Биохимические изменение состава веществ зерна при соложении

11.04.2017
Процесс проращивания ячменя протекает при сравнительно низкой температуре, достаточно далеко отстоящей от оптимального действия многих ферментов, поэтому проявление их активности хотя и наблюдается, но все ферментативные процессы происходят замедленно и достигаемый при этом распад веществ ячменя часто относительно небольшой. Так, например, крахмал претерпевает только слабый гидролиз (распад в пределах 5%).
Исключение составляют белковые вещества, которые подвергаются значительному распаду (до 20%), превышающему распад при затирании солода, что обусловлено более низкими температурами действия протеолитических ферментов, чем амилолитических, для которых высокие температуры затирания солода являются более благоприятными.
Распад углеводов. Группа веществ, объединяемых под названием «углеводы», имеет особое значение при соложении; они являются субстратом для дыхания и источником энергии для синтеза ферментов, часть углеводов играет отрицательную роль в процессе растворения эндосперма зерна.
Крахмал. Трата указанного выше количества крахмала связана с формированием зачатков новых вегетативных частей будущего растения, в частности с образованием корешков, которые удаляются после сушки солода, и дыханием. Уменьшение количества крахмала при солодоращении (по дням проращивания зерна) характеризуется следующими данными:

Свойства крахмала солода отличаются от свойств крахмала ячменя. Во время солодоращения несколько меняется соотношение амилозы и амилопектина, температура клейстеризации повышается, уменьшается величина крахмальных зерен. Английские исследователи Гринвуд и Томсон сравнивали крахмал ячменя сорта Имер с крахмалом солода, полученного из того же ячменя. Сравнительные данные приведены в табл. 39.

Кроме того, исследователи установили, что солодовая амилоза имеет меньшую плотность, чем амилоза ячменного крахмала, и высокую степень активности ?-амилолиза, в то время как у исходного крахмала степень активности ?-амилолиза очень слабая. Отмечены различия и в амилопектине; внутренние цепи обоих амилопектинов одинаковые, но внешние цепи у солодового амилопектина короче, причем солодовый амилопектин частично распадается под действием ?-амилазы.
Как упоминалось выше, в ячменном зерне часть сахаров уже находится в свободном состоянии. При солодоращения гидролизу подвергается сравнительно небольшая часть крахмала с образованием мальтозы. Мальтоза в свою очередь подвергается действию мальтазы, в результате чего образуется глюкоза, которая расходуется в процессе дыхания с образованием необходимой для жизненных процессов энергии, а также — на синтетические процессы в зародыше, в нем начинают образовываться зародышевый листок и корешки. Имеющийся запас сахаров (сахароза, рафиноза, глюкодифруктоза) используются в начале процесса солодоращения, и этот запас восполняется в последующие дни путем гидролиза крахмала.
Качественный состав сахаров меняется. В табл. 40 показаны изменения содержания сахаров но время соложения (по Гаррису, Галю и Мак Вильяму). Количество сахарозы сначала снижается, а в последующие дни солодоращения увеличивается и к концу процесса накапливается в солоде в довольно значительных количествах. Запасы же рафинозы и глюкодифруктозы истощаются, и в готовом солоде эти сахара уже не обнаруживаются. С конца замочки начинает накапливаться в прорастающем зерне мальтоза, количество которой в начале ращения повышается, достигает на шестой день максимума, а затем понижается. С этого же периода отмечается образование мальто-триозы. Постепенно повышается содержание фруктозы и глюкозы.

Наиболее заметно повышается содержание сахарозы, которая является источником энергии растущего организма. Исчезновение рафинозы в первый период солодоращения в основном обусловлено потреблением ее при замочке начинающим пробуждаться к жизни зародышем; она является типичным запасным сахаром.
И.Я. Веселов и В.А. Зенченко, которые исследовали изменение сахаров при солодоращении ячменя сорта Нахичеванданы, установили, что суммарное количество сахаров увеличивается от 0,117 до 1,133%; содержание непосредственно восстанавливающих сахаров повышалось от 0,013 до 0,32%, а количество мальтозоподобных сахаров — от 0,018 до 0,707%. Вместе с тем изменяется соотношение между отдельными группами сахаров. Если в зерне ячменя преобладала сахароза, на втором месте была рафиноза, а мальтоза занимала третье место, то в солоде рафиноза совсем исчезла, а сахароза и сахара, близкие к мальтозе, по количеству обменялись местами; содержание мальтозоподобных сахаров составляло 63%, а сахарозы — 36%.
К сожалению, авторы нс указывают температуры, при которой производилось солодоращение, влияние которой на превращение сахаров в этом процессе значительное. Имеются указания (Тоуфель и др,), что при нормальной температуре солодоращення (15—16° С) в зерне накапливается больше сахарозы, а при повышенной температуре (21—24° С), наоборот, — мальтозы.
Сахара между зародышем и эндоспермой распределяются неравномерно. Общее количество сахаров с момента замочки в зародыше снизилось к концу ращения от 28 до 18%, а в эндосперме за тот же период повысилось от 32 до 82%, При этом процентное содержание сахарозы в зародыше повысилось от 19 до 47%.
Распад некрахмалистых полисахаридов. Еще О'Сулливан установил, что при проращивании количество найденного в ячмене амила на значительно уменьшается или даже совсем исчезает, Он установил, что при гидролизе амила и даст глюкозу, арабинозу и ксилозу. С наличием амила на связывалось представление о вязкости растворов, в частности и сусла.
Более поздние работы показывают, что гумми-вещества при солодоращении подвергаются значительным превращениям. Результаты фракционирования этих веществ солода путем осаждения сернокислым аммонием приведены в табл. 41 (по Прису).

Как следует из сравнения результатов, приведенных в табл. 41, с результатами фракционирования ячменного гумми здесь фракция, осаждаемая 20%-ным сернокислым аммонием, т. е. ?-глюкана, отсутствует и в очень незначительном количестве содержится фракция, осаждаемая 30%-ным сернокислым аммонием. Остальные фракции остаются, но количественный состав их меняется так же,, как удельное вращение и вязкость. В солоде в основном остаются фракции, состоящие из пентозанов, но и вязкость значительно понижается.
Количество гумми-веществ при солодоращении постепенно снижается, что обусловлено понижением вязкости. Шустер и Нарцисс считают, что это понижение происходит за счет расщепления ?-глюкана; количество пентозанов при этом не изменяется.
Изменение относительной вязкости во время солодоращении некоторых сортов отечественных ячменей показано в табл. 42.
С точки зрения улучшения фильтрации затора использование в качестве несоложеного материала ячменя сорта Унион является наименее приемлемым.

В солодах плохо растворимых было найдено гуммиобразное вещество, которое в дальнейшем вызывало явление остановки брожения вследствие осаждения дрожжей, а из плохоразрыхляемых японских ячменей Кудо осаждением метиловым и этиловым спиртом выделил гумми-вещество, которое оказывало тормозящее действие па брожение. Как показал хроматографический анализ, гидролизат содержал глюкозу, ксилозу и арабинозу.
Распад азотистых веществ. Общее количество белка в солоде находится в близком соотношении с общим содержанием белка в ячмене. Примерно 10% белковых веществ переходит во время солодоращения в ростки, и гак как количество образовавшихся ростков около 5%, а содержание азотистых веществ и них около 24%, то количество общего белка в солоде и ячмене примерно балансируется.
В результате действия протеолитических ферментов и ячменном зерне накапливаются азотистые вещества, необходимые для создания характерных свойств пива и для питании дрожжей. Данные по составу отдельных фракций азотистых веществ ячменя по сравнению с солодом приведены в табл. 43.

Как видно из табл, 43, азотистые вещества ячменя при солодоращении претерпевают значительные изменения.
Так как при сододоращении количество альбумина и глобулина почти не меняется, то накапливание низкомолекулярных фракций азотистых соединений может происходить за счет гордеина и глютелина, что и выражается в понижении количества первого с 37 до 17%, а второго с 30 до 21%; одновременно соотношение между этими двумя фракциями, белка с 1,23 понизилось до 0,81.
При солодоращении в ячменном зерне протекают два процесса— гидролиз и синтез, и, следовательно, данные, получаемые в результате анализа, характеризуют суммарный итог этих двух процессов. Вновь образующиеся ростки, которых получается 5—6%, и зародышевый листок, составляющий около 8% от массы зерна, содержат вещества, полученные в результате гидролиза и последующего синтеза. Из азотистых веществ ячменя около 30% подверглись указанным процессам. Все это свидетельствует о том, что азотистый состав отдельных составных частей солода должен быть различным.
Результаты наблюдений, проведенных автором во время соложения ячменя с содержанием белка 10,32%, приведены в табл. 44.
Как видно из данных табл. 44. в ячмене во время соложения происходит накопление разных фракций белковых веществ — растворимого и коагулируемого азота и азота аминокислот.
Некоторое представление о динамике перемещения белковых веществ в зерне ячменя во время солодоращения дают результаты работы Кольбаха, приведенные в табл. 45.

В то время как в эндосперме количество белков при солодоращении уменьшается, в зародышевом листке и в ростках оно заметно увеличивается.
И.Я. Веселов с сотрудниками при проведении исследовании на солоде, в котором эндосперм составлял 86,54% общей массы, зародышевый листок (проростки) — 8,21% и ростки (корешки) — 5,25%, нашел содержание белка соответственно; 12,50; 32,31 и 26,18%, а разделение азотистых веществ, по Бишопу, на 5 фракций (солерастворимую — альбумин и глобулин, белковый и небелковый азот, гордеин и глютелик) дало результаты, приведенные в табл. 46.

Отношение гордеина к глютелину в эндосперме равняется 0,5 (22% к 44%), а у зародышевого листка 0,07 (2,75% к 37,8%).
Все приведенные величины показывают, что характер азотистых веществ, синтезированных в процессе новообразования тканей зерна, отличается от тех запасных веществ, которые подвергались гидролитическому распаду.
Содержание растворимых и разбавленных солевых растворах азотистых веществ в зерне при солодоращении примерно удваивается; количество коагулируемого азота в среднем повышается с 9% в ячмене до 30% в солоде. Значительно повышается количество формольнотитруемого азота, что говорит о глубоком распаде белковых веществ.
Большое значение для пивоварения имеет распад глобулина. Фракция ?-глобулина подвергается сравнительно небольшому гидролизу, фракция 5-глобулина при солодоращении полностью исчезает, и заметно уменьшается фракция, которая сосредоточена в зародыше, что говорит о большой восприимчивости ее к гидролизу, ?-фракция остается в неизмененном виде.
Прекращение гидролиза азотистых веществ, определяемое по изменению количества низкомолекулярных фракций во всем зерне, является только кажущимся, так как с этого момента скорость синтеза белков из аминокислот, затрачиваемых на образование новых тканей, балансируется со скоростью гидролиза.
М, Котрла-Гапалова различает в процессе распада белков при солодоращении три фазы:
первая продолжается около 100. ч, включая замочку, и почти не сопровождается распадом;
вторая продолжается тоже около 100 ч (от 3 до 6 сут. солодоращения) и сопровождается сильным распадом гордеина и глютелина, причем накапливается большое количество аминокислот;
третья начинается с 7 го дни солодоращения, причем устанавливается равновесие между протеолизом и синтезом.
Количественный состав белковых веществ и содержащихся в них отдельных аминокислот (в мг/100 г) ячменя и солода, установленный хроматографическим методом с применением ионообменных смол, приведен в табл. 47 (по Сандегрену).
Данные, приведенные в табл. 47, относятся к шестирядному ячменю сорта Стелла, обладающему высокой ферментативной активностью, и полученному из него семидневному солоду. Отмечается значительный распад белков при солодоращении с освобождением аминокислот, причем количество некоторых из них повышается во много раз, например пролива и лейцина в 50 и больше раз, лизина больше чем в 80 раз. В общем количестве всех аминокислот и амидов в солоде по сравнению с ячменем увеличивалось во много раз.

П.Я. Заринь с соавторами, работая с двухрядным пивоваренным ячменем сорта Мая и применяя метод хроматографии на бумаге и автоматический анализатор аминокислот, установил другие величины: большее количество аминокислот (18) и величин отдельных аминокислот, отличающихся от приведенных у Сандегрена. Например, он обнаружил значительные количества метионина и триптофана (1,66 и 3,86 мг/100 г) в ячмене.
В солоде резко повысилось содержание пролина и треонина, что отчасти и совпадает с данными Сандегрена.
В своей работе Заринь отмечает, что уже в самом начале замочки значительно возрастает содержание отдельных аминокислот, особенно глютаминовой и аспарагиновой, и треонина. Так же, как Сандегрен, он указывает на резкое повышение в солоде треонина и пролина.
Как следует из сказанного, количество азотистых веществ, претерпевающих превращение во время солодоращения, очень большое н может достигать 50%; но так как параллельно с гидролитическими процессами протекают и процессы синтетические, на что тратится около половины продуктов белкового распада, то в готовом солоде величина распада характеризуется содержанием 35—41% растворимых белков (показатель Кольбаха).
Распад белков у трудноразрыхляемых высокобелковистых ячменей протекает более полно при холодном солодоращении. Н.В. Леонович при соложении тру дно разрыхляемого Ташкентского ячменя, содержащего около 15% белка, при двух режимах — теплом (начальная температура 21—22°С и максимальная 25° С) и холодном (соответственно 10—11° и 15° С) получила данные о распаде белков, значительно различающиеся, причем более благоприятные при применении холодного режима.
Высокомолекулярная фракция претерпевает более глубокий распад при холодном ведении процесса, в результате чего величина фракций (низкомолекулярные азотистые соединения) значительно повышается; увеличивается и количество аминного азота,
Распад соединений, содержащих фосфор. Во время солодоращения происходят значительные изменения и. составе фосфорсодержащих соединений. В табл, 48 приведены данные этих превращений по работе Виндиша и Кольбаха.

Общее количество соединений фосфора несколько понижается, что связано с протекающими в зерне синтетическими процессами, но количество растворимых соединений (как неорганических фосфорсодержащих, так и органических) увеличивается больше чем в два раза.
При теплом режиме солодоращення деятельность всех фосфатаз ослабевает, что влечет за собой меньшее освобождение фосфорных соединений и, несомненно, понижение буферности.
Следует отметить, что титруемая кислотность при солодоращении повышается достаточно сильно, величина же pH вытяжек из ячменя и солода мало отличается одна от другой. Это повышение титруемой кислотности обязано накоплению органических, слабодиссоциирующих кислот, образующихся а а счет окисления углеводов, а также дезаминирования аминокислот. Эти кислоты вместе с освободившимися кислыми соединениями фосфорной кислоты (первичными фосфатами) вызывают повышение титруемой кислотности, но они же участвуют в создании буферности, которая удерживает концентрацию водородных ионов в определенных границах. При солодоращении буферность значительно повышается; если величину буферности вытяжки из ячменя принять равной 100, то буферность вытяжки из солода будет равняться 120—140.
Превращение липидов. При соложении часть жира расходуется; есть указание на потери в 12—30%. Английские авторы (Мак-Леод, Биоль и Уайт), используя хроматографический анализ, показали колебания в потерях жира от 4 до 40%. Невидимому, степень метаболизма зависит от природы ячменя и от условий соложения.
Поскольку жиры участвуют в процессе дыхания, при проращивании состав жира претерпевает изменения.
Особенно резкое изменение в количестве жиров наблюдается в последние дни солодоращения: на второй день было установлено содержание жира 3,107%, на четвертый — 2,835, а на девятый — 1,583%.
Превращения полифенольных соединении. Превращение дубильных веществ во время солодоращения, несомненно, происходит: солодовые Дубильные вещества легче могут быть переведены в раствор, чем ячменные. Это подтверждается работами Шустера и Рааба, которые определяли содержание дубильных веществ в водных вытяжках из ячменя шести сортов и из солода, полученного из этих же ячменей. Они установили, что содержание дубильных веществ в ячменных вытяжках колебалось от 143,5 до 180,0 мг/л, а в вытяжках из солода — от 223,5 до 273,5 мг/л. Для сравнения эти авторы определили содержание дубильных веществ в лабораторном сусле, изготовленном из тех же солодов, и установили, что примерно 54% этих веществ могли перейти в водную вытяжку из ячменя и около 80% — солода, т, е. растворимость их значительно повышается при солодоращении. Это явление может быть связано с разрыхлением структуры веществ солода, что, несомненно, способствовало более полному извлечению дубильных веществ, а также с действием ферментов (таназ), гидролизующих крупные молекулы этих веществ.
Особый интерес представляет для пивоварения поведение антоцианогенов. Как было показано, антоцианогены о оболочке ячменя не содержатся, а сосредоточены в основном в алейроновом слое и и сравнительно небольшом количестве в эндосперме, поэтому при замочке содержание их не меняется. Не меняется их количество и при соложении, что было подтверждено работами Поллока и др. В солоде, с которого удалена оболочка, содержание антоцианогенов составляет 96% общего количества в ячмене, Однако, если солодить ячмень, лишенный оболочки, то количество этих веществ уменьшается примерно на 80%. Оболочка, регулируя доступ кислорода в зерно, обеспечивает его потребность для всех ферментативных явлений, кроме превращения антоцианогенов; в случае же устранения препятствий для проникновения больших количеств кислорода путем удаления оболочки активируется и та фернентативная система, которая катализирует превращение антоцианогенов.
Если после двух дней ращения зерна ячменя раздавить и оставить их в таком виде дли дальнейшего ращения, то получается такой же эффект, как и в случае соложения ячменя с удаленной оболочкой; доступ кислорода способствует ферментативным преобразованиям антоцианогенов, и количество их в течение ближайших суток достигает уровня, имеющегося в проращиваемом ячмене со снятой оболочкой (рис. 19).