Инж. Карел Крофта, инж. Итка Загорова, инж. Иржи Коржен (Институт хмелеводства, Жатец), Яна Тихая, инж. Ярослав Урбан (кооператив «Хмелеводство», Жатец)
1. Введение
Активность ферментов зеленого хмеля существенно снижается при сушке, при этом состав хмеля не остается постоянным. Начинается процесс старения. Под этим подразумевается изменение в составе хмелевых смол, эфирных масел и других составляющих хмеля, вызванное их окислением. На скорость этих процессов оказывает влияние целый ряд факторов, наиболее важными из которых являются время, температура и свет. С точки зрения пивоваренного производства важным являются изменения a- и b-горьких кислот, продукты превращения которых, образующиеся при варке хмеля, придают пиву характерную горечь.
После определенного времени выдержки, продолжительность которой зависит от сорта хмеля, степень потери a- и b-горьких кислот, по мнению некоторых авторов [1], задана скоростью реакции нулевого порядка, по мнению других – реакцией первого порядка [2]. Испытания по кипячению сусла со старым хмелем подтвердили, что горечь этого хмеля не уменьшается так быстро, как об этом сообщалось в работе [3]. Окисление a-горьких кислот делает невозможной их превращение в требуемые изо-a-кислоты. С другой стороны, очевидно, что некоторые продукты окисления хмелевых смол обладают способностью горчить. Продукты окисления более полярны, чем сами a- и b-горькие кислоты, и поэтому они легче растворяются в воде и полярных растворителях [3]. Вэйн [4] установил, что уменьшение содержания горьких кислот у хмеля с малым отношением a/b (1:1) происходит медленнее, чем у хмеля с высоким соотношением (3:1). Динамика уменьшения содержания a- и b-горьких кислот зависит от сорта хмеля. Многие продукты окисления до сих пор однозначно не идентифицированы, так же как не установлен и их вклад в горечь пива. Взгляды на эту проблематику до сих пор неоднозначны.
Оно [5] определила в хмеле так называемую S-фракцию. Обозначение S, по всей видимости, имеет смысл суммы S, потому что дело касается группы близких, точно не установленных веществ, которые при хроматографическом анализе (HPLC) смол хмеля элюируют перед a- и b-горькими кислотами. Она обращает внимание на то, что вкус пива, охмеленного с большей долей S-фракции, имеет сильную и неприятную горечь.
Напротив, Вакербауэр [6] установил, что другие продукты превращения горьких кислот, отличные от изо-a-кислот, придают пиву только небольшую горечь. И несмотря на эти противоречивые утверждения, большинство пивоваров с точки зрения качества предпочитают хмель и хмелевые продукты с определенным составом смол. Шмидт и Йохансен [7] провели тесты по старению хмеля при разных температурах (12—37°С) в атмосфере кислорода и азота. Было установлено, что a-горькие кислоты при высоких температурах в атмосфере азота трансформируются преимущественно в изо-a-кислоты, в то время как в атмосфере кислорода происходит значительное увеличение S-фракции. На основе квантификации S-фракции была создана шестибальная шкала в качестве нового инструмента для определения степени ухудшения качеств шишек хмеля.
Процесс старения хмеля можно исследовать, например, на основании убывания a-горьких кислот со временем. Этот процесс требует много времени и экономически невыгоден. Полезную информацию может предоставить определение содержания твердых смол. Самым обычным критерием потери a- и b-горьких кислот и степени старения хмеля при хранении является так называемый индекс хранения, известный как перевод английского «Hop Storage Index» (HSI) [8]. Его определяют как отношение поглощающей способности экстракта толуола хмеля в среде метилового спирта при длине волны 275 и 325 нм. Горькие кислоты в приведенной среде поглощают при 325 нм намного больше, чем при 275 нм. Получаемые в результате окисления продукты, наоборот, поглощают больше при 275 нм. По этой причине отношение поглощающих способностей А275/А325 является индикатором степени окислительных реакций в хмеле. Изменения HSI хорошо согласуются с содержанием твердых смол [9]. Было установлено, что скорость уменьшения смол хмеля после сбора урожая при одинаковых условиях в разных сортах различна. Некоторые исследования [10] разделяют коммерческие сорта хмеля на несколько групп на основе потери a- и b-горьких кислот после 6-месячного хранения при нормальных температурах. Наиболее стабильным сортом с этой точки зрения считается сорт Cluster (убыток < 10%), далее следуют Galena, Nuggea, Talisman, Wye Challenger и другие (10-20%), Zatecky polorany cervenak (“Жатецкий ранний багрянец”) теряет 20-40% горьких кислот. Хранить хмель и его продукты при низких температурах лучше всего в инертной атмосфере или в вакууме: скорость реакций разложения существенно замедляется. Наиболее стабильными с этой точки зрения являются экстракты хмеля [11].
Стойкость при хранении является одним из параметров, который сегодня часто приводят при характеристике сортов хмеля, так же как, например, содержание a-горьких кислот или замещение когумулона. Она выражается как доля a-горьких кислот от первоначального количества, выраженная в процентах, после 6-месячного хранения при комнатной температуре. О новых гибридных сортах Бор, Сладек, Премиант, которые в рамках освоения новых чешских сортов хмеля внедрены в производство, в этом отношении нет никаких данных. По этой причине после урожая 1997 года сотрудничеством Института хмелеводства и кооператива "Хмелеводство" в Жатеце было положено начало долговременного исследования процесса старения в гибридных сортах хмеля, произведенного в Чехии. Результаты этих исследований и их оценка являются предметом данной работы.
2. Экспериментальная часть
Для проведения опытов партии шишек хмеля гибридных сортов (Бор, Сладек, Премиант) и Жатецкого раннего багрянца (Kлoн 72) были упакованы в 30-килограммовые брикеты размерами 0,5•0,5•0,5 м. Полученные брикеты разместили в 5-ом складе нового упаковочного цеха кооператива "Хмелеводство" в Жатеце и хранили в этом некондиционированном помещении при нормальных температурах. Изменения температуры в складском помещении записывали с помощью специальной программы. Из этих брикетов начиная с сентября отбирали образцы шишек для химического анализа. При каждом отборе образцов их выбирали из нового брикета таким образом, чтобы весь образец состоял из 8 частичных образцов, выбранных из разных углов кубического брикета. Суммарная масса образца составляла приблизительно 200 г. В период сентября 1997 г. – марта 1998 г. таким образом было отобрано 5 образцов с интервалом приблизительно 6 недель. Помимо этого, один брикет каждого сорта был помещен в кондиционированном помещении склада кооператива "Хмелеводство". Из брикета, хранящегося на складе с кондиционером, образцы взяли только один раз: в конце опытов, в марте 1998 г.
Во всех отобранных образцах после гомогенизации проанализировали содержание и состав хмелевых смол (общих и твердых смол) модифицированным методом Вюльмера (ЕВС 7.3.4/7.5), состав и содержание горьких кислот методом HPLC (ЕВС 7.4.1/7.7) и определили индекс хранения хмеля (HSI) согласно методу ASBC, Hops 6 [12, 13]. Двойное обозначение у метода ЕВС (первоначальное/новое) приведено по причине изменения нумерации методов в новом издании “Аналитики ЕВС”, которая действует с 01.01.1998 г. Хроматографический анализ хмелевых смол был проведен в колонке Nucleosil RPC18 (Macherey Nagel, Германия), 250•4,6 мкм, 5 мкм и в жидкостном хроматографе Shimadzu LC-10A с детектором DAD с длиной волны 314 нм. Поток подвижной фазы, состоящей из метилового спирта, воды, фосфорной кислоты в соотношении 850/170/2,5 об. %, составлял 0,8 мл/мин. Для определения индекса хранения хмеля использовали UV-VIS спектрофотометр GBC Cintra 10. На каждом образце было проведено по два измерения, данные, приведенные в описании результатов, являются средним арифметическим результатов двух анализов.
3. Обсуждение результатов
На динамику старения отдельных сортов оказывают значительное влияние условия складирования непосредственно после урожая, где ключевую роль играет прежде всего температура. В табл.1 зарегистрированы средние дневные температуры в период сентября 1997 г. – марта 1998 г., которые были измерены автоматической метеорологической станцией Института хмелеводства в Жатеце. Средняя дневная температура определялась как среднее арифметическое температур в 7:00, 14:00 и 21:00 часов, причем вечернее значение температуры засчитывалось дважды. Далее в этой же таблице приведены температуры, зафиксированные в складском помещении; максимальная, минимальная и средняя температура за месяц как на улице, так и в складском помещении. Из значений, приведенных в табл.1, видно, что температуры в складском помещении в сентябре 1997 г. были сравнительно высокими и колебались преимущественно в интервале 10-20°С. Только во второй половине октября температуры упали до значений, сравнимых с температурами в кондиционированном помещении.
В то время как колебания наружной температуры были значительны, температура в помещении склада вопреки ожиданию оказалась более ровной и, как правило, на несколько градусов выше и повторяла наружные температуры с определенной задержкой во времени. Кратковременные отклонения наружных температур в складском помещении не проявились значительно. В кондиционированном помещении температура была ровной и колебалась в интервале 4 ± 1°С.
В табл.2 и на рис.1 приведены результаты определения содержания a-горьких кислот методом HPLC во всех образцах всех исследуемых сортов, последовательно отобранных в период сентября 1997 г. – марта 1998 г. Ни в одном из исследуемых сортов содержание горьких кислот не уменьшалось равномерно (см. рис.1), а, наоборот, представляло собой типичный ряд отклонений, которые вызваны преимущественно суммарным влиянием следующих факторов:
– негомогенность партии хмеля перед началом испытаний;
– отбор образца и манипуляции с ним перед анализом;
– ненадежность результатов испытаний.
Если выразить уменьшение a -горьких кислот относительной разностью максимального и минимального значений с течением времени (табл. 3), то для гибридных сортов это уменьшение составляет 6,8–8,7%, у Жатецкого раннего багрянца – 13,7% от первоначального содержания. Замещение когумулона и колупулона, которое показано в табл. 4, показывает, что оба этих параметра в процессе старения существенно не меняются и находятся в диапазоне ненадежности аналитического метода. Замещение когумулона или же колупулона можно, таким образом, использовать для идентификации сорта и у старого хмеля.
Другим показателем старения хмеля является содержание твердых смол, которое определяется весовым анализом (метод ЕВС 7.5) как разница содержания общих и мягких смол. Результаты их определения, проведенного в процессе старения, приведены в табл. 5. У твердых смол важным является не только их абсолютное содержание, но также относительная доля в суммарном количестве смол, потому что на величину абсолютного содержания оказывают значительное влияние погодные условия и послеурожайная обработка. Очевидно, что содержание твердых смол со временем увеличивается, и через семь месяцев после урожая у всех сортов оно достигает 2–3 масс. %. В отличие от содержания a-горьких кислот тенденция увеличения твердых смол наблюдается систематически. Наибольшее абсолютное содержание твердых смол было уже в самом начале испытаний обнаружено у сорта Сладек. В относительном выражении к суммарному содержанию смол больше твердых смол содержат сорта Сладек и Жатецкий ранний багрянец. Относительное содержание твердых смол в сортах Бор и Премиант приблизительно на 20-30% ниже.
Очень полезным и аналитически легко определяемым критерием старения хмеля является индекс хранения хмеля (HSI), на величину которого не оказывают слишком большое влияние ошибки при отборе образцов хмеля. Результаты определения HSI в процессе старения сведены в табл. 6 и графически изображены на рис. 2. Тенденция изменения значений HSI у всех сортов одинакова, их можно разделить на три интервала времени:
Интервал Характеристика
времени
после урожая
1. 1-2 месяца Увеличение HSI со значений 0,26–0,28 после урожая до уровня 0,30–0,33 в конце октября 1997 г.
2. 3-5 месяцев Значительное замедление роста HSI на уровне 0,32-0,35
3. 5-7 месяцев Увеличение HSI до значений 0,41—0,42 у сортов Сладек, Жатецкий ранний багрянец или же 0,36 у сортов Премиант, Бор.
Из вышеприведенного не видно никакой корреляции между изменением HSI и тенденцией содержания твердых смол, у которых не проявилась определенная стабилизация в зимние месяцы. Наибольший индекс хранения хмеля через 7 месяцев после урожая был установлен у Жатецкого раннего багрянца (0,418). У всех гибридных сортов при одинаковых условиях хранения измерен наименьший HSI в порядке: Сладек (0,41), Премиант (0,360) и Бор (0,359). С точки зрения динамики процесса старения сорта Бор и Премиант практически идентичны, в процессе всего исследования у них были измерены наименьшие значения HSI. Наоборот, наибольшие значения HSI были обнаружены у сорта Сладек. Однако величина HSI в конце опытов была ниже, чем у Жатецкого раннего багрянца. В образцах из кондиционированного склада все полученные значения HSI были все на 3-10% ниже по сравнению со свободно уложенными брикетами в некондиционированном помещении.
На рис. 3 приведены хроматограммы хмелевых смол сортов Премиант, Сладек и Жатецкий ранний багрянец в образцах, отобранных в начале испытаний (10.09.97 г.), при его окончании (31.03.98 г.) после 7 месяцев хранения и из брикетов, расположенных в кондиционированном помещении, образцы из которых также были отобраны 31.03.1998 г. Если сравнить у отдельных сортов абсолютное содержание S-фракции (т.е. сумма содержания хроматографических зон в диапазоне времени элюирования 2-6 минут) в табл. 7, то видно, что наибольшее содержание S-фракции у сорта Сладек, у всех других сортов очевидно меньшее. Относительное содержание S-фракции, относящееся к содержанию a -горьких кислот (табл. 2), выше у Жатецкого раннего багрянца и сорта Сладек, содержание S-фракции в обоих этих сортах в относительном выражении менее чем половинное. С этим очень хорошо согласуется и высшее относительное содержание твердых смол (см. табл. 5) и значения HSI (табл. 6) у сортов Сладек и Жатецкий ранний багрянец. Помимо сорта Бор, содержание S-фракции в образце из кондиционированного склада выше, чем у образца, свободно размещенного в некондиционированном помещении, но только у сорта Сладек эта разница значительна и составляет 17,8%. В итоге можно констатировать, что между кондиционированным складом и свободным размещением брикетов хмеля в некондиционированном помещении в конце испытания с точки зрения содержания S-фракции нет существенной разницы. Положительное влияние на старение хмеля складирования в кондиционированном помещении доказали малые значения HSI и содержание твердых смол у всех сортов (за исключением содержания твердых смол у сорта Сладек) в конце испытаний по сравнению со свободно уложенным хмелем.
Позитивное влияние кондиционированного склада проявилось прежде всего на первом этапе, непосредственно после урожая (сентябрь–октябрь 1997 г.), когда свободно уложенный хмель был подвергнут действию сравнительно высоких температур. В последующие месяцы (ноябрь 1997 – февраль 1998) температуры хранения были сравнимы с температурами кондиционированного помещения, и поэтому качественные различия между хмелем, хранящимся в кондиционированном и некондиционированном помещении, в течение этих испытаний не являются значительными. Это проявляется, например, в содержании a-горьких кислот, когда негомогенность субстрата и другие влияния в некоторых случаях превалируют над логическим замедлением уменьшения a-горьких кислот в кондиционированном складе.
Достигнутая мощность кооператива "Хмелеводство" в Жатеце позволяет в период 6-7 месяцев после урожая переработать преимущественную часть шишек хмеля до гранул. Гранулирование и оформление хмелевых брикетов в инертные, например вакуумные, упаковки обеспечивает сохранение пивоваренных ценных веществ хмеля с точки зрения потребностей пивоваров на достаточно продолжительное время.
4. Заключение
Проведенные испытания старения гибридных сортов Бор, Сладек и Премиант показали, что их характеристики хранения по сравнению со стандартным Жатецким ранним багрянцем являются более благоприятными. Уменьшение a-горьких кислот в условиях испытаний у Жатецкого раннего багрянца составило 13,7% от первоначального, у гибридных сортов это уменьшение составляло: 8,7% у Сладека, 8,6% у Бора и 6,8% у Премианта. Наибольшее абсолютное содержание твердых смол было обнаружено у сорта Сладек: 1,85 масс. % в начале испытаний, 2,55 масс. % при окончании. Величина индекса хранения хмеля в конце 7-месячного испытания является наибольшей у Жатецкого раннего багрянца (0,418), из гибридных сортов наименее благоприятный индекс хранения имеет сорт Сладек (0,410). С точки зрения старения наиболее стабильными являются два высокосодержащих сорта – Бор и Премиант, в которых отмечено наименьшее уменьшение a-горьких кислот, наименьшее увеличение твердых смол и наиболее благоприятное значение индекса хранения. Сравнительный тест с кондиционированным складом показал положительное влияние его складирования на качество хмеля при низких температурах. В относительно коротком временном интервале испытаний, который включал главным образом месяцы с низкими средними температурами, эта разница не является ярко выраженной. Несомненно, что благоприятное влияние кондиционирования значительнее проявилось бы при долговременном хранении в весенние и главным образом летние месяцы.
Литература:
[1] HUDSON, L.E.: Wallerstein Laboratories Communications 22, 1959, s.89.
[2] GREEN, C.P.: J. Inst. Brew. 84, 1978, s.312.
[3] HOUGH, J.S. et al.: Malting and Brewing Science, 2nd edition, Chapman & Hall, London, 1991.
[4] WAIN, J., BAKER, C.D.: J.Inst. Brew. 83, 1977, s.235.
[5] ONO, M. et al.: J. Am. Soc. Brew. Chem. 42, 1985, s.136.
[6] WACKERBAUER, K., BALZER., U.: Brauwelt 132, 1992, s. 734.
[7] SCHMIDT, F., JOHANSEN, J.O.: Symposium on Hops, Proceedings, Zoeterwoude 1994, s. 58.
[8] LIKENS, S.T., NICKERSON, G.B., ZIMMERMANN, C.E.: Am. Soc. Brew. Chem., Proc. 1970, s.68.
[9] SCHMID, J., GANZLIN, G.: Brauwelt 114, 1974, s. 1139.
[10] NICKERSON, G.B., LIKENS, S. T.: J. Am. Soc. Brew. Chem. 37, 1979, s. 184.
[11] FOSTER A.: Brauwissenschaft 32, 1979, s.57.
[12] Analitica – EBC, Methods 7.3.4/7.5, 7.4.1/7.7, 1987, 1998.
[13] American Society of Brewing Chemists, Methods of analysis, (8th ed.), Hops-6, 1992.
2018-06-23