166246 (Окиснювальне старіння пива та його стабілізація), страница 5

Т=40⁰С, С(Fe²⁺)= 5 ∙10^-3 моль/л:

1 – сусло з аскорбіновою кислотою (С_{аск. к-ти}=0,5 г/л)

2 – сусло без добавок аскорбінової кислоти

Як видно, додавання аскорбінової кислоти призводить до збільшення глибини окиснення сусла. Можливість перебігу процесу аскорбатзалежного залізоініційованого окиснення перевірялася і безпосередньо на пиві (рис.3.14).

Рис.3.14 Газоволюмометричні криві поглинання кисню пивом

Т=40⁰С, С(Fe²⁺)= 5 ∙10^-3 моль/л:

1 – пиво з аскорбіновою кислотою (С_{аск. к-ти}=0,5 г/л)

2 – пиво без добавок аскорбінової кислоти

Як видно, додавання аскорбінової кислоти до пива призвело не тільки до збільшення глибини його окиснення, а навіть до збільшення швидкості окиснення напою. Отримані результати (рис.3.13;3.14) доводять можливість протікання реакцій відновлення Fe³⁺ до Fe²⁺ аскорбіновою кислотою, що збільшує швидкість та глибину окиснення пива та сусла. Аналіз результатів показав, що такі відновники, як аскорбінова кислота здійснюють подвійну роль. З одного боку, вони здатні регенерувати Fe³⁺ до Fe²⁺ і, таким чином, підтримувати реакції окиснення. З іншого, – якщо концентрація у пиві заліза є незначною, аскорбінова кислота здатна діяти як синергіст натуральних антиоксидантів. Це додатково говорить щодо важливості контролю за вмістом у пиві та суслі речовин, що є ініціаторами окиснювальних процесів (кисень, метали змінної валентності, перекиси та ін.).

Для доказу того, що окиснення компонентів сусла (пива) в умовах залізоініційованого окиснення відбувається саме за радикально-ланцюговим механізмом, було проведено досліди по встановленню впливу антиоксидантів радикально-ланцюгових процесів (іонол) на кінетику окиснення досліджуваного субстрату. Результати представлені на рис.3.15.

Рис. 3.15 Газоволюмометричні криві поглинання кисню суслом

Т=40⁰С, С(Fe²⁺)= 5 ∙10^-3 моль/л:

1 – сусло без добавок

2 – сусло з іонолом (С_іонолу= 5 ∙10^-5 моль/л)

Як видно з рис.3.15 іонол уповільнює окиснення сусла. Це означає, що залізоініційоване окиснення компонентів сусла за участю ферментів йде за радикально-ланцюговим механізмом Аналогічні результати отримані і в умовах аскорбатзалежного залізоініційованого окиснення сусла (рис.3.16).

Таким чином, отримані залежності (рис.3.15;3.16) свідчать про те, що залізоініційоване ферментативне і аскорбатзалежне окиснення компонентів сусла (пива) відбувається за однаковим механізмом.

Рис. 3.16 Газоволюмометричні криві поглинання кисню суслом

Т=40⁰С, С(Fe²⁺)= 5 ∙10^-3 моль/л:

1 – сусло з аскорбіновою кислотою (С_{аск. к-ти}=0,5 г/л)

2 – сусло без добавок аскорбінової кислоти та іонолу

3 – сусло з додаванням аскорбінової кислоти та іонолу

(С_{аск. к-ти}=0,5 г/л; С_іонолу= 5 ∙10^-5 моль/л)

Вище для встановлення речовин, які призводять до перебігу окиснювальних процесів пива, хемілюмінесцентним методом було перевірено вплив добавок деяких компонентів пива на кінетику окиснення напою. Для підтвердження результатів, отриманих в такий прийом, було проведено серію дослідів на модельних розчинах пива (розчини окремих компонентів пива (сусла) у фосфатному буфері з рН=5,4; Т=40⁰С; С(Fe²⁺)= 5 ∙10^-3 моль/л ) газоволюмометричним методом. Проведені досліди показали:

• сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза) не поглинають кисню в заданих умовах

• вільні амінокислоти (фенілаланін, цистеїн, гліцин) у концентраціях, наявних у суслі та пиві, дуже слабо поглинають кисень

• ненасичені карбонові кислоти (лінолева к-та) в концентраціях, наявних в суслі, поглинають кисень з великою швидкістю.

Криві поглинання кисню суслом та модельним розчином лінолевої кислоти у фосфатному буфері зображені на рис.3.17.

На газоволюмометричній кривій модельного розчину лінолевої кислоти є період індукції. Крива поглинання кисню суслом такого періоду не має. Відмінність можна пояснити тим, що на початкових стадіях окиснення розчину лінолевої кислоти відбувається накопичення пероксидів (первинних продуктів окиснення), які в результаті розпаду прискорюють окиснювальні процеси. У суслі такі речовини є, тому воно окиснюється без періоду індукції. Варто відмітити, що після періоду індукції газоволюмометрична крива розчину кислоти виходить приблизно на один рівень з газоволюмометричною кривою сусла. Це означає, що головний внесок у процеси окиснення сусла (пива) вносять саме ненасичені карбонові кислоти.

Після з'ясування всіх можливих механізмів окиснювального старіння пива (сусла), встановлення речовин, які є відповідальними за перебіг чи прискорення таких процесів у напої та речовин, що здатні уповільнювати окиснювальні процеси, заключним етапом роботи було опробування різних антиоксидантів та рослинних екстрактів, що містять такі речовини для антиокиснювальної стабілізації пива (сусла). Результати цих експериментів викладено в табл.3.2; 3.3.

Таблиця 3.2 – Зміна параметрів ХЛ пива при введенні різних антиоксидантів. Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%

Таблиця 3.3 – Зміна параметрів ХЛ пива при введенні рослинних екстрактів. Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%

Отримані результати свідчать щодо можливості антиокиснювальної стабілізації пива класичними антиоксидантами радикально-ланцюгових процесів чи рослинними екстрактами, про що свідчить збільшення періодів індукції при окисненні пива після внесення зазначених речовин.

Також було перевірено можливість антиокиснювальної стабілізації пивного сусла водно-етанольним екстрактом деревини дуба у суміші з аскорбіновою кислотою (рис.3.18).

Рис.3.18 ХЛ крива окиснення охмеленого сусла Т=70⁰С,W(Na₂S₂O₈) =7%: 1 – сусло без добавок, 2 – сусло з додаванням 0,25 мл. водно-етанольного екстракту деревини дуба та аскорбінової к-ти (25 мг./л),

Як видно, антиокиснювальна стабільність сусла при додаванні вищевказаних речовин підвищилася. Це адекватно збільшенню періоду індукції та зменшенню величини другого піку на отриманій кривій.

З результатів, наведених в табл.3.2, видно, що додавання таких речовин, як кофейна чи ферулова кислота призводить до найвищої антиокиснювальної стабілізації, якщо виходити з відношення τ/τ₀. Так само і серед рослинних екстрактів найбільшу антиокислювальну активність проявив екстракт з деревини дуба.

Таким чином, проведені досліди дозволили визначити всі процеси окиснювального старіння, яким підвержено пиво. Було опробовано для вивчення таких процесів газоволюмометричний та хемілюмінесцентний методи дослідження, які до цього моменту не використовувалися для цих цілей. Розроблений варіант методики використання цих методів, як виявилось, є дуже зручним для отримання якомога повнішої та об'єктивної інформації про перебіг окиснювальних процесів у досліджуваному субстраті (пиво, сусло). Також можливе використання цих методів дослідження по розробленій методиці для оцінки антиокиснювальної активності різних речовин чи рослинних екстрактів, використовуючи у якості субстрату пивне сусло. Доведено, що всі окиснювальні процеси, що перебігають у пиві, відбуваються за радикально-ланцюговим механізмом. Було ідентифіковано всі речовини, які здатні прискорювати чи уповільнювати такі процеси. Як виявилось, прискорити окиснювальні процеси (знизити антиокиснювальну стійкість пива) здатні кисень, речовини перекисної природи, метали змінної валентності, надмірний рівень речовин білкової та ліпідної природи, що також негативно впливає на антиокиснювальну стійкість напою. Речовинами, що здатні гальмувати такі процеси, є сполуки фенольної природи та рослинні екстракти, що містять такі речовини. Причому природні феноли (кофейна к-та, ферулова к-та ) проявили сильніший вплив на антиокиснювальну стійкість пива, ніж синтетичні (іонол, фенол 2246). Була виявлена можливість антиокиснювальної стабілізації пивного сусла, що дає можливість вплинути на перебіг процесів окиснювального старіння в пиві ще на ранніх стадіях його виготовлення.

Така інформація дозволяє побудувати повну картину всього спектру окиснювальних процесів, що здатні призводити до “старіння” напою та методів боротьби з ними. Це стане на заваді розробки заходів антиокиснювальної стабілізації пива, які можуть бути впроваджені у виробництво, що обов'язково позитивно вплине на якість даного харчового продукту.

Висновки

1. Опробовано газоволюмометричний та хемілюмінесцентний методи дослідження для вивчення процесів окиснювального старіння пива. Розроблений варіант методики використання цих методів є дуже зручним для отримання об'єктивної інформації про перебіг окиснювальних процесів в досліджуваному субстраті.

2. Запропоновано використання цих методів дослідження по розробленій методиці для оцінки антиокиснювальної активності різних речовин чи рослинних екстрактів, використовуючи у якості субстрату пивне сусло.

3. Доведено, що окиснювальні процеси, ініційовані персульфатом натрію, перебігають в пиві і суслі за радикально-ланцюговим механізмом.

4. Ідентифіковано речовини, які здатні прискорювати чи уповільнювати процеси окиснення в пиві.

5. Виявлена можливість антиокиснювальної стабілізації пивного сусла фенолами, що дає можливість вплинути на перебіг процесів окиснювального старіння в пиві ще на ранніх стадіях його виготовлення.

6. Доведено можливість протікання реакцій ферментативного та неферментативного окиснення компонентів пива, які можуть бути зароджені двовалентним залізом і відбуваються за радикально-ланцюговим механізмом.

7. Показано, що головним методом антиокиснювальної стабілізації пива є додаткове внесення речовин фенольної природи (антиоксидантів радикально-ланцюгових процесів).

Література

1. Кунце В. Правильное пиво – как его сварить? /В. Кунце // Пиво и напитки. – 2001. – №2. – С. 24 – 25.

2. Иванова Е.Г. Изменение липидов в процессе пивоварения и их влияние на вкусовую стабильность пива /Е.Г. Иванова // Пиво и напитки. – 2003. – №3. – С. 12 – 14.

3. Иванова Е.Г. Антиоксиданты для улучшения вкуса и стабильности пива/ Е.Г. Иванова, Л.В. Киселева, Н.Г. Ленец // Пиво и напитки. – 2004. – №2. – С. 25.

4. Вакербауэр К. Реакция с радикалами и стабильность вкуса пива /К. Вакербауєр, Р. Хардт // Мир пива. – 1997. – №.4. – С. 38 – 42.

5. Рыбакова Е.В. Ионная хроматография универсальная методика для анализа пива/Е.В. Рыбакова//Пиво и напитки. – 2004.– №2. – С. 42 – 43.

6. Савчук С.А. Применение новых хроматографических методов в исследовании пива /С.А.Савчук, К.В.Кобелев // Пиво и напитки. – 2003. – №1. – С. 15 – 20.

7. Тим О’Рурк Роль кислорода в пивоварении / О’Рурк Тим // Пиво и напитки. – 2003. – №2. – С. 24 – 26.

8. Бушина И.А. Изучение антиоксидантной активности экстракта дубового / И.А. Бушина // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2003. – №11. – С. 60 – 62.

9. Білокір Г. Напій вищої проби /Г. Білокір, Л. Рибак, Л. Данилова та ін.// Харчова і переробна промисловість. – 2002. – №4. – С. 22 – 23.

10. Хошимото Н. Пути образования летучих альдегидов во время хранения бутылочного пива /Н. Хошимото// Научно-исследовательский отчет лаборатории фирмы Kirin Brew. – 1975. – №18. – С.1–11.

11. Мейльгард М. Затхлый вкус пива, вызванный карбонилами/ М. Мейльгард // Дайджест Brew. Dig. – 1972. – №47. – С.52,54,56,57,62.

12. Блокманс Источники определенных соединений карбонилов, образующихся в результате старения пива /Блокманс Машелен, Деврю А. // Материалы 17-го конгр. Евр. пивов. Конв.: – Берлин, 1979. – C.279 – 291.

13. Машелен Роль фотохимических реакций для устойчивости вкуса пива / Машелен // Cerevisia. –1980. – №5. – C.107 – 110.

14. Тресль Р. Образование альдегидов в результате окисления липидов и их значение как компонентов, нарушающих вкус пива /Р. Тресль, Д. Барри // Материалы 19-го конгр. Евр. повов. Конв.: – Лондон, 1983. – C.525-532.

15. Владимиров Ю.А. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах / Ю.А. Владимиров, А.И. Арчаков .– М.: Наука, 1972.– 252с.

16. Барабой В.А. Окислительно – антиоксидантный гомеостаз в норме и патологии / В.А. Барабой, Д.А. Сутковой.– К.: Чернобыльинформ, 1997.– Т.1. – С.204.

17. Березов Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин.– М.: Медицина, 1983. – 752с.

18. Хемилюминесцентные методы исследования медленных химических процессов / В.Я. Шляпинтох, О.Н. Карпухина, Л.М. Постников и др. – М.: Наука, 1966.- 300с.

19. Торопцева А.М.,Лабораторный практикум по химии и технологии высокомолекулярных соединений / А.М. Торопцева, К.В. Белгородская, В.М. Бондаренко. – Л., Химия, 1972. – 416с.

Резюме

Данная работа посвящена исследованиям процессов окислительного старения пива с использованием для этой цели хемилюминесцентного и газоволюмометрического методов исследования.

Установлено, что хемилюминесцентный и газоволюмометрический методы исследования, в отработанных вариантах, являются достаточно информативными для изучения процессов окисления в пиве. Результаты полученные этими методами идентичны, что свидетельствует об их объективности. Дана интерпретация хемилюминесцентных и газоволюмометрических кинетических кривых при окислении пива, которые по виду аналогичны с соответствующими кривыми для сусла. Установлено, что введение ингибиторов радикально-цепных процессов приводит к подавлению процессов окисления в пиве. Добавки веществ перекисной природы, металлов переменной валентности, приводит к ускорению процессов.