Состав летучих компонентов безалкогольного пива, полученного в процессе аэрации

Для производства безалкогольного пива существует ряд побуждающих при­чин: все шире пропагандируется здоровый образ жизни; потребителями такого пива могут стать водители, которым не при­дется бояться негативных последствий; религиозные причины, накладывающие запрет на потребление алкоголя.

В настоящее время существует ряд технологий производства безалкогольно­го пива, которые условно можно подраз­делить на две группы: технологии, по ко­торым подавляется процесс образования спирта, и технологии, где спирт удаляется из готового пива.

В первой группе технологий исполь­зуют специальные штаммы дрожжей, не сбраживающие мальтозу в алкоголь (или сбраживающие в ограниченном объеме). Кроме того, при получении без­алкогольного пива предотвращается об­разование спирта вследствие понижения температуры брожения по достижении определенной степени сбраживания. По этим технологиям производится пиво с высоким содержанием остаточных Са­харов и с преобладанием сладковатого привкуса. На вкус такого пива влияет от­сутствие продуктов брожения. Данные сорта можно назвать скорее безалкоголь-пыми напитками, чем пивом. Во второй группе технологий алкоголь удаляется из готового пива одним из двух способов: термическим, когда алкоголь удаляется с помощью тепловой энергии с использо­ванием низкой точки кипения алкоголя; мембранным с помощью мембран с очень мелкими порами для удаления алкоголя за счет различия в размере молекул.

Данная работа посвящена разработ­ке технологии безалкогольного пива, основанной на ограничении образования этилового спирта за счет повышенной аэрации пивного сусла кислородом воздуха перед главным брожением. В результате происходит частичный перевод процесса брожения на процесс дыхания с последу­ющим увеличением биомассы дрожжей и уменьшением образования спирта. В то же время из-за наличия некоторого количества в сусле несброженных Саха­ров наряду с процессом дыхания идет и процесс брожения, в результате кото­рого образуются вкусовые и ароматиче­ские веществ, обусловливающие букет зрелого пива.

Известно, что во время брожения дрож­жи выделяют в пиво целый ряд продуктов метаболизма, которые претерпевают ко­личественные и качественные изменения, частично реагируя друг с другом. Побоч­ные продукты брожения имеют решающее значение для качества готового пива, по­этому их образование и расщепление нуж­но рассматривать вместе с метаболизмом дрожжей. Это вещества, формирующие букет молодого пива (диацетил, альдеги­ды, сернистые соединения). Они придают пиву нечистый, зеленый, незрелый вкус и запах и при повышенной концентрации отрицательно влияют на качество пива, но в ходе брожения и созревания могут быть удалены из пива биохимическим пу­тем, в чем и состоит цель созревания пива. Вторая группа — вещества, формирующее букет готового пива (высшие спирты, эфи-ры). Они в значительной мере определяют аромат пива: их наличие в определенной концентрации служит предпосылкой для получения качественного пива. Эти вещества в отличие от первой группы не могут быть удалены из пива технологи­ческим путем.

Образование побочных продуктов брожения и синтез запасных веществ дрожжей зависят от словий процесса. Значительное влияние оказывает азотный обмен дрожжей и скорость размножения. Некоторые продукты (например, пируват) накапливаются при размножении, дру­гие (ацетат) — когда дрожжевые клетки не растут. Так как на построение биомас­сы дрожжей используется часть энергии, полученной от брожения, то изменение степени роста означает, что больше или меньше энергии может быть исполь­зовано для синтеза побочных продуктов брожения. Например, при стимулирова­нии роста дрожжей образуется меньше эфиров и больше высших спиртов [1].

Образующиеся при брожении лету­чие вещества принадлежат к различным группам химических соединений: высшие спирты, летучие кислоты, эфиры, альде­гиды и их производные, серосодержащие вещества. Пируват и ацетальдегид — важ­нейшие метаболиты дрожжей (их высокие концентрации создают неприятный букете и снижают качество пива). К концу глав­ного брожения содержание альдегидов повышается, затем оно снижается. Более высокая норма введения дрожжей, повы­шенная температура и брожение под дав­лением увеличивают образование альдеги­дов, перемешивание — уменьшает [1].

Образование высших спиртов тесно связано с нормой введения дрожжей, аэ­рацией и температурой.

Летучие вещества, в особенности диацетил и ацетальдегид, достигают мак­симальной концентрации при главном брожении. Кроме того, уже на первых стадиях брожения образуются заметные количества летучих органических и жир­ных кислот [1].

Дрожжи образуют в пиве органиче­ские кислоты — уксусную, пировино-градную, молочную, яблочную, лимон­ную и др., которые присутствуют во всех сортах пива.

Продолжительность производствен­ного цикла получения пива определяет­ся в основном длительностью процесса созревания. Под созреванием пива под­разумевают облагораживание молодого пива, выражающееся в улучшении его вкуса и аромата. Достигается это раз­личными физическими и химическими реакциями, протекающими в пиве на ста­дии дображивания. Образуется много новых химических соединений, которых не было в молодом пиве и которые влия­ют на органолептические свойства пива. Из дрожжевых клеток выделяются ком­поненты, придающие готовому продукту определенные консистенцию и вкус. В ре­зультате всех процессов устанавливается равновесие между различными аромати­ческими компонентами [1].

Природа созревания пива очень слож­на. Несомненно, что при выдержке пива происходит эфирообразование.

При созревании пива в нем снижается количество побочных продуктов, придаю­щих ему вкус и аромат незрелого пива.

Среди составных веществ пива огром­ную роль в создании характерного аро­мата и вкуса играют летучие вещества. Однако концентрации их должны быть ниже определенного уровня. Если этого нет, то отдельные летучие соединения или группы их могут доминировать и раз­рушать гармоничность вкуса. По-видимо­му, нет определенного вещества, которое занимало бы ведущее место среди арома-

тических компонентов пива. В настоящее время выделено и идентифицировано боль­шое число индивидуальных ароматических компонентов пива. По влиянию на аромат пива их можно расположить в следующей последовательности: эфиры, диацетил, кислоты, высшие спирты. Другие авторы [1] на первое место ставят диацетил. Кро­ме того, на аромат пива большое влияние оказывают сернистые соединения. Пивные дрожжи большей частью образуют одина­ковые ароматические вещества, однако у разных штаммов количество их значи­тельно колеблется. Это особенно проявля­ется в образовании эфиров дрожжами.

Не вызывает сомнения, что аэрация усиливает образование ацетальдегида, активируя весь процесс брожения. Имеют­ся экспериментальные данные о высокой концентрации ацетальдегида после броже­ния более аэрированного сусла, чем после сбраживания менее аэрированного.

Аэрация сусла, в частности горячего, способствует удалению Н28 и ЗОз, но мо­жет увеличить концентрацию диметил-сульфида[1].

Аэрация не увеличивает содержа­ние диацетила в пиве, но повышает ак­тивность дрожжей, поэтому на ранних стадиях брожения образуется больше ацетолактата. Это может отрицательно повлиять на количество диацетила в пиве, а следовательно, на качество пива.

При недостатке кислорода сбражива­ние экстракта замедляется, что также может привести к высокому содержанию диацетила в пиве [1].

Основные потребительские свойства пива — его вкус и аромат, которые зависят от содержания различных, в большей степени летучих соединений, образую­щихся в процессе брожения и созревания пива. Незначительное содержание этих соединений не дает возможности опреде­лить их с помощью химических методов. Сложность состава и микроконцентрация компонентов позволяют применять мето­ды физико-химического анализа, из них наиболее объективный для идентифика­ции компонентов — метод газожидкост­ной хроматографии [2].

Цель работы — исследование состава летучих продуктов, образующихся при брожении и дображивании пива, обеспечи­вающих его вкус и аромат при получении безалкогольного пива с использованием аэрации сусла кислородом воздуха.

В задачи исследований входило: опре­деление оптимальных параметров про­цесса хроматографии для исследования качественного состава летучих компо­нентов; определение времени выхода чи­стых летучих компонентов; исследование процессов брожения и дображивания при получении безалкогольного пива при по­мощи аэрации сусла кислородом воздуха; исследование образцов готового безалко­гольного пива и проведение сравнитель­ного анализа результатов.

Приготовленное сусло до задачи дрож­жей аэрировали кислородом воздуха до следующих концентраций: в контроль­ном образце — 6-8 мг/дм³ в опытном образце — 40-45 мг/дм³ [3, 4, 5].

Для насыщения сусла кислородом ис­пользовали экспериментальную установ­ку, состоящую из кислородного баллона, редуктора с манометрами, трубки, гермегимески соединяющей баллон с сосудом, ишюлненным пивным суслом (рис. 1).

В аэрированное сусло добавляли дрожжи с нормой задачи 20 млн кл./см³ и проводили брожение и дображивание 110 классической технологии.

Для определения летучих компонен­тов в процессе работы был применен газохроматографический анализ (надосадочная колонка), при котором соблюдались определенные параметры хроматографии, оптимальные для максимального разделе­ния смеси (табл. 1).

Количественную обработку хроматограмм производили вручную, т.е. после определения площадей пиков на хрома-тограмме рассчитывали концентрации компонентов в анализируемом образце

С_i(мг/дм³)без введения калибровочного множителя

где Р_i, Р_СТ — измеряемые параметры хроматографических пиков интересу­ющего и стандартного веществ (пло-щади); f_i — калибровочный множитель для определяемого соединения относи­тельно стандартного вещества, f_i= 1;

q_ст,q_см — количества стандартного вещества и анализируемой смеси, ото­бранные и смешанные для анализа.

До анализа дистиллята пива провели идентификацию летучих компонентов, которые в пиве выявляют следующим об­разом: определяют время выхода чистых летучих компонентов и сравнивают с пи­ками на хроматограммах.

Изданных, представленных на рис. 2-7, можно сделать выводы, что в процессе

брожения повышается концентрация всех летучих компонентов в контроль­ном и опытном образцах. В опытном об­разце с содержанием кислорода в сусле 40-45 мг 02/дм³ до задачи дрожжей отме­чаются более высокие значения уксусного альдегида, высших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты по сравнению с контролем. Низкое общее содержание летучих компонентов в обоих образцах можно объяснить более низкой концентра­цией начального пивного сусла (7 %).

В процессе дображивания снижается концентрация уксусного альдегида, причем в опытном образце его значение несколько выше, чем в контрольном. Концентрации остальных летучих компонентов при до-браживании продолжают расти. После 10-13 сут дображивания накопление выс­ших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты незначительно. Исходя из этого, следует предположить, что процесс добра­живания может занимать 10-13 сут при получении безалкогольного пива.

По окончании процесса созревания проводили исследования безалкогольного пива «2его», полученного в лабораторных условиях (табл. 2).

Анализ физико-химических показате­лей полученного образца готового пива, свидетельствует, что пиво «2его» соот­ветствует безалкогольному пиву.

На основании проведенных исследова­ний можно сделать следующие выводы.

В образцах готового пива, полученного с использованием процесса аэрации сусла перед его брожением, идентифицированы следующие летучие компоненты: ацеталь-дегид, этиловый эфир уксусной кислоты, этиловый спирт, н-пропиловый, изобути-ловый, изоамиловый и амиловый спирты.

В процессе главного брожения повы­шается концентрация всех летучих ком­понентов. В опытном образце с содержа­нием кислорода в сусле 40-45 мг 02/дм³ до задачи дрожжей отмечаются более высокие значения ацетальдегида, высших спиртов и этилового эфира уксусной кис­лоты по сравнению с контролем.

Общее низкое содержание летучих компонентов в обоих образцах (опыт и контроль), по-видимому, является след­ствием низкой концентрации начального пивного сусла (7 %).

В процессе дображивания снижает­ся концентрация ацетальдегида, причем в образце с аэрацией сусла его содержа­ние несколько выше, чем в контрольном. Концентрации остальных летучих компо­нентов в ходе дображивания продолжают расти, что свидетельствует о процессе созревания пива

После 10-13 сут дображивания на­копление высших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты незначительно, из чего можно сделать вывод, что процесс дображивания при получении безалко­гольного пива проводят не более 13 сут.