Химия отрасли (теория и практика). Часть 2. Учебное пособие

Таблица 1.2

Физико-химические показатели сухого ржаного солода

За это время в солоде завершаются физико-химические превращения компонентов зерна, что делает его пригодным для производства пива. Обладая высокой гигроскопичностью, солод увлажняется от 3…3,5 % до 4…6 % и теряет хрупкость. При отлежке увеличивается амилолитическая активность солода и содержание растворимого белка.

11

Таблица 1.3

Физико-химические показатели сухого пшеничного солода

Лабораторная работа № 1

Определение амилолитической активности (диастатической силы) солода (АС)

методом Виндиша - Кольбаха

Цель работы: освоить метод определения активности α- и β-амилаз в процессе солодоращения и оценить динамику изменения их активности.

Оборудование и реактивы: мерные колбы вместимостью 200 см3; пипетки вместимостью 5, 25, 100 см3; конические колбы

12

вместимостью 250 см3; воронка со складчатым фильтром; бюретка вместимостью 25 см3; солодовая вытяжка; буферный раствор растворимого крахмала с массовой долей 2 %; 1 моль/дм3 раствор NаОН; 1 моль/дм3 раствор Н2SО4; 0,1 моль/дм3 раствор йода; 0,1 моль/дм3 раствор тиосульфата натрия; буферная смесь (27,21 г СН3СООNа 3Н2О и 512 см3 раствора 0,1 моль/дм3 СН3СООН смешивают и доводят дистиллированной водой до объема в 1 дм3. При разбавлении водой в соотношении 1 : 20 смесь имеет рН 4,3).

Теоретические сведения

Активность амилолитических ферментов свежепроросшего солода свидетельствует о его качестве. В пивоварении принято определять суммарную активность амилолитических ферментов α- и β-амилаз. В международной практике используют метод Виндиша – Кольбаха, сущность которого заключается в том, то солодовой вытяжкой анализируемого солода осахаривают 2 % раствор крахмала при рН 4,3 и образовавшуюся мальтозу определяют йодометрически.

Амилолитическую активность солода выражают в граммах мальтозы, образовавшейся из растворимого крахмала под действием 100 г солода в течение 30 мин при 20 оС и рН 4,3 (в единицах Виндиша – Кольбаха, ед. W-К). По шкале Виндиша – Кольбаха амилолитическая активность светлого солода более 250 ед. считается очень хорошей, от 200 до 250 – хорошей.

Проведение анализа

Приготовление солодовой вытяжки. 20 г тщательно рас-

тертого в ступке свежепроросшего светлого солода экстрагируют с 450 см3 дистиллированной водой на водяной бане в течение 1 ч при 40 оС. Затем содержимое стакана фильтруют через складчатый фильтр до полной прозрачности.

Приготовление буферного раствора крахмала. 20 г раство-

римого крахмала (в пересчете на СВ) тщательно взбалтывают с 50 см3 холодной воды и полученную суспензию вливают тонкой

13

струйкой при непрерывном размешивании в 800 см3 воды при температуре кипения. Раствор кипятят в течение 5 мин, а затем охлаждают при непрерывном размешивании, чтобы на поверхности не образовалась пленка. Крахмальный клейстер с температурой 20 оС переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм3, прибавляют 25 см3 ацетатного буферного раствора с рН 4,3 и доливают водой до метки. Раствор крахмала следует готовить каждый раз непосредственно перед анализом.

В мерную колбу вместимостью 200 см3 отмеривают пипеткой 100 см3 приготовленного раствора, и затем колбу выдерживают в течение 20 мин на водяной бане при 20 оС. После этого прибавляют 5 см3 солодовой вытяжки, содержимое колбы хорошо перемешивают и помещают на водяную баню при 20 оС точно на 30 мин, после чего осахаривание прекращают путем добавления 3 см3 1 моль/дм3 раствора NаОН. Затем приливают воду до метки и тщательно перемешивают.

Для определения мальтозы берут 50 см3 осахаренного раствора крахмала и отмеривают в коническую колбу вместимостью 200…250 см3. К раствору из бюретки приливают 25 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода и 3 см3 1 моль/дм3 раствора NаОН, перемешивают и выдерживают 5 мин при комнатной температуре. Затем раствор подкисляют добавлением 4,5 см3 1 моль/дм3 раствора Н2SО4 и избыток йода оттитровывают 0,1 моль/дм3 раствором тиосульфата натрия. Индикатором в данном случае служит содержащийся в растворе неосахаренный крахмал. Объем раствора йода, пошедшего на окисление мальтозы, должен находиться в пределах 5…15 см3, если в реакции связывается больше 15 см3 йода, то опыт повторяют с вытяжкой, приготовленной из 10 г солода и 500 см3 воды. Если же объем раствора йода составляет менее 5 см3, то для приготовления вытяжки необходимо взять 40 г солода.

Определенное в опыте общее количество йода идет не только на окисление образовавшейся мальтозы, но и связывается веществами солодовой вытяжки и крахмала, поэтому необходимо вводить соответствующие поправки.

Для определения поправки на солодовую вытяжку к

12,5 см3 вытяжки в конической колбе на 200…250 см3 приливают

14

37,5 см3 воды (общий объем должен составлять 50 см3), прибавляют из бюретки 25 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода и затем поступают так же, как и в основном опыте. В связи с тем, что в основном опыте в 50 см3 реакционной смеси содержится 1,25 см3 солодовой вытяжки, то при расчетах берут десятую часть найденной величины.

Поправку на раствор крахмала находят следующим обра-

зом: 25 см3 буферного раствора крахмала смешивают в колбе с 10 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода, прибавляют 3 см3 1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия, выдерживают 5 мин.

Расчет амилолитической активности (в условных единицах Виндиша - Кольбаха) проводят по формуле

АС = a – (b / 10 + c) · К · 17,1,

где a – объем раствора 0,1 моль/дм3 йода, связанного в основном опыте, см3; b – объем 0,1 моль/дм3 раствора йода, связанного раствором крахмала, см3; К – коэффициент, учитывающий разбавление солодовой вытяжки в опыте. При употреблении 10 г солода коэффициент К = 4, при 20 г солода – К = 2, при 40 г солода К = 1. Число 17,1 – это количество мг мальтозы, эквивалентное 1 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода.

Пример. Влажность свежепроросшего солода 43 %. Для приготовления вытяжки взято 20 г солода. На обратное титрование избытка йода в основном опыте израсходовано 17,7 см3 0,1 моль/дм3 тиосульфата натрия; следовательно, на окисление мальтозы израсходовали

25 – 17,7 = 7,3 см3 (a = 7,3). 12,5 см3 вытяжки потребовали

25 – 18,9 = 6,1 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода (b = 6,1).

Объем раствора йода, связанного раствором крахмала, 10 – 9,3 = 0,7 см3 (c = 0,7),

тогда АС = (7,3 – (6,1 / 10 + 0,7)) · 2 · 17,1 = 204,86 ед./г.

В пересчете на сухое вещество

АС = 204,86 . 100/ (100 – 46) = 359,4 ед./г.

Обычно АС светлого свежепроросшего солода составляет

300…400, темного солода – 400…500 ед./г или ед. W – К.

15

Лабораторная работа № 2

Раздельное определение амилолитической активности α- и β-амилаз солода по методу SКВ

Цель работы: определить общую осахаривающую активность солода и осахаривающую способность β-амилазы солода.

Оборудование и реактивы: мерные колбы вместимостью 200 см3; пипетки вместимостью 5, 25, 100 см3; конические колбы вместимостью 250 см3; воронка со складчатым фильтром; бюретка вместимостью 25 см3; вытяжка из 1 г тонко измельченного зерна или ячменного солода, который экстрагируется 100 см3 воды в течение 1 ч при 30 оС. Полученная суспензия фильтруется через ватный фильтр после предварительного центрифугирования; забуференный раствор α-амилодекстрина (приготовить суспензию из 50-60 см3 воды и 10 г растворимого крахмала, медленно влить эту суспензию в 400 см3 воды при температуре кипения; полученный раствор охладить, прибавить 25 см3 ацетатного буферного раствора с рН 4,7 и довести объем до 500 см3 в мерной колбе; ацетатный буфер представляет собой раствор 164 г СН3СООNа и 120 г ледяной уксусной кислоты в 1 дм3 воды; кроме ацетатного буфера прибавить в раствор крахмала 5 см3 раствора β-амилазы, толуол для предохранения от закисания и выдержать эту смесь 24 - 48 ч при комнатной температуре; для получения раствора β-амилазы 400 г муки твердой пшеницы или соевой муки экстрагировать в 1 дм3 воды при комнатной температуре в течение нескольких часов, затем отфильтровать через вату, добавить толуол и поставить в холодильник, где хранить не более месяца); забуференный раствор крахмала (приготовить суспензию из 50-60 см3 воды и 10 г растворимого крахмала; медленно влить эту суспензию в 400 см3 кипящей воды; полученный раствор охладить, прибавить 25 см3 ацетатного буферного раствора с рН 4,7; раствор йода (приготовить основной раствор йода из 11 г кристаллического йода и 22 г KJ и довести водой в мерной колбе при 20 оС до 500 см3); эталон сравнения для реакции с йо-

16

дом (в 100 см3 0,01 моль/дм3 раствора соляной кислоты растворить 25 г хлорида кобальта и 3,84 г бихромата калия).

Теоретические сведения

В качестве субстрата используют α-амилодекстрин (продукт частичного гидролиза крахмала β-амилазой). Это позволяет исключить влияние присутствия β-амилазы в ячмене и ячменном солоде на результаты определения активности α-амилазы.

Декстринолитическая активность α-амилазы выражается числом граммов α-амилодекстрина, которое гидролизуется с помощью α-амилазы из 1 г солода или зерна в течение 1 ч при температуре 30 оС.

Проведение анализа

В коническую колбу вместимостью 50 см3 внести 20 см3 раствора α-амилодекстрина и добавить 5 см3 дистиллированной воды. Колбу с раствором помещают на водяную баню при температуре 30 оС и выдерживают в течение 15 – 20 мин, затем добавляют к содержимому колбы 5 см3 солодовой или зерновой вытяжки, быстро перемешивают и отмечают время начала реакции гидролиза, помещая колбу с раствором на водяную баню с температурой 30 оС. Начиная с момента прибавления вытяжки, каждую минуту отбирают пипеткой по 1 см3 гидролизуемой смеси, вносят ее в пробирку с 5 см3 рабочего раствора йода. После перемешивания окраску раствора сравнивают с окраской 6 см3 эталона сравнения, налитого в такую же пробирку. Когда окраска реакционной среды и йода совпадет с окраской эталонного раствора сравнения, реакция гидролиза α-амилодекстрина α-амилазой считается оконченной.

Расчет декстринолитической активности α-амилазы производится по формуле

А1 = 0,4 · 60 / 0,05 · t,

где А1 – декстринолитическая активность α-амилазы, ед.; t – продолжительность реакции, мин; 0,4 – масса крахмала в 20 см3 раствора α-амилодекстрина, г; 0,05 – масса зерна или солода, взя-

17

того на приготовление вытяжки, г на воздушно-сухое вещество; 60 – коэффициент пересчета продолжительности реакции на 1 ч.

Для определения осахаривающей активности α-амилазы необходимо вычислить соотношение 1 / t и по таблице найти соответствующую величину осахаривающей активности α-амилазы в мг мальтозы.

Пример расчета общей осахаривающей активности (Ос).

При определении общей осахаривающей активности методом Вильштеттера - Шудля определено, что в 10 см3 гидролизата содержится 32,39 мг мальтозы.

Тогда во всем объеме гидролизата (50 см3), т. е. в 5 см3 солодовой или зерновой вытяжки содержится мальтозы

32,39 · 5 = 161,95 мг,

что соответствует 161,95 · 0,95 = 153,85 мг крахмала или в пересчете на 1 г реакционной смеси

153,85 · 60 / 15 = 615, 4 мг крахмала.

Пр им е ч а ние . t – продолжительность декстринирования, мин.

18

5 см3 солодовой или зерновой вытяжки, взятой для осахаривания, соответствует 0,05 г солода или зерна. Тогда в пересчете на 1 г зерна или солода величина общей осахаривающей активности будет равна

Ос = 0,6154 . 1 / 0,05 = 12,31 ед.

Пример расчета осахаривающей активности β-амилазы

(В). При определении декстинолитической активности α-амилазы определили, что t = 7 мин, тогда 1/ t = 0,143. По табл. 1.4 находим, что осахаривающая активность α-амилазы (в мг мальтозы)

41,74 + (0,264 . 3) = 42,53 мг.

Под действием β-амилазы образовалось

161,95 – 42,53 = 119,42 мг мальтозы,

что соответствует 119,42 . 0,95 = 113,45 мг крахмала.

В пересчете на 1 г солода и продолжительности реакции 1 ч осахаривающая активность β-амилазы составит:

В = 0,11345× 60×1 = 9,076 ед. 15× 0,05

Контрольные вопросы

1.Какие ферменты содержатся в зерновом сырье?

2.Каким образом происходит активация ферментов в

зерне?

3.Каков механизм действия фитогормонов?

4.Как изменяется величина активности амилолитических ферментов при проращивании зерна?

5.Каковы цели сушки солода?

6.Какие стадии сушки солода различают при различных температурных интервалах?

7.Как изменяется активность ферментов в процессе сушки

солода?

8.Каковы физико-химические показатели светлого и темного ячменного солода?

9.На чем основано определение амилолитической активности солода методом Виндиша - Кольбаха?

19

10. Каким образом проводят раздельное определение амилолитической активности α - и β-амилаз солода по методу SКВ?

2. ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ

В нормально созревшем зерне почти весь азот находится в виде высомолекулярных белковых веществ. К небелковым азотистым веществам зерна относятся главным образом аминокислоты и амиды. Для установления количества белка в зерне определяют общее содержание азота и полученную величину умножают на так называемый белковый коэффициент, который вычисляется для каждого вида белка в зависимости от содержания в нем азота по формуле 100 / а, где а – среднее содержание азота в данном белке, выраженном в % мас. Так, для пшеницы этот коэффициент равен 5,7, а для ячменя и кукурузы – 6. Количество белка в ячмене колеблется от 7 до 24 %. Содержание белков является важным показателем качества ячменя. Наличие 12 % белка в ячмене считают завышенным значением по сравнению с нормативным, а содержание белка выше 13 % – не нормально высоким.

Белковые вещества ячменя состоят из групп белков, отличающихся по своим физико-химическим свойствам. Это различие в свойствах обусловливается разной сложностью и величиной молекул, характером связи белков друг с другом, с водой и другими веществами клетки, благодаря чему одни белки легко гидролизуются ферментами и переходят в сусло при его приготовлении, а другие расщепляются с трудом и почти не участвуют в технологическом процессе. Поэтому иногда необходимо бывает знать не только общее содержание белков, но и соотношение отдельных фракций, входящих в их состав.

Белок представлен альбуминами (лейкозин пшеницы); глобулинами (эдестин ячменя, глютенин пшеницы); проламинами (глиадин пшеницы, гордеин ячменя, авенин овса); глютелинами (зеин кукурузы).

Примерное соотношение белков приведено в таблице.

20