Производство кваса и газированных хлебных напитков
Ферменты крайне чувствительны к действию кислот и оснований; поэтому их действие зависит от рН среды. Каждый фермент имеет оптимум рН, при котором он наиболее активен; при более высоких или более низких рН активность фермента уменьшается.
Максимальная активность a-амилазы проявляется при рН 5,7, а В-амилазы при рН около 4,8. При рН 2,3 и 9,7 амилазы полностью инактивируются.
Таблица 30. Изменение оптимальной величины рН для амилаз в зависимости от температуры (по Виндишу и Кольбаху)
Температура в °С
при разжижении крахмала (а-амилаза)
при осахаривании крахмала (В-амилаза)
Оптимум рН для действия амилаз изменяется, смещаясь с повышением температуры в сторону больших значений рН (в щелочную сторону), что подтверждается данными, приведенными в табл. 30.
Оптимальная величина рН составляет: для а-амилазы плесневых грибов 4,5-5,0, а для глюкоамилазы — 4,5-4,6.
Скорость ферментативной реакции с увеличением концентрации фермента увеличивается, но до известного предела: образование мальтозы пропорционально концентрации амилазы, но только до расщепления 40% крахмала. Затем реакция протекает медленнее и указанной зависимости между количеством образующегося сахара и концентрацией фермента нет. До образования 75-80% теоретического количества мальтозы (79,1-84,4 г из 100 г крахмала) реакция осахаривания протекает быстро, затем она резко замедляется: в 1000 раз медленнее, чем в начале расщепления.
О скорости ферментативного гидролиза крахмала можно судить по образованию общего количества редуцирующих углеводов в пересчете на мальтозу. Кинетика осахаривания крахмала амилазами ячменного солода. приведено на рис. 95. Из рисунка видно, что при достижении 75-80%-ной степени осахаривания (по мальтозе) реакция прекращается.
Рис. 95. Графическое изображение кинетики осахаривания крахмала.
С увеличением концентрации затора ферментативный гидролиз крахмала замедляется. Это объясняется тем, что при увеличении концентрации субстрата увеличивается вязкость затора, и поэтому затрудняется процесс диффузии между субстратом и ферментом. Известно, что при содержании экстракта в сусле 22% по сахарометру осахаривание затора продолжается в 2 раза дольше, чем затора с концентрацией сусла 18%.
Гидролиз крахмала контролируют обычно по окраске, которую дают промежуточные продукты гидролиза с йодом. Окрашивание происходит благодаря расположению молекул йода внутри спиральных завитков глюкозных остатков. Цвет образовавшихся соединений обусловлен длиной цепочки глюкозных остатков.
Крахмал с йодом дает синее окрашивание. Близкие к крахмалу, самые крупные декстрины (с молекулярной массой 10 000-12 000)-амилодекстрины (лат. amylum — крахмал) окрашиваются йодом в фиолетово-синий цвет. Более мелкие декстрины (с молекулярной массой 4000-7000) — эритродекстрины (греч. erythros — красный) дают с йодом красно-бурую окраску. Самые мелкие декстрины (с молекулярной массой 2900-3700) — ахроодекстрины и мальтодекстрины совершенно не окрашиваются йодом.
Источник
Рациональный способ квасного сусла
Сусло для кваса обыкновенно варится двумя способами: один из них, практикуемый при изготовлении кислых щей, вполне соответствует настойному способу в пивоварении, другой, служащий для получения обыкновенного кваса, основан на извлечении сусла из запеченного теста (квасного хлеба) и в пивоварении вовсе не применяется, хотя, до известной степени, может быть приравнен к употребительному в пивоварении отварочному способу. Но нет никакого сомнения, что и в том виде, как он исполняется пивоварами, отварочный способ совершенно пригоден для приготовления квасного сусла и кваса. Выше мы даже высказали предположение, что способ этот, как более рациональный, со временем должен, если не совсем, то в значительной степени, вытеснить упомянутый выше способ извлечения сусла из запеченного теста.
Поэтому, здесь мы будем говорить не о двух, а о трех способах приготовления квасного сусла: из запеченного теста (квасного хлеба), по настойному способу и по отварочному способу.
Последний, т. е., отварочный способ, еще не употреблявшийся в квасоварении, нам придется создать, руководствуясь правилами, изложенными в пивоварении. Что касается двух первых, уже практикуемых в квасоварении способов, то и они, чтобы сделаться рациональными, должны быть более или менее видоизменены, согласно принципам, выработанным пивоваренной техникою, так как те приемы, при помощи которых они исполняются квасоварами, в большинстве случаев не правильны и далеко не рациональны.
При этом, мы считаем нужным остановиться на следующем обстоятельстве. В пивоварении к отцеживанию сусла из заторного или цедильного чана обыкновенно приступают только тогда, когда сахарификация заключающегося в затертой смеси крахмала вполне закончена, т. е., только тогда, когда крахмал этой смеси, под влиянием диастаза солода, на столько превратится в декстрин и сахар, что взятая проба перестанет давать характерную для крахмала реакцию с йодом. В пивном сусле и в пиве, если они приготовлены надлежащим образом, крахмала не должно быть. В квасе из сусла, сваренного настойным способом, т. е., в кислых щах мы то находили крахмал, то нет, во всех же исследованных нами квасах из запеченного теста всегда обнаруживалось большее или меньшее содержание крахмала, который, поэтому, принадлежит по-видимому, к постоянным составным частям этого сорта квасов. Происходит это несомненно от того, что к запеканию теста приступают обыкновенно гораздо ранее окончания в нем процесса сахарификации, которой, при этом способе, большею частью не благоприятствуют и сами условия затирания теста.
Спрашивается – нужно ли, однако, при варении этого сорта квасов доводить сахарификацию затора до конца, т. е., до полного превращения крахмала в декстрин и сахар? Если иметь в виду квасы со свойствами существующих квасов, содержащих как сказано, крахмал всегда, то ответ, конечно, должен быть отрицательный. Но мы думаем, что присутствие крахмала в квасе, как и в пиве, есть, во всяком случае, явление ненормальное, и что следует пробовать приготовлять и из запеченного теста сусло и квас, которые не содержали бы крахмала и были бы соответственно богаче декстрином и сахаром. Для этого стоит только операции затирания производить правильнее и запекание теста начинать только после полного исчезновения йодной реакции. Пробу на йод в этом случае лучше всего производить таким образом: взяв немного теста, развести его тройным или четверным количеством, по объему, воды, прокипятить смесь, отфильтровать из неё прозрачную жидкость и, когда последняя остынет, впускать в нее каплями йодный раствор.
Относительно операций брожения мы заметим, что из сусла, сваренного по настойному способу, по нашему мнению, хорошо выработаны могут быть только сладкие дрожжевые сорта кваса с характером кислых щей. К суслу же из запеченного теста, равно как и к суслу, приготовленному отварочным способом, вполне применимы и дрожжевое брожение – для получения сладкого кваса, и самостоятельное брожение для получения кислого кваса.
При расчетах выхода кваса из данного количества хлебных материалов нужно иметь в виду следующие соображения. В пивоварении, на основании опыта, принято, что из 1 пуда (
16,4 кг.) хлебных материалов (главным образом, конечно, ячменного солода) среднего качества должно получиться около 5 ведер (
61,5 л.) пива среднего же качества, в роде светлого баварского, содержащего около 6 процентов вытяжки и от 3,5 до 4 процентов спирта. Но при варении пива больше половины вытяжки, поступающей из материалов в сусло, при брожении разрушается, вследствие ее разложения на спирт и углекислый газ, так что в пиве остается обыкновенно не более половины этой вытяжки. При брожении квасного сусла, вытяжки, напротив того, разрушается только очень небольшое количество – весьма редко более и гораздо чаще менее 2 процентов, в кислый квас переходит вся или почти вся вытяжка, заключавшаяся в сусле, потому что спиртовое брожение сусла, назначенного для кислого кваса, при нормальных условиях, совсем ничтожно. Поэтому, из 1 пуда (
16,4 кг.) хлебных материалов кваса среднего качества, т. е., приблизительно с 6 процентами вытяжки, должно получиться вдвое более, а именно около 10 ведер (
Симонов Л.Н., Пумпянский М.С. Квасоварение и домашнее пивоварение. – Санкт-Петербург, типография Евдокимова, 1898 г.
Источник
Производство кваса и газированных хлебных напитков
Под действием комплекса цитолитических ферментов (гемицеллюлаз, глюконаз, арабинозидаз, ксиланаз и т. п.) происходит гидролиз гемицеллюлоз и гуммивеществ, входящих в состав клеточных стенок эндосперма ячменя.
В основе строения гемицеллюлоз лежат линейные цепи из глюкозы, к которым примыкают боковые цепочки B-глюкана, ксилозы и арабинозы. От растворимых гуммивеществ они отличаются нерастворимостью в воде и величиной молекулы. Под действием различных цитолитических ферментов солода гемицеллюлозы подвергаются гидролизу с образованием глюкозы, ксилозы, арабинозы и более крупных осколков типа декстринов.
При затирании под действием ферментов ячменя обычно нерастворимые гемицеллюлозы переходят в растворимые формы. Если в процессе солодоращения преобладает гидролиз растворимых гуммивеществ, то при затирании преобладает переход обычно нерастворимых гемицеллюлоз в растворимые гуммивещества, которые подвергаются дальнейшему гидролизу.
В солоде, особенно в зеленом солоде, содержатся ферменты, разрушающие гумми. Наиболее богаты цитазным комплексом ферментов ферментные препараты плесневого гриба Asp. oryzae. Последние расщепляют гумми по-разному: при глубоком гидролизе (когда расщепляется 90% гумми) образуются глюкоза, арабиноза, ксилоза и некоторое количество декстринов — осколков глюкана и ксилана; при менее глубоком гидролизе (когда расщепляется менее 80% гумми) получаются преимущественно декстрины (различной величины) и небольшое количество глюкозы, ксилозы и арабинозы.
Оптимальная температура для ферментов, вызывающих гидролиз гуммивеществ, находится в пределах 35-45°С, а оптимум рН 4,6-5,0.
При затирании под действием ряда ферментов происходит гидролиз пентозанов. Так, ферментативный гидролиз водорастворимого арабоксилана ржи происходит под действием четырех ферментов, которые все имеются и в ячмене.
Арабинозидаза освобождает свободную арабинозу из высокомолекулярного арабоксилана и из олигосахаридов.
Эндоксиланаза расщепляет цепи ксилана с минимальным образованием редуцирующих веществ.
Экзоксиланаза образует ксилобиозу из арабоксилана и из олигосахаридов.
Ксилобиаза освобождает ксилозу из ксилобиозы.
Из ферментативных процессов, протекающих при затирании, большое значение имеет расщепление фосфорных соединений. Фитаза расщепляет фосфорноорганические соединения с освобождением фосфорной кислоты. Увеличение содержания растворимого фосфора положительно сказывается на повышении буферноеT затора, препятствующей снижению рН при сбраживании.
Оптимум рН для действия фитазы 5,2, оптимальная температура 48° С; 60° С является губительной температурой для данного фермента.
При затирании в незначительной степени проявляется действие а-глюкозидазы (мальтазы), которая из мальтозы образует небольшое количество глюкозы.
Неферментативные процессы при затирании. Из неферментативных процессов заслуживают внимания обменные реакции солей воды с солями, перешедшими в затор из солода и других зернопродуктов. Наиболее важными являются реакции углекислых и сернокислых солей воды с фосфорнокислыми солями солода. Из фосфорнокислых солей в солоде преобладает первичный (кислый) фосфат калия КН2РO4, который создает кислую среду, благоприятную для действия ферментов. Однако при взаимодействии КН2РO4 с таким компонентом воды, как бикарбонат кальция, он превращается во вторичный щелочной фосфат калия: 
В результате этой реакции рН затора повышается, что нежелательно.
При взаимодействии первичного фосфата калия с бикарбонатом магния протекает аналогичная реакция:
Продуктами этой реакции являются два щелочных фосфата: вторичный фосфат магния и вторичный фосфат калия. Таким образом, бикарбонат магния сильнее подщелачивает затор, чем эквивалентное количество бикарбоната кальция.
Еще более сильное снижение кислотности, чем бикарбонат магния, производит бикарбонат и карбонат натрия. При взаимодействии первичного фосфата калия с карбонатом натрия образуются вторичные растворимые сильнощелочные фосфаты калия и натрия:
В противоположность бикарбонатам и карбонатам сульфаты кальция и магния повышают кислотность затора, что видно из следующего уравнения реакции: 
В результате реакции из щелочного фосфата получается первичный кислый фосфат калия. Реакция вторичного фосфата калия с MgSO4 является аналогичной.
Недостаточная кислотность затора неблагоприятно отражается на ферментативном гидролизе крахмала, белков и других составных веществ зернопродуктов; это сказывается на выходе экстракта и составе сусла. Поэтому вода, применяемая для затирания, должна удовлетворять технологическим требованиям; в случае необходимости вода должна подвергаться соответствующей обработке или затор, приготовленный на такой воде, подкисляется молочной кислотой, или в него добавляется гипс для достижения необходимой величины рН.
Для производства кваса применяется вода с общей жесткостью 0-1,5 мг-экв/л (0-4°); 1,5-3 мг-экв/л (4,1-8°) и 3-4,5 мг-экв/л (8,1-12°); остаточная щелочность воды не должна превышать 5°; лучше использовать более мягкую воду, имеющую меньшую жесткость.
Источник
Производство кваса и газированных хлебных напитков
Характерным для рационального способа является запаривание дробленого ржаного ферментированного солода и ржаной муки под давлением 0,25 — 0,3 Мн/м 2 (2,5 — 3 кГ/см 2 ) в течение 2 ч.
Основная цель запаривания зернопродуктов — клейстеризация и разжижение крахмала, а также ароматизация затора. При добавке к зернопродуктам в запарник воды и повышении в нем температуры до 125 — 133° С (соответственно указанному выше давлению) создаются благоприятные условия для меланоидинообразования; благодаря этому обеспечивается хлебный аромат сусла, аналогичный аромату сусла, получаемому при переработке квасных хлебцев.
Основные превращения крахмала и Сахаров зернопродуктов при их запаривании. Сырой неоклейстеризованный крахмал расщепляется под действием амилаз, но очень медленно. Атакуемость амилолитическими ферментами возрастает при их действии на оклейстеризованный крахмал.
Для ускорения процесса клейстеризации и растворения крахмала зернопродуктов целесообразно подвергать зернопродукты предварительно тепловой обработке путем запаривания их под давлением.
Крахмал при нагревании с водой переходит из твердого состояния в студнеобразное — он клейстеризуется. При этом происходит набухание крахмальных зернышек (гранул) с последующим их разрывом и диспергированием.
Макромолекулы в грануле крахмала связаны между собой ван-дер-ваальсовыми силами и водородными связями, образующимися между водородом гидроксила одной молекулы и кислородом гидроксила другой близлежащей молекулы:
В водной среде связь двух макромолекул крахмала можно представить в таком виде:
Водородные связи, которые удерживают мицеллярные структурные части и молекулы в связанном состоянии, при повышении температуры распадаются.
При гидратации водородные связи между макромолекулами ослабляются, но нарушение связей между ОН-группами не приводит к растворению крахмала в воде комнатной температуры; объясняется это наличием других связей между структурными элементами гранулы, для разрыва которых необходимо затратить тепло. При определенной температуре эти связи разрываются и гранула разрушается — происходит клейстеризация крахмала.
С повышением температуры клейстер начинает разжижаться, затем становится жидким. Для растворения ржаного крахмала в измельченном сырье температура его должна быть 130° С.
Процесс разжижения сводится к разрушению крахмальных зерен до размера одной макромолекулы, что сопровождается уменьшением вязкости. Запаривание сопровождается разложением Сахаров и меланоидинообразованием.
Основной реакцией распада гексоз в процессе разваривания (как доказали В. А. Смирнов и В. П. Сотская) является оксиметилфурфурольное разложение. В результате дегидратации гексоз (отнятие трех молекул воды) в кислой среде образуется оксиметилфурфурол. Часть оксиметилфурфурола конденсируется, образуя красящие вещества (желто-коричневого цвета). Наряду с этим происходит образование меланоидинов.
При температурных условиях запаривания (125-133° С) карамелизации Сахаров не происходит, так как эта реакция протекает при температуре, превышающей температуру их плавления (например, температура плавления сахарозы 185-186° С).
Источник
