Процесс осахаривания крахмалов
и методы контроля
Расщепление крахмала до мальтозы и декстринов, катализируемое солодовыми амилазами, называют осахариванием.
В практике заторы осахариваются после медленного нагревания до температуры осахаривания с выдержкой, начатой при этой температуре.
Технологически важными температурами (температурные интервалы) являются следующие:
60-65°С - низшая температура осахаривания, которой поддерживается действие осахаривающей β-амилазы (образуется больше мальтозы, однако затор полностью не осахаривается);
70-75°С - высшая температура осахаривания, которой поддерживается действие декстринирующей α-амилазы (образуется больше декстринов);
78°С - максимальная температура осахаривания, при которой активной является только декстринирующая α-амилаза.
Заторы всегда осахариваются постепенно в связи с тем, что большая молекула крахмала постепенно распадается на меньшие.
Процесс осахаривания и степень достигнутого осахаривания контролируют реакцией по йодному раствору. Это очень чувствительная цветная реакция, ее дает водный раствор йода в йодистом калии с крахмалом и некоторыми декстринами.
Крахмал (нативный, растворимый и крахмальный клейстер) окрашиваются йодом в темно-синий цвет. При осахаривании молекулы крахмала постепенно уменьшаются. Сначала образуются продукты, окрашивающиеся йодом в синий и фиолетовый цвет, они называются амилодекстринами. Потом образуются эритродекстрины, которые окрашиваются йодом в фиолетово-бурый и красно-бурый цвет. Как только затор перестанет давать цветную реакцию (желтый цвет йодного раствора не изменяется), это значит, что появились ахродекстрины - расщепление достигло ахроической точки и затор считается осахаренным.
Согласно конвенции, "осахаривание" считается удовлетворительным, если капля затора и капля 0,02 н. раствора йода в йодистом калии (2,5 г J2 и 5 г KJ на 1л воды) дают на пластинке чистое желтое пятно.
При конвенционных анализах солода определяется "длительность осахаривания", т. е. время от достижения температуры 70°С в заторе вплоть до полного расщепления крахмала на йодонормальные продукты. Учитывая то, что на практике чисто желтая окраска обычно недосягаема, определение временного момента конца осахаривания в значительной степени зависит от субъективной оценки. Для устранения этого недостатка Зилберайзен рекомендовал две модификации конвенционного метода.
Метод 1
Приготавливают гипсовые пластинки из 135 г гипса и 100 мл воды. Пластинки толщиной 2-3 мм нужно высушивать на воздухе или в сушилке. Непосредственно перед достижением температуры 70°С пластинки насыщают 0,04 н. раствором йода (5 г J2 и 10 г KJ на 1 л воды) и легким помахиванием высушивают (к началу испытания они должны иметь сухую поверхность). Из затора с помощью стеклянного стержня переносят на пластинки по одной капле затора через 1, 2 и 3 мин. Если в течение 30 с после нанесения капли на внешней стороне ее появится синее кольцо, то затор еще не осахарился, если не появится, значит - осахарился.
Поскольку йодный раствор с пластинки испаряется, рекомендуется для солодов, осахаривающихся очень медленно (более 20 мин), через 15 мин пропитать йодом следующую пластинку и работать с ней.
Метод 2
В этом методе капля затора с йодом сначала восстанавливается, а потом окисляется. Еще неосахаренные заторы дают чистосинюю окраску, довольно устойчивую.
Каплю затора наносят на гипсовую пластинку и с помощью стеклянного стержня добавляют каплю 0,02 н. раствора йода (2 г J2 и 6 г KJ на 1 л воды). На пятно тотчас наносят каплю 0,01 н. раствора тиосульфата натрия (2,5 г N2S2O3•5H2O в 1 л воды), после чего синяя окраска исчезает. При следующем добавлении капли перекиси водорода (30%) на пятно у неосахарившихся заторов в течение 30 с образуется чисто-синяя окраска, у осахаренных - никогда. Пятно у них бывает только светло-желтой окраски, очень резко отличающееся от синей окраски пятна неосахаренного затора.
С помощью обоих методов можно определять конец осахаривания с точностью до 1-2 мин. Для точного определения длительности осахаривания рекомендуется реакцию на йод повторить с двухминутными интервалами и работать первым, более простым методом.
Однако распространенное определение реакции на йод как реакции осахаривания не совсем точно и подвергалось критике в литературе, поскольку был объяснен механизм действия обеих амилаз.
α-Амилаза расщепляет молекулу крахмала до декстринов, которые не дают с йодом цветной реакции (ахродекстрины), а мальтоза образуется медленно. β-Амилаза гидролизует крахмал до мальтозы и декстринов, дающих с йодом фиолетовую реакцию, а те в свою очередь расщепляются α-амилазой до ахродекстринов.
При осахаривании крахмала цветная реакция на йод исчезает главным образом при действии α-амилазы, так что реакция на йод является собственно показателем активности этой амилазы. Следовательно, установившийся термин "осахаривание" означает стадию ферментативного расщепления крахмала, при которой исчезает цветная реакция с йодом, что свидетельствует о наличии наряду с мальтозой только ахродекстринов.
Правильный выбор температуры осахаривания и полнота осахаривания заметно влияют на качество продукции. До недавних пор считали, что несбраживающиеся декстрины придают светлому пиву полноту вкуса. Это мнение в последнее время пересмотрено (Де Клерк) на основе точно проведенных сравнительных испытаний пива с высоким содержанием декстринов, которое при дегустационных испытаниях было определено как более пустое, чем пиво с высоким содержанием спирта. Тем самым было вновь подтверждено положительное влияние спирта на вкус пива. Его содержание зависит от соотношения декстринов к мальтозе в исходном охмеленном сусле.
Концентрация затора оказывает определенное влияние на количество и качество экстракта, образующегося под действием амилаз. Содержание суммарного и сбраживаемого экстракта повышается при разбавлении затора. Более высокую активность амилаз в жидких заторах используют при переработке плохих, трудноосахаривающихся солодов и при переработке большой доли крахмалистых заменителей вместе с обычным солодом.
Доля сбраживаемого экстракта в общем экстракте зависит от концентрации затора. Экстракт из более густых заторов содержит больше мальтозы, чем экстракт из заторов более жидких. Это вероятнее всего связано с повышенной стойкостью β-амилазы в более густых заторах, в которых она действует дольше, чем в более жидких заторах.
Активность пептидаз в отличие от амилаз снижается с разбавлением затора. В густых заторах в раствор переходит несколько больше стойкорастворимого азота, чем в жидких заторах, формольного азота охмеленное сусло из густых заторов содержит также больше, чем из жидких. По Кольбаху, путем подбора концентрации затора в узком диапазоне можно регулировать соотношение высоко- и низкомолекулярных фракций.