Cercetări Privind Utilizarea Unor Metode Neconventionale ÎN Tehnologia DE Fabricatie A Berii

UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ

CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE ȘTIINȚA ȘI TEHNOLOGIA ALIMENTULUI

Departamentul: Ingineria produselor alimentare

Disciplina: Tehnologia malțului și a berii

Absolvent: Claudiu-Petrică VARODI

PROIECT DE DIPLOMĂ

CERCETĂRI PRIVIND UTILIZAREA UNOR METODE NECONVENȚIONALE ÎN TEHNOLOGIA DE FABRICAȚIE A BERII

Îndrumători științifici:

Conf. dr. Elena MUDURA

Prof. dr. Andreea STĂNILĂ

Cluj-Napoca

2016

CUPRINS

Introducere 6

CAP 1. berile speciale 7

1.1 Materii prime utilizate în procesul de fabricație a berilor speciale 7

1.1.1 Materii prime amidonoase 7

1.1.2 Fructe 8

1.1.3 Ierburi și plante aromatice 8

1.2 Clasificarea berilor speciale 9

1.3 Exemple de beri speciale 11

1.3.1 India Pale Ale 11

1.3.2 English Imperial Stout 12

1.3.3 Berea cu ierburi și plante aromatice 13

1.3.4 Berea cu ciocolată 14

1.3.5 Berea cu secară 14

1.3.6 Berea cu adaos de fructe 15

1.3.7 Berea fără gluten 16

1.3.8 Berea cu dovleac 17

CAP 2. Clase alternative de coloranți alimentari naturali în băuturi fermentate 18

2.1 Compuși naturali din bere și vin 18

2.1.1 Pigmenții existenți în bere 18

2.1.2 Pigmenții existenți în strugurii roșii 19

2.1.3 Pigmenții existenți în strugurii albi 20

2.2 Coloranți naturali utilizați în băuturi 20

2.2.1 Generalități 20

2.2.2 Clasificarea coloranților alimentari naturali 21

2.3 Chimia și stabilitatea coloranților naturali utilizați în băuturi 22

2.3.1 Antocianii 22

2.3.2 Flavonoidele 26

2.3.3 Carotenoide 28

2.3.4 Betalaine 30

CAP 3. Tehnologia de obținere a berii speciale cu sfeclă roșie 32

3.1 Schema tehnologică de obținere a berii cu sfeclă roșie 32

3.2 Descrierea operațiilor din schema tehnologică 33

3.2.1 Cântărirea malțului 33

3.2.2 Măcinarea malțului 33

3.2.3 Plămădirea-zaharificarea 34

3.2.4 Filtrarea 37

3.2.5 Fierberea mustului de bere cu hamei 38

3.2.6 Separarea trubului la cald 38

3.2.7 Răcirea mustului 39

3.2.8 Însămânțarea cu drojdie 40

3.2.9 Fermentația primară 40

3.2.10 Îmbutelierea 41

3.2.11 Fermentația secundară 42

3.3 Protocol experimental 43

3.3.1 Variante experimentale 43

3.3.2 Materiale și metode. Rezultate și discuții 44

CAP 4. DESIGNUL DE PRODUS 52

4.1 Ambalarea 52

4.2 Etichetarea 52

Concluzii 54

bibliografie 55

CERCETĂRI PRIVIND UTILIZAREA UNOR MATERII PRIME NECONVENȚIONALE ÎN TEHNOLOGIA DE OBȚINERE A BERII

Autor: Claudiu-Petrică VARODI

Coordonatori științifici: Conf. dr. Elena MUDURA, Prof. dr. Andreea STĂNILĂ

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară, Facultatea de Știința și Tehnologia Alimentelor, Calea Mănăștur nr. 3-5, 400372, Cluj-Napoca, România

[anonimizat]

REZUMAT

Berea este unul dintre cele mai fascinante produse ale omenirii, fiind produsă și consumată în întreaga lume. Totodată acest produs, consumat moderat are efecte pozitive asupra sănătății corpului uman: previne afecțiunile renale, infarctul miocardic, întărește structura părului, favorizează digestia, crește pofta de mâncare și reglează tensiunea arterială.

Scopul cercetărilor este obținerea unui nou sortiment de bere, utilizând un substrat fermentescibil neconvențional ca înlocuitor de malț, respectiv sfecla roșie (Beta vulgaris), substrat care este și o sursă foarte bună de pigmenți betalainici. Un obiectiv important al cercetărilor este menținerea stabilității pigmentului existent în sfeclă roșie (betanina) pe parcursul procesului tehnologic de obținere a berii, cunoscând instabilitatea sa termică și la modificări ale pH-ului. Cercetările s-au efectuat în Stația Pilot de bere din cadrul Universității de Științe Agricole și Medicină Veterinară Cluj-Napoca. Stabilitatea pigmentului de culoare s-a realizat prin corectarea și menținerea pH-ului berii înainte de adăugarea sfeclei roșii la o valoare cuprinsă între 3,5 și 4.

Pe parcursul fluxului tehnologic se constată o modificarea graduală a culorii berii ca urmare a tratamentului termic aplicat mustului de bere și apariția culorii maro-deschis. Procesul de fermentație readuce berea la o culoare roșie-rozulie, specifică sfeclei roșii, acest fenomen este cunoscut în literatură sub denumirea de ,,regenerare”.

In concluzie, sfecla roșie poate fi utilizată în biotehnologia berii ca și extract fermentescibil și colorant natural cu un puternic efect antioxidant demonstrat.

CUVINTE CHEIE: bere, sfeclă roșie, proces tehnologic, pigment, pH.

RESEARCH OF UNCONVENTIONAL RAW MATERIALS

IN BEER PRODUCTION

Author: Claudiu-Petrică VARODI

Scientific coordonators: Conf. dr. Elena MUDURA, Prof. dr. Andreea STĂNILĂ

University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Faculty of Food Science and Technology, Mănăștur no. 3-5, 400372, Cluj-Napoca, Romania

[anonimizat]

ABSTRACT

Beer is one of the most exciting products of humanity, being produced and consumed worldwide. This product, consumed moderately, has positive effect on the health of the human body: prevents renal disease, myocardial infarction, strengthens the hair structure, promotes digestion, increases appetite food and regulates blood pressure.

The research aim is to obtain a new range of beer, using an unconventional fermentable substrate as a substitute for malt. It was tested the red beets (Beta vulgaris) and a good source of sugars and betalain pigments. An important objective of the research is the stability of existing pigment in beetroot (betanin) during the technological process of beer producing, knowing its thermal instability and changes in pH. The research was conducted in Pilot Station Beer of the University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca. The color stability of of the pigment was carried out by adjusting and maintaining the pH of the beer prior to addition of red beet to a value between 3.5 and 4.

During the process flow, there is a gradual change beer color due to the heat treatment of the wort and development of pale brown color. Beer fermentation process returns to a red-pink, beetroot, specific color. This phenomenon is known in the literature as ,,regeneration".

In conclusion, beetroot can be used in beer biotechnology as fermentable extract and natural dye with a strong antioxidant effect.

KEYWORDS: beer, beetroot, technological process, pigment, pH.

Introducere

Berea este o băutură slab alcoolică, nedistilată, rezultată prin fermentarea unui must obținut din malț, hamei și apă.

Berea este unul dintre cele mai fascinante produse ale omenirii, fiind produsă și consumată în întreaga lume cu plăcere, totodată acest produs, consumat moderat, având efect pozitiv asupra sănătății corpului uman (previne afecțiunile renale, infarctul miocardic, întărește structura părului, favorizează digestia, crește pofta de mâncare și reglează tensiunea arterială).

În urma cercetărilor științifice, s-a constatat că berea a fost produsă pentru prima dată în regiunea Iranului în urmă cu aproximativ 7000 de ani (teste chimice efectuate pe ceramică). În Mesopotamia, cea mai veche dovadă de fabricare a berii este de acum 6000 de ani. Descoperirea berii a fost întâmplătoare, prin germinare unei recolte de orz și contaminarea ulterioară cu levuri din aer. Rețetele de fabricare a berii au fost lăsate de către sumerieni și egipteni. (Elena, M., 2013)

Astăzi, industria berii a devenit o afacere profitabilă la nivel mondial, prin intermediul numeroaselor branduri existente pe piață.

Prezenta lucrare de diplomă este structurată în două capitole mari: prima parte cuprinde noțiuni generale , iar cea de-a doua parte cuprinde partea experimentală.

În prima parte a lucrării sunt prezentate procesul de fabricație al berilor speciale existente la nivel mondial, materii prime vegetale folosite la obținerea acestor tipuri de beri, clasificarea berilor, exemple de beri. De asemenea sunt prezentate sursele de coloranți naturali existenți în materiile prime vegetale care se folosesc în industria băuturilor fermentate.

Partea a doua a lucrării cuprinde partea experimentală, aducând în prim plan tehnologia de obținere a berii cu sfeclă roșie precum și studiile efectuate pe aceasta cât și pe sfeclă roșie (determinarea pH-ului, determinarea acidității, determinarea concentrației alcoolice, determinarea conținului de extract, deteminarea conținului de acid oxalic și de betanină).

În final au fost prezentate concluziile studiilor efectuat.

Capitolul 1

berile speciale

Materii prime utilizate în procesul de fabricație a berilor speciale

Berea, indiferent de specificul ei, este fabricată utilizând cele patru ingrediente esențiale: apă, malț, hamei și drojdie. Berea specială reprezintă tipul de bere, în a cărei proces de obținere sunt utilizate materii prime neconvenționale (amidonoase , fructe, diferite ierburi sau plante aromatice) cu scopul substituirii malțului în procesul de fabricație.

Materii prime amidonoase

Acestea se utilizează în procesul de fabricație cu scopul de a îmbunătăți caracteristicile berii atât din punct de vedere vizual, cât și senzorial. Dintre materii prime amidonoase cele mai utilizate sunt porumbul, grâul și orezul. Berile obținute se caracterizează prin culoare deschisă, un grad de amăreală mai scăzut și o concentrație alcoolică moderată. Materii prime amidonoase se utilizează pe scară din ce în ce mai largă în procesul de fabricație al berii datorită factorului economic, fiind mult mai rentabile decât malțul, al cărui preț este unul destul de ridicat.

Fructe

Fructele reprezintă materia primă care a revoluționat piața mondială a berii. Fructele utilizate în procesul de fabricare a berii sunt foarte diverse, gustul acestora variind de la acru (lămâie) și amar (grapefruit) până la dulce ( cireșe, merișoare). Berile obținute cu aceste materii prime, se caracterizează pe lângă gustul și aroma specifică tipului de fruct, prin culoarea dată de prezența antocianilor existenți în acesta. Astăzi, berile cu fructe constituie un sector foarte important, indispensabil în cadrul marilor producători de bere din întreaga lume, aflat în continuă dezvoltare. În viitor, datorită cererii din ce în ce mai mari, se estimează că această ramură va fi una dintre cele mai importante în rețeaua de desfacere a fabricilor producătoare de bere .

Ierburi și plante aromatice

Ierburile și plantele aromatice ocupă un loc mai puțin important în industria berii, fiind folosite într-o proporție mai redusă, acest sector fiind în curs de dezvoltare. Acestea se folosesc deocamdată mai mult în cadrul microberăriilor. Ierburile și plantele aromatice sunt folosite în fabricarea berii în special pentru aroma, gustul și proprietăților terapeutice oferite acesteia, mai puțin pentru culoare. Un alt avantaj a acestor materii prime este reprezentat de obținerea unor beri cu un conținut scăzut de alcool datorită conținutului scăzut în carbohidrați a acestora.

Printre cele mai utilizate plante aromatice și ierburi se numără floriile de soc, ghimbirul și rozmarinul, cea mai apreciată de consumatori fiind cea cu soc, datorită gustului dulceag, răcoritor și a aromei plăcute. În țara noastră acest sortiment de bere fiind introdus de firma Bergenbier, fiind declarată un succes.

Clasificarea berilor speciale

În funcție de materia primă utilizată, berile speciale se clasifică în:

Beri amidonoase (Berea cu porumb, Berea cu grâu, Berea cu orez, etc.)

Beri zaharoase-fructate (Berea cu cireșe, Berea cu grapefruit, Berea cu merișoare, etc.)

Beri aromatice (Berea cu soc, Berea cu ghimbir, etc.)

În funcție de concentrația alcoolică, berile speciale se clasifică în:

Beri cu concentrație alcoolică scăzută (Berea cu cireșe, Berea cu lămâie, Berea cu soc)

Beri cu concentrație alcoolică moderată (Berea cu porumb, Berea cu grâu, etc.)

Beri cu concentrație alcoolică ridicată (German-Style Weizenbock)

În funcție de gradul de amăreală, berile speciale se clasifică în:

Beri cu grad de amăreală redus (Berea cu soc, German-Style Weizenbock)

Beri cu grad de amăreală moderat (Berea cu secară)

Beri cu grad de amăreală ridicat (Berea cu ciocolată)

În funcție de densitatea spumei ( înălțimea spumei ), berile speciale se clasifică în:

Beri cu spumă slabă (Berea cu soc, Berea cu secară)

Beri cu spumă moderată (Berea cu plante aromatice)

Beri cu spumă densă (Berea cu ciocolată)

(Banu, C., 2000)

Indiferent de tipul de bere, în procesul de obținere a berii se urmărește respectarea următorilor parametrii :

Configurația și proiectarea echipamentului

Măcinarea cerealelor

Brasajul

Filtrarea primară

Fierberea cu hamei- tipul și timpul

Temperatura de fermentație

Timpul de maturare

Filtrarea finală

Configurația și proiectarea echipamentului vor influența caracteristicile de fierbere ale mustului și afectează diverse proprietăți ale berii finale cum ar fi culoarea (gradul de caramelizare), stabilitatea produsului (claritate și aromă legate de oxidare și de compuși aromatici) și gradul de amăreală. Totodată, proiectarea echipamentului influențează profilul berii finale, astfel cu cât cantitatea de fermenți este mai mare cu atât producția de compuși secundari este mai mare ceea ce va influența profilul de aromă.

Măcinarea cerealelor va influența profilul berii prin tipul și gradul de măcinare.

Tipul de brasaj (infuzie, metodele de decoct, etc.) aplicat contribuie la formarea caracterului finale al berii (cantitatea de alcool, aroma de malț, gustul cauzat de dextrinele reziduale afectează gradul de menținere a spumei) .

Filtrarea primară va influența caracterul final al berii (cantitatea de esteri), fructuozitatea acesteia. Printre factorii principali se numără, gradul de agitare, temperatura apei de clătire.

Fierberea cu hamei va influența gradul de amăreală, gustul și aroma berii. Energia de fierbere va influența inclusiv stabilitatea berii.

Temperatura de fermentație va afecta puternic comportamentul drojdiei și va influența gustul și aroma prin producerea sau pierderea diferiților compuși. Temperatura de fermentație este de obicei de 8 până la 13◦C pentru berea Lager și de 14 până la 18◦C pentru berea Ale.

Timpul de maturare va influența limpezimea și echilibrul berii.

Filtrarea finală este practicată în cadrul anumitor tipuri de bere în vederea clarificării, însă această etapă prezintă dezavantajul pierderii unor compuși de aromă și profil. (Eckhardt, F., 1989)

Exemple de beri speciale

India Pale Ale

India Pale Ale este o bere fabricată pentru prima dată în timpul perioadei de colonizare a Imperiului Britanic, în ideea obținerii unei beri rezistente pe distanțe mari pe mare, având ca destinație India. Întucât calitățile acestei beri nu s-au păstra de-a lungul călătoriei, berarii au dezvoltat o bere cu un grad ridicat de amăreală. Concentrația alcoolică mare și cantitatea de hamei au ajutat la păstrarea păstrarea berii în timpul călătoriei sale. Deoarece consumatorii au apreciat foarte mult gustul și aroma berii s-a renunțat la procesul de diluție al berii după ajungerea la destinație. Materia primă care stă la baza obținerii caracteristicilor acestei beri este drojdia ale care este utilizată la fermentație.

Fig. 1.7 American style India Pale Ale

(http://www.craftbeer.com/wp-content/uploads/_SF/thumbnails/american-india-pale-ale.jpg)

Drojdia Ale face parte din categoria drojdiilor cu fermentație superioară, parte din tulpina Saccharomyces cerevisiae. Acest tip de drojdie se ridică la suprafața berii spre sfârșitul fermentației deoarece flocoanele de drojdie înglobează CO2, făcându-le plutitoare. Astfel se poate apela la renunțarea unei cantități de bere din partea de jos a tancului de fermentare, eliminând odată cu aceasta și cultura de drojdie. Temperatura de fermentație este de obicei de 14 până la 18◦C pentru berea Ale. În timpul fermentației, berea poate fi transferată într-un alt vas, acest lucru ajutând la aerarea mustului. Temperaturile ridicate și o aerare excesivă produc reducerea timpului de fermentație la mai puțin de 3 zile. Pentru formarea unei spume dense, îndepărtarea culturilor de drojdie poate fi efectuată în etape.

Pentru acest tip de bere există mai multe varietăți dintre care cele mai cunoscute sunt American Style Indian Pale Ale și English Style Pale Ale .

American-Style India Pale Ale se caracterizează printr-un conținut ridicat de alcool (7-7,5%) și un nivel crescut de amăreală (40-65 IBU), realizat prin intermediul hameiului cultivat în zona Americii. Utilizarea apei cu un conținut ridicat de minerale are ca rezultat obținerea unei beri limpezi și seci. Intensitatea aromei este în strânsă legătură cu nuanța berii: de la auriu –cea mai slabă (12 EBC), până la arămiu închis-cea mai intensă (28 EBC). Conținutul în esterii din fructe, care dau aromă berii poate fi de la moderat până la puternic. Diacetilul poate fi absent sau poate fi perceput la niveluri foarte scăzute. (Foster, T., 1990, 1999) (Stewart, G.G., et al., 1975)

English Imperial Stout

English Imperial Stout este o bere de culoare închisă (40 EBC) ale cărei origini se trage din berea britanică Porter, probabil primul stil ,,național” de bere din Marea Britanie.

Fig. 1.8 English Imperial Stout

(https://en.wikipedia.org/wiki/Stout#/media/File:Samuelsmithstout.JPG)

Această bere se caracterizează printr-o culoare care variază de la arămiu închis până la negru (datorată utilizării în procesul de fabricație a orzului prăjit nemalțificat) și un conținut ridicat de alcool (8-12%).

Gustul și aroma de malț extrem de intense sunt echilibrate cu amăreala și esterii din fructe caracteristici. Amăreala poate fi moderată și echilibrată cu caracterul malțului (50 IBU) sau poate fi foarte intensă (80 IBU) în cazul berilor închise la culoare. Astringența malțului prăjit și amăreala pot fi percepute moderat dar nu ar trebui să distrugă caracterul general al berii. Aroma de hamei poate fi substituită cu cea de hamei floral, citric sau pe bază de plante. Nivelul de diacetil trebuie sa fie foarte scăzut. (Fergus, G.P., Graham, G.S., 2006) (Lewis, M.J., 1995)

Berea cu ierburi și plante aromatice

Berea cu ierburi și plante aromatice este o bere lager sau ale care conține arome derivate din flori, rădăcini, semințe, sau anumite fructe sau legume. Ierburile și plantele aromatice au fost utilizate în industria berii încă din cele mai vechi timpuri cu scopul aromatizării berii și reducerii gustului de dulce datorat malțului. Adăugarea acestor ingrediente se realizează de obicei spre sfârșitul operației de plămădire-zaharificare.

Fig. 1.9 Herbs and spice beer

(http://www.craftbeer.com/ herb-and-spice-beer.jpg)

Datorită caracterului redus al hameiului, berea prezintă un gust și o aromă specifică ingredientului folosit, de la slab până la foarte intens acești parametrii organoleptici fiind influențați de plantele sau condimentele folosite. Amăreala și concentrația alcoolică sunt cuprinsă în limite foarte vaste de valori, de la 5 la 70 IBU, respective de la 2,5 la 12% în cazul concentrației alcoolice. Culoarea berii este specifică ingredientului folosit, de la foarte deschisă (10 EBC) până la foarte închisă (100 EBC). În cazul acestui tip de bere este acceptată atât starea limpede a acesteia cât și cea tulbure. În cazul berilor închise la culoare este de preferat aroma de malț. Aroma de hamei poate fi absentă sau echilibrată în funcție de tipul de bere.

Berea cu ciocolată

Berea cu ciocolată este o bere lager sau ale care prezintă aromă amăruie și culoare închisă (30-99 EBC) datorită folosirii în procesul de obținere, a ciocolatei/pudrei de cacao sau a malțului prăjit. Adăugarea ciocolatei/pudrei de cacao poate fi efectuată în timpul operației de plămădire-zaharificare, în timpul fermentației secundare sau în timpul fierberii cu hamei (cea mai utilizată metodă).

Fig. 1.10 Berea cu ciocolată

(http://www.craftbeer.com/chocolate-beer.jpg)

În cadrul acestui stil de bere este acceptat un nivel de amăreală mediu (15-40 IBU), iar aroma de ciocolată nu trebuie să fie foarte intensă. Densitatea spumei este ridicată, profilul aromei și concentrația alcoolică a acestei beri poate varia foarte mult în funcție de fabrica de bere producătoare (2,5-12%).

Berea cu secară

Berea din secară se caracterizează printr-o culoare mai închisă (30-70 EBC), aromă scăzută de malț prăjit și/sau aromă caramel și o concentrație alcoolică medie spre ridicată (4,5-9%). Aroma de hamei este de la un nivel scăzut până la mediu-mare, iar amăreala este scăzută spre medie (15-40 IBU). Adaosul de secară în bere în timpul plămădirii-zaharificării îi poate adăuga acesteia (în funcție de cantitatea utilizată) un gust picant și o culoare roșiatică. Această bere poate fi fabricată utilizând fie drojdie ale, fie drojdie lager.

Fig. 1.11 Berea cu secară

(http://www.craftbeer.com/ /rye-beer.jpg)

Folosirea secarei în tehnologia de obținere a berii a intrat în vogă în ultimii ani, de la berile stout la berile lager, fiind deosebit de populară în cadrul berăriilor artizanale precum India pale ale.

Berea cu adaos de fructe

Berea cu adaos de fructe este realizată prin adaosul în procesul de fabricație fie a fructelor, fie a extractelor din acestea. Acest tip de bere a fost produs încă din cele mai vechi timpuri de belgieni în cadrul berilor de tip lambic.

Fig. 1.12 Berea cu adaos de fructe

(http://www.crabbiesgingerbeer.co.uk/ /Crabbies-Fruit.jpg)

Fructele adăugate pot fi fructe proaspete, fructe congelate, fructe uscate, pireuri de fructe sau sucuri din acestea, cea din urmă formă fiind cea mai utilizată în cadrul marilor firme producătoare de bere.

Berea cu adaos de fructe se caracterizează printr-un conținut de alcool scăzut (2,5-5%), spumă moderată, gradul de amăreală este cuprins între scăzut și mediu (5-45 IBU), iar esterii pot fi prezenți. Culoarea este specifică tipului de fruct utilizat fiind cuprinsă între 10-100 EBC.

Gradul de intensitate al aromei este direct proporțional cu tratamentul termic sau mecanic al fructului înainte de introducerea în procesul de obținere al berii. Astfel, berea obținută cu adaos de suc prezintă o aromă mai puțin evidențiată decât în cazul folosirii ca adaos a pireului de fructe sau a fructului întreg tratat termic, datorită gradului scăzut de compuși aromatici și fenolici. (Goldammer, T., 2008)

În viitor, datorită cererii foarte mari pe piață se estimează că acest sector va fi foarte important în cadrul fabricilor de bere din întreaga lume.

Berea fără gluten

Berea fără gluten este berea fabricată din materii prime care conțin o cantitate foarte scăzută de gluten sau în care acesta este absent, destinată populației cu intoleranță la gluten. Materiile prime utilizate în scopul fabricării acestui tip de bere sunt cereale precum sorg, orez, hrișcă, mei, etc. Acestea sunt introduse în procesul de fabricație în timpul operației de plămădire-zaharificare, conferind berii o culoare specifică materiei prime utilizate cu o valoarea exprimată în EBC între 10 și 80 EBC. Concentrația alcoolică este medie (aproximativ 5%), iar gradul de amăreală variază. Acest tip de bere cunoaște o creștere a cererii pe plan mondial, odată cu creșterea numărului de persoane ce prezintă această afecțiune.

Fig. 1.13 Berea fără gluten

(http://www.craftbeer.com/ gluten-free.jpg)

Berea cu dovleac

Berea cu dovleac este una dintre cele mai cunoscute beri de sezon, care utilizează în procesul de fabricație fie dovleacul proaspăt, prelucrat sau sucul din această materie primă. Întrucât dovleacul nu conferă berii o aromă foarte pronunțată, profilul acesteia este completat prin adăugarea unor condimente folosite în mod normal la plăcinta de dovleac (scorțișoară, cuișoare).

Fig. 1.14 Berea cu dovleac

(http://www.craftbeer.com/styles/pumpkin-beer )

Adăugarea dovleacului se poate efectua în mai multe etape ale procesului tehnologic (plămădire, fierbere, fermentație), rezultând o bere cu o concentrație alcoolică variabilă (2,5-12%), culoare ce poate varia în funcție de tipul de dovleac folosit între 10 și 100 EBC, iar gradul de amăreală este cuprins între 5 și 70 IBU.

Aroma de malț este curpinsă între scăzută și medie, iar cea de hamei poate este foarte scăzută sau lipsește. Astfel, berea cu dovleac este indicate a se servi rece, fiind o excelentă sursă de răcorire.

Capitolul 2

Clase alternative de coloranți alimentari naturali în băuturi fermentate

Compuși naturali din bere și vin

Pigmenții existenți în bere

Culoarea berii reprezintă pentru majoritatea consumatorilor un parametru esențial în aprecierea calității acesteia. Acest parametru diferă în funcție de tipul de malț precum și restul materiilor prime folosite în procesul de obținere a berii, astfel obținându-se beri blonde, brune și negre. Compușii care stau la baza obținerii acestora fac parte din clasa melanoidinelor, polifenolilor și a metalelor.

Melanoidinele sunt polimeri heterogeni cu masă moleculară mare, formați în timpul reacțiilor Maillard, ca urmare a proceselor de combinare dintre zaharuri și aminoacizi în condiții de temperatură ridicată și activitate scăzută a apei, de-a lungul operației de plămădire zaharificare a procesului tehnologic de obținere a berii. Acești compuși reprezintă clasa majoritară de pigmenți, cu influență directă asupra formării culorii berii. Cantitatea și profilul melanoidinelor formate vor fi influențate de conținutul în proteine al malțului și regimul de plămădire adoptat. Acești compuși conferă berii o culoare ce poate varia de la amber până la maro. (He-Ya Wang et al., 2011)

Tabelul 2.1

Principalii factori care contribuie la formarea culorii berii

Polifenolii oxidați reprezintă a doua sursă de coloranți existenți în bere. Operații precum măcinare malțului pot influența randamentul în polifenoli. În cadrul acestor compuși oxigenul are rolul esențial de îmbunătățire a culorii în urma procesului de oxidare după operația de pasteurizare. Polifenolii sunt utilizați în cadrul berilor ale și stout, oferindu-le acestora o culoare intensă de la roșu până la maro.

Alți compuși care conferă berii culoare sunt urmele de metale și riboflavina.

Urmele de metale pot influența culoarea berii prin reacțiile de oxidare, în urma contactului dintre acestea și berea, rezultatul acestei reacții fiind închiderea la culoare a acesteia.

Riboflavina (Vitamina B2) este singura vitamină prezentă în cantități semnificative în bere. Aceasta poate contribui la formarea culorii în cazul berilor deschise la culoare, proporția acesteia în bere fiind de aproximativ 1,5 ppm. (Charles, W.B., 2009)

Pigmenții existenți în strugurii roșii

Strugurii roșii au reprezentat, încă din cele mai vechi timpuri, un element foarte important în alimentația omului, principala utilizare a acestora fiind obținerea vinurilor de calitate . Culoarea dată acestor vinuri se datorează pigmenților din coaja bobului de strugure, numiți antociani. (Lila, MA., 2004)

Antocianii sunt o grupă de coloranți naturali existenți în fructe, legume sau diverse plante, culoarea acestora variind de la roșu și albastru până la mov. Astfel, în struguri se cunosc 5 tipuri de antociani: malvidina, peonidina, cianidina, delfinidina și petunidina. Antocianii extrași din fructe pot fi folosiți ca și subtituenți ai coloranțiilor sintetici deoarece se găsesc într-o gamă vastă de culori și nu sunt toxici. Până în present, au fost izolați un număr de 539 de tipuri de antociani. Datorită stabilității slabe în condiții de temperatură, pH, lumină,etc. , utilizarea acestora în cadrul alimentelor este îngreunată. vinul fiind singurul produs în care aceștia sunt stabili.

Studiile efectuate pe antociani în ultima perioadă au devenit din ce în ce mai avansate, deoarece s-a dovedit că ei ar avea efecte benefice asupra sănătății omului, precum efectul antimutagenic, antioxidant, anticancerigen, antiinflamator, contribuind astfel la reducerea apariției bolilor cronice. Totodată, s-a dovedit că ar preveni obezitatea si diabetul zaharat.(

Plantele produc antociani pentru că animalele sunt atrase de culorile roșu și mov al fructelor, iar insectele produc polenizarea datorită culorilor strălucitoare ale florilor. (Mazza, G., Miniati, E., 1993) (Bagchi, D. et al., 2004)

Pigmenții existenți în strugurii albi

Strugurii albi ocupă un loc important în industria vinului, aceștia fiind cunoscuți și apreciați pentru vinurile albe seci și demiseci obținute din aceștia. Pe lângă glucide, proteine, vitamine și compuși de aromă, strugurii albi conțin o sursă importantă de flavonoide.

Flavonoidele fac parte dintr-o clasă largă de compuși polifenolici hidroxilați, având funcții importante în plante, precum inițierea procesului de polenizare a insectelor, combaterea stresului ambiental, reglarea creșterii celulare. Ele se găsesc în fructe, legume, ciocolată și băuturi precum vinul și ceaiul. Flavonoidele se impart în 12 mari clase, diferențiate pe baza structurii chimice, 6 dintre acestea având o importanță semnificativă: antocianidine, flavan-3-ole, flavonoli, flavone, flavonoli și izoflavone.

Acești compuși au o multitudine de beneficii asupra sănătății prevenind o serie de afecțiuni ca : alergiile, cancerul, inflamațiile, stresul oxidativ, boala Parkinson, boala Alzheimer, precum și alte boli cerebrovasculare și cognitive. Majoritatea flavonoidelor sunt prezente în natura sub formă glicozodică, cu excepția flavonelor, acest lucru contribuind la complexitatea lor și numărul mare de molecule individuale identificate. (Beecher, GR., 2003) (Kumar, S., Pandey, AK., 2013) (Hou Z, et al., 2004)

Coloranți naturali utilizați în băuturi

Generalități

Culoarea reprezintă prima caracteristică a alimentelor perceptibilă de om, oferindu-i acestuia certitudinea asupra prospețimii și totodată siguranței în ceea ce privește consumul unui produs alimentar. Culoarea unui produs este oferită de existența în cadrul acelui produs a coloranțiilor, care pot fi clasificați în: coloranți alimentari naturali și coloranți alimentari artificiali.

Coloranții alimentari naturali sunt substanțe complexe obținute prin extracție din țesuturile vegetale ale plantelor, fructelor, fiind supuși ulterior operației de concentrare prin metode speciale. Cei mai importanți coloranți naturali extrași aparțin următoarelor clase de compuși: clorofile, antociani, carotenoide, flavone, chalcone.

Ca urmare a reglementărilor din ultimii ani și a conștientizării populației asupra sănătății, aceștia au cunoscut o dezvoltare în ceea ce privește utilizarea în produsele alimentare, în special în băuturi, înlocuind astfel o serie de coloranți artificiali. Totuși, utilizarea acestora este deocamdată destul de scăzută datorită instabilității la temperaturi ridicate, pH și lumină, precum și interacționarea cu alte ingrediente. Un alt inconvenient este reprezentat de costurile extrem de ridicate în ceea ce privește extracția acestora din materiile prime vegetale. (Holst, S., 2000)

Clasificarea coloranților alimentari naturali

Clasificarea coloranților alimentari naturali poate fi realizată în funcție de anumite criterii și anume:

În funcție de structura chimică, coloranții alimentari naturali fac parte din șase clase:

derivați tetrapirolici – conțin inelul pirolic în structuri ciclice sau lineare. Cuprind pigmenții porfirinici, cel mai important reprezentant fiind clorofila și derivații acesteia din plante dar și mioglobina și hemoglobina cu origine animală;

derivați isoprenoidici – răspândiți atât în regnul vegetal cât și în cel animal (carotenoizii fiind cei mai importanți din punct de vedere al utilizării în industria alimentară);

compuși N-heterociclici – diferiți foarte puțin de cei tetrapirolici, cuprind șase grupuri distincte de pigmenți (purine, pterine, flavine, fenazine, fenoxazine și betalaine). Cei mai importanți sunt betalainele;

derivați de benzopiran –compuși heterociclici oxigenați, cei mai importanți fiind antocianinele și pigmenții flavonoizi;

quinone – cei mai importanți fiind naftoquinonele, benzoquinonele și antraquinonele;

melanine.

După originea lor coloranții alimentari naturali pot fi:

de origine vegetală – antocianii, carotenoizii, betalainele, clorofila etc;

de origine animală – hemoglobina, mioglobina, carminul

Chimia și stabilitatea coloranților naturali utilizați în băuturi

Antocianii

Antocianii sunt pigmenți ai plantelor solubili în apă, responsabili pentru culoarea roșie, violet și albastră a multor fructe, flori, legume și cereale. Se folosesc la colorarea băuturilor alcoolice și nealcoolice, a sucurilor de fructe și a înghețatei Antocianii aparțin clasei flavonoidelor, conținând în structură scheletele de carbon C6-C3-C6 ai derivaților polihidroxi și polimetoxi a 2-fenilbenzopirilium sau a sărurilor de flaviliu. Pigmenții antocianici sunt compuși din 2 sau 3 părți și anume : o bază anglicon (antocianidine), zaharuri și posibil grupări de acilare.

Fig. 2.1 Structura chimică generală a antocianilor

(http://www.intechopen.com/source/html/41633/media/image3.jpeg)

Antocianii sunt răspândiți în natură într-un număr foarte mare, aceștia diferențiindu-se între ei prin numărul de grupări hidroxilate, natura și numărul zaharurilor legate de structura lor, carboxilații alifatici sau aromatici legați la zahărul din moleculă și poziția acestor legături. Se cunosc mai mult de 500 de antociani și 23 de antocianidine, din care 6 sunt mai frecvent întâlnite și anume : malvidina (Mv), peonidina (Pn), cianidina (Cy), delfinidina (Dp), petunidina (Pt) și pelargonidina (Pg).

Distribuția acestora în fructe și legume este: 50% cianidina, 12% delfinidina, 12% peonidina, 12% pelargonidina, 7% petunidina și 7% malvidina. Derivații glicozidici ai delfinidinei, cianidinei și pelargonidinei sunt cel mai frecvent întâlniți în natură, proporția lor fiind de aproximativ 80% în pigmenții frunzelor, 69% în fructe și 50 % în flori.

Fig. 2.2 Structura chimică a antocianilor

(http://www.intechopen.com/source/html/38237/media/image2.jpeg)

Extracția antocianilor este primul pas efectuat în vederea determinării antocianilor individuali și totali în orice tip al țesutului plantei. Alegerea metodei de extracție depinde de o serie de factori precum: scopul acestei operații, natura antocianilor și sursa. Cunoașterea factorilor care influențează structura și stabilitatea antocianilor este vitală, extracția antocianilor depinzând de matricea probei în care aceștia sunt prezenți și cum interacționează cu matricea.

Extracția este mai ușoară în cazul probelor lichide decât pentru probele semi-solide sau solide. Metodele tradiționale de extracție a antocianilor presupun utilizarea ca solvenți a metanolului, etanolului, acetonei și a apei. De asemenea, în scopul micșorării degradării în timpul extracției și recuperării mai rapide a antocianilor, se folosește pudra de azot lichid.

Astăzi, tehnicile moderne introduse în vederea extracției pigmenților antocianici sunt cel mai des folosite datorită avantajelor pe care le oferă acestea, printre cele mai importante numărându-se gradul de automatizare ridicat, absența toxicității, rapiditatea și costul redus al metodei de extracție. Cele mai folosite metode moderne de extracție sunt ASE (extracția accelerată a solventului) și PLE (extracția lichidului sub presiune) .

Metodele de identificare a antocianilor au un rol esențial în studiile privind toxicitatea și falsificarea produselor alimentare. Cele mai utilizate metode de identificare sunt rezonanța magnetică nucleară (RMN) și spectrometria de masă (SM). (Jackman, R.L. et al., 1987) (Turner, C., 2006)

Antocianii sunt foarte instabili și predispuși procesului de degradare. Stabilitatea acestora este influențată de o serie de factori precum concentrația solventului, pH, temperatură, lumină, oxigen, prezența anumitor enzime, flavonoide, proteine și ioni metalici.

În urma cercetărilor efectuate asupra sărurilor de flaviliu în soluții de natură diferită, s-a demonstrat că antocianii își schimbă culoarea în funcție de solvent și de concentrația acestuia. Astfel, în solvenți care conțin protoni disociabili sărurile de flaviliu formează culoarea roșie, în timp ce în solvenți lipsiți de protono disociabili, soluțiile rămân galbene. De asemenea s-a constatat că odată cu creșterea conținutului de apă în amestecul acetonitril:apă, monomerul se transformă într-un dimer colorat în verde. (Ito, F. et al., 2002)

Culoarea antocianilor se modifică în funcție de valoarea pH-ului astfel: la pH=1 este predominant culoarea roșie (cationul flaviliu), la pH cuprins între 2 și 4 culoarea albastră (speciile albastre chinoidale), iar la pH cuprins între 5 și 6 predomină două specii incolore (pseudobaza carbonilică și chalcona). La valori ale pH-ului peste 7, degradarea antocianilor este dependentă de grupările substituente ale acestora.

Fig. 2.3 Structura antocianilor în funcție de pH

(http://pubs.rsc.org/services/images/RSCpubs.ePlatform.Service.FreeContent.ImageService.svc/ImageService/Articleimage/2000/AN/b000080i/b000080i-f2.gif)

Odată cu creșterea pH-ului are loc de asemenea creșterea numărului de baze anhidrice și în condiții mai acide este predominant ionul roșu flaviliu. Tototodată stabilitatea antocianilor este influențată de inelul substituenților B și de prezența adițională a grupărilor hidroxil și metoxil, care reduc stabilitatea angliconului în mediu neutru. Astfel, monoglucozidele și în special diglucozidele sunt cele mai stabile în condiții de pH neutru, deoarece molecula de zahăr evită degradarea intermediarilor instabili în acizi fenolici și aldehide.

De asemenea, antocianii prezintă o stabilitate foarte scăzută sub acțiunea temperaturii, acesta fiind principalul factor de degradare a acestor pigmenți. Stabilitatea tuturor antocianilor existenți în alimente scade odată cu creșterea temperaturii. Astfel, cianidina 3-glucozid și cianidina 3-rutinozid sunt degradați la o temperatură de 100˚C în soluții slab acide la valoare a pH-ului cuprinsă între 1 și 4 în condiții aerobe și anaerobe. În cazul pulpei de zmeură naturale și pasteurizate s-a constatat pierderea culorii după aproximativ 50 de zile la o temperatură de 37˚C.

În schimb, în cazul depozitării sucului concentrate de zmeură pe o perioadă de aproximativ 3 luni la o temperature de -20˚C nu s-au constatat modificări majore. (Adams, J. B., 1973) (Withy, 1.M. et a.1., 1993)

Stabilitatea antocianilor poate fi îmbunătățită semnificativ prin procesul de copigmentare. Acest proces presupune utilizarea unor compuși fără culoare, capabili să se asocieze cu ionii flaviliu, având ca rezultat formarea de asocieri moleculare și implicit creșterea în intensitate a culorii. Copigmenții pot fi flavonoizi, alcaloizi, aminoacizi, metale, polizaharide, nucleotide, acizi organici sau alți antociani.

În funcție de speciile care interacționează, interacțiunea antocian-copigment poate avea loc în 5 moduri diferite astfel:

asociere de sine/copigmentare intramoleculară (dacă copigmentul este alt antocian)

complexare (dacă interacțiunea este cu un metal)

copigmentare intermoleculară (copigmenți cu electroni liberi perechi)

tranzitorie (copigmentul este alt compus fenolic)

Efectul copigmentării este dependent de pH, fiind evident la un pH slab acid (4-6), unde antociianii se află în starea lor incoloră Procesul de copigmentare ar putea fi utilizat ăn viitor atât pentru importanța lui tehnologică cât și ceea ce privește dezvoltarea de alimente funcționale și băuturi. (Davies, A. J., & Mazza, G., 1993)

Flavonoidele

Flavonoidele sunt compuși fenolici hidroxilați, cunoscuți ca fiind sintetizați de plante ca răspuns la infecțiile microbiene. Din punct de vedere chimic, flavonoidele au în structură un schelet compus din cincisprezece atomi de carbon constând din două inele de benzene (A și B) legate între ele printr-un inel piran heterociclic.

Flavonoidele fac parte din alimentația zilnică a oamenilor, aceștia găsindu-se în majoritatea alimentelor sub forma diferitelor clase de compuși: flavone (vinul alb) , flavonoli (uleiul de măsline), flavanone (suc de citrice), izoflavone (bobul de soia), flavan-3-oli și antocianidine (sucul de cireșe, căpșuni).

Fig. 2.4 Structura generală a flavonoidelor

(http://www.hindawi.com/journals/tswj/2013/162750.fig.001.jpg)

Diferența dintre aceste clase constă în nivelul de oxidare și modul de substituție a inelului C, în timp ce diferența dintre doi compuși ai aceleiași clase este reprezentată de modul de substituție a inelelor A și B. (Middleton, E. J., 1998)

Fig. 2.5 Clasificarea flavonoidelor

(http://www.mdpi.com/molecules/molecules-19-03570/article_deploy/html/images/molecules-19-03570-g001-1024.png)

Flavonoidele apar ca glicozide, angliconi și derivați metilați. În funcție de poziția substituentului benzenic, flavonoidele se impart în flavonoide (poziția a 2-a) și izoflavonoide (poziția a 3-a). Diferența dintre flavonoli și flavanone este evidențiată de existența în poziția a 3-a, a grupării hidroxil, precum și a legăturii duble între atomii de carbon 2 și 3.

Flavonoidele sunt des hidrolizate în pozițiile 3, 5, 7, 2, 3’, 4’ și 5’, în timpul formării glicozidelor , legătura glicozidică se află în poziția 3 și 7, iar carbohidrații pot fi L-ramnoză, D-glucoză, galactoză și arabinoză. (Narayana, K.R. et al., 2001)

Extracția flavonoidelor este realizată cu diferiți solvenți, alegerea acestora făcându-se ân funcție de polaritatea flavonoidelor luate în calcul. Flavonoidele cu polaritate scăzută pot fi extrase cu ajutorul mai multor solvenți precum cloroform, diclormetan, dietil eter sau acetatul de etil, în timp ce flavonoidele cu polaritate crescută sunt extrase fie cu alcool, fie cu un amestec între apă și alcool.

Metodele extractive tradiționale presupun operații precum agitarea magnetică sau scuturarea, metode care prezintă dezavantaje precum eficiența scăzută sau timpul îndelungat necesar operației. Aceste dezavantaje au fost eliminate odată cu apariția metodelor moderne de extracție, precum: extracția cu ajutorul lichidului sub presiune (PLE) care utilizează temperatura și presiunea ridicată, extracția fluidului supercritic (SFE), extracția cu ajutorul microundelor (MAE), cea din urmă metodă fiind cea mai simplă și rapidă. (Benthin, B. et al., 1999) (Jarvis, A.P. and Morgan, E.D., 1997) (Ganzler, K., et al., 1990)

Sensibilitatea flavonoidelor sub acțiunea temperaturii este destul de ridicată, acestea putând fi degradate atât sub în timpul procesului tehnologic, cât și pe parcursul depozitării.

În urma cercetărilor efectuate s-a constatat că gradul de degradare a flavonoidelor este direct proporțional cu temperatura: cu cât temperatura este mai ridicată cu atât gradul de degradare a flavonoidelor este mai ridicat. Astfel, după o perioadă de depozitare de 45 zile la o temperatură de 4˚C gradul de păstrare a flavonoidelor este de 90%, iar în cazul depozitării la temperatura camerei, gradul de păstrare este de 72%. . Gradul de degradare a acestor pigmenți în primele 20-25 de minute depinde de temperatura aplicată, crescând de la 13% la 95˚C la 44% la 125˚C.

Rezultatele obținute în urma cercetărilor relevă faptul că degradarea catechinelor și a procianidinelor este mai accentuată sub acțiunea temperaturii din timpul tratamentului termic, decât din timpul depozitării, aceste rezultate fiind constatate și în cazul antocianilor. Pe lângă temperatură, un alt factor important este durata tratamentului termic, ceea ce influențează în mod decisiv efectul asupra acestor compuși. (Jelena M. M et al., 2015)

Carotenoide

Carotenoidele sunt pigmenți naturali, solubili în lichide, responsabili pentru culoarea roșie, portocalie și galbenă a fructelor comestibile (lămâi, portocale, piersici, cireșe, etc.), precum, legumelor (morcovi, tomate), precum și a unor flori, păsări, insecte și crustacee. Acești pigmenți naturali sunt folosiți ca și coloranți în industria alimentelor și a băuturilor, fiind totodată esențiali în hrana omului, datorită vitaminei A și a beta-carotenului.

Astăzi, se cunosc aproximativ 650 de carotenoide, din care aproximativ 100 au fost izolate din fructe și legume. Cei mai importante carotenoide provenite din fructe și legume sunt reprezentate de licopen, alfa, beta și gama caroten, luteina și beta crypto-xantina, iar din animale cea mai importantă este astaxantina. Structura principalelor carotenoide existente în regnul vegetal și animal sunt prezentate în Fig. 2.6. (Gordon, H.T. and Bauernfeind, J.C., 1982)

Toate carotenoidele conțin în structură un număr de 40 atomi de carbon, împărțiți în opt unități izoprenoide fiecare a câte 5 atomi de carbon, a căror ordine este inversată în centrul moleculei, fiind așezați dinspre cap spre coadă, cu excepția cazului din centru, unde o legătură coadă la coadă inversează ordinea, rezultând astfel o moleculă simetrică. De la acest schelet derivă toate celelalte structuri existente. (Goodwin, T.W., 1980)

Clasa carotenoidelor poate fi împărțită în două categorii astfel: xantofile care conțin în moleculă unul sau mai mulți atomi de oxigen și caroteni care conțin în moleculă hidrocarburi. Ambele tipuri de carotenoide pot fi aciclice (fără inel,licopen), monociclice (un inel, γ-caroten) sau diciclice (două inele, α și β caroten). Cea mai importantă caracteristică a structurii carotenoidelor este sistemul lung compus din legături duble și simple alternative care formează partea centrală a moleculei, această porțiune fiind principalul responsabil pentru forma moleculei, reactivitatea chimică și culoarea carotenoidelor. (Rodriguez-Amaya, D.B. and Kimura, M., 2004)

Intensitatea culorii alimentelor depinde de tipul de carotenoide prezente, concentrația și starea fizică a acestora și de prezența sau absența a altor pigmenți ai plantelor precum clorofila.

Datorită structurii lipofilice, carotenoidele sunt solubile în solvenți organici și slab solubile sau insolubile în apă. De asemenea, datorită gradului ridicat de nesaturare, carotenoidele sunt susceptibile proceselor de izomerizare și oxidare.

Fig. 2.6 Structura principalelor carotenoide

(http://www.mdpi.com/nutrients/nutrients-0401622/article_deploy/html/images/nutrients-04-01622-g005-1024.png)

Extracția pigmenților carotenoidici depinde de structura acestora și de efecte legării matricei. Astfel, acest proces poate fi efectuat utilizând sticla brună în atmosferă de azot, folosind diferite proporții de metanol și hexan. Alți solvenți folosiți în cadrul extracției sunt: cloroform, diclometan sau dietil eter. Analizele carotenoidelor pot fi efectuate fie cu ajutorul spectrofotometriei (identificarea β carotenului), fie cu ajutorul tehnologiei HPLC (High performance liquid chromatography).

Stabilitatea carotenoidelor este influențată de o serie de factori precum: căldură, lumină și oxigen. Fenomenele de izomerizare și oxidare întâlnite atât pe parcursul procesului tehnologic, cât și în timpul depozitării au ca rezultat nu doar pierderea culorii, ci și formarea unor compuși volatili care conferă produsului finit unele arome mai mult sau mai puțin plăcute. Procesul de oxidare poate fi influențat de prezența oxigenului, metalelor, enzimelor, grăsimilor nesaturate sau antioxidanților, precum și de expunerea la lumină, tipul carotenoidului prezent în produs și condițiile de depozitare (temperatură și umiditate).

Temperatura de depozitare influențează conținutul fitochimic în fructe și legume. Astfel, gradul de degradare a carotenoidelor este direct proporțional cu temperatura menținută în timpul depozitării (odată cu creșterea temperaturii, scade conținutul de pigmenți carotenoidici și are loc formarea de izomeri cis). De asemenea, izomerii cis formați ai beta carotenului, luteinei, zeaxantinei și ai beta criptoxantinei au format în fructele și legumele de culoare roșie, galbenă și portocalie, forma 13 cis, urmată de cantități mici ai izomerilor 9 și 15. În vederea limitării acestor pierderi, metodele moderne presupun utilizarea în spațiile de depozitare a instalațiilor pentru reducerea nivelului de oxigen, precum și aplicarea tratamentului de congelare umedă și uscată. O altă alternativă în vederea menținerii stabilității în timpul depozitării s-a dovedit a fi utilizarea în concentrații ridicate a dioxidului de carbon.

Un alt factor important responsabil de stabilitatea carotenoidelor este lumina. În urma unui studiu efectuat de-a lungul a 12 săptămâni într-un depozit cu temperatura de 25˚C și intensitatea luminii de 1500 lux (având ca material de studiu sucul de morcovi), pierderile în β caroten, α caroten și luteină au fost cuprinse între 21 și 23%.

Spre deosebire de celelalte clase de pigmenți naturali, carotenoidele prezintă o stabilitate mai ridicată datorită existenței moleculelor mari în cadrul structurii chimice. (Updike, A.A. and Schwartz, S.J., 2003) (Chen, B.H. et al., 1996)

Betalaine

Betalainele sunt pigmenți naturali solubili în apă, de culoare violet, roșie, roz, portocalie sau galbenă, existenți în diferite organe ale plantelor superioare (rădăcini, frunze, flori, fructe, etc) și fungi, astăzi fiind cunoscuți aproximativ 50 de pigmenți naturali betalainici. Acești pigmenți sunt utilizați în industria alimentară fie în alimente, fie în cadrul unor băuturi alcoolice și non-alcoolice, fiind extrași din materii prime precum sfecla roșie , frunzele de amarant și perele de cactus.

Fig. 2.7 Structura chimică a betacianinelor Fig. 2.8 Structura chimică a betaxantinelor

(http://austinpublishinggroup.com/nutrition-food-sciences/fulltext/ajnfs-v2-id1010.php)

Din punct de vedere chimic, betalainele sunt derivați de amoniu ai acidului betalamic și se împart în: betacianine (responsabile de culoarea roșie-violet) și betaxantine (responsabile de culoarea galben-portocalie). Strucutura acestor pigmenți este prezentată în fig. 2.7, respectiv 2.8.

Numele betalainelor este în funcție de genul plantei din care aparțin. Astfel, betacianina obținută din Beta vulgaris se numește betanină, iar cea obținută din genul Amaranthus tricolor se numește amarantină. Toate betacianinele conțin în moleculă doi atomi de carbon chirali: C2 și C5. Betaxantinele sunt formate din acid betalamic cu aminoacizi sau amine, însumând 26 de structuri cunoscute în mod natural. În funcție de configurația atomului de carbon 15, cei doi epimeri ai betaninei și amarantinei sunt betanina și izobetanina, respectiv amarantina și izoamarantina.

Datorită existenței în structură a conjugării suplimentare cu un substituent aromatic, betacianinele absorb la o lungime de undă de 540 nm, pe când betaxantine, datorită lipsei acestei conjugări, absorb la o lungime de undă de 480nm.

Metodele de extracție a betalainelor presupun utilizarea metanolului ca solvent, într-o proporție de 60:40 sau 80:20 față de cantitatea de pigmenți. Astfel, la această proporție este eliminată activitatea enzimelor endogene , care ar îngreuna procesul de extracție. În unele cazuri se procedează la adăugarea ascorbatului de sodiu pentru a preveni oxidarea. Cele mai utilizate metode de identificare și izolare a pigmenților sunt HPLC-UV, HPLC-DAD, LC-MS, and LC-NMR. (Strack, D. et al., 2003)

Stabilitatea pigmenților betalainici este influențată de o serie de factori precum temperatură, lumină, oxigen, pH și ioni metalici. Astfel, betalainele prezintă o stabilitate ridicată la o valoare a pH-ului cuprinsă între 3 și 7. Datorită structurii chimice, betacianinele sunt stabile în condițiile unui pH acid, în timp ce betaxantinele sunt stabile la un pH neutru. De asemenea, stabilitatea este influențată de nivelul prezența ionilor de metal care au ca efect procesul de oxidare, precum și de factori precum oxigenul și lumina, astfel fiind recomandate locuri cu un nivel scăzut de lumină și oxigen, pentru a preveni procesele de degradare a pigmenților.

Cel mai important factor care influențează stabilitatea este temperatura. Totuși, tratamentul termic este necesar pentru inactivarea enzimelor și prevenirea dezvoltării microorganismelor. Întrucât, pigmenții betalainici sunt susceptibili a fi degradați la o temperatură peste 30˚C, pierderile de culoare din timpul procesului tehnologic sunt inevitabile. (Delgado-Vargas, F. et al., 2000)

Capitolul 3

Tehnologia de obținere a berii speciale cu sfeclă roșie

Schema tehnologică de obținere a berii cu sfeclă roșie

Fig. 3.1 Schema tehnologică de obținere a berii cu sfeclă roșie

Descrierea operațiilor din schema tehnologică

Cântărirea malțului

După recepția calitativă, malțul este supus operației de cântărire, în vederea stabilirii cantitățiilor necesare pentru rețeta de fabricare a berii. Această operație este realizată cu ajutorul balanței electronice.

Fig. 3.2 Balanța electronică

Măcinarea malțului

Măcinarea este una dintre cele mai importante operații din fluxul tehnologic de fabricare a berii, întrucât această operație va influența o serie de factori cum ar fi : gradul de extracție, durata de brasaj, viteza de filtrare a plămezii, claritatea mustului primitiv, precum și stabilitatea aromei berii. În urma procesului de măcinare are loc solubilizarea compușilor din bobul de malț și formarea extractului. Totodată, măcinarea trebuie să se efectueze în așa fel încât cojile să rămână cât mai intacte (conțin taninuri și substanțe amare care pot modifica caracteristicile senzoriale ale berii) , iar mărunțirea endospermului să fie cât mai intensă (determină conținutului în extract și compoziția chimică a berii).

Operația de mărunțire a fost efectuată cu ajutorul morilor de măcinare uscată cu o pereche de valțuri, obținându-se: coji 30%, grișuri 50% și făină 20 %.

Fig. 3.3 Moara cu 2 perechi de valțuri

cuva de alimentare, 2- ansamblul cu tăvălugi și ansamblul motor, 3- mecanism de reglare a distanței dintre tăvălugi, 4- racord de evacuare, 5- suportul

Plămădirea-zaharificarea

Procesul de plămădire zaharificare are ca scop solubilizarea și hidroliza enzimatică a compușilor solubili din bobul de malț pentru formarea extractului fermentescibil al mustului de bere. Această operație a fluxului tehnologic presupune amestecarea apei și a malțului măcinat într-un raport malț-apă de 1:4. În timpul acestei etape a procesului tehnologic au loc o serie de transformări biochimice cum ar fi: hidroliza amidonului, proteinelor și a β-glucanilor, precum și solubilizarea vitaminelor și a ionilor minerali.

Degradarea amidonului este cea mai importantă transformare biochimică, întrucât are ca scop obținerea de zaharuri, care în urma procesului de fermentare să conducă la obținerea de alcool și produși de metabolism care caracterizează aroma și gustul berii. Această transformare are loc în trei etape și anume: gelatinizarea, lichefierea și zaharificarea. Gelatinizarea este operația prin care are loc absorbția apei, având ca efect umflarea granulelor de amidon și spargerea lor cu formarea unei soluții vâscoase.

Procesul de lichefiere are loc sub acțiunea α amilazei, care atacă moleculele de amiloză și amilopectină și le transformă în dextrine, având ca efect reducerea vâscozității soluțiilor și creșterea activității enzimatice a celorlalte enzime amilolitice.

Zaharificarea amidonului are loc sub acțiunea enzimelor amilolitice, având ca efect degradarea completă a acestuia și transformarea lui în zaharuri fermentescibile și dextrine.

Degradarea β-glucanilor are loc sub acțiunea endo-β-1,4 glucanazei, endo-β-1,3 glucanazei și exoglucanazei, aceste enzime transformând glucanii în celobioză sau laminaribioză.

Degradarea proteinelor este realizată sub acțiunea enzimelor specifice, obținându-se compuși de degradare cu masa moleculară mare, medie și mică. Eficiența maximă a enzimelor care degradează proteinele este la o temperatură de 45-55˚C, la temperatura de 45˚C formându-se o cantitate mare de aminoacizi, iar la 55˚C o cantitate mare de compuși de degradare cu masă moleculară mare.

Procesul de plămădire-zaharificare s-a efectuat în cazanul de plămădire-zaharificare confecționat din inox alimentar din dotarea stației pilot de bere, întreaga plămadă fiind încălzită treptat, cu pauzele timp/temperatură corespunzătoare până la temperatura finală.

Fig. 3.4 Cazanul de plămădire-zaharificare

(http://www.scrigroup.com/files/geografie/193_poze/image028.png)

Cazanul de plămădire-zaharificare este compus din următoarele componente:

1 – preplămăditor; 2 – hota; 3 – vizor; 4 – serpentina de incălzire; 5 – oala de condens; 6 – ventile de abur pentru două rânduri de serpentine; 7 – ventil de golire; 8 – ventil de evacuare directă a condensului; 9 – agitator; 10 – motor.

Cazanul de plămădire este un recipient metalic cu încălzire indirectă și prevăzut cu un sistem de agitare. La instalația clasică predomină secțiunea rotundă, fundul bombat sau plan, manta de încălzire izolată, capacul cu hota pentru evacuarea vaporilor. Părțile în contact cu produsul sunt confecționate din cupru și mai rar din tablă de oțel.

Capacitatea utilă necesară este de 6÷8 hl/100 kg măciniș, ceea ce corespunde cu o cantitate de apă de 3÷4 hl apă.

Agitatorul trebuie astfel dimensionat încât să asigure o amestecare intimă, o mărire a turbulenței pentru creșterea coeficientului de transmisie a căldurii prin perete și să evite o vătămare a cojilor ce vor constitui patul filtrant în cazul utilizării de cazane de filtrare. Forma și turația agitatorului sunt astfel alese încât să realizeze o ridicare a plămezii pe marginea cazanului și căderea acesteia în partea centrală, asigurându-se obținerea unei turbulențe ridicate. Se prefera agitatorul tip elice. Acționarea agitatorului are loc de jos, realizându-se de cele mai multe ori două viteze. În momentul încărcării se lucrează cu viteză mare de 35÷40 rot. /min., iar la sfârșitul procesului, în momentul transvazării, cu 10÷12 rot. /min.

Încălzirea are loc prin manta cu abur, aplicată pe fund sau cu serpentine. Acestea din urmă se construiesc mai ușor, dar se curăța mai greu. În mod uzual, serpentinele se amplasează pe unul sau două rânduri inelare.

Etapele procesului de plămădire-zaharificare sunt următoarele:

Încălzirea apei la 40˚C și adăugarea malțului măcinat

Încălzirea amestecului la 45˚C și menținere 15 minute

Încălzirea amestecului la 55˚C și menținere 20 minute

Încălzirea amestecului la 63˚C și menținere 60 minute

Încălzirea amestecului la 72˚C și menținere 15 minute

Încălzirea amestecului la 78˚C și oprirea plămădirii

Adăugarea tăiețeilor de sfeclă roșie și menținere 15 minute

Verificarea zaharificării plămezilor se face folosind o soluție de tinctură de iod, această examinare numindu-se test de zaharificare. În cazul în care reacția este iod normală, înseamnă că plămada este zaharificată. În caz contrar, dacă există granule de amidon nezaharificate, acestea se solubilizează și dau reacție de culoare cu iodul.

Filtrarea

Filtrarea este operația efectuată cu scopul de a separa extractul mustului de dispersia solidă (borhotul), care conține coji și alte părți din malt care nu au trecut în soluție la plămădire. Operația de filtrare a plămezii are loc în două etape și anume: scurgerea liberă a primului must (must primar) și spălarea borhotului pentru recuperarea extractului rămas în acesta (mustul secundar).

Din cazanul de plămădire-zaharificare, plămada este pompată în cazanul de filtrare, încălzit în prealabil la o temperatură de 78˚C. Cazanul de filtrare este confecționat din oțel inoxidabil, de formă cilindrică și este izolat termic. În interior conține un fund fals, sub forma unei site. Sitele de filtrare conțin orificii ce pot fi rotunde sau alungite. Totodată, în componența cazanului de filtrare regăsim și un dispozitiv de afânare a borhotului și un distribuitor de apă caldă.

Fig. 3.5 Cazanul de filtrare a plămezii

http://www.creeaza.com/files/merceologie/18_poze/image015.jpg

Cazanul de filtrare a plămezii are următoarele elemente componente:

1 – dispozitiv de actionare; 2 – cazan; 3 – dispozitiv de afanare; 4 – fund perforat; 5 – scurgerea mustului; 6 – reglarea filtrarii; 7 – dispozitiv de evacuare a mustului; 8 – distribuitor de plamada; 9 – dezaerare; 10-12 – clapete de aerare; 11 – pompa; 13 – evacuare.

Filtrarea plămezilor presupune parcurgerea următoarelor etape: preîncălzirea filtrului și evacuarea aerului de sub site, pomparea plămezii în filtru, sedimentare plămezii (30 min), recircularea mustului tulbure, filtrarea primului must, spălarea borhotului și evacuarea borhotului.

Fierberea mustului de bere cu hamei

Scopul acestei operații este solubilizarea uleiurilor aromatice și a rășinilor amare din hamei prin fierberea împreună cu mustul pentru a conferi berii gustul și aroma specifică. În timpul fierberii au loc o serie de procese dintre care cele mai importante sunt sterilizarea mustului, solubilizarea și transformarea componentelor din hamei, formarea și precipitarea complexului proteino-polifenolic, denaturarea termică a enzimelor, închiderea la culoarea a mustului, scăderea pH-ului mustului, precum și evaporarea DMS-ului.

Operația de fierbere este realizată cu ajutorul cazanului de plămădire-zaharificare, utilizând în cadrul acestei etape a două tipuri de hamei Magnum și Perle sub formă de peleți, a căror proporție raportată la cantitatea de must este de 8% și respectiv 2%. Pe parcursul operației de fierbere s-a constatat degradarea treptată a pigmentului din sfecla roșie, la finalul fierberii degradarea acestuia fiind totală.

Separarea trubului la cald

Separarea trubului la cald este operația realizată cu scopul eliminării părților solide prezente în mustul fiert reprezentate de proteine, acizi grași, polifenoli, particule din coaja bobului de malț, precum și a părților insolide din hamei. Pentru separarea acestor impurități se folosește utilajul Rotapool, în care pomparea mustului se face tangențial, producând în interiorul vasului o mișcare de rotație care determină sedimentarea trubului în mijlocul rotapoolului sub forma unui con. Timpul de staționare este de aproximativ 30-40 de minute.

Fig. 3.6 Rotapool pentru separarea mustului la cald

Răcirea mustului

Mustul de bere fierbinte trebuie răcit înainte de însămânțarea cu drojdie. Această operație trebuie realizată foarte rapid pentru evitarea oxidării și infectării mustului cu microorganisme, timpul maxim de răcire a unei șarje nu trebuie să depășească 60 de minute.

Răcirea se realizează cu ajutorul schimbătoarelor de căldură cu plăci, care utilizează ca agent de răcire apa, saramura sau propilen glicolul. Utilizarea schimbătoarele de căldură prezintă avantajul recuperării energiei termice, riscului redus de infecție secundară și al gradului de automatizare ridicat.

Fig. 3.7 Instalație de răcire a mustului în două trepte

(http://www.alfalaval.com/globalassets/documents/products/process-solutions/thermal-solutions/beer-cooler.pdf)

Însămânțarea cu drojdie

După răcire și aerare mustul de bere este pompat în tancul de fermentație primară, procesul de fermentație începând odată cu adăugarea drojdiei. La fermentația primară s-a folosit drojdie provenită dintr-o fermentație anterioară de fermentație inferioară (Saccharomyces carlsbergensis), care a fost recoltată și depozitată în vase de stocare, confecționate din oțel inoxidabil. Cantitatea de drojdie necesară fermentației primare depinde de starea ei fizologică (viabilitatea și vitalitatea). Astfel, cel mai des se adaugă o cantitate de 1 l drojdie la 1 hl de must, pentru a micșora timpul de fermentație primară la aproximativ 7 zile.

Fermentația primară

Fermentația primară presupune o serie de transformări biochimice, în urma cărora are loc degradarea zaharurilor în alcool etilic și CO2.

C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O + 2 822 kJ

Acest proces biochimic este influențat de o serie de factori cum sunt :

Compoziția chimică a mustului (zaharuri, aminoacizi, vitamine, săruri, etc.)

pH-ul mustului

viabilitatea drojdiei

distribuția drojdiei în must, temperatura mustului la adăugarea drojdiei

durata și temperatura de fermentare, presiunea din tanc

dimensiunile și forma tancurilor de fermentare, agitarea

Cei mai importanți parametrii sunt temperatura de fermentare și compoziția chimică a mustului. Astfel, pentru realizarea în bune condiții a procesului de fermentare, mustul trebuie să conțină o cantitate importantă de zaharuri, aminoacizi, săruri, vitamine și oxigen pentru a asigura multiplicarea drojdiilor. Totodată temperatura de fermentare trebuie menținută constantă pe parcursul procesului de fermentare, evitând astfel fluctuațiile care ar influența negativ procesele biochimice.

Fermentarea primară a mustului s-a realizat prin procedeul de fermentație la cald, care a determinat formarea unor creste înalte datorită conținutului ridicat de CO2 degajat, principalele etape fiind: amorsarea fermentației, faza crestelor joase, faza crestelor înalte și faza finală.

Amorsarea fermentației presupune formarea la suprafața mustului după însămânțarea cu drojdie a unui strat alb (prima spumă), moment în care are loc o scădere a pH-ului (0,25-3 unități) și a temperaturii (0,5-1˚).

Faza crestelor joase durează aproximativ 2 zile, moment în care la suprafața mustului apare un strat de spumă dens, temperatura crește cu 1,5-2˚C, se degajează o cantitate importantă de CO2 antrenând astfel diverse rășini de hamei și trub, ca urmare stratul de spumă colorându-se în brun.

Faza crestelor înalte se desfășoară între zilele 3 și 6 de fermentație, fiind cea mai intensă perioadă a fermentației. Crestele ajung la o înălțime de până la 30 cm, iar scăderea în extract și temperatura ating valoare maximă (1,2-2,5/24 h). De accea este efectuată operația de răcire a mustului. În timpul acestei etape a avut loc restabilirea culorii mustului într-o culoarea roșiatică, fenomen cunoscut în literatură sub numele de regenerare.

Faza finală are loc în ultima zi de fermentație fiind caracterizată prin prăbușirea crestelor și formarea unei pelicule uniforme și dense cu grosimea de aproximativ 2 cm. Din această fază are loc o răcire intensă a berii pentru a fi supusă fermentației secundare.

Îmbutelierea

După terminarea fermentației primare, berea este îmbuteliată în vederea fermentației secundare. Îmbutelierea berii se face în sticle închise la culoare pentru a proteja berea de acțiunea luminii, care ar influența negativ stabilitatea acesteia.

Umplerea sticlelor cu bere se face cu ajutorul dozatorului sub presiune, lăsând între capac și restul sticlei un gol pentru evitarea unei presiuni prea mari în interiorul acesteia. Sticlele sunt închise cu ajutorul capacelor prin capsare, capace care trebuie să îndeplinească o serie de criterii de igienă pentru evitarea infestării berii.

Fig. 3.8 Îmbutelierea berii

Fermentația secundară

Fermentația secundară reprezintă ultima etapă a procesului tehnologic de obținere a berii, având influență directă asupra însușirilor organoleptice ale produsului final . Scopul acestei operații este formarea compușilor de aromă și gust, creșterea conținutului de CO2 și limpezirea berii.

Formarea compușilor de aromă și gust este condiționată de factori precum cantitatea de extract remanent, cantitatea și starea fiziologică a berii, precum și de temperatura berii.

Fig. 3.9 Fermentația secundară în sticle

Astfel, în cazul în care cantitatea de extract remanent este mai mică de 1,2%, fermentația secundară este îngreunată, iar dacă cantitatea de extract este prea mare fermentația pornește brusc, dar se oprește la un moment dat. De asemenea dacă berea nu conține destulă drojdie, fermentația secundară pornește greu, fiind remediată prin adăugarea unei cantități de bere cu grad ridicat de fermentare.

La sfârșitul fermentației secundare este recomandată o nouă filtrare pentru eliminarea impurităților depuse pe fundul sticlei și îmbunătățirea limpezimii berii. (Elena, M., 2013) (Banu, C., coord., 2001) (Chris Boulton and David Quainm, 2001) (Tofana, M., 2008)

Protocol experimental

Variante experimentale

În cadrul prezentei lucrări de diplomă s-au efectuat 3 variante experimentale. Berea cu sfeclă roșie a fost obținută în Stația Pilot de Bere din cadrul Universității de Științe Agricole și Medicină Veterinară.

Toate variantele experimentale au avut ca și ingrediente apa, malțul blond, tăiețeii de sfeclă roșie, peleții de hamei (Magnum și Perle) și drojdia de fermentație inferioară.

Astfel, în cadrul primei variante s-a ales procedura clasică de fabricare a berii, conform schemei tehnologice prezentată în subcapitolul anterior. Sfecla roșie a fost adăugată la sfârșitul operației de plămădire-zaharificare, cu menținerea acesteia timp de 15 minute, după care s-a efectuat operația de filtrare a plămezii.

Deoarece în timpul fierberii s-a constatat pierderea treaptată a culorii roșiatice, s-a procedat la realizarea variantei a doua, în cadrul căreia pe parcursul operației de plămădire-zaharificare a avut loc reglarea pH-ului cu o soluție de acid fosforic 0,1 N, până la o valoarea a acestuia cuprinsă între 3,5 și 4 (știindu-se stabilitatea pigmentului betanina în domeniul de pH 3,5-5). Întrucât în timpul operației de fierbere pigmentul din sfeclă roșie (betanina) s-a pierdut din nou, s-a ajuns la concluzia că factorul principal responsabil de acest fenomen este temperatura, betanina fiind stabilă aproximativ 15 minute la 90-100˚C.

În final s-a realizat varianta a treia , aceasta fiind o combinație a celor două variante precedente.

Deși pe parcursul procesului de fierbere a avut loc degradarea treptată a culorii, în timpul procesului de fermentație primară, după aproximativ 3-4 zile, culoarea a reapărut fenomen cunoscut sub numele de regenerare.

Rețeta de fabricație a fost aceeași pentru toate variantele experimentale astfel:

Raportul apă-malț 1:4

Tăieței de sfeclă roșie : 2% din cantitatea de must

Hamei Magnum (adăugat în primele 5 minute ale fierberii): 8% din cantitatea de must

Hamei Perle (adăugat în ultimele 5 minute ale fierberii): 2% din cantitatea de must

Drojdia: cantitatea de must/100

Pentru calculul necesarului de hamei, s-a utilizat în formula de calcul concentrația medie de α acizi a acestuia.

Materiale și metode. Rezultate și discuții

În cadrul variantelor experimentale s-au efectuat o serie de analize, realizate în Laboratoarele de Tehnologii Fermentative din cadrul USAMV Cluj-Napoca.

Dintre analizele efectuate asupra berii finale se pot enumera: concentrația alcoolică, pH-ul, aciditatea totală. De asemenea s-au efectuat și analize atât pentru bere cât și pentru sfecla roșie, dintre care amintim: conținutul de betacyanidine, acizi organici.

1. Concentrația alcoolică a berii a fost determinată cu ajutorul aparatului Funke Gerber FermentoStar. Acest aparat este folosit pentru a monitoriza fermentația berii, fiind capabil s-a prezinte informații privind conținutul de alcool, extractul real, extractul aparent și densitatea relativă, având ca principiu de funcționare măsurarea termo-analitică combinată cu algoritmi matematici.

Fig. 3.10 Determinarea concentrației alcoolice

Modul de lucru constă în pregătirea probei de analizat realizând o filtrare a acesteia înainte de măsurare. După filtrare, se pornește aparatul și se spală sonda ce va intra în lichid cu apă distilată, după care sonda se introduce în proba de analizat (minim 20 ml), iar aparatul va afișa automat rezultatele măsurătorilor. Astfel s-au obținut următoarele rezultate:

Fig. 3.11 Concentrația alcoolică (%)

2. Determinarea pH-ului a fost realizată cu ajutorul pH metrului marca WTW tip 315 i. Înainte de măsurarea pH-ului probei de analizat, are loc calibrarea aparatului folosind în acest scop soluțiile de calibrare. De asemenea este indicată răcirea probei de analizat înainte de introducerea pH-metrului în aceasta.

Fig. 3.12 Măsurarea pH-ului

Modul de lucru constă în pornirea aparatului, calibrarea acestuia cu soluțiile de calibrare și introducerea pH-metrului în proba de analizat răcită în prealabil, concomitent cu apariția pe displayul aparatului valoarea pH-ului probei. Astfel s-au obținut următoarele analize:

Fig. 3.13 Rezultate Ph

3. Determinarea acidității totale prin metoda titrării cu ajutorul unei biurete în prezența fenolftaleinei ca indicator constă în titrarea probei de analizat cu o soluție de hidroxid de sodiu 0,1 N, în prezența fenolftaleinei ca indicator.

Aciditatea totală se calculează cu relația:

AT= , unde:

AT= aciditatea totală

V1= volumul soluției de hidroxid de sodiu 0,1 N folosit la titrare, în ml

0,1= factor pentru transformarea volumului de hidroxid de sodiu, soluție

0,1N, în volum de hidroxid de sodiu, soluție 1N

V2= volumul de bere de analizat luat în lucru, în ml

f= factorul soluției 0,1N de hidroxid de sodiu.

Rezultatul se exprimă cu o zecimală.

În cazul în care diferența dintre două determinări este mai mare de 0,1 ml hidroxid de sodiu, se face o a treia determinare a acidității. Astfel s-au obținut următoarele rezultate:

Fig. 3.14 Rezultate aciditate totală

(Elena, M., 2012)

4. Determinarea Spectrofotometrică

S-a inregistrat spectrul de absorbtie UV-Vis utilizand Spectrofotometrul UV-Vis cu dublu fascicol, model Jasco V 530.

Proba de sfeclă roșie, s-a supus extracției repetate cu metanol acidulat cu 1% HCl concentrat. S-a înregistrat spectrul de absorbție pe domeniul de lungimi de undă 700-220 nm.

Aparitia unui maxim de absorbtie la lungimea de unda λ = 480 nm, indica prezenta compusilor de tip betacyanidina.

Fig. 3.15 Spectru de absorbție UV-Vis Extract Sfeclă roșie

A480 =0,4981

Fig. 3.16 Spectrul de absorbție UV-Vis Bere Sfeclă roșie

A480 = 0,3970

5. Determinarea HPLC a acizilor organici

Solutia stoc de standarde acizi organici s-a preparat prin amestecarea a 20 µl soluție acid oxalic 300 mg/l, acid tartaric 1000 mg/l, acid malic 2000 mg/l, acid ascorbic 300 mg/l, acid citric 2000 mg/l și acid fumaric 100 mg/l. S-au utilizat acizi organici standard de proveniență Merck.

Acizii organici din probe s-au extras cu apă bidistilată prin vortexare 30 s, sonicare 15 min și centrifugare 10 min la 2000 rot/min. Supernatantul s-a filtrat și 20 µl s-au injectat in sistemul HPLC Agilent 1200 cuplat cu detector UV-Vis.

Fig. 3.17 Cromatogramă standarde acizi organici: peak 1-oxalic tR=2,37; 2-tartaric tR=2,59; 3-malic tR=2,90; 4-ascorbic tR=3,17; 5-citric tR=4,12; 6-fumaric tR=5,65

Pentru separarea acizilor organici s-a utilizat coloana cromatografică cu fază inversă Acclaim OA 5 µm, 4×150 mm Dionex, care a fost eluată, timp de 10 min, cu faza mobilă NaH2PO4 50mM adusă la pH=2,8 cu H3PO4. Separarea HPLC s-a efectuat in sistem isocratic la 100 C iar cromatogramele s-au inregistrat la λ=210 nm.

Fig. 3.18 Cromatogramă Extract Sfeclă roșie: peak 1-oxalic; 2-tartaric

6. Determinarea HPLC-MS/ESI+ a betacyanidinelor

S-a utilizat sistemul HPLC model Agilent seria 1200 echipat cu pompă quaternară, degazor pentru solvenți, autosempler, detector UV-Vis cu fotodiodă (DAD) cuplat cu detector de masă (MS) singlequadrupole Agilent model 6110 (Agilent Techologies, CA, USA).

Separarea compușilor fenolici s-a făcut pe o coloană Eclipse XDB C18 , dimensiuni 4,6x 150 mm, 5 μm , Agilent Techologies, utilizând fazele mobile A și B în gradientul de mai jos, timp de 30 minute, la o temperatură de 250 C, cu un debit de 0,5 ml/min.

Solvent A: Apa + 0,1 % Ac acetic

Solvent B: Acetonitril +0,1% Ac acetic

Gradient:

Tabel 3.1

Relația timp – conținutul de solvent B

S-au înregistrat cromatogramele la lungimea de undă λ= 480 nm .

Valorile spectrale s-au inregistrat pe domeniul 200-600 nm pentru toate peak-urile.

Pentru MS s-a utilizat modul ESI pozitiv de ionizare în următoarele condiții de lucru:

-Cappilary voltage: 3000 V

-Temperature: 3000 C

-Debit azot: 8 l/min

-m/z:100-1000, full-scan

Achiziția datelor și interpretarea rezultatelor s-a făcut utilizând softul Agilent ChemStation.

Fig. 3.19 Cromatogramă Extract Sfeclă roșie – 480 nm

Fig. 3.20 Cromatogramă Bere Sfeclă roșie – 480 nm

Tabel 3.2

Identificare betacyanidine în Extract și Bere Sfeclă roșie

Capitolul 4

DESIGNUL DE PRODUS

Ambalarea

Pentru îmbutelierea berii se folosesc diferite ambalaje, printre cele mai utilizate fiind buteliile de sticlă, ambalajele metalice (doze), butoaiele confecționate din oțel inoxidabil (keg-urile) și ambalajele din material plastic denumite PET-uri.

În cazul berii cu sfeclă roșie s-au folosit în vederea îmbutelierii buteliile de sticlă, cu capacitatea de 500 ml, de culoare brună pentru evitarea interacțiunii dintre bere și componenți ai luminii solare, care ar influența negativ proprietățile organoleptice ale berii.

Înainte de îmbuteliere sticlele sunt spălate și dezinfectate, după care sunt întoarse în vederea scurgerii excesului de apă și uscării.

Buteliile de sticlă trebuie să îndeplinească o serie de caracteristici, printre cele mai importante fiind: lipsa mirosurilor străine, impermeabilitate la apă, vapori de apă și gaze, să fie inerte din punct de vedere chimic, precum și o rezistența mecanică bună.

După îmbutelierea berii în sticle, este efectuată operația de capsare, folosind în acest scop capacele metalice cu diametrul de 26 mm.

Etichetarea

Etichetarea este o operație indispensabilă în cadrul industriei alimentare, realizată în vederea comercializării produselor alimentare. Această operație este realizată cu ajutorul mașinilor concepute în acest scop.

În cadrul băuturilor alcoolice fermentate, eticheta trebuie să conțină o serie de informații privind următoarele aspecte:

Denumirea produsului

Lista ingredientelor folosite

Volumul net

Concentrația alcoolică (exprimată în procente)

Gradul de extract primar (exprimat în grade Platon)

Termenul de valabilitate

Condițiile de depozitare

Denumirea și sediul producătorului/ambalatorului/distribuitorului

Numărul lotului și data îmbutelierii

Instrucțiunile de utilizare

Alergenii

(Todașca M-C., 2008)

Concluzii

În raport cu obiectivele propuse se pot formula următoarele concluzii:

Pentru obținerea extractului fermentesibil din mustul de bere poate fi utilizat un substituent al extractului malțului obținut din sfeclă roșie

Pentru realizarea obiectivelor s-au propus 3 variante experimentale din care s-a ales varianta optimă de extracție a betaninei

Extracția și stabilitatea pigmentului de culoare este influențată de pH și temperatură

Adăugarea înlocuitorilor de malț sub formă de tăieței de sfeclă s-a realizat în cazanul de plămădire în treapta de 78˚C pentru o perioadă de 10 minute

Fermentația secundară a berii a fost efectuată în sticle

Prin analiza spectofotometrică și HPLC au fost identificați atât în sfecla roșie cât și în produsul finit compusul betacianidina

Prin analiza HPLC au fost identificați acizii peak 1 oxalic și 2 tartric

Produsul finit are un gust acrișor specific sfeclei roșii, spumă persistentă, iar concentrația alcoolică și aciditatea berii sunt mai mari decât în cazul berii blonde obișnuite.

bibliografie

Adams, J. B., 1973, Thermal degradation of anthocyanins with particular reference to the 3-glucoside of cyanidin. I. In acidified aqueous solutions at 100˚C, J. Sci. Food Agric., 24, 747

Bagchi, D. et al., 2004, Review: Anti-angiogenic, antioxidant, and anti-carcinogenic properties of a novel anthocyanin-rich berry extract formula. Biochemistry.; 69(1):75-80.

Banu, C., 2000, Tratat de știința și tehnologia malțului și a berii, vol 1, 11, Ed.Agir, București

Banu, C., coord., 2001, Tratat de știința și tehnologia malțului și a berii, vol. II, Editura Agir, București

Beecher, GR., 2003, J Nutr. ,,Overview of dietary flavonoids: nomenclature, occurrence and intake”

Benthin, B. et al., 1999, Pressurized liquid extraction of medicinal plants, J. Chromatogr. A, 837, 211

Charles, W.B., 2009, Beer: A Quality Perspective, Ed. Academic Press, U.S.A

Chen, B.H. et al., 1996, Stability of carotenoids and vitamin A during storage of carrot juice, Food Chem., 57, 497

Chris Boulton and David Quainm, 2001. Brewing yeast and fermentation, Blackwell Science Ltd.. ISBN 0-632-05475-1

Davies, A. J., & Mazza, G., 1993, Copigmentation of simple and acylated anthocyanins with colorless phenolic compounds. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 41 (5), 716–720

Delgado-Vargas, F. et al., 2000, Natural pigments: carotenoids, anthocyanins and betalains: characteristics, biosynthesis, processing, and stability, Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 40, 173

Eckhardt, F., 1989, Essentials of Beer Style, Fred Eckhardt Associates, Portland, OR

Elena, M., 2012, Controlul Calității Produselor Alimentare în Industria Băuturilor Alcoolice, Ed. AcademicPress, Cluj-Napoca

Elena, M., 2013, Tehnologia malțului și a berii, Ed. MEGA, Cluj-Napoca

Fergus, G.P., Graham, G.S., 2006, Handbook of brewing, CRC Press, Boca Raton

Foster, T., 1990, 1999, Pale Ale, Brewers Publications, Boulder, CO

Ganzler, K., et al., 1990, Effective sample preparation method for extracting bio-logically active compounds from different matrices by a microwave technique, J. Chromatogr ., 520, 257

Goldammer, T., 2008, The Brewers’ Handbook, Chapter 6: Beer adjunct, Ed. Apex, U.S.A

Goodwin, T.W., 1980, Biochemistry of the Carotenoids, Vol. 1, 2nd ed., Chapman & Hall, New York

Gordon, H.T. and Bauernfeind, J.C., 1982, Carotenoids as food colorants, Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 18, 59

He-Ya Wang, et al., 2011, Food Chemistry vol. 128, Iss.3: ,,Melanoidins produced by Maillard reaction – Structure and biological activity”

Holst, S., 2000, Natural colors for food and beverages, Food Mktg. Technol., 14, 14

Hou Z, et al., 2004, Effects of tea polyphenols on signal transduction pathways related to cancer chemoprevention. Mutat Res.;555(1-2):3-19.

Ito, F. et al., 2002, Why do flavylium salts show so various colors in solution? Effect of concentration and water on the flavylium's color changes, Journal of Photochemistry and Photobiology A Chemistry, 150 (1-3), 153-157

Jackman, R.L. et al., 1987, Review: separation and chemical properties of anthocyanins used for their qualitative and quantitative analysis, J. Food Biochem., 11, 279

Jarvis, A.P. and Morgan, E.D., 1997, Isolation of plant products by supercritical fluid extraction, Phytochem. Anal., 8, 217

Jelena M. M et al., 2015, The effect of storage temperature and thermal processing on catechins, procyanidins and total flavonoid stability in commercially available cocoa powders, Physics, Chemistry and Technology Vol. 13, No 1, pp. 39-49

Kumar, S., Pandey, AK., 2013, Chemistry and biological activities of flavonoids: an overview. ScientificWorldJournal.; 2013:162750

Lewis, M.J., 1995, Stout, Brewers Publications, Boulder, CO

Lila, MA., 2004, Anthocyanins and Human Health: An In Vitro Investigative Approach. J Biomed Biotechnol. 2004(5): 306-31

Mazza, G., Miniati, E., 1993, Anthocyanins in fruits, vegetables and grains, CRC Press, Ino; Boca Raton

Middleton, E. J., 1998, Effect of plant flavonoids on immune and inflammatory cell function, Advances in Experimental Medicine and Biology, vol. 439, pp. 175–182

Narayana, K.R. et al., 2001, Bioflavonoids classification, pharmacological, biochemical effects and therapeutic potential, Indian Journal of Pharmacology, vol. 33, no. 1, pp. 2–16

Rodriguez-Amaya, D.B. and Kimura, M., 2004, Harvest Plus Handbook for Carotenoid Analysis Harvest Plus Technical Monograph 2, Washington, International Food Policy Research Institute and International Center for Tropical Agriculture

Stewart, G.G. et al., 1975, Some considerations of the flocculation characteristics of ale and lager yeast strains, J. Inst. Brew., 81:248–257

Strack, D. et al., 2003, Recent advances in betalain research, Phytochemistry, 62, 247

Todașcă M-C., 2008, Noțiuni de ambalare și depozitare și igiena produselor alimentare, Editura Printech, București

Tofană, M., 2008. Comparative study of the hop bitter acids analysis methods. Hameiul și plantele medicinale. Vol.31(-2): 1-6

Turner, C., 2006, Overview of modern extraction techniques for food and agricultural samples, in: Modern extraction Techniques Food and Agricultural Samples, ACS Symposium Series, No. 926, Turner, C., Ed., Washington, D.C., chap. 1

Updike, A.A. and Schwartz, S.J., 2003, Thermal processing of vegetables increases cis isomers of lutein and zeaxanthin, J. Agric. Food Chem., 51, 6184

Withy, 1.M. et a.1., 1993, Storage changes in anthocyanin content of red raspberry juice concentrate, J. Food Sci., 58, 190

*** http://www.craftbeer.com/styles/herb-and-spice-beer

*** https://www.morebeer.com/articles/brewing_with_spices

*** www.bjcp.org/2008styles/style21.php

*** http://byo.com/body/item/313-brewing-with-chocolate

*** http://www.craftbeer.com/styles/rye-beer

*** http://www.brewingwithbriess.com/Malting101/Gluten_Free_Brewing.htm

*** http://learn.kegerator.com/pumpkin-beer-style/

*** http://www.craftbeer.com/styles/pumpkin-beer

*** http://www.phytochemicals.info/phytochemicals/anthocyanins.php

*** http://www.ift.org/~/media/Food%20Technology/pdf/2005/05/0505feat_coloringfoods.pdf

*** http://tehnologii-alimentare.blogspot.ro/2014/12/coloranti-alimentari.html

***https://www.researchgate.net/profile/Jose_Rodriguez70/publication/222330058_Chemical_studies_of_anthocyanins_a_review_Food_Chem/links/544faf1b0cf2279b80c22773.pdf

***https://www.researchgate.net/profile/Jose_Rodriguez70/publication/222330058_Chemical_studies_of_anthocyanins_a_review_Food_Chem/links/544faf1b0cf2279b80c22773.pdf