МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
на тему: Окиснювальне старіння пива та його стабілізація
Магістр: Левада Юрий Петрович
Керівник: к.х.н., доцент
Юраева Тетяна Анатоліївна
Зміст
1. Теоретична частина
1.1 Фізико-хімічна характеристика пива
1.2 Процеси окиснювального старіння пива та методи їх гальмування
1.2.1 Неферментативні процеси окиснення
1.2.2 Ферментативне окиснення
2. Експериментальна частина
2.1 Газоволюмометричний метод
2.2 Хемілюмінесцентний метод
2.3 Техніка безпеки
3. Окиснювальне старіння пива та його стабілізація
Висновки
Вступ
Серед багатьох хімічних процесів, що ведуть до погіршення якості харчових продуктів, чи не найголовніше місце посідають окиснювальні процеси. Пиво у цьому відношенні є дуже вразливим, оскільки навіть незначний перебіг окиснювальних процесів у ньому призводить до суттєвого погіршення органолептичних якостей напою, які, як відомо, є найголовнішими критеріями якості для споживача. Такі процеси прийнято називати окиснювальним “старінням” чи органолептичним “старінням”[1].
Дуже важливим є те, що процеси окиснювального старіння не починаються лише при зберіганні напою. Вони супроводжують напій під час всієї технологічної схеми його виготовлення [1–3]. Наслідком перебігу таких процесів є накопичення у пиві великого спектру речовин, що негативно впливають на смак та аромат напою. Але найбільш небезпечними є карбонільні сполуки, що і отримали відповідну назву – “карбоніли старіння”. В наслідок низького порігового значення смаку та аромату ці речовини є особливо небезпечними [4].
Існує багато наукових робіт, що присвячені питанню окиснювального старіння пива. Всі автори приходили до висновку, що ці процеси є неминучими і єдине, що можна зробити, – вплинути на швидкість їх перебігу, тобто підвищити антиокиснювальну стійкість напою [4–6]. Було встановлено, що такі процеси йдуть за радикально-ланцюговим механізмом. Не дивлячись на такі успіхи, питання окиснювального старіння пива є й досі невирішеним.
Метою даної роботи стало вивчення процесів окиснювального старіння пива та перевірка можливості його стабілізації, з застосуванням для цього газоволюмометричного та хемілюмінесцентного методів дослідження.
1. Теоретична частина
1.1 Фізико-хімічна характеристика пива
Для осягнення всієї сукупності складних фізико-хімічних перетворень, які перебігають у пиві слід ознайомитись з хімічним складом цього природного об’єкту. Пиво має дуже складний хімічний склад. У залежності від сорту пива, технології його виготовлення та використаної сировини змінюється його кількісний та якісний склад. Для більшої зручності прийнято розділяти всі компоненти пива на головні та мінорні.
Головними компонентами пива є вода (91 – 93%), вуглеводи (1,5 – 4,5%), етиловий спирт (3,4 – 4,5%) та азотвмісні сполуки, які представлені, головним чином, амінокислотами та поліпептидами (0,2 – 0,65%). Переважна кількість вуглеводів пива (75 – 85%) складається з декстринів. На прості сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза) припадає 10 – 15% від загальної кількості вуглеводів. І тільки 2 – 3% вуглеводів представлені складними сахарами (полісахариди та ін.). Пиво містить незначну кількість вищих спиртів (50 – 100мг/л), метиловий спирт практично відсутній .
Мінорними компонентами пива є мінеральні речовини, вітаміни, органічні кислоти, фенольні сполуки, гірки речовини, ароматичні речовини, біогенні аміни, естрогени.
У біологічно значимій кількості у пиві присутні іони калію, кальцію, магнію, фосфору, сірки, хлору. Також присутні іони заліза, міді, цинку та іони інших металів. У пиві багато вітамінів групи В, а саме В1, В2. Також присутній вітамін С, який іноді штучно додають до напою для запобігання процесів окиснення інших компонентів. Майже всі вітаміни присутні у пиві у фосфорельованій формі. Органічні кислоти представлені у пиві головним чином лимонною, піровиноградною, оцтовою, глюконовою, щавлевою кислотами. Цим і пояснюється те, що рН свіжого пива знаходиться у кислій області (рН = 5,1 – 5,4).
Загальний вміст фенольних сполук коливається в межах 150 – 300мг/л. Більш за все у пиві міститься антоцианидинів (лейкоцианидини, протоцианидини, лейкоантоцианидини). Всі гіркі речовини пива поділяють на мало- та високосмолисті. Малосмолисті речовини складаються з α – кислот (гумулони), β – кислот (лупулини) та інших сполук, які ще не ідентифіковані. На сьогодні ідентифіковано близько 70 компонентів, віднесених до класу ароматичних сполук пива. Всі ароматичні речовини поділяють на відновнену та окиснену фракції. Відновнена фракція включає у себе монотерпени (міріцен) і сескьютерпени (β-каріофілін, гумулін, фарнісин та ін.). Окиснена фракція складається з терпенових спиртів (ліналуол, гераніол), інших спиртів, альдегідів, кетонів, ефірів та їх похідних. З біогенних амінів у пиві були ідентифіковані кадаверин, путресцин, гістамін, тирамін. Естрогени є речовинами ,що створюють чіткий гормональний вплив на людину. У пиві таких речовин не так багато.
Вміст головних та деяких мінорних компонентів пива можна виразити у вигляді таблиці (табл.1.1; 1.2).
Таблиця 1.1 – Вміст головних компонентів пива
| Компонент | Вміст (мг/л) | |
| 1 | Вода | 91-93% |
| 2 | Глюкоза, сахароза, фруктоза | 2,6-2,9 г/л |
| 3 | Полісахариди та фрагменти пектина | 0,52-2,08 г/л |
| 4 | Етиловий спирт | 30 г/л |
| 5 | Вищі спирти | 50-100 мг/л |
Таблиця 1.2 – Вміст деяких мінорних компонентів пива
| Клас речовин | Вміст (мг/л) | |
| Мінеральні речовини | ||
| 1 | К | 160-450 |
| 2 | Na | 120 |
| 3 | Ca, Mg | 80 |
| 4 | P | 140 |
| 5 | Fe, Cu, Zn | не перевищує 1 |
| Вітаміни | ||
| 1 | В1 | 0,005-0,15 |
| 2 | В2 | 0,3-1,3 |
| 3 | С | 20-50 |
| 4 | Нікотинова кислота | 5-20 |
| 5 | Фолієва кислота | 110 |
| 6 | В6, Пантотенова кислота | 0,4-1,7 |
| 7 | Біотин | 5 |
| Органічні кислоти | ||
| 1 | Лимонна кислота | 130 |
| 2 | Піровиноградна кислота | 60 |
| 3 | Оцтова кислота | 90 |
| 4 | Глюконова кислота | 30 |
| 5 | Щавлева кислота | 15 |
| Фенольні сполуки | ||
| 1 | Антоцианідини | 14-77 |
| 2 | Еллагікова, протокатехінова, ванілінова, саліцилова,п-оксібензойна кислоти | не перевищує 1 |
| 3 | Фенол, ортокрезол, кумарини | не перевищує 1 |
| 4 | Катехіни | 5-55 |
| 5 | Епікатехіни | 9-24 |
| 6 | Рутин | 1-6 |
| 7 | Кверцетин | 5-125 |
| 8 | Хлорогенова кислота, Кофейна кислота | 2-20 |
| 9 | Кверцетрин, Мирицитрин | 1 |
| 10 | Куінова кислота | 1-5 |
| 11 | Ферулова кислота | 2-21 |
| 12 | Синапиковая кислота | 1-20 |
| 13 | Камферол | 5-20 |
| 14 | Галова кислота | 5-29 |
| Біогенні аміни | ||
| 1 | Кадаверин, Путресцин, Гістамін, Тирамін | 1-3 |
Оскільки сусло є попередником пива і окиснювальні процеси здатні зароджуватися вже у суслі, варто роздивитись хімічний склад і цього субстрату. Сусло практично не відрізняться від пива за якісним складом. Але кількісні склади цих субстратів сильно різняться між собою за вмістом головних та деяких мінорних компонентів пива (вуглеводи, етиловий спирт, азотвмісні сполуки, органічні кислоти та ін.). У порівнянні із пивом сусло містить значно більше сахарів, амінокислот, поліпептидів, органічних кислот, речовин ліпідної природи. Проте в суслі практично відсутні етиловий спирт, диацетил та інші продукти бродіння. Цією відмінністю і пояснюється різне відношення цих субстратів до окиснювальних процесів (у сусла дуже низька антиокиснювальна стабільність порівняно з пивом).
1.2 Процеси окиснювального старіння пива та методи їх гальмування
Існує великий об’єм емпіричних та теоретичних знань щодо процесів старіння пива. Найбільш добре відомий негативний вплив, що створює кисень протягом усієї технології виготовлення напою. Відповідальність за смак, що виникає у пива при його старінні, беруть на себе, у першу чергу, карбонільні сполуки, які у невеликих концентраціях сильно впливають і на аромат. При цьому кисень може додатково вплинути на утворення смаку, що виникає при старінні пива в результаті [7]:
─ утворення важливих, з точки зору старіння речовин, що впливають на аромат пива;
─ утворення речовин -“попередників” цих речовин;
─ зменшення вмісту антиоксидантів, в результаті чого пізніше кисень може призвести до протікання окиснювальних реакцій.
До реакцій старіння пива можна віднести багато процесів окиснювальної природи. Проте головний внесок у формування смаку та аромату старого пива роблять процеси окиснення вищих спиртів, окиснювальний розпад ізогумулонів, реакція Майяра та розпад Штреккера, автоокиснення жирних кислот, ферментативний розпад жирних кислот, фотоокиснення жирних кислот, вторинне автоокиснення альдегідів та інші процеси. Умовно ці процеси можна поділити на процеси ферментативного та неферментативного окиснення. Велика частина з перелічених вище реакцій ідуть за участю вільних радикалів, утворення яких підсилюється під впливом кисню і відбувається, у першу чергу, в результаті каталітичних реакцій, що викликаються іонами заліза та міді [4].
На даний момент існує багато методів підвищення антиокиснювальної здатності пива. Одним із хімічних методів є введення антиоксидантів та рослинних екстрактів, що містять такі речовини. Для цього використовують сполуки – солі сірчистої та тіосірчистої кислот, а також α-аскорбінову та ізоаскорбінову кислоти та їх солі [3,7]. Але використання аскорбінової кислоти, що активно рекламується, як вже встановлено, призводить до утворення дигідроаскорбінової кислоти, присутність якої у пиві у високих кількостях небажано через негативний вплив на якість напою. У той же час використання у пивоварінні відновлюючих речовин на основі сірки у великих кількостях також небажано через помітне погіршення смаку при зберіганні пива [3]. Широко пропонується використання сбалансованої суміші сполук сірки з ерітроборатом натрію [3].