Распад белковых веществ при затирании

12.04.2017
Значение полного (правильного) распада белковых веществ во время затирания для получения пива нормального состава не меньшее, нем крахмала. При недостаточном распаде белков происходят резкое ухудшение органолептических свойств пива и понижение его стойкости. Кроме того, продукты распада белков необходимы дрожжам для питания.
Из общего количества белка, содержащегося в солоде, примерно 35% (28—40%) переходит в сусло; более половины этого количества находится в солоде в уже растворенном состоянии, переход остальной части (примерно 15%) происходит при каталитическом действии протеолитических ферментов.
При затирании из солода в раствор переходит значительная часть солей, таким образом в жидкости находится достаточное количество электролитов, необходимых для растворения таких белковых веществ, как глобулины (эдестин). Альбумин (лейкозин), конечно, тоже растворяется. Растворимыми являются и продукты распада белков, образовавшиеся при соложении, — полипептиды и аминокислоты, которые все вместе носят название в пивоварении «стойко растворимые белки». Эти продукты распада не выделяются из раствора во время кипячения. Наоборот, настоящие белки при кипячении их растворов коагулируют.
Фракция белковых веществ, в которую входят коагулируемый белок, стойко растворимый белок и настоящие растворимые белковые вещества и продукты белкового расщепления, получила название «растворимые белки».
В табл. 58 показаны количественные изменения растворимых фракций белков при соложении и затирании (по Кольбаху).

Из данных, приведенных в табл. 58, следует, что величины стойко растворимого белка, образовавшегося при соложении к затирании, почти равны; нарастание же общего растворимого белка при затирании резко снизилось вследствие коагуляции.
Та часть белковых веществ, которая не подвергалась превращениям при соложении и не подвергалась воздействию ферментов при затирании, переходит в дробину. Она составляет очень большую величину, и содержание белков в солодовой дробине равняется 23—27%, т. е. до 75% белка солода удаляется при фильтра дин затора.
Стойко растворимыми белковыми веществами являются первые продукты распада: дипептиды, трипептиды и полипептиды. В число полипептидов входят протеозы и пептоны. Эти продукты распада белка имеют большое значение в образовании полноты вкуса, пены и в связывании углекислоты; при нагревании они не коагулируют, но обладают свойствами, присущими коллоидным системам.
В противоположность крахмалу, который во время затирания полностью преобразуется в продукты распада, белковые вещества расщепляются только на 1/3—1/5, но получаемые продукты разложения являются более сложными. Если во время соложения не было достигнуто нужной величины распада белковых веществ, то компенсировать ее при затирании не представляется возможным, так как характер продуктов распада, образующихся при соложении, отличается от продуктов распада, образующихся при затирании.
При затирании белковые вещества подвергаются частичному свертыванию в результате кипячения. Следует отметить одно очень важное для качества пива обстоятельство: из четырех фракций глобулина (эдестина) при повышении температуры до 70° С частично или полностью осаждаются только три фракции (?, ? и ?), в то время как ?-глобулиновая фракция остается в растворе. Если в дальнейшем при кипячении осаждается полностью неудаленная часть первых трех упомянутых фракций, то ?-глобулиновая фракция еще остается в растворе и является одним из источников помутнения пива.
Расщепление белковых веществ в заторе происходит ферментативным путем, причем, как утверждают ряд авторов (Люерс, Леберле), денатурированные белки обладают большей атакуемостью, чем неденатурированные. Денатурация белков в условиях пивоваренного производства осуществляется путем кипячения, которому часть затора подвергается при отварках.
Протеиназы солода гидролизуют все настоящие белки, т. е. не только лейкозин и эдестин, но и гордени и глютелин, превращая их в некоагулирующие, но еще сложные продукты распада, как протеозы и сложные полипептиды. Дальнейший гидролиз указанных продуктов распада до аминокислот осуществляется пептидазами.
Однако протеиназы способны гидролизовать пептидные связи не только в белках, но и в различных полипептидах и даже дипептидах, что сопровождается накапливанием в субстрате некоторого количества аминокислот.
Пептидазы являются более термолабильными, чем протеиназы, и в большей степени разрушаются при сушке солода. Этим обусловлен значительно меньший распад белковых веществ во время затирания по сравнению с соложением.
В чистых растворах протеолитические ферменты разрушаются при сравнительно низкой температуре; в общем температурный режим, обычно применяемый в практике затирания, не является оптимальным для действия указанных ферментов. В известной мере это зависит от наличия в заторе экстрактивных веществ, переходящих в раствор. Они играют роль защитных коллоидов, задерживают разрушение ферментов, делая их менее чувствительными к температуре.
Температурным оптимумом разрушения белковых веществ при затирании является температура 45—50° С, однако, исходя из сказанного выше, и при температуре 60° С происходит еще довольно значительный распад белковых веществ, правда, продуктами распада в этом случае аминокислоты уже не являются.
Гопкинс и Краузе, например, установили следующие изменения в составе белковых веществ при затирании солода при температуре 50 и 60° С в течение 2 ч (табл. 59).

Оптимум действия протеиназ в чистых растворах белков лежит в пределах pH 4,0—5,5; наиболее благоприятное значение имеет pH 4,5—5,0.
Действие пептидаз, обладающих оптимумом гидролиза при pH 7,0, а по данным, полученным некоторыми авторами, их действие наблюдается даже при более высоком значении pH, в заторе вследствие неблагоприятных условий почти не проявляется.
Практически указанный оптимум протеиназ при затирании никогда не достигается, так как осахаривание при pH ниже 5,3 уже замедляется.
Как видно из сказанного выше, на качество пива оказывают влияние те белковые вещества сусла, которые остаются в растворенном состоянии и после кипячения, поэтому для оценки белкового состава сусла количество общего белка не представляет интереса. Важны стойко растворимые белки, высшие продукты распада, высаливаемые сернокислым магнием, аминокислоты и, наконец, аминокислоты к низшие полипептиды, определяемые формольным титрованием. В табл. 60 приведены данные Кольбаха и Бузе о содержании указанных фракций в сусле в зависимости от изменений pH и температуры.

По мере приближения концентрации водородных ионов к оптимальному действию протеиназ количество всех рассмотренных выше фракций белка повышается. Фракции стойко растворимого белка и белка, высаливаемого сернокислым магнием, в наибольшем количестве образуются при температуре 60° С. Аминокислоты же больше всего накапливаются в заторе при температуре 50° С, только при pH 6,5 наибольшее количество аминокислот образуется в нем при температуре 40° С. Это обусловлено, по-видимому, действием протеолитических ферментов. Пептидаза имеет оптимум действия в щелочной среде. Приближение к этой среде, а также к температуре 40° С способствует действию этого фермента, что ведет к накоплению конечных продуктов распада белков. Во всех остальных случаях (pH ниже 6,0) накопление аминокислот происходит за счет протеиназы, для которой характерно действие в кислой среде (кислые протеиназы).
Температура 50° С является наиболее благоприятной (в пределах pH заторов) для накопления низкомолекулярных фракций распада белка; температура 60° С, наоборот, вызывает образование максимального количества высокомолекулярных фракций. Особенно важна температура 60° С для накопления белковых фракций, осаждаемых сернокислым магнием. При pH 5,5 разница в количествах стойко растворимого белка, образовавшегося при температурах 50 и 60° С, составляет 8,3%, количество же белка, осаждаемого сернокислым магнием, — 47%. Следовательно, перенос белковой выдержки с общепринятой температуры 50° С на 60° С сопровождается накоплением очень важных для создания иены и полноты вкуса и пиве белковых продуктов распада, причем важно поддерживать в сусле pH не выше 5,5, я еще лучше несколько ниже. Правда, такой прием влечет за собой некоторое понижение содержания аминокислот, зато количество продуктов распада, осаждаемых сернокислым магнием, несоизмеримо увеличивается: аминокислотная фракция понижается от 90 до 85 мг на 100 г солода, сульфат-магниевая фракция в то же время повышается от 33 до 62 мг, т, е. на 88%.
Даже температура 70° С но сравнению с температурой 50° С является более благоприятной для накопления продуктов распада, осаждаемых сернокислым магнием (рис. 23).

Концентрация затора при прочих равных условиях оказывает определенное влияние на накапливание в заторе продуктом распада белка. Как известно, при затирании густых заторов концентрация водородных ионов повышается (понижается pH), что обусловлено переходом в раствор веществ солода, обладающих кислой реакцией, и что благоприятствует каталитическому действию протеиназ. При затирании в течение 2 ч при температуре 60° С и соотношении солода к воде 1:2; 1:3,3 и 1:5,3 были получены соответственно величины стойко растворимого белка (в мг в пересчете на 100 г сухого солода): 286; 265 и 244. Кроме концентрации водородных ионов решающее значение в данном случае имеет уменьшение чувствительности ферментов к повышенной температуре в более густых заторах.
Продолжительность затирания оказывает значительное влияние на накопление продуктов распада белка. В табл. 61 показан распад белка при различной температуре и продолжительности затирания (по Кольбаху и Бузе).

Как видно из данных, приведенных в табл. 61, количество белковых продуктов распада с возрастанием продолжительности затирания увеличивается, причем низкомолекулярных продуктов образуется больше, чем высокомолекулярных. Интенсивность накопления аминокислот при температуре 56—66° С значительно выше, чем интенсивность нарастания количества продуктов распада, осаждаемых сернокислым магнием. Это позволяет использовать при разработке режимов затирания не только температуру, но и продолжительность выдержки затертой массы при установленной температуре.
В этом отношении представляют интерес кривые повышения содержания отдельных продуктов распада в зависимости от температуры к продолжительности процесса затирания (рис. 24).
К сказанному о превращении белковых веществ во время затирания следует добавить, что наряду с ферментативным превращением, несомненно, происходит коагуляция.

Коагуляция начинается уже при повышении температуры до 50—60° С и в первую очередь альбумина (эдестина), при дальнейшем повышении температуры происходит коагуляция глобулина. Как известно, изоэлектрическая точка альбумина лежит при pH 4,6, глобулина при pH 5—6. Таким образом, в заторе более благоприятные условия создаются для выделения (осаждения) глобулина.
Имеются наблюдения, что содержание коагулируемого азота в первом случае, полученном настойным методом затирания, составляет 12 мг/100 мл, а полученном трехотварочным методом — 4,6 и двухотварочным 8 мг/100 мл. Отварки повышают коагуляцию белков; с продолжительностью их этот процесс усиливается; если в начале отварки содержание коагулируемого азота было 9,6 мг/100 мл, то через 15 мин кипячения было обнаружено 7,6, а через 30 мин 6,5, т. е. выделение азота равнялось соответственно 2,0 и 3,1 мг/100 мл.
Сандегрен с соавторами, работая с шестирядным ячменем Стелла (обладающим высокой ферментативной активностью) и применяя семисуточное соложение и настойный метод затирання, установил, что азотистые вещества, переходящие в сусло, имеют состав, приведенный в табл. 62. Для сравнения в этой таблице параллельно приведены данные солода.

Во время затирания ферментативное действие усиливается, вследствие чего в сусле накапливается большое количество аминокислот. Примерно половина общего азота из сусла удаляется, В этом случае во время кипячения сусла с хмелем часть аминокислот, реагируя с сахарами сусла, используется на образование меланоидинов; в то же самое время часть аминокислот поставляется хмелем,
В данных, приведенных в табл. 62, имеется некоторая неточность, так как для определения аминокислотного состава белков и пептидов проводился гидролиз их соляной кислотой, а гидролизат после удаления подвергался хроматографированию. Во время гидролиза некоторые NН2-группы были отколоты (отделены) и определены как NН3-группы, что и внесло некоторую неточность.