Перетворення крохмалю, домашній пивовар

Під час затирання перетворенню крохмалю передує його желатинизация. Цей процес не є обов'язковим (хоча в процесі росту рослини з зерна відбувається точно такий же процес), але перетворення крохмалю ферментами (алфа-, бета-амілазою і граничної декстриназ) значно прискорюється вимиванням амілози і амілопектину з гранул крохмалю.

Освіта крохмальних зерен починається в певних точках строми пластиди, званих освітніми центрами. Зростання зерна відбувається шляхом послідовного відкладення шарів крохмалю навколо освітнього центру. Усі суміжні шари в одному зерні можуть мати різний показник заломлення світла, і тоді їх видно під мікроскопом - шаруваті крохмальні зерна. Розташування шарів може бути концентричним (пшениця) або ексцентричним (картопля). Під час зростання зерна шари чергуються, утворюючи аморфну ​​і кристалічну послідовність.

У той час як діапазон температур, при яких відбувається желатинизация окремих крохмальних зерен, досить вузький (

1C), желатинизация всього затору може відбуватися при більшому розкид температур. На малюнку 1 показані діапазони температур желатинизации різних крахмалосодержащих культур. Як видно з графіка, при паузі оцукрювання крохмалю ячменю крохмаль інших рослин далеко не завжди може желатинізуватися. Для оцукрювання крохмалю цих рослин він повинен бути повністю желатинізовані до паузи оцукрювання. Так само проблеми можуть виникнути і з дрібними зернами крохмалю. Вони на відміну від великих зерен вимагають більш високої температури. Цим властивістю пояснюються плюси ефективності отварочном методу затирання.

Розщеплення молекул крохмалю ферментами

Перетворення крохмалю в заторі по більше частини ферментативний процес, в якому беруть участь 4 типи ферментів. Найбільш відомі α- і β-амілаза. Обидва працюють на α (1-4) гликозидних зв'язках молекул крохмалю і декстрину. Інший фермент - гранична декстриназ здатна розщеплювати α (1-6) гликозидні зв'язку, що формують вузли з декількох ланцюжків амілопектину. І нарешті - мальтаза, яка відщеплює молекули глюкози він нередуцірованних кінця дисахарида або полісахариду. Так як цей фермент швидко інактивується при температурах вище 45 С, він зазвичай не грає важливої ​​ролі.

α-амілаза - це фермент, здатний розщеплювати будь-яку α (1-4) зв'язок в крохмалі або декстрин за винятком точок розгалуження. Це розщеплення гліколізідних зв'язків називається гідролізом так як поглинає одну молекули води. Цей фермент відповідає за швидке зменшення в'язкості затору і відсутність "синьої" йодної проби після желатинизации крохмалю. Цей процес називається розрідженням затору. У той час як α-амілаза хороша в розщепленні крохмалю на декстрини, які показують коричневу йодну пробу замість синьої, вона не дуже хороша для зброджуваний цукрів. α-амілаза має особливість розщеплювати більші молекули.

β-амілаза підходить куди краще для виробництва зброджуваний цукрів. β-амілаза "відкушує" по 2 молекули глюкози з нередуцірованних кінця ланцюжка молекул одну за одною. Через принципу дії ферменту в повному суслі велика частина цукрів - це мальтоза. Дія ферменту припиняється при наближенні до зв'язку α (1-6). Після це потрібна допомога α-амілази або граничної декстриназ. Перша розірве ланцюжок молекул і підготує новий з нередуцірованних кінець, друга розірве зв'язок α (1-6) і так само залишить новий з нередуцірованних кінець, з яким знову почне роботу β-амілаза. Це процес називається оцукрювання і зазвичай йде за розрідженням затору. Якщо сусло повинно бути добре зброджують використовують β-амілазу шляхом відповідної температури затирання.

Для повного оцукрювання недостатньо дії α- і β-амілази. Причина тому зв'язку α (1-6), які складають 6-7% в амілопектину. Тут нам і допоможе гранична декстриназ. У цього ферменту оптимальна температура 60-62,5 С (за іншими даними 50-60 С), схожа з оптимумом для β-амілази. Її нестабільність при 63-70 градусах є основною причиною великої кількості граничних декстрину в суслі, які не розщеплюються α- і β-амілазою. Граничні декстрини надають пиву позитивні властивості, тому їх слід розщеплювати тільки для отримання добре зброджуваного сусла.

Солод (% сухих в-в)

Сусло (% сухих в-в)

Сахараза і инвертаза також активні в заторі. Ці ферменти розщеплюють сахарозу на фруктозу і глюкозу. У той же час сахарози вкрай мало в заторі, тому роль ферментів незначна.

Споживання однієї молекули води означає, що при виробництві одного кілограма мальтози (або еквівалентної суміші глюкози, мальтози і великих цукрів / декстринів) крохмаль споживає 50 мілілітрів води. Типовий затор для отримання 19 літрів сусла застосує 150 мілілітрів води. Це 1% від усієї води, доданої на затирання, він зазвичай опускається з розрахунків.

Вплив умов затирання

Такі умови затирання як температура, час, гідромодуль, pH і інші впливають на складну взаємодію між ферментами і субстратами, якістю одержуваного сусла. Контролюючи ці умови, пивовар може серйозно впливає на склад сусла та смак готового пива. Крім якості сусла, змінюється і обсяг екстракту, одержуваного з засипу. Ось чому пивовар повинен мати гарне уявлення про процеси, що проходять при затирання.

Нижче слід детальний опис умов, що впливають на різноманітні параметри затору.

Температура і час

Процес затирання полягає в послідовності температурних пауз, що витримуються певний час. У найпростішому випадку проводиться тільки одна пауза. Такий спосіб затирання називається ізотермічним або однопаузним. Температура і тривалість вибирається таким чином, що тільки певні ферменти працюють над затором. Ефект від оптимальної температури не є постійним для ферментів, але в той же час залежить від тривалості проведеної паузи. При низькій температурі ферменти працюють повільніше, в той же час зберігаючи довше свою життєздатність, розщеплюючи більше продукту.

У той час як при 55 ° С ферменти можуть переробити до 90% потенційного екстракту, температура желатинизации крохмалю не досягається, тому для оцукрювання вибирається більш висока температура. Таким чином ферменти використовуються найбільш ефективно.

Оптимальна температура, ° С

Оптимальний pH (охолоджений зразок)

Таблиця 2. Оптимальні температура і pH по Нарциса і Кунце

Температура затирання і його тривалість безпосередньо впливають на сбраживаемости сусла. Сбраживаемости - це відношення між зброджують цукри (глюкоза, мальтоза, мальтотріоза) і загальним обсягом екстракту. Оскільки велика частина екстракту вуглеводи, сбраживаемости безпосередньо пов'язана з балансом між зброджують і несбражіваемих продуктами розщеплення крохмалю. Цей баланс управляється інтенсивністю роботи β-амілази і граничної декстриназ. Обидва ці ферменту більш чутливі до тепла, ніж α-амілаза (Таблиця 2), ця особливість і використовується для управління їх активністю, особливо при однопаузном затирання.

Залежність активності β-амілази від температури

Залежність активності α-амілази від температури

Чим довше працює β-амілаза і гранична декстриназ, тим більше стає ступінь зброджування сусла. При однопаузном затирання цей процес управляється температурою. Чим вище температура, тим швидше денатурируется β-амілаза, і менше зброджуваний цукрів проводиться. На низьких температурах ці ферменти залишаються активними і продовжують роботу більш повільно. Зауважте, що для отримання нередуцірованних решт ланцюжків молекул глюкози потрібна активність α-амілази (особливо за точками розгалуження молекул амілопектину). Хоча ця температура і не є оптимумом для роботи α-амілази, її активності досить. При многопаузном затирання сбраживаемости сусла контролюється тривалістю мальтозної паузою при 60-64 С.

Залежність екстрактивності від часу і температури. малюнок 5

На рисунку 5 показаний процес затирання трьох однопаузних заторів при трьох різних температурах. Тут наочно видно, що при високій температурі затор швидше насичується до максимуму одержуваного екстракту. Це результат того, що крохмаль обмежений для перетворення, а ферментів в солоді більш ніж достатньо для його повного оцукрювання з розчинної сировини. Тільки затирання при 60 С триває довго до насичення. Це результат неповної желатинизации і меншої активності ферментів при цій температурі. У той же час поріг насичення все одно був досягнутий, так само як і у випадку з іншими температурами.

Вихід екстракту залежить від температури. Чим вище температура затирання, тим швидше досягається максимум, після чого вихід залишається постійним. Це результат швидкої денатурації β-амілази і граничної декстриназ. Результат після 180 хвилин затирання при 65 С випереджає затирання при 60 С, яке повинно було дати більше зброджуваний цукрів.

Показник pH і вода для пивоваріння

Показник pH затору може істотно впливати на активність ферментів, так як крім температури безпосередньо впливає на їх діяльність. Показником pH можна так само управляти процесом затирання. Оптимальні діапазони показника pH можна побачити в Таблиці 3.

pH при температурі затирання

pH охолодженого затору

Відповідний pH впливає не тільки на діяльність ферментів. Він впливає на характер як киплячого сусла, так і викіпевшей сула. Показник pH при кипінні може бути трохи вище значення при затирання, а викіпевшей сусло на 0.1-0.2 pH нижче, ніж кипляче сусло.

Гідромодуль може бути самий різний. У традиційних англійських варіння затор може бути щільний (гідромодуль 2-2.5), в той час як в німецьких варіння затор пожиже (гідромодуль 3.5-5). Причина цього - використання різного обладнання. У традиційному англійському пивоварінні використовувався інфузійний спосіб затирання з неподогреваемим фільтром-заторніком, в той час як німецькі пивовари нагрівали заторнік, перемішуючи затор. Далі затор перекачувався для отварки і в фільтр.

Вплив гидромодуля на екстрактівность. малюнок 7

Малюнок 7 показує дані експериментів Віндіш, Кольбаха і Шильда. Тут видно, як рідкий затор дає перетворити більше екстракту з крохмалю, а також отримати більше зброджуваний цукрів. У той же час відсоток зброджуваний цукрів залишається постійним при зміні гидромодуля. Тут також є інформація по розчиненому в суслі азоту. Як видно, рідкий затор має велику протеолітичну активність.

Помел так само відіграє велику роль в процесі. Особливо важлива ступінь помелу. Дрібний помел дає більше борошна. Ендосперм краще відділяється від оболонок. Так вода і ферменти краще доставляються до крохмалю, що веде до швидкої желатинизации і перетворенню. В результаті маємо кращий вихід екстракту і кращу сбраживаемости. Пивовари прагнуть робити настільки дрібний помел, скільки дозволяє відфільтрувати їх система. Деякі комерційні пивоварні подрібнюють зерна в борошно, але тоді для фільтрації використовуються спеціальні заторні фільтри.

З ростом виходу екстракту поліпшення сбраживаемости не було виявлено при дрібному помелі.