Восстанавливаю щие сахара -Аминокислоты —Меланоидины

СУШКА СОЛОДА

Свежепроросший солод легко портится из-за высокой влажности, поэтому его следует перевести в устойчивое для хранения состояние удалением воды. Химико-биологические превращения, происходящие в процессе проращивания, при сушке должны завершиться. Кроме того, задачей сушки является устранение запаха и вкуса свежепроросшего солода, формирование характерного для каждого типа солода аромата и достижение соответствующего окрашивания. При сушке также удаляют ростки листа и корешки, способствующие повторному поглощению влаги высушенным солодом.

Этих целей можно достичь с помощью подсушивания (подвяливания) и сушки солода. В процессе обезвоживания свежепроросшего солода различают два этапа. Подсушивание (подвяливание) - удаление влаги из свежепроросшего солода при более низких температурах до влажности около 10 %. Ha этой стадии удаление воды до достижения влажности 18-20% (до так называемой точки гигроскопичности) проходит легко. Дальнейшее подсушивание до 10 %-ного содержания влаги проходит труднее, но все еще сравнительно просто. В высокопроизводительных сушилках эта стадия отличается скачкообразным подъемом температуры отводимого воздуха, а при работе двухярусной сушилки - легким «прохождением» слоя солода. Способы подсушивания светлого и темного солода различны.

Собственно высушивание проводится до содержания влаги в светлом солоде 3,5-4 %, а темного - до 1,5-2 %. По сравнению с подсушиванием обезвоживание проходит намного сложнее, так как ему противодействуют капиллярные, а в конце и коллоидные взаимодействия, удерживающие влагу внутри зерна. Замедлению удаления воды на этой стадии способствуют сморщивание и ломкость ростков корешков. Обезвоживание проводят при температуре 80-105 °С.

Сушку солода в зависимости от происходящих с зерном превращений делят на три основные фазы: физиологическую, ферментативную, химическую.

2.3.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ФАЗА

Во время физиологической фазы сушки в зерне продолжается еще процесс солодоращения, но при более благоприятных температурных условиях. Возможность дальнейшего роста зерна ограничивается влажностью солода 30 % и температурой сушки 45 °С. В таких условиях происходит заметное визуально развитие зародышевого листа и ростков. Зерно продолжает дышать, что сопровождается расходом углеводов, но при этом процесс дыхания несколько отличается от происходящего при проращивании, поскольку углеводы окисляются не полностью. В воздухе над зерном обнаруживаются спирт и альдегиды, последние очень нестойки и вступают в хими­ческие реакции с другими летучими и нелетучими веществами, в том числе и в реакции меланоидинообразования. В этот период сушки активность ферментов солода значительно повышается, поскольку влажность и температура приближаются к оптимальным для их действия.

Процесс изменения структуры, т. е. растворение эндосперма, продолжается. Это проявляется в увеличении в солоде количества растворимого азота, низкомолекулярных продуктов распада крахмала и степени расщепления стенок клеток эндосперма. Эти процессы преобладают над ростом листка и корешков.

При температуре более 45 °С физиологические процессы в зерне подавляются. В связи с этим прекращаются синтетические процессы, сопутствующие жизнедеятельности зародыша, а ферментативные процессы продолжаются вплоть до определенного температурного предела

2.3.2.ФЕРМЕНТАТИВНАЯ ФАЗА

При сушке процессы расщепления высокомолекулярных субстратов эндосперма зерна под действием амилаз, пептидаз, глюканаз и фосфатаз происходят до тех пор, пока этому благоприятствуют температура и влажность. Степень сохранения активности гидролитических ферментов определяется влажностью солода: чем быстрее удаляется влага, тем меньшие изменения претерпевают ферменты. Эти обстоятельства учитывают при различных способах сушки светлого и темного солодов.

На второй фазе сушки температура постепенно повышается до 70 ⁰С, при этом влажность солода снижается до 10%. Различные группы ферментов ведут себя при этом по-разному.

Группа цитолитических ферментов при сушке почти полностью инактивируется, так как уже при 60 °С в течение 15 мин эти ферменты теряют свою активность. Но в процессе сушки они в определенной степени расщепляют гемицеллюлозу, в том числе β-глюкан.

Амилолитические ферменты при сушке понижают свою активность, причем при сушке по режиму для светлых солодов в меньшей степени, чем для темных. β-Амилаза теряет активность в большей степени, чем α-амилаза, которая способна переносить более высокие температуры.

При нормальном режиме сушки солода амилолитическая активность по общей осахаривающей способности снижается на 32 %, а по декстринирующей — на 16 %. Во время сушки солода уменьшается содержание крахмала с 55,2—55,5 до 54,6—54,7 %, а также инвертного сахара за счет образования сахарозы, количество которой для светлых солодов увеличивается на 0,3—0,5 %. Этот процесс существенно зависит от влажности зерна и при достижении влажности 15 % прекращается. Для максимального сохранения активности амилаз солод с высокой влажностью нельзя подвергать действию высокой температуры. На этой фазе сушки уменьшается количе­ство низкомолекулярных продуктов расщепления крахмала — фруктозы, глюкозы, мальтозы, сахарозы — за счет активного взаимодействия их с азотистыми веществами, значительно возрастающего на последней фазе сушки.

Активность протеолитических ферментов солода зависит от режима сушки. Для светлых солодов при нормальном режиме сушки (95—100 °С) активность протеаз сохраняется достаточно хорошо. В начале сушки наблюдается повышение их активности, которая постепенно снижается до исходного уровня. При приготовлении темного солода режим сушки довольно жесткий (112—119 °С), так что даже активность протеолитических ферментов значительно снижается.

Общее содержание белковых веществ при сушке уменьшается незначительно, но качественный состав их меняется. Количество коагулируемого азота уменьшается в светлом солоде на 0,10— 0,27 %, а в темном — на 0,4 %. Вместе с тем количество растворимого азота в солоде увеличивается на 16,1 %, в то время как при солодо- ращении — только на 10,2%. Количество формольно титруемого азота, т. е. азота аминокислот, в солоде уменьшается при любых режимах сушки, причем наиболее значительно при сушке темного со­лода. Количество азотсодержащих соединений в процессе сушки солода уменьшается в результате коагуляции белка при высокой температуре и влажности; расхода низкомолекулярных азотистых веществ на реакции образования красящих и ароматических веществ.

Состав аминокислот в солоде при сушке изменяется не количественно, а качественно. Возрастает содержание глицина, аланина, фенилаланина, валина, лейцина, аргинина, но уменьшается глутаминовой кислоты, пролина, лизина, гистидина.

Активность липаз солода при сушке, также как и протеаз, возрастает. Фосфатаза уже через 4 ч сушки зерна теряет треть своей активности. При этом изменений с субстратами для действия эстераз практически не происходит. Каталаза солода при сушке инактивируется на 90 %. Активность полифенолоксидазы, пероксидазы в зерне сохраняется после сушки достаточно высокой, соответственно 40 и 70 %.

Таким образом, первые две фазы сушки солода характеризуются протеканием преимущественно гидролитических процессов.

2.3.3. ХИМИЧЕСКАЯ ФАЗА

На третьей фазе сушки солода происходят в основном химические процессы, приводящие к образованию в солоде специфических ароматических и вкусовых свойств, приобретению цвета. Накопившиеся в солоде продукты ферментативного распада белков и углеводов под влиянием высокой температуры сушки взаимодействуют с образованием новых соединений — меланоидинов. В этой фазе сушки часть ферментов полностью инактивирована, а та из них, что сохранила свою активность, не в состоянии ее проявлять, поскольку недостаточно влаги и слишком высокая температура среды.

Образование на химической фазе сушки темноокрашенных меланоидинов происходит за счет окислительно-восстановительных реакций между редуцирующими сахарами и аминокислотами, ди- и трипептидами солода. Непременным условием протекания реакции меланоидинообразования является наличие карбонильных групп в сахарах и свободных аминогрупп в продуктах распада белков. Интенсивность окраски и аромата, а также различие в характере аромата меланоидинов зависят от аминокислоты и углевода, вступающих в реакцию.

По Ходжу, меланоидинообразование включает семь основных видов реакций, которые протекают последовательно или параллельно Эти виды реакций по развитию окраски меланоидинов можно разделить на три последовательно идущие стадии.

Начальная (I) стадия. Продукты на этой стадии бесцветны и не поглощают ультрафиолетового света. Эта стадия включает две реакции:

карбониламинную конденсацию с образованием Шиффова основания, затем N-глюкозида (органического соединения, характеризующегося наличием групп НС = N— В этой реакции могут участвовать не только свободные аминокислоты, но и некоторые простые пептиды;

изомеризацию при нагревании N-глюкозида путем внутримолекулярной перегруппировки Амадори посредством катиона Шиффова основания с образованием N-замещенной 1-амино-1- дезокси-2-кетозы в двух формах. Эти вещества благодаря наличию группы —С=0— являются очень реакционноспособными и служат исходными продуктами для образования темноокрашенных меланоидинов.

Промежуточная (II) стадия. Продукты на второй стадии меланоидинообразования бесцветные или слабо-желтые, но обладают способностью к поглощению длинных волн УФ-части спектра. На этой стадии происходит дегидратация 1-амино-1-дезокси-2-кетозы, которая в зависимости от условий среды (влажности и температуры) может идти различными путями.

При дальнейшем нагревании солода это соединение может превращаться в фурфурол, если исходным сахаром была пентоза, или в оксиметилфурфурол в случае участия в реакции гексозы. Продуктами распада 1-амино- 1-дезокси-2-кетозы по другому пути в более мягких условиях станут другие альдегиды: пировиноградный, ме тилглиоксаль, ацетоин, диацетил. Некоторые из них обладают приятным вкусом и ароматом.

В нейтральной среде при невысоких температурах сушки солода основными промежуточными продуктами будут не фурфурол или оксиметилфурфурол, а шестиуглеродные редуктоны с незамкнутой цепью. Они образуются при дегидратации продукта перегруппировки Амадори с потерей двух молекул воды и разрывом кольца. Общим свойством редуктонов является ярко выраженная редуцирующая способность благодаря наличию эндиольной группы. Эта группа связана с альдегидным или кислотным радикалом. Наличие эндиольной и карбоксильной групп обусловливает способность редуктонов к окислительно-восстановительным реакциям. Редуктоны в дигидроформе участвуют в создании коричневого цвета продуктов.

Одновременно с образованием всех этих соединений во второй стадии меланоидинообразования происходят реакции взаимодействия фурфурола и оксиметилфурфурола с аминокислотами, реакции переаминирования редуктонов с аминокислотами и т. д. Образовавшиеся альдегиды играют основную роль в создании вкусовых и ароматических свойств.

Конечная (III) стадия. На этой стадии образуются продукты с интенсивной окраской. Они активно поглощают ультрафиолетовый свет, не восстанавливают фелингову жидкость, но обладают восстановительной способностью по йоду. В последней стадии происходят в основном два процесса:

альдольная конденсация, когда из двух молекул альдегида получается новый альдегид, например альдоль — безазотистое вещество коричневого цвета;

альдегидаминная полимеризация промежуточных продуктов, образуемых в первой и второй стадиях.

В результате полимеризации получается ряд сложных компонентов ненасыщенных гетероциклических азотистых соединений типа пиррола, имидазола, пиридина и пиразола:

Пиррол Имидазол Пиридин Пиразол

Эти соединения имеют коричневую окраску различной интенсивности. Они вместе с непрореагировавшими альдегидами, обладающими определенным запахом и вкусом, обусловливают органолептические свойства пищевых продуктов, подвергшихся воздействию повышенных температур.

В. Л. Кретович приводит следующую схему меланоидинообразования:

Восстанавливаю щие сахара -Аминокислоты —Меланоидины