Биохимические и физико-химические процессы, протекающие при дображивании пива

Технологические процессы, протекающие при дображивании пива в лагерном отделении, должны обеспечить в нем следующие свойства: насы­щение диоксидом углерода, прозрачность и определенные вкус и аро­мат, свойственные зрелому продукту.

Диоксид углерода (СО₂) в достаточном количестве благотворно влияет на вкусовые свойства пива, придает ему приятный освежающий вкус, способствует пенообразованию. Предохраняет его от контакта с воздухом, в некоторой степени консервирует, сдерживая развитие посторонней вредной микрофлоры. Пиво, недостаточно насыщенное СО₂, имеет плохой, выдохшийся вкус.

Насыщение пива СО₂ ограничено. Пиво может содержать только такое количество диоксида углерода, которое допускают химический состав и его физические свойства.

На стадии главного брожения в молодом пиве накапливается до 0,2% СО₂. Во время дображивания содержание его должно быть повышено до такой степени, чтобы в готовом продукте (т.е. после выдержки и фильтрации) его содержалось не менее 0,3%. Такое дополнительное насыщение пива диоксидом углерода может быть обеспечено за счет сбраживании в этот период около одного процента экстрактивных веществ.

Поэтому процесс ведения главного брожения ведут таким образом, чтобы в молодом пиве осталось в несброженном состоянии около одного процента сбражи­ваемых сахаров, который вполне обеспечивает получение до­бавочного количества углекислого газа.

Эта величина несколько велика, но следует учитывать, что для насыщения пива углекис­лотой в лагерной посуде необходимо создать некоторое давле­ние, которое называется шпунтовым. Оно образуется путем на­капливания в сосуде углекислоты. Кроме того, необходимо из пива и в особенности из газового пространства над пивом уда­лить содержащийся там воздух. В большинстве же случаев в первый период выдержки по технологическим соображениям дображивание ведут с открытым шпунтовым отверстием; поэтому затраты сбраживаемого экстракта значительно превышают то его количество, которое необходимо только для возмещения разницы в содержании углекислоты в молодом и готовом пиве.

Насыщение и связывание углекислого газа — очень сложный процесс, на который влияют целый ряд факторов. В основном различают растворение, насыщение и физико-химическое связы­вание углекислого газа.

Растворение СО₂ в жидкости подчиняется закону Генри, в соответствии с которым при постоянной температуре концентрация газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению газа, находящегося с ней в равновесии. Согласно этому закону, способ­ность жидкости растворять газы тем больше, чем выше давление и ниже температура. Например, при повышении температуры на один градус объем углекислого газа при том же давлении снижается на 0,01%. И наоборот, при повышении давления на 0,01 МПа (0,1 атм) углекислого газа растворяется на 0,03% больше.

Однако простым растворением нельзя объяснить связывание углекислого газа в пиве. Искусственные растворы, насыщенные углекислым газом, или минеральные воды при снижении давле­ния или повышении температуры очень быстро выделяют угле­кислый газ, и гораздо быстрее, чем пиво. Исключительная спо­собность пива связывать углекислый газ объясняется, с одной стороны, перенасыщением, а с другой — физико-химическим свя­зыванием.

Перенасыщение происходит, если в растворах при определен­ных условиях содержится газа больше, чем это соответствует физическому закону. Между жидкостью и газом существует не­стабильное равновесие, которое можно нарушить резким измене­нием давления. У пива это явление имеет место при розливе перешпунтованных партий или при розливе излишне карбонизированного пива.

Физико-химическое связывание углекислого газа носит ад­сорбционный характер и зависит от химического состава и физи­ческих свойств пива. Тонкорассеянные в пиве коллоиды, такие как декстрины, белки, пектиновые вещества и хмелевые смолы являются поверхностно- активными веществами и поэтому обладают высокой сорбционной способностью. Эти вещества покрывают адсорбционными пленками выделяющиеся пузырьки углекислого газа и позволяют им слипаться в более крупные агрегаты.

Вязкость пива тоже положительно влияет на способность свя­зывать углекислый газ. Чем вязкость пива выше, тем больше со­противление оказывает жидкость при выделении пузырьков углекислого газа, которое возможно только тогда, когда пузырьки достигнут определенного размера.

Диоксид углерода в виде угольной кислоты может вступать в химические реакции с компонентами пива (химическое связывание). Угольная кислота способна взаимодействовать с гидроксилсодержащими соединениями и образовывать ди- и моноэфиры угольной кислоты. Эти соединения являются неустойчивыми и при снятии давления разлагаются с выделением пузырьков СО₂.

Процесс осветления пива основан на гравитационном разделении жидкой и твердой фаз. Он протекает непрерывно. В большинстве случаев осаждению предшествуют физико-химические процессы, и часть компонентов пива переходит в нерастворимое состояние, обра­зуя взвеси. Когда частицы взвесей достигают определенного размера, они постепенно оседают и пиво осветляется.

Молодое пиво пред­ставляет собой полидисперсную гетерогенную систему с различной степенью дисперсности содержащихся в ней частиц. При перекачке в отделение дображивания пиво непрозрачно, поскольку содержит оп­ределенное количество дрожжевых клеток, различных взвешенных частиц. Крупные частицы оседают быстро, скорость оседания мел­ких очень низка, поэтому необходима длительная выдержка молодо­го пива. При понижении температуры пива в подвале до 0-2°С ко­личество частиц еще более возрастает, поскольку в таких условиях белковые вещества более активно взаимодействуют с полифенольными соединениями и частично выпадают в осадок. Таким образом, с точки зрения удаления веществ, способствующих возникновению коллоидного помутнения, процесс осветления является благоприят­ным для качества готового пива.

Осветление пива происходит только после окончания процесса дображивания и после выравнивания температуры во всем объеме. Во время дображивания нестабильные коллоидные вещества из-за постоянного движения пузырьков углекислого газа, дрожжей чаще сталкиваются друг с другом, взаимодействуют и коагулируют. Час­тично они адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток и ув­лекаются ими в осадок, частично — пузырьками СО₂. Оседающие коллоидные соединения, в свою очередь, увлекают грубодисперсные горькие вещества хмеля. Таким образом, интенсивное дображивание, низкая температура благоприятствуют осветлению.

Формирование вкуса и аромата пива является наиболее важным процессом при дображивании. В этот период грубые привкус и запах молодого пива превращаются в тонкие, приятные, законченные вкус и аромат готового пива. В основе со­зревания пива лежат преимущественно окислительно-восстановительные превращения веществ пива. Степень окисле­ния компонентов пива обусловлена количеством содержащегося в нем кислорода, длительностью его воздействия и противодействием редуцирую­щих веществ, содержащихся в пиве.

В процессе дображивания дрожжи адсорбируют горькие веще­ства, за исключением изогумулона, поэтому горечь пива смягча­ется.

Главную часть продуктов обмена веществ дрожжей, претерпева­ющих сложные химические превращения в созревающем пиве, со­ставляют альдегиды. Эти вещества наиболее легко подвергаются окислительно-восстановительным реакциям, в результате которых образуются кислоты, спирты, эфиры. Эфирообразование может происходить как за счет реакции этерификации между спиртом и кислотой, так и за счет реакции между альдегидами. Вторая реакция более вероятна, поскольку об этом свидетельствует снижение при дображивании содержания альдегидов. С этиловым спиртом альде­гид превращается в диэтилацеталь, а при конденсации — в альдоль. Может происходить также окислительно-восстановительный об­мен по реакции Каниццаро, когда две молекулы альдегида образу­ют спирт и кислоту.

RCH₂OH + R₁COOH —► RCOOCH₂R₁+ Н₂О;

RCOH + COHR₁ —► RCOOCH₂R₁;

СН₃СОН + СН₃СОН —► СН₃СНОНСН₂СНО;

СН₃СНО + 2С₂Н₅ОН —► СН₃СН(ОС₂Н₅)₂ + Н₂О;

2СН₃СНО + Н₂О —► СН₃СН₂ОН + СН₃СООН.

Все эти процессы играют существенную роль в формировании аромата и вкуса пива, что дает основание считать количественное со­держание альдегидов в пиве показателем степени его зрелости.

Выделяющийся при дображивании диоксид углерода уносит из пива летучие вещества и среди них соединения серы, например H₂S, некоторые альдегиды и высшие спирты. Благодаря этому улучша­ются вкус и запах пива.

Аромат пива зависит также от содержания и природы других веществ, образующихся при брожении. В зависимости от продолжительности выдержки пива количество кислот увеличивается на 20 – 25%, эфиров на 25 – 30%.

При дображивании общая восстановительная способность пива достигает конечной выравненной величины. Она свидетельствует о стойкости пива к изменению окислительно-восстановительного потенциала при окислении.

Восстановительную способность пива определяют отдельные редуцирующие вещества, к которым относятся: редуктоны, меланоидины, соединения с SH-группой, полифенольные, горькие вещества и некоторые другие. С точки зрения окислительно-вос­становительных процессов эти вещества разделяются и определя­ются по скорости окисления их кислородом, присутствующим в пиве, что отражается на качестве напитка. Например, редуктоны и меланоидины реагируют с кислородом быстрее и предохраняют от окисления остальные редуцирующие вещества пива. Более того, продукты их окисления не являются вредными для вкуса и стабильности пива. Наоборот, окисление соединений с SH-группами, полифенолов и горьких веществ отрицательно влияет на вкус и коллоидную стабильность пива.

Установлено, что азотистые вещества существенно изменяются при дображивании. Очевидно, вначале это связано с жизнедеятель­ностью дрожжей, а на последующих стадиях выдержки азотистый состав пива изменяется преимущественно за счет автолиза клеток. При автолизе происходит ферментативное разрушение дрожжевой клетки под действием собственных ферментов, которое включает гидролиз гликопротеинов клеточной оболочки, а также протоплазматических структур и выделение продуктов распада в окружаю­щую среду. На автолиз дрожжей влияют температура, рН, rН₂. Оп­тимум рН автолиза дрожжей 4,0 - 4,4. Процесс протекает очень медленно под действием протеолитических ферментов при обедне­нии среды питательными веществами.

Продуктами автолиза являются пептиды, аминокислоты, вита­мины, компоненты нуклеиновой кислоты, эргостерол, жиры, фер­менты (пептидаза, протеаза, инвертаза). Многие из них являются поверхностно-активными веществами и положительно влияют на пеностойкость пива.

Общее количество белка при дображивании снижается на 25 %, значительно уменьшается содержание почти всех амино­кислот, за исключением пролина. Например, содержание аланина снижается на 75 - 80 %, тирозина — на 90 % и т. д. Изменение состава белка за счет автолиза влияет на каче­ство пива, его органолептические свойства и коллоидную стой­кость. Эти вещества придают пиву бархатистую консистенцию и способствуют полноте вкуса.

Таким образом, азотистый обмен дрожжей имеет большое прак­тическое значение на всех этапах сбраживания. От системы биосин­теза и расщепления аминокислот зависит прежде всего образование веществ, ответственных за аромат пива. Особое значение имеют азотистые соединения, выделяемые из дрожжей.