Включая такие параметры как:  общий крахмал, амилоза и амилопектин, гидролазы крахмала (α-амилаза, β-амилаза, лимитная декстриназа), гидролазы клеточной стенки (β-глюкан, β-глюконаза, целлюлаза, ксилоназа, арабиноксилан), амилоглюкозидаза, ферментируемые сахара, уксусная кислота, этанол, ацетальдегид, усвояемый дрожжами азот (YAN), сульфиты.

Компания Megazyme производит ряд наборов для автоматизации анализа ферментов в пивоварении от качества сырья до качества готового продукта. Наборы Megazyme позволяют оценить такие ключевые для отрасли пивоварения параметры как уровень гидролизатов крахмала - амилазы, лимит-декстриназа, α‑глюкозидаза.

В процессе пивоварения происходят два основных биохимических процесса, требующих присутствия ферментов:

1. преобразование крахмала (естественно присутствующего в ячмене) в сбраживаемые сахара и
2. ферментация сахаров дрожжами с получением этанола и углекислого газа.

Преобразование крахмала включает два класса ферментов - гидролазы клеточной стенки и гидролазы крахмала, которые выделяются самим ячменным зерном во время соложения.

Megazyme предлагает ряд новых аналитических методов в качестве замены (или дополнения) к традиционным практикам анализа, позволяя технологу получить новую информацию о свойствах, важных для пивоварения. Эти альтернативные методики также открывают потенциал для пивоваров при автоматизации анализа солода и пива.

Продукты Megazyme предлагают:

• сокращение времени реакции;
• непревзойденную чистоту ферментов;
• улучшенную стабильность ферментов (что приводит к увеличению срока годности);
• новые методы анализа с лучшей в своем классе селективностью в отношении рассматриваемого аналита;
• повышенную стабильность кофактора (предлагается в стабильной форме таблеток или в виде улучшенных жидких форм с увеличенным сроком годности).

Тест-наборы Megazyme завоевали мировое признание благодаря своим инновационным методологиям и исключительной чистоте своих ферментов.

Постоянные инновации Megazyme позволили внедрить достижения и усовершенствовать общепринятые, стандартные методы анализа. Технические достижения тестирования были применены на все этапы производства пива, от сбора урожая зерновых, до фильтрации, розлива и упаковки готового продукта. Все достижения к тому же перенесены к решению автоматизации.

Общий крахмал

Ферментативными методами можно определить общее содержание крахмала (K-TSHK, K-TSTA) в любой пробе. Это позволяет понять потенциальную сбраживаемость солода и сусла для пивоваров и производителей спиртных напитков.

Повреждение крахмала

Измерение повреждения крахмала при помоле и переработке зерна позволяет пивоварам и винокуренным предприятиям оценить доступность крахмала для гидролаз крахмала.

Амилоза/Амилопектин

Зерновые крахмалы состоят из двух типов полисахаридных цепей: амилозы и амилопектина. Многие свойства крахмала, относящиеся к солодовням, определяются пропорциями присутствующих амилозы и амилопектина, например, желатинизация, растворимость и вкусовые ощущения готовых напитков.

Эндогенные ферменты

• Гидролазы крахмала (α-амилаза, β-амилаза, лимитная декстриназа)
• Гидролазы клеточной стенки (β-глюконаза, целлюлаза, ксилоназа)

Гидролазы крахмала

α-Амилаза

α-Амилаза является одним из трех наиболее важных ферментов, участвующих в гидролизе крахмала, высвобождая ферментируемые сахара и мальтодекстрины из молекул олисахарида крахмала. α-Амилаза представляет собой фермент эндодействующего действия, который гидролизует связи α-1,4, обнаруженные как в амилозе, так и в амилопектине.

Как наиболее термостабильная из гидролаз крахмала, альфа-амилаза имеет температурный оптимум до 70°С, что позволяет ей переносить температуры, необходимые для желатинизации крахмала. Около 90% α-амилазы сохраняется на этапе затирания. Количество α-амилазы, сохраняющейся после затирания, обычно не является ограничивающим фактором в достижении максимального гидролиза крахмала для ферментации.

Все тесты подходят для сырого экстракта и для очищенного экстракта.

ТРИ РАЗЛИЧНЫХ ПОДХОДА К АНАЛИЗУ a-АМИЛАЗЫ

β-Амилаза

Подобно α-амилазе, β-амилаза разрезает связи a-1,4 в цепях крахмала. Однако β-амилаза является ферментом экзо-действия, а это означает, что вместо случайного разрезания внутренних связей в крахмале она разрезает только с конца цепи. β -Амилаза высвобождает сбраживаемые молекулы мальтозы, на долю которых приходится ~ 65% сбраживаемого сахара в сусле. α -Амилаза и β-амилаза действуют синергически во время затирания, поскольку β -амилаза обычно действует на фрагменты крахмала, высвобождаемые в результате первоначального гидролитического действия a-амилазы.

Измерение активности β-амилазы

β-амилаза является наиболее распространенной гидролазой крахмала, присутствующей во время соложения, однако она значительно менее термостабильна, чем a-амилаза. Только 40% исходной β-амилазы сохраняется и продолжает высвобождать мальтозу в конце затирания. Поэтому пивоварам необходимо количественно оценить истинную активность β-амилазы: присутствие слишком малого количества b-амилазы может ограничить сбраживаемость полученного сусла. Это особенно важно при заваривании пива с добавками.

Солодовая амилаза

Препараты солодовой амилазы Megazyme содержат сверхчистые ферменты в стандартных концентрациях. Активность солодовой амилазы можно измерить с помощью одного набора, включающего методы «Ceralpha» и «Betamyl-3».

Лимит-декстриназа/пуллуланаза

Лимит-декстриназа, наиболее «специализированная» из основных гидролаз крахмала, является единственным ферментом, расщепляющим крахмал, способным разрезать точки ветвления в молекулах амилопектина. Разветвленные мальтодекстрины не могут быть полностью гидролизованы другими ферментами, разлагающими крахмал.

Активность лимит-декстриназы превращает цепи амилопектина в более короткие, неразветвленные мальтодекстрины, которые могут дополнительно расщепляться под действием a-амилазы и b-амилазы, т.е. до сбраживаемых сахаров.

Еще одна гидролаза крахмала, называемая пуллуланазой, имеет характер активности, аналогичный лимит-декстриназе. Это экзогенный фермент, используемый для стимулирования ферментации.

Пуллуланаза представляет особый интерес для пивоваров, производящих «легкое» пиво с пониженной калорийностью.

Измерение активности лимит-декстриназы/пуллуланазы

Лимит-декстриназа в основном вырабатывается во время соложения, хотя и в гораздо меньших количествах, чем α-амилаза или β-амилаза. Как и β-амилаза, лимит-декстриназа относительно термочувствительна: ~40% лимит-декстриназ остается в заторе через 60 минут.

Измерение лимит-декстриназы важно для пивоваров и винокуренных предприятий, поскольку тщательный контроль лимит-декстриназы (особенно среди гидролаз крахмала) необходим для обеспечения удовлетворительной сбраживаемости сусла. Это особенно актуально для пивоваров, использующих определенные добавки к злакам, например рис в азиатском пиве.

Гидролазы клеточной стенки

Компоненты клеточной стенки

Клеточные стенки эндосперма ячменя состоят из двух основных полисахаридов: β-глюкана и арабиноксилана. Целлюлоза также присутствует, но в гораздо меньших количествах. Эти клеточные стенки должны быть разрушены, чтобы позволить гидролазам крахмала получить доступ к крахмалу, находящемуся внутри эндосперма. Фрагменты клеточной стенки также необходимо разрушить как можно более полно. Этот процесс управляется специальными ферментами, которые выделяются из самого зерна во время соложения.

Почему клеточные стенки имеют значение?

Относительное присутствие или отсутствие соответствующих гидролаз клеточной стенки в солоде будет определять степень мобилизации крахмала. Прогнозируемая степень гидролиза клеточной стенки будет иметь сильное влияние на технологические решения пивовара или дистиллятора, поскольку она оказывает прямое влияние на:

• программу затирания
• вязкость сусла
• производительность фильтрования
• фильтрацию
• вероятность дымки

Вероятно, это также оказывает влияние на сбраживаемость сусла, поскольку образование сбраживаемых сахаров зависит от степени мобилизации крахмала.

Таким образом, понимание активности гидролазы клеточной стенки позволяет пивоварам и винокуренным предприятиям устранять потенциальные проблемы до того, как они возникнут, например, путем корректировки процедур затирания или добавления соответствующих экзогенных ферментов.

β-глюкан и β-глюканаза

β-глюкан является основным полисахаридом клеточных стенок эндосперма в зернах ячменя и овса, а также присутствует в пшенице.

β-глюкан гидролизуется β-глюканазой. Энзим эндодействующий, β-глюканазу разрушает внутренние связи в полисахаридной цепи. β-глюканаза также способна гидролизовать связанные β-глюканы. к белкам, которые, если не принять меры, вызывают образование осадка и помутнения.

β -глюканаза активна в первую очередь на стадии соложения: некоторая ее часть денатурируется при обжиге, а остальная часть становится неактивной при температурах, близких к клейстеризации крахмала. По этой причине экзогенная β -глюканаза является обычной добавкой к суслам.

Измерение активности β-глюканазы

Активность β -глюканазы в солоде, сусле или коммерческих ферментных препаратах можно измерить с использованием следующих продуктов:

Все тесты подходят для сырого экстракта и для очищенного экстракта.

Арабиноксилан и Ксиланаза

Арабиноксилан иногда называют пентозаном, и он является вторым по распространенности полисахаридом в клеточных стенках эндосперма ячменя. Он также является основным компонентом клеточных стенок пшеницы. В его структуре присутствуют два основных сахара: арабиноза и ксилоза. Если растворимые арабиноксиланы сохраняются в сусле, они могут вызвать высокую вязкость, плохую фильтруемость и образование пивного помутнения.

Основная гидролаза арабиноксилана: ксиланаза

Арабиноксилан гидролизуется ксиланазой, которая действует на ксилозную часть молекулы. Хотя ксиланаза способна высвобождать олигосахариды из более длинной цепи, она не способна разрезать точки ветвления в молекуле арабиноксилана.

Ксиланаза обнаруживается в очень низких концентрациях в ячменном солоде, и к тому времени, когда солод достигает чана для затирания, ее становится еще меньше: как и β-глюканаза, ксиланаза проявляет плохую термостабильность, причем часть ее дезактивируется во время обжига.

Из-за потенциальных последствий остаточных арабиноксиланов в готовом напитке, активность ксиланазы является важным параметром для измерения пивоварами и винокуренными компаниями, независимо от того, полагаются ли они на эндогенную ксиланазу или добавляют экзогенные ферменты. Ксиланазную активность можно измерить в солоде и коммерческих ферментных препаратах с использованием следующих продуктов:

Все тесты подходят для сырого экстракта и для очищенного экстракта.

Ксиланаза и целлюлаза

Все тесты подходят для сырого экстракта и для очищенного экстракта.

Целлюлаза

Целлюлаза - это фермент эндодействующего действия, который гидролизует связи β-1,4, обнаруженные как в целлюлозе, так и в β-глюкане.

Все тесты подходят для сырого экстракта и для очищенного экстракта.

Ферментируемые сахара

Количество сбраживаемого сахара, выделяющегося при солодовании и затирании, напрямую зависит от количества спирта, который может быть получен из сусла во время дрожжевого брожения. Основными ферментируемыми сахарами являются глюкоза, фруктоза, сахароза и мальтоза.

Слишком мало сбраживаемого сахара приведет к низкому уровню алкоголя и изменению вкуса, в то время как слишком много сахара в сусле может не полностью сбраживаться, что повлияет на вкус конечного напитка.

Усвояемый дрожжами азот (YAN)

Усвояемый дрожжами азот играет важную роль в питании дрожжей во время брожения. Белки солодового зерна расщепляются ферментами протеазами с высвобождением аминокислот, ионов аммония и более мелких пептидов. Усвояемый дрожжами азот состоит из двух основных компонентов:

1. Свободный аминоазот (FAN), также известный как «первичный аминоазот», и

2. Аммиак

Оба компонента необходимо измерить, чтобы понять содержание YAN.

Слишком малое количество YAN приведет к плохому росту дрожжей и вялому брожению. Это особый риск для пивоваров, использующих добавки, которые, как правило, имеют дефицит азота по сравнению с ячменем. И наоборот, слишком большое количество YAN приведет к помутнению пива, образованию побочных продуктов, влияющих на вкус (например, диацетила и высших спиртов), и будет способствовать росту организмов, вызывающих порчу.

Уксусная кислота

Уксусная кислота вырабатывается дрожжами как часть нормального процесса ферментации, но может вырабатываться в больших количествах ацетобактериями во время созревания, портя вкус «уксусной» ноткой.

Особенности пяти вариантов наборов для уксусной кислоты приведены в следующей таблице:

Этанол и ацетальдегид

Этанол является основным продуктом дрожжевого брожения и требует маркировки на многих коммерческих рынках.

Ацетальдегид может вырабатываться дрожжами во время брожения или ацетобактериями во время созревания спирта. Его негативное влияние на вкус и химическую стабильность можно исправить добавлением диоксида серы.

Сульфиты

Сульфиты добавляются для нейтрализации окислителей в готовом напитке, поддерживая химическую стабильность пива или спиртных напитков до тех пор, пока они не достигнут потребителя. При более высоких концентрациях сульфиты придают «горелый» привкус. Некоторые потребители сообщают о чувствительности к сульфитам, и, следовательно, производителям может потребоваться указать содержание сульфитов на этикетке продукта.

Экзогенные экзимы

Уровень эндогенных экзимов из клеточной стенки крахмала может быть недостаточным для получения желаемых свойств пива. Аккуратное добавление коммерчески доступных ферментов клеточной стенки (глуконаз, ксилоназы) и ферментов крахмала (α-амилазы, Амилоглюкосидазы/Пуллуаназы), помогает оптимизировать ферментацию и фильтрацию пива.

Амилоглюкозидаза

Амилоглюкозидазу обычно добавляют в качестве экзогенного фермента пивовары, производящие низкокалорийное пиво.

Измерение активности ферментов

Поскольку ферменты играют столь важную роль в процессе пивоварения, солодовники и пивовары должны иметь возможность измерять активность ферментов в своем сырье. Только понимая ферментативный потенциал своего солода, солодовники и пивовары смогут в полной мере использовать ферментативные процессы, которые влияют на консистенцию и качество их пива.

Пивовары, стремящиеся максимизировать определенные свойства своего пива, могут добавлять экзогенные ферменты для повышения соответствующей активности ферментов.

Пивовар может использовать добавки экзогенных ферментов, если есть опасения, что уровня эндогенных ферментов будет недостаточно. Сорт ячменя, проращивание, а также методы соложения, нагрева и затирания могут влиять на уровень эндогенных ферментов.

Экзогенные смеси ферментов могут решить такие проблемы, как застревание затора и низкий выход экстракта. Эти ферменты также позволяют пивоварам эффективно варить пиво с добавлением несоложеных злаков (например, кукурузы, пшеницы и риса) для производства легкого пива или пива без глютена.

Однако экзогенные ферменты не следует рассматривать как быстродействующее решение, к которому можно относиться легкомысленно: даже если один фермент осуществляет желаемую активность, присутствие других может привести к нежелательной гидролитической активности, потенциально способной повлиять на конечный продукт, например: добавление протеазы (например, папаина) в пиво для предотвращения образования помутнения приводит к нежелательному результату в виде низкой стабильности пены, если тщательно не контролировать дозировку. Добавление неоправданно большого количества экзогенного фермента может быть дорогостоящим, контрпродуктивным или просто бесполезным.

И наоборот, добавление слишком небольшого количества экзогенного фермента может не устранить задержки в процессе пивоварения.

Гидролазы крахмала

Чтобы быть полезным для пивоварения, крахмал должен быть разбит на более мелкие единицы, такие как мальтоза и глюкоза, которые позже могут быть использованы дрожжами во время брожения. Ферменты, ответственные за расщепление длинных цепей крахмала на сбраживаемые сахара, называются гидролазами крахмала.

В трансформации участвуют четыре основных фермента, каждый из которых вырабатывается или активируется во время соложения. Все это необходимо для того, чтобы максимально повысить сбраживаемость напитка:

1. α-Амилаза

2. β-Амилаза

3. Лимит-декстриназа

4. α-глюкозидаза

У каждого своя особая роль и уникальный образец действий, который будет обсуждаться по очереди. α-глюкозидаза присутствует в таких низких количествах, что ее вклад в процесс пивоварения незначителен.

Сам крахмал делится на две структурные формы. Амилоза состоит из относительно линейных цепей α-1,4-глюкозы, тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид, в котором цепи α-1,4-глюкозы соединены между собой точками ветвления α-1,6.

Важным свойством крахмала является температура его желатинизации, то есть минимальная температура, которую необходимо достичь при затирании. При достижении температуры желатинизации в присутствии воды плотная кристаллическая структура крахмальной гранулы разрушается, в результате чего полисахарид становится легко доступный гидролазам крахмала.

Температура желатинизации является решающим фактором при затирании, поскольку она определяет стойкость и активность всех гидролаз, некоторые из которых более термостабильны чем другие. Эта температура зависит от ряда факторов (включая соотношение амилозы: амилопектина, используемых злаков и добавок), но обычно составляет > 60°C.

Материалы для скачивания

Наборы Megazyme для пивоваренной промышленности (Листовка ЛФ)

Химический анализатор MegaQuant™ (Листовка ЛФ)

Наборы, ферменты, углеводы Megazyme Рекламный буклет

Наборы Megazyme для пивоваренной промышленности (Листовка ЛФ)

Наборы Megazyme контроля качества продуктов и напитков (Листовка ЛФ)

Наборы Megazyme для измерения пищевых волокон и крахмала (Листовка ЛФ)

Наборы Megazyme для молочной промышленности и производства детских смесей (Листовка ЛФ)

Наборы Megazyme для винодельческой продукции (Листовка ЛФ)

Ферменты и пивоварение

Анализ солода, сусла и пива

Инфографика пивоварения

Измерение этанола в чайном грибе