Окиснювальне старіння пива та його стабілізація (стр. 2 из 7)
На даний момент часу проведено багато робіт по вивченню АОА рослинних екстрактів. При вивченні АОА екстракту деревини дуба, який використовується для виробництва вина, встановлено, що цей екстракт виявляє високу АОА у суспензіях клітин крові людини. За виявленим ефектом дубовий екстракт суттєво переважає деякі антиоксидантні біологічно активні добавки [8]. Варто підкреслити, що вивчений екстракт, пригноблюючи утворення активних форм кисню, запобігає цитотоксичним ефектам вільнорадикального окиснення на самих ранніх стадіях.
Виявлення АОА у екстрактів дуба в біологічних системах, отриманого за ГОСТ Р 51299-99, відкриває перспективу досліджень, що направлені на пошук шляхів його використання у складі харчових продуктів.
Екстракти з трави м’яти, листя підбілу, плодів горобини, трави чебрецю і звіробою, отримані згідно ТУ У 18.483-98, вже тестувалися на пиві. Було встановлено, що їх введення у середині технологічної схеми виготовлення напою не тільки підвищує смакову стабільність готового напою, а також позитивно впливає на збереження гірких речовин хмелю, що у кінцевому результаті покращує смак пива [9].
1.2.1 Неферментативні процеси окиснення
До цього класу можна віднести процеси старіння пива, що йдуть без участі ферментів. Одним із таких процесів є окиснення вищих спиртів. Вони були відкриті на модельних розчинах пива. Меланоідини при окисненні спиртів є окислювачами. Відбувається перенос атому водню гідроксильної групи спирту у карбонільну групу меланоідинів, причому із спирту утворюється відповідний альдегід. Молекулярний кисень не бере участі у цій реакції безпосередньо, але він здатний її прискорювати. Ця реакція інгібується ізогумулонами та поліфенолами. Окиснення вищих спиртів у темряві протікає дуже повільно і здатність спиртів вступати у реакцію із збільшенням вуглеводневого радикалу, зменшується [4]. Тому при умові правильного зберігання напою таким процесом можна знехтувати.
Окиснювальний розпад ізогумулонів також є небезпечним для смаку пива. Такий процес, особливо при підвищених температурах, призводить до суттєвого зменшення гіркоти напою [4]. Було встановлено, що при окиснювальному розпаді ізогумулонів утворюються пропан-2-он, 2-метилпропаналь, 3,4-диметил-2-он, а також 2-метил-3-бутил-2ол [4,10]. Меланоідини тут виступають у якості антиокисників [4].
Ще одним неферментативним процесом погіршення якості пива є реакція Майяра та розпад Штрекера. У цих процесах утворюються різні α-дикарбонільні сполуки, які в рамках розпаду Штрекера здатні реагувати з амінокислотами. При цьому амінокислота у ході декарбоксилювання переводиться в альдегід, в якому на один атом вуглецю менше:
Цей процес каталізується у темряві за участю слідів іонів металів. На світлі розпад іде швидше, при цьому сприятливим фактором є присутність рібофлавіна, поліфенолів та спиртів [2,4].
Альдегіди, що утворюються в реакції Майяра та розпаді Штрекера, не належать до компонентів, що визначають “старіння” пива. Але розпад Штрекера вважається причиною формування хлібного смаку у пиві [11 – 13].
Автоокиснення ненасичених жирних кислот та їх ефірів відбувається чи не в кожному жировмісному харчовому продукті. Пиво не є виключенням.
У пиво потрапляє певна кількість жирних кислот із сировини (зерно та хміль).
Ячмінь вміщує близько 2% ліпідів, які представлені як тими, що вміщують, так і тими, що не вміщують гліцерин компонентами, а також вільними жирними кислотами.
Усі жирні кислоти, що входять до складу ліпідів, поділяють на дві групи: насичені, тобто ті, що не містять подвійних зв’язків, та ненасичені – ті, що містять подвійні зв’язки.
В ячменю, головним чином, містяться ненасичені жирні кислоти. У хмелю вміст ліпідів складає біля 3% сухої речовини, а вільні жирні кислоти – біля 20% його летких компонентів, що є досить значною величиною [2].
Саме ненасичені жирні кислоти та їхні етилові ефіри, що утворилися при бродінні, навіть при незначному потраплянні у пиво несуть у собі загрозу смаку напою. Тільки ненасичені жирні кислоти окиснюються досить швидко, щоб їх можна було вважати речовинами, які обумовлюють смак старого пива [11].
Так, ліноленова кислота окиснюється у 3 - 4 рази швидше порівняно з лінолевою, а остання, у свою чергу, - у 30 разів швидше масляної кислоти. На модельних розчинах пива було встановлено, що автоокиснення жирних кислот відбувається за радикальним механізмом [10].
При цьому радикал, у більшості випадків радикал пероксиду, відщеплює атом водню від молекули жирної кислоти. Новий радикал, що утворився, реагує з молекулярним триплетним киснем з утворенням радикалу пероксиду, який відщеплює атом водню у наступної молекули жирної кислоти та трансформується у гідропероксид жирної кислоти [4]. Оскільки лінолева кислота характеризується максимальним вмістом у ячменю порівняно з іншими ненасиченими жирними кислотами, тому доцільно роздивлятись автоокиснення на її прикладі.
Загальна схема процесу автоокиснення є такою:
RH + R'O2•→ R'OOH + R•
R• + O2 → RO2•
RO2• + RH → ROOH + R•
(RH – лінолева кислота; R'O2•- пероксирадикал)
У випадку лінолевої кислоти радикал пероксиду атакує в паралельному до подвійного зв’язку положенні молекулу жирної кислоти, найчастіше у одинадцятого атома вуглецю, оскільки тут через можливу резонансну стабілізацію карбону через п’ять атомів вуглецю водень може бути відщеплений легше за все, але атака можлива і на атоми вуглецю 8 та 4, які також знаходяться поряд із подвійним зв’язком. У результаті утворюється ціла серія гідропероксижирних кислот, причому 9 та 13-гідропероксилінолева кислота характеризується найвищою концентрацією [4]. Утворені гідропероксижирні кислоти не є стабільними і тому здатні розщеплюватися. Саме в результаті цього процесу і утворюються карбоніли старіння. Схематично для гідропероксилінолевої кислоти такий розпад може мати вигляд:
 |
Тут зображено α-розщеплення. Залежно від того, розщеплюється молекула за варіантом А чи Б, утворюються різні продукти.
Розщеплення з позиції Б енергетично вигідне. З одного боку, утворюється ненасичений альдегід, а з іншого, – жирна кислота, що складається з короткого ланцюгу. Радикал гідропероксиду (•ОН), що утворився, є надзвичайно активним і може відщеплювати водень практично від усіх органічних молекул, оскільки виграш в енергії у результаті утворення зв’язку О─Н у будь-якому випадку більше енергії, яка необхідна на розщеплення зв’язку С─Н.
Іони важких металів створюють каталітичну дію на процеси окиснення. Окрім того, реакціям окиснення ненасичених жирних кислот сприяє підвищена температура, низьке значення рН та наявність окисників.
Можна роздивитись утворення радикалів у формі реакцій Фентона та Хабера- Вайса на прикладі пероксиду водню.
Реакція Фентона:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH• + OHˉ
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + O2•ˉ + 2H+
Разом: 2H2O2 → OH• + OHˉ + O2•ˉ + 2H+
Реакція Хабера-Вайса:
Cu2+ + O2•ˉ→ Cu+ + O2
Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH• + OHˉ
Разом: O2•ˉ + H2O2 → O2 + OH• + OHˉ
Пероксид водню окислює іони заліза (II) до заліза (III), причому утворюється гідроксильний радикал та іон гідроксилу. Далі залізо (III) реагує з наступною молекулою пероксиду водню з утворенням двох протонів і одного супероксидного радикалу. Мідь (II) реагує з супероксидом з утворенням міді (I) та кисню.
Мідь (I) розщеплює молекулу пероксиду водню на іон гідроксила та гідроксильний радикал. Радикали, що утворилися, є надзвичайно активними та можуть призвести до зародження нових ланцюгів окиснення.
Поряд із автоокисненням ненасичених карбонових кислот іде процес фотоокиснення цих речовин. У фотоокисненні збуджений сенсибілізаторами синглетний кисень реагує, не потребуючи каталізаторів. Цей процес майже не залежить від температури. Продуктами цих процесів є гідропероксикислоти та альдегіди, що утворюються при розкладі таких кислот [3]. Ця реакція залежить тільки від кількості кисню в субстраті та від наявності сенсибілізаторів, таких як рибофлавін (вітамін В2), хлорофіл, похідні порфірину та інші барвники. Взаємодія із синглетним киснем відбувається набагато швидше реакції з триплетним киснем, тому захисту пива від світла придають велике значення.
Було встановлено у пиві утворення різних насичених, а також однократно та двократно ненасичених альдегідів при фотоокисненні олеїнової та лінолевої кислот [14].
Ненасичені альдегіди, що утворюються при окисненні ненасичених жирних кислот, здатні окиснюватися далі. Так, при вторинному автоокисненні ненасичені альдегіди переводяться у насичені з більш коротким вуглеводневим радикалом. Було встановлено, що, наприклад, з транс-2-ноненалу можуть утворитися пентанал, гексанал, гептанал та октанал [10]. Цим пояснюються повідомлення різних авторів про те, що концентрація транс-2-ноненалу, який утворюється на початку старіння, при глибокому окисненні поступово зменшується [4].