Физико-химические свойства

Коллоидный состав пива

Большая часть экстрактивных веществ присутствует в пиве в виде коллоидных растворов. Отдельные компоненты - белки, полифенолы (дубильные вещества), декстрины и пентозаны - имеют в растворах свойства лиофильных солей.

Частицы лиофильных коллоидов имеют в нормальных условиях одинаковые электрические заряды, которые удерживают их рассеянными в растворе благодаря тому, что взаимным отталкиванием ограничивают осаждение отдельных частиц. При обычном pH пива коллоидные частицы легко утрачивают свои заряды главным образом адсорбцией противоположных ионов. Поскольку частицы изоэлектрические, они могут образовывать большие комплексы, в результате чего возникает видимое помутнение. Однако полное осаждение может произойти только тогда, когда количество положительных зарядов равно количеству отрицательных. Кроме того, частицы некоторых коллоидов могут предохранять другие от осаждения. Это явление проявляется во взаимной адсорбции частиц с разноименными зарядами, если одна из обеих частиц имеет заряд такой высокий, что его незначительное снижение не вызывает осаждения. Коллоиды этого типа называются защитными.

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

Частицы лиофильных солей в дисперсионной среде, которой в пиве является вода, находятся в непрерывном движении, называемом движением Брауна. Основным результатом этого движения являются физико-химические превращения коллоидов, определяемые как старение. Постоянное движение увеличивает количество осевших коллоидных частиц, которые соединяются и тем самым увеличиваются, пока не станут заметными простым глазом. Пиво сначала приобретает слабую опалесценцию, которая постепенно переходит в помутнение и, наконец, более тяжелые частицы образуют осадок. Старение коллоидов в значительной мере ускоряют высокие температуры, поэтому разлитое пиво (также и пастеризованное) следует хранить при низкой температуре.

Коллоидные помутнения образуются в пиве преимущественно из-за старения коллоидов. Помутнения вызывают также адсорбционные соединения, белковые компоненты которых денатурируются в результате утраты электрических зарядов и дегидратации. Помутнения такого типа образуются, как правило, спустя продолжительное время хранения, через несколько недель или месяцев; их образование также ускоряет высокая температура при хранении пива. Помутнение этого типа при определенных условиях может возникнуть во время пастеризации пива.

Коллоидное помутнение образует в пиве главным образом азотистые вещества (белки) и полифенольные (дубильные) вещества.

Белки в пиве находятся в гидратированной форме и имеют небольшие электрические заряды. Изоэлектрическая точка этих белков находится в диапазоне pH от 4 до 5. Поэтому частицы белков в пиве легко утрачивают электрические заряды, а в коллоидном растворе их удерживает гидратация. Дегидратация, сопровождаемая коагуляцией в результате денатурации коллоидных белков, происходит при нагреве или под действием содержащихся в пиве веществ, отнимающих воду, главным образом дубильных веществ. Денатурированные коллоидные белки образуют нерастворимые адсорбционные соединения с белками и их частицы увеличиваются в результате полимеризации.

Полифенольные (дубильные) вещества, принимающие участие в образовании коллоидных помутнений в пиве, происходят из солода и хмеля. Коллоидные помутнения образуют главным образом антоцианогены, содержащиеся в хмелевых и солодовых 510 дубильных веществах [21, 22]. Из этого вытекает, что опасность возникновения помутнении в пиве возрастает с увеличением дозы хмеля [23]. Поскольку у солода главную долю антоцианогенов содержит оболочка, то большую коллоидную стойкость имеет пиво из сусла, полученного из солода, предварительно освобожденного от оболочки [24].

Декстрины в пиве играют роль защитных коллоидов. Они сильно гарантированы и относительно стойки. Декстрины образуют адсорбционные соединения с неустойчивыми коллоидными компонентами пива, которые тем самым удерживаются в растворе и отдаляют таким образом возникновение коллоидного помутнения. Это влияние проявляется главным образом у темного пива, высокая коллоидная стойкость которого хорошо известна.

При старении и денатурации коллоидов и образовании адсорбционных соединений в пиве, находящемся на хранении, коллоидное равновесие смещается в направлении роста частиц. Пиво приобретает опалесценцию, потом образуется вуаль, помутнение и наконец осадок. Одновременно изменяется вкус, главным образом полнота вкуса пива и его пенистость. На течение указанных превращений пива из внешних факторов влияет температура, время хранения, движение и действие света. Из внутренних факторов - общее содержание коллоидных веществ в пиве, размер их частиц, pH, содержание кислорода и тяжелых металлов.

Из внешних факторов наиболее сильно влияет температура, поэтому небиологическую (коллоидную) стойкость пива снижает как пастеризация, так и хранение при высоких температурах. Наряду с указанными выше главными причинами образования коллоидных помутнений (старение, увеличение частиц, окисление, полимеризация, адсорбция) при высоких температурах проявляется также нерастворимость полифенолов [25] и дегидратация коллоидных белков, при этом образуются легко осаждаемые, денатурированные белки. Это отрицательное влияние повышенной температуры проявляется также после пастеризации пива.

Влияние перемешивания пива на практике проявляется главным образом при транспортировке его на дальние расстояния. Перемешивание ускоряет образование коллоидных помутнений в результате механического воздействия на коллоидные частицы.

Ускорение образования коллоидных помутнений при повышенной температуре или перемешивании используется для быстрого получения информации о коллоидной (небиологической) стойкости экспортного пива. Для этого пиво подвергают испытанию на стойкость при перемешивании или попеременным нагреванием до высоких температур и последующим охлаждением.

Вредное влияние света на пиво вытекает из каталитического ускорения окисления сульфгидрильных групп, которое проявляется не только в ухудшении вкуса, но также и в преждевременном образовании коллоидного помутнения [26].

Из внутренних факторов образованию коллоидных помутнений способствует высокое содержание коллоидных веществ и размер их частиц.

Влиянию кислорода на образование коллоидного помутнения посвящена глава об окислительно-восстановительном потенциале.

Образование коллоидных помутнений в пиве катализируют также следы тяжелых металлов [3], прежде всего железа, особенно при одновременном присутствии кислорода в количестве 5 мг Fe/л, затем медь в концентрации 1 мг Cu/л и олово в концентрации 0,1 мг Sn/л. В присутствии названных металлов молекулярный кислород в пиве активизируется и тем самым преждевременно окисляет полифенолы и белки. Поэтому требуется [3], чтобы пиво не содержало более 1-2 мг Fe/л, 0,2 мг Cu/л и 0,02 мг Sn/л.

О значении pH в пиве уже говорилось ранее. Хотя pH и можно регулировать в определенных пределах, однако его влияние на коллоидную (небиологическую) стойкость пива в целом незначительно.

Окислительно-восстановительный потенциал

Отношение редуцирующих веществ к окисляющим, выражаемое как окислительно-восстановительный потенциал, сильно влияет на некоторые свойства пива. Высокий rH действует на качество пива всегда отрицательно. Он прежде всего сокращает его биологическую стойкость тем, что способствует размножению дрожжей и аэробных микроорганизмов. Одновременно он снижает небиологическую стойкость, ускоряя образование коллоидных помутнений и вызывая изменения вкуса, главным образом при пастеризации; это особенно нежелательно у пива в бутылках. Однако удержать rH на низкой величине от 9 до 11, которую пиво имеет в конце дображивания, перед розливом и при розливе, без специальных технологических мер очень трудно. Это связано с тем, что при растворении уже небольшого количества кислорода воздуха rH пива значительно возрастает до величины от 18 до 22 и выше.

Отрицательное влияние кислорода частично парализует некоторые группы редуцирующих веществ, содержащихся в пиве (редуктоны), которые являются акцепторами кислорода и тем самым предохраняют пиво от окисления. При медленной реакции кислорода с редуцирующими веществами rH постепенно начинает снижаться. Конечный rH зависит от содержания кислорода и редуктонов. Изменения rH обеспечивают нестабильность окисленной формы редуктонов таким образом, что взаимное отношение окисленной формы к редуцированной смещается в пользу последней. На процесс изменения окислительно-восстановительного потенциала в разлитом пиве влияет, с одной стороны, температура, и с другой - концентрация редуктонов, pH и каталитическое действие тяжелых металлов (меди и железа) [27].

Редукционная способность пива изучается с помощью индикаторного временного теста. Однако этот тест не является точным определителем содержания редуцирующих веществ, не дает представления о скорости, с которой эти вещества окисляются. Де Клерк и Кавенберг [28] различают три группы редуцирующих веществ.

1. Вещества очень быстро редуцирующие, которые реагируют с индикатором до 15 с. К ним относится от 40 до 50% всех редуцирующих веществ, а именно соединений с сульфгидрильными группами, около 50% редуктонов и небольшая часть меланоидинов.

2. Вещества быстро редуцирующие, которые реагируют от 15 с до 5 мин. Они содержат компоненты с сульфгидрильными группами, редуктоны, меланоидины и сульфиты.

3. Вещества медленно редуцирующие, которые реагируют 150 мин и больше. К ним относятся меланоидины, хмелевые смолы и свободные дубильные вещества.

На качество разлитого пива наиболее положительно влияют вещества очень быстро и быстроредуцирующие. Их значение состоит в том, что они быстро связывают присутствующий кислород и тем самым защищают от окисления медленно реагирующие хмелевые смолы и дубильные вещества, продукты окисления которых снижают стойкость пива. Поэтому пиво должно иметь высокое содержание этих веществ. И, наоборот, сульфгидрильные группы имеют отрицательное влияние, вытекающее из того, что при очень быстрой реакции сульфгидрильных групп (-SH) образуются группы - S=S - происходит полимеризация, сопровождаемая вкусовыми изменениями, а кроме того при увеличении молекул может появиться и помутнение. Из этого вытекает, что и пиво с высоким содержанием редуцирующих веществ, которые удерживают низкий rH пива, может при высоком содержании кислорода быть качественно неполноценным. Поэтому недостаточно следить только за высоким содержанием редуцирующих веществ в пиве, но нужно помешать соприкосновению пива с воздухом и устранить воздух также из горлышка бутылки; даже высокое содержание редуцирующих веществ не может абсолютно исключить вредное влияние большого объема воздуха.