Статьи +7 (495) 223-18-03
8-800-600-18-03

г. Москва
 
   Главная | Выставки | Статьи | Каталоги | Склад | Новости | Партнеры | Услуги | Контакты

Оборудование (по алфавиту)
Анализаторы катализаторов
Анализаторы волокон и порошков
Анализаторы пены KRUSS
Анализаторы полимеров
Анализаторы размера частиц
Биореакторы и ферментёры
Генераторы газов
Диспергаторы лабораторные
Испарители роторные
Калориметры (выделяемое тепло)
Камеры испытательные Liebisch
Камеры климатические CTS
Камеры низкотемпературные
Камеры роста растений
Клапаны Sitec
Колонны ректификационные
Лазерные конфокальные микроскопы
Мельницы лабораторные
Газоструйные мельницы
Мешалки лабораторные
Насосы газовые (вакуумные)
Насосы жидкостные
Печи лабораторные
Планетарные смесители
Приборы для измерения краевого угла смачивания (KRUSS)
Реакторы химические
Реакторы металлические
Реакторы проточные
Реакторы стеклянные
Реометры порошков
Стерилизаторы паровые CertoClav
Сушки лабораторные
Тензиометры KRUSS
Теплообменники
Термостаты HUBER
Тестеры фармпрепаратов
Фильтры лабораторные
Флэш-хроматографы Teledyne
Центрифуги фильтрующие
Шкафы и инкубаторы Memmert
Шланги лабораторные
Эксикаторы и перчаточные боксы
Галерея реакторов и фильтров




mistakes



Анализ пенообразования, стабильности пены и структуры пены на примере пива, влияние CO2

Долгое время пищевые химические анализы и тесты качества пива были ориентированы в первую очередь на биологическую стабильность этого популярного напитка (срок годности). Однако в последние годы акцент изменился: пивоваренная промышленность разработала высокие и надежные стандарты в отношении срока хранения пива, а исследования и обеспечение качества все больше фокусируются на аспекте удовольствия. В этой связи приоритет отдается таким темам, как образование, консистенция и стабильность пивной пены. Пенная пена образуется за счет комбинации содержащихся в ней природных поверхностно-активных веществ и двуокиси углерода (CO2), образующейся в качестве продукта реакции в процессе пивоварения. Последний не добавляется; единственный раз, когда используется дополнительный CO2, - это во время отвода газа для создания необходимого давления. Это исследование дает возможность проанализировать влияние пенообразующих веществ на вспениваемость и стабильность пены независимо от содержания CO2. Для этой цели высота пены и структура пены сортов пива Pils, прозрачного пшеничного пива и Kolsch, популярного местного немецкого пива, были измерены с удалением СО2 перед исследованием. Анализ показал, что поведение пены образцов пива, которые были стандартизованы для измерения, сильно отличалось от свойств разливного пива. В частности, поведение пива Kolsch, которое лишь немного пенится при разливе, стало причиной большого удивления во время нашего исследования.

Белки, содержащиеся в пиве, являются причиной образования пены. Они являются поверхностно-активными и, таким образом, приводят к образованию и стабилизации ламелей пены. Однако не так-то просто сравнить влияние пенообразующих веществ на поведение пены разных типов пива и различных методов производства. Причина этого кроется в различии содержания углекислого газа (CO2), который образуется в процессе пивоварения и вместе с белками участвует в образовании пены. Точно так же стабильность пены зависит не только от содержания белка, но и от воздействия CO2, поскольку растворимость этого газа в воде ускоряет распад пены. С другой стороны, подъем большего количества пузырьков из объемов жидкости имеет стабилизирующий эффект. Чтобы мы могли анализировать влияние пенообразующих веществ независимо от этих неконтролируемых влияющих факторов, мы сначала удалили CO2 из образцов. Для измерения мы получали пену из дегазированных образцов путем барботирования, для чего использовали воздух, чтобы исключить любую ускоренную дестабилизацию, вызванную растворимостью газа. Это гарантирует, что различия во вспениваемости и стабильности пены в разных типах пива связаны только с составом жидкости.

Экспериментальная часть

Были проанализированы три типа светлого пива, произведенного с помощью различных процессов пивоварения: прозрачное пшеничное пиво, Pils и Kolsch.

Исследуемые сорта пива
Рисунок 1 - Исследуемые сорта пива: Paulaner Weiβbier kristallklar, Holsten Pilsener и Reissdorf Kolsch

Типы различаются в первую очередь зерновым солодом (пшеничный или ячменный) и используемыми дрожжами (верхнее или нижнее брожение):

Таблица 1 – Образцы пива
Таблица 1 – Образцы пива

Пенообразование этого пива в недегазированном состоянии хорошо известно: пшеничное пиво и пилс образуют большое количество стабильной пены, в то время как Kolsch имеет тенденцию к пенообразованию лишь незначительно, а его пена нестабильна.

Подготовка к измерениям

Для процесса дегазации соответствующее пиво переносили в устройство, в котором СО2 удалялся с помощью вакуумного насоса, снабженного клапаном для удаления воздуха. Этот процесс повторялся до тех пор, пока пиво практически не дегазировалось. 50 мл каждого образца залили шприцем в измерительную колонку анализатора динамической пены - DFA100. Пиво вспенивали контролируемым образом, пропуская воздух через образцы в измерительной колонке через бумажный фильтр в течение 20 с при постоянной скорости потока 0,3 л/мин, контролируемой компьютером. Температура измерения составляла 25 °C.

Измерение вспениваемости и стабильности пены осуществляется с помощью DFA100 посредством зависящего от времени измерения высоты столба пены. Это осуществляется с помощью светодиодной линейки и фотодетекторной линейки, расположенных соответственно вдоль измерительной стойки. Пенообразование рассчитывается на основе максимальной высоты во время вспенивания, а стабильность - на основе уменьшения высоты пены со временем. Период полураспада в качестве характеристического параметра может также использоваться в дополнение к общей прогрессии кривой для сравнения нескольких образцов.

Принцип измерения динамического анализатора пены - DFA100
Рисунок 2 - Принцип измерения динамического анализатора пены - DFA100 для измерения пенообразования и стабильности пены

Для определения воспроизводимости было выполнено не менее двух измерений для каждого сорта пива. Модуль структуры пены - FSM использовался для одновременного измерения высоты пены и анализа структуры пены. Этот модуль имеет специальную измерительную колонку с призмами и фиксирует ламели пены на стенке стекла с помощью видеокамеры. Структура пены и ее изменения с течением времени в отношении размера и количества пузырьков обнаруживаются с помощью анализа видеоизображения.

Вид камеры на смоченную пеной призму модуля структуры пены – FSM

Рисунок 3 - Вид камеры на смоченную пеной призму модуля структуры пены – FSM


Полученные результаты

Воспроизводимость кривых измерения

Повторные измерения показали очень хорошую воспроизводимость кривых роста, что ясно демонстрирует следующий пример. Верхняя кривая показывает измеренную общую высоту, нижняя кривая - высоту столба жидкости под пеной.

Пример Holsten Pilsener
Рисунок 4 - Пример Holsten Pilsener: максимальный объем пены и распад (верхние кривые), а также изменение объема жидкости под столбом пены (нижние кривые) могут быть воспроизведены очень хорошо.

Вспениваемость

Что касается вспениваемости, разница между образцами очень небольшая, что видно по незначительным различиям в максимальной высоте пены (рисунок 5).

Изменение общего объема пены в зависимости от времени
Рисунок 5 - Изменение общего объема пены в зависимости от времени

Эти измерения не отражают общеизвестную высокую вспениваемость пшеничного пива и низкое пенообразование Кёльша. Таким образом, можно сделать вывод, что разные свойства вспениваемости неподготовленного пива связаны с различным содержанием CO2, которое не играло роли в дегазированных образцах.

Стабильность пены

Стабильность дегазированных образцов еще более существенно отличалась от свойств пива с CO2. Самый поразительный результат здесь - это пиво Kolsch, столб пены которого снижался медленнее, чем у других сортов (рисунок 5). Это также можно увидеть на гистограмме, изображающей время полураспада (рисунок 6), где период полураспада Кёльша примерно в два раза больше, чем у других типов.

Период полураспада пены по высоте
Рисунок 6 - Период полураспада пены по высоте

Таким образом, можно сделать вывод, что поверхностно-активные вещества в пиве Kolsch хорошо стабилизируют ламели пены, а быстрое разложение пены в пиве Kolsch после выпуска происходит в первую очередь из-за влияния CO2.

Структура пены

Как правило, разложение пены идет рука об руку с тенденцией к образованию больших пузырей и одновременному исчезновению мелких пузырей (созревание Оствальда). Это изменение размера пузырьков можно наблюдать во всех трех образцах. На следующей диаграмме (рисунок 7) показано изменение структуры пузырьков в течение первых трех минут:

Изменение структуры пены и количества пузырьков в течение первых 3 минут
Рисунок 7 - Изменение структуры пены и количества пузырьков в течение первых 3 минут

Более устойчивая пена пива Kolsch очень динамична при созревании Ostwald в начале, то есть довольно быстро образуются большие пузырьки. Обычно быстро образующиеся пузырьки часто идут рука об руку с быстрым распадом пены. Количество пузырьков, подсчитанных при анализе видеоизображения для наблюдаемого участка, показало ту же начальную тенденцию (рисунок 8): количество пузырьков в Kolsch уменьшается быстрее, чем в случае с пшеничным пивом, и с такой же скоростью, что и в Pils. Несмотря на это, высота пены пшеничного пива и пива Pils была менее стабильной в течение длительного времени, чем у Kolsch (рисунок 3). Это означает, что увеличение размера пузырьков в случае первых двух упомянутых типов пива относительно быстро приводит к лопанию. Пенообразующие протеины Kolsch, с другой стороны, по-видимому, хорошо стабилизируют большие ламели пены, так что его пушистая пена с большими порами остается неповрежденной в течение длительного времени. Этот результат, который противоречит поведению пива при розливе, предполагает, что связанная с белком стабилизация пива Kolsch больше не имеет никакого эффекта, когда на разложение пены влияет CO2.

Выводы

Три дегазированных образца пива были протестированы с помощью динамического анализатора пены - DFA100, чтобы проанализировать влияние поверхностно-активных веществ в пиве независимо от содержания CO2 и его влияния на поведение пены. Вспениваемость, стабильность пены и структура пены прозрачного пшеничного пива Pils и Kolsch. Полученные данные показали, что поведение пены этих сортов пива значительно отличалось от характеристик пива, когда они содержали СО2. В частности, Kolsch, который образует очень мало пены, показал хорошую вспениваемость и стабильность пены при дегазации. Исследование показало, что пенообразование пива в исходном состоянии никоим образом не позволяет делать какие-либо заявления о содержании пенообразующих веществ. Только после того, как будут проведены измерения на образцах без CO2, можно будет провести сравнение поверхностно-активных белков. CO2 также можно использовать для вспенивания с помощью DFA100 вместо воздуха. Таким образом, можно было бы количественно оценить дестабилизирующее влияние растворимости СО2 в воде ламелей пены в более обширном исследовании.

Это интересно...
Исследование пенообразования
Контроль чистоты пивных емкостей
Загрузить
Каталог Тензиометры KRUSS 4.77 МВ
Брошюра Тензиометры KRUSS 0.38 МВ
 Создание сайта — Вячеслав Курашенко
© 2008-2021 Tirit.org - ООО | Карта сайта