Введение
Свежесть пива — это атрибут качества, который очень волнует потребителей и является ключевым показателем для крупных пивоваренных заводов. Поскольку в китайском пивоварении широко используется Благодаря высокогравитационной и высокоадъюнктной технологии тело пива становится все более легким и освежающим, что ослабляет маскирующий эффект на стареющие ароматы и делает свежесть более заметной.
Систематические исследования старения пива можно отнести к 1960-м годам. В настоящее время признанные механизмы старения в основном включают:
- Окисление липидов
- Разложение аминокислот
- Окисление высших спиртов
- Реакция Майяра
- Эстерификация и лактонизация
Как правило, стареющие вещества существуют ниже порога восприятия, но совместное действие нескольких соединений может привести к восприятию стареющего вкуса.
В данном исследовании обнаруживаемые стареющие вещества определяются как индикаторы старения, изменение концентрации которых коррелирует с интенсивностью аромата старения и может указывать на степень старения пива. В соответствии с механизмами старения и индикаторной ролью, эти соединения можно разделить на:
- Индикаторы кислородной нагрузки
- Индикаторы тепловой нагрузки
- Показатели окисления липидов
Они используются для оценки воздействия кислорода, теплового стресса и свежести сырья во время пивоварения.
Предыдущие исследования в основном были посвящены:
- Методы обнаружения стареющих соединений
- Изменения во время хранения готового пива
Исследования изменений во время самого процесса пивоварения остаются ограниченными. С углублением исследований перенос исследования на более ранние этапы процесса пивоварения стал основным направлением в исследованиях контроля свежести во всем мире. Тем не менее, большинство исследований основано на светлом пиве, а исследований светлого пива, сваренного с использованием домашних дрожжей, по-прежнему не хватает.
Поэтому в данной работе были выбраны 18 репрезентативных соединений старения с различными индикаторными функциями стали объектами исследования. На основе установленных методов обнаружения были изучены тенденции их изменения в процессе пивоварения.
Материалы и методы
1. Материалы и инструменты
Анализируемые соединения, связанные со старением, включают:
- Альдегиды: 2-метилпропаналь, 2-метилбутаналь, 3-метилбутаналь, пентаналь, гексаналь, фурфурол, метиональ, фенилацетальдегид, транс-2-ноненаль
- Другие индикаторы старения: фурфуриловый этиловый эфир, ацетилфуран, метилфурфурол, бензальдегид, этил никотинат, фенетилацетат, фенетилацетат (дубликат OCR), γ-ноналактон, β-дамасценон
Реактивы и оборудование включены:
- Этанол (хроматографический сорт, Merck, Германия)
- Система ультрачистой воды (Millipore, Германия)
- Автоматический пробоотборник для твердофазной микроэкстракции (CTC, Швейцария)
- Волокна SPME (Supelco, США)
- Система ГХ-МС (PerkinElmer, США)
- Капиллярная колонка DB-5MS (Agilent, США)
2. Методы определения
2.1 Обнаружение стареющих альдегидов
Точки отбора проб во время варки:
- Холодное сусло
- Полный бак после засева дрожжей
- Основная ферментация
- Постферментация
- Холодное хранение
- Готовое пиво
Для обнаружения использовалась дериватизация на волокнах SPME-GC-MS.
Ключевые условия:
- Газ-носитель гелий
- Бесщелевой впрыск
- Запрограммированное повышение температуры
- Электронная ионизация (70 эВ)
- Полноскановый качественный анализ + выборочный ионный количественный анализ
- Калибровка внешнего стандарта с помощью пивной матрицы
2.2 Интегрированное обнаружение неальдегидных индикаторов старения
В состав входят:
- Фурфуриловый этиловый эфир
- Ацетилфуран
- Метилфурфурол
- Бензальдегид
- Этил никотинат
- Фенетилацетат
- γ-Ноналактон
- β-Дамасенон
Они представляют собой различные пути реакции старения. Для обнаружения также использовались SPME-GC-MS экстракция головного пространства, с аналогичными хроматографическими и масс-спектрометрическими условиями. При количественном определении применялась калибровка по внешнему стандарту с использованием специфических ионов соединений.
2 Результаты и анализ
2.1 Тенденция изменения старения альдегидов в процессе пивоварения
Проследив за процессом промышленного пивоварения, можно определить содержание стареющих альдегидов в:
- холодное сусло
- Полный бак после засева дрожжей
- основная ферментация
- постферментация
- Холодное хранение
- готовое пиво
были проанализированы.
Условия варки были следующими:
- Плотность сусла: 13 °P
- Норма внесения дрожжей: 1,0 × 10⁷ клеток/мл
- Основная ферментация: 10 дней
- Постферментация: 12 дней
- Холодное хранение: 13 дней
- Готовое пиво, полученное после разбавления выдержанного в холоде пива до 8 °P
Сравнение альдегидов между холодным суслом и образцами из полного бака показано на рисунке Рисунок 1, в то время как изменения во время ферментации показаны на рисунке Рисунок 2. График на странице 3 иллюстрирует, что уровень альдегидов резко падает сразу после засева дрожжей и остается на очень низком уровне на протяжении всей ферментации.
в холодном сусле и образце с полным резервуаром
Альдегиды являются продуктами распада аминокислот и обычно рассматриваются как индикаторы кислородной нагрузки во время хранения. Они могут образовываться во время:
- обжиг солода
- затирание
- кипячение сусла
- стерилизация
- хранение
Они также могут образовываться в готовом пиве в результате окисления высших спиртов.
По сравнению с суслом, все альдегиды снизились до крайне низких уровней при этап полного бака. Например:
- 2-метилпропаналь
- 2-метилбутаналь
- 3-метилбутаналь
- метиональный
- фенилацетальдегид
все заметно снизились после внесения дрожжей.
Ненасыщенные альдегиды, такие как:
- транс-2-ноненал
- гексанал
- пентанал
происходят от Расщепление ненасыщенных жирных кислот и обычно используются в качестве индикаторы свежести сырья. Эти соединения могут увеличиваться во время хранения пива из-за ферментативного и неферментативного окисления липидов.
Фурфурол, образующийся в результате реакции между аминокислотами и восстанавливающими сахарами при высокой температуре, обычно представляет собой индикатор тепловой нагрузки во время варки. Его содержание значительно уменьшилось от холодного сусла до стадии полного бака, и общее количество альдегидов также резко снизилось.
Резкое снижение содержания альдегидов после засева дрожжей в основном связано с дрожжи восстанавливают альдегиды до соответствующих спиртов во время ранней ферментации. На всех остальных этапах ферментации уровень альдегидов оставался низким, и лишь незначительное его повышение было вызвано упаковкой и стерилизацией перед окончательным формированием пива.
Поэтому жизнеспособность дрожжей и характеристики штаммов играют решающую роль в уровне альдегидов и общей свежести пива. Помимо способности к восстановлению, дрожжи также способствуют образованию эндогенных антиоксидантов, таких как:
- диоксид серы
- глутатион
- тиоловые белки
и может поглощать ионы прооксидантных металлов, таких как железо и медь.
2.2 Тенденция изменения показателей старения, выявленных с помощью комплексного метода
Изменение показателей неальдегидного старения во время одного и того же процесса пивоварения показано на рисунке Рисунок 3 на странице 3, на котором представлены кривые концентрации на разных стадиях ферментации. Диаграмма показывает, что некоторые показатели старения, связанные со вкусом, заметно увеличиваются во время ферментации.
Изменение облаков при централизованном методе обнаружения
в процессе ферментации
Фенетилацетат резко возрастал во время ферментации из-за растущего уровня:
- уксусная кислота
- фенетиловый спирт
Его фруктовый аромат представляет собой положительный аромат свежести в пиве. Достигнув пика в холодильной камере, он немного снизился в готовом пиве.
γ-Ноналактон, лактонное соединение с ароматом, напоминающим кокосовый орех, также значительно увеличивается во время ферментации в результате метаболизма жирных кислот дрожжей. Хотя сам по себе он не неприятен, его сладость может снизить восприятие свежести и, таким образом, служит индикатором старения. Синергетический эффект между γ-ноналактоном и транс-2-ноненалем может усиливать аромат старения.
β-Дамасценон, карбонильное соединение, получаемое из каротиноидов и обладающее фруктовым ароматом, немного увеличивается во время ферментации и, как известно, еще больше увеличивается во время хранения пива.
Бензальдегид и метилфурфурол первоначально уменьшились из-за сокращения количества дрожжей, но снова увеличились во время высокотемпературной стерилизации в упаковке.
Другие соединения — в том числе:
- фурфуриловый этиловый эфир
- ацетилфуран
- Эфиры фенетилацетата (след)
показали лишь незначительные колебания без четких тенденций. Этил никотинат немного увеличился. Дрожжи не могут метаболизировать фурфуриловый этиловый эфир; поэтому добавление дрожжей может уменьшить привкус старения, напоминающий картон, но не может устранить нотки растворителя, присущие этому соединению.
Ацетилфуран, продукт реакции Майяра, обычно увеличивается во время хранения и отражает тепловую нагрузку, хотя изменение его концентрации во время варки не очевидно.
Дальнейшие изменения соединений, связанных со старением, во время ферментации
Во время ферментации, β-дамасценон показал небольшой рост, увеличиваясь от более низкой начальной концентрации до более высокого уровня в готовом пиве. Это соединение относится к карбонильным соединениям, получаемым из каротиноидов, и обладает фруктовым ароматом; известно, что его содержание еще больше увеличивается во время хранения пива.
Бензальдегид и метилфурфурол также являются альдегидными соединениями. Как и другие альдегиды, их концентрация снижалась на ранней стадии ферментации из-за уменьшения количества дрожжей. Однако на этапе упаковки готового пива высокотемпературная стерилизация вызвала значительный рост метилфурфурола.
Фурфуриловый этиловый эфир, ацетилфуран, и Эфиры фенетилацетата показали лишь незначительные колебания во время ферментации, без четкой тенденции к изменению. Этил никотинат показал незначительное увеличение. Фурфуриловый этиловый эфир сам по себе обладает запахом, похожим на растворитель, и эксперименты подтвердили, что дрожжи не обладают способностью к трансформации этого соединения. Поэтому, хотя добавление дрожжей может значительно улучшить ароматы, напоминающие картонное старение (например, транс-2-ноненаля), оно не может устранить ноту, напоминающую растворитель, вызванную фурфуриловым этиловым эфиром.
Этил никотинат и этилацетат относятся к этиловым эфирам. Их концентрация относительно низка во время ферментации, но может значительно увеличиться во время хранения из-за присутствия большого количества этанола. Ацетилфуран, продукт реакции Майяра, постепенно увеличивается во время хранения пива и напрямую связан с тепловой нагрузкой; однако из-за его низкой концентрации тенденция его изменения во время варки неочевидна.
Общая интерпретация влияния ферментации на показатели старения
В целом, процесс брожения пива характеризуется:
- Обширная дрожжевая редукция альдегидов, и
- Одновременное образование вкусоароматических индикаторов старения, таких как
- фенетилацетат
- β-дамасценон
- γ-ноналактон
Способность дрожжей восстанавливать альдегиды зависит от Характеристики деформации. При фиксированных промышленных деформациях, Жизнеспособность и физиологическое состояние дрожжей напрямую определяют:
- способность к восстановлению альдегидов
- окислительно-восстановительный потенциал готового пива
При контроле свежести пива, помимо снижения:
- кислородная нагрузка
- тепловая нагрузка
- содержание ионов переходных металлов
управление дрожжами является еще одним ключевым регулирующим фактором. Любая операция, влияющая на жизнеспособность дрожжей, будет оказывать влияние:
- способность к восстановлению альдегидов
- выработка эндогенных антиоксидантов
- Образование спирто-эфирных ароматических соединений
Неправильное управление дрожжами может даже привести к автолизу дрожжей, высвобождая их:
- Ионы железа и меди (прооксидантные факторы)
- жирные кислоты (предшественники старения)
которые ускоряют старение пива.
Заключение
В данном исследовании использовался метод ГХ-МС, разработанный в нашей лаборатории, для отслеживания изменений 18 соединений, связанных со старением, в процессе промышленного пивоварения и выяснения тенденций их изменения в ходе процесса.
Результаты показали, что:
- Дрожжи демонстрируют сильную восстановительную способность
- Содержание альдегидов в сусле значительно снижается на ранней стадии ферментации
- Их уровень остается практически неизменным во время последующей ферментации
- Жизнеспособность дрожжевого штамма оказывает решающее влияние на распределение альдегидов в готовом пиве
- Фенетилацетат, представитель ароматизаторов свежести,
- Производится в больших количествах во время ферментации
- γ-Ноналактон и β-дамасценон,
- Как продукты метаболизма дрожжей, значительно увеличиваются во время ферментации
- Другие обнаруженные соединения, такие как фурфуриловый этиловый эфир
- Нет четкой картины вариаций
В целом, данное исследование выявляет критическое влияние дрожжей на показатели старения пива и разъясняет важность усиления контроля за дрожжами, тем самым оказывая серьезную поддержку контролю свежести в промышленном производстве пива.
Ссылки
Yin, H., Tian, Y., Hao, J., & Dong, J. (2013). Изменения 18 индикаторных соединений старения во время ферментации пива. Beer Science and Technology, 34(1), xx-xx.
- Алекс Чен
«Ведущий инженер-технолог пивоваренного производства в компании Micetcraft».
Моя миссия проста: дать пивоварам инструменты и знания, необходимые для воплощения их замысла в исключительное пиво. Каждая деталь нашего оборудования разработана с учетом успеха пивовара. Ведь когда Вы процветаете, процветает все ремесленное сообщество».
[1] Вандерхаеген, Б., Невен, Х., Верахтерт, Х. Химия выдержки пива — критический обзор[J]. Пищевая химия, 2006, 95(3): 357-381.
[2] Трост, Б. В., Ванденберг, Р., Фрайтерс, Ф. Дж. М. Стабильность вкуса[J]. Heineken Technical Beer, 1990, 48(4): 124-131.
[3] Хашимото, Н., Токо, Й., Такэ, И., и др. Механизм образования альдегидов Стрекера во время выдержки пива[J]. Труды Европейского конгресса по пивоварению, 2007: 79.
[4] Анадон, Г., Хельге, Ф., Георг, С. Замедление старения пива с помощью мониторинга аминокислот и альдегидов Штрекера в процессе варки[J]. Journal of Food Science, 2006, 43: 263-268.
[5] Маркус, Х., Кольшубер, Б., Вурцбакер, М. Новая валидация соответствующих веществ для оценки выдержки пива в зависимости от используемой системы кипячения[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2012, 116(1): 41-48.
[6] Сузуки, М., Ваникава, А., Коно, К. Факторы, влияющие на образование γ-ноналактона, и его вклад во вкус и аромат стареющего пива[J]. Журнал Института пивоварения, 2006, 29: 139.
[7] Jiang, L., Li, F., Zhou, Y., et al. Определение альдегидов в пиве методом SPME-GC-MS[J]. Journal of Food Science, 2006, 26(10): 153-158.
[8] Инь, Х., Тянь, Й., Хао, Ж. и др. Исследование изменений 18 индикаторных соединений старения во время ферментации пива[J]. Пищевая и ферментационная промышленность, 2009, 12: 29-35.
[9] Вандерхаеген, Б., Невен, Х., Верахтерт, Х., и др. Влияние процесса пивоварения на образование фурфурилового этилового эфира во время выдержки пива[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(4): 6755-6764.
[10] Фредерсксен, А.М., Петерсен, Р.М., Андерсен, М.Л. Окислительные реакции на ранних стадиях варки пива, изученные с помощью электронного спинового резонанса и спиновых ловушек[J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2008, 56: 8514-8520.
[11] Веселый, П., Луск, Л., Басарова, Г., и др. Анализ альдегидов в пиве с помощью твердофазной микроэкстракции с дериватизацией на волокнах и газовой хроматографии/масс-спектрометрии[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003(51): 6941-6944.
[12] Сайсон, Д., Шуттер, Д. П., Дельво, Ф. Оптимизация полного метода анализа летучих соединений в пиве методом SPME в сочетании с газовой хроматографией и масс-спектрометрией[J]. Journal of Chromatography A, 2008(1190): 342-349.
[13] Дебур, А., Лоран, М., Гуссенс, Е., и др. Потенциал восстановления альдегидов сусла в системах свободных и иммобилизованных дрожжей[J]. Журнал Американского общества химиков-пивоваров, 1994, 52(3): 100-106.
[14] Сайсон, Д., Девид, П., Шуттер, Д., и др. Уменьшение аромата выдержанного пива за счет восстановительной активности пивоваренных дрожжей[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56: 3107-3115.
[15] Дельво, Ф., Дельво, Ф. Обзор окисления метаболитов в пиве — обзор[J]. Пищевые добавки и загрязнители, 2008, 25(6): 693-703.
[16] Шевенс, Ф. Ф. В., Делерис, Ф., Дюпон, Ж., и др. Исследование образования фурфурилового этилового эфира в свежем и выдержанном коммерческом пиве[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002(50): 3818-3821.
[17] Вандерхэген, Б., Невен, Х., Дерделинккс, Г., и др. Фурфуриловый этиловый эфир: важный аромат старения и новый маркер условий хранения пива[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004(52): 1661-1668.
[18] Сайсон, Д., Дэвид, П., Шуттер, Д., и др. Улучшение стабильности вкуса путем выдержки пива в присутствии дрожжей[J]. Журнал Американского общества химиков-пивоваров, 2011, 69(1): 50-56.