Исследование химического состава кваса

В настоящее время стремительно расширяется и обновляется ассортимент продуктов питания. Несмотря на это, некоторые из них никогда не будут вытеснены из нашего рациона, потому что в них воплощен исторический опыт народа. К таким продуктам относится квас, который традиционно изготавливают из ржаного и ячменного солода. Он содержит разнообразные продукты спиртового и молочного брожения, что определяет аромат, специфический вкус и полезность этого напитка. Кроме того, в настоящее время существует множество рецептов приготовления кваса из овощей и ягод. К квасу можно подходить не только с потребительской, но и с исследовательской точки зрения, выбрав в качестве объекта химического анализа.

Квас- это сложный по своему составу продукт тонких химических процессов, результат которых не всегда предсказуем. По образному выражению В. В. Похлебкина, «квас- это живой продукт живых систем». Поэтому интересно охарактеризовать его состав только с качественной стороны (вкус), но и с количественной, т. е. определить его основные физико-химические характеристики.

У каждого народа есть свои любимые напитки. Китайцы предпочитают чай, немцы и чехи - пиво, американцы - напиток «кока-колла», французы - сидр и лимонады, итальянцы - цитрусовые соки. Национальный напиток русского народа - квас. Это типично летний напиток, едва ли не самый древний и не самый распространенный на Руси. Во второй половине 19 столетия квасом заинтересовались ученные и провели исследования, изучили технологию его приготовления и химический состав. Большим любителем и популяризатором кваса был великий русский химик Д. И. Менделеев. Чтобы определить уровень знаний учащихся об этом национальном русском напитке я провела тестирование.

1. Квас- это напиток: а) алкогольный; б) безалкогольный; в) лекарственный; г) минеральный.

2. Возраст кваса составляет: а) 200 лет; б) 500 лет; в) более 1000 лет; г) 50 лет.

3. Родина кваса: а) Древняя Греция; б) Киевская Русь; в) Британия; г) Дания.

4. Главный сырьевой продукт производства кваса: а) виноград; б) рожь и ячмень; в) хмель; г) цирконий,

5. В основе производства кваса лежит процесс: а) синтез углеводов; б) кристаллизация; в) брожение; г) электролиз.

6. Расположите по порядку стадии современного производства кваса: а) розлив кваса; б) получение квасного сусла; в) приготовление ржаного солода; г) сбраживание квасного сусла.

7. Характерный цвет квасу придают: а) флавоноиды; б) глюкоза; в) минеральные соли; г) крахмал.

8. Растворенный в квасе углекислый газ определяет его: а) щелочную среду; б) кислую среду; в) нейтральную среду; г) вкусовые качества.

9. В состав кваса входят витамины: а) группы В; б)D; в) К; г) А.

10. По мере созревания кваса его рН будет: а) уменьшатся; б) увеличиваться; в) оставаться неизменным; г) сначала уменьшаться, а потом увеличиваться.

11. В производстве кваса используют микроорганизмы: а) стрептококки; б) дрожжи; в) стафилококки; г) ацидобактерии.

12. В процессе приготовления кваса выделяется газ: а) водород; б) кислород; в) углекислый; г) метан.

В опросе приняли участие 68 учащихся 10-х классов нашей школы. 30% опрошенных правильно ответили на большую часть вопросов теста. Остальные затруднились ответить на вопросы, связанные с технологией производства кваса и его физико-химическими характеристиками. Это явилось подтверждением правильности и актуальности выбора мною данной темы исследования.

История кваса.

Первое упоминание о квасе относится ко времени введения христианства на Руси, но историки считают, что восточные славяне умели готовить напиток из злаков задолго до этого. С древних времен квас считался чудодейственным напитком. Его варили в бедных избах, в зажиточных мещанских, купеческих и барских хозяйствах, в монастырях, солдатских казармах и госпиталях. Уже тогда было известно, что квас хорошо утоляет жажду, восстанавливает силы и работоспособность, сохраняет бодрость, благоприятно влияет на процессы пищеварения. Многовековой опыт показал, что употребление кваса необходимо для сохранения здоровья человека. На тяжелые работы - косьбу, пахоту, уборку урожая, заготовку дров – русские крестьяне брали с собой в качестве питья не молоко и не фруктовые напитки, а квас, считая, что он лучше снимает усталость и восстанавливает силы.

Широко использовали квас и для приготовления различных блюд. На квасе готовили всевозможные летние и зимние окрошки, ботвиньи. Стерляжью уху варили на воде, разведенной квасом, с добавлением лука, лимона, перца, гвоздики. Квас со шпинатом, свежими огурцами, хреном, горчицей сопровождал кулебяки с вязигой, блины с зернистой икрой, пироги со щукой, мясо, тушенное с овощами. Таким образом, квас стоит того, чтобы употреблять его как можно чаще.

О ценности кваса говорят народные пословицы и поговорки: «квас, как хлеб, никогда не надоедает», «русский квас много народу спас», «и худой квас лучше хорошей воды», щи с мясом, а нет, так хлеб с квасом», «кабы хлеб да квас, так и все у нас». Наличие в доме кваса говорило о благополучии в нем, налаженном быте. О квасе упоминают А. С. Пушкин в романе « Евгений Онегин»: «Им квас как воздух был потреблен», С. Есенин в поэме «Анна Снегина»: У каждого крашены стены, по праздникам мясо и квас».

На Руси существовало множество разновидностей кваса. Основным сырьем для приготовления этого напитка были ржаной, пшеничный, ячменный сухой дробленый солод и ржаная, пшеничная или гречневая мука. Обычно сырье дробили, готовили из него тесто, которое нагревали в глиняных сосудах раскаленными камнями, достигая частичного осахаривания крахмала, после чего массу разводили водой и оставляли для брожения. Наши далекие предки знали о целебных свойствах таких растений, как рожь, овес, пшеница, гречихи и др. в народной медицине отвар ржаных колосьев использовали при заболеваниях органов дыхания в качестве мягчительного и отхаркивающего средства, припарки ячменного солода рекомендовали при воспалениях кожи, геморрое, а болезни почек, мочевых путей, желудочно-кишечного тракта и обмена веществ лечили отварами ячменного зерна.

Исследования, проведенные бактериологами, инфекционистами и врачами-гигиенистами, весьма интересны и дают дополнительные сведения о свойствах русского кваса. В 1891 году А. И. Успенский поставил опыты, пытаясь установить степень выживаемости тифозной палочки, холерного вибриона и сибиреязвенной палочки в хлебном квасе. Оказалось, что в квасе с кислотностью 0,32-0, 42%по молочной кислоте тифозные палочки и холерные вибрионы погибают через 20 минут. Сибиреязвенные палочки сохраняются более длительное время. В 1913 году В. С. Сотников подтвердил гибель тифозных и паратифозных палочек в хлебном квасе.

Состав кваса.

Высокую пищевую ценность кваса обеспечивает химический состав исходных продуктов. Например, в 100г ржаного зерна содержится 80мг кальция, 340мг фосфора, до 5,4мг железа, 1,8мг меди, до 8мг марганца, 5мг молибдена, 3,5мг цинка и 11мг кобальта. Эти элементы играют весьма важную роль в регуляции обменных процессов, поэтому поступление их в организм жизненно необходимо. Если учесть, что с квасом попадает более 10 различных аминокислот, а 8 из них – незаменимые (валин, лейцин, фенилаланин, метионин, триптофан, лизин, треонин), будет ясно, что влияние на организм традиционного солодового напитка весьма благотворно.

Содержание витаминов в квасе на первый взгляд не очень велико, но регулярное поступление этого продукта в организм дает возможность удовлетворить необходимую потребность в них. В 100г ржаного зерна содержится до 2мг витамина Е, 1,2мг витамина РР, 0,2мг витамина В1, столько же каротина, пиридоксина и рибофлавина, следы витамина Н. в 1л домашнего кваса содержится около 2г белков, 50г углеводов и минеральных веществ, 3г органических кислот и витамины. Все это еще раз подтверждает ценность кваса как повседневного напитка, который вырабатывается из натуральных продуктов.

Промышленное производство кваса.

Сырье для производства кваса: зерновые продукты, дрожжи, молочнокислые бактерии, сахар, пищевые кислоты, красители, минеральные соли.

Зерновые продукты. Для приготовления квасного сусла в пищевой промышленности используют ржаную или кукурузную муку, кукурузную крупу, а так же концентрат квасного сусла – ККС – темно-коричневую вязкую густую жидкость кисло-сладкого вкуса с ароматом хлеба. Получают его затиранием с водой ржаного и ячменного солода, ржаной или кукурузной муки или свежепроросшего ржаного солода с применением ферментных препаратов.

Дрожжи. Для сбраживания квасного сусла на заводах используют хлебопекарные прессованные дрожжи или чистую культуру дрожжей рас М , квасной и др. Хлебопекарные прессованные дрожжи представляют собой сероватые с желтым отливом бруски массой1, 0,5 и 00,5кг с влажностью не более 75%. Они должны обеспечить подъем теста на 70мм не более, чем за 75 минут. Дрожжи квасные сушеные расы М и других имеют вид вермишели, порошка или светло-коричневого цвета с влажностью 7-10%. Прессованные дрожжи хранят в холодильных камерах при температуре 0-4оС, сушеные – в герметично закрытой и доверху заполненной таре при температуре не выше +8 градусов.

Молочнокислые бактерии. Квасные молочнокислые бактерии применяют для сбраживания квасного сусла с целью накопления молочной кислоты. Используют их в сушеном виде вместе с дрожжами, получая квас с законченным спиртовым и молочнокислым брожением. Это придает готовому продукту специфический вкус и аромат.

Сахар. При приготовлении кваса используют сахар – песок, сахар – рафинад или жидкий сахар высшего качества.

Пищевые кислоты. Лимонную кислоту С6Н8О7*Н2О получают брожением растворов свеклосахарной массы. Это бесцветное кристаллическое вещество, в котором должно оказаться не менее 00,5% лимонной кислоты, не более 0,01% серной кислоты, не более 0,00007% мышьяка. Водный раствор ее должен быть прозрачным. Молочную кислоту СН3СНОНСООН получают сбраживанием сырья, содержащего углеводы, молочнокислыми бактериями. Используют молочную кислоту в производстве напитков высшего, первого и второго сортов, в которых содержатся собственно молочная кислота, не менее 37,5; 35,5; 35,0%, и зола, не более 0,6; 1,0;4,0%. Аскорбиновая кислота С6Н8О6 синтезируется из глюкозы. По внешнему виду это кристаллический порошок белого цвета, кислый на вкус, без запаха.

Красители. Колер (жженый сахар) получают, нагревая увлажненный сахар до температуры плавления (180-185оС) и выдерживая его определенное время при перемешивании. Это темно-коричневая вязкая масса с горьким вкусом.

Минеральные соли. Хлорид натрия NaCl категорий х. ч. , ч. д. а. или ч. с содержанием NaCl 99,8%. Соль поваренная с содержанием NaCl 99,7%. Используется хлорид кальция кристаллический CaCl2*6Н2О следующих категорий чистоты: ч. д. а. и ч. с содержанием CaCl2*6Н2О 99,97% соответственно.

Технология производства хлебного кваса.

Технология производства хлебного кваса включает приготовление квасного сусла, молочнокислое и спиртовое брожение квасного сусла, охлаждение, купажирование кваса и розлив его в емкости.

Для приготовления квасного сусла используют разбавленный водой или обогащенный квасный концентрат, сахарный сироп, дрожжевую и молочнокислую закваску. Предварительно концентрат квасного сусла пастеризуют при температуре 75-80 градусов. Затем разбавленный концентрат квасного сусла (1,2% сухих веществ) охлаждают до 20 градусов и 70% его количества направляют на молочнокислое брожение, а 30% оставляют для купажирования кваса.

Брожение сусла происходит при температуре 28 градусов и периодическом перемешивании с помощью центробежного насоса до достижения определенной кислотности (не ниже той, при которой 2кубического см раствора гидроксида натрия концентрацией 1,0моль/дм в кубе расходуется на титрование 100мл сусла). Молочнокислые бактерии примерно половину сахара превращают в молочную кислоту, остальной сахар – в углекислый газ, уксусную кислоту и этиловый спирт. В результате изменения условий среды меняется ход брожения, характерный для этих микроорганизмов при их раздельном развитии. Например, в первой половине процесса брожения, когда используется комбинированная культура, в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий накапливается молочная кислота и повышается кислотность среды, что способствует размножению дрожжей.

Во второй половине процесса брожения дальнейший рост кислотности угнетает жизнедеятельность дрожжей, и они начинают гибнуть. Продукты автолиза этих дрожжей служат питанием для молочнокислых бактерий. В присутствии молочнокислых бактерий квасные дрожжи превращаются в этилацетат с содержанием до 0,04%в сбраживаемой среде, что способствует улучшению вкуса и аромата, а также повышению химической стойкости кваса при хранении.

После окончания брожения квас охлаждают до 5-7 градусов, отделяют дрожжевой осадок и купажируют, дозируя сахарный сироп и концентрат квасного сусла. При этом смесь перемешивают с помощью насоса.

После проверки качественных показателей хлебного кваса его охлаждают и перекачивают в сборники-мерники, установленными перед разливочными машинами для расфасовки кваса в бутылки или непосредственно в подготовленные автотермоцистерны. Их отправляют в торговую сеть герметично укупоренными и с опломбированными люками и кранами, при этом указывают дату розлива.

Некоторые рецепты приготовления кваса.

Для исследования в лабораторных условиях особенностей приготовления кваса и его химических свойств целесообразно приготовить хлебный, овощной и ягодный (или фруктовый) квасы. Для сравнения следует взять произведенный промышленным способом квас. Приведем рецепты приготовления исследованных нами квасов.

-«Кислые щи». Заварить в емкости черные ржаные сухари (100г на 1,5л) кипятком (750мл). Залить кипятком доверху и закрыть крышкой. Настоять до остывания, отцедить жидкость через дуршлаг в емкость вместимостью 1,5л. Оставшиеся сухари повторно залить кипятком и повторить предыдущую операцию. Далее засыпать сахар-песок (150г) в емкость вместимостью 300мл, добавить изюм (50г), залить водой, довести до кипения и варить в течение 5 минут на слабом огне, после чего остудить и влить в ранее приготовленное сусло. Дрожжи (10г) обмыть холодной водой, поместить в емкость с теплой водой (не выше 50 градусов) до их растворения, затем добавить к суслу. Полученную смесь оставить бродить при комнатной температуре. Пена, обусловленная выделением углекислого газа, появится через 6-10 часов. Готовый квас разлить через сито в пластиковые бутылки, бросить в них 3-4 изюмины, закупорить и поместить в холодильник.

- Гороховый квас. Прорастить стакан гороха, высыпать его в трехлитровую банку, залить водой, добавить стакан сахара и чайную ложку сметаны. Банку закрыть марлей, сложенной в три слоя, и поставить для брожения в темное место на 2 недели. По истечении этого срока квас отфильтровать, разлить по бутылкам, закупорить и поместить в холодильник.

- Калиновый квас. Ягоды калины (250г на 1,5л воды) очистить от плодоножек, чашек цветков, удалить поврежденные ягоды, вымыть, дать воде стечь, размять, уложить в эмалированную посуду. Подготовленные таким образом ягоды залить теплым сахарным сиропом (150г сахара). Полученную смесь тщательно размешать, накрыть марлей, выдержать в течение суток при температуре 18-20 градусов, после чего профильтровать через марлю и вату, перелить в подготовленную бутылку и добавить 4-5 изюмин. Укупоренную бутылку выдерживать в холодном месте в течение 2 недель, после чего квас готов.

- «Украинский квас». В стеклянную банку помещают измельченный ржаной солод, сухари из пшеничного хлеба (150г на 1,5л воды), землянику (50г), сахар-песок (150г), изюм (50г). Все перемешивают, заливают горячей водой и выдерживают при комнатной температуре 4 дня. Далее добавляют кипяченую воду (250мл) и через некоторое время осторожно сливают жидкость. Затем сусло разливают по бутылкам и закупоривают. Квас сбраживается 4 дня при комнатной температуре, затем две недели на холоде при температуре 3-4 градуса.

Методика проведения эксперимента.

Использовала методику качественного обнаружения белков, свободных углеводов и углекислого газа, выделяемого при брожении. А так же методы количественного анализа, хроматографическое и колориметрическое определение аминокислот с использованием нингидрина как цветового зонда; инструментальное измерение рН (с помощью иономера «Эксперт-1»); титриметрическое определение суммарного содержания ионов Са2+ и Mg2+.

Полученные результаты.

Динамика изменения рН в период созревания кваса.

Таблица 1.

Наименование кваса рН

Начальный период Конечный период

«Украинский» 4,200,42 3,200,32

«Кислые щи» 3,6 0,29 3,51 0,28

«Аян» - 3,30 0,29

Гороховый 3,80 0,57 3,62 0,27

Калиновый 3,00 0,27 3,00 0,27

Приведенные в таблице 1 результаты показывают, что наибольшим приростом кислотности характеризуется квас «Украинский», в котором рН уменьшился на единицу. Кислотность калинового кваса не меняется в период созревания, он наиболее кислый.

Гороховый квас характеризуется максимальным приростом суммарного содержания ионов Са2+ и Mg 2+ (табл. 2). Этот прирост Квас «Аян» занимает среднее положение по данному параметру.

Таблица 2.

Динамика суммарного содержания ионов Са 2+ и Mg2+ в период созревания кваса.

Наименование кваса суммарное содержание ионов Ca2+ и Mg 2+, мг*экв/л

Начальный период Конечный период

«Украинский» 2,3 0,27 2,5 0,23

«Кислые щи» 1,5 0,14 1,5 0,14

«Аян» - 2,0 0,21

Гороховый 1,5 0,12 2,1 0,19

Калиновый 0,8 0,09 0,9 0,08

Таблица 3

Суммарное содержание свободных аминокислот.

Наименование кваса Содержание свободных аминокислот, моль/м

«Украинский» 0,143 0,015

«Кислые щи» 0,115 0,017

«Аян» 0,045 0,01

Гороховый 0,025 0,004

Калиновый Не обнаружено

Повышенным суммарным содержанием свободных аминокислот характеризуется квас «Украинский», в котором оно в 1,2 раза превышает суммарное содержание аминокислот в «Кислых щах», в 3 раза в «Аяне», в 5,7 раза - в гороховом. В калиновом квасе аминокислоты не обнаружены (табл. 3).

Обсуждение полученных результатов и выводы.

1. В отличие от прочих рассмотренных квасов квас «Украинский» характеризуется наибольшим приростом кислотности в период созревания. Калиновый квас – самый кислый продукт. Эти два кваса могут иметь ограничения по использованию у людей при гиперацидности желудочного сока.

2. Максимальным приростом суммарного содержания ионов Ca2+ и Mg2+, который составляет 30%, характеризуется гороховый квас. Следовательно, увеличение содержания этих элементов, по-видимому, обусловлено постепенным высвобождением субстрата из растительных клеток в период брожения.

3. Повышенным суммарным содержанием свободных аминокислот характеризуется квас «Украинский», в котором оно превышает в 1,2 раза суммарное содержание свободных аминокислот в «Кислых щах», В 3 раза – в «Аяне», в 5,7 раза – в гороховом. В калиновом квасе аминокислоты не были обнаружены, можно предположить, что высокая кислотность этого продукта обусловлена повышенным содержанием органических кислот, в том числе валериановой и изовалериановой.

Рекомендации.

Полученные данные могут быть использованы для совершенствования рецептуры известных напитков и разработки новых, т. к. сочетанием различных продуктов можно добиться наиболее эффективного баланса между вкусовыми качествами и важными для здоровья количественными показателями при составлении новых рецептов этого напитка.