Биохимические превращения солода при сушке

11.04.2017
Сушка не на все ферменты оказывает одинаковое влияние, В зависимости от лабильности часть ферментов при повышении температуры гибнет, а часть только ослабевает. Группа цитолитических ферментов значительно инактивируется уже при температуре 60° С в течение непродолжительного срока. Амилаза понижает свою активность, причем при сушке по режиму для светлых солодов в меньшей степени, чем для темных, ?-амилаза теряет активность в большей степени, чем ?-амилаза, которая способна переносить более высокие температуры.
Активность протеолитических ферментов при нормальной сушке светлых солодов сохраняется достаточно хорошо. В начале сушки отмечается некоторое повышение активности, которая затем постепенно понижается и в готовом солоде остается близкой к исходной.
Конечно, в темном солоде ферменты подвергаются действию очень высоких температур и даже активность протеолитических ферментов значительно понижается и ослабевает.
Естественным является некоторое увеличение ферментативной активности в большинстве случаев во время нахождения солода на верхней решетке и очень значительное инактивирование ферментов в процессе отсушки темного солода.
По данным Н.Б. Леонович и Э.В. Терешиной, амилолитическая активность при нормальном выполнении режима сушки снижается по общей осахаривающей способности на 32% (с 14,0 до 10,1 единиц Климовского), а по декстринирующей — на 16% (с 13,4 до 11,2).
Цитолитическая активность при сушке даже светлых солодов резко падает (в 4 раза), несмотря на то, что в солоде, находящемся на верхней решетке, отмечается некоторое ее повышение,
В начале сушки и солоде продолжаются еще процессы гидролиза, но они зависят от влажности зерна и температуры сушки. Так, например, распад крахмала при влажности 43% является наиболее эффективным при температуре 25°С, а при влажности 24% — при температуре 50°С.
Имеются наблюдения (Люерса), что по время сушки солода происходит некоторое уменьшение количества крахмала и инвертного сахара за счет образования сахарозы, количество которой у светлых Солодов повысилось (от 3,94—4,30% до 4,22— 4,84%), в то время как количество инвертного сахара уменьшилось (от 2,25—2,94% до 2,21—2,(52%), Содержание крахмала в это же время понизилось в пределах от 55,2—55,5% до 54,6— 54,7%. Для темных солодов были получены следующие величины: понижение инвертного сахара от 2,77 до 2,15% и увеличение сахарозы от 4,64 до 5,40%.
Общее содержание белковых веществ уменьшается незначительно, но качественный состав их меняется. Количество коагулируемого азота уменьшилось в светлом солоде от 0,138—0,144% до 0,111—0,134%, а в темном солоде — от 0,108 до 0,068%, что, по-видимому, обусловлено действием высоких температур. Вместе с тем количество стойко растворимого азота увеличивается; например, в опыте, проведенном в течение 8 ч сушки при влажности солода 44% и температуре 60° С, было достигнуто увеличение от 18,7 до 34,8%, т. е, на 16,1%, в то время как да весь период 8-дневного солодоращения при температуре 14—20° С содержание стойко растворимого азота повышалось от 8,5 до 18,7%, т. е, только на 10,2%.
Количество формольно титруемого азота уменьшается во всех случаях сушки, причем наиболее значительно при сушке темного солода. Уменьшение величины этого азота по отношению к общему растворимому азоту при сушке светлого солода было в одном случае от 23,7 до 22,0% и в другом — от 17,1 до 15,3%, в то время как в темном солоде содержание формально титруемого азота понизилось от 14,5 до И ,6%, Уменьшение содержания формольно титруемого азота, т. е. азота аминокислот, вполне закономерно, так как (как это будет показано дальше) оно происходит за счет взаимодействия аминокислот с сахарами при образовании меланоидинов.
Очень важной биохимической реакцией, протекающей во время сушки солода и ответственной за образование аромата и цветности, является взаимодействие продуктов распада белков с сахарами, в результате которого происходит образование новых продуктов, названных Макаром меланоидинами. Эта реакция имеет широкое распространение в природе и в промышленности, поэтому вопросами меланоидинообразования занимаются уже в течение многих лет.
В 1908 г. Линг высказал предположение, что образование окраски солодов во время сушки обусловлено взаимодействием продуктов распада углеводов и белков, а в 1912 г. Майар описал реакцию меланоидинообразования. Уже в том же году Литнер (известный в то время научный работник пивоваренной промышленности) правильно оценил значение этой реакции для производства солода и пива.
В настоящее время можно считать, что образование темно-окрашенных меланоидинов происходит за счет окислительно-восстановительных реакций между редуцирующими сахарами и белковыми веществами и зависит от количества свободных аминных групп в продуктах распада белков.
Аминогруппа аминокислоты при высокой температуре вступает во взаимодействие с карбонильной грудной сахара при наличии некоторого количества воды, причем образуется продукт, имеющий коллоидный характер. Цвет этого продукта от светло-коричневого до темно-коричневого, запах (аромат) специфический. Водный раствор продукта обладает вязкостью и тем более сильной, чем полнее прошла реакция между образующими его соединениями и чем интенсивнее его окраска. Наиболее сильное окрашивание характерно для продукта с наибольшей вязкостью. Полнота протекания реакции аминокислоты с сахаром зависит от температуры и продолжительности нагревания: убыль сахара в 3—4% достигается при температуре 130°С за 20 мин, а при температуре 150° С за 2,5 мин.
По вопросу образования меланоидинов при сушке солода, при хлебопечении в настоящее время накопилась обширная литература, и исследования, проводимые В.Л. Кретовичем, являются основополагающими работами по сушке пивоваренного солода. Годжа рассматривает три основные стадии меланоидинообразования: начальная (без изменения цвета и поглощения ультрафиолетового света), промежуточная (без изменения цвета или слабое пожелтение, но сильная степень адсорбции длинных волн ультрафиолетовой части света) и конечная (с интенсивной окраской получаемых продуктов).
В первой стадии происходят сахаро-аминная конденсация и изомеризация Амадори:

При нагревании и длительном хранении в полученном N-глюкозиде происходит изомеризация — внутримолекулярная перегрупировка Амадори, сопровождаемая образованием 1-амино-1-дезокси-2-кетозы, которая является реакционноспособным веществом и при дальнейшем нагревании служит исходным продуктом для образования тем неокрашенных азотсодержащих меланоидинов.
Во второй стадии происходит в основном дегидратация указанного весьма реакционноспособного соединения (благодаря наличию группы С-0), которая может идти разными путями, в зависимости от условий среды и температуры.
При дальнейшем нагревании продукт перегруппировки Амадори может превращаться в фурфурол, если исходным сахаром были пептоза или оксиметилфурфурол в случае участия в реакции гексозы. Наличие фурфурола и оксиметилфурфурол а доказано разными методами исследования: химическими, хроматографическими и спектрофотометрическими.

В нейтральной среде при невысоких температурах основными промежуточными продуктами являются не фурфурол или оксифурфурол, а другие соединения из аминодезоксикетозы. Некоторые авторы считают, что 1-амино-1-дезокси-2-кетоза при дегидратации с потерей двух молекул воды и разрывом кольца образует шестиуглеродные редуктоны.
Общим свойством редуктонов является сильно выраженная редуцирующая способность, обязанная наличию эндиольной группы

Эта группа связана с альдегидным или кислотным радикалом

Наличие эндиольной и карбонильной групп придает подобным соединениям особенную чувствительность к реакциям окисления и восстановления.
Примером шестиуглеродного редуктона является дегидроаскорбиновая кислота.
Редуктоны в дигидроформе участвуют в создании коричневого цвета продуктов.
Некоторые продукты распада сахаров, в частности сахарного компонента — соединения 1-амино-1 -дсзокси-2-кетоза, обладают приятным вкусом и ароматом. Среди них следует отметить пировиноградный и другие альдегиды, метилглиоксаль, ацетоин, диацетил. С другой стороны, и продукты распада белков в процессе меланоидинообразования играют большую роль. Продукты распада, получаемые на предыдущих стадиях, реагируя с аминокислотами, дают ряд альдегидов. Следует отметить, что происходят реакции фурфурола и оксиметилфурфурола с аминокислотами, реакции переаминирования редуктонов с аминокислотами и др.
Образовавшиеся альдегиды играют основную роль в создании вкусовых и ароматических свойств.
В последней стадии реакции побурения и реакции образования ароматических и вкусовых веществ промежуточные продукты полимеризуются, наряду с этим происходит альдольная конденсация, когда из двух молекул альдегида получается новое соединение — альдоль, например:

В результате полимеризации получается ряд сложных компонентов ненасыщенных гетероциклических азотистых соединений типа пиррола, имидазола, пиридина и пиразола:

Эти соединения имеют коричневую окраску различной интенсивности. Они вместе с непрореагировавшими альдегидами, обладающими определенным запахом и вкусом, обусловливают органолептические свойства пищевых продуктов, подвергшихся воздействию повышенных температур.
В.Л. Кретович приводит следующую схему меланоидинообразования:

Схема показывает, что процесс меланоидинообразования состоит из двух стадий. В первой стадии происходит взаимодействие сахаров с аминокислотами, сопровождающееся образованием ряда соединений, содержащих карбонильные группы. Во второй стадии эти соединения реагируют с аминокислотами, причем получаются меланоидины темного цвета.
Если в реакцию аминокислот с сахарами включить вещества, связывающие альдегиды, то образование цвета и аромата, присущих меланоидинам, резко ослабляется. Кретович и Токарева для этого применили димедон, который является специфическим реактивом на альдегиды (две молекулы димедона конденсируются с молекулой альдегида (табл. 49).

Считается, что меланоидинообразование протекает интенсивнее в щелочной среде. А.Г. Забродский и Б.А. Битковская подтверждают это, однако указывают, что реакция может протекать и в кислой среде, причем большого влияния на интенсивность в этом случае pH нс оказывает.
По способности к меланоидинообразованию моносахариды располагаются в следующий ряд: пентозы — ксилоза и арабиноза, гексозы — манноза, галактоза, фруктоза и глюкоза. Дисахарид мальтоза характеризуется меньшей способностью к меланоидинообразованню, чем моносахариды. Сахара по способности к меланоидинообразованию значительно уступают альдегидам (табл. 50).

Одновременно с влиянием сахаров на интенсивность окраски и на характер аромата оказывают влияние отдельные аминокислоты. Они по силе меланоидинообразования располагаются в следующем порядке: гликокол, аланин, фенилаланин, валин, лейцин, метионин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, цистин, тирозин. Вообще, с увеличением молекулярной массы аминокислоты образование комплексных соединений с сахарами затрудняется.
Следует отметить, что гликокол энергично реагирует с сахарами, давая меланоидины, обладающие сильной окраской, но сравнительно слабым ароматом пива. Лейцин наряду со сравнительно сильной окраской, обусловливает появление интенсивного хлебного аромата. Среди меланоидинов, в образовании которых принимают участие другие аминокислоты, имеются продукты с тонким ароматом, напоминающим аромат розы.
Аспарагиновая и глютаминовая кислоты дают запах, напоминающий аромат миндаля. Характерный аромат темных сортов пива приписывается наличию меланоидинов, в образовании которых принимают участие валин и лейцин.
Продукты, образующиеся в результате взаимодействия сахаров с аммиаком, обладают сильной окраской, однако вкус их неприятный — пригорелого хлеба и даже горький.
Состав меланоидинов сложный и полностью еще не изучен, однако некоторые характерные свойства их известны.
М.И. Княгиничев и П.М. Плотникова установили в составе меланоидинов 54—60% углерода, 4,9—5,2% водорода, 3,5—5,3% азота и 31,3—35,1% кислорода и, кроме того, наличие спиртовых, карбонильных, карбоксильных и фенольных групп.
Растворы меланоидинов обладают кислой реакцией, что зависит от освободившейся карбоксильной группы аминокислоты. Меланоидины обладают ярко выраженными восстановительными свойствами, благодаря чему в сусле создается определенный окислительно-восстановительный потенциал.
Меланоидины являются лиофильными коллоидами и защищают нестойкие коллоиды, находящиеся в пиве, предотвращая их выпадение и образование в пиве мути и выделение осадков. Они являются антиоксидантами и предохраняют нестабильные белковые вещества от окисления. Благодаря своим коллоидным свойствам меланоидины в растворе дают прочные поверхностные пленки и являются хорошими пенообразующими продуктами. Добавление их к пиву повышает его пену. Например, пиво оцениваемое по иене величиной 33,5, после добавления меланоидинов достигло оценки 41,5. Как известно, темное пиво всегда имеет более стойкую (богатую) пену, чем светлое.
При сушке солода для накопления красящих и ароматических веществ большое значение имеет содержание влаги. Если солод подвергся сильному обезвоживанию на верхней решетке, то количество продуктов распада белков в нем недостаточное для интенсивного протекания реакции меланоидинообразовання. При влажности 6—8% светлый солод не приобретает аромата (и цветности), характерного для темного солода, который переходит с верхней решетки на нижнюю с влажностью 20—25%.