166246 (Окиснювальне старіння пива та його стабілізація), страница 4

Тому інтенсивність світіння (I) повинна зменшуватися до витрачання природних антиоксидантів пива.

Оскільки додавання речовин фенольної природи, як видно із табл.3.1, призводить до збільшення величини першого піку, можна зробити висновок, що джерелом світіння у першому максимумі, окрім вищеперелічених процесів, є реакція між пероксильним та феноксильним радикалами:

PhO^• + RO₂^• → (хінон)^* → хінон + hν (3)

Можливість виникнення ХЛ світіння у результаті протікання реакції 3, встановлено раніше у вуглеводневих середовищах.

Зниження концентрації RO₂^• у результаті протікання реакції 2 пригнічує реакції 1 та 3, і тому світіння суттєво зменшується. Результатом такого зменшення і є період індукції на ХЛ кривій окиснення пива. Наявність світіння в періоді індукції пояснюється незначним перебігом реакції 3.

1. Оскільки СО₂-екстракт хмелю не впливає на параметри хемілюмінесценції пива, це вказує на те, що гіркі та ароматичні речовини хмелю (гумулони, лупуліни, хмелеві масла) не приймають участі в окиснювальних процесах, що супроводжуються хемілюмінесценцією. Індиферентність СО₂-екстракту хмелю по відношенню до хемілюмінесценції пива також свідчить про низьку антиоксидантну активність фенолів цього екстракту.

2. Після витрачання PhOH у реакції 2, світіння знов посилюється, головним чином за рахунок реакцій 1;3, що і обумовлює висоту другого максимуму.

Для підтвердження результатів, отриманих хемілюмінесцентним методом, було проведено серію дослідів по вивченню кінетики окиснення пива, використовуючи газоволюмометричний метод. Для можливості співставлення результатів, отриманих хемілюмінесцентним методом, з результатами газоволюмометричних (ГВ) досліджень, досліди в обох випадках проводили за однакових умов (Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%).

Кінетична крива поглинання кисню пивом, отримана газоволюмометричним методом в наведених умовах зображена на рис.3.5

Рис.3.5 ГВ крива окиснення пива Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%

Базуючись на тому, що такий самий зразок пива в аналогічних умовах за відсутністю Na₂S₂O₈ не поглинає кисню, можна зробити висновок, що поглинання кисню після додавання Na₂S₂O₈ обумовлене перебігом окиснювальних процесів. Як видно, на кривій спостерігається період індукції повільного окиснення. Той факт, що в періоді індукції на газоволюмометричній кривій окиснення пива спостерігається поглинання кисню, корелює з тим фактом, що і на хемілюмінесцентній кривій в періоді індукції також спостерігається деяке світіння. Більш того, період індукції, отриманий хемілюмінесцентним методом, співпадає з періодом індукції, отриманим газоволюмометричним методом. Така відповідність результатів остаточно доводить те, що хемілюмінесцентне світіння обумовлене саме окиснювальними процесами, що йдуть за участю кисню. Також отримані результати свідчать про те, що і газоволюмометричний, і хемілюмінесцентний методи дослідження дають об'єктивну оцінку окиснювальним процесам, що перебігають у пиві. Це відкриває широку перспективу застосування цих методів у подальших дослідах при вивченні окиснювального старіння пива.

Наступним етапом роботи було з'ясування впливу речовин антиокиснювальної природи чи рослинних екстрактів, що містять такі речовини, на кінетику окиснення пива. Як вже було встановлено вище хемілюмінесцентним методом, додавання таких речовин, як іонол чи кофейна кислота у концентрації 5 ∙10^-6 моль/л, призводить до збільшення періоду індукції та зменшення величини другого піку, тобто до збільшення стійкості напою до окиснювальних процесів. Аналогічний ефект спостерігається і при використанні газоволюмометричного метода. Як видно на рис.3.6, додавання водно-спиртового екстракту деревини дуба у кількості 0,25 мл до пива призводить до збільшення періоду індукції та зменшення швидкості окиснення в періоді індукції.

Рис.3.6 ГВ криві окиснення пива Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%:

1. пиво без добавок

2. пиво з додаванням 0.25 мл. Водно спиртового екстракту деревини дуба

Виявлена антиоксидантна активність даного екстракту узгоджується з літературними даними щодо наявності у ньому речовин з антиоксидантними властивостями [8,9].

Оскільки окиснювальні процеси не починаються у пиві лише при його зберіганні, а перебігають від початку виготовлення напою, в якості досліджуваного субстрату було опробовано сусло. Сусло, як відомо, є “попередником” пива і відрізняється від пива підвищеним рівнем сахарів, речовин білкової та ліпідної природи та відсутністю спиртів. Було встановлено, що у створених умовах (Т=70⁰С, W(Na₂S₂O₈)=7%) і хемілюмінесцентні, і газоволюмометричні криві окиснення сусла ідентичні з кривими для пива, яке було виготовлено з цього сусла (рис.3.7;3.8).

Рис.3.7 Кінетичні криві поглинання кисню суслом та пивом Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%:

1-сусло неохмелене, 2-сусло охмелене, 3-пиво

Рис 3.8. ХЛ криві окиснення пива та сусла Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%:

1-сусло неохмелене, 2-сусло охмелене, 3-пиво

Така ідентичність кривих для пива та сусла вказує на подібність окиснювальних процесів у суслі та пиві. Також такі результати свідчать про головний внесок в окиснювальні процеси пива компонентів, що потрапили з сусла (ненасичені карбонові кислоти, білки, вільні амінокислоти та ін.). Це додатково свідчить про доцільність вивчення процесів окиснення (старіння) пива на прикладі сусла.

Як видно з рис.3.7 охмелене сусло окиснюється повільніше, ніж неохмелене. Це цілком логічно пояснюється головною відмінністю цих субстратів. Охмелене сусло містить певну кількість речовин з антиоксидантними властивостями (феноли хмелю). Ці речовини здатні уповільнювати окиснювальні процеси. Неохмелене сусло таких речовин містить значно менше і, тому, легше окиснюється. Період індукції окиснення пива порівняно з суслом, є значно вищим. Це можна пояснити тим, що сусло містить достатню кількість речовин проокиснювальної природи (гідро перекиси та ін.). Ці речовини з’являються у суслі у процесі його виготовлення внаслідок термічних навантажень (варка сусла та кип’ятіння з хмелем). Накопиченню цих речовин сприяє також вільний доступ кисню до сусла. Пиво, на відміну від сусла, пройшло процеси бродіння. Дріжджі, які при цьому використовуються, мають ярко виражені відновлюючі властивості. За рахунок такого впливу дріжджів відбувається відновлення речовин проокиснювальної природи до продуктів, що є безпечними для окислювального псування напою. Окрім цього, пиво у результаті надтонкого фільтрування містить значно меншу кількість речовин білкової природи та ліпідів, які здатні легко окиснюватися і тим самим спровоковувати окиснення інших компонентів.

Варто відмітити, що як у випадку газоволюмометричних досліджень, так і у випадку хемілюмінесценції, було встановлено, що криві окиснення охмеленого та неохмеленого сусла відрізняються на незначну величину. Це пояснюється тим, що при виготовленні сусла даним виробником (ЗАО “Сармат”), був використаний не безпосередньо хміль, а СО₂ – екстракт хмелю. Такий екстракт містить достатню кількість гірких та ароматичних речовин хмелю, проте вміст речовин фенольної природи у ньому зовсім невеликий. Цей факт широко описується в літературі [36]. Додатковим доказом цього може бути індиферентність СО₂ – екстракту хмелю по відношенню до хемілюмінесценції пива, що було встановлено вище (табл.3.1).

Порівняння газоволюмометричних та хемілюмінесцентних кривих окиснення пива та сусла дає змогу зробити висновок, що контроль за вмістом речовин анти- та проокиснювальної природи у пиві на кожному етапі його виготовлення (особливо на стадії виготовлення сусла) є важливим для отримання напою з високими антиокиснювальними можливостями.

Як відомо, метали змінної валентності здатні прискорювати окиснювальні процеси, що йдуть за радикально-ланцюговим механізмом. Одним із таких металів може бути двовалентне залізо (Fe²⁺). Як було встановлено хемілюмінесцентним методом, додавання Fe²⁺ до пива, що окиснюється у присутності Na₂S₂O₈, призводить до зростання світіння у першому та другому максимумах та зменшення періоду індукції.

На рис.3.9 представлена залежність періоду індукції від кількості двовалентного заліза в пиві.

З отриманої залежності можна зробити висновок, що додавання Fe²⁺ призводить до зниження стійкості напою до окиснювальних процесів. Тому контроль за вмістом заліза та інших металів змінної валентності у воді, суслі та пиві є важливим елементом у вирішенні питання підвищення антиокиснювальної стійкості пива.

Вплив Fe²⁺ на кінетику окиснення пива вивчався також і газоволюмометричним методом. Але у цьому випадку дослід проводився при температурі 40⁰С, концентрації заліза 5 ∙10^-3 моль/л та відсутності інших ініціаторів радикальних процесів. Результати цих спостережень зображені на рис.3.10.

Враховуючи те, що проба пива в аналогічних умовах без додавання Fe²⁺ практично не поглинає кисню, можна зробити висновок, що додавання Fe²⁺ призвело не тільки до прискорення, а навіть до зародження окиснювальних процесів. Тобто було виявлено можливість перебігу залізоініційованого окиснення пива.

Можливість перебігу у пиві залізоініційованного окиснення пояснюється тим, що Fe²⁺ здатне зароджувати ланцюги окиснення за схемою:

Прискорити чи збільшити глибину таких процесів можуть речовини, які будуть здатні відновити Fe³⁺ до Fe²⁺, оскільки знов відновлене Fe²⁺ зможе зароджувати нові ланцюги окиснення. Такими речовинами можуть бути чи ферменти, де коферментом є НАДФН₂, чи речовини неферментної природи з підходящим редокс-потенціалом (наприклад аскорбінова к-та).

Можливість перебігу процесів ферментативного залізоініційованого окиснення перевірялася на суслі. Досліди проводились газоволюмометричним методом при температурі 40⁰С та концентрації заліза 5 ∙10^-3 моль/л. Було виявлено, що і охмелене, і неохмелене сусло поглинають кисень у створених умовах з досить великою швидкістю (рис.3.11)

Рис. 3.11 Кінетичні криві поглинання кисню сусломТ=40⁰С,

С(Fe²⁺)= 5 ∙10^-3 моль/л: 1-сусло неохмелене, 2-сусло охмелене

Отримані результати свідчать щодо наявності процесів ферментативного окиснення компонентів сусла. Більшість ферментів, як відомо, є активними в інтервалі температур 20 – 40⁰С. Для остаточного доказу протікання саме процесів ферментативного окиснення компонентів сусла було проведено експеримент при 50⁰С та незмінних інших параметрах досліду. Кінетична крива поглинання кисню в таких умовах представлена на рис. 3.12.

Рис. 3.12 Криві поглинання кисню охмеленим суслом С(Fe²⁺)= 5 10^-3 моль/л:

1 – 40⁰С; 2 – 50⁰С

Порівняно з аналогічним дослідом при температурі 40⁰С швидкість поглинання кисню при 50⁰С зменшилася. Це означає, що підвищення температури пригнічує ферментативне окиснення в результаті дезактивації ферментів, що здатні відновлювати Fe³⁺ до Fe²⁺. Поглинання кисню (рис. 3.12 кр. 2) навіть після дезактивації ферментів можна пояснити одночасним протіканням як процесів ферментативного, так і неферментативного залізоініційованого окиснення.

Можливість перебігу процесів неферментативного залізоініційованого окиснення перевірялася в умовах аскорбатзалежного залізоініційованого окиснення. Результати цих спостережень зображені на рис.3.13.

Рис. 3.13 Газоволюмометричні криві поглинання кисню суслом