1.3.8. Ферменты ячменя

Ферменты входят в состав всех живых организмов, причем ячмень и дрожжи содержат широкий набор ферментов.

Ферменты – это высокомолекулярные белковые вещества, которые как биокатализаторы делают возможным или существенно ускоряют определенные реакции. Они действуют при весьма малых концентрациях и определяют направление и скорость биохимических превращений.

В ячмене содержится ряд ферментов, но в относительно небольших количествах. Это в основном ферментные системы, связанные с процессом дыхания, без которого живое зерно существовать не может. Большая часть ферментов образуется в ходе проращивания зерна при солодоращении.

В пивоварении наиболее значимы ферменты, относящиеся к классу гидролаз и оксидоредуктаз. Гидролазы расщепляют гликозидные (карбоксигидролазы), эфирные (эстеразы) и пептидные (пептидазы) связи путем присоединения молекул воды. Оксидоредуктазы катализируют отделение или присоединение водорода. Это - каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза, липоксигеназа. Указанные ферменты сосредоточены в зародыше и алейроновом слое.

Существует мнение, что во время созревания зерна протекают одновременно два процесса – образование ферментов и переход их в неактивную (зимогенную) форму. Гидролитические процессы, необходимые в начале созревания, постепенно затухают и заменяются синтетическими процессами. Это связано с тем, что происходит адсорбция ферментов на структурных образованиях клеток, имеющих коллоидную природу. В результате этого гидролизующая способность ферментов понижается, а синтезирующее действие начинает усиливаться. Поэтому одни и те же ферменты в растворенном состоянии обладают одним действием, а в адсорбированном – другим.

Непроросший ячмень, так же как и другие злаки (рожь, пшеница, рис), из амилолитических ферментов содержит в основном β-амилазу и лишь следы α-амилазы, находящиеся в неактивной форме.

В исходном ячмене присутствуют также цитолитические, протеолитические ферменты, полифенолоксидаза, но их активность весьма незначительна. Активное нарастание этих ферментов происходит при солодоращении под действием гормоноподобных веществ, когда создаются благоприятные условия влажности и температуры.

Большое значение в процессе хранения ячменя и в начальной стадии замачивания имеют оксидоредуктазы – каталаза и пероксидаза, роль которых заключается в обезвреживании ядовитых для зародыша веществ. Активность этих ферментов значительно колеблется и чем она выше, тем лучшими пивоваренными свойствами обладает ячмень. При проращивании ячменя активность данных ферментов во много раз возрастает.

1.4 Особенности строения и химического состава других злаков, применяемых в пивоварении

Для снижения себестоимости пива, а также для обеспечения сортовых особенностей часть солода заменяют несоложенным сырьем.

Несоложенное сырье – это крахмалосодержащие или сахаросодержащие материалы, которые практически не имеют ферментативной активности. В пивоварении в качестве несоложенного материала используют такие зерновые культуры как рис, кукурузу, пшеницу, сорго, ячмень и другие. При оценке пригодности зернового материала в качестве несоложенного сырья проводят сравнительный анализ культур по содержанию в них крахмала, некрахмалистых полисахаридов, белка, полифенолов и минеральных компонентов.

Рис относится к семейству злаковых культур и является наиболее полноценным крахмалистым сырьем. В пивоварении используют зерна риса, предварительно освобожденные от цветочных оболочек. При очистке и шлифовке рис освобождается от оболочек и частично от белков, жиров, клетчатки и золы. Содержание экстрактивных веществ в зерне без цветочных пленок составляет 94-97% на сухое вещество.

Культурный рис в зависимости от строения и размера колоска делится на два подвида: короткозерный с зерновкой длиной 4 мм и обыкновенный – длиной более 4 мм.

По строению зерно риса аналогично ячменю и состоит из оболочек, зародыша и эндосперма, который окружен алейроновым слоем из одного ряда клеток. К нему примыкают семенная и плодовая оболочки. Плодовая оболочка в рисе не срастается с цветочными пленками. В исходном зерне пленчатость риса составляет 14-35% от массы зерна.

Средний химический состав риса без пленок (в процентах): вода – 11–12, крахмал 67-78, сахара – 2-5, белки 7-13, жир 0,5-1, зола 0,5-1,2.

Крахмальные зерна риса мелкие (2 – 8 мкм) и трудно гидролизуемые амилазами. Содержание амилозы в рисовом крахмале составляет около 17%, амилопектина 83%. Температура клейстеризации рисового крахмала более высокая, чем у ячменного крахмала и в зависимости от сорта колеблется от 70 до 85 ⁰С. Поэтому амилазы солода воздействуют на него очень медленно, в связи с чем при значительной дозе несоложенного риса в засыпи увеличивается продолжительность осахаривания затора.

В рисе, освобожденном от пленок, содержание клетчатки (целлюлозы) невелико – 0,3 – 0,4% (в пленках содержится до 40,2%). Количество других некрахмалистых полисахаридов также незначительно. Это, в свою очередь, приводит к увеличению стойкости и прозрачности пива благодаря снижению в заторе количества некрахмалистых полисахаридов и продуктов их гидролиза.

Сахара представлены сахарозой, мальтозой, рафинозой, глюкозой и фруктозой.

В состав рисового белка входят альбумины, глобулины, проламины и глютелины (называемые у риса оризининами). Основную часть белка составляет оризинин, который не влияет не качество готового продукта, так как практически полностью переходит в дробину и белковый отстой после кипячения сусла с хмелем. Низкое содержание других фракций белка также способствует физико-химической стабильности пива, но при замене солода большим количеством риса может наблюдаться снижение пеностойкости.

Таким образом, преимущества использования риса в качестве несоложенного материала состоят:

• в высокой экстрактивности (до 97% от сухого вещества);

• в малом содержании растворимых белков и жиров;

• в отсутствии -глобулина и антоцианогенов, способствующих образованию помутнений в пиве.

Кроме того, обрушенное зерно не содержит нежелательных для пива компонентов, присутствующих в оболочках. При использовании риса цветность пива понижается и повышается его стойкость.

Однако вместе с тем следует учитывать и отрицательные стороны при замене части солода рисом:

- при повышенном содержании риса в заторе (свыше 15%) дрожжи теряют способность к флокуляции;

- добавка риса несколько снижает полноту вкуса пива;

- увеличение доли риса в заторе более 20% приводят к снижению интенсивности главного брожения.

В пивоварении рис используется в основном в виде рисовой сечки:

• либо рис размалывают непосредственно на пивоваренном заводе в крупку, либо используют готовую рисовую сечку и вместе с частью солодового затора предварительно разваривают в заторном котле;

• либо перерабатывают в рисовые хлопья (при этом рис клейстеризуется ), которые без дальнейшей предварительной подготовки добавляют в заторный аппарат.

Кукуруза – однолетнее растение семейства злаков. Плод – зерновка, в среднем содержит от 500 до 1000 зерен в початке.

Кукурузное зерно (зерновка) состоит из зародыша и эндосперма. Оно покрыто плотной плодовой оболочкой, состоящей из 12 – 14 слоев клеток. Под плодовой оболочкой располагается семенная оболочка. Средний химический состав зерна кукурузы: крахмал - 50-78%, белок - 8 – 12%, клетчатка - 2 – 3%, жир - 4-5%, зола – 1-2%.

Гранулы крахмала кукурузы имеют округлую многоугольную форму, размер крахмальных гранул в основном составляет 10 - 15 мкм. Маленький размер гранул определяет сравнительно высокий температурный интервал клейстеризации (60 – 70 ⁰С).

Содержание экстракта в кукурузе без зародышей составляет 88 – 90% на АСВ (77 – 78% на ВСВ), т.е. приблизительно такое же как и у солода. Большая часть белков кукурузы приходится на зеин (проламин), которая переходит в нерастворимое состояние при кипячении сусла с хмелем.

Жир в кукурузе локализуется в основном в зародыше, где его содержание составляет 23 – 45% от массы зародыша.

Кукуруза, так же как и рис, не содержит β-глобулина и антоцианогенов, имеет мало растворимых белков.

Перед переработкой кукурузу в сухом состоянии освобождают от зародышей, причем кукурузу используют в следующих видах:

• кукурузной крупки;

• кукурузных хлопьев;

• кукурузного сиропа.

Кукурузную крупку предварительно обрабатывают в заторном котле для разваривания несоложенного сырья приблизительно с одной четвертой частью солодового затора. Кукурузные хлопья затирают без предварительного растворения. Кукурузный сироп готовят из невысушенной рафинированной (отделенные и промытые частицы крахмала) крупки, которую подвергают кислотному или ферментативному гидролизу до сахаров и декстринов.

Пшеница – однолетнее растение семейства злаковых.

Зерно пшеницы состоит из зародыша, эндосперма и плодовой и семенной оболочек. В отличие от ячменя пшеница не имеет мякинной оболочки, и для нее характерно повышенное содержание белков, что в некоторых случаях может привести к возникновению проблем при производстве пива. В качестве пивоваренных сортов используются в основном озимые сорта пшеницы, содержащие низкое количество белка. При добавлении пшеницы получается более светлое пиво.

Средний химический состав зерна пшеницы (в процентах): крахмал 60-63; белки 9-15%; жир 1,5-2; клетчатка 2-3; сахароза 0,1-2; остальные сахара (глюкоза, мальтоза и рафиноза) – 0,1-2%;

Температура клейстеризации пшеничного крахмала имеет широкий интервал 52 – 64 ⁰С, что обусловлено как сортовым различием культур в пределах одного вида, так и влиянием климатических условий культивирования. Благодаря низкому содержанию некрахмалистых полисахаридов в пшенице по сравнению с ячменем имеет место увеличение выхода экстракта и смягчение вкуса пива.

При затирании пшеничной муки образуется клейковина, представляющая собой смесь таких протеинов как: альбумины, глютелины и глиадины (пшеничные проламины). Клейковина представляет собой клейкую, тянущуюся массу, вымешанную из пшеничной муки с водой, которая при высушивании становится роговидной. Клейковина плохо гидролизуется ферментами, что значительно затрудняет фильтрацию затора. Именно по этой причине несоложенная пшеница редко используется в пивоварении. Более того, пиво, в состав рецептуры которого входит пшеница или пшеничный солод, более склонно к фонтанированию (эффект гашинга), чем ячменное пиво. Это связано с тем, что пшеница, являясь голозерным зерном, больше подвержено инфицированию плесневыми грибами по сравнению с яровым ячменем, у которого есть мякинная оболочка, защищающая зерно от инфекции.