Расчет поверхности теплопередачи сусловарочного аппарата, для варки сусла с хмелем

    Таблица 1 

    Основные  типы резупонов 

 

    α-Резупоны. Изогумулоны образуются при кипячении хмеля в результате изомеризации гумулонов, которые потом переходят в сусло и пиво. Изогумулоны являются производными с интенсивной горечью и создают горький вкус пива, поэтому они очень важны с технологической точки зрения. Несмотря на то что основная часть изогумулонов образуется при кипячении хмеля, их удалось обнаружить в уже хранящемся хмеле.

    С технологической точки зрения важно, что горький вкус имеют только продукты окисления или разложения, в которых сохранилось пятиуглеродное кольцо и боковой ацил при атоме С₂. Другим условием горечи является размещение двойной связи в боковой изогексениловой цепи; горький вкус имеют только изогумулоны с двойной связью в положении β- или γ-, например, аллоизогумулонов А и В.

    Технологический интерес представляет группа аллоизогумулонов А и В отдельных рядов апо-, спиро- и нор-изогумулонов, которые по Верзелю  образуются при кипячении хмеля, а также при преизомеризации хмелевых смол щелочами,ультразвуком и т. д.

    Наконец в хмеле и пиве была обнаружена группа абсоизогумулонов, обозначенныхI, II, III. Они образуются при окислении α-горькой кислоты, изогумулонов и гумулинонов. Эти вещества не имеют горького вкуса, однако они хорошо растворимы в воде и обладают пенообразовательной способностью.

    Смолами В считаются продукты разложения гумулонов, иногда изогумулонов, которые возникают в результате отщепления изобутилальдегида.

    Гумулиновые кислоты считаются обычно конечными продуктами разложения гумулонов в результате изомеризации, предполагается, что они образуются также из смолы В. Вкус имеют терпко-горький.

    Хмель содержит около 2% гумулинонов. Они образуются точно так же, как изогумулоны: путем изомеризации α-горькой кислоты при одновременном слабом окислении. По сравнению с изогумулонами они менее горьки, однако их горечь более приятная.

    Гумулинон — это среднесильная кислота с величиной рК 2,8, довольно горькая. Точка кипячения равна 72°С. Когумулинон имеет точку кипения 111°С, адгумулинон 119°С. Прегумулинон и лостгумулинон не характеризуются даже точкой плавления.

    Изогумулиноны образуются при окислении гумулонов наряду с гумулинонами. У изогумулинонов предполагается наличие того же ряда аналогов как у α-горьких кислот.

    Оксигумулиновые кислоты отличаются от кислот тем, что в структурной формуле имеют при Cs вместо =Н группу =ОН. Более подробно они не изучались.

    β-Резупоны. Лупутрионы по структуре и свойствам они очень похожи на гулупоны, с которыми находятся в пиве в определенном окислительно-восстановительном равновесии. Одним из продуктов окисления лупутрионов является гулупиновая кислота.

    Гулупоны это продукты разложения β-горькой кислоты, обладающие характерной и приятной горечью. Они были обнаружены шведским ученым Спетсигом и его сотрудниками как в хмеле, так и в пивном сусле и готовом пиве.

    Хмель содержит обычно от 0,1 до 0,2%, самое большее  — 0,5% гулупонов. По сравнению с изогумулонами их горечь находится в пределах от ¹/₃ до ¹/₂.

    Гулупон — это среднесильная одноосновная кислота без карбоксильной группы с величиной рК+2,7, плохо растворимая в воде (30 мг/л), хорошо растворимая в органических растворителях. Аналоги не были выделены.

      С технологической точки зрения  важнейшим свойством хмелевых смол является их горечь. Горькие вещества в пиве прямо или косвенно получаются из первоначальных хмелевых смол. Продукты окисления хмелевых смол появляются уже при созревании хмеля и в небольшом количестве образуются при сушке и хранении его. Количественно наибольшим изменениям подвергаются хмелевые смолы при кипячении хмеля; часть образующихся веществ тождественна продуктам окисления, уже содержащимся в хмеле, однако основная часть их образуется заново. Изменения горьких кислот при кипячении сусла с хмелем очень сложны и их взаимосвязь до сих пор подробно не изучена. По сравнению с α-горькой кислотой β-горькая кислота в сусле плохо растворима и трансформируется в ограниченной степени.

    Доказано, что α-горькие кислоты при кипячении хмеля сначала изомеризуются и переходят в раствор в виде соответствующих изосоединений. Из гумулона образуется хорошо растворимый изогумулон, который частично изменяется в смолу В и далее в гумулиновую кислоту, которая не имеет горького вкуса. Для полного регулирования процесса изомеризации одного только изменения продолжительности кипячения хмеля недостаточно, так как на степень изомеризации оказывают влияние многие другие факторы.

    Потери  α-горькой кислоты возникают прежде всего из-за того,, что трансформация ее не останавливается на образовании горьких на вкус составных частей, а идет дальше, вплоть до образования негорьких соединений. Наибольшие потери, причина которых до сих пор не выяснена, имеются в начале кипячения хмеля, кроме того 8—10% адсорбируются в хмелевой дробине и в осадках. Из основной части α-кислот, оставшихся в сусле, по данным некоторых исследователей, 60% присутствует в виде изосоедииений, а по данным других авторов, только 40—50%. Поскольку при брожении и других процессах возникают новые потери, окончательное использование α-горькой кислоты в пиве сводится к 30%, а иногда и меньше.

    Разложение  β-горькой кислоты идет через гулупоны, потом через лупутрионы к гулупиновой кислоте. Использование β-горькой кислоты для придания горечи пиву незначительно из-за ее плохой растворимости. Потери при кипячении хмеля составляют около 20%. В сусле было обнаружено 18% β-кислот, из них около ¹/₃ превратились в горькие вещества, а ²/₃ неиспользованных β-кислот адсорбировались в хмелевой дробине и горьких осадках. Незначительная часть их, оставшаяся в сусле, осаждается при главном брожении.

    Обзор имеющихся сведений об изменениях, происходящих в хмелевых смолах и  горьких веществах пива во время  технологического процесса, отражен в схеме 1: 
 
 

    Схема 1

      

    * реакции окисления и разложения  при кипячении хмеля;

    реакции окисления и разложения при созревании и хранении хмеля.

    предполагаемые  реакции окисления и разложения, до сих пор неподтвержденные. 

    Из  сказанного выше, вытекает, что обычный  пивоваренный технологический процесс, с точки зрения использования  горьких кислот, очень неэкономичен. На практике использование хмелевых смол можно повысить главным образом за счет переработки предварительно подготовленного хмеля или применения хмелевых концентратов, а также ультразвука при кипячении хмеля, а иногда путем возврата или экстракцией хмелевой дробины; наиболее эффективной является замена хмеля хмелевым экстрактом.

    Горькие хмелевые вещества (все смолы), определенные как фракция, растворимая в этиловом эфире, при конвенционном анализе хмеля по Вельмеру делятся на три фракции:

1. α-фракция, т. е. а-горькие кислоты (гумулон + гомологи), которая определяется путем осаждения ацетатом свинца в метаноловом растворе;
2. β-фракция, т. е. р-горькие кислоты вместе с мягкими смолами, которая определяется как фракция, растворимая в гексане, уменьшенная на α -фракцию;
3. γ-смолы, т. е. твердые смолы, содержание которых определяется по всем смолам (фракция, растворимая в этиловом эфире) за вычетом фракции, растворимой в гексане.

 

    1.5 Полифенольные (дубильные) вещества 

    Хмелевые  дубильные вещества образуют по сравнению  с солодовыми дубильными веществами более многочисленную группу. Они лучше растворяются в воде, более реакционноспособны и, следовательно, менее стабильны. Вкусовые различия вытекают из разной степени дисперсности. Хмелевые дубильные вещества благодаря более легкой окисляемости и большей восстановительной способности, а также большей активности в осаждении белков предохраняют хмелевые смолы, главным образом α-горькие. кислоты, от окисления и образования комплексов. Своим дегидратационным воздействием они способствуют осаждению в других случаях неосаждаемых белков. В связи с этим они действуют как стабилизирующий реагент. Значительная часть хмелевых дубильных веществ относится к группе флавоноидов. В хмеле, как правило, присутствуют гликозиды. 

    1.6 Флавоноловые гликозиды 

    Типичным  представителем этой группы является кверцитрин, т. е. рамнозилкверцетина. Далее сюда относятся кемпферитрин, мирицитрин и другие тригликозиды и полигликозиды. 

    

                                                                    О 
 

    Флавон (2 – фенил – γ – бензипирон), основнойкаркас фливоповых производных

    Флавонол (квецертин) — это 3-гидроксифлавон. В качестве сахарного компонента он содержит рамнозилкверцитрина, изокверцитринглюкозил и рутин β-рамнозидо-6-гликозил. Кемферол — это пентагидроксипроизводное, у которого заместителем в положении 3 является = Н. Кемпферитрин содержит в качестве сахарного компонента рамнозидорамнозил; мирицитрин — это гексагидроксипроизводное, у которого заместителем в положении 5 является = ОН и в качестве сахарного компонента он содержит рамнозил. Изокверцитрин и рутин были обнаружены также в японском хмеле.

    Общее содержание флавонолов, выраженных как рутин, колеблется в хмеле разного происхождения в пределах от 0,14 до 0,85% в пересчете на сухое вещество. 

    1.7 Вещества типа хлорогеновой кислоты 

    Хлорогеновая кислота и ее производные являются переходными веществами сапонина. Из общего содержания дубильных веществ на хлорогеновую кислоту в хмеле приходится значительная. 

    

    Хлорогеновая кислота (дипептид кофейной и хинной кислоты) 

    К этой группе из производных n-гидроксибензойной кислоты- относятся кислоты протокатеховая, галловая, ванилиновая и сиринговая, из производных кофейной кислоты — кислоты кумаровая и феруловая. Некоторые из них в небольшом количестве содержатся в хмеле в мономерной форме, другие — образуются в результате кислого, щелочного или ферментативного гидролиза полимерных дубильных веществ.

    При окислении сначала образуются о-хиноны, далее олигомеры и полимеры.

    Фермент тиросиназа( о-дифенол : О₂ оксидоредуктаза ) катализирует образование о-хинонов из хлорогеновой и кофейной кислот, которые могут деаминировать аминокислоты при отщеплении аммиака. Ферментативные реакции этого типа могут быть причиной известных в практике пивоварения случаев лобурения сусла и пива. Эти реакции ингибируют серные соединения хмеля (окуривание хмеля серой), а в пиве — цистеин.