Химическая эволюция солодового крахмала при затирании
Под действием обеих амилаз солодовый крахмал при затирании гидролизуется до мальтозы и декстринов по следующим основным реакциям:
Конечный результат этих реакций на практике зависит от условий осахаривания.
При осахаривании изменяется, с одной стороны, соотношение концентраций обеих амилаз в зависимости от исходного сырья, а с другой - их активность, на которую оказывает влияние температурный интервал и pH. Важным фактором является различная стойкость обоих ферментов к высоким температурам; β-амилаза более чувствительна и инактивируется быстрее, чем α-амилаза.
Отношение декстринов к мальтозе в охмеленном сусле важно как с технической, так и с экономической точек зрения по следующим причинам. Мальтозы из сухого вещества крахмала образуется на 5,5 мае. % больше, т. е. на количество воды, связанной при гидролизе, в то время как при образовании декстринов масса не увеличивается. Высокое содержание декстринов снижает выход экстракта.
Большое количество декстринов затрудняет фильтрацию и выщелачивание дробины, в которой задерживается больше экстракта. Это происходит в результате того, что декстрины являются гидрофильными коллоидами с высокой вязкостью.
Декстрины в условиях брожения большей частью не сбраживаются (под действием трансглюкозидазы только небольшая часть их переходит в сбраживающиеся), по-этому конечная степень сбраживания сусла, богатого декстринами, низкая. Образованию декстринов способствуют высокие температуры осахаривания (свыше 70°С), которые ограничивают действие осахаривающей β-амилазы в пользу декстринирующей α-амилазы.
Практически весь крахмал, содержащийся в сырье, должен осахариться. Кроме того, осахаренный затор не должен содержать декстрины, дающие цветную реакцию с йодом. Это требование обусловлено, с одной стороны, тем, что неполное осахаривание может снизить выход экстракта и тем самым отрицательно повлиять на вкус пива, а с другой - чувствительность плохо осахаренного cусла к так называемым сарциновым (т. е. педиококковым) инфекциям.
Расщепление крахмала на продукты, которые не дают с йодным раствором цветной реакции, называется осахариванием крахмала. Оно протекает в три стадии: клейстеризация, разжижение и собственно осахаривание.
Технологическое значение имеет прежде всего температура клейстеризации солодового крахмала, который является субстратом для действия амилаз при затирании. По Гейнтцу [4], температура клейстеризации солодового крахмала колеблется в зависимости от климатических условий, при которых происходит рост и созревание пивоваренного ячменя. Солодовый крахмал из ячменей, выращенных в холодных областях, начинает клейстеризоваться при 50-52°С, в умеренно теплых областях - при 52-530С и в теплых - при 54-57°С.
Для остальных видов крахмала Ле Корвазье приводит следующие температуры клейстеризации (в °С).
Температура клейстеризации не является постоянной. Она колеблется и у крахмала одного происхождения в зависимости от структуры зерна, образуемого сферокристаллами, состоящими из множества мицелл, и далее в зависимости от некоторых физических и физико-химических факторов. Чем медленнее нагревается суспензия крахмала, тем лучше набухают зерна и клейстеризация происходит при более низкой температуре.
На поглощение воды влияет также плотность зернового слоя и степень конденсации крахмального вещества. Влияние размера зерна иное: мелкие зерна, по Нейману, клейстеризовать хуже, чем крупные.
Присутствие электролитов (ионов) влияет на температуру клейстеризации и действует или положительно, или отрицательно. Низкие концентрации кислот затрудняют клейстеризацию, высокие - ее ускоряют. Здесь уже сказывается химическое влияние Н-ионов. Щелочи, как правило, способствуют клейстеризации.
В присутствии довольно большого количества разжижающего фермента крахмальный клейстер в заторах разжижается при оптимальной температуре с большой скоростью. И наоборот, разжижение неклейстеризованного крахмала требует продолжительного воздействия ферментов, так что маловероятно, чтобы этот процесс полностью проходил при осахаривании.
Оптимальная температура разжижения крахмального клейстера в заторах 65-70° при оптимальном pH 4,6. Фермент инактивируется при 80°С.
При переработке крахмалистых заменителей солода в соответствующий затор перед клейстеризацией добавляется небольшое количество разжижающего фермента в виде солодовой дробины. За границей разжижение крахмала из заменителей облегчается путем добавки амилазы другого происхождения, например бактериальной α-амилазы.
Расщепление крахмала до мальтозы и декстринов, катализируемое солодовыми амилазами, называют осахариванием.
Затор может осахариваться только после разжижения крахмального клейстера.
В практике заторы осахариваются после медленного нагревания до температуры осахаривания с выдержкой, начатой при этой температуре.
Технологически важными температурами (температурные интервалы) являются следующие:
60-65°С - низшая температура осахаривания, которой поддерживается действие осахаривающей β-амилазы (образуется больше мальтозы, однако затор полностью не осахаривается);
70-75°С - высшая температура осахаривания, которой поддерживается действие декстринирующей α-амилазы (образуется больше декстринов);
78°С - максимальная температура осахаривания, при которой активной является только декстринирующая α-амилаза.
Заторы всегда осахариваются постепенно в связи с тем, что большая молекула крахмала постепенно распадается на меньшие.
Процесс осахаривания и степень достигнутого осахаривания контролируют реакцией по йодному раствору. Это очень чувствительная цветная реакция, ее дает водный раствор йода в йодистом калии с крахмалом и некоторыми декстринами.
Крахмал (нативный, растворимый и крахмальный клейстер) окрашиваются йодом в темно-синий цвет. При осахаривании молекулы крахмала постепенно уменьшаются. Сначала образуются продукты, окрашивающиеся йодом в синий и фиолетовый цвет, они называются амилодекстринами. Потом образуются эритродекстрины, которые окрашиваются йодом в фиолетово-бурый и красно-бурый цвет.
Как только затор перестанет давать цветную реакцию (желтый цвет йодного раствора не изменяется), это значит, что появились ахродекстрины - расщепление достигло ахроической точки и затор считается осахаренным.
Согласно конвенции, "осахаривание" считается удовлетворительным, если капля затора и капля 0,02 н. раствора йода в йодистом калии (2,5 г J2 и 5 г KJ на 1л воды) дают на пластинке чистое желтое пятно.
При конвенционных анализах солода определяется "длительность осахаривания", т. е. время от достижения температуры 70°С в заторе вплоть до полного расщепления крахмала на йодонормальные продукты. Учитывая то, что на практике чисто желтая окраска обычно недосягаема, определение временного момента конца осахаривания в значительной степени зависит от субъективной оценки. Для устранения этого недостатка Зилберайзен рекомендовал две модификации конвенционного метода.
Метод 1
Приготавливают гипсовые пластинки из 135 г гипса и 100 мл воды. Пластинки толщиной 2-3 мм нужно высушивать на воздухе или в сушилке. Непосредственно перед достижением температуры 70°С пластинки насыщают 0,04 н. раствором йода (5 г J2 и 10 г KJ на 1 л воды) и легким помахиванием высушивают (к началу испытания они должны иметь сухую поверхность). Из затора с помощью стеклянного стержня переносят на пластинки по одной капле затора через 1, 2 и 3 мин. Если в течение 30 с после нанесения капли на внешней стороне ее появится синее кольцо, то затор еще не осахарился, если не появится, значит - осахарился.
Поскольку йодный раствор с пластинки испаряется, рекомендуется для солодов, осахаривающихся очень медленно (более 20 мин), через 15 мин пропитать йодом следующую пластинку и работать с ней.
Метод 2
В этом методе капля затора с йодом сначала восстанавливается, а потом окисляется. Еще неосахаренные заторы дают чистосинюю окраску, довольно устойчивую. Каплю затора наносят на гипсовую пластинку и с помощью стеклянного стержня добавляют каплю 0,02 н. раствора йода (2 г J2 и 6 г KJ на 1 л воды). На пятно тотчас наносят каплю 0,01 н. раствора тиосульфата натрия (2,5 г N2S2O3•5H2O в 1 л воды), после чего синяя окраска исчезает. При следующем добавлении капли перекиси водорода (30%) на пятно у неосахарившихся заторов в течение 30 с образуется чисто-синяя окраска, у осахаренных - никогда. Пятно у них бывает только светло-желтой окраски, очень резко отличающееся от синей окраски пятна неосахаренного затора.
С помощью обоих методов можно определять конец осахаривания с точностью до 1-2 мин. Для точного определения длительности осахаривания рекомендуется реакцию на йод повторить с двухминутными интервалами и работать первым, более простым методом.
Однако распространенное определение реакции на йод как реакции осахаривания не совсем точно и подвергалось критике в литературе, поскольку был объяснен механизм действия обеих амилаз.
α-Амилаза расщепляет молекулу крахмала до декстринов, которые не дают с йодом цветной реакции (ахродекстрины), а мальтоза образуется медленно. β-Амилаза гидролизует крахмал до мальтозы и декстринов, дающих с йодом фиолетовую реакцию, а те в свою очередь расщепляются α-амилазой до ахродекстринов.
При осахаривании крахмала цветная реакция на йод исчезает главным образом при действии α-амилазы, так что реакция на йод является собственно показателем активности этой амилазы. Следовательно, установившийся термин "осахаривание" означает стадию ферментативного расщепления крахмала, при которой исчезает цветная реакция с йодом, что свидетельствует о наличии наряду с мальтозой только ахродекстринов.
Правильный выбор температуры осахаривания и полнота осахаривания заметно влияют на качество продукции. До недавних пор считали, что несбраживающиеся декстрины придают светлому пиву полноту вкуса.
Это мнение в последнее время пересмотрено (Де Клерк) на основе точно проведенных сравнительных испытаний пива с высоким содержанием декстринов, которое при дегустационных испытаниях было определено как более пустое, чем пиво с высоким содержанием спирта. Тем самым было вновь подтверждено положительное влияние спирта на вкус пива. Его содержание зависит от соотношения декстринов к мальтозе в исходном охмеленном сусле.
◇ Перейти к оглавлению.