Производство пива: стадия солодоращения

в течение 132 ч

После проращивания               2,08                                  1,03                             14,26

в течение 180 ч

После сушки                             1,99                                   0,88                             8,61

при температуре 88 °С

В процессе затянутого замачивания содержание предельной декстриназы несколько убывает, после чего сильно увеличивается и до конца

проращивания характеризуется линейной зависимостью. В ходе сушки при температуре 88 °С содержание предельной декстриназы убывает несущественно.

Добавление гибберелловой кислоты повышает образование предельной декстриназы приблизительно на 70%.

R-фермент расщепляет связи α-1,6 в предельном декстрине и амилопектине, однако мальтоза и мальтотриоза образуются лишь в небольших количествах. R-фермент воздействует в основном на внешние ветви молекулы амилопектина.

Сахараза относится к олигосахаразам и расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Обратимо тормозят активность сахаразы тяжелые металлы Сu2+, Mg2+, Ag2+. Сахараза лишь в незначительных количествах присутствует в ячменном зерне, находящемся в состоянии покоя. В растворимой и нерастворимой формах она локализована вблизи средней оси, в зародышевых корешке и листке, а также в щитке и эндосперме непроросшего зерна. Нерастворимая форма встречается при этом во всех указанных тканях, исключая зародыш листа, в котором доминирует растворимая форма, находящаяся там в условиях, близких к изоэлектрическои точке фермента (рН 4,1 и 10,0). В других тканях сахараза определяется в изоэлектрической точке при рН 9,5. Молекулярная масса растворимой сахаразы 92 000 ±3000.

В ходе проращивания стенки клеток ячменного эндосперма постепенно растворяются (начиная с зародыша), причем со стороны спинки зерна процесс идет быстрее, чем с брюшной стороны, благодаря чему ткань эндосперма, а следовательно, и ячменное зерно становится рыхлым, легко раздавливается и растирается.

Гемицеллюлозы эндосперма состоят из различных β-глюканов и небольшого количества пентозанов, нерастворимых в воде. Гумми-вещества имеют строение, подобное гемицеллюлозам, но обладают меньшей молекулярной массой и растворимостью в воде.

Для расщепления β-глюканов, состоящих из остатков глюкозы, соединенных между собой β-1,4 и α-1,3-связями, необходим ряд ферментов, а именно эндо- β-глюканаза, расщепляющая связи β-1,4, эндо- β-глюканаза, расщепляющая связи β-1,3, экзо- β-глюканаза, целлобиаза и ламинарибиаза. Для расщепления содержащихся в гемицеллюлозах пентозанов также требуется комплекс ферментов, состоящий из эндо- и экзоксиланаз, арабинозидаз и ксилобиназ.

Решающее значение для высвобождения β-глюкана из связи с гистологическими белками имеет β-глюкан-солюбилаза, которая после своего формирования как карбоксипептидазы активируется после расщепления ингибитора или (после своего формирования как эндо- β-1,4-глюканазы) уже присутствует в ячменном зерне, но развивается в основном в ходе замачивания и проращивания.

Эндо-β-глюканазы в зерне, находящемся в состоянии покоя, отсутствуют либо содержатся в незначительных количествах. Эндо-β-1,4-глюканаза в нем содержится в различных количествах, а содержание эндо-β-1,3-глюканазы (неспецифичной β-1,3- и β-1,4-глюканазы) до сих пор не доказано. Они образуются тем же путем, что и α-амилаза - в алейроновом слое с участием гиббереллинов. Последние исследования свидетельствуют также о наличии в зерне заметного количества эндо-β-1,4-глюканазы, уменьшающегося при замачивании и достигающего исходной величины

лишь через 40 ч проращивания. Максимальная активность этой группы ферментов достигается на 5-е сутки проращивания (на 6-е сутки она снова несколько убывает), рисунок 5.

              Активность, ед. I.R.V.

                                                      Продолжительность проращивания, сут

                         Замачивание            Проращивание                Сушка

 

Рисунок 5-Активность эндо-β-глюканазы при солодоращении

 

Известно, что сорт ячменя оказывает вполне определенное влияние на (неспецифическую) эндо-β-глюканазную активность. Влияет на эту активность и продолжительность вегетационного периода ячменя (так же, как для α-амилазы).

На образование эндо-β-глюканаз влияют условия проращивания. Большое значение имеет влажность проращиваемого материала, способствующая образованию ферментов, причем наиболее благоприятным является прорастание при 40%-ной влажности и постепенное накопление влаги до максимальной величины. Большое значение имеет и способ замачивания: например, замачивание с длительной воздушной паузой  способствует быстрому образованию ферментов и снижению вязкости.

Постоянная температура проращивания в 13-15 °С больше способствует образованию эндо-β-глюканазы, чем температура выше 17 °С.

При проращивании с неравномерным температурным режимом (при снижении с 17 до 13 °С) образование эндо-β-глюканазы тормозится. Не только в фазе проращивания, но и на всех стадиях приготовления солода для образования и накопления эндо-β-глюканаз требуется кислород, причем особо неблагоприятное влияние оказывает пониженное количество кислорода и повышенное — диоксида углерода.

В β-глюкане и продуктах его частичного расщепления эндо-β-1,3 глюканаза гидролитически расщепляет только β-1,3-связи. В зерне в состоянии покоя отмечается сравнительно малая эндо-β-1,3-глюканазная активность, остающаяся постоянной при замачивании и сильно возрастающая лишь на 2-е-3-и сутки проращивания, после чего она почти не изменяется вплоть до 8-х суток. Эндо-β-1,4-глюканаза, напротив, уже в покоящемся зерне отличается высокой активностью, мало изменяющей в период всего процесса проращивания.

Экзо-β-глюканаза разрушает цепочки высокомолекулярных глюканов и продуктов их частичного расщепления, имеющих с нередуцирующего конца молекулы с различной молекулярной массой, расщепляя также молекулу целлобиозы (2 глюкозных остатка, связанные β-1,4-связью).

Эндо-β-1,4-глюканазная активность в непроросшем ячменном зерне составляет 200-500 ед. Ее накопление при проращивании зависит от сорта и содержания в ячмене белка.

Наиболее высокая активация процесса накопления фермента наблюдается при средней влажности проращиваемого материала. Вероятно, поэтому «мокрое» замачивание, при котором влажность материала достигает 46%, вредно сказывается на накоплении ферментов. При «пневматическом» замачивании высокое влагосодержание не дает отрицательных последствий, и фермент в солоде накапливается достаточно интенсивно, рисунок 6.

 Количество глюкозы, мг/100г CB

          Продолжительность  проращивания, сут

Рисунок 6-Влияние различной степени замачивания на активность

экзо-β-глюканазы

Степень замачивания

40%  

43%  

46%  

Целлобиаза расщепляет в целлобиозе β-1,4-связь с образованием двух молекул глюкозы. Этот фермент проявляет в ячмене очень высокую активность, которая при солодоращении постоянно убывает — тем больше,

чем благоприятнее условия для накопления других ферментов. При мокром замачивании наблюдается увеличение содержания целлобиазы, активность которой во время воздушной паузы снижается.

Ламинарибиаза расщепляет ламинарибиозу (два глюкозных остатка соединены β-1,3-связью) на 2 молекулы глюкозы. Данные о поведении этого фермента при солодоращении отсутствуют.

К ферментам, расщепляющим пентозаны, относят пентозансолюбилазу (аналог β-глюкансолюбилазы), эндо- и экзоксиланазы, ксилобиазу и арабинозидазу.

Эндоксиланаза отделяет ксилановые цепочки от высокомолекулярных пентозанов незазависимо от того, содержат они арабинозные боковые цепочки или нет. Благодаря гидролизу связей β-1,4 возникают ксиланодекстрины с различной молекулярной массой. При более длительном воздействии после отщепления боковых арабинозных цепочек образуются ксилобиоза и ксилоза. Здесь также наблюдается быстрое снижение вязкости в результате гидролиза высокомолекулярных соединений до низкомолекулярных. При проращивании активность содержащейся в ячмене эндоксиланазы возрастает в 3 раза.

Экзоксиланаза разрушает ксилановые цепочки с нередуцируюшего конца и расщепляет ксилобиозу, что возможно лишь при ликвидации разветвлений на боковые арабинозные цепочки. При проращивания активность содержащейся в ячмене экзоксиланазы возрастает в 2 раза.

Ксилобиаза расщепляет связи β-1,4 в ксилобиозе (подобно ксилоолигосахаридазе). Накопление фермента при проращивании примерно соответствует образованию экзоксиланазы.

Арабинозидаза гидролизует связи 1,2 и 1,3 в арабинозных боковых цепочках высокомолекулярного арабаноксилана и в образовавшихся из него олигосахаридах. Скорее всего, для этого требуется два фермента. При проращивании этот фермент ведет себя подобно ксилобиазе и экзоксиланазе.

Содержание пентозаназ в ячмене сравнительно невелико, а повышение их активности в ходе проращивания по сравнению с увеличением активности глюканаз незначительно.

2.2.3Пептидазы

Эндопептидазы (протеиназы) расщепляют высокомолекулярные протеины до полипептидов. При более длительном воздействии образуются пептиды меньшей молекулярной массы вплоть до аминокислот.

Эндопептидазная активность наблюдается еще в непророщенном ячмене. Она обусловливается примерно 5-ю ферментами. 70% активности в ячмене и 90% в солоде достигается сульфгидрильными (или тиоловыми) ферментами, а оставшиеся 30 и 10% соответственно — тремя металлактивированными ферментами.

60% эндопептидаз определяются в  ячмене в водорастворимой фракции (альбумины) и 40% — в солерастворимой (глобулины). Активность ферментов возрастает в ходе проращивания в 5-6 раз, что объясняется в

 

основном расщеплением ингибиторов, а не образованием ферментов.

Экзопептидазы подразделяют на 5 карбоксипептидаз (рН 4,8-5,6), 4 нейтральные аминопептидазы (рН 7,0-7,2), щелочную лейцинаминопептидазу (рН 8-10) и дипептидазу (рН 8,8). Оптимальное для них значение температуры лежит в следующих пределах:

 

Карбоксипептидаза*       50°С(40-60    °С), инактивируется при 70 °С Аминопептидаза             45 °С (40-50 °С), инактивируется при 55 °С

Депептидаза                   45 °С (40- 47 °С), инактивируется при 50 °С

* В качестве эстеразы (β-глюкансолюбилазы) действует в тех же температурных областях, но оптимум pH составляет 6,6-7,0.

Как и экзопептидазы, карбоксипептидазы гидролизуют протеины, полипептиды и пептиды, начиная с С-концевых аминокислот. В инкубационной среде накапливаются и отдельные аминокислоты, причем обнаруживается специфичность к определенной аминокислотной последовательности в полипептидной цепи. Молекулярная масса этого фермента 90 000. Его содержание в ячмене быстро возрастает в первые сутки проращивания, при подвяливании активность фермента возрастает примерно в 5 раз и при подсушивании незначительно сокращается.

Аминопептидазы разрушают высокомолекулярные белки и полипептиды с N-конца пептидной цепи, и в гидролизате накапливаются аминокислоты. Активность лейцинаминопептидазы (металлофермента), содержащей в своем составе магний, в ячмене довольно высока, причем в ячмене с более длинным вегетационным периодом содержание ее выше и при проращивании возрастает в 1,5-2,5 раза.

Дипептидазы расщепляют пептидную связь в дипептидах с образованием двух аминокислот. Для протекания реакции требуется присутствие двухвалентных ионов металлов, а некоторые тяжелые металлы действуют как ингибиторы. Наблюдаемые различия в специфичности обусловлены двумя аминокислотами дипептида.

В ячмене содержатся активные дипептидазы, количество которых при проращивании возрастает в 2-3 раза, а при замачивании в благоприятных условиях — в 8-10 раз[3].

 2.2.4 Прочие ферменты

Каталаза разлагает пероксид водорода на воду и кислород.

Действие фермента становится обратимым при добавлении синильной кислоты, фенолов и азидов, при высокой концентрации Н202 и необратимо тормозится щелочью и мочевиной.

В ячмене каталаза содержится в небольшом количестве, но при проращивании ее содержание возрастает в 40- 70 раз, а при высушивании быстро уменьшается. В высушенном солоде каталазы не обнаружено.

Пероксидазы расщепляют пероксид водорода или органические перекиси в присутствии Н-донора, в качестве которого может выступать фенол, ароматический амин или ароматическая кислота. Пероксид водорода

 

играет при этом роль акцептора, например:

Н202+ Н-донор (пероксидаза)à 2Н20+ Донор

Молекулярная масса пероксидазы 40 000. Ее действие обратимо тормозится цианидом, сульфидом, азидом, гидроксиламином и гидроксильными ионами, а также редукцией с дитионитом, и необратимо — при высокой концентрации Н202 и воздействии кислоты.

В солоде пероксидаза содержится в небольшом количестве. Известно 16 изоферментов пероксидаз, 20 - в свежепроросшем солоде и 15 - после сушки (7 из этих 15 изоферментов дают более 75% пероксидазной активности). Изоферменты продуцируются в алейроновом слое и в эндосперме, оказывая влияние на последующие окислительные процессы при производстве пива.

В ячмене пероксидаза содержится в небольшом количестве, которое при проращивании возрастает в 7-9 раз, а при сушке на треть сокращается. Полифенолоксидазы- это оксидазы со смешанными функциями, у которых продукт окисления одновременно играет роль донора водорода. Большая часть полифенолоксидаз окисляет дифенолы. Под действием этого фермента могут окисляться антоцианогены, причем продукты реакции образуют с себе подобными или с протеинами продукты конденсации и как антоцианогены уже не обнаруживаются.