Современные представления
о химическом составе сырья для пивоварения
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Пиво – слабоалкогольный освежающий
напиток с характерным ароматом и горечью,
приготовленный из ячменя, хмеля и воды,
сброженный специальными расами пивных
дрожжей.. Содержание этилового спирта
в большинстве сортов пива 3—6%, при среднем
содержании около 5,0% об. (иногда и выше:
крепкое содержит, как правило, от 8 % до
14 % об), сухих веществ (в основном углеводов)
— 7-10 %, углекислого газа— 0,48-1,0%.
Пиво распространено во множестве
стран мира и пользуется популярностью
благодаря своим вкусовым качествам и
аромату. Существуют около 1000 сортов пива.
Вкусовые характеристики разных видов
могут кардинально отличаться. В разнообразия
видов пива сильное влияние оказывают
страны с наибольшим потреблением этого
напитка. Такие как: Чехия, Германия, Ирландия,
Австрия, Финляндия, Россия, Бельгия и
т.д. Пиво — третий по популярности
напиток в мире (после воды и чая) и самый
популярный алкогольный напиток в мире.
Целью данной курсовой работой
является изучение химический состав
сырья для пивоваренного производства.
1.1.Ячмень
Ячмень (Hordeum sativum) по составу
экстрактивных веществ и их сбраживаемости
более других злаковых культур пригоден
для получения пивоваренного солода. Пленчатость
же зерна ячменя играет положительную
роль при фильтровании пивного сусла,
обусловливая пористость фильтрующего
слоя дробленого солода.
Наиболее важными требованиями
к ячменю, используемому для солодоращения,
являются хорошая прорастаемость зерна
(90—95%), достаточная крупность и выравненность,
невысокая пленчатость (не более 10% массы
зерна), умеренное содержание белка (не
ниже 8 и не более 12%) и высокое содержание
крахмала (до 65%). Солод из высококачественного
ячменя легко перерабатывается, отдает
в сусло большое количество экстрактивных
веществ; пиво из такого солода пригодно
для длительного хранения.
В таблице приведено содержание
пищевых веществ (калорийности, белков,
жиров, углеводов, витаминов и минералов)
на 100 г съедобной части:
Таблица №1 - Химический состав
зерна ячменя
Пищевая ценность |
Калорийность |
288 ккал |
Белки |
10,3 г |
Жиры |
2,4 г |
Углеводы |
56,4 г |
Пищевые волокна |
14,5 г |
Вода |
14 г |
Моно- и дисахариды |
1,3 г |
Крахмал |
54,6 г |
Насыщеные жирные кислоты |
0,4 г |
Ненасыщеные жирные кислоты |
1,34 г |
Макроэлементы |
Кальций |
93 мг |
Магний |
150 мг |
Натрий |
32 мг |
Калий |
453 мг |
Фосфор |
353 мг |
Хлор |
125 мг |
Сера |
88 мг |
Химический состав зерна зависит
от сорта, агротехнических и метеорологических
условий при культивировании ячменя, а
также агротехнологии, например,
от количества внесения удобрений.
В технологии производства
пива углеводы являются источником образования
этилового спирта, а также необходимы
для метаболизма дрожжей. К углеводам
ячменя относятся крахмал и некрахмалистые
полисахариды - клетчатка, гемицеллюлоза,
гумми-вещества, пектиновые вещества.
Большая часть крахмала (C6H10O5)n образуется
путём фотосинтеза непосредственно в
колосе, и этот углевод является основным
веществом эндосперма зерна.
Крахмал накапливается в виде
зёрен различной величины от 0,002 до 0,15
мм. В химическом отношении крахмал представляет
собой высокомолекулярный полисахарид,
построенный из структурных элементов
одного типа - молекул углевода D-глюкозы
(С6Н10О5), связанных α-1,4- и α-1,6-глюкозидными
связями.
Рис. 1 – Крахмал
В крахмале ячменя содержатся
два структурно различных углевода - амилоза
(20 %) и амилопектин (80 %), которые можно отделить
друг от друга и выделить в чистом виде.
Целлюлоза, или клетчатка, (С6Н10О5)n
является одним из основных соединений
клеточной стенки растений. Молекула целлюлозы
представляет собой неразветвлённую цепь,
элементами которой являются глюкозные
остатки, соединенные β-1,4-глюкозидными
связями.
Таким образом, повторяющимся
структурным звеном в молекуле целлюлозы
является целлобиоза, дисахарид, состоящий
из двух остатков глюкозы: α-глюкозы и
β-глюкозы:
Рис. 2 - Целлюлоза
Целлюлоза состоит из остатков
молекул глюкозы, которая и образуется
при гидролизе целлюлозы:
(C6H10O5)n+nH2O→n C6H12O6
Гидроксильные группы в целлюлозе
расположены так, что создаются максимально
благоприятные условия для взаимодействия
цепей с помощью водородных связей. Как
известно, эти связи слабы, но их в силу
линейности цепей создается очень много,
и они настолько регулярны, что сообщают
целлюлозе свойства твердости и упругости.
Поэтому целлюлоза нерастворима в воде
и только набухает в ней.
1.2 Вода
Вода, являясь одним из основных
видов сырья для приготовления сусла,
одновременно служит необходимым вспомогательным
материалом (при замочке ячменя, промывке
дрожжей, мойке бродильно-лагерных емкостей,
бочек, дрожжевых ванн, бутылок и т. д.).
Все биохимические процессы, происходящие
при изготовлении пива, протекают в водной
среде.
Вода, используемая для приготовления
пива, прежде всего должна соответствовать
требованиям СаНПиН. Однако учитывать
ее влияние на физико- химические и биохимические
процессы в пивоварении, к ней предъявляют
дополнительные требования, указанные
в технологической инструкции по водоподготовке
для производства пива и безалкогольных
напитков.
Основные ограничения для производства
воды, применяемые в производстве пива(при
затирании), касаются таких показателей
как величина рН, жесткость, соотношение
между концентрациями ионов и , которой
в питьевой воде вообще не регламентируется.
Значительно меньше должно содержаться
железа, кремния, меди, нитратов, хлоридов,
сульфатов. Не допускается в воде наличие
нитритов, которые являются сильными токсинами
для дрожжей. В 2 раза меньше содержание
минеральных компонентов(сухой остаток)
и в 2,5 раза ниже показатель химического
потребления кислорода(ХПК) или окисляемость.
Солевой состав воды влияет
на вкус пива в значительной степени. Солевые
растворы в воде находятся в виде ионов,
что обусловлено их низкой концентрацией.
Фосфаты калия солода определяют кислотность
промежуточных и конечных продуктов. Так,
сульфаты и хлориды Ca, Mg и Na являются химически
активными по отношению к некоторым солям
солода и, взаимодействуя с ними, снижают
рН затора, что создает более благоприятные
условия для ферментативных процессов.
Сульфаты и хлориды кальция придают пиву
полноценную и тонкую хмелевую горечь,
магния – терпкий вкус, натрия – быстроисчезающую
горечь, а хлорид-ионы влияют на сладость.
Кроме того, они положительно влияют на
качество готового пива, однако повышенное
содержание сульфата натрия придает пиву
горький вкус. А вот бикарбонаты Ca, Mg и
Na и карбонаты Na и K повышают рН при взаимодействии
с кислыми первичными фосфатами, с образованием
щелочных вторичных фосфатов. Причем присутствие
бикарбоната магния категорически не
желательно из-за его существенного влияния
на рН. Железо так же является не желательным
компонентом состава и при повышенных
количествах оно должно удаляться.
Величина рН воды влияет на
многие процессы в пивоварении, в частности
при определенном рН ферментация проходит
в нормальном режиме, а вот при его изменении
протекает незначительно. Растворы, имеющие
рН выше 8 вызывают ощущение вязкости и
щелочного вкуса; кислый привкус появляется
рН ниже 3.Так же рН влияет на состояние
хмелевых горьких веществ и развитие микроорганизмов.
Для качества пива важны даже самые малые
изменения этого показателя. Если значение
рН сдвинуто в кислую область, то многие
процессы при производстве пива проходят
значительно лучше или быстрее. Следовательно,
при изготовлении пива величина рН должна
быть по возможности низкой.
Жесткость - не менее важный
критерий для оценки воды. Она определяется
концентрацией растворенных в ней ионов
кальция и магния. Соответственно измеряется
в миллиграмм-эквивалентах Ca и Mg, содержащихся
в 1л воды: 1 мг-экв. жесткости соответствует
20,04мг или 12,16мг в 1л воды.
Классификация воды по жесткости происходит
в следующем порядке: очень мягкая – до
1,5, мягкая – от 1,5 до 3, умеренно жесткая
– от 3 до 6, жесткая – от 6 до 9, и очень жесткая
– более 9. Для приготовления светлых сортов
пива используется, как правило, мягкая
вода. Жесткость может быть выше у воды,
используемой в процессе производства
темных сортов. В жесткой воде хмель дает
более грубую горечь, цвет сусла получается
более темным. В пивоварении разделяют
карбонатную (временную) жесткость, характеризуемую
содержанием карбонатных и бикарбонатных
ионов, и некарбонатную (постоянную) жесткость,
оцениваемую по содержанию хлоридов и
сульфатов кальция и магния. Некоторые
специалисты считают, что для светлого
пива вода должна иметь карбонатную жесткость
около 0,4 и некарбонатную от 0,2 до 0,4 моль/дм3.
Для темного же пива, карбонатную от 1,5
до 2,4, а некарбонатную – незначительную
величину.
1.3 Хмель.
Хмель является одним из основных
компонентов при производстве пива, так
как, обладая ароматическими и вкусовыми
свойствами, придает пиву приятную горечь
и аромат и обуславливает сортовые особенности
пива. Хмель повышает биологическую стойкость
пива (горькие вещества обладают антисептическими
свойствами) и влияет на пенообразование
и пеностойкость.
Хмель представляет собой вьющиеся
многолетнее двудомное растение. Для пивоварения
используют женские неоплодотворенные
шишки сорта хмеля обыкновенного. Ценной
частью хмеля является лупулон , представляющий
собой клейкие зернышки (желестки), находящиеся
на внутренней стороне прилистников. Он
содержит ароматические и специфические
горькие вещества, благодаря которым хмель
нашел применение в пивоварении.
Хмель придает пиву специфический
горький вкус( за счет того что α-кислоты
во время кипячения сусла с хмелем изомеризуются
в растворимые изо-α-кислоты) и аромат,
который сообщают пиву эфирные масла хмеля.
Химический состав хмеля.
В хмеле содержаться такие
важные для пивоварения компоненты, как
горькие хмелевые смолы, эфирные масла
и дубильные вещества. Шишки хмеля содержат
также небольшое количество липидов и
восков, сахаров, пентозанов, витаминов
и органических кислот.
Химический состав высушенных
шишек в %.(в среднем):
- Вода 10-14
- Клетчатка 12-16
- Азотистые вещества 15-24
- Безазотистые экстрактивные
вещества 25-30
- Зола 6-9
- Хмелевые смолы 10-20
- α-кислоты 2-16
- β –фракции 6-9
- γ-твердые смолы 2-3
- полифенольные(дубильные ) вещества
2-5
- эфирные масла 0,2-3,8
горькие вещества или хмелевые
смолы.
Важнейшим соединение
для формирования горечи пив являются
α-кислоты или гумуллоны, но они не являются
единственными. Одному из соединений,
а именно когумуллоны, приписывают негативную
роль в формировании горечи пива. Желательное
его содержание менее 20-25 % от содержания
α-кислот.
Горькие вещества обладают
очень высокой поверхностной активностью
и благодаря этому повышают стойкость
пены; поэтому у более горького пива следует
ожидать и лучшей пеностойкости.
Горькие вещества также тормозят
развитие в пиве микроорганизмов; однако
эта бактериостатическая сила не особенно
велика и не заменяет необходимых мероприятий
по повышению стойкости пива.
α- кислоты не обладают неограниченной
стойкостью, поскольку мембраны лупулиновых
желез проницаемы и слабо защищают их
содержимое. под влиянием кислорода, повышенных
температур и высокой влажности воздуха
α-кислоты все больше распадаются. Поэтому
можно считать, что при температуре
хранения 18 за 2 месяца α-кислота
расщепляется на 25 %.это означает, что после
образования α-кислот и до созревания
уже начинается процесс их распада.
Хмель содержит от 0,2 до3,8 % хмелевого
эфирного масла, под которым понимают
200 до 250 различных эфирных веществ, легко
улетучивающихся при кипячении. Они выделяются
месте с лупулинами во время созревания
и придают хмелю характерный аромат. Хмелевое
эфирное масло представляет собой смесь
углеводород- и кислородсодержащих соединений.
Конкретный состав хмелевого масла зависит
от сорта хмеля.
Дубильные вещества (полифенолы).
Дубильные вещества находятся
исключительно в лепестках и стерженьках.
Они обладают несколькими важными для
пивоварения свойствами, а именно:
- вяжущим вкусом;
- способностью связывать и осаждать
комплексные белковые вещества;
- окислением в красно- коричневые
соединения-флобафены;
- способностью связываться с
солями железа, образуя соединения с черноватым
оттенком.
Дубильные вещества влияют
на образование в пиве помутнений, на его
вкус и цвет. Дубильные вещества представляют
собой сложные полимерные соединения
из множества мономерных фенольных. Они
представляют сложную смесь, в состав
которой входят танины, флавонолы, катехины
и антоцианогены. Среди полифенолов по
количеству и значимости важнейшими
являются антоцианогены,которые составляют
80% полифенолов хмеля. Антоцианогены солода,
содержащиеся преимущественно в алейроновом
слое, имеют в основном ту же структуру,
что и в хмеле. В сусло обычного состава
80% антоцианогенов поступает из солода
и 20%- из хмеля.
Белковые вещества.
От 12%- до 20% сухого вещества
хмеля составляют белковые вещества из
них 30-50% попадают в пиво. При приготовлении
пива белок не имеет особого значения(для
пенообразования, для полноты вкуса) прежде
всего из-за очень небольшого количества.
Горькие вещества хмеля.
Для пивоварения содержания
в хмеле горьких веществ является важнейшей
характеристикой. Она может определяться
только в лаборатории путем экстракции.
При помощи кондуктометрического
метода определяю содержание общих смол,
общих мягких смол, твердых смол, ориентировочные
нормативные значения которого составляет
приблизительно (в % ВСВ):