Белки делятся на простые – протеины и сложные – протеиды. Простые белки представлены следующими фракциями:
альбумины – растворимые в воде; глобулины – растворимые в солевых растворах; проламины – растворимые в этиловом спирте; глютелины – растворимые в щелочи.
Проламиновая и глютелиновая фракции представляют запасные вещества в зерне. Они составляют клейковину (глютен) пшеница.
Проламин (глиадин) пшеницы может составлять более 80% от запасных белков в расчете на сухие вещества; проламин ячменя (гордеин)
– более 37%. Практически не содержит токсичных для больных целикая, подобных глютену пшеницы, белков такие культуры как рис, сорго, гречиха, просо, амарант и кукуруза.
Запасные углеводы риса состоят в основном из глютелинов (оризенины), доля их превышает 70% от общего содержания белка.
Каждый белок имеет свою последовательность аминокислот (АК) и четко определенную трехмерную структуру.
В состав белков злаков входят 20 различных аминокислот. Аминокислоты, имеющие важное значении в биохимии солода и пива, делятся на алифатические (глицин, аланин, валин, лейцин и изолейцин), серосодержащие (метионин и цистеин), ароматические, имеющие фенольное кольцо (фенилаланин, тирозин, триптофан), циклические (пролин), нейтральные (серин, треонин, аспарагин и глютамин), кислые (глютаминовая и аспарагиновая кислоты) и основные (гистидин, аргинин и лизин).
Ферменты злаков
Белки входят в состав ферментов. По химической природе ферменты представляют собой простые или сложные белки. В таблице 1.2. показано -
взерне некоторые ферменты находятся в активной форме.
Сточки зрения технологии солодоращения и производства напитков представляют интерес ферменты, относящиеся к классам гидролаз (3 класс) и оксидоредуктаз (1 класс). Гидролазы расщепляют гликозидные (карбоксигидролазы), эфирные (эстеразы) и пептидные связи (пептидазы) путем присоединения радикалов воды.
10
Таблица 1.2.
Локализация, активность и механизм действия ферментов ячменя
Фермент |
|
|
Активность в |
|
|
Механизм действия |
|
|
|
||||
|
|
|
зерне ячменя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидролазы |
|
|
|
|
|
|
|
|
Солюбилаза |
|
|
|
В активной |
Высвобождение β-глюкана из клеточных |
||||||||
|
|
|
|
форме |
стенок |
|
|
|
|
|
|
|
|
Эндо-1,4β-глюканаза |
|
|
|
Низкая, либо |
Гидролиз β1,4 связей в β-глюканах и |
||||||||
|
|
|
|
отсутствует |
целлюлозе |
с |
образованием |
глюкано- |
|||||
|
|
|
|
|
декстринов и олигосахаридов |
|
|
|
|
||||
Эндо-1,3β-глюканаза |
|
|
|
Низкая, либо |
Гидролиз β1,3 связей с образованием |
||||||||
|
|
|
|
отсутствует |
глюканодекстринов и олигосахаридов |
|
|||||||
Экзо-1,3β-глюканаза |
|
|
|
В активной |
Гидролиз β1,3 связей с образованием |
||||||||
|
|
|
|
форме |
глюканодекстринов и дисахаридов |
|
|||||||
Эндопептидазы |
|
|
|
Низкая, либо |
Высокомолекулярные протеины |
|
гидролизуют |
||||||
|
|
|
|
отсутствует |
до |
полипептидов. |
При |
|
длительном |
||||
|
|
|
|
|
воздействии – до пептидов и аминокислот |
|
|||||||
Экзопептидазы |
- |
|
В активной |
Высокомолекулярный протеины, |
|
полипептиды |
|||||||
аминопептидазы, |
|
|
|
форме |
и пептиды гидролизуют до пептидов с |
||||||||
корбоксипептидазы |
|
|
|
|
меньшей м.м. аминокислот |
|
|
|
|
||||
Дипептидазы |
|
|
|
В активной |
Дипептиды гидролизует до аминокислот |
|
|||||||
|
|
|
|
форме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(β)-Амилаза |
|
|
|
В активной |
Гидролиз |
амилопектина |
до |
|
мальтозы, |
||||
|
|
|
|
форме |
мальтотриозы и декстринов. Гидролиз |
||||||||
|
|
|
|
|
амилозы до мальтозы и декстринов |
|
|||||||
(α)-Амилаза |
|
|
|
В |
Гидролиз амилозы до олигосахаридов. |
|
|||||||
|
|
|
|
неактивной |
Гидролиз амилопектина до декстринов |
|
|||||||
|
|
|
|
форме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Липаза |
|
|
|
В активной |
Гидролиз жиров с образованием глицерина и |
||||||||
|
|
|
|
форме |
жирных кислот |
|
|
|
|
|
|
||
Кислая фосфатаза |
|
|
|
В активной |
Гидролизует |
|
фитин |
с |
|
образованием |
|||
|
|
|
|
форме |
неорганического фосфата |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Оксидоредуктазы |
|
|
|
|
|
|
|
||
Пероксидаза |
|
|
В активной |
Расщепляет |
|
перекись |
|
водорода |
или |
||||
|
|
|
форме |
органические перекиси в присутствии доноров |
|||||||||
|
|
|
|
|
водорода (фенолов, ароматических аминов и |
||||||||
|
|
|
|
|
ароматических кислот) |
|
|
|
|
|
|||
Липоксигеназа |
1 |
|
В активной |
Окисляет линолевую и линоленовую кислоты с |
|||||||||
(LOX1) |
|
|
форме |
образованием гидропероксидов |
|
|
|
||||||
Полифенолоксидаза |
|
|
В активной |
Окисление |
антоцианогенов |
с |
образованием |
||||||
|
|
|
форме |
продуктов конденсации димерных фенолов |
|
||||||||
Оксидоредуктазы катализируют отделение или присоединение водорода. К ним относятся каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза, липоксигеназа. Все эти ферменты находятся либо в зародыше, либо в алейроновом слое, либо и в зародыше и алейроновом слое одновременно, например, β-амилаза и пептидаза.
11
Фенольные соединения
В состав зерна входят мономерные, олигомерные и полимерные фенольные соединения.
К мономерным фенольным соединениям относятся соединения рядов С6–С1 (оксибензойные кислоты) и С6–С3 (оксикоричные кислоты) и кумарины, а также. С6 –С3–С6 (флавоноиды).
Например, в ячмене содержатся такие фенольные кислоты как виниловая, феруловая, сиреневая, парооксибензойная и кумариновая. В виде гликозидов и эфиров – хлорогеновая, изоферуловая, кофейная и другие.
С точки зрения пивоварения следует выделить:
–кумарины – производные коричной (кумариновой) кислоты. Они придают пиву запах свежескошенного сена. При декарбоксилировании кумарина в результате жизнедеятельности некоторых штаммов пивных дрожжей образуется 4-этилгваякол, который придает пиву фенольный запах.
–феруловую кислоту, при декарбоксилировании которой образуется 4-винилгваякол. Это соединение придает пиву фенольный запах и привкус. Феруловая кислота связана эфирной связью с одной стороны с арабинозой, входящей в состав клеточных стенок эндосперма, с другой стороны – со структурным белком, находящемся между клетками эндосперма.
–катехины, при окислении которых возрастает цветность сусла и
пива.
–лейкоантоцианидины, обнаруженные в ячмене, окисляются значительно легче катехинов, они растворяются в воде и легко конденсируются с катехинами с образованием димеровпроантоцианидинов.
Полимерные фенольные вещества представлены в зерне дубильными веществами и лигнином.
Олигомерные и полимерными фенольные соединения относятся к полифенолам или дубильным веществам. Они получаются путем конденсации, полимеризации и окисления мономерных фенолов. Эти соединения характеризуются дубильными свойствами, то есть оказывают дегидратирующее (водоотнимающее) влияние на протеины, в результате чего образуются комплексы белок-полифенолы или, как принято их называть, белково-дубильные комплексы.
Таннины (танины) – полимеры, образующиеся в результате конденсации 2-х и более мономеров (в основном катехинов и лейкоантоцианидинов). Эти вещества имеют вяжущий вкус. При кипячении сусла с хмелем таннины участвуют в образовании горячих взвесей при кипячении сусла (экстракта). Высококонденсированные таннины очень нестойкие соединения и постепенно выпадают в осадок при
12
дображивании пива, увлекая за собой белки и полисахариды, которые входят в состав комплексов таннин-белок, таннин-полисахарид.
Дубильные вещества делятся на гидролизуемые и негидролизуемые (конденсированные). Конденсированные дубильные вещества являются производными катехинов и лейкоантоцианидинов. Они сконцентрированы в семенной оболочке, на внешней стороне алейронового слоя.
Лигнины представляют собой трехмерный полимер фенольной природы. Тестин – горькое вещество, состоящее из белков и дубильных веществ. Уже при концентрации в пиве 0,1% оно может отрицательно повлиять на вкус и цветность напитков. Тестин, как и другие фенольные соединения, растворяется в слабых растворах щелочей и может частично удаляться из оболочек во время замачивания злаков.
Липиды
Липиды имеют большое значение в пивоварении в виду своего влияния на метаболизм (обмен веществ) дрожжей, пеностойкость и вкусовую стабильность пива.
Липиды в зерне условно делят на свободные, связанные и прочносвязанные. Связанные от свободных отличаются более прочными связями в гликопротеидолипидных комплексах, у прочносвязанных липидов имеется еще более прочная связь между белками и липидами и липидами и углеводами. В связи с этим отличается их роль в процессе жизнедеятельности зерна: свободные липиды – это в основном запасные вещества, связанные – структурные.
По содержанию свободных липидов, которые составляют основную часть всех липидов зерна, злаки можно разделить на две группы:
1.Овес, сорго, кукуруза, просо. Содержание в зерне свободных липидов 4,1-5,7 % (кукуруза содержит в среднем 4,8 % в пересчете на СВ), причем в основном они представлены триацилглицеринами .
2.Пшеница, рожь, ячмень, рис, гречиха. Содержание свободных липидов 1,68-2,56, при общем содержании жира 2-3 % от массы зерна.
Высокомолекулярные ненасыщенные жирные кислоты, такие как линолевая, пальмитиновая, олеиновая и линоленовая, отрицательно влияют на пенообразование. Кроме того, они являются причиной «старения пива», изменяя его химический состав во время длительного хранения. С другой стороны, именно эти кислоты необходимы дрожжам для построения клеточных мембран, то есть для роста и размножения клеток, особенно при недостатке кислорода в начале процесса брожения пива.
Минеральные вещества
Минеральные вещества необходимы, как для размножения дрожжей, так и для процесса брожения. Они являются коферментами, определяющими активность многих ферментов дрожжей, необходимых как для размножения клеток, так и для осуществления брожения.
13
К макроэлементам относят фосфор, калий, магний, натрий и сера. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов,
полимеров клеточной стенки, в мембраны органоидов клеток. Он способствует поддержанию буферности, препятствующей сдвигу рН в цитоплазме клеток.
Калий активирует около 40 различных ферментов, в том числе, оксидазы и дегидрогеназы. Ионы калия выполняют роль не только коферментов, но также входят в состав некоторых структур клетки, в частности, рибосом. Также калий участвует в регуляции транспорта ионов через клеточную стенку и через митохондриальную мембрану. В связи с этим с увеличением скорости роста дрожжей потребность в калии увеличивается.
Магний необходим как для энергетического, так и конструктивного обмена дрожжей, так как он является кофактором многих ферментов.
Сера необходима главным образом для синтеза серосодержащих аминокислот цистеина и метионина. Кроме того, небольшое количество серы требуется для образования сульфогрупп в некоторых коферментах, таких как биотин, кофермент А, липоевая кислота, тиамин и пиридоксин.
Микроэлементы участвуют в метаболизме дрожжей и влияют на их химический состав, рост и размножение.
К микроэлементам, которые в первую очередь необходимы для роста дрожжей, относятся: Zn, Cu, Ca, Mn, Fe, Co.
Цинк входит в состав около 70 ферментов дрожжей. Он является кофактором ферментов клеточной стенки, стимулирует дыхательный метаболизм дрожжей, биосинтез белка, обмен нуклеиновых кислот, углеводов вследствие этого он влияет на рост и размножение клеток.
Медь является коферментом оксидаз и влияет на дыхательный метаболизм дрожжей. Коферментами пептидаз могут являться ионы меди или ионы цинка.
Марганец активизирует целый ряд ферментов: декарбоксилазы, дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы, пептидазы, киназу. Вместе с железом, цинком и молибденом ионы марганца могут нивелировать вредное действие меди. Этот микроэлемент стимулирует процесс брожения, даже в том случае, когда в сусле содержится недостаточное количество ионов цинка.
Витамины
Витамины находятся в зародыше и алейроновой слое. Витамины входят в состав коферментов, как правило, это простетические группы ферментов, то есть коферменты, прочно связанные с ферментом. Из витаминов группы В состав зерна входят, тиамин, рибофлавин, никотиновая кислота, пиридоксин, биотин, пантотеновая и фолиевая кислоты.
14