбраживания, которая позднее повышается уже незначительно под действием амилаз на прокипяченную часть затора и в результате доосахаривания в остатке после спуска последнего затора. При температурах 75-78°С под действием α-амилазы на остатки неосахаренного крахмала образуются почти одни декстрины, так что на конечную степень сбраживания это уже не отражается.

Чтобы на практике получить охмеленное сусло с высокой степенью сбраживания, целесообразно стимулировать деятельность β-амилазы введением выдержки (от 15 до 20 мин) при низкой температуре осахаривания (от 60 до 65°С); при последующем нагреве до 70-75°С затор осахаривается в течение нескольких минут. Часто осахаривание проводят и при постепенном подогреве (1°С за 2 мин) затора в интервале температур осахаривания, например, между 65 и 72°С. Если же, наоборот, надо понизить конечную степень сбраживания охмеленного сусла, то следует стимулировать действие α-амилазы в ущерб β-амилазе осахариванием при более высоких температурах (свыше 70°С). Если осахаривание проводится при температуре от 68 до 72°С, то одновременно действуют обе амилазы. При этом образуется достаточное количество мальтозы, хотя и меньше, чем при 60-65°С; одновременно довольно быстро происходит декстринизация, так что затор осахаривается быстро, т. е. не дает с йодом цветной реакции.

При переработке хорошего солода, как правило, нет необходимости применять осахаривающую выдержку при переработке второй отварки (иногда второй и третьей отварки). Затор осахаривается в соответствующем интервале температур при медленном нагревании (ГС за 1 мин). Продолжительность осахаривающих выдержек при осахаривании обычно определяется временем, необходимым для достижения полного осахаривания.

Ошибкой является осахаривание заторов при высоких температурах осахаривания (около 75°С). Хотя в результате того, что заторы осахариваются быстро и это дает экономию во времени; охмеленное сусло содержит много декстринов и имеет низкую конечную степень сбраживания; в пиве образуется мало спирта, вкус его пустой и в целом менее приятный. Следовательно, экономия во времени в данном случае не оправдана, так как получается пиво худшего качества. Наоборот, время расходуется впустую, если осахаривающая выдержка применяется после того, как исчезла цветная реакция на йод.

Согласно существующему мнению расщепление белков происходит при температуре от 40 до 70°С. Оно не ограничено так называемой температурой пептонизации 45-55°С, при ней оно лишь происходит интенсивнее. В практике это означает, что белки расщепляются при температурах затирания до 70°С, таким образом оба процесса протекают не только последовательно, но и одновременно. Было доказано [10], что при выдержке при 70°С выравнивается соотношение фракций азотистых веществ. Этот факт снижает практическое значение так называемой температуры пептонизации, при которой только при особо благоприятном pH под действием пептидаз солода может образоваться небольшое количество низкомолекулярных продуктов расщепления белка (формольный азот). Во всем же интервале температур проявляется преимущественно действие протеиназ, под действием которых образуются высоко- и среднемолекулярные продукты расщепления белков; содержание стойкорастворимого азота тем самым возрастает. По английским источникам (Гопкинс и Краузе, 1936) более выгодно проводить пептонизирующую выдержку при 60°С, чем при 50°С, как это принято в ЧССР. Протеиназа инактивируется в заторах при 60°С в течение 1 ч, а при 70°С очень быстро.

Активность пептидаз солода при классических способах затирания отражается на заторе и отдельных его частях. Максимальную активность имеют пептидазы в осахаренной первой отварке перед кипячением. Это объясняют освобождением связанных пептидаз при температурах осахаривания. При ускоренном способе затирания при температуре 61-63°С, наоборот, условия неблагоприятны для протеолиза. Активность пептидаз солода снижается вскоре после осахаривания его. Однако, несмотря на это, не существует большой разницы в соотношении отдельных фракций азотистых веществ в готовом охмеленном сусле.

При переработке нормально растворенных солодов происходит удовлетворительное с количественной точки зрения расщепление белков главным образом в остатке после спуска первой отварки в двухотварочных способах затирания, иногда после спуска второй отварки при трехотварочном способе. Только в случае, если был использован недостаточно растворенный солод, при переработке первой отварки применяют пептонизирующую выдержку при 50°С. Если нужно добиться более основательного расщепления, то эта выдержка должна быть достаточна продолжительной.

Из сказанного выше вытекает, что на состав азотистых веществ в готовом охмеленном сусле существенное влияние оказывает не температура затирания, а степень растворения белков в солоде. При затирании соотношение отдельных фракций выравнивается независимо от градации температур. При переработке недостаточно растворенного солода введение выдержки при так называемой температуре пептонизации (от 45 до 55°С) дает возможность устранить ряд технологических трудностей.

Степень расщепления белков в охмеленном сусле существенно влияет на физико-химическую стойкость пива. Однако при затирании невозможно непосредственно контролировать расщепление белков или управлять им так, чтобы образовалось как можно меньше фракций, которые позже образуют муть с дубильными веществами солода и хмеля, или с нуклеиновыми кислотами солода и продуктами их расщепления. Поэтому выбирается косвенный способ, заключающийся в том, что в ходе всего технологического процесса стимулируется коагулирование фракций, вызывающих образование мути. Этим обеспечивается хороший брух охмеленного сусла, коагуляция мути в грубой форме, хорошее осветление пива при дображивании и т. д.

Наконец, пиво стабилизируют дополнительным снижением содержания высокомолекулярных белков путем осаждения, адсорбцией или расщеплением препаратами, содержащими активные пептидазы.

Влияние изменения концентрации

При низких температурах результат ферментативных реакций обычно зависит от концентрации фермента, субстрата и образующихся продуктов распада. При высоких температурах ферменты в более жидких заторах сильнее инактивируются, чем в заторах более густых, более концентрированных.

Концентрация затора оказывает определенное влияние на количество и качество экстракта, образующегося под действием амилаз. Содержание суммарного и сбраживаемого экстракта повышается при разбавлении затора. Более высокую активность амилаз в жидких заторах используют при переработке плохих, трудноосахаривающихся солодов и при переработке большой доли крахмалистых заменителей вместе с обычным солодом. Доля сбраживаемого экстракта в общем экстракте зависит от концентрации затора. Экстракт из более густых заторов содержит больше мальтозы, чем экстракт из заторов более жидких. Это вероятнее всего связано с повышенной стойкостью β-амилазы в более густых заторах, в которых она действует дольше, чем в более жидких заторах.

Активность пептидаз в отличие от амилаз снижается с разбавлением затора. В густых заторах в раствор переходит несколько больше стойкорастворимого азота, чем в жидких заторах, формольного азота охмеленное сусло из густых заторов содержит также больше, чем из жидких. По Кольбаху, путем подбора концентрации затора в узком диапазоне можно регулировать соотношение высоко- и низкомолекулярных фракций.

Влияние изменения pH

При затирании pH постепенно снижается. Сдвиг в более кислую область зависит от температурного режима, количества отварок и интенсивности их кипячения. Нормальный pH затора колеблется от 5,7 до 5,8, первое сусло обычно имеет pH от 5,5 до 5,7. Общее снижение pH при затирании неодинаково и зависит главным образом от системы буферов. В результате повышенной диссоциации электролитов в заторах при высоких температурах концентрация водородных ионов (Н+) повышается, а поэтому их pH ниже; при 50°С pH в среднем на 0,2, а при 70°С на 0,3 ниже, чем при обычной температуре.

Зона оптимального pH большинства солодовых ферментов смещена в производственных заторах несколько дальше к кислой области. На практике наблюдается стремление поддержать pH заторов на величине, соответствующей естественной кислотности солода. Колебания pH, происходящие при затирании в результате колебаний химического состава производственной воды из естественных водоемов, как правило, незначительны, и влияние их не имеет значения. Несущественны также и колебания pH заторов, зависящие от естественной кислотности разных партий солода одного и того же типа.

И наоборот, неправильная дозировка реагентов при химической обработке воды для варочного отделения, главным образом переизвесткование, всегда имеет сильное отрицательное влияние. Чрезмерное повышение кислотности в результате деятельности бактерий при вынужденной остановке производства по техническим причинам также может поставить под угрозу осахаривание затора вследствие ингибирования активности α-амилазы.

На практике прямое регулирование pH заторов ограничивается поддержанием деятельности фитазы, температурный оптимум которой лежит в интервале расщепления белков, т. е. в диапазоне 45-55°С. Однако эффект этот не имеет существенного значения, не говоря уже о том, что интенсивное расщепление белков часто нецелесообразно.

При таких условиях в практике в необходимых случаях пользуются косвенным процессом. Чаще всего это корректировка химического состава производственной воды путем снижения карбонатной жесткости или более глубоким вмешательством, в результате которого существенно снижается общее содержание солей в воде. Менее часто, главным образом в ЧССР, используют непосредственное подкисление воды органической или неорганической кислотой, например молочной, серной и т. д.