3.2.5. Ростовые вещества (витамины)

Наряду с углеводами, белками, жирами и минеральными веществами для поддержания жизненных процессов необходимы ростовые вещества. Например, тиамин (витамин В₁) как кофермент карбоксилазы участвует в метаболизме углеводов, рибофлавин (витамин B₂, лактофлавин) участвует (в виде моно-нуклеотида флавина простетических групп дегидрогеназ) в окислительно-восстановительных процессах. Пиридоксин (витамин B₆) как простетическая группа катализирует трансаминирование аминокислот. Никотинамид (ниацин) активирует ферменты, транспортирующие водород, и тем самым, наряду с тиамином, очень важен для процесса брожения. Панто-теновая кислота (витамин B₅) является структурным элементом кофермента А (см. раздел 3.2.1.2) и играет важную роль в метаболизме углеводов, жиров и белков. Кроме того, фолиевая и р-аминобензойная кислоты участвуют в образовании определенных аминокислот. Существенным фактором для размножения пивоваренных дрожжей является биотип (витамин Н), который как кофермент участвует во всех процессах карбоксилирования, зависящих от АТФ. Он также играет определенную роль в синтезе жирных кислот. Недостаток биотина может вызвать изменение плазматических мембран и тем самым нарушить массообмен. Мезоинозит, сам по себе неэффективный, способен усиливать действие биотина. Следует учитывать, что мезоинозит, как и холин (компоненты кофосфатазы), в настоящее время к витаминам не причисляют.

3.2.6. Продукты метаболизма и их влияние на качество пива

Во время спиртового брожения образуется множество различных химических соединений - высшие спирты, эфи-ры, альдегиды, диацетил, ацетоин и др., являющихся продуктами метаболизма и способные влиять на аромат и вкус пива.

3.2.6.1. Высшие спирты образуются из аминокислот, которые в ходе реакций трансаминирования превращаются в соответствующие α-кетокислоты, а через декарбоксилирование и восстановление - в спирты. Наряду с этим путем, давно известным под названием механизма

Эрлиха, большая часть высших спиртов образуется в ходе внутриклеточного синтеза аминокислот из α-кетокислот (см. раздел 3.2.2.2). Содержание высших спиртов колеблется от 60 до 150 мг/л (при нормальном низовом брожении - от 60 до 90 мг/л), и их содержание можно некоторым образом соотнести с содержанием образовавшегося этилового спирта. Образование высших спиртов происходит преимущественно в ходе главного брожения в зависимости от используемой расы дрожжей, состава сусла и условий брожения. Дрожжи верхового брожения образуют существенно больше побочных продуктов, чем дрожжи низового брожения, причем пылевидные дрожжи продуцируют меньше высших спиртов, чем хлопьевидные. Следствием хорошего поступления в сусло аминокислот (см. раздел 2.5.8) является снижение образования сивушных масел. В сусле из бедного белком или слабо растворенного солода (или солода с использованием несоложеного сырья) всегда образуется больше высших спиртов. Очень высокое содержание α-аминного азота может вызвать усиленное образование высших спиртов, так как в этом случае при известных условиях больше α-кетокислот, чем это необходимо для трансаминирования. Все мероприятия по форсированию брожения (например, применение более высоких температур или брожения с перемешиванием) приводят к увеличению содержания этих побочных продуктов. Ослабить образование высших спиртов может применение давления. В ходе традиционного дображивания образование высших спиртов незначительно и составляет 5-15 мг/л.

Из алифатических спиртов нормальное содержание n-пропанола (пропано-ла-1) составляет 2-10 мг/л, n-бутанола (бутанола-1) - в диапазоне 0,4-0,6 мг/л, изобутанола (2-метилпропанола-1) - 5-10 мг/л, оптически активного амилового спирта (2-метилбутанола-1) - 10-15 мг/л и изоамилового спирта (3-метилбутано-ла-1) - 30-50 мг/л. Ароматические высшие спирты способны влиять на вкус и аромат пива. Содержание фенилэтило-вого спирта, который придает пиву специфический навязчивый «цветочный» привкус, обычно составляет от 10 до 20 мг/л, причем при интенсивных способах проведения брожения его содержание увеличивается до 35-45 мг/л.

Триптофол образуется в ходе брожения, а при хранении вновь расщепляется. Он обладает слабым горьким (в определенных условиях слегка фенольным) вкусом, и у нормального пива его содержание составляет от 0,15 до 0,5 мг/л (в ниве, приготовленном по форсированному способу - от 0,5 до 4,0 мг/л). Тиросол характеризуется интенсивным горьким, слегка желчным вкусом и похожим на фенольный запахом. Нормальное его содержание составляет 3-6 мг/л (в пиве «теплого» брожения - 12-24 мг/л).

3.2.6.2. Сложные эфиры являются важнейшими участниками формирования аромата. Как продукты метаболизма дрожжей они образуются внутри клетки через катализированные ферментами реакции при участии алкоголь-ацетил-трансферазы из ацетил-коА и соответствующих спиртов. Их развитие тесно связано с ростом дрожжей и образованием высокомолекулярных жирных кислот (см. раздел 3.2.3.3). Действие алкоголь-ацетилтрансферазы, локализованной в клеточной мембране, ингибируется ненасыщенными жирными кислотами и эргостерином. При традиционном дображивании пива содержание сложных эфиров может существенно повыситься в результате реакций нелетучих и летучих кислот со спиртами.

Содержание уксуснокислых эфиров зависит от степени размножения дрожжей - поскольку их образование осуществляется в основном через ацетил-коА, то все мероприятия, направленные на интенсивное размножение дрожжей, вызывают снижение содержания этих эфиров. К подобным мероприятиям можно отнести, например, интенсивную и при известных условиях многоступенчатую аэрацию, частое внесение семенных дрожжей, интенсивное перемещение сусла в бродильном танке под действием естественной конвекции или перемешивания, особенно в высоких бродильных танках. При прочих равных условиях содержание сложных эфиров возрастает с повышением температуры, а использование давления подавляет образование уксуснокислых эфиров. Состав сусла также влияет на их содержание, в частности содержание в нем аминокислот или их доля относительно сбраживаемых Сахаров (высокая доля аминокислот способствует образованию сложных эфиров).

При более длительном периоде дображивания, особенно у крепкого пива, формируется приятный эфирный аромат. Количество уксуснокислых эфиров составляет в пиве низового брожения 15-40 мг/л (в пиве верхового брожения оно иногда может быть выше). При этом на этилацетат приходится 12-35 мг/л, а метилацетат присутствует лишь в незначительном количестве (1-8 мг/л), как и изоамилацетат (изопентиловый эфир) - 1-5 мг/л. При превышении порогового значения восприятия (5 мг/л, а согласно некоторым данным - даже 1,6 мг/л) изоамилацетат придает пиву отчетливый фруктовый привкус. Содержание ß-фенилэтилацетата составляет 0,3-0,8 мг/л.

В формировании аромата пива участвуют также этиловые эфиры низкомолекулярных жирных кислот (гексановой, октановой и декановой кислот), так называемый «яблочный эфир». Последний является важнейшим эфиром «дрожжевого масла»; его содержание значительно возрастает при длительном дображивании, при использовании некоторых способов дображивания при повышенных температурах, а также при брожении под давлением. Общее содержание этого сложного эфира составляет от 0,3 до 1,0 мг/л, причем при использовании вышеуказанных способов оно ближе к верхней границе.

3.2.6.3. Альдегиды. Ацетальдегид образуется как промежуточный продукт метаболизма дрожжей из пирувата в ходе его декарбоксилирования в первые 48 ч главного брожения, а затем в ходе брожения и дображивания его содержание снижается параллельно исчезновению вкуса молодого пива. Поэтому содержание ацетальдегида очень сильно колеблется (от 3 до 20 мг/л - в среднем 10 мг/л - при пороге вкусового восприятия 20-25 мг/л). Высокие нормы внесения дрожжей, незначительная аэрация, повышенные начальные температуры сусла при внесении дрожжей и главного брожения способствуют образованию альдегидов, однако при высоких температурах их содержание убывает быстрее, чем в условиях нормального брожения. Это объясняется не только восстановлением до этилового спирта, но и испарением (точка кипения 21 °С), а также удалением CO₂. При увеличении давления в фазе главного брожения содержание ацетальдегида быстро повышается, а затем медленно снижается, что обусловливается, в частности, ингибированием восстановления ацетальдегида в этиловый спирт.

3.2.6.4. Органические кислоты. К летучим кислотам относится уксусная кислота, содержащаяся в пиве в количестве 20-150 мг/л, и муравьиная кислота (20-40 мг/л), образующиеся в результате расщепления глюкозы. Образованию уксусной кислоты способствуют высокие нормы внесения дрожжей, высокая температура брожения и интенсивная аэрация сусла (в зависимости от расы дрожжей). В ходе дображивания наблюдается дальнейшее увеличение содержания летучих кислот. Нелетучие кислоты - пировиноградная, яблочная, лимонная, молочная - образуются в процессе обмена веществ при брожении, а также путем дезаминирования аминокислот. Значение органических кислот заключается в возможности образования ими сложных эфиров. Содержание пирувата - пировиноградной кислоты - (40-75 мг/л) зависит от расы дрожжей, но главным образом от интенсивности брожения, причем стимулируют ее образование высокие нормы внесения дрожжей, сильная аэрация и повышенные температуры брожения. Аналогичным образом можно повлиять на содержание яблочной кислоты (60-100 мг/л) и D-яблочной кислоты (10-100 мг/л), в отличие от L-молочной (40-80 мг/л) и лимонной (110-200 мг/л) кислот. Содержание последних определяется составом сусла, зависящем от качества солода, причем содержание молочной кислоты в случае биологического подкисления при приготовлении сусла может достигать существенно более высоких значений. При брожении, дображивании и созревании пива молочная кислота этерифицируется, что выражается в более высоком содержании этилового эфира молочной кислоты. Здесь заслуживает внимания глицерин как продукт брожения - его содержание составляет от 1300 до 2000 мг/л в зависимости от количества сброженных cахаров, и поэтому у темного пива отмечается пониженное, а у светлого крепкого пива высокое содержание глицерина.

3.2.6.5- Низкомолекулярные свободные жирные кислоты как продукты метаболизма дрожжей образуются в ходе синтеза жирных кислот в первые 3-4 сут главного брожения. Речь идет о гексановой (капроновой), октановой (каприловой), декановой (каприновой) и додекановой (лауриновой) кислотах. При ускоренных способах брожения, как это происходит при интенсивной ступенчатой аэрации, повышенной норме внесения дрожжей и повышенных температурах, образование этих жирных кислот снижается и проявляется отчетливое влияние используемой расы дрожжей. Так как с увеличением длины цепи жирные кислоты задерживаются дрожжевыми клетками (обнаруживаются в «дрожжевом масле»), то при длительном созревании в условиях очень теплых бродильных подвалов может произойти их выделение. При автолизе дрожжей содержание жирных кислот значительно возрастает.

В пиве, сброженном под давлением, также обнаруживается повышенное содержание жирных кислот, выделяемых дрожжами на стадии созревания пива. На содержание свободных жирных кислот влияет физиологическое состояние дрожжей, способных отрицательно повлиять на вкус (появлется дрожжевой привкус) и пенообразование. Готовое пиво обычно характеризуется следующим составом низкомолекулярных жирных кислот: гексановая - 1-2 мг/л, октановая - 2-5 мг/л, декановая - 0,2-0,8 мг/л.

3.2.6.6. Вицинальные дикетоны - диацетил (2,3-бутадион) и 2,3-пентадион - являются продуктами метаболизма дрожжей. Диацетил (пороговое значение восприятия - 0,10-0,12 мг/л) явным образом негативно сказывается на вкусе пива, тогда как 2,3-пентадион благодаря существенно более высокому значению его порогового восприятия ( 0 , 6 - 0 , 9 м г / л ) оказывает гораздо меньшее влияние.

Диацетил образуется внеклеточным путем из своего предшественника - 2-ацс-толактата, который представляет собой промежуточный продукт биосинтеза Baлина и образуется из пирувата и активного ацетальдегида. При этом содержание валина в сусле имеет регулирующее действие - в случае достаточно высокой его концентрации может наблюдаться ингибирующее действие.

Образование 2-ацетолактата зависит от температуры брожения, интенсивности метаболизма дрожжей и от штамма дрожжей. Дрожжи выделяют 2-ацетолактат, и следующей стадией реакции является окислительное декарбоксилнрование 2-ацетолактата до диацетила в ходе спонтанной внеклеточной реакции первого порядка, зависящей не от дрожжей, а от температуры сусла и концентрации ионов водорода. Затем диацетил ферментативным путем (с помощью диацетилредуктазы) восстанавливается до ацетоина, а он - до 2,3-бутандиола. Первая стадия реакции зависит от количества дрожжей, от их штамма, физиологического состояния, а также от продолжительности и температуры. Данная реакция протекает быстрее, чем декарбоксилирование 2-ацетолактата.

Особое значение приобретает образование 2-ацетолактата в ходе главного брожения и дображивания. Оно зависит от абсорбции аминокислоты валина из питательной среды. Вначале эта абсорбция незначительна, поскольку сначала поглощаются аминокислоты группы А (см. раздел 3.2.2.1), но примерно через 3 сут нормального брожения образуется максимальное количество 2-ацетолакта-та. Лишь после этого благодаря усиленному поглощению валина тормозится его биосинтез посредством ацетолактата и начинает преобладать расщепление. Если вследствие длительного внесения дрожжей (например, в больших танках, см. раздел 3.6.1.2) постоянно вносятся аминокислоты группы А, то поглощение валина продолжает тормозиться, и, как следствие, наблюдается усиленное образование 2-ацетолакгата.

При повышенных температурах происходит более быстрое образование 2-аце-толактата, которое, однако, затем сменяется ускоренным его расщеплением. Аналогичное влияние оказывает и высокая норма внесения дрожжей. Применение при брожении повышенного давления (например, начиная со степени сбраживания 50 %), почти не приводит к снижению содержания 2-ацетолактата за тот же период времени. Интенсивная аэрация в начале брожения или в первые его сутки при традиционном процессе брожения не приводит к дефектам. Брожение с перемешиванием менее целесообразно в том случае, когда месильный орган захватывает воздух. Хорошее снабжение сусла α-аминным азотом и низкомолекулярными пептидами (около 22 % α-амин-ного или 34 % формольного азота) вызывает снижение образования 2-ацетол-актата. При этом важен также штамм дрожжей.

Расщепление предшественника диацетила происходит при активном дображивании (например, при поддержке завитков пены) в течение нескольких недель. Если продолжать поддерживать предельную температуру брожения после достижения конечной степени сбраживания, то через 5-10 сут происходит снижение содержания 2-ацетолактата; а при увеличении температуры с 12 до 20 °С оно снижается уже через 2-4 сут (см. раздел 3.6.3.8), чему способствует низкое значение pH пива.

Максимальное содержание 2-ацето-лактата при главном брожении зависит от вышеперечисленных факторов и составляет 0,6-1,8 мг/л, снижаясь до перекачки пива на дображивание до 0,3-0,6 мг/л. Прежде чем приступать к охлаждению, в фазе созревания необходимо выждать снижения содержания 2-ацетолактата до 0,10-0,12 мг/л.

2,3-Пентадион образуется из 2-аце-тогидроксибутирата, представляющего собой промежуточный продукт синтеза изолейцина. Этот предшественник пентадиона характеризуется теми же параметрами, что и 2-ацетолактат.

Ацетоин содержится в пиве в количестве 0,5-5 мг/л. Он образуется при ферментативном восстановлении диацетила, но возможно и его образование иным путем, а именно из свободного ацетальдегида и его конденсации с «активированным» ацетальдегидом, связанным с тиамннпирофосфатом. Это соответствует тому факту, что при брожении содержание ацетоина достигает своего предельного содержания раньше 2-ацетолакта-та. Сильное аэрирование и повышенные температуры брожения способствуют увеличению содержания ацетоина, однако затем оно быстро уменьшается. При медленном дображивании в очень холодных бродильных подвалах происходит вялое снижение содержания ацетоина.

3.2.6.7. Сернистые соединения способны существенно влиять на аромат и вкус пива, так как обладают очень низкими пороговыми значениями восприятия. В пиве они присутствуют в виде сероводорода, диоксида серы, сульфидов (диметил-сульфида, диметилдисульфида, диметилтрисульфида), спиртов (например, метионола), сложных эфиров (этилтио-ацетата, метилтиоацетата, этилового эфира 3-метилтиопропионовой кислоты), а также в виде низкомолекулярных меркаптанов (этил- и метилмеркаптан). Общее содержание серы (представленное преимущественно пептидами с серосодержащими аминокислотами) снижается благодаря отделению осадка взвесей горячего и охлажденного сусла и осаждению мути при главном брожении; серосодержащие аминокислоты, как и другие органические и неорганические источники серы, абсорбируются параллельно приросту биомассы дрожжей. Наконец, летучие сернистые соединения удаляются вместе с газами, выделяющимися при брожении.

На образование сероводорода при брожении влияют факторы, рассмотренные в разделе 3.2.4.2; при повышенном содержании сероводорода положительный эффект дают аэрирование сусла перед пластинчатым охладителем или реакция серы с металлами (например, с медью сусловарочных котлов). Поскольку сероводород летуч, в пиве остается лишь незначительное его количество - около 0,5 мкг/л, что ниже порога вкусового восприятия. На предприятиях, работающих только на солодовом сусле, поступление в сусло серосодержащих аминокислот и витаминов настолько велико, что лишь в редких случаях наблюдается чрезмерное образование сероводорода, однако у пива из несоложеных материалов избыточное содержание сероводорода наблюдается чаще.

Диоксид серы вырабатывается в ходе главного брожения (см. раздел 3.2.4.1). Максимальное его содержание, достигаемое в конце брожения, незначительно снижается при дальнейшем созревании и хранении пива. Основными возможностями для снижения образования SO₂ в ходе брожения являются хорошее снабжение дрожжей питательными веществами, повышенное содержание липидов, интенсивная (при известных условиях многоступенчатая) аэрация, а также применение жизнеспособных дрожжей. Кроме того, на образование SO₂ большое влияние оказывает штамм дрожжей. Более плотное сусло характеризуется повышенным содержанием SO₂,

Содержание диметилсулъфида (ДМС), обусловленное качеством солода, способом затирания и кипячения сусла, составляет 70-150 мкг/л. Снижение содержания ДМС достигается применением средне растворённого солода, высокой температуры и продолжительной сушки, отварочного способа затирания, а также достаточно продолжительного и интенсивного кипячения сусла. Содержание метионола и его сложного эфира снижается на стадии от молодого до готового пива на 5-8 % от 700-900 мкг/л, то есть на 13-30 мкг/л. Чаще всего при пониженном содержании ДМС отмечается высокое содержание метионола и наоборот. Содержание тиоэфиров при форсированном брожении (в первую очередь при интенсивной аэрации в ходе внесения дрожжей) характеризуется более низкими значениями. Если содержание метилмеркаптана в ходе всего брожения колеблется в пределах 1-1,4 мкг/л и лишь в конце брожения немного снижается, то этилмеркаптан при степени сбраживания около 55 % характеризуется максимальным содержанием 0,6-0,8 мкг/л, которое снижается примерно до 0,4 мкг/л. В ходе созревания пива указанные значения снижаются до 0,6-1,0 и 0,2-0,3 мкг/л соответственно. Тем не менее даже в относительно незначительной концентрации эти соединения способны придать пиву специфический сернисто-дрожжевой запах и привкус (см. раздел 7.4.3.1).

Серосодержащие соединения участвуют также в образовании так называемого «засвеченного» привкуса пива (см. раздел 7.6.5.4).