Добро пожаловать, Гость! Беер.рф ЗарегистрироватьсяВойти
Menu
Беер.рф
Вступайте в наши соц. группы , чтобы всегда быть в курсе новых событий на сайте

18-02-2020 в 12:02

Диметилсульфид (ДМС) в пивоварении

Просмотров 2628, оценка 5.0 из 1, обсуждений 4 | оценить и обсудить

От переводчика: Статья содержит довольно большое количество теоретических выкладок по химии и физике образования ДМС в пиве. Я удалил из текста все отсылки на источники информации, однако кому будет интересно, могут ознакомиться с ними в оригинальной статье.

Диметилсульфид (ДМС) является самым простым типом тиоэфиров, которые являются серосодержащими маслами и обычно считаются неприемлимыми в пиве. Вкус и аромат ДМС характеризуются как аромат вареной кукурузы, томатного соуса, сельдерея или квашеной капусты. В пиве его иногда путают с метилтиоцетатом, этантиолом и диметилтрисульфидом. ДМС в пиве происходит из прекурсоров содержащихся в солоде, S-метилметионина (СММ) и диметилсульфоксида (ДМСО), и в меньшей степени может вырабатываться во время ферментации некоторыми микробами. Небольшое количество ДМС также было обнаружено в хмеле, которое испаряется во время кипения. Порог вкусовой чувствительности ДМС составляет 30-50 мкг/литр. Уровни слегка выше порогового уровня между 30-100 мкг/литр считаются приемлемыми и даже полезными для некоторых лагеров в Соединенном Королевстве (но не в Германии) и, возможно, для некоторых традиционных фермерских элей, которые не кипятятся в процессе приготовления. Однако уровень выше 100 мкг/литр обычно считается неприемлемым для любого пива. У элей уровень ДМС обычно ниже порога чувствительности. Основа понимания ДМС и его появления в пиве была раскрыта в конце 70-х и начале 80-х годов. ДМС является распространенным соединением, встречающимся в природе, в том числе имеющим значение в круговороте серы в экосистемах, включающих водоросли и микробы, помогающие навигации морских птиц, и содержится во многих продуктах, таких как кукуруза, капуста, петрушка, спаржа, картофель, говядина, сыр камамбер, рыба (карп), чай, какао, молоко, вино, ром, свекла, черные трюфели и морепродукты. ДМС можно спутать с соединением на основе солода под названием 2-ацетилпиридин (2AP), которое образуется во время реакций Майяра и описывается как вкус, подобный «кукурузной лепешке»; 2АР также путали с тетрагидропиридинами.

 

Образование из солода

В то время как соложеный ячмень содержит небольшие, но значительные количества ДМС (более 10 частей на миллион), основным источником ДМС являются прекурсоры S-метилметионин (СММ) и диметилсульфоксид (ДМСО), которые присутствуют в ячменном солоде. Перечисленные в листе анализа солода, они обычно указываются как объединенное значение «ДМС-P» или «ДМСP». Это значение должно быть между 5-15 ppm для солодов Pilsner и меньше для полностью модифицированных солодов. ДМСP редко включается в современные таблицы анализа солода потому, что он рассматривается как гораздо менее важный, нежели сам процесс пивоварения.

 

Прекурсор СММ

Основным источником ДМС в пиве (а также в вареных овощах) является разложение СММ в ДМС. Это разложение происходит при нагреве сусла выше 80°C. Уровни СММ в сыром ячмене изначально низкие, однако в процессе соложения прекурсор СММ образуется в солоде. Многие факторы влияют на количество СММ в ячменном солоде. Количество СММ коррелирует с количеством азота. Чем дольше ячмень хранится до соложения, тем больше будет СММ. Однако большая часть СММ в солодовом ячмене определяется тем, как солод обжигается в печи. При температуре обжига выше 70°C СММ частично расщепляется на ДМС и гомосерин (изотреонин). Часть ДМС высвобождается из солода при высоких температурах обжига из-за его высокой летучести, но ДМС, образующийся во время обжига, также может окисляться в ДМСО. Чем ниже температура во время обжига (например, для солодов Pilsner), тем больше прекурсоров СММ сохраняется в солодовом ячмене.

 

Затирание и кипячение

Есть свидетельства всплесков количества ДМС, высвобожденного во время затирания. Предполагается, что это связано с летучестью ДМС, присутствующего в солоде, а не из-за превращения в СММ (температуры инфузии затора слишком низкие, чтобы преобразовать значительные количества СММ в ДМС). При затирании в замкнутой системе испарившийся ДМС конденсируется и возвращается в затор. Небольшое количество ДМС, которое образуется во время затирания, испаряется на ранних стадиях кипения. Отварочный метод затирания также добавляет ДМС из-за кипячения сусла и последующего преобразования СММ в ДМС. СММ из солода легко растворяется в сусле во время затирания.

Кипячение и охлаждение оказывают наибольшее влияние на уровень ДМС в пиве. При температуре кипения СММ разлагается на ДМС, Wilson & Booer показали, что период полураспада СММ составляет около 35 минут при рН 5,4. Это означает, что требуется около 35 минут, чтобы разложить половину СММ в ДМС. pH играет важную роль в преобразовании СММ в ДМС, более высокий pH снижает период полураспада СММ. Диккенсон показал, что при рН сусла 5,2 СММ имеет период полураспада 38 минут, но при рН 5,5 СММ имеет период полураспада 32,5 минуты. Ранние исследования показывали, что период полураспада СММ удваивается при каждом понижение температуры на 6°C. Это означает, что при 95°C период полураспада составляет ~70 минут (см. Таблицу ниже). Если сусло выдерживается при совершенно равномерной температуре (что может не отражать реальных условий пивоварения), то период полураспада удваивается быстрее при охлаждении сусла. Во время кипения преобразованный ДМС испаряется из-за его низкой температуры кипения 37,3°C и конвекционных потоков кипения. Неоднородное кипение сусла может быть причиной повышенного уровня ДМС (например, мертвые зоны, где сусло не перемешивается в котле).

Наибольший вклад ДМС преобразованного из СММ происходит уже после кипячения сусла, во время процесса охлаждения. СММ продолжает распадаться на ДМС после кипячения и до полного охлаждения сусла. ДМС, образовавшаяся в течение этого времени, в основном сохраняется в сусле, поскольку сусло остается неподвижным, особенно в закрытой системе, где испарение невозможно. Как только сусло достигает температуры 80-85 ° С, разложение СММ на ДМС значительно снижается. Было показано, что более длительное кипение помогает разложению СММ и испарению ДМС , однако, если уровень СММ в солоде высокий (3-8 мкг ДМС-эквивалентов на грамм солода) и более 50 мкг ДМС-эквивалентов СММ на литр сусла остается после кипячения, тогда уменьшение времени вирпула, когда сусло выдерживается при температуре выше 80 ° C, может способствовать уменьшению количество ДМС в готовом пиве. СММ, который не разлагается на ДМС во время кипения/вирпула и остается в сусле, не преобразуется дрожжами и не разлагается на ДМС (типичные условия пивоварения приводят к небольшому количеству СММ, попадающего в ферментер).

Температура ° С Период полураспада СММ при рН 5,2 (мин) Период полураспада СММ при рН 5,5 (мин)
100 38 33
94 76 65
88 152 130
82 304 260
76 608 520
70 1216 1040

 

Прекурсор ДМСО

Диметилсульфоксид (ДМСО) является вторым прекурсором ДМС и также присутствует в ячменном солоде. Конверсия ДМСО в ДМС в пиве является функцией микробной активности. ДМСО образуется в ячменном солоде во время обжига при температуре выше 60°С (из-за этого элевое сусло может содержать больше ДМСО, чем лагерное сусло). Сушка зеленого солода перед обжигом также увеличивает ДМСО (и СММ). ДМСО легко растворяется в воде во время затирания, и с температурой кипения 189°C выдерживает затирание и кипячение. Сусло обычно содержит 200-400 мкг ДМСО на литр при применении солодов с более высокими температурами обжарки.

Штаммы Saccharomyces преобразуют менее 25% ДМСО в ДМС как побочный эффект работы ферментов, основной функцией которых является восстановление метионинсульфоксида до метионина. В лабораторных условиях, с добавлением простых солей глюкозы и ДМСО ~ 13% ДМСО превращается в ДМС. Однако в реальном сусле только ~ 5% ДМСО превращается в ДМС, что обычно составляет около 5-10 мкг / л ДМС. Процент ДМСО, который преобразуется в ДМС, не изменяется при увеличении уровней ДМСО, поэтому несмотря на низкий процент преобразования, большее количество ДМСО может внести значительный вклад в общее количество ДМС в пиве. При высоких уровнях ДМСО в сусле к концу ферментации в результате метаболизма дрожжей может наблюдаться небольшое увеличение ДМС. Это увеличение ДМС из-за метаболизма дрожжей наблюдалось во время выдержки сброженного пива и, что неожиданно, при низких температурах (0°C в одном отчете). Поэтому, если дрожжи остаются в пиве, то они могут преобразовывать ДМСО в ДМС в уже упакованном пиве.

Виды дрожжей, температура, pH, состав сусла и открытые/закрытые ферментационные сосуды влияют на то, сколько ДМСО превращается в ДМС. Например, S. uvarum (S. bayanus ) производит меньше ДМС, чем S. cerevisiae , как и S. pastorianus. ДМСО превращается в ДМС дрожжами более активно при низких температурах, чем при высоких температурах, в пять раз больше при 8°С, чем при 25°С. Сусло с более высокой плотностью также способствует большему получению ДМС из ДМСО во время ферментации. Более высокий pH сусла также приводит к увеличению производства ДМС. Например, pH лагерного сусла обычно составляет 5,4-5,7, тогда как pH элевого сусла обычно составляет 5,1. Это может объяснить, почему в лагерных сортах пива содержится большее количество ДМС.

 

Заражение и спонтанное брожение

Многие виды микробов способны продуцировать ДМС из ДМСО в качестве вторичного метаболита ферментации. Микробы, которые могут продуцировать большое количество ДМС, включают грамотрицательные анаэробы в семействе Enterobacteriaceae , которое включает виды клебсиелл , цитробактеров , энтеробактеров , Obesumbacterium , Proteus , Salmonella и Escherichia , а также грамотрицательные аэробные бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa. Грамположительные бактерии, такие как Bacillus subtilis, также могут продуцировать большие количества ДМС. Эти виды бактерий могут превращать 17-37% ДМСО в ДМС, тогда как S. cerevisiae превращает около 5% ДМСО в ДМС. Многие другие бактерии, такие как Clostridium , Streptococcus и Staphylococcus, продуцируют незначительные количества ДМС (менее 1% ДМСО превращается в ДМС). Все бактерии, которые могут продуцировать ДМС из ДМСО, делают это с помощью фермента, отличного от фермента дрожжей, что может объяснять способность некоторых бактерий преобразовывать более высокий процент ДМСО в ДМС. Продукция ДМС анаэробными бактериями стимулируется недостатком кислорода.

В производстве ламбика, где pH сусла не снижается до уровня ниже 4.5 до перекачивания в кулшип для спонтанного брожения , Enterobacteriaceae ответственны за высокое количество продукции ДМС. ДМС не было найдено в сусле до охлаждения сусла в кулшипе, что может быть связано с длительным кипячением сусла во время мутного затирания. После двух недель брожения было обнаружено 450 частей на миллиард ДМС, что намного превышает порог вкусовой чувствительности в 30 частей на миллиард. Во время во время ферментации также можно было обнаружить овощные запахи ДМС. Через две недели с началом работы Saccharomyces уровень ДМС снижается из-за образования и высвобождения CO2. Через 6 месяцев ДМС снизился до 100 частей на миллиард, уровень 25-75 частей на миллиард ДМС обнаружен в бутылках с ламбиком (через 16 месяцев), что является типичным количеством для обычных элей и лагеров.

 

Высвобождение ДМС из хмеля

ДМС, а также родственные соединения диметилдисульфид (ДМДС) и диметилтрисульфид (ДМТС), в небольших количествах можно найти в хмеле. Количество, как правило, считается настолько малым, что оно испаряется во время процесса кипячения, однако было показано, что сухое охмеление увеличивает ДМС в пиве. Одно исследование показало, что у светлого сухо охмеленного пива, в среднем оказалось на 15 частей на миллион больше ДМС.
ДМTС обладает ароматом вареных овощей или лука. Говорят, что ДМДС имеет чесночный аромат и вкус.

 

Летучесть ДМС

ДМС является очень летучим соединением. Scheuren et al. (2016) определили, что нет существенной разницы в испарении ДМС в воде по сравнению с суслом, и вывели уравнения для определения уровня испарения ДМС в воде с использованием законов термодинамики. Они представили несколько противоречивые результаты, говорящие что ДМС фактически улетучивается быстрее при падении температуры примерно до 50 ° C (улетучивание ДМС значительно падает ниже 50 ° C). В их расчетах утверждается, что 3,2% от общего объема сусла необходимо испарить для того, чтобы 90% ДМС испарилось при 100°C, в то время как только 1,3% от общего объема сусла необходимо испарить для того, чтобы 90% ДМС испарилось при 80°C (однако следует иметь в виду, что скорость испарения при 80°C намного ниже, и, таким образом, для достижения испарения 1,3% требуется больше времени). Это указывает на то, что некоторое количество ДМС испаряется при температурах ниже температуры кипения вплоть до достижения 50°C. Следовательно, для испарения ДМС не требуется очень энергичное кипение.

Они также установили, что летучесть ДМС одинакова, вне независимости от плотности сусла, и что вместо этого на нее влияют температура, атмосферное давление и концентрация ДМС (более высокая концентрация ДМС слегка повышает летучесть). Для не сусловых растворов 10% сахарозы в воде значительно увеличивала летучесть ДМС, возможно, из-за эффекта высаливания сахарозы, что приводит к более высокой скорости испарения молекул ДМС. Большая площадь поверхности ускоряет испарение ДМС, присутствующего в сусле, но общее количество ДМС, присутствующее в сусле, в конечном итоге испарится вне зависимости от того, какова площадь поверхности жидкости в котле. Чтобы ограничить ДМС в конечном продукте, рекомендуется пропускать сусло в ферментер с концентрацией ДМС не более 100 мкг/л.

Большая часть ДМС в сусле, который образуется во время процесса варки, улетучивается во время ферментации из-за выделения CO2. Однако, если большие количества ДМС выживают при кипении, то выделения газа в результате ферментации может быть недостаточно для удаления всего ДМС. Форма и тип ферментера также играют роль в том, сколько ДМС улетучивается во время ферментации, например, Anderson et al. Booer & Wilson показали, что открытая ферментация приводит к меньшему количеству ДМС по сравнению с закрытой ферментацией. Более высокие температуры брожения (например, 18°C против 9-12°C) могут привести к более высоким показателям улетучивания ДМС. К концу ферментации могу появиться пики уровня ДМС из-за дрожжей, метаболизирующих ДМСО в ДМС.

 

Короткое кипячение и сырой эль

Сырой эль, также называемый «без кипячения», представляет собой метод производства сусла, который подразумевает либо отсутствие кипячения сусла либо очень короткое кипячение. Несмотря на то, что этот метод пивоварения, в основном, является историческим, в последнее время он приобрел популярность при производстве пива Berliner Weisse и других сортов пива с использованием метода закисления в котле/кислого сусла. Многие рецепты для этих сортов пива требуют использования солодов пилснера, которые могут содержать больше прекурсоров СММ. Часто задаваемый вопрос о сыром эле: есть ли опасения по поводу количества ДМС?

Неподтвержденные сообщения об отсутствии проблем с ДМС в этих типах пива, кажется, намного перевешивают сообщения о проблемах с ДМС. Специфическая природа (или отсутствие) обнаружения ДМС в сыром эле не была широко исследована наукой. Есть этому, однако, некоторые объяснения. Например, при кипячении меньших объемов сусла, например, в масштабе домашнего пивоварения, отношение площади поверхности к объему увеличивается. Такое большее отношение площади поверхности к объему приводит к более интенсивному испарению и как следствие к более быстрому улетучиванию ДМС. Маленькие ферментеры также выигрывают от большего отношения площади поверхности к объему, так как CO2 во время ферментации способствует улетучиванию ДМС. Это может объяснять отсутствие ДМС в пиве домашнего приготовления.

Коммерческие пивовары, производящие пиво без кипячения, также часто сообщают об отсутствии проблем с ДМС в своем пиве. Вероятно, существуют другие факторы, которые ограничивают количество производимого ДМС. В частности, превращение СММ в ДМС происходит чрезвычайно медленно при температуре ниже 95°C, что приведет к уменьшению количества ДМС, получаемого при варке без кипячения. ДМС также очень летучий в диапазоне температур 50-100°С.

В кислом пиве могут быть другие соединения, которые затрудняют обнаружение ДМС. Например, 2-фенилэтанол и фенетилацетат маскируют восприятие ДМС в пиве. Кроме того, некоторые дегустаторы могут быть генетически предрасположены воспринимать аромат ДМС легче, чем другие.

 

Соображение по поводу исторических примеров сырого эля

В случае сырого эля, и особенно норвежских / латвийских / литовских традиционных фермерских элей, финского «сахти» и эстонского «кодуылу», есть некоторые споры относительно того, следует ли всегда считать ДМС посторонним привкусом. Традиционно это пиво изготавливалось из слегка обжаренных солодов, которые производили сами пивовары (вплоть до примерно 20 лет назад), и эти солода, возможно, имели высокий уровень прекурсора СММ. Ларс Мариус Гаршол предлагает свою философию в отношении привкуса пива в целом, которая основана на трудах Майкла Джексона, и приводит аргумент, что ДМС, возможно, считался желательным или приемлемым в фермерском сыром пиве, сваренном в некоторых регионах Европы, особенно с учетом что вкус ДМС желателен в других пищевых продуктах.

Кроме того, было высказано предположение, что небольшое количество ДМС в вине может придать вину приятный «джемовый» характер. Большие количества все еще приводят к неприятным овощным привкусам в вине. Это может иметь или не иметь аналогичного эффекта для кислого фруктового пива.

 

Как избежать ДМС

Если пивовар сталкивается с нежелательным ДМС в сыром эле, то может помочь следующее:

  • С крышкой на котле («закрытая система») не допускайте, чтобы сусло стояло при температуре 80-100°C. Если крышка снята, ДМС будет продолжать испаряться даже при температуре ниже температуры кипения из-за своих термодинамических свойств. Обратите внимание, что домашние пивовары, использующие австралийский метод пивоварения «без охлаждения», сообщили, что ДМС не является проблемой
  • Если сусло выдерживается в указанном выше температурном диапазоне в закрытой системе (особенно при варке с использованием слабо модифицированного солода), кипятите сусло в течение нескольких минут, а затем быстро охладите его до температуры ниже 80°C
  • Во время охлаждения сусла держите крышку открытой до тех пор, пока она не достигнет 60°C, а затем закройте ее. Эта температура все еще достаточно высокая, чтобы пастеризовать сусло, и ДМС будет продолжать испаряться.
  • Если вы получаете ДМС при 15-минутном кипячении, попробуйте пастеризовать сусло при 82°C в течение 15 минут и вообще не кипятить.
  • Используйте открытые и/или неглубокие ферментеры.
  • Повысьте температуру брожения.
  • Позвольте пиву созревать дольше, особенно если используете Бретты. Исследования ламбиков показали, что ДМС будет уходить со временем, если пиво оставить в ферментере.
  • Используйте солод с более высокой обжаркой, такой как 2-рядный светлый солод, а не солод Pilsner.
  • Если pH необходимо снизить, например, при предварительном подкислении сусла перед закислением в котле, снизьте pH в конце кипения, но перед охлаждением или вирпулом. Более высокое значение pH увеличивает скорость превращения СММ в ДМС во время кипения, а понижение pH после кипения, но до охлаждения замедляет скорость, с которой СММ превращается в ДМС.

 

Модели прогнозирования ДМС

Ряд уравнений был составлен для оценки того, сколько ДМС будет преобразовано из СММ во время кипения, и сколько СММ будет преобразовано в ДМС во время охлаждения сусла после кипения. Эти уравнения хорошо объяснены в книге «Принципы науки о пивоварении: изучение серьезных проблем пивоварения» Джорджа Фикса, 1999, стр. 89–93. Следует иметь в виду, что данные уравнения подразумевают применение «типичных» методов пивоварения, которые включают кипячение сусла при pH 5,2–5,5. Из-за этого уравнение для определения того, сколько СММ преобразуется в ДМС во время охлаждения, может не точно отражать уровень ДМС в случае отсутствия кипячения или закисления в котле. Давайте рассмотрим некоторые примеры уравнений из «Принципов науки о пивоварении: изучение серьезных проблем пивоварения»:

 

Модель Джорджа Фикса

Сначала давайте рассмотрим пример, который должен точно предсказать, сколько СММ содержится в данной партии сусла, и сколько этого СММ превращается в ДМС во время пастеризации без кипения при 82 ° C в течение 15 минут. Предполагая, что солод Пильзнер содержит 5 мкг СММ на грамм, а концентрация солода (вес солода на литр воды) составляет 200 г / л, можно рассчитать общее содержание СММ в солоде:

Общее кол-во СММ = 5 µg/gx 200 g/L = 1,000 µg/L

Период полураспада СММ при 100°C составляет ~ 40 минут, но, поскольку мы не кипятим, период полураспада СММ при 82°C составляет ~ 300 минут. Время также необходимо учитывать, но, поскольку период времени нагревания сделает уравнение громоздким, предлагается добавить время нагревания ко времени «кипения» (или для нас, времени «пастеризации»). Если нагревание сусла занимает 20 минут, и оно выдерживается при 82 ° С в течение 15 минут, то это дает нам условно 35 минут «пастеризации». С помощью значений времени и периода полураспада мы можем предсказать, сколько СММ переживет тепловую пастеризацию и сколько будет преобразовано в ДМС:

Оставшийся СММ = 1,000 µg/L x 2 -(35 min/300 min) > = 1,000 x 2 -0.12 > = 1,000 x 0.92 = 920 µg/L

и

Преобразованный ДМС = 1,000 µg/L - 920 µg/L = 80 µg/L

Как и ожидалось, большое количество СММ выживает (920 мкг / л) при тепловой пастеризации 82°C, и создается относительно небольшое количество ДМС (80 мкг / л). В примере из «Принципов науки о пивоварении: изучение серьезных проблем пивоварения» используется то же самое общее значение СММ для солода, но при 90-минутном кипении после варки остается 210 мкг / л СММ и 790 мкг / л. ДМС создается во время кипения. Во время кипения созданный ДМС испаряется, но во время тепловой пастеризации ДМС остается в сусле.

Следующее уравнение определяет, сколько СММ преобразуется в ДМС во время охлаждения, и это количество считается более важным, поскольку оно в основном не испаряется (особенно в закрытой системе охлаждения). В этом уравнении используется среднее значение между температурой кипения и конечной температурой охлаждения. Эта модель хорошо себя зарекомендовала, предполагая использование «типичных» методов пивоварения, при которых подразумевается, что сусло кипятится, но она не может использоваться для сусла без кипячения. Это связано с тем, что период полураспада SSM удваивается при охлаждении на каждые 6°C.

Следующий пример поможет продемонстрировать эту проблему. Предположим, что сусло остывает от 82°С до 20°С в течение 60 минут. Используя принятый набор уравнений, которые предсказывают, сколько СММ преобразуется в ДМС во время охлаждения, сначала вычисляется среднее значение между начальной температурой и конечной температурой:

Средняя температура = (82°C + 20°C)/2 = 51°C

затем, используя 4000 в качестве постоянной, используемой в уравнении, используется зависящее от времени дифференциальное уравнение:

Time differential = (60 min x 51°C)/4000 min) = 0.765

и, наконец, число 0.765 используется для определения количества СММ:

СММ оставшееся после охлаждения = 920 µg/L x 2 -0.765 > = 920 µg/L x 0.588 = 541 µg/L

и количество ДМС, созданного в сусле во время охлаждения:

ДМС образовавшийся после охлаждения = 920 µg/L - 541 µg/L = 379 µg/L

Теперь добавьте ДМС, полученный во время нагревания и пастеризации 82°C, чтобы получить общее расчётное количество ДМС:

Общее кол-во ДМС = 80 µg/L + 379 µg/L = 459 µg/L

Используя точно такой же состав сусла, но с 60-минутным кипением, этот пример в «Принципах науки о пивоварении: изучение серьезных проблем пивоварения» вычисляет только 92 мкг / л ДМС, в основном потому, что намного больше СММ преобразуется в ДМС во время кипения, которое затем испаряется во время кипения, и оставляя меньше СММ для преобразования в ДМС во время охлаждения. Даже с более высоким уровнем СММ во время охлаждения в нашем примере с пастеризованным суслом это вряд ли кажется справедливым, учитывая, что период полураспада СММ составляет ~ 300 минут при температуре пастеризации 82 ° C.

 

Численное моделирование с использованием обновленных данных летучести

Марк Хаммонд из MTF использовал компьютерную программу для моделирования преобразования СММ в ДМС с учетом периода полураспада СММ в разное время и при разных температурах в ходе различных методов процесса «без кипячения». Вместо того, чтобы использовать подход среднего периода полураспада Фикса, численное моделирование делит время нагрева, кипения и охлаждения на очень малые временные интервалы (для работы ниже использовался временной шаг 0,6 секунды), в течение которого температура приближается к постоянной. Компьютерная программа вычисляет количество СММ, преобразованного в ДМС в течение временного шага, количество ДМС, улетучившегося в течение временного шага, затем строит график общего количества ДМС и СММ в сусле в конце временного шага. Наконец, программа рассчитывает новую температуру, которая зависит от того, нагревается ли сусло, поддерживается ли он при постоянной температуре или охлаждается. Затем программа повторяет все вычисления при этой новой температуре, вычисляя все те же величины для следующего шага по времени.

Новые уравнения из "Scheuren, Baldus, Methner and Dillenburge (2016): Поведение ДМС при испарении в водном растворе при бесконечном разбавлении - обзор" были использованы для определения испарения ДМС при нагреве, кипении и охлаждении. Испарение ДМС во время охлаждения предполагает открытую систему охлаждения, чтобы продемонстрировать улетучивание ДМС при температуре ниже 100°C. Значение ДМС будет сохраняться в сусле в точке, в которой сусло закрыто для открытого охлаждения (например, охлаждающееся сусло может оставаться открытым, чтобы испарять ДМС во время охлаждения, пока температура сусла не упадет ниже температуры пастеризации 60°С). Хаммонд предполагал линейную скорость нагрева и использовал закон охлаждения Ньютона с константами, основанными на эмпирических данных, применимых к его собственному домашнему пивоваренному оборудованию. Объемные графики были определены по скоростям испарения в зависимости от теплоты испарения для воды в сочетании с эмпирическими скоростями испарения домашнего пивоваренного оборудования Хаммонда. Наблюдая за этими данными, можно увидеть, что для «сырого эля» и сусла, кипящего в течение коротких промежутков времени, Хаммонд предсказывает меньшее количество ДМС, чем то, что прогнозируется с использованием традиционной модели.

Для значений уровня ДМС на следующих графиках Хаммонд рассчитал массу ДМС, равную 62/164 грамма ДМС на каждый грамм разложенного СММ. Так как мы получаем одну молекулу ДМС (62 г / моль) из каждой молекулы СММ (164 г / моль), мы не получаем один к одному массу ДМС к массе СММ. Имейте это в виду, сравнивая снижение графика концентрации СММ с графиком концентрации ДМС.

Превращение СММ в СММ при 20-минутном нагревании, 15-минутной пастеризации при 82 ° C и 60-минутном охлаждении до 20 ° C.
График создан и предоставлен Марком Хаммондом

В приведенном выше компьютерном графике, основанном на показателях периода полураспада СММ, только ~ 60 мкг / л СММ преобразуется в очень небольшое количество ДМС. Даже если бы использовалась закрытая система охлаждения, только ~ 6 мкг / л ДМС было бы сохранено. Это демонстрирует очень медленное разложение СММ в ДМС при температурах ниже температуры кипения.

Хаммонд также генерировал графики для 15-минутного кипения и "0-минутного кипения" (сусло нагревают до 100 ° C, затем немедленно охлаждают). Эти графики видны ниже:

Преобразование СММ в ДМС при 20-минутном нагреве, 15-минутном кипении при 100 ° C и 60-минутном охлаждении до 20 ° C.
График создан и предоставлен Марком Хаммондом .

 

Преобразование СММ в ДМС в течение 20 минут нагревания до температуры кипения (100 ° C), затем немедленное охлаждение в течение 60 минут до 20 ° C (кипение «0 минут»).
График создан и предоставлен Марком Хаммондом
.

В случае 15-минутного кипения приблизительно 350 мкг / л СММ превращается в приблизительно 40 мкг / л ДМС. 15 минут кипения, по-видимому, недостаточно для эффективного выкипания созданной ДМС, однако в открытой системе охлаждения большая часть ДМС все равно будет испаряться во время охлаждения (см. ЛЕТУЧЕСТЬ ДМС ). Даже если сусло было охлаждено в закрытой системе, и это количество ДМС было сохранено в сусле, 40 мкг / л ДМС все еще ниже рекомендуемого порога в 100 мкг / л , который может быть допущен в ферментер.

В случае кипения «0 минут» приблизительно 175 мкг / л СММ преобразуется в приблизительно 20 мкг / л ДМС. Как и в других примерах, ДМС продолжает испаряться ниже температуры кипения в открытой системе охлаждения (см. ЛЕТУЧЕСТЬ ДМС ). Даже если сусло было охлаждено в закрытой системе, и это количество ДМС было сохранено в сусле, 20 мкг / л ДМС все еще ниже рекомендуемого порога в 100 мкг / л.

Для сравнения ниже показан график 60-минутного кипения, опять же с системой «открытого охлаждения», которая позволяет продолжать испарение ДМС в течение периода охлаждения:

Преобразование СММ в ДМС при 20-минутном нагреве, 60-минутном кипении при 100 ° C и 60-минутном охлаждении до 20 °C.
График создан и предоставлен Марком Хаммондом.

В открытой системе охлаждения, которую предполагают графики, ДМС продолжает испаряться. В замкнутой системе охлаждения точки на графиках, где прекращается кипение / нагрев и начинается охлаждение, являются точками, в которых количество ДМС остается постоянным. Если скорость охлаждения медленная и сусло удерживается в пределах диапазона 90-100 ° C в течение длительного периода времени (например, в случае вирпула), большее количество ДМС будет продолжать накапливаться. Предполагая, что сусло быстро охлаждается, в таблице ниже показана сводка прогнозируемого ДМС из приведенных выше графиков:

Тип кипения мкг / л ДМС в ферментер (закрытое охлаждение) мкг / л ДМС в ферментер (открытое охлаждение)
15 мин пастеризация при 82С 5 2
15 мин кипения 35 5
0 мин кипения 25 5
60 мин кипения 25 0

Таким образом, новая модель предсказывает, что 15-минутная пастеризация производит наименьшее количество ДМС(~ 5 мкг / л), в то время как 15-минутное кипение производит наибольшее количество ДМС (~ 35 мкг / л). Обратите внимание, что 35 мкг / л СММ по-прежнему ниже рекомендуемых 100 мкг / л ДМС.

 

Закисление в котле и влияние рН

Обычная процедура при закислении в котле - это кипятить сусло во второй раз после понижения pH, чтобы убить культуру Lactobacillus. Кисломолочное брожение с помощью Lactobacillus обычно приводит к снижению pH сусла до 3,0-3,6, и после закисления сусло кипятится, чтобы убить Lactobacillus . В этом случае еще одним соображением является влияние низкого pH на разложение СММ в ДМС. Приведенная выше таблица периодов полураспада демонстрирует, что снижение  на -0,3 уровня pH увеличивает период полураспада на 5,5 минут при 100°C. К сожалению, у нас нет данных, чтобы показать, насколько более низкие значения pH, которые достигаются после закисления в котле, повлияют на период полураспада СММ, но если предположить, что воздействие является линейным, то преобразование СММ в ДМС во время второго кипения будет значительно уменьшено. Предполагая, что влияние pH на период полураспада СММ является линейным, и что  -0,3 уровня pH увеличивают период полураспада на 5,5 минут при 100 ° C, таблицу периодов полураспада можно гипотетически обновить, чтобы включить данные, которые выглядят примерно так, как мы представляем в первом столбце ниже. Это указывает на то, что сусло, прокипяченное после закисления, вероятно, не содержит значительного количества ДМС преобразованного из СММ:

Температура ° С Период полураспада СММ при рН 3,4 (минуты; может не отражать реальность) Период полураспада СММ при рН 5,2 (минут) Период полураспада СММ при рН 5,5 (минут)
100 71 38 33
94 142 76 65
88 284 152 130
82 568 304 260
76 1136 608 520
70 2272 1216 1040

 

Опубликовал(а): amadest
Автор: Milk The Funk Wiki
Источник: Milk The Funk
Читайте также: Поделиться в соц. сетях Метки/теги:

Будьте вторым кто оценит статью

Всего комментариев: 4
0
1. Модератор  22-02-2020, 10:48
Спасибо !
Хорошая работа человека увлеченного не только своим пивом, но и  тем что пиво есть и чтоб пиво было.

Я сделаю ссылки на материалы и источники:

ДМС или аромат кукурузы в пиве
Амадест в Новичкам  "вписался" (простите за термин..) и исполнил.
0
2. Модератор  22-02-2020, 11:40
amadest,
спасибо Вам за то, что делитесь очень полезной инфой.
хорошо, когда чел сам делает хорошо, ещё хорошее - когда помогает другим сделать хорошо.
уж простите за такую тафтотафтологию)))
0
3. 29-02-2020, 12:08
blush
Всегда рад сделать чтото полезное
0
4. 11-03-2020, 20:20
Хорошее кипячение сусла(более 90 мин) и все это вылетит.В охмеленном эле вкус сульфатов скрыт.В лагере через 2 мес уходит.А что делать,если в заторе 20%кукурузы?Надо выдержать!!!Выдержка многие побочки убирает.И добавляю кукурузу-потому что нравиться.И лагер с кукурузой через 3 мес улетает.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи:
Регистрация Вход