Теория затирания (часть 1): расщепление крахмала и желаемый ph затора

2018-01-18

После выхода на нашем сайте двух статей посвященных затиранию: Теория и практика затирания и Справочник по температурным паузам,  у некоторых пивоваров появлялось еще больше вопросов, которые они оставляли в комментариях к статьям и писали мне на почту. Поэтому, для большего погружения в столь увлекательный биохимический процесс под названием затирание, я предлагаю для ознакомления свой перевод статьи The Theory of Mashing из сайта Braukaizer.com. Приятного чтения!

 

Затирание - это процесс, в котором измельченное зерно смешивается с водой. В результате активируются ферменты, которые уже присутствовали в зернах ячменя или были сформированы во время процесса солодоращения. Эти ферменты лучше всего работают в определенных диапазонах температуры и рН. Изменяя температуру затора, пивовар обладает контролем над активностью фермента. По сути, затирание должно рассматриваться как продолжение процесса солодоращения. В следующих разделах описаны ферменты, которые более или менее важны для процесса затирания.

 

Ферменты расщепления крахмала

Бета-амилаза, альфа-амилаза, предельная декстриназа

Разрез крахмального ядра под микроскопом:
 
Молекула амилозы:
 
Молекула амилопектина:
 
Активность бета-амилазы в зависимости от температуры затора:
 
Активность альфа-амилазы в зависимости от температуры затора:
 

Расщепление крахмала является наиболее важным аспектом затирания. В ячмене крахмал составляет 63-65% от сухого веса. Крахмал - полисахарид (очень длинные цепи глюкозы), который нерастворим в воде. Однако пивные дрожжи могут сбраживать только моносахариды (глюкоза, и т.д.), дисахариды (мальтоза, и т.д.) и трисахариды (мальтотриоза, и т.д.). Последний может быть полностью сброжен лагерными штаммами дрожжей (s. Uvarum).

Для того, чтобы этот крахмал превратился в водорастворимые сахара (ферментируемые и неферментируемые), необходимо выполнить два процесса. Сначала крахмал клейстеризуется, чтобы стать водорастворимым. Для крахмала, содержащемся в ячмене и солоде, это происходит при выше 60ºC. Другой крахмал (например, рисовый) клейстеризуется только выше 90ºC и требует кипячения, прежде чем он может быть превращен ферментами. Во-вторых, активность амилолетических ферментов, которые разрушают молекулы с длинными цепями крахмала в более короткие цепи.

Крахмал, содержащийся в солоде, состоит из амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой единственную цепь молекул глюкозы, которая находится между связями 1-го и 4-го  атома углерода (так называемая 1-4 связь). 17-24% крахмала ячменя - это амилоза [Нарциз, 2005], остальные 76-83% - амилопектин. Амилопектин имеет разветвленную структуру. Эти ветви образованы между 1-ой и 6-ой связью атома углерода из 2-х глюкозных колец (называемых 1-6 связь).

Бета-амилаза образует мальтозу, основной сахар в сусле, путем расщепления 2 молекул глюкозы из нередуцирующего конца глюкозной цепи. Поэтому она способна полностью расщепить амилозу. Но поскольку она не может пройти сквозь крахмальные ветви, амилопектин не может быть полностью разрушен бета-амилазой. Оптимальный диапазон pH для бета-амилазы 5,4 - 5,6 и оптимальный температурный диапазон 60ºC - 65ºC. Свыше 70ºC бета-амилаза быстро деактивируется [Нарцисс, 2005].

Альфа-амилаза способна разорвать 1-4 связь глюкозной цепи. Таким образом, она предоставляет дополнительные нередуцирующие концы для бета-амилазы. Это позволяет продолжить расщепление амилопектина. Оптимальный диапазон рН 5,6 - 5,8, а оптимальный температурный диапазон 72ºC - 75ºC. Выше 80ºC альфа-амилаза быстро деактивируется [Нарцисс, 2005]

Предельная декстриназа способна разорвать 1-6 связь, находящаяся в амилопектине. Таким образом, она способна уменьшить количество предельных декстринов (глюкозных цепей, содержащих 1-6 связь), которые были нетронуты альфа- и бета-амилазной активностью. Её оптимальный рН составляет 5,1, а оптимальный диапазон температур составляет 55ºC - 60ºC. Выше 65ºC этот фермент быстро деактивируется [Нарцисс, 2005]. Из-за оптимальной температуры, значительно ниже общепринятых температур осахаривания при температурах однопаузного осахаривания, этот фермент играет только незначительную роль в большинстве графиках затирания. Длительные паузы в нижнем и верхнем пределах (выше 50-х ºC) приведут к более высокой сбраживаемости сусла.

Во время затирания превращение крахмала в ферментируемые и неферментируемые сахара в основном осуществляется благодаря активности бета и альфа-амилазы.

  • После завершения затирания необходимо проверить затор и полученное сусло на реакцию с йодом (т.е. завершилось ли расщепление). Это относится к линейным декстринам короче 9 молекул глюкозы и к разветвленным декстринам меньше 60 молекул глюкозы.
  • Сбраживаемость должна соответствовать желаемому стилю пива [Нарцисс, 2005].

Если выбран однопаузный осахаривающий температурный режим для расщепления крахмала, он должен обеспечивать достаточную активность бета и альфа-амилазы. Это дается при температурах между 60ºC и 70ºС, но обычно используются температуры между 65ºC и 69ºC. Чем выше температура, тем ниже будет предел аттенюации (сбраживаемости) полученного сусла. Ниже приведена таблица, в которой показано соотношение между температурой и сбраживаемостью [Нарцисс, 2005]:

Температура 140ºF (60ºC) 149ºF (65ºC) 160ºF (70ºC) 167ºF (75ºC)
Видимая степень сбраживания 87,5% 86,5% 76,8% 54,0%

Паузы выдержались до самого завершения расщепления. Следует также отметить, что точная сбраживаемость будет зависеть не только от температуры. Сбраживаемость в основном определяется временем активности бета-амилазы. Чем выше температура, тем быстрее бета-амилаза деактивируется. Это приводит к меньшему производству мальтозы.

В то время как температура оказывает наибольшее влияние, следующие факторы также влияют на достигнутую сбраживаемость:

  • pH - определенный рН будет благоприятствовать одному ферменту по отношению к другим
  • время - более длинное затирание даст ферментам больше времени для расщепления крахмала и декстринов
  • вода/зерно соотношение - с современными хорошо модифицированными солодами густота затора мало влияет на сбраживаемость полученного сусла [Нарцисс, 2005]
  • дробление - более тонкое дробление делает крахмал более доступным, тем самым давая бета-амилазе больше времени для работы над её расщеплением до ее деактивации. Результатом является повышение сбраживаемости
  • график затирания - выбранный график затирания очень важен. Затирание при температурах значительно ниже оптимального для бета- и альфа-амилазы позволяет крахмалу гидратироваться до активации амилолитических ферментов. Опять же, это дает бета-амилазе больше времени для работы по расщеплению крахмала, тем самым увеличивая сбраживаемость. Отварочное затирание делает то же самое, даже лучше. Кипячение затора клейстеризует крахмал и делает его более доступным. Это важно для бета-амилазы, потому как при оптимальной температуре ячменный крахмал только начинает клейстеризоваться. Несмотря на то, что этот эффект увеличивает сбраживаемость, инактивация ферментов во время затирания уменьшает количество доступных ферментов.
  • ферментная сила затора - многое зависит и от зерна. Если используются большое количество сильно обжаренных базовых солодов (например, Мюнхенский) или большое количество добавок (которые являются несоложенными зерном, содержащие незначительное количество ферментов), то затор будет иметь более низкую ферментную прочность. Это означает, что образуется меньше мальтозы и пострадает сбраживаемость. Этому необходимо противопоставить паузу с более низкой температурой и/или более интенсивный график затирания.

Немецкие пивовары обычно применяют многоступенчатое осахаривание для достижения лучшей сбраживаемости. Как отмечалось выше, клейстеризация крахмала ячменя происходит между 60ºC-65ºC [Палмер, 2006]. Это означает, что при оптимальной температуре для бета-амилазы не весь крахмал может быть клейстеризован и доступен для ферментов. При многоступенчатом осахаривание будет использоваться первая пауза между 60ºC - 65ºC, что дает бета-амилазе достаточно времени для производства мальтозы из доступного крахмала. Из-за предельной декстриназы и уже существующей активности альфа-амилазы, 1-6 связи амилопектина не принимают конечный вид для бета-амилазы. Эта пауза обычно известна, как мальтозная. Чем ниже температура этой паузы, тем дольше бета-амилаза будет продолжать, тем больше образуется мальтозы, что увеличит сбраживаемость. Так как затор, в основном, не полностью расщепляется после 30-60 мин. мальтозной паузы, применяется вторая расщепляющая пауза, называемая осахариванием или декстриновой паузой. Эта пауза выдерживается между 70ºC -  72ºC, которая значительно выше температуры клейстеризации ячменного крахмала и в оптимальном температурном диапазоне для альфа-амилазы, которая быстро преобразует оставшийся крахмал. Другим преимуществом этой паузы является образование улучшающих пену гликопротеинов [Фикс, 1999] [Нарцисс, 2005]

Если требуется еще лучшая сбраживаемость, возможны множественные паузы в диапазоне температур для бета и альфа-амилазы. Такой график затирания используется Anheuser Bush во время варки Bud Light без использования дополнительных ферментов в затор. Чтобы оставить как можно меньше декстринов, их «пауза» осахаривания занимает 2 часа, за это время они медленно нагревают затор с  60ºC до 70ºC. Такой график затирания можно использовать домашними пивоварами, чтобы сварить высоко сбраживаемые стили пива, такие как бельгийские сэйзоны.

 

Необходимые значения pH

Если необходимые температуры для осахаривания хорошо понятны, то значения рН затора не так согласованы между разными авторами. Это скорее всего связанно с тем, что ферменты работают достаточно хорошо в довольно широком диапазоне рН, и что влияние рН затора на пиво не так драматично, как влияние температуры осахаривания (особенно для  одноступенчатого осахаривания). Но pH затора влияет не только на ферментативную активность, но также и на рН сусла при кипячение, который в свою влияет на экстракцию и качество хмелевой горечи, а также на pH охлажденного сусла, влияющего на характеристики брожения.

Дж. Палмер рекомендует диапазон рН затора 5,4 - 5,8 (все значения рН измеряются при 25 ° C) [Палмер, 2006]. Нунан рекомендует диапазон от 5.2 до 5.5 (температура не указана) [Нунан, 1996]. Нарцисс, однако, не столь явен в значение рН затора. Он склоняется к нормальному рН сусла от 5,4 до 5,6 (это относится к рН полного набора в котле) и также упоминает рН затора 5,5-5,6 в связи с положительной пеностойкостью при 70 ° C [Нарцисс, 2005]. Значение рН ниже, чем это указано, полезно для приготовления более мягкого и легкого пива. Из этого делаем вывод, что немецкие пивовары нацелены на их рН затора между 5.4 и 5.7. Верхний диапазон связан с различными данными, в которых указаны значения рН сусла (которые обычно находятся в диапазоне рН затора) до 5.8 [Херманн, 2005], [Кальтнер, 2000].

В своей книге "Пивоваренная наука и практика" Бриггс заявляет, что разница в рН охлажденного сусла при комнатной температуре по сравнению с рН того же самого сусла при температурах осахаривания составляет свыше 0,35 [Бриггс, 2004]. Это объясняет некоторые из различий в величине рН затора в литературе (домашнего пивоварения). Он сообщает, что оптимальный рН для сбраживаемого сусла составляет от 5,1 до 5,3 измеренных при температурах затирания (65 ° C ) и 5,4-5,7 при комнатной температуре (25 ° C).

Достаточно широкий диапазон предлагаемых значений рН затора показывает, что нет ни одного оптимального рН, но что желаемый рН зависит от необходимых конкретных качеств (цвет, уровень горечи, качество горечи, коагуляция белка, pH пива ...) и что он предоставляет еще один параметр, который следует изучить при совершенствовании конкретного рецепта.

Если вы еще не хотите исследовать влияние рН затора на вкус пива, я рекомендую установить рН затора от 5,4 до 5,6 измеряя показания при комнатной температуре (25 ° C). Также важно отметить, что автоматическая температурная коррекция (АТР) рН-метров не будет компенсировать изменение рН затора в зависимости от температуры (т.е. фактический рН будет ниже на 0,35 единицы при температуре горячего затора). Он не может учитывать изменение рН в зависимости от температуры, поскольку он зависит от измеряемого субстрата.

Читайте продолжение перевода:

Часть 2: Расщепления белка и другие ферменты затора

Статья была создана , последние изменения произведены 2021-01-21
Опубликовал(а):
Источник: The Theory of Mashing

Читайте также: Поделиться/оценить Метки/теги:
Комментариев - 31
4
1. volodya771 2018-01-22, 12:56
Админ, большое спасибо за статью. Для себя давно уже отметил соотношение рН затора и качество и уровень горечи пива.
1
2. Админ 2018-01-22, 16:29
Всегда, пожалуйста!
1
3. lunin 2018-01-23, 10:10
Cпасибо за работу!
0
4. Serg341 2019-01-10, 13:42
Отличная статья!
0
5. Guevara 2019-07-26, 22:07
Научно и очень популярно изложены две части. Всё остальное отработается на практике! 5+!
0
6. Kursantdrey 2019-09-30, 23:02
Проверил ph воды из крана лакмусовой полоской... Около 8 %)
0
7. Санкционный_хмель Модератор  2019-10-01, 00:20
Всё верно, немного щелочная. А представьте, что было бы с трубами, будь она чуть ниже 7. ))
0
8. Kursantdrey 2019-10-01, 08:29
Я правильно понимаю, что мерить нужно ph после внесения солода в затор?
0
9. Graywise 2019-10-01, 09:28
Да, минут через 15 после того как.
0
10. dooh321 2020-04-21, 21:38
Коллеги, подскажите что делать с такой проблемой. pH воды после обратного осмоса 5.5-5.6, после добавления солей и солода получается 5.2, и это еще без спецсолодов. Как попасть в оптимальный диапазон 5.4-5.6?
-1
11. Санкционный_хмель Модератор  2020-04-22, 00:47
Как может после осмоса быть 5,6? При новой мембране ровно 7,0 (нейтральная обессоленная вода), при изношенной мембране лезут карбонаты, поднимающие до 7,2-7,3. Если в нейтральную воду засыпать светлый солод, рН через 10-15 минут опустится до 6,2-6,0. Спецсолода помогут еще на 0,2 снизить. Дальше только подкислением можно достичь 5,5-5,6. Я подкисляю молочной кислотой. Соляной профиль формируйте уже после затирания, когда перельете в варочник. Но все равно с контролем рН, чтоб во время кипения он не поднимался выше 6,0.
0
12. dooh321 2020-04-22, 06:10
Это в теории. А на практике набираю осмотическую воду за день до варки. Пишут, что из за растворения со2 она как раз становится 5.5-5.6. Мерил двумя рН метрами.
0
13. dooh321 2020-04-22, 06:12
До этого практиковал смешивать покупную воду и осмотическую для приблизительного попадания в профиль. Получался рН в районе 6, даже подкислял молочной кислотой немного.
0
14. dooh321 2020-04-22, 10:36
И объясните, пожалуйста, почему соли нужно добавлять после затирания? Я промываю осмотической водой, соли сыплю в котел до затирания.
1
15. Санкционный_хмель Модератор  2020-04-22, 10:51
Абсолютно чистая вода мгновенно потянет СО2 из атмосферы, согласен. Но из осмоса выходит чистая вода с небольшим солевым буфером. Он как раз и не дает мгновенно поглощать углекислый газ. Да и вопрос по измерению. Вы рН метры калибруете дистиллированной водой? Но она ведь тоже тянет СО2 с атмосфери и посильнее, чем осмосовая, так как у нее нет солевого буфера.
А по формированию профиля после затирания - это я так делаю. Можете делать до. Если профиль будет британский с карбонатами (с высоким рН), то подкислив его до приемлемого для амилаз, я отправлю карбонаты в осадок и выброс СО2 в атмосферу (шипящая пена на поверхности). Тут уж выбирайте сами. Для чехов, немцев, бельгийцев с минимумом карбонатов можно как до, так и после затирания. Профиль от подкисления особо не меняется.
И насчет промывки: промывать нужно тоже подкисленной водой, чтоб дробину "выщелочить".
Варю практически всегда на расчетную партию 19-21 л, так вот в затор добавляю 7-10 мл молочной (зависит от средней цветности солода) и 2 мл в промывочную. рН метром очень редко пользуюсь. Уже просто до автоматизма отработано. Сусло отфильтрованное всегда в районе рН 5,2-5,5.
0
16. dooh321 2020-04-22, 16:14
Для калибровки использую осмотическую воду и контрольные пакетики с Алиэкспресс. Походу непонятно что измеряю.
1
17. Санкционный_хмель Модератор  2020-04-22, 16:32
О, ну пакетики да, вариант, там солями стабилизируется рН и в таком плотном буфере СО2 растворение ничтожно мало.
Вы для себя на определенные объемы варки выработайте систему и дальше уже можете не пользоваться рН-метром. Ну разве только иногда, когда новые ингредиенты используете. Я так же делал по мембране три анализа воды, теперь знаю ее реальный ресурс и могу прогнозировать проседание солей выдаваемого профиля по мере ее выработки (в начале эксплуатации, после 500 л, после 1000 л.).
0
18. dooh321 2020-04-22, 16:37
Остаточный ресурс мембраны определяю по электропроводности, это не проблема. Спасибо за советы. Подскажите ещё оптимальный диапазон рН указан для температуры затирания или для 25гр?
0
19. Санкционный_хмель Модератор  2020-04-22, 16:43
TDS-метр показывает рост суммы солей. А я анализировал в разрезе каждой. И имея на руках три отчета, скажу так, что прямой зависимости нет. Например сульфаты остались на том же уровне, карбонаты незначительно подросли, хлориды немного больше. TDS-метр ориентирует самих сервисников по фильтрам, а нас, как пивоваров, должен волновать именно профиль воды. Мне каждый анализ обошелся по 800 р., но расходы эти вполне оправданы и дают уверенность.
По температуре: мой рН-метр имеет компенсацию температуры, но его перепроверял и в охлажденном сусле. Ошибка измерений была в пределах 0,1, это скорее даже в присутствии остатков сусла в измерительной сфере. Заморачиваться с проведением трех измерений и вычислением среднего я не извращался. ))))
0
20. dooh321 2020-04-22, 16:54
Там температура 50гр максимум указана с точки зрения порчи самого зонда, а не компенсации показаний. До конца не разобрался, но похоже это ATC на фуфлометство. Специалисты пишут, что для разных температур рН может сильно отличаться.
А итог по мембране какой? Ее истощение зависит от содержания какой-то конкретной соли? Или достаточно будет показаний tds? Три по 800 это две новых мембраны) О каком профиле после мембраны идёт речь? Копейки?
1
21. Санкционный_хмель Модератор  2020-04-22, 16:58
Я литовскими мембранами пользуюсь, у нас они по полторы тысячи. Производитель уверяет, что ресурс до 5000 л, но это как для питьевой. Мне же главное, чтоб профиль сильно не вылетал по конкретным солям. Для пива ресурс будет пониже. Ну разве под конец физического ресурса только бертоновские эли варить. )))
Ну а рН-метр не дешевый - за 3,5 тыс. У него компенсатор до 80о.
0
22. Балдёжник 2020-05-23, 05:40
Хорошая статья
0
23. kooper14 2022-02-17, 20:45
Может подскажет кто нибудь? Иногда пиво получается сладковатым. Я полагаю из-за незбраживаемых сахаров. Последнее варил только из пилза и вены и всё равно получилось сладковатое. Паузы 62/72/78 мэш.
0
24. Санкционный_хмель Модератор  2022-02-17, 23:53
А конечная плотность какая?
0
26. kooper14 2022-02-18, 15:54
НП-15, КП-3
0
28. Санкционный_хмель Модератор  2022-02-18, 20:31
Аттенюация 80%, остаточных сахаров минимум, они уже сладость в таком количестве не дадут. Странно. А дрожжи случаем не аббатские?
0
29. kooper14 2022-02-18, 23:35
Сафэль 05
0
30. kooper14 2022-02-19, 07:41
Я вот и думаю, что паузу 72, по незнанки материала, сделал большую, чем высвободил много не сбраживаемых сахаров. Собственно и полез читать в эту тему, что за что отвечает.
0
31. Санкционный_хмель Модератор  2022-02-19, 09:43
Декстрины на самом деле не сладкие, они дают ощущение сытности и густоту. Сладость дает не сброженная мальтоза.  Может это последствия короны? Я о ваших вкусовых рецепторах.
0
25. Kursantdrey 2022-02-18, 06:55
Ну венский как помне сам по себе сладковатый ;)
0
27. kooper14 2022-02-18, 15:55
Думаю но не до такой степени, что можно с квасом спутать crazy
Оставить комментарий
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]