12_Szwed.pdf

ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2009, 6 (67), 119 – 128

ŁUKASZ SZWED, JÓZEF BŁAŻEWICZ, AGNIESZKA ZEMBOLD-GUŁA,

MICHAŁ PELAK, ANDRZEJ DAWIDOWICZ

WPŁYW FRAKCJONOWANIA I CZASU SŁODOWANIA

ZIARNA JĘCZMIENIA NA LICZBĘ KOLBACHA SŁODÓW

ORAZ ZAWARTOŚĆ WOLNEGO AZOTU

ALFA-AMINOKWASOWEGO W BRZECZKACH

S t r e s z c z e n i e

Celem badań było określenie wpływu czasu słodowania i dodatkowego frakcjonowania ziarna jęcz-

mienia browarnego na zasobność słodów i otrzymanych z nich brzeczek pod względem produktów hydro-

lizy enzymatycznej białek. Materiał badawczy stanowiło ziarno jęczmienia browarnego odmian: Lailla,

Jersey, Hanka oraz Brenda, pochodzące z sezonu wegetacyjnego 2004, z rejonu Dolnego Śląska, rozsor-

towane pod względem grubości na 3 frakcje: standardową (ziarno o grubości > 2,5 mm), frakcję 2,5-2,8

mm oraz frakcję >2,8mm, które poddano słodowaniu 5-, 6- i 7-dniowemu. W otrzymanych ze słodów

brzeczkach laboratoryjnych oznaczono zawartość azotu alfa-aminokwasowego oraz obliczono liczbę

Kolbacha. Otrzymane wyniki przeanalizowano programem Statistica. Analiza statystyczna wykazała, że

zarówno czas słodowania 5-, 6- i 7-dniowy, jak i dodatkowe frakcjonowanie nie zróżnicowały w istotny

sposób wartości liczby Kolbacha. Oba czynniki nie wpłynęły również w sposób istotny na zawartość

wolnego azotu alfa-aminokwasowego w brzeczkach. Słody charakteryzowały się wysokim stopniem

rozluźnienia. Zasadne wydaje się więc stwierdzenie, że proces słodowania można skrócić nawet poniżej 5

dni, co poprawi ekonomikę produkcji zarówno przez skrócenie czasu trwania procesu, jak i ograniczenie

ubytków naturalnych związanych z rozwojem korzonków i kiełków liścieniowych. Dodatkowe frakcjo-

nowanie ziarna nie różnicowało liczby Kolbacha i zawartości azotu alfa-aminokwasowego. Wprowadza-

nie zatem frakcjonowania, jako dodatkowego procesu, nie ma uzasadnienia technologicznego przy rozpa-

trywaniu ilości produktów hydrolizy enzymatycznej białek.

Słowa kluczowe: liczba Kolbacha, wolny azot alfa-aminokwasowy (FAN), słodowanie, frakcjonowanie

Wprowadzenie

Jednym z warunków otrzymania wartościowej brzeczki słodowej, a w efekcie

również dobrego piwa, jest odpowiednia jakość słodu. Słód stanowi główne źródło

Mgr inż. Ł. Szwed, dr hab. inż. J. Błażewicz, mgr inż. A. Zembold-Guła, mgr inż. M. Pelak, Katedra

Technologii Rolnej i Przechowalnictwa, Wydz. Nauk o Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocła-

wiu, ul. Norwida 25, 50-375 Wrocław, mgr inż. A. Dawidowicz; SAATEN-UNION Polska Sp. z o.o.; ul.

Straszewska 70; 62-100 Wągrowiec

120

Łukasz Szwed, Józef Błażewicz, Agnieszka Zembold-Guła, Michał Pelak, Andrzej Dawidowicz

składników, które w przypadku produkcji piwa ulegają fermentacji lub też pozostają

niedofermentowane, tworząc pełnię smakowo-zapachowych cech piwa. Na jakość

słodu browarnego wpływa przede wszystkim jakość ziarna jęczmienia oraz proces jego

słodowania. Dobierając określone odmiany jęczmienia browarnego i odpowiednio

modyfikując proces słodowania można uzyskać słód o bardzo dobrych cechach fizyko-

chemicznych i sensorycznych [2], spełniających wymagania jakościowe związane

z technologią w danym browarze.

Poszczególne odmiany różnią się między sobą potencjałem enzymatycznym,

skłonnością do akumulacji białka w ziarnie, wypełnieniem ziarna skrobią, wartością

siły diastatycznej, liczbą Kolbacha, a także ekstraktywnością otrzymanych z nich sło-

dów [4]. Kryteria jakościowe dotyczące ziarna jęczmienia przeznaczonego do produk-

cji słodu browarnego są precyzyjne. Browarnictwo narzuca swoje wymagania i ocze-

kuje od rolnictwa surowca o dużej stabilności podstawowych składników ziarna i pa-

rametrów użytkowych, co znajduje wyraz we wzorach umów kontraktacyjnych róż-

nych słodowni [16]. Podaż surowca o odpowiednio ukształtowanych parametrach jako-

ściowych gwarantuje browarom efektywny proces technologiczny (krótki czas zaciera-

nia słodów, optymalny skład brzeczki i piwa) przy niskich kosztach produkcji [7, 13].

W warunkach Polski częstym problemem jest zbyt duża zawartość białka w ziar-

nie (powyżej 11,5 %), wynikająca z nadmiaru azotu w glebie oraz z okresowych nie-

doborów wody zarówno w fazie przed kwitnieniem, jak i w fazie wypełniania ziarna.

Zwiększona ilość białka może przedłużać czas moczenia ziarna i przyczyniać się do

jego nierównomiernego kiełkowania w czasie słodowania. Prowadzi to często do

zmniejszenia ekstraktywności słodu, nadmiaru związków azotowych w brzeczce,

a w rezultacie do zmniejszenia wydajności warzelni, zmętnienia piwa, pojawiania się

osadu i pogorszenia smaku w gotowym produkcie [10]. Do produkcji piwa nie nadaje

się również ziarno jęczmienia o zawartości białka poniżej 9 %. Zawartość białka jest

skorelowana z ilością i aktywnością enzymów i ziarno ubogie w białko charakteryzuje

się małą siłą enzymatyczną. Odpowiednia aktywność enzymów odgrywa ważną rolę,

szczególnie gdy w technologii produkcji piwa stosowany jest dodatek surowców nie-

słodowanych. Niezbędna jest ponadto określona zawartość wolnego azotu aminokwa-

sowego, stanowiącego składnik pożywki dla drożdży [10].

Ważną grupą czynników wpływających na wysokość i jakość plonu jęczmienia są

zabiegi agrotechniczne, mające na celu ochronę roślin przed chwastami, chorobami

grzybowymi i szkodnikami. Zabiegi te polegają na stosowaniu herbicydów i fungicy-

dów, a także nawożeniu mineralnym – głównie azotem, fosforem i potasem [3].

Wybór odmian zaadaptowanych do warunków lokalnych, o ograniczonej (nie

nadmiernej) zdolności pobierania azotu, a także o małej wrażliwości na warunki pogo-

dowe i odpornych na infekcje to podstawowe sposoby wykorzystania różnic między-

odmianowych do poprawy jakości ziarna jęczmienia browarnego [14]. W praktyce

121

WPŁYW FRAKCJONOWANIA I CZASU SŁODOWANIA ZIARNA JĘCZMIENIA NA LICZBĘ…

tylko odmiany zakwalifikowane do grupy browarnych, o wysokim wskaźniku synte-

tycznej oceny wartości browarnej według Molina-Cano [11], gwarantują uzyskanie

dobrej jakości słodu. Są to odmiany niskobiałkowe i na ogół wysoko plonujące [6, 15].

Ocenia się, że w czasie procesu słodowania rozkładowi ulega połowa białek za-

wartych w ziarniakach. Substancje białkowe ulegają przekształceniu z nierozpuszczal-

nych, wysokocząsteczkowych związków do niskocząsteczkowych, rozpuszczalnych

produktów rozkładu. Podczas kiełkowania 35 – 40 % białek ulega takim przemianom,

a efekty tego procesu określa się jako stopień rozluźnienia białkowego według Kolba-

cha. Część substancji białkowych wykorzystywana jest do rozwoju korzonków zarod-

kowych, przez co zawartość białka w słodzie ulega zmniejszeniu, w porównaniu

z wyjściową zawartością w jęczmieniu, o około 0,3 - 0,5 %. Zwiększa się udział frakcji

rozpuszczalnych w wodzie i roztworach soli, wzrasta znacznie ilość aminokwasów

i białek niekoagulujących [10].

Opisując proces słodowania można powiedzieć, że jego zadaniem jest wytworze-

nie enzymów w takiej ilości, aby możliwa była daleko posunięta hydroliza polimerów

zawartych w ziarniakach jęczmienia i odpowiednie ich rozluźnienie ułatwiające proces

ekstrakcji. Dzięki rozluźnieniu substancje zawarte w słodzie łatwo przechodzą w cza-

sie zacierania do roztworu tworząc ekstrakt, w którym swobodny dostęp do nich mają

enzymy. Kontrolę biosyntezy enzymów zapewnia odpowiednia technologia przygoto-

wania słodu, która polega przede wszystkim na prawidłowym doborze wilgotności,

stopnia natlenienia słodu oraz temperatury i czasu trwania procesu. Powinny one za-

pewnić syntezę i uaktywnienie enzymów ziarna przy minimalnej wielkości strat sub-

stancji ekstraktywnych (głównie węglowodanów), zużywanych w czasie jego kiełko-

wania [12].

Tradycyjny proces słodowania trwa około 10 dni, w tym moczenie 2 dni, kiełko-

wanie odbywa się przez około 6 - 7 dni, a suszenie 24 h. Proces hydrolizy związków

białkowych jest najintensywniejszy w 4 - 5 dniu kiełkowania [5]. Czas słodowania

ziarna jęczmienia niezbędny do uzyskania odpowiedniego stopnia rozluźnienia nie jest

jednakowy dla wszystkich odmian browarnych. Z uwagi na ekonomikę produkcji słodu

browarnego dobiera się zwykle odmiany jęczmienia, które w ciągu krótszego czasu

słodowania uzyskują wymagany stopień rozluźnienia. Chłodne i dłuższe kiełkowanie

prowadzi do uzyskania większej ilości białek rozpuszczalnych, ponieważ w tych wa-

runkach powstaje więcej enzymów proteolitycznych, a ograniczony jest wzrost no-

wych tkanek.

Duży wpływ na proces słodowania ma temperatura. Wzrost temperatury kiełko-

wania jęczmienia powoduje zwiększenie rozluźnienia słodu oraz jego kruchości.

Zmniejsza się wówczas liczba Kolbacha oraz lepkość brzeczki. Następuje również

zwiększona hydroliza węglowodanów i modyfikacja białek, a więc wraz ze wzrostem

temperatury zmniejsza się wydajność słodowania [14].

122

Łukasz Szwed, Józef Błażewicz, Agnieszka Zembold-Guła, Michał Pelak, Andrzej Dawidowicz

Brzeczka słodowa powinna zawierać przynajmniej 200 mg azotu alfa-amino-

kwasowego w 1000 ml, co zapewnia dobry rozwój drożdży oraz odpowiedni przebieg

procesów fermentacji i dojrzewania piwa. Zwykle z odpowiednio rozluźnionego słodu

uzyskuje się wystarczającą ilość azotu alfa-aminokwasowego [10].

Rozkład enzymatyczny białek podczas procesu zacierania przebiega w dwóch za-

kresach temperatury, w których ustala się optymalne warunki działania proteaz.

W temp. 45 - 50 °C uwalniają się przede wszystkim produkty niskocząsteczkowe,

głównie wolne aminokwasy (glutamina, prolina) i peptydy, które stanowią pożywkę

azotową dla drożdży, natomiast w temp. 60 - 70 °C powstają oligopeptydy. Ich obec-

ność w piwie zapewnia stabilną pianę i pełnię smakową, ale może być także przyczyną

niekorzystnych zmętnień koloidalnych [10]. Komórki drożdży przyswajają aminokwa-

sy występujące w brzeczce w całości lub wykorzystują tylko grupę aminową, występu-

jącą na końcu łańcucha peptydowego. Grupy aminowe wewnątrz łańcucha pozostają

dla drożdży niedostępne [9]. Do gotowego piwa, przechodzi tylko około 1/3 białek

jęczmienia, jednak wywierają one bardzo istotny wpływ na jakość produktu. W piwie

występują już niemal wyłącznie wielkocząsteczkowe produkty rozpadu białek jęcz-

miennych (albumozy, globulozy, peptony).

Pomimo osiągnięć wielu placówek badawczych, starań hodowców i rolników,

często brakuje ziarna o poprawnych cechach słodowniczych, a słodownie, mając do

dyspozycji surowiec o zmiennych cechach, muszą stale modyfikować technologię pro-

dukcji w celu dostarczeniu słodów o odpowiednich parametrach oraz niskiej cenie.

Celem badań było określenie wpływu czasu słodowania i dodatkowego frakcjo-

nowania ziarna jęczmienia browarnego na zasobność słodów i otrzymanych z nich

brzeczek pod względem produktów hydrolizy enzymatycznej białek.

Materiał i metody badań

Materiał badawczy stanowiło ziarno jęczmienia browarnego czterech odmian: La-

illa, Jersey, Hanka oraz Brenda, pochodzące z sezonu wegetacyjnego 2004, z rejonu

Dolnego Śląska. Zgodnie z normami ziarno wystandaryzowano pod względem grubo-

ści przez frakcjonowanie na sitach Vogla. W celu określenia efektów dodatkowego

frakcjonowania ziarna na wybrane cechy słodów oraz otrzymanych z nich brzeczek

słodowano oddzielnie ziarno w 3 frakcjach: >2,5 mm (grubość standardowa w słodow-

nictwie), 2,5 - 2,8 mm oraz >2,8 mm.

Z ziarna jęczmienia browarnego w wyniku 5-, 6- i 7-dniowego słodowania

otrzymano w warunkach laboratoryjnych, w Zakładzie Technologii Fermentacji Kate-

dry Technologii Rolnej i Przechowalnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocła-

wiu, słody typu pilzneńskiego.

Otrzymywanie słodów przebiegało w pięciu etapach:

123

WPŁYW FRAKCJONOWANIA I CZASU SŁODOWANIA ZIARNA JĘCZMIENIA NA LICZBĘ…

I – przygotowanie prób – przygotowano próby ziarna jęczmienia o masie 200 g

i umieszczono je w foliowych perforowanych woreczkach;

II – moczenie ziarna – prowadzono przez 48 h systemem wodno-powietrznym we-

dług schematu: 8 h – ziarno pod wodą, 11 h – ziarno w atmosferze powietrza; 5

h – ziarno pod wodą, 8 h – ziarno w atmosferze powietrza; 11 h – ziarno pod

wodą, 5 h – ziarno w atmosferze powietrza. Moczenie ziarna prowadzono w sza-

fie klimatyzacyjnej Grönland. Po 48 h moczenia ziarno doprowadzano do wil-

gotności 43 % na podstawie masy próby;

III – słodowanie ziarna – czas słodowania był liczony od momentu zakończenia mo-

czenia i trwał 5, 6 i 7 dni. Słodowanie prowadzono w temp. 15 - 16 °C. Podczas

słodowania, raz na dobę, ziarno mieszano, aby nie dopuścić do jego zbrylania,

a ubytki masy uzupełniano wodą destylowaną;

IV – suszenie słodów – słody suszono w suszarce laboratoryjnej z nawiewem przez

23 h w następującej temperaturze: 10 h – temp. 30 °C, 3 h – temp. 40 °C, 3 h –

temp. 50 °C, 3 h – temp. 65 °C, 2 h – temp. 82 °C;

V – odkiełkowywanie słodów – odkiełkowane ręcznie słody umieszczano w szczel-

nych pojemnikach.

Brzeczki słodowe otrzymano z 5-, 6- i 7-dniowych słodów jęczmiennych typu

pilzneńskiego w warunkach laboratoryjnych, metodą kongresową. Zacieranie przepro-

wadzono w zaciernicy laboratoryjnej typu ZL-1 zgodnie z zaleceniami analityki EBC

[1].

W słodach oznaczano zawartość białka ogółem metodą Kjeldahla [1].

W brzeczkach oznaczano zawartość azotu alfa-aminokwasowego metodą

ninhydrynową wg EBC [1] i związków azotowych metodą Kjeldahla [1] oraz oblicza-

no liczbę Kolbacha [1].

Wszystkie oznaczenia wykonano co najmniej w 3 powtórzeniach, a otrzymane

wyniki przeanalizowano programem Statistica. Jednoczynnikową analizę wariancji

(ANOVA) przeprowadzono za pomocą testu Duncana, grupy jednorodne określono na

poziomie istotności α = 0,05.

Wyniki i dyskusja

Liczba Kolbacha jest wskaźnikiem przemian białkowych, informującym o ilości

białka ekstrahowanego ze słodu podczas sporządzania brzeczki laboratoryjnej metodą

kongresową [14].

Związki azotowe odgrywają ważną rolę zarówno w procesie fermentacji, jak

i w kształtowaniu cech jakościowych piwa. Determinują stan fizjologiczny drożdży,

jakość i trwałość piany, poziom zawartości alkoholi wyższych, a w konsekwencji peł-

nię smakową piwa. Pewną możliwością korekty poziomu związków azotowych jest

dobór odpowiedniego programu zacierania słodów. Zbyt niska liczba Kolbacha może

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: