7.1. Процессы, происходящие при расщеплении и растворении веществ солода

Расщепление нерастворимой части экстракта происходит благодаря ферментам, активность которых зависит от различных факторов:

– температуры (оптимум, превышение, недостаточность, длительность воздействия);

– величины рН (специфичность, оптимум, превышение, занижение);

– длительности процесса;

– концентрации затора;

– контакта с кислородом.

Ферменты – биологические катализаторы («ускорители»), которые уменьшают энергию, необходимую для протекания специфических реакций. Они представляют собой молекулы с очень сложной трехмерной структурой, которая определяет характер их действия. Если эта структура разрушена, то ферменты теряют способность катализировать реакцию.

7.1.1. Расщепление крахмала

Для образования спирта при брожении необходимо расщепить крахмал, содержащийся в солоде, до моно-, ди- и трисахаридов; наряду с ними всегда образуются продукты неполного расщепления – декстрины. Этот процесс должен быть проведен в полном объеме, т. е. крахмал должен быть расщеплен без остатка.

В природе ферменты, присутствующие в ячмене, работают относительно медленно в течение многих недель, освобождая питательные вещества, хранящиеся в зерне ячменя, и давая зерну возможность прорасти, а растению – развиваться.

При производстве пива необходимо ускорить эти реакции так, чтобы гидролиз крахмала, для протекания которого в природе требуется несколько недель, мог быть завершен в течение часа в заторном чане.

Температура для ферментативных реакций, протекающих при затирании, является наиболее важным фактором, который определяет степень сбраживания и характеристику готового пива.

Начальная температура затирания устанавливается в зависимости от температуры технологической воды и температуры дробленого солода. Важно учитывать температуру солода, так как она будет оказывать влияние на температуру затора в зависимости от сезонных колебаний.

Перед затиранием обычно подогревают емкость, в которой будет происходить процесс, чтобы предотвратить снижение температуры затора. Все соединительные трубопроводы должны быть прогреты аналогичным образом.

Три стадии расщепления крахмала:

1) клейстеризация – происходит набухание и разрыв оболочек крахмального зерна, что обеспечивает лучшее воздействие ферментов на крахмал. Температура клейстеризации для различных зернопродуктов разная. Крахмал солода и ячменя клейстеризуется в присутствии ферментов при 60 °С, рисовый крахмал – при 80…85 °С;

2) разжижение – на крахмал (крахмал состоит из двух полисахаридов – амилозы и амилопектина) воздействует α-амилаза, при этом уменьшаются молекулярная масса полисахаридов и вязкость раствора;

3) осахаривание – на промежуточные продукты гидролиза крахмала воздействуют α- и β-амилазы. На стадии осахаривания происходит полное расщепление разжиженного крахмала на глюкозу, мальтозу, мальтотриозу, декстрины. Качество осахаривания проверяют по йодной пробе.

Соблюдение оптимумов температуры, длительности затирания, величины рН и концентрации затора важны для расщепления крахмала.

Основными ферментами, осуществляющими гидролиз крахмала до сахаров, являются α-амилаза и β-амилаза. Перед проведением ферментативного гидролиза необходимо открыть ферментам доступ к крахмальным гранулам путем повышения температуры в целях клейстеризации крахмала. Клейстеризация делает крахмал доступным для действия осахаривающих ферментов. Действие ферментов можно стабилизировать следующими способами:

– оптимизацией рН затора (обычно в диапазоне 5,2…5,8);

– добавлением ионов кальция;

– использованием температуры, наиболее благоприятной для действия α-амилазы и β-амилазы.

Амилазы способны гидролизовать α-1,4-связи в молекулах амилозы и амилопектина с образованием смеси глюкозы, мальтозы, мальтотриозы и несбраживаемых сахаров с большей молекулярной массой, называемых декстринами, при этом получаемое сусло имеет степень сбраживания от 40 до 90 % в зависимости от режима затирания. Обычно степень сбраживания составляет 75 %.

Альфа-амилаза гидролизует крахмал до сахаров случайным образом.

Бета-амилаза действует с нередуцирующего конца, отщепляя молекулу мальтозы.

Изменением температуры затирания можно создавать более благоприятные условия для действия одного фермента, чем для другого, и тем самым оказывать влияние на степень сбраживания сусла. При использовании более низких температур степень сбраживания повышается.