В производстве пива одновременно с основными продуктами брожения (этанолом и диоксидом углерода) образуется целый ряд побочных продуктов, которые играют суще­ственную роль в формировании органолептических свойств напитка. К этим веществам относятся глицерин, высшие спирты, летучие и жирные кислоты, эфиры, альдегиды и их производные, серосодержащие соединения. Все эти компоненты представляют незначи­тельную часть сухих веществ пива за исключением глицерина, содержание которого в зависимости от массовой доли сухих веществ в сусле может составлять 1,3-2,0 г/л. Тем не менее все побочные продукты брожения, даже не достигающие пороговых зна­чений концентрации (табл. 7.5), определяют вкусовой профиль пива.

Таблица 7.5

Критерии оценки аромата пива (характеристика побочных продуктов брожения)

* Значение для пшеничного пива.

** Значения при использовании технологии с биологическим подкислением.

(–) Сведений нет.

Порог ощущения или пороговое значение концентрации вкусоароматического веще­ства – это наименьшая концентрация вещества, вызывающая соответствующее ощу­щение (раздражение). Эта та концентрация вещества, которая выявляется дегуста­тором. С помощью этого показателя можно сравнить ароматическую активность различных веществ.

7.3.3.1. Высшие спирты

Большинство штаммов дрожжей во время брожения (при температуре 7-9°С) обра­зует от 60 до 90 мг/л высших алифатических спиртов (табл. 7.6). В основном это пропиловый, изобутиловый и изоамиловый спирты (табл. 7.6).

Таблица 7.6

Сравнительная характеристика штаммов дрожжей по синтезу некоторых высших спиртов

П – штаммы из Санкт-Петербургской лаборатории микробиологии, биохимии и технологии дрожжей.

Д – штаммы дрожжей из коллекции Alfred Jorgensen Laboratory – AJL (Дания).

H – немецкие штаммы дрожжей (данные Gresser цит. по Heyse K-U, 1989).

Ф – штаммы дрожжей из коллекции VTT (M-L.Suihko 1996, Финляндия).

(–) Сведений нет.

Из высших ароматических спиртов более всего влияет на вкусовой профиль пива 2-фенилэтанол. Этот компонент обусловливает цветочный аромат (аромат розы) и является индикатором пшеничного пива. Обычно содержание фенилэтанола в пиве низового брожения не превышает 20 мг/л, в то время как в пиве верхового брожения, в частности пшеничном пиве, уровень этого компонента достигает 50 мг/л. Из приве­денных в табл. 7.6 штаммов, только штамм 199 синтезирует более 30 мг/л фенилэтано­ла. Этот же штамм, а также штаммы 120 (Н), 2036 (Д) более других склонны к накоп­лению высших спиртов, уровень которых превышает пороговую концентрацию для пива низового брожения.

7.3.3.2. Эфиры

Эфиры придают пиву фруктовый, цветочный, леденцовый привкус и аромат. Эти же соединения при более высокой концентрации являются причиной появления в пиве дрожжевого привкуса и запаха, а также привкуса и запаха растворителя. В зависимости от химической структуры эфиров изменяется их влияние на вкус и аромат пива (табл. 7.5). В небольших количествах (до значения пороговой концентрации) они способ­ствуют появлению в пиве фруктового аромата (банан, земляника, яблоко, папайя). В том случае, когда содержание эфиров превышает порог ощущения, вкус и аромат пива изменяются. Например, при концентрации этилацетата более 30 мг/л пиво приобрета­ет неприятный химический привкус.

В количественном отношении эфиры представлены главным образом этиловым эфиром уксусной кислоты (этилацетатом) (табл. 7.7). Концентрация этого эфира в зависимости от штамма дрожжей изменяется от 5,9 (штамм 146) до 26,0 мг/л (штамм 2036) (табл. 7.8). Максимальное количество эфиров жирных кислот образу­ют дрожжи 199 штамма (0,53 мг/л). Роль этих эфиров в восприятии вкуса и аромата пива весьма существенно, так как они, наряду с высокомолекулярными жирными кис­лотами, придают пиву дрожжевой привкус.

Таблица 7.7

Влияние штаммов на синтез эфиров (данные Gresser цит.по HeyseK-U, 1989)

Таблица 7.8

Влияние штаммов на синтез этилацетата

7.3.3.3. Карбонильные соединения

К ним относятся ацетальдегид, ацетоин и вицинальные дикетоны (диацетил, пентандион). Содержание этих компонентов значительно снижается к концу процесса бро­жения. Ацетальдегид придает пиву аромат зеленых яблок. Пороговое значение кон­центрации 10-25 мг/л. Содержание ацетальдегида в пиве изменяется в зависимости от штамма в широких пределах от 3 (штамм АЗ) до 26,3 мг/л (штамм 146), оставаясь при этом ниже пороговой концентрации (сравнить табл. 7.5 и 7.9).

С ацетоином связывают появление в пиве подвального, затхлого запаха, Все штам­мы, за исключением 69 (Н) и 132(Н), не достигают пороговых концентраций этого карбонила.

Из вицинальных дикетонов наибольшее внимание, как индикатору созревания пива, уделяется диацетилу, который имеет специфический запах и привкус. Для этого вещества характерны очень низкие пороговые концентрации (ниже 0,1 мг/л). Содер­жание этого дикетона в пиве в зависимости от штаммовых особенностей дрожжей колеблется от 0,035 (для штамм АЗ) до 1,21 мг/л (штамм 44). Следует иметь в виду, что концентрация диацетила в пиве определяется не только штаммом дрожжей, но и технологией брожения и дображивания пива. При использовании одного и того же штамма содержание диацетила в пиве, полученном на разных заводах, может суще­ственно отличаться. Поэтому на многих заводах концентрация диацетила в пиве посто­янно контролируется по методике, предложенной ЕВС (см. приложение 14).

Таблица 7.9

Сравнительная характеристика штаммов дрожжей по синтезу карбонильных соединений

 (– ) Сведений не обнаружено.

7.3.3.3.1. Биосинтез и редукция (восстановление) диацетила

Исходным метаболитом в синтезе диацетила является α-ацетолактат, который в за­висимости от физико-химических условий среды и штаммовых особенностей дрож­жей может с разной скоростью превращаться в валин и ацетоин. В виду того, что в процессе размножения дрожжей образуется большое количество α-ацетолактата, из­быток его выделяется в бродящее сусло, где происходит оксидативное (в присутствии кислорода) декарбоксилирование α-ацетолактата в диацетил. Здесь следует обратить внимание на то, что образование диацетила из ацетолактата происходит не фермента­тивным путем (вне дрожжевой клетки). По мере снижения концентрации кислорода в бродящем сусле и уменьшения интенсивности размножения клеток, диацетил при уча­стии фермента алкогольдегидрогеназы, локализованной в клеточной стенке дрожжей, превращается в ацетоин и далее в 2,3-бутандиол. Таким образом, процесс редукции диацетила связан с ферментативной деятельностью дрожжей, а, следовательно, опре­деляется концентрацией клеток при дображивании (созревании) пива.

Установлено, что максимальное количество диацетила образуется в экспоненци­альной фазе роста дрожжей. В зависимости от технологии получения пива пик синте­за диацетила может приходиться на 2-5 сутки процесса главного брожения. Затем, при дображивании пива, происходит превращение диацетила сначала в ацетоин (при уча­стии редуктазы дрожжей), а затем в 2,3-бутандиол. Критерием завершенности техно­логического процесса получения пива является восстановление диацетила до бутандиола – вещества, которое не достигает значений пороговой концентрации восприятия.

7.3.3.3.2. Влияние штаммовых особенностей дрожжей на синтез и редукцию диацетила

На образование диацетила влияют следующие штаммовые особенности дрожжей:

♦   скорость утилизации валина;

♦   активность алкогольдегидрогеназы;

♦   активность ацетогидроксикислоты-синтетазы;

♦   бродильная активность дрожжей;

♦   флокуляционная способность дрожжей.

Синтез и восстановление диацетила связаны с метаболизмом аминокислоты вали­на, которая образуется также, как и ацетоин и диацетил из α-ацетолактата. В свою очередь, содержание в клетках α-ацетолактата определяется скоростью протекания ре­акции пируват → α-ацетолактат, которая зависит от активности фермента ацетогидро­ксикислоты-синтетазы. Предполагается, что валин ингибирует этот фермент и тем са­мым способствует снижению концентрации диацетила в пиве.

Синтез диацетила определяется бродильной активностью дрожжей: чем она выше, тем раньше накапливается диацетил в пиве и быстрее проходит его восстановление в бутандиол.

Главным показателем, характеризующим бродильную активность дрожжей, являет­ся степень сбраживания сусла, определяемая активностью ферментов, участвующих в диссимиляции Сахаров сусла (глюкозы, мальтозы, мальтотриозы). Также важны разме­ры клеток, тип флокуляции. Установлено, что чем раньше достигается максимальная концентрация диацетила, раньше наблюдается ферментативное восстановление дикетона алкогольдегидрогеназой дрожжей. Для ускорения этого процесса необходимо со­хранять определенный уровень диспергированных в среде дрожжей после сбражива­ния экстракта, для чего даже вводят клетки из ранних стадий брожения. Пылевидные дрожжи образуют в 2-3 раза больше диацетила, чем флокулирующие, но эти дрожжи также быстро осуществляют его редукцию, так как длительное время находятся в пиве во взвешенном состоянии.

7.3.3.3.3. Влияние технологических показателей ведения процесса на синтез диацетила и его редукцию

Из технологических показателей, влияющих на биосинтез диацетила и его редукцию, следует выделить:

♦    состав сусла;

♦    норму введения семенных дрожжей;

♦    температуру;

♦    содержание кислорода в сусле;

♦    режим дображивания.

Синтез и редукция диацетила также зависят от физиологического состояния дрож­жей, их возраста, условий предшествующего культивирования и режимов хранения.

7.3.3.4. Органические кислоты

Органические кислоты, как кислоты цикла Кребса (лактат, цитрат, малат, ацетат), так и жирные кислоты (С6-С12) вызывают падение величины рН в процессе сбраживания сусла дрожжами. В отличие от кислот цикла Кребса, жирные кислоты вызывают появ­ление дрожжевого вкуса и снижают пенообразование. По синтезу жирных кислот штаммы не значительно отличаются друг от друга. При использовании различных штаммов концентрация С6-С12 жирных кислот в пиве составляет 5,4-7,3 мг/л. При таких колебаниях концентрации жирных кислот изменения пенообразования и пеностойкости не наблюдается.