ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2011 z. 566: 193 204 OCENA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI W PIWIE W ZALEŻNOŚCI OD JAKOŚCI SŁODU I OBRÓBKI CIEPLNEJ BRZECZKI Agnieszka Salamon, Krzysztof Baranowski, Elżbieta Baca, Dorota Michałowska, Dorota Zielińska, Anna Kapka Zakład Technologii Piwa, Słodu i Żywności Prozdrowotnej, Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego, Warszawa Wstęp Występowanie związków siarki w piwie jest rzeczą naturalną i pewien ich poziom jest jak najbardziej akceptowalny, zwłaszcza że nadają one piwu niepowtarzalny charakter i decydują o cechach i stabilności sensorycznej gotowego wyrobu. Związki te cechuje niski próg wyczuwalności sensorycznej na poziomie µg dm 3 [ANNESS, BAMFORTH 1982; BACA, BARANOWSKI 2000; SAŁEK 2010]. Podstawowym źródłem związków siarki w piwie są surowce piwowarskie, w czasie fermentacji i dojrzewania drożdże wytwarzają je jako produkty swoich przemian metabolicznych, niekiedy występowanie związków siarkowych może być rezultatem autolizy komórek drożdżowych lub infekcji wywołanej mikroflorą szkodliwą dla piwa [VAN DEN EYNDE 1991; NARZISS 1998; SADOWNIK 2004; MIRACLE i in. 2005; SAŁEK 2010]. Siarczek dimetylu (DMS), obok ditlenku siarki, jest jednym z ważniejszych związków siarki obecnych w piwie. W stężeniu przekraczającym jego próg wyczuwalności sensorycznej (25 30 µg dm 3 ) nadaje piwu zapach porównywany do gotowanych jarzyn, prażonej kukurydzy [KUNZE 1999; SADOWNIK 2004; KREISZ i in. 2005; SAŁEK 2010]. Jak podają KRÜGER i ANGER [1992], siarczek dimetylu może występować w piwie przeciętnie w ilościach około 30 70 µg dm 3. Stężenie DMS w piwach, do produkcji których stosowano wyłącznie słód jęczmienny nie powinno przekraczać 100 µg dm 3, zaś w przypadku piw otrzymanych z dodatkiem surowców niesłodowanych 60 µg dm 3 [NARZISS 1998]. DMS jest związkiem bardzo lotnym, którego część jest uwalniana do otoczenia w czasie suszenia słodu, gotowania brzeczki z chmielem i fermentacji piwa [VAN DEN EYNDE 1991; VAN HAECHT, DUFOUR 1995; MEZGER i in. 2003; HERRMANN i in. 2010]. Słód jest głównym źródłem siarczku dimetylu (DMS) w piwie. W słodzie, poza siarczkiem dimetylu, występują jego prekursory, tj. S-metylometionina (SMM) i sulfotlenek dimetylu (DMSO) [HYSERT i in. 1980; DETHIER i in. 1991; YANG i in. 1998; KUNZE 1999]. Z zawartych w ziarnie jęczmienia aminokwasów siarkowych, głównie metioniny, w czasie kiełkowania powstaje SMM w reakcji katalizowanej przez syntetazę S- metylometioniny. Związek ten jest niestabilny termicznie i podczas suszenia słodu ulega rozkładowi do siarczku dimetylu, który częściowo ulatnia się z gazami suszarnianymi, częściowo pod wpływem wysokich temperatur utlenia się do DMSO, a pewna jego część pozostaje w słodzie [HYSERT i in. 1980; YANG i in. 1998; DUMOULIN,
194 A. Salamon i inni BOIVIN 2001]. Ponadto w kiełkach oddzielanych od wysuszonego słodu znajduje około 16% całkowitej ilości prekursorów DMS obecnych w ziarnie [DETHIER i in. 1991]. W czasie wytwarzania brzeczki piwnej, na etapie zacierania i gotowania z chmielem, następuje przemiana termiczna prekursorów siarczku dimetylu (DMS-P) ukierunkowana na tworzenie aktywnego sensorycznie siarczku [ANNESS, BAMFORTH 1982; VAN DEN EYNDE 1991; COORS i in. 2003]. Jednakże podczas zacierania słodu ma miejsce dalsza synteza SMM, aczkolwiek w temperaturze powyżej 60 C następuje gwałtowny rozpad SMM do lotnego DMS i jego odparowanie. Natomiast obecny w słodzie DMSO w całości przechodzi do brzeczki z uwagi na jego dobrą rozpuszczalność w wodzie i wysoką temperaturę wrzenia (189 C). Na etapie gotowania i klarowania gorącej brzeczki w kadzi osadowej Whirlpool w dalszym ciągu zachodzi degradacja niestabilnej termicznie SMM do DMS i niebiałkowego aminokwasu homoseryny [SCHWILL- MIEDANER, MIEDANER 2002; OGANE i in. 2005]. Jak podaje BACA i BARANOWSKI [2000], w czasie chmielenia brzeczki zawarty w niej DMS może ulegać utlenieniu do DMSO. W klasycznym systemie gotowania, po oddzieleniu od brzeczki gorących osadów, DMS i jego prekursory pozostają w wychłodzonej brzeczce nastawnej. Istnieje możliwość usprawnienia procesu gotowania, pod kątem dalszego odparowania DMS z brzeczki do poniżej 100 µg dm 3 [KRÜGER, ANGER 1992], przy zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań w systemach gotowania wraz z dodatkowym końcowym odparowaniem brzeczki po jej wstępnym schłodzeniu przed przepompowaniem do kadzi Whirlpool [SCHWILL-MIEDANER, MIEDANER 2002; BINKERT, HAERLT 2003; MEZGER i in. 2003; HERRMANN i in. 2010; RÜBSAM i in. 2010]. Zabiegi te przyczyniają się do zmniejszenia obciążenia termicznego brzeczki, ograniczenia zużycia energii w browarze i znacznego obniżenia stężenia DMS w brzeczce, a w dalszej kolejności piwie gotowym [COORS i in. 2003; OGANE i in. 2005]. W czasie fermentacji głównej, drożdże piwowarskie pobierając z brzeczki część SMM przekształcają ją do metioniny i wykorzystują jako potencjalne źródło siarki niezbędnej do przebiegu procesów życiowych zachodzących w komórce [WHITE, WAINWRIGHT 1977; VAN HAECHT, DUFOUR 1995]. Ponadto w procesie fermentacji i leżakowania piwa, drożdże przekształcają DMSO do DMS przy udziale wytwarzanego przez nie enzymu reduktazy DMSO. Przyjmuje się, że drożdże mogą redukować do 25% DMSO, co zależy od wielu czynników, m.in. szczepu drożdży, temperatury fermentacji, ph brzeczki. Pewne ilości DMS są usuwane z fermentującej brzeczki z wydzielającym się ditlenkiem węgla [ANNESS, BAMFORTH 1982; VAN DEN EYNDE 1991; BACA, BARANOWSKI 2000]. Badania RÜBSAM i in. [2010] potwierdziły redukcję DMS podczas fermentacji piwa o średnio 28%. W kształtowaniu profilu smakowo-zapachowego piwa uczestniczy jedynie siarczek dimetylu, chociaż piwo gotowe w swoim składzie zawiera prekursory DMS, które nie są aktywne sensorycznie [NARZISS 1998; YANG i in. 1998; KUNZE 1999; SADOWNIK 2004]. Celem badań była ocena poziomu zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w wybranych próbkach piwa gotowego, słodu jęczmiennego browarnego i brzeczki piwnej. Materiał i metody Materiał do badań stanowiły wybrane próbki słodu jęczmiennego jasnego i ciemnego przerabiane przez krajowe słodownie w latach 1999 2004. Z tego samego okresu pochodziły laboratoryjne próbki słodu browarnego, które otrzymano z próbek ziarna wybranych odmian jęczmienia uprawianego na terenie Polski, w ramach realizacji pracy badawczej [SALAMON, MICHAŁOWSKA 2005]. Wybrane do słodowania
OCENA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI W PIWIE... 195 próbki ziarna jęczmienia były zróżnicowane odmianowo, niektóre różniły się miejscem uprawy i rokiem zbioru, natomiast wszystkie one cechowały się właściwymi parametrami decydującymi o ich przydatności słodowniczej, jak energia i zdolność kiełkowania oraz zawartość białka ogółem. Proces słodowania przeprowadzono w skali mikrotechnicznej wg sposobu i warunków opisanych w metodzie 2.5.3.1 MEBAK (tom I, wyd. 1997). Natomiast do oceny poziomu zawartości DMS i jego prekursorów w słodach jasnych przemysłowych produkowanych w kolejnych latach, których wyniki przedstawiono w tabeli 2, zostały wybrane próbki słodu wyprodukowane przez różne polskie słodownie w latach 2006 2010. Wszystkie analizowane próbki słodu przemysłowego, zarówno jasnego jak i ciemnego, stanowiły surowiec oferowany do produkcji piwa krajowym browarom. Prezentowane wyniki otrzymano w ramach badań wykonanych na zlecenie słodowni zainteresowanych ww. parametrami jakości wyprodukowanego słodu. Wybrane do badania próbki piwa gotowego handlowego oraz próbki brzeczki piwnej z wybranych etapów jej wytwarzania pochodziły z produkcji przemysłowej dużych i średnich browarów. Analizy wybranych próbek brzeczki i piwa wykonano w ramach rutynowych badań zlecanych przez krajowe browary na przestrzeni lat 2006 2010. Oznaczenie zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w słodzie wykonano metodą chromatografii gazowej z wykorzystaniem detektora płomienio-wofotometrycznego (GC/FPD) przy zastosowaniu techniki analizy fazy nadpowierzchniowej (HS) wg modyfikacji metody 1.3.3 MEBAK (tom III, wyd. 1996). Natomiast oznaczenie zawartości wolnego siarczku dimetylu i jego prekursorów w brzeczce i piwie wykonano metodą chromatografii gazowej (HS/GC/FPD) wg modyfikacji metod 1.3.1.1, 1.3.2 MEBAK (tom III, wyd. 1996). Modyfikacja przytoczonych powyżej metod analitycznych polegała na zastosowaniu innych stężeń roztworu wzorcowego siarczku dimetylu przy wyznaczaniu wykresu kalibracyjnego oraz rozcieńczeń badanaych próbek słodu i brzeczki, co tym samym skutkowało zmianami we wzorach obliczeniowych. Liczbę kwasu tiobarbiturowego (TBI), stanowiącą bezwymiarowy wskaźnik obciążenia cieplnego brzeczki, oznaczono metodą spektrofotometryczną wg metody 2.4 MEBAK (tom II, wyd. 1993). Wyniki opracowano statystycznie za pomocą programu komputerowego Statistica 6.0 przy wykorzystaniu jednoczynnikowej analizy wariancji i testu Tukeya oraz korelacji liniowej Pearsona przy poziomie ufności 95%. Wyniki i dyskusja O zawartości DMS i jego prekursorów w słodzie decydują warunki słodowania ziarna jęczmienia browarnego, odmiana, miejsce uprawy i rok zbioru [DETHIER i in. 1991; NARZISS 1998; YANG i in. 1998; SALAMON, BACA 2005]. Jednym z potencjalnych czynników wpływających na poziom siarczku dimetylu i jego prekursorów w słodzie jest aktywność syntetazy S-metylometioniny, która z kolei współzależy od odmiany jęczmienia browarnego [HYSERT i in. 1980; YANG i in. 1998]. Enzym ten występuje w ziarnie jęczmienia i jego aktywacja następuje podczas procesu słodowania. Zawartość jednego z prekursorów DMS, a mianowicie S-metylometioniny (SMM), w moczonym ziarnie jest stosunkowo niewielka, ale w czasie kiełkowania jego poziom szybko wzrasta i największe stężenie obserwowane jest w tzw. zielonym słodzie. Przyjmuje się, że zmniejszenie namoczenia ziarna, skrócenie czasu i obniżenie temperatury kiełkowania ogranicza biosyntezę SMM. Po zakończeniu procesu kiełkowania, obniżenie zawartości SMM w słodzie do poziomu akceptowanego przez piwowarów
196 A. Salamon i inni jest możliwe wyłącznie na etapie suszenia. O rozkładzie S-metylometioniny do lotnego siarczku dimetylu i powstawaniu sulfotlenku dimetylu (DMSO) utlenionej formy prekursora DMS, decyduje stosowany podczas suszenia układ temperatur oraz rozwiązania techniczne suszarni [HYSERT i in. 1980; YANG i in. 1998; KUNZE 1999; DUMOULIN, BOIVIN 2001]. Należy pamiętać, że wydłużenie czasu suszenia i/lub podwyższenie temperatury końcowej suszenia przyczyniają się do wzrostu obciążenia termicznego i obniżenia aktywności enzymów słodu, których odpowiedni poziom zapewnia prawidłowy przebieg procesu produkcji brzeczki, a w konsekwencji piwa [VAN DEN EYNDE 1991; YANG i in. 1998; KUNZE 1999; SALAMON, BACA 2005; SAŁEK 2010]. W tabeli 1 przedstawiono wyniki zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w wybranych próbkach słodu browarnego jasnego otrzymanego w skali laboratoryjnej (n=38) oraz w próbkach słodu jasnego typu pilzneńskiego (n=47) i ciemnego typu monachijskiego (n=17) z produkcji przemysłowej krajowych słodowni. Analizowane próbki były przerabiane w latach 1999 2004. Tabela 1; Table 1 Ocena zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w próbkach słodu jasnego i ciemnego wyprodukowanego w skali laboratoryjnej i przemysłowej w latach 1999 2004 Evaluation of dimethyl sulphide content and its precursors in the samples of pale and dark malt produced in the laboratory and on industrial scale in 1999 2004 Opis próbek Specification of the samples Słód jasny (skala laboratoryjna) Pale malt (laboratory scale) Słód jasny (skala przemysłowa) Pale malt (industrial scale) Słód ciemny (skala przemysłowa) Dark malt (industrial scale) wartość średnia ± odchylenie standardowe (min. max.) mean ± standard deviation (min. max.) Ilość próbek; Number of samples n = 38 n = 47 n = 17 Prekursory siarczku dimetylu (DMS-P) Dimethyl sulphide precursor (DMS-P), (mg kg 1 ) 7,7±4,0 a (2,1 16,4) 2,6±1,1 a (1,2 5,7) 0,5±0,3 b (0,3 1,2) Siarczek dimetylu wolny (DMS) Free dimethyl sulphide (DMS), (mg kg 1 ) 1,1±1,0 a (<0,1 2,9) 2,6±1,1 b (0,7 6,2) 3,3±1,0 b (2,1 4,9) wielkości w rzędach z tymi samymi indeksami nie różnią się istotnie statystycznie przy poziomie ufności 95%; values in rows followed by the same letter are not significantly different at a confidence level of 95% Uzyskane wyniki badań wskazują, że w analizowanych próbkach słodu (n=38) otrzymanych w mikrosłodowni Zakładu Technologii Piwa, Słodu i Żywności Prozdrowotnej, zawartość siarczku dimetylu (DMS) wahała się w zakresie od poniżej 0,1 do 2,9 mg kg 1, co stanowi średnio 1,1 mg kg 1. Badania próbek słodu przemysłowego pokazują, że średni poziom zawartości DMS w próbkach słodu jasnego (n=47) i ciemnego (n=17) był wyższy od oznaczonego w próbkach słodu ze skali mikrotechnicznej, który wyniósł dla słodu jasnego 2,6 mg kg 1 (0,7 6,2 mg kg 1 ) i dla słodu ciemnego 3,3 mg kg 1 (2,1 4,9 mg kg 1 ). Różnice te były istotne statystycznie dla przedziału ufności 95%. Natomiast zawartość prekursorów siarczku dimetylu (DMS-P) w przemysłowych próbkach słodu kształ-towała się w przedziale 1,2 5,7 mg kg 1 (średnio 2,6 mg kg 1 ) dla słodu jasnego i 0,3 1,2 mg kg 1 (średnio 0,5 mg kg 1 ) dla słodu ciemnego, a w przypadku labo-ratoryjnych próbek słodu jasnego jego poziom mieścił się w granicach 2,1 16,4 mg kg 1 (średnio 7,7 mg kg 1 ). Podobne różnice w wynikach próbek słodów otrzymanych w skali laboratoryjnej z jęczmienia ze zbioru 2004 r. otrzymali KREISZ i in. [2005], gdzie zawartość prekursorów DMS wahała się od 3,1 do
OCENA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI W PIWIE... 197 12,3 mg kg 1 (średnio 7,4 mg kg 1 ). Mikrosłodowanie jęczmienia służy bowiem wstępnej ocenie jakości słodowniczej ziaren w danym roku zbioru. Analiza statystyczna wskazuje na istnienie istotnych różnic w zawartości prekursorów DMS pomiędzy próbkami obydwu typów słodu produkcji przemysłowej. Nie stwierdzono natomiast istotnych statystycznie różnic między próbkami słodu jasnego otrzymanego w skali laboratoryjnej i produkowanego przemysłowo. Zawartości prekursorów DMS w badanych próbkach słodu przerabianego przez krajowe słodownie nie przekroczyły 5 mg kg 1, czyli wartości zalecanej z technologicznego punktu widzenia [NARZISS 1998; KUNZE 1999; KREISZ i in. 2005; SAŁEK 2010]. W zdecydowanej większości próbek słodu jasnego otrzymanego wg standardowego schematu mikrosłodowania (2.5.3.1 MEBAK tom I, wyd. 1997), gdzie przez ostatnie 5 godzin suszenia stosowano temperaturę dosuszania 80 C, oznaczona ilość prekursorów DMS kształtowała się powyżej 5 mg kg 1. Należy zatem sądzić, że zastosowane warunki mikrosłodowania laboratoryjnego próbek ziarna jęczmienia nie są identyczne z parametrami kiełkowania i suszenia słodu stosowanymi w praktyce przemysłowej. SALAMON i BACA [2005] podają, że w czasie procesu słodowania ziarna wybranych odmian jęczmienia w skali laboratoryjnej podwyższenie końcowej temperatury dosuszania z 80 C na 90 C spowodowało zmniejszenie zawartości prekursorów DMS w słodzie o ponad 70%. Natomiast DUMOULIN i BOIVIN [2001] donoszą, że słód jasny wysuszony przemysłowo w suszarni jednosiatkowej zawierał większe ilości prekursorów DMS (11 mg kg 1 ) niż wysuszony w suszarni dwusiatkowej (8 mg kg 1 ). Literatura podaje [HYSERT i in. 1980; NARZISS 1998; KREISZ i in. 2005; SALAMON, MICHAŁOWSKA 2005], że warunki klimatyczne i agrotechniczne uprawy jęczmienia mogą oddziaływać na poziom DMS i jego prekursorów w słodzie. W tabeli 2 zestawiono wyniki zawartości ww. związków siarki w analizowanych próbkach słodu jasnego przemysłowego wyprodukowanego w latach 2006 2010. Na podstawie analizy danych z tabeli 2 stwierdzono, że najmniejsza ilość prekursorów siarczku dimetylu (DMS-P) była obserwowana w próbkach słodu (n=19) z roku 2008 średnio 1,8 mg kg 1, zaś największą zawartość DMS P średnio 3,4 mg kg 1, oznaczono w próbkach słodu (n=28) z 2006 roku. Spośród 110 próbek słodu jasnego wyprodukowanego przez krajowe słodownie w 5-ciu kolejnych latach, najniższą zawartość DMS-P stwierdzono w próbce słodu otrzymanej w 2009 roku (0,4 mg kg 1 ), a najwyższą 6,6 mg kg 1 w jednej ze słodów z roku 2006. W pozostałych latach, średnia zawartość prekursorów DMS w analizowanych próbkach słodu wahała się w zakresie 2,3 3,0 mg kg 1. Odnośnie zawartości siarczku dimetylu (DMS) w badanych próbkach słodu zauważono, że wartości te oscylowały w zakresie 0,7 6,6 mg kg 1. Słody jasne produkowane w 2006 roku cechowała najniższa zawartość DMS, która osiągnęła średnio poziom 2,2 mg kg 1, zaś najwyższe ilości (średnio 3,6 mg kg 1 ) stwierdzono w słodach z 2010 roku. Analiza danych (tab. 2) wskazuje na niewielkie zróżnicowanie w zawartości prekursorów DMS w badanych próbkach słodów z ostatnich lat, gdzie sporadycznie była przekroczona dopuszczalna wartość 5 mg kg 1. Bardzo zbieżne wyniki uzyskali RÜBSAM i in. [2010]. Tabela 2; Table 2 Ocena zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w próbkach słodu jasnego przemysłowego wyprodukowanego w latach 2006 2010 Evaluation of dimethyl sulphide content and its precursors in the industrial samples of pale malt produced in 2006 2010 Opis próbek Specification of the samples Słód jasny (skala przemysłowa) wartość średnia ± odchylenie standardowe (min. max.) Pale malt (industrial scale)
198 A. Salamon i inni mean ± standard deviation (min. max.) Rok produkcji; Production year 2006 2007 2008 2009 2010 Ilość próbek; Number of samples n = 28 n = 27 n = 19 n = 17 n = 19 Prekursory siarczku dimetylu (DMS-P) Dimethyl sulphide precursor (DMS-P) (mg kg 1 ) Siarczek dimetylu wolny (DMS) Free dimethyl sulphide (DMS) (mg kg 1 ) 3,4±1,5 a (1,0 6,6) 2,2±1,2 a (0,7 6,8) 2,3±0,8 b (1,5 5,2) 3,2±1,0 b (1,7 5,0) 1,8±0,6 b (0,9 2,8) 3,2±0,7 ab (1,3 4,3) 2,4±1,4 ab (0,4 4,2) 3,2±1,3 ab (1,8 4,5) 3,0±1,6 ab (1,2 6,4) 3,6±1,8 ab (1,7 6,6) wielkości w rzędach z tymi samymi indeksami nie różnią się istotnie statystycznie przy poziomie ufności 95%; values in rows followed by the same letter are not significantly different at a confidence level of 95% Stężenie DMS i jego prekursorów w brzeczce piwnej zależy od jakości słodu, parametrów zacierania i gotowania, o czym donosi wielu autorów [VAN DEN EYNDE 1991; MEZGER i in. 2003; OGANE i in. 2005; HERRMANN i in. 2010; RÜBSAM i in. 2010]. W tabeli 3 zestawiono wyniki zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w brzeczce podczas jej wytwarzania oraz wartości wskaźnika obciążenia cieplnego. Analiza wyników badań wybranych próbek brzeczki piwnej pod kątem zawartości DMS i jego prekursorów wykazała, że stężenie ww. związków uzależnione jest od etapu warzenia, a mianowicie wpływu temperatury i czasu jej oddziaływania na brzeczkę, co odzwierciedla bezwymiarowa wartość obciążenia cieplnego (TBI). W próbkach brzeczki przed gotowaniem (n=30), oznaczone zawartości DMS i jego prekursorów, były stosunkowo wysokie i wyniosły kolejno średnio 286 µg dm 3 i 333 µg dm 3 przy średniej wartości liczby kwasu tiobarbiturowego 38. Stężenie DMS w próbkach brzeczki pobranej do badań po kadzi Whirlpool (n=33) wahało się w zakresie 25 110 µg dm 3 (średnio 56 µg dm 3 ), zaś DMS-P kształtowało się od 19 do 91 µg dm 3 (średnio 44 µg dm 3 ). Dla próbek brzeczki z tego etapu produkcji, w branży piwowarskiej określanego jako połowa czasu chłodzenia, wartość wskaźnika obciążenia cieplnego mieściła się w przedziale 52 103 (średnio 72). Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że w czasie wytwarzania brzeczki obserwuje się wzrost obciążenia termicznego skutkiem czego jest znaczny spadek zawartości prekursorów DMS w porównaniu do brzeczki przy pełnym kotle (przed gotowaniem). W przypadku próbek brzeczki po gotowaniu i próbek brzeczki pobranych po przetrzymywaniu w kadzi Whirlpool stwierdzono zmniejszenie stężenia DMS-P odpowiednio o około 3- i ponad 7-krotnie. Uzyskane różnice pomiędzy wynikami zawartości prekursorów DMS oraz obciążenia termicznego brzeczki na trzech etapach jej produkcji były istotne statystycznie przy poziomie ufności 95%. Tabela 3; Table 3 Ocena zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w próbkach brzeczki podczas jej wytwarzania oraz wskaźnika obciążenia termicznego Evaluation of dimethyl sulphide content and its precursors in the samples of wort during its manufacture and the indicator for thermal load Opis próbek Specification of the samples Brzeczka przy pełnym kotle (przed gotowaniem) Kettle-full wort (before boiling) Brzeczka wybita (po gotowaniu) Cast wort (after boiling) Brzeczka po kadzi Whirlpool (połowa chłodzenia) Wort after Whirlpool (half-time of cooling) wartość średnia ± odchylenie standardowe (min. max.)
OCENA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI W PIWIE... 199 mean ± standard deviation (min. max.) Ilość próbek; Number of samples n = 30 n = 33 n = 33 Siarczek dimetylu wolny (DMS) Free dimethyl sulphide (DMS), ( g dm 3 ) Prekursory siarczku dimetylu (DMS-P) Dimethyl sulphide precursor (DMS-P) ( g dm 3 ) Liczba kwasu tiobarbiturowego (TBI) Thiobarbituric Acid Index (TBI) 286±124 a (51 558) 333±109 a (90 465) 38±8 a (25 60) 25±10 b (10 53) 103±31 b (28 145) 57±11 b (43 90) 56±22 b (25 110) 44±19 c (19 91) 72±3 c (52 103) wielkości w rzędach z tymi samymi indeksami nie różnią się istotnie statystycznie przy poziomie ufności 95%; values in rows followed by the same letter are not significantly different at a confidence level of 95% Odnośnie oceny zawartości DMS w analizowanych próbkach brzeczki przed i po gotowaniu stwierdzono ponad 10-krotny spadek stężenia tego związku w próbkach brzeczki po gotowaniu. Jak już wspomniano, na etapie gotowania następuje termiczny rozkład SMM do DMS i jego częściowe odparowanie, dlatego też stężenie DMS w badanych próbkach brzeczki po gotowaniu (n=33) wahało się w przedziale 10 53 µg dm 3 (średnio 25 µg dm 3 ). Natomiast w analizowanych próbkach brzeczki pobieranych po kadzi Whirlpool (n=33), stężenie DMS wyniosło średnio 56 µg dm 3. Obserwowany wzrost stężenia DMS w brzeczce był podyktowany dalszym rozkładem prekursorów DMS, zwłaszcza SMM, do DMS pod wpływem działania temperatury i na tym etapie produkcji piwa nie ma możliwości jego odparowania. Podobne zależności uzyskali też inni autorzy [SCHWILL-MIEDANER, MIEDANER 2002; COORS i in. 2003; RÜBSAM i in. 2010], chociaż nie należy zapominać, że wzrost obciążenia termicznego brzeczki powoduje spadek stężenia siarczku dimetylu, ale ma miejsce wzrost ilości aldehydów Streckera odpowiedzialnych w końcowym efekcie za starzenie się piwa [OGANE i in. 2005; HERRMANN i in. 2010]. Wyniki badań otrzymane w ramach niniejszej pracy i inne (dane niepublikowane), posłużyły do poszukiwania zależności między stężeniem DMS i jego prekursorów w brzeczce a obciążeniem cieplnym (TBI). Dane przedstawione w tabeli 4 wskazują na istotną statystycznie korelację pomiędzy obciążeniem termicznym brzeczki a stężeniem DMS i jego prekursorów, o czym świadczą wartości współczynnika Pearsona (r = 0,625 i r = 0,806). Ujemny charakter zależności liniowej wskazuje na to, że ze wzrostem wskaźnika obciążenia cieplnego (TBI) obserwuje się spadek stężenia ww. związków siarki. Tabela 4; Table 4 Współczynniki korelacji liniowej Pearsona pomiędzy zawartością siarczku dimetylu i jego prekursorów a obciążeniem cieplnym brzeczki (n=96) Pearson correlation coefficients between the content of dimethyl sulphide and its precursors and the thiobarbituric acid index of wort (n=96) Wyszczególnienie Specification Siarczek dimetylu wolny (DMS) Dimethyl sulphide free (DMS) Prekursory siarczku dimetylu (DMS-P) Dimethyl sulphide precursor (DMS-P) Siarczek dimetylu (DMS) Dimethyl sulphide free (DMS) 1 Prekursory siarczku dimetylu (DMS-P) Dimethyl sulphide precursor (DMS-P) 0,783* 1 Liczba kwasu tiobarbiturowego (TBI) Thiobarbituric Acid Index (TBI)
200 Liczba kwasu tiobarbiturowego (TBI) Thiobarbituric Acid Index (TBI) A. Salamon i inni 0,625* 0,806* 1 * zależności istotne statystycznie przy poziomie ufności 95%; depending statistically significant at a confidence level of 95% Zawartość aktywnego sensorycznie siarczku dimetylu oznaczona w 45 wybranych próbkach piwa gotowego o różnym stężeniu alkoholu wyniosła średnio 46 µg dm 3 (tab. 5). Z przeprowadzonych badań próbek piwa jasnego (n=16) o stężeniu alkoholu do 5,5% obj. wynika, że zawartość tego związku w omawianej grupie piw mieściła się w granicach od 5 do 80 µg dm 3 (średnio 43 µg dm 3 ). Natomiast w grupie piw jasnych pełnych o zawartości alkoholu 5,5 6,5% obj., największa oznaczona ilość DMS wyniosła 79 µg dm 3, a najmniejsza 18 µg dm 3. W przypadku próbek piwa mocnego o zawartości alkoholu powyżej 6,5% obj. (n=12), średnie stężenie siarczku dimetylu było nieco większe w porównaniu do dwóch pozostałych grup piwa i wyniosło 53 µg dm 3. Wyniki zawartości DMS w ocenianych próbkach piwa są zbieżne z rezultatami innych autorów. W próbkach piwa butelkowego ocenianych przez MIRACLE i in. [2005] stwierdzono występowanie DMS w stężeniach na poziomie 21 87 µg dm 3, a wcześniejsze badania HYSERTA i in. [1980] wykazały obecność tego związku w 13 próbkach piwa z krajów Europy Zachodniej w stężeniu od 24 do 110 µg dm 3. Literatura [KRÜGER, ANGER 1992; SAŁEK 2010] podaje, że normatywne stężenie DMS w piwie nie powinno przekraczać 100 µg dm 3. Ocena zawartości siarczku dimetylu w piwie handlowym o różnej zawartości alkoholu Evaluation of dimethyl sulphide content in the commercial beer of different alcohol content Opis próbek Specification of the samples Piwo jasne pełne do 5,5% obj. alkoholu Lager beer to 5.5% vol. alcohol Piwo jasne pełne od 5,5 do 6,5% obj. alkoholu Lager beer from 5.5 to 6.5% vol. alcohol Tabela 5; Table 5 Piwo jasne mocne od 6,5% obj. alkoholu Strong lager beer from 6.5% vol. alcohol wartość średnia ± odchylenie standardowe (min. max.) mean ± standard deviation (min. max.) Ilość próbek; Number of samples n = 16 n = 17 n = 12 Siarczek dimetylu (DMS) Dimethyl sulphide (DMS), ( g dm 3 ) 43±24 a (5 80) 44±18 a (18 79) 50±22 a (23 78) wielkości w rzędzie z tymi samymi indeksami nie różnią się istotnie statystycznie przy poziomie ufności 95%; values in row followed by the same letter are not significantly different at a confidence level of 95% Podsumowując, prezentowane w niniejszej pracy wyniki badań zawartości DMS i jego prekursorów odnoszą się do próbek przemysłowych słodów jasnych i ciemnych produkcji krajowych słodowni oferowane do sprzedaży polskim browarom, gdzie stanowiły podstawowy surowiec do produkcji piwa. Z tego względu próbki te są reprezentatywne dla całej branży słodowniczej. Natomiast wyniki zawartości ww. związków w laboratoryjnych próbkach słodów zamieszczono w celu zobrazowania różnic pomiędzy przemysłową a mikrotechniczną technologią przerobu jęczmienia browarnego, gdzie tę drugą należy postrzegać jako wstępną ocenę ziarna jęczmienia w danej kampanii słodowniczej. Przedstawione rezultaty badań próbek brzeczki piwnej i
OCENA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI W PIWIE... 201 piwa gotowego, które otrzymano ze słodów krajowej produkcji, są reprezentacyjne dla polskich browarów dużej i średniej wielkości, z wyłączeniem browarów małych i restauracyjnych. Poza tym należy nadmienić, że otrzymane wyniki badań piwa odnoszą się do komercyjnych próbek piwa jasnego i nie obejmują piw specjalnych tzw. niszowych. Wnioski 1. Ocena jakości słodu jęczmiennego pod kątem zawartości prekursorów siarczku dimetylu, w większości przypadków badanych przemysłowych próbek słodu jasnego i ciemnego, wykazała na występowanie tego związku w ilościach poniżej wartości 5 mg kg 1. 2. Badania próbek brzeczki piwnej (n=96) podczas procesu jej wytwarzania dowiodły, że stężenie siarczku dimetylu i jego prekursorów istotnie zależy od obciążenia termicznego brzeczki, o czym świadczą ujemne wartości współczynników korelacji liniowej. 3. Stężenie siarczku dimetylu w analizowanych próbkach piwa o różnej zawartości alkoholu (n=45) kształtowało się na dopuszczalnym poziomie i wyniosło średnio 46 µg dm 3. Literatura ANNESS B.J., BAMFORTH C.W. 1982. Dimethyl sulphide A review. J. Inst. Brew. 88: 244 252. BACA E., BARANOWSKI K. 2000. Związki siarkowe w brzeczce i w piwie. Cz. 2. Przem. Ferm. Owoc.-Warz. 4: 30 32. BINKERT J., HAERLT D. 2003. Commercial experiences with the SchoKo gentle boiling process. Brauwelt Int. 21(1): 26 27. COORS G., KROTTENTHALLER M., BACK W. 2003. Wort pre-cooling and its influence on casting. Brauwelt Int. 21(1): 40 42. DETHIER M., DE JAEGER B., BARSZCZAK E., DUFOUR J-P. 1991. In vivo and in vitro investigations of the synthesis of s-methylmethionine during barley germination. J. Am. Soc. Brew. Chem. 49(1): 31 37. DUMOULIN M., BOIVIN P. 2001. Industrial kilning technologies and their influence on organoleptic quality of malt. Proceeding of 27 th EBC Congress, Budapest, ref. 20: 200 209. HERRMANN M., KLOTZBÜCHER B., WURZBACHER M., HANKE S., KATTEIN U., BACK W., BECKER T., KROTTENTHALER M. 2010. A new validation of relevant substances for the evaluation of beer aging depending on the employed boiling system. J. Inst. Brew. 116(1): 41 48. HYSERT D.W., WEAVER R.L., MORRISON N.M. 1980. The origin and control of dimethyl sulfide and its precursor in malt. Tech. Q. Master Brew. Assoc. Am. 17(1): 34 43. KREISZ S., HARTMANN K., BACK W. 2005. Malting and malt quality data for the 2004 crop. Brauwelt Int. 23(1): 24 26. KRÜGER E., ANGER H.M. 1992. Kennzahlen zur Betriebskontrolle und Qualitätsbeschre-
202 A. Salamon i inni ibung in der Brauwirtschaft. Daten über Roh- und Hilfsstoffe, Halbferting- und Fertigprodukte bei der Bierbereitung. Wyd. Behr s Verlag, Hamburg, Germany: 493 ss. KUNZE W. 1999. Technologia piwa i słodu. Wyd. Piwochmiel Sp. z o.o. Warszawa: 723 ss. MEZGER R., KROTTENTHALLER M., BACK W. 2003. Wpływ nowoczesnych systemów gotowania brzeczki na składniki brzeczki i jakość piwa. AgroPrzemysł 1: 18 19. MIRACLE R.E., EBELER S.E., BAMFORTH C.W. 2005. The measurement of sulfur-containing aroma compounds in samples from production-scale brewery operations. J. Am. Soc. Brew. Chem. 63(3): 129 134. NARZISS L. 1998. Beer taste and how it is influenced by raw materials and techno-logical factors. Brauwelt Int. 16(1): 14 25/46. OGANE O., IMAI T., OGAWA Y., OHKOCHI M. 2005. Influence of wort boiling and wort clarification conditions on aging-relevant carbonyl compounds in beer. Proceeding of 30 th EBC Congress, Praha, ref. 86: 774 780. RÜBSAM H., BECKER T., KROTTENTHALER M. 2010. Optimizing brewhouse technology with reference to dimethyl sulfide. Brauwelt Int. 28(3): 138 145. SADOWNIK A. 2004. Związki siarki w brzeczce, piwie. Cz. I. Pochodzenie, transformacje oraz wpływ na cechy organoleptyczne piwa. AgroPrzemysł 3: 15 17. SALAMON A., BACA E. 2005. Wpływ odmiany jęczmienia i warunków słodowania na zawartość prekursorów siarczku dimetylu w słodzie. Prace Inst. Lab. Przem. Spoż. 60: 52 65. SALAMON A., MICHAŁOWSKA D. 2005. Powstawanie siarczku dimetylu i jego prekursorów podczas słodowania różnych odmian jęczmienia. Dokumentacja Inst. Biot. Przem. Rolno-Spożywcz. Warszawa: 27 ss. SAŁEK A. 2010. Drożdże browarnicze a produkty uboczne fermentacji. Cz. II. Grupa siarczków. Przem. Ferm. Owoc.-Warz. 11 12: 9 11. SCHWILL-MIEDANER A., MIEDANER H. 2002. Wort boiling current state of the art. Brauwelt Int. 20(1): 19 23. VAN DEN EYNDE E. 1991. The DMS story from malt and beer. Cerevisiae Biotechnol. 4: 45 49. VAN HAECHT J.L., DUFOUR J.P. 1995. The production of sulfur compounds by brewing yeast A Review. Cerevisiae 20: 51 64. WHITE F.H., WAINWRIGHT T. 1977. The presence of two dimethyl sulphide precursors in malt, their control by malt kilning conditions, and their effect on beer DMS levels. J. Inst. Brew. 83: 224 230. YANG B., SCHWARZ P., HORSLEY R. 1998. Factors involved in the formation of two precursors dimethylsulfide during malting. J. Am. Soc. Brew. Chem. 56(3): 85 92. Słowa kluczowe: związki siarki, siarczek dimetylu (DMS), prekursory DMS, słód, brzeczka, piwo Streszczenie Wykonano ocenę zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w próbkach piwa gotowego oraz słodu browarnego i brzeczki piwnej.
OCENA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI W PIWIE... 203 W większości przypadków badanych próbek słodu jęczmiennego produkcji krajowej stwierdzono występowanie prekursorów siarczku dimetylu w ilościach poniżej 5 mg kg 1. Ocena próbek brzeczki piwnej podczas procesu jej wytwarzania wykazała, że stężenie siarczku dimetylu i jego prekursorów istotnie zależy od obciążenia cieplnego, o czym świadczą ujemne wartości współczynników korelacji liniowej. Stężenie siarczku dimetylu w piwie wyniosło średnio 46 µg dm 3 dla badanych próbek o różnej zawartości alkoholu. Zawartości siarczku dimetylu i jego prekursorów w analizowanych próbkach słodu, brzeczki piwnej i piwie gotowym kształtowały się na dopuszczalnym poziomie. EVALUATION OF SELECTED SULPHUR COMPOUNDS IN BEER DEPENDING ON MALT QUALITY AND WORT HEAT TREATMENT Agnieszka Salamon, Krzysztof Baranowski, Elżbieta Baca, Dorota Michałowska, Dorota Zielińska, Anna Kapka Department of Beer, Malt and Pro-Health Food Technology, Institute of Agricultural and Food Biotechnology, Warszawa Key words: sulphur compounds, dimethyl sulphide (DMS), precursor DMS, malt, wort, beer Summary The study aimed at assessing the content of dimethyl sulphide and its precursors in samples of finished beer, malt and brewing wort. In most cases of the tested barley malt samples of domestic production the presence of dimethyl sulfide precursors was observed in the quantity of less than 5 mg. kg 1. The evaluation of wort samples during the process of its production revealed that the concentration of dimethylsulfide and its precursors significantly depends on the thermal load as evidenced by negative values of linear correlation coefficients. The concentration of dimethyl sulphide in beer avaraged 46 µg dm 3 for the studied samples of different alcohol content. The contents of dimethyl sulphide and its precursors in the analysed samples of malt, wort and the finished beer remained at the acceptable level. Mgr inż. Agnieszka Salamon Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego Zakład Technologii Piwa, Słodu i Żywności Prozdrowotnej ul. Rakowiecka 36 02 532 WARSZAWA e-mail: agnieszka.salamon@ibprs.pl