Расчет поверхности теплопередачи сусловарочного аппарата, для варки сусла с хмелем (стр. 3 из 8)
Хмелевые смолы (экстрагируемые из хмеля этиловым эфиром, растворимые без нагрева в метаноле) классифицируются следующим образом:
Мягкие смолы (растворимые в н-гексане)
α-Горькие кислоты (гумулоны)
β-Горькие кислоты (лупулоны)
Неспецифические мягкие смолы (резупоны)
Твердые смолы (нерастворимые в н-гексане)
γ - Смолы (нерастворимые в воде)
ε – Смолы (растворимые в воде)
Мягкие смолы
α-Горькие кислоты (гумулоны). Основной составной частью а-горьких кислот является гумулон. Его формула и формула остальных известных аналогов выводится из общей формулы α-горьких кислот замещением R (радикала) в положении С2 бензольного ядра. Отдельные аналоги отличаются один от другого структурой, а именно боковой ациловой цепью при том атоме углерода, который у гумулона — изовалериановый, у когумулона — изобутириловый и у адгумулона — α-метилмасляный и т. д.
Общая формула d – горьких кислот
R = -CH2•CH (CH3)2 Гумулон
- CH (CH3)2 Когумулон
- СН• СН2• СН3 Адгумулон
СН3
- СН2• СН2• СН (СН3)2 Прегумулон
- СН2• СН2 • СН3 не названный аналог
- (СН2)4СН3 не названный аналог
β – Горькие кислоты (лупулоны). В ряду β – горьких кислот у большинства сортов хмеля главной составной частью является лупулон. Аналоги выводятся из общей формулы β – горьких кислот точно так же, как аналоги гумулона и имеют такие же боковые цепи.
Общая формула β – горьких кислот
R= - CH2 ∙ CH(CH3)2 Лупулон
- CH(CH3)2 Колупулон
- CH ∙ CH2 ∙ CH3 Адлупулон
СН3
- СН2 ∙ СН2 ∙ СН(СН3)2 Прелупулон
- СН2 ∙ СН3 Постлупулон
- СН2 ∙ СН2 ∙ СН3 не названный аналог
- (СН2)4 ∙ СН3 не названный аналог
Как химические индивидуумы α- и β-горькие кислоты хорошо изучены, хотя сначала основное внимание было направлено преимущественно на α-кислоты, β-кислоты считались не заслуживающими внимания. В технологическом процессе хмелевые смолы участвуют не прямо, а как предшественники других образуемых в процессе пивоварения веществ, которые формируют горький вкус пива. По сути дела, речь идет о продуктах окисления и разложения исходных горьких кислот, которые до сих пор являются предметом внимательного изучения.
Неспецифические мягкие смолы (резупоны). Микшик различает α- и β-резупоны в зависимости от того, являются они производными α- или β-горьких кислот. По Микшику, теоретически можно вывести не менее восьми разных групп разных α-резупонов и четыре группы β-резупонов, которые отличаются функциональными группами на основном циклопентантрионовом ядре, как это видно из табл. 1. В свежем хмеле обычно преобладают α-резупоны. Старый хмель и хмелевые экстракты могут содержать большую долю β-резупонов.
Таблица 1
Основные типы резупонов
| Название резупонов | Характер заместителей | |
| А | В | |
| α – Резупоны изогумулоны смолы В гумулиновые кислоты Re – α – 4* гумулиноны Re – α – 6* оксигумулиновые кислоты Re – α - 8* β – Резупоны Re – β – 1* Re – β – 2* лупутрионы гулупоны | - Н - Н - Н - Н - ОН - ОН - ОН - ОН - пренил - пренил - пренил - пренил | - СО-пренил - СО=СН3 - Н - ОН - СО-пренил - СО=СН3 - Н - ОН - СО-пренил - СО=СН3 - Н - ОН |
| *Структурные формулы гипотетических 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.