Stanovení extraktu u ječmene enzymatickou cestou

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav Technologie potravin Stanovení extraktu u ječmene enzymatickou cestou Diplomová práce Vedoucí práce: Ing. Tomáš Gregor, Ph.D. Vypracovala: Ivona Karásková Brno 2010

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Stanovení extraktu u ječmene enzymatickou cestou vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis diplomanta.

3 PODĚKOVÁNÍ Ráda bych poděkovala svému vedoucímu práce Ing. Tomáši Gregorovi, Ph.D. za možnost vypracovat diplomovou práci na Ústavu technologie potravin, za jeho odborný a lidský přístup a za cenné informace a rady, které mi poskytoval během zpracování mé diplomové práce. Také bych ráda poděkovala mé rodině a všem blízkým za pochopení a podporu při studiu a při vypracování diplomové práce.

4 ABSTRAKT Cílem této práce bylo stanovit extrakt u ječmene pomocí enzymatických preparátů na bázích proteáz, celuláz, xylanáz, β-glukanáz a amyláz. Tyto enzymy rozkládají jednotlivé složky ječmene podobným způsobem jako přirozené enzymy ve sladu. Z tohoto důvodu není nutné zrno ječmene sladovat. Zrno ječmene nemá potřebné enzym pro rozklad obsahových látek zrna. K získání informace o předběžném extraktu ječmene je používán vztah podle Bishopa, který byl získán experimentálně a byl pro potřeby moderního sladovnictví několikrát modifikován. Stanovení extraktu přímou metodou přípravy kongresní sladiny se provádí až u finálního sladu. Příprava ječného sladu, která obvykle trvá 10 dní, se v laboratorních podmínkách provádí v mikrosladovnách. Firma Genencor vyrábí kompletní sadu enzymů pro rozklad obilného zrna, v praxi je tento systém enzymů využíván především pro přípravu sladkých zápar při výrobě bioetanolu. Aplikace jednotlivých enzymu se zdá být nejvýhodnější v pořadí celulóza, xylanáza, β-glykanáza, α-amyláza, β-amyláza společně s proteázou. Klíčová slova: ječmen, zrno ječmene, extrakt, enzymy, slad

5 ABSTRACT The main objective of this work was to determine extract in barley by the enzymes on base of proteases, cellulases, xylanases, β-glukanases and amylases. These enzymes disintegrate the components of barley grain similary like natural enzymes does in malt; so there is no need to malt the barley grain. The barley grain has no required enzymes for disintegration of compounds in the barley. The determination of extract in barley by conventional method by prepared sweet, are not practice. For information of extract in barley is used Bishop formula. The formula was invented experimentally and for needs of modern malting was modified for several times. Determination of extract by the direct method of preparing congress sweet is used at the final malt. Preparation of the malt takes usually 10 days and in laboratory conditions this process takes place in micro-malt house. Optimal succession of enzymes application is in following succession: cellulase, xylanase, β-glukanase, α-amylase, β-amylase along with protease. The values gained by using enzymatic way are different than values gained using malt extract. Keywords: barley, barley grain, enzymes, malt, malting

6 OBSAH 1 ÚVOD LITERÁRNÍ REŠERŠE Sladovnický ječmen Botanická systematika Morfologie a anatomie ječmene Podmínky pro pěstování jarního sladovnického ječmene Zrání zrna ječmene Posklizňové dozrávání Výběr a charakteristika sladovnických odrůd ČSN Ukazatel sladovnické jakosti (UJS) Chemické složení obilky Anorganické látky Organické látky Škrob Lipidy Dusíkaté látky Vitaminy Výroba sladu Příjem, čištění a skladování ječmene Máčení ječmene Klíčení ječmene Hvozdění Odkličování sladu, skladování, expedice Enzymy... 34

7 2.5.1 Obecná charakteristika enzymů Mechanizmus účinku enzymů Specifita enzymů Vliv reakčních podmínek na účinnost enzymů Názvosloví enzymů a jejich dělení Enzymy v zrnu ječmene Nejdůležitější enzymy podílející se na sladařsko pivovarském procesu β-glukanáza Amylolytické enzymy Proteolytické enzymy Fosfatázy Oxidoreduktázy CÍL MATERIÁL A METODIKA Stanovení extraktu u ječmene Použité enzymy Použité vzorky ječmene Přístroje a zařízení Ostatní chemikálie a jejich příprava Pracovní postup Faktor přepočtu VÝSLEDKY A DISKUZE ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA... 68

8 1 ÚVOD Dějiny pěstování ječmene sahají do počátku 5. stol. př. n. l., avšak z mnoha literárních zdrojů vyplívají mnohem starší zmínky sahající až do 7. stol. př. n. l. V oblastech původu sloužil ječmen především jako potravina, částečně jako krmivo. Známé je i využití ječmene jako léčivé rostliny s protizánětlivými a aseptickými účinky, jako odvar se používal k posílení lidského organismu. V našich zemích je prokázáno pěstování ječmene v době asi 500 let př. n. l. četnými archeologickými nálezy. Ječmen byl v té době pěstován jako chlebovina. I v počátcích rozvoje pivovarství u nás dlouho převládala pšenice jako surovina pro sladování a vaření piva. Jak postupně vzrůstala výroba piva v 17. století, byla pšenice vytlačována ze sladovnictví a přešlo se na vaření piva z ječného sladu. K rozkvětu sladovnického průmyslu však došlo až v 70. letech 19. století, kdy se zároveň datují počátky exportu sladu z našich zemí. Současnou roli ječmene v našem hospodářství není možno chápat jen z hlediska jeho sladovnického uplatnění, ale kromě toho je zrno ječmene využíváno jako velmi kvalitní krmivo, zvláště pro monogastrická zvířata. Patří sem ječmeny víceřadé i dvouřadé, formy ozimé i jarní, pluchaté i bezpluché. V zrnu je požadován vysoký obsah bílkovin a esenciálních aminokyselin, nižší obsah β glukanů a vysoký obsah škrobu. S rostoucí osvětou zaměřenou na cereální výživu lidí se zvyšuje i poptávka po potravinářském ječmeni, který je určen k výrobě funkčních potravin. Zde se uplatňuje hypocholesterolemický účinek v zrnu ječmene. Takové potraviny mají význam v prevenci a léčbě kardiovaskulárních a dalších civilizačních onemocnění. Vhodné jsou proto odrůdy s vysokým obsahem β glukanů a vyšším obsahem dietní vlákniny. Tradičně se zrno ječmene používá k výrobě krup a krupek, vloček a müsli. Z nenaklíčeného ječmene se získává řada enzymů (peptidázy). Existují také potravinové doplňky získané ze zelených částí mladých rostlin ječmene. Zvětšuje se rovněž potřeba ječmene jako suroviny pro průmyslové využití k výrobě lihu (lihoviny, lihobenzinový program), škrobu, detergentů, kosmetických a farmaceutických přípravků. Stejně tak je i potřeba u ječmene stanovit základní parametry, mezi něž patří v rámci sladovnictví i množství extraktu. Stanovením extraktu u ječmene se zabývá i tato práce. 8

9 2 LITERÁRNÍ REŠERŠE 2.1 Sladovnický ječmen Botanická systematika Ječmen (rod Hordeum) patří do říše rostlin, oddělení semenných (Spermatophyta), pododdělení krytosemenných (Angiospermae), třídy jednoděložných (Monocotyledonae), čeledi lipnicovité (Poaceae). Ječmeny seté (Hordeum sativum), které se vyskytují v kultuře a jsou jednoletou jarní nebo ozimou trávou. Kulturní ječmeny se ještě dělí na ječmeny dvouřadé a víceřadé (Kosař et al., 2000). Kulturní odrůdy ječmene patří do jediného diploidního druhu (n = 14) Hordeum vulgare L., ječmen setý, který se dále člení na convariety: H. v. convar. vulgare ječmen setý, víceřadý, rozlišují se dva typy: šestiřadý (hexastichon), čtyřřadý (tetrastichon). Oba typy se v ČR pěstují ve formě ozimů, víceřadé formy jarního ječmene se uplatňují např. ve Skandinávii, Kanadě a na Balkáně. H. v. convar. intermedium ječmen setý, přechodný. Pěstuje se ve Východní Asii a v oblasti Tibetu, některé ve Skandinávii (Švédsko, Norsko), případně ve Skotsku. H. V. convar. labile ječmen setý, různotvarý, labilní. H. v. convar. distichon ječmen setý, dvouřadý, tvoří jednokvěté klásky na každém článku klasového vřetene, dva z nich (okrajové) jsou sterilní, vyvíjí se výjimečně s prašníky nebo jalové, s pluchou a pluškou, jsou bez osin. Prostřední klásek je plodný (nejčastěji s osinou). V době zralosti má zploštělé klasy, tvořené dvěma řadami vyvinutých obilek, mezi nimi je z každé strany dvojitá řada bezosinných, sterilních klasů. Ječmen dvouřadý se vyskytuje v několika varietách, z nichž nejdůležitější jsou: Varieta nutanas ječmen nící, háčkující, tvoří klas dlouhý 50 až 130 mm, má dlouhé, souběžně přiléhající osiny, v době zralosti se klas ohýbá (háčkuje). Patří sem většina sladovnických odrůd. 9

10 Varieta erectum ječmen vzpřímený. Varieta zeocrithon syn. breve, ječmen paví. Varieta nudum ječmen nahý (Zimolka et al., 2006) Morfologie a anatomie ječmene Kořenová soustava růstové a produkční procesy ječmene jsou značnou mírou ovlivňovány mohutností a funkcí jeho kořenů. Ječmen tvoří svazčité kořeny. Z našich obilovin má nejvyšší počet zárodečných (primárních) kořínků v počtu 4 10, nejčastěji 5 6, což závisí mimo jiné na velikosti obilek (větší tvoří vyšší počet), typu (víceřadé nižší počet než dvouřadé) a formě (ozimé méně než jarní), (Kling et al., 2004; Zimolka et al., 2006). Stéblo - stéblo ječmene tvoří 4 8 článků (internodií), oddělených kolénky (nody) a dosahuje výšky 80 až 130 cm. Spodní internodia jsou nejkratší, nejvyšší je nejdelší. Anatomická stavba stébla je do značné míry ovlivněna odrůdou, hnojením a vláhou. Pevnost a pružnost stébla závisí na jeho mechanických vlastnostech (zvláště poměru ligninu a celulózy) zejména dolních internodií, jejich délce, případně počtu kolének (Kling et al., 2004; Zimolka et al., 2006). Listy jsou postaveny ve dvou řadách nad sebou. Na velikosti plochy listů a stébla je závislý výnos. Celkový povrch je cm 2 podle výšky a olistění. Květ květenství je složený nerozvětvený klas (lichoklas), který se tvoří z vřetena klasu porostlého na hranách chloupky. Stopky klásků jsou zkrácené až zakrnělé, takže klásky přisedají na vřeteno klasu v místě vřetenového kolénka. U ječmene přisedají k vřetenovému kolénku vždy tři jednokvěté klásky. Dvouřadý ječmen má plodný pouze prostřední kvítek. Klásek objímají dvě drobné plevy, které jsou na horním konci zakončeny osinkou. Květ je chráněn pluchou a pluškou. Na vrcholu pluchy vyrůstá křehká draslavá osina dlouhá až 150 mm. Pluška kryje podélnou rýhu obilky (Kosař et al., 2000; Kling et al., 2004). Obilka je složena ze tří částí: obalů, endospermu a zárodku. Obilka je na hřbetní stěně kryta pluchou, která svými okraji překrývá menší plušku. Pluška ve střední části kryje podélnou rýhu obilky. Plucha spolu s pluškou chrání obilku před vnějšími vlivy. Při vaření piva ve varně se využívá filtrační vlastností pluch, které tvoří podstatný podíl mláta. K pluše a plušce směrem ke středu obilky přiléhá oplodí (perikarp) a s ním 10

11 pevně srostlé osemení (testa). Obě části obalů zrna pokrývají jeho celý vnitřek zárodek a endosperm (Kosař et al., 2000; Kling et al., 2004). Zárodek (klíček, embryo) je umístěn na spodu obilky a svou vnější částí přiléhá k pluše. Je základem budoucí rostliny, z něhož při klíčení prostřednictvím biologicky aktivních látek vychází podněty k aktivaci enzymů v aleuronové vrstvě endospermu a ve štítku (Zimolka et al., 2006). Endosperm tvoří největší část obilky. Svrchní vrstva, tzv. aleuronová, umístěná hned pod osemením, je složena z hranolových buněk, uspořádaných v řadách. Tyto buňky obsahují zásobní bílkoviny, tuk a menší množství škrobových zrn. Při dosažení podmínek pro zahájení klíčení je aleuronová vrstva aktivována růstovými regulátory hormony. Vnitřní endosperm tvoří tenkostěnné buňky, ve kterých je uložen zásobní škrob. Poměr obsahu škrobu k obsahu dusíkatých látek určuje povahu endospermu tzv. moučnatost nebo sklovitost endospermu. Moučnatý charakter endospermu svědčí o vyšším obsahu škrobu (Kosař et al., 2000) Podmínky pro pěstování jarního sladovnického ječmene Jarní ječmen určený na slad se produkuje v úrodných rajonech řepařské oblasti, kde převažují půdy typu černozemního a hnědozemního, dále půdy sprašového charakteru, v polohách do nadmořské výšky 250 m. To souvisí i s vhodnými podmínkami pro pěstování cukrovky, která je zde tradiční a převážně vhodnou předplodinou pro sladovnický ječmen. V tomto případě se jedná o nejintenzivnější oblasti ČR, jako je Polabí a Haná. Kukuřičnou výrobní oblast, vyjma extrémně suchých a teplých rajonů, kde je jarní ječmen vystaven nebezpečí zaschnutí porostů s negativními důsledky na výnos a jakost zrna, lze rovněž považovat za vyhovující. Zde spolu s cukrovkou je vhodnou předplodinou i kukuřice. V posledních letech v důsledku aridizace území se daří pěstovat sladovnický ječmen i v obilnářské oblasti. Tam je však menší jistota dosažení dobré jakosti. Bramborářská oblast je pro pěstování sladovnického ječmene nejméně vhodná (Zimolka et al., 2006). Významným faktorem ovlivňujícím pěstování jarního ječmene je půdní reakce. Ta by se v řepařské a kukuřičné oblasti měla pohybovat v rozmezí 6,2 7,2 ph, v obilnářské 5,8 6,2 ph. Kyselé půdní prostředí má negativní vliv na růst jarního ječmene i sladovnickou kvalitu, potlačuje tvorbu kořenového systému a snižuje účinnost živin (Polák, Váňová, Onderka, 1998). 11

12 Jarní ječmen během růstu odčerpá z půdy značné množství minerálních látek. Na jednu tunu zrna je průměrná spotřeba 24 kg dusíku, 12 kg kyseliny fosforečné (v přepočtu na P 2 O 5 ), 24 kg drasla (v přepočtu na K 2 O) a 4 kg hořčíku (v přepočtu na MgO), (Kosař et al., 2002). Sladovnický ječmen není vhodné pěstovat na pozemcích s vysokým utužením ornice a nevhodným vláhovým režimem půdy, na lokalitách s častým výskytem mlhy a rosy (možnost výskytu zahnědlých špiček obilek) a na pozemcích s vysokým stupněm zaplevelení (pýr plazivý, oves hluchý, pcháč oset, chundelka metlice), (Polák, Váňová, Onderka, 1998). Ječmen jarní má relativně krátkou vegetační dobu dnů, proto nástup a délka trvání jednotlivých etap organogeneze má významný vliv na výnos zrna. K zajištění růstu je třeba, aby vegetační faktory (živiny, voda, vzduch) měly rostliny k dispozici alespoň v minimálním množství, k průběhu vývojových změn (diferenciaci generativních orgánů) potřebují splnění limitovaných požadavků na vnější faktory (vývojové požadavky), hlavně teplotní a světelné, v určité výši, působících v konkrétním časovém rozsah (délka světelného dne). Ječmen potřebuje ke klíčení vláhu ve výši % hmotnosti obilky. Dalšími faktory nezbytnými pro vyklíčení zrna jsou vzduch a teplota. Pro zabezpečení dostatku vzduchu je důležité volit optimální hloubku setí. Optimální teplota je okolo 15 C, ale ječmen začíná klíčit již při 1 2 C (minimální teplota klíčení), což umožňuje velmi rané setí a pěstování jarního ječmene i v chladnějších oblastech. U jarního ječmene je obvyklá doba pro vzejití 7 10 dnů. Období klíčení a vzcházení je prvním kritickým obdobím výnosotvorného procesu, kdy se rozhoduje o konečném počtu rostlin na jednotce plochy. Je důležité, aby klíčení a vzcházení rostlin bylo rovnoměrné a pokud možno co nejkratší, neboť byla prokázána negativní korelace mezi délkou doby vzcházení a počtem vzešlých rostlin (Kling et al., 2004; Zimolka et al., 2006) Zrání zrna ječmene Období tvorby a zrání zrna začíná po opylení květu a rychlé tvorbě endospermu. Minerální látky a asimiláty proudí do semeníku, přičemž se na tvorbě asimilátů fotosyntézou podílejí všechny zelené součásti rostliny. V počátečním stádiu tvorby zrna přecházejí do zrna především minerální a dusíkaté látky, na konci zrání převažují látky bezdusíkaté. Dusíkaté látky se postupně ukládají v aleuronové vrstvě, z bezdusíkatých látek se v buňkách endospermu tvoří škrob, který je postupně zaplňuje. Dusíkaté látky 12

13 v aleuronu mění postupně svoji skladbu přibývá bílkovin a klesá obsah ostatních dusíkatých látek. Roste obsah sušiny zrna, klesá obsah vody a zvyšuje se jeho absolutní hmotnost. Dozrávání zrn ječmene má několik stádií: ve stádiu mléčné zralosti je zrno zelené. Buňky endospermu mají bohatý obsah protoplazmy a voda tvoří % hmotnosti. Zrno je měkké a kašovité. Ve stádiu žluté, voskovité zralosti končí přívod živin do klasu a zrna. Nastává moučnění zrna, obsah vody klesá na %, zrno nabývá žluté barvy, zárodek je plně vyspělí. Počíná zasychání listů a stébla, činnost enzymů končí. V posledním stádiu sklizňové zralosti je rostlina, až po praporcový list odumřelá, pluchy zežloutly. Obsah vody v zrnu činí asi 17 %. Optimální sklizňová vlhkost se pohybuje okolo 15 % vody. Při nižší vlhkosti hrozí nebezpečí zvýšeného mechanického poškození zrna, při vyšší vlhkosti mohou být obilky rozmačkány. Pokud není zrno sklizeno v plné zralosti, dochází časem ke sklizňovým ztrátám vlivem poléhání porostu. Poškození zrna žacími mlátičkami je běžné. Nebezpečné jako přezrání porostu je i předčasná sklizeň tzv. podtržení ječmene. Takový ječmen má dlouhou dobu posklizňového dozrávání. I při optimálním skladování je energie klíčení trvale snížena a sladovací procesy probíhají pomalu, čímž se snižuje extraktivnost (Kosař at al., 2000; Kling et al., 2004) Posklizňové dozrávání Pro zajištění výroby kvalitního sladu je nezbytné, aby bylo zrno dostatečně vyzrálé a dosáhlo v co nejkratší době maximální klíčivé energie. Nízká klíčivost ovlivňuje negativně průběh sladovacího procesu, nevyklíčená zrna jsou vhodným substrátem pro rozvoj plísní a dalších nežádoucích mikroorganismů (Černý at al., 2007). K tomu, aby obilka dosáhla plné klíčivosti, tj. aby hodnoty klíčivosti byly shodné s klíčivou energií, potřebuje projít obdobím tzv. posklizňového dozrávání, na jehož konci překoná dormanci (klíčivý klid), (Zimolka et al., 2006). Po sklizni je nezbytné co nejdříve ošetřit obilí tak, aby nedocházelo ke ztrátám kvality. Žádoucí je zrno předčistit a upravit jeho vlhkost (pokud je potřeba) na %. Vlhkost se upravuje pouze aktivním nepředehřátým vzduchem, aby se zabránilo nežádoucímu zvýšení teploty. Kritické hodnoty teplot, zapříčiňující biologické poškození zrna, jsou již v rozmezí 35 až 45 C. K bezpečnému snížení vlhkosti se nejlépe hodí roštové sušárny s aktivní ventilací studeným vzduchem případně s možností promíchání. Při uskladnění obilí na velkých hromadách po delší 13

14 dobu je vhodné čas od času použít aktivní provětrání studeným vzduchem, i když není potřeba regulovat vlhkost (Černý et al., 2007). Délka posklizňového dozrávání patří k odrůdovým znakům, ale zároveň je významně ovlivněna environmentálními faktory, hlavně počasím. Obvyklá doby posklizňového dozrávání je v závislosti na odrůdě 4 8 týdnů, výrazně se však prodlužuje v ročnících s mimořádně nepříznivým průběhem počasí (až na několik měsíců), (Zimolka et al., 2006). 2.2 Výběr a charakteristika sladovnických odrůd Surovinou pro výrobu sladu je zrno ječmene, na jehož kvalitu kladou sladovny své požadavky. Kvalita dané partie zrna odrůdy je zjistitelná laboratorními rozbory, avšak sladovnickou jakostí odrůd je myšlen jejich genetický potenciál, tj. dědičně fixované schopnosti produkovat zrno vysoké jakosti. Na realizaci genetického potenciálu mají silný vliv podmínky prostředí (průběh počasí, půda, předplodina, výživa, polehnutí porostu, stupeň napadení chorobami a škůdci, způsob sklizně, posklizňová úprava, aj.). Sladovnická kvalita suroviny se tedy vytváří během celé vegetace porostu (Ehrenbergerová et al., 1997). Z hlediska genetického je kvantitativním znakem výnos, podobně jako odolnost k poléhání, ranost a rovněž znaky ovlivňující sladovnickou kvalitu (obsah bílkovin v zrnu, extraktivnost a diastatická mohutnost). Takové znaky jsou kódovány několika geny malého účinku (minor geny) a proto je šlechtění na tyto znaky obtížnější. Znaky kvalitativní jako např. barva aleuronové vrstvy, osinatost, odolnost k vypadávání zrna i rezistence k některým chorobám jsou geneticky kontrolovány major geny, tj. geny velkého účinku (Chloupek, 1995). Požadavky na informace o kvalitě suroviny si v druhé polovině 20. století vynutily zavedení mikrosladovací zkoušky. Mikrosladovací zkouška s sebou přinesla i kvalitativně novou skupinu technologických parametrů hodnotících jakost vyrobeného sladu. Technologické parametry informují o reakci zkoušené odrůdy na použitou technologii vlastního sladovacího procesu a zároveň o tom, jak se bude surovina v průběhu dalšího technologického procesu (v průběhu výroby piva) chovat. Technologické parametry mají dnes význam v oblasti hodnocení odrůd ječmene a při kontrole a deklaraci kvality vyrobeného sladu. Vedle zavádění nových metod detekce jakosti sladovnického ječmene dochází zároveň ke sjednocování metod, podle kterých 14

15 jsou ječmen, slad, sladina a další suroviny pro výrobu piva hodnoceny. Vrcholem snahy po objektivním posouzení jednotlivých odrůd sladovnických ječmenů jsou pokusy s perspektivními odrůdami v rámci Evropské pivovarské konvence EBC (European Brewery Convention). Vybrané odrůdy jsou pěstovány a zpracovány v jednotlivých členských státech této organizace. Vzorky jsou za standardních podmínek mikrosladovány. Slad a sladina vyrobená kongresním rmutovacím postupem je analyzována standardními metodami (Kosař et al., 2000). Ve sladařském ústavu VÚPS, a.s. v Brně jsou každoročně technologické parametry sledovány u celého sortimentu odrůd sladovnického ječmene přibližně od 30. let 20. století. Vzorky sledovaných odrůd jsou odebírány vždy z několika státních odrůdových zkušeben. Všechny vzorky jsou mikrosladovány za stejných podmínek. Zrno ječmene, slad a sladina jsou analyzovány podle mezinárodně uznávaných metod EBC. Pravidelně jsou zjišťovány technologické parametry: extrakt v sušině sladu, relativní extrakt při 45 C, Kolbachovo číslo, diastatická mohutnost, dosažitelný stupeň prokvašení, obsah β glukanů ve sladině a friabilita. Vedle znaků jako jsou obsah bílkovin v zrnu ječmene, podíl zrna nad sítem 2,5 mm je zjišťována ještě řada dalších. Každoročně je tak získán obraz o sladovnické kvalitě jednotlivých odrůd ječmene (Kosař et al., 2000). Odrůdová skladba se neustále mění. Aktuální údaje o nových odrůdách ječmene je možno získat v každoročně vydávaných zprávách a publikacích Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského v Brně a VÚPS, a.s., Sladařského ústavu v Brně. Registrované odrůdy zapsané ve Státní odrůdové knize k , pro jarní dvouřadý ječmen jsou: Acrobat, Advent, AF Lucius, Akcent, Aksamit, Akvit, Amulet, Annabell, Azit, Beatrix, Bernstein, Blation, Blaník, Bojos, Bolina, Braemar, Calgery, Class, Diplom, Faustina, Henley, Henrike, Heris, Jersey, Kangoo, Kompakt, Kontiki, Malz, Marthe, Nitran, Nordus, Pejas, Poet, Prestige, Pribina, Publican, Radegast, Respekt, Scarlett, Sebastian, Signal, Signora, Spilka, Strelf, Tocada, Tolar, Vista, Westminster, Xanadu. Bez ověřené užitné hodnoty Ebson, Pedant (ukzuz.cz, 2010). Obdobně jako v jiných zemích Evropské unie i v České republice jsou vytvářeny Seznamy doporučených odrůd hlavních polních plodin, jejichž cílem je: usnadnit orientaci uživatelů v širokém sortimentu nabízených odrůd, 15

16 poskytnout objektivní a nezávislé informace o odrůdách a jejich vhodnosti pro pěstební podmínky v České republice pěstitelům a zpracovatelskému průmyslu. Doporučené sladovnické odrůdy ječmene jarního, pro rok 2009 Aksamit, Blaník, Bojos, Diplom, Jersey, Prestige, Radegast, Sebastian, Tolar, Xanadu. Předběžně doporučené sladovnické odrůdy Aktiv, Kangoo, Marthe, Publican (ukzuz.cz, 2010) ČSN Norma ČSN Ječmen sladovnický je předmětovou normou, ve které jsou stanoveny požadavky našeho zpracovatelského průmyslu, tj. sladoven a pivovarů, na kvalitu zrna sladovnického ječmene. Hodnocení kvality zrna sladovnického ječmene jako surovinu pro výrobu sladu a následně piva a případně i dalších produktů se využívá pro stanovení ceny, sledování změny kvality v průběhu sladování apod. Norma ČSN Ječmen sladovnický platná 1. ledna 2006: zohledňuje obecně používané mezinárodní metody a postupy hodnocení zrna sladovnického ječmene, především metody EBC, umožňuje získat objektivní informace o hodnocených vzorcích zrna sladovnického ječmene, deklaruje základní parametry kvality pro šlechtitele, pěstitele a obchodníky (Zimolka et al., 2006) Ukazatel sladovnické jakosti (UJS) Ukazatel sladovnické jakosti hodnotí kvalitu jednotlivých odrůd. Úroveň jednotlivých znaků je výsledkem interakce mezi genotypem a prostředím. Je rozdíl mezi jakostí odrůdy a jakostí konkrétní partie (Černý et al., 2007). Výběr hodnocených znaků pro ukazatele sladovnické jakosti byl proveden pivovarskými a saldařskými odborníky z České republiky a ze Slovenské republiky v roce Váhy hodnocených znaků a limitní hodnoty byly stanoveny na základě požadavků ze strany výrobců sladu a piva. Výsledek hodnocení se vyjadřuje v rámci devítibodové stupnice. UJS nabývá hodnot od 1 (nejhorší, nepřijatelná) do 9 (nejlepší, optimální), (Psota, Kosař, 2002). UJS 4 9 bodů sladovnické odrůdy, UJS méně než 4 body nesladovnické odrůdy. 16

17 Podle ukazatele sladovnické jakosti lze jednotlivé odrůdy rozčlenit do několika skupin: Výběrové odrůdy (UJS 7 až 9) Diplom, Jersey, Malz, Prestige, Sebastian aj. Standardní odrůdy (středně jakostní UJS 4 6) Akcent, Annabel, Atribut, Calgary, Forum, Kompakt, Madeira, Madonna, Maridol, Philadelphia, Sabel, Scarlett, Novum, Terno, Tolar aj. Nestandardní odrůdy (nesladovnické UJS méně než 4) Ditta, Heris, Ladik, Orbit, Pax, Pejas, Primus, Prosa, Stabil, Viktor aj. Odrůdy vhodné pro české pivo Tolar, Bojos, Aksamit, Blaník, Malz aj. (Černý et al., 2007). V rámci UJS jsou hodnoceny tyto znaky: Obsah dusíkatých látek (bílkovin) v obilce nesladovaného ječmene. Optimální hodnoty tohoto znaku se pohybují v oblasti 10,7 11,2 % v sušině. Výrazně vyšší a výrazně nižší hodnoty jsou nežádoucí a způsobují vážné technologické problémy. Obsah extraktu (extraktivnost) v sušině sladu je odrazem úrovně modifikace škrobu. Za optimum jsou u tohoto významného ekonomického znaku považovány hodnoty vyšší než 82 %. V současné době jsou registrovány odrůdy i s extraktem 83 %. Relativní extrakt při 45 C tento znak informuje o celkové enzymatické aktivitě kromě amylázového komplexu. Za optimum je považována hodnota kolem 37 %. Kolbachovo číslo charakterizuje úroveň modifikace dusíkatých látek. Úzce koreluje s obsahem rozpustného dusíku ve sladu. Pohybuje se kolem 40, výrazně vyšší hodnoty jsou nežádoucí. Diastatická mohutnost charakterizující aktivitu amylolytických enzymů (především β-amylázy). Všechny sladovnické odrůdy dosahují optimálních hodnot nad 250 j.wk. 17

18 Dosažitelný stupeň prokvašení vypovídá o celkové kvalitě složení sladiny. Za optimální jsou u tohoto znaku považovány hodnoty nad 82 %. Friabilita (křehkost) za optimální jsou považovány hodnoty kolem 85 %. Některé nově vyšlechtěné odrůdy vykazují vyšší moučnatost endospermu a mohou dosáhnout i hodnot nad 90 % friability, což může způsobovat vyšší ztráty při přepravě sladu. Obsah β-glukanů ve sladině - charakterizují úroveň degradace buněčných stěn. Za optimální jsou u tohoto významného ekonomického znaku považovány hodnoty do 150 mg/l. Hodnoty nad 200 mg/l jsou považovány za nežádoucí (Kosař et al., 2000). Tab. 1 Ukazatel sladovnické jakosti (Zimolka et al., 2006) 2.3 Chemické složení obilky Ječmen obsahuje % sušiny a % vody. Nižší procento vody je nepřijatelné, neboť voda je součástí buněčné protoplazmy a její nižší obsah by měl negativní vliv na technologickou jakost. Naopak vyšší procento vlhkosti by způsobilo problémy při skladování. Sušina tvoří organické (dusíkaté a bezdusíkaté sloučeniny) a anorganické látky (Kosař et al., 2000). 18

19 Tab. 2 Chemické složení obilky ječmene (Kosař et al., 2000) Anorganické látky Obsah minerálních látek (popelovin) v sušině se uvádí kolem 2 %, jejichž nejvyšší koncentrace je v obalových vrstvách obilky, nejnižší v endospermu. Množství jednotlivých minerálních látek v rostlině je značně ovlivněno jejím zásobením živinami během růstu i zráním a podmínkami při pěstování. Význam anorganických látek spočívá především v regulaci biosyntézy vysokomolekulárních organických sloučenin (škrobu, bílkovin, nukleových kyselin apod.). Velký význam mají stopové prvky obsažené v ječmeni, např. zinek, mangan, měď a bor, které jsou důležité pro činnost řady enzymů nebo koenzymů a pro technologii výroby piva (Ehrenbergerová, 2001). 19

20 Tab. 3 Složení popele ječmene (Basařová et al., 1985) Organické látky Největší podíl organických látek v zrnu ječmene představují především sacharidy, které tvoří asi 80 % hmotnosti ječného zrna. V zrnu ječmene se nachází pestrá paleta sacharidů od jednoduchých cukrů až po vysokomolekulární sacharidy. Liší se i obsah jednotlivých sacharidů podle částí zrna. Např. mono a disacharidy, nazývané obvykle cukry, jsou soustředěny především v klíčku, kde mají biologické funkce (Zimolka et al., 2006) Škrob Nejvíce zastoupenou složkou ze sacharidů % v sušině zrna i více. Je rezervním polysacharidem a zásobárnou živin pro klíček v době jeho klíčení. Vzniká enzymaticky z jednoduchých sacharidů v procesu asimilace CO 2 při fotosyntéze. Ukládání glukosy získané fotosyntézou ve formě škrobu silně snižuje velké intracelulární osmotické tlaky, kterým by jinak byly buňky vystaveny. V cytoplazmě rostlinných buněk je škrob uložen v nerozpustných granulích, jejichž velikost a tvar závisí na rostlinném původu. Ve zralém zrnu je škrob zastoupen výlučně v endospermu, ale není zde rozmístěn pravidelně. V endospermu ječmene se nacházejí dvě velikosti škrobových granulí velké, které se označují jako typ A, a malé, označované jako typ B. Škrobové granule se liší nejen velikostí, ale i složením a schopností se odbourávat (Kosař et al., 2000). 20

21 Tab. 4 Granule sladového škrobu (Kosař et al., 2000) Většina ječmenných škrobů, stejně jako ostatní obilná zrna, obsahují dvě základní složky: Amylóza (asi 25 %) je složkou většiny obilných škrobů méně zastoupenou. Je lineární α-d-(1 4)-glukan a proto je vlastně polymerem disacharidu maltózy. V omezené míře dochází k větvení asi na deseti místech molekuly. Molekulová hmotnost amylózy je až Jodem se amylóza barví modře. Ve vodě se rozpouští bez vzniku mazu (Velíšek, 2002; Baik et al., 2008). Amylopektin (asi 75 %) molekula amylopektinu se skládá z řetězců D- glukózových jednotek vázaných α-(1 4) vazbami (polymer maltózy), z nichž se po (průměrně po 25) jednotkách odvětvují vazbou α-(1 6) postranní řetězce (stavební jednotka je isomaltóza). Prostorové uspořádání amylopektinu ovlivňuje mazovatění škrobu. Molekulová hmotnost při 6000 až glukózových jednotkách je desetkrát větší než u amylózy. Jodem se barví červeně až červenofialově (Velíšek, 2002). Nízkomolekulární sacharidy obsahuje zrno ve srovnání s polysacharidy podstatně méně, celkové množství nízkomolekulárních cukrů i poměrné zastoupení jsou závislé na stupni zralosti zrna. Zastoupeny jsou především sacharóza (1 2 %) a rafinóza (0,3 0,5 %), a to zejména v klíčcích. Maltóza, glukóza a fruktóza jsou přítomny ve stopovém množství (0,1 %) hlavně v endospermu a dále jsou přítomny 21

22 fruktany (neredukující polymery fruktózy), (Kosař et al., 2000). Maltóza je složena ze dvou molekul glukózy, sacharóza (řepný cukr) je tvořena molekulou glukózy a fruktózy a jejich směs se nazývá invertní cukr. Maltóza vzniká jako poslední produkt hydrolýzy škrobu a u narušeného škrobu se vyskytuje ve větším podílu (Zimolka et al., 2006). Zrna ječmene obsahují % neškrobových polysacharidů: celulosy, hemicelulosy, ligninu a gumovitých látek. Celulosa - tvoří 4 7 % ječného zrna. Je hlavní stavební složkou pluchy. Obsažena je i v klíčku, oplodí a osemení. Celulosa je složena z glukózových zbytků, vázaných 1,4-β-glykosidickými vazbami, hlavní stavební jednotkou je disacharid celobióza. Neúčastní se metabolismu probíhajícího v zrnu, při sladování a rmutování se nemění. Ve vodě je nerozpustná a chemicky i enzymově těžko štěpitelná (Kosař et al., 2000). Hemicelulózy jsou zastoupeny hlavně v endospermálních buněčných stěnách obilovin a tvořeny asi ze 75 % β-glukany a z 20 % arabinoxylany (pentózany starší název). V pluchách je naopak více arabinoxylanů, méně β-glukanů a nepatrné množství glukuronové kyseliny (Ehrenbergerová, 2001). Vyšší obsah β-glukanů v pivovarských surovinách je ze sladařského a pivovarského hlediska považován za nežádoucí. Jedním z důsledků vysokých hodnot β-glukanů ve sladu je neúplný rozklad buněčné stěny a z toho plynoucí slabá mobilizace škrobu a zásobních proteinů. Další nežádoucí vlastnost β-glukanů je spojena s vytvářením vysoce viskózních vodních roztoků. To může vést k problémům při filtraci v různých fázích vaření piva. Přítomnost nerozložený β-glukanů může také škodlivě působit na stabilitu piva během skladování (tvorba zákalů, srážení v konečném produktu, tvorba chladových zákalů ve spojení s polyfenolickými sloučeninami, proteiny a ostatními polysacharidy), (Kosař et al., 2000). Rozpustnost β-glukanů se zvyšuje s teplotou, při 40 C se extrahuje asi 20 % β-glukanů ječmene. Při vystírání a následném rmutování se extrahují ve vodě rozpustné frakce β-glukanů, dochází k hydrolýze doprovodných proteinů karboxypeptidázami a rozpouštějí se původně nerozpustné frakce. Při rmutování dochází současně k enzymové hydrolýze β-glukanů, endo-β-(1 3), (1 4)-glukanázou, dále endo-β-(1 3)-glukanázou a β-glukosidázou (laminarinasou). Jako produkty vznikají rozpustné β-glukanové dextriny se smíšenými vazbami a dextriny s vazbami β-(1 3), finálními produkty jsou cellobióza, laminaribióza a glukóza. Teplota při rmutování proto nesmí tyto enzymy inaktivovat (Velíšek, 2002). 22

23 β-glukan je polysacharid, který je tvořen z glukózových jednotek vázaných vazbami β-1,3 a β-1,4, kde vazba (1 3)-β-glukosidická je zastoupena asi z 30 %, zbytek tvoří vazba (1 4)-β-glukosidická. Celkové zastoupení β-glukanů v ječném zrnu se nachází v rozmezí od 2 do 11 % hmotnosti zrna v závislosti na odrůdě a na půdně klimatických podmínkách. Obvyklá hodnota je 3 7 % (Kosař et al., 2000; Baik et al., 2008). Arabinoxylany (pentózany) jsou polymery obsahující v molekulách podstatný podíl pentóz (nejvíce arabinózy a xylózy). Strukturně se jedná o polysacharid arabinoxylan. Lze je rozdělit na nerozpustné ve vodě, tzv. hemicelulózy (jež doprovázejí celulózu v buněčných stěnách) a rozpustné slizy. V obalových vrstvách jsou i nerozpustné arabinoxylany, rozpustné jsou obsaženy především v aleuronové vrstvě (Ehrenbergerová, 2001). Obilné arabinoxylany někdy obsahují hexózy a hexuronové kyseliny, ale spíše jen jako méně zastoupené složky. Arabinoxylany mohou tvořit asi jen 1,5 % hmotnosti ječného endospermu, ale jejich schopnost tvořit vysoce viskózní roztoky může značně ovlivnit technologické využití ječmene (Han, 2000; Kosař et al., 2000; Izydorczyk and Edeny, 2003). Lignin se vyskytuje v množství asi 2 % jako inkrustační složka celulózy v obalových částech zrna. Jedná se o fenolový polymer vyztužující a zpevňující buněčné stěny rostlinných buněk. Přesné chemické složení se různí podle rostlinného původu (Kosař et al., 2000). Gumovité látky jsou tvořeny v podstatě rozpustnými β-glukany a arabinoxylany, tvoří s vodou koloidní, vysoce viskózní roztoky. Jejich obsah v ječném zrnu bývá podobný jako ligninu, asi 2 % (Zimolka et al., 2006) Lipidy Tuky rozpustné v éteru, jsou složeny hlavně z triglyceridů (triacylglycerolů). Jsou obsaženy hlavně v aleuronové vrstvě, pluchách, ale převážně v klíčku, v celkovém množství 2 9 % podle odrůdy a pěstebních podmínek. Kromě tzv. volných lipidů jsou lipidy ječného zrna vázány na jiné složky (např. lipoproteiny, glykoproteidy, estery fosfolipidů s cukernatými sloučeninami). Ve volné formě jsou přítomny převážně nenasycené mastné kyseliny linolová, olejová a palmitová. Při sladování se částečně spotřebují v rámci látkové výměny při dýchání, převážná část však zůstává ve sladovém 23

24 mlátu. Nepatrný podíl přechází do mladiny při rmutování a může ovlivnit i chuťové vlastnosti a pěnivost piva. K lipidickým sloučeninám se řadí i tzv. hořké látky ječného zrna hořké pryskyřice, vyskytující se v pluchách, které mají typickou svíravou chuť a antiseptické účinky (Aman and Newman, 1986; Zimolka et al., 2006). Fosfáty jsou asi z poloviny tvořeny fytinem (0,9 % sušiny ječmene). Fytin je ester kyseliny fosforečné a inositolu. Vyskytuje se v pluchách ve formě vápenato - hořečnaté soli. Fosfáty mají důležitý fyziologický význam pro klíčení. Podílejí se při udržování ph při klíčení, ale i v mladině a v pivu (Aman and Newman, 1986). Polyfenoly jsou to tříslovinné látky, které se nacházejí zejména v obalových částech zrna a v aleuronové vrstvě. Celkové množství se pohybuje od 0,1 do 0,6 % sušiny a závisí na odrůdě, pěstebním místě a ročníku. Čím je vyšší obsah bílkovin, tím nižší bývá obsah polyfenolů. K fenolovým sloučeninám patří jednoduché fenolové kyseliny, které jsou v obilce volné i vázané: syringová, vanilinová, ferulová, p-hydroxybenzoová. Častěji se vyskytují ve formě glykosidů nebo esterů, např. kyselin chlorogenové, isoferulové, kávové, skořicové apod. Řada z nich funguje jako inhibitory klíčení. Při máčení ječmene se částečně vyluhují (Bamforth, 2009). Tanoidy jsou nízkomolekulární a středněmolekulární polyfenolové látky. Obsah tanoidů se obecně dává do vztahu s množstvím bílkovinných zákalů piva, s intenzitou hořkosti, chuti a plnosti piva (Kosař et al., 2000). Anthokyanogeny významná skupina z hlediska chuti a koloidní stability piva. Jsou přítomny zejména v aleuronu a jejich nosičem je bílkovina hordein. Při zahřátí v kyselém prostředí se mění na barevné anthokyanidiny. Sloučeniny typu flavandiolů další polymerací dávají složité polyfenoly, které mají tzv. tříslovinnou sílu, což znamená schopnost vázat vysokomolekulární dusíkaté sloučeniny a vylučovat je tak z roztoků. Tato schopnost je klíčovou pro tvorbu lomu mladina a pro tvorbu koloidních zákalů piv. Tříslovinná síla ječných polyfenolů je nižší než chmelových. Fenolové sloučeniny, které dodávají sladu úlohu v organoleptické stabilitě piva, a to potlačením oxidačních procesů během výroby a skladování piva. Odstranění těchto sloučenin pro zlepšení koloidní stability může způsobit zhoršení organoleptické stability piva (Aman and Newman, 1986; Kosař et al., 2000). 24

25 Dusíkaté látky Tvoří významnou složku organických látek zrna ječmene. Jejich obsah je však velmi variabilní vlivem vnějších podmínek (závislost na odrůdě, složení půdy, hnojení, předplodině, na klimatických podmínkách a době vegetace), do jisté míry určuje, zda je zrno vhodné pro sladovnické účely. Za optimum pro sladovnický ječmen se pokládá obsah dusíkatých látek vyjádřený jako obsah bílkovin (N x 6,25), v rozmezí 10 až 11,5 %. Tvorba bílkovin v ječmeni je založena na příjmu amoniaku a obsahu organických kyselin, které vznikají jako meziprodukty štěpení sacharidů. Syntéza bílkovin a aminokyselin probíhá v systému enzymových reakcí za účasti ATP, ribonukleových kyselin a ribozomů (Kosař et al., 2000). Bílkoviny v ječném zrnu jsou uloženy v aleuronové vrstvě jako lepkové bílkoviny, pod aleuronovou vrstvou na vnější straně endospermu jsou tzv. fyziologické neboli rezervní bílkoviny. Histologické neboli tkáňové bílkoviny se nalézají v membránách buněk endospermu. Celkově lze dusíkaté látky rozdělit do dvou základních skupin: dusíkaté látky typu bílkovin a jejich štěpných produktů (aminokyseliny, peptidy, peptony, albumosy a pravé bílkoviny proteiny), dusíkaté látky nebílkovinné povahy (některé dusíkaté báze, složky fosfatidů, malé množství amidů a amonných solí). Proteiny tvoří největší podíl dusíkatých látek. Rozdělují se podle fyzikálně - chemických vlastností do čtyř skupin: Albuminy (leukosiny) jsou rozpustné ve vodě a ve zředěných roztocích solí, kyselin a hydroxidů. Molekulová hmotnost je přibližně a představují 4 % všech bílkovin v ječmeni. Globuliny (edestin) se podílejí asi z 18 % na celkovém obsahu bílkovin. Jsou rozpustné v roztocích elektrolytů. Zásadní technologický význam se přisuzuje β-globulinu, který při ph 4,9 a vysokém obsahu síry tvoří zákaly piva. Prolaminy (hordeiny) tvoří největší podíl z celkového obsahu bílkovin (asi 37 %) a jsou uloženy hlavně v aleuronové vrstvě. Jsou rozpustné v 70 % alkoholu a nerozpustné ve vodě a v roztocích solí. Jsou zásobárnou bílkovin, jejichž množství je značně ovlivněno zásobou přijatelného dusíku v půdě. 25

26 Elektroforeticky se dělí, čehož se využívá pro určování odrůdové čistoty. Množství hordeinů je v nepřímé závislosti na obsahu antokyanogenů. Během sladování se silně štěpí (až z 50 %), (Celus et al., 2006). Gluteliny (gluteniny) v celkovém množství bílkovin jsou zastoupeny asi 32 % a nacházejí se převážně v aleuronové vrstvě. Jsou lehce rozpustné v alkalických nebo zalkalizovaných rozpouštědlech, v neutrálních rozpouštědlech jsou nerozpustné. Většinou přecházejí do mláta. Při jejich zvýšeném obsahu lze předpokládat horší rozluštění sladu (Kosař et al., 2000; Qi et al., 2006). Dále jsou v zrnu složené (konjugované) bílkoviny neboli proteidy. Jsou to organické dusíkaté látky, které hydrolýzou poskytují jednak bílkoviny a jejich štěpné produkty a jednak látky nebílkovinné. Rozdělují se do pěti skupin: Fosfoproteiny (protein + fosfát) jsou důležitými hydrolázami. Glykoproteiny (protein + cukr) doprovázejí většinou albuminy a často mají funkci koenzymů. Lipoproteiny (protein + lipid) jež působí negativně na pěnivost piva. Chromoproteiny (protein + barevný komponent) obsahují barevné složky anthokyanogeny, chlorofyl apod. Nukleoproteiny (protein + nukleové kyseliny) nebílkovinná část, tj. nukleové kyseliny, tvoří 0,2 až 0,3 % sušiny ječmene a jsou nejdůležitější proteidy v zrnu. Jsou tvořeny z nukleotidů složených z pentózy, fosfátu a dusíkatých bází (Ehrenbergerová, 2001) Vitaminy Vyskytují se především v aleuronových a obalových vrstvách zrna a klíčku (zárodku). Mnohé z nich tvoří součást aktivních skupin různých enzymů, a tím působí na enzymatickou aktivitu klíčícího zrna. Z vitamínů komplexu B jsou v ječmeni přítomny: vitamin B 1 thiamin (0,12-0,74 mg/100 g suš.), vitamin B 2 riboflavin (0,10 0,37 mg/100 g suš.), nikotinová kyselina (8,0 15,0 mg/100g suš.), vitamin B 6 (0,30 0,40 mg/100 g suš.). V ječmeni je dále přítomen vitamin C, vitamin H (biotin), kyselina pantotenová, α-aminobenzoová, listová a provitamin A (karotenoidy). Dále je přítomen vitamin E (α-, β-, γ- a δ- tokoferoly), který je přítomen v zárodečné části zrna. Všechny 26

27 tokoferoly jsou účinnými antioxidanty, látkami, které jsou schopny zabránit oxidaci organických molekul a potlačit škodlivé účinky volných radikálů (např. radikálů superoxidu). Do antioxidativních vitamínů se řadí i ve vodě rozpustný vitamin C. Přítomnost přírodních antioxidačních činidel v ječmeni (a ve sladu) je důležitá pro organoleptickou stabilitu piva (Kosař et al., 2000). 2.4 Výroba sladu Z technologického hlediska je slad jednou ze základních surovin pro výrobu piva. Jakost sladu ovlivňuje vlastní výrobu piva, jeho vlastnosti, chemické složení a stabilitu. Cílem sladování je zajistit řízením klíčení, ekonomicky s co nejnižšími ztrátami aktivaci a syntézu nových enzymů, jejichž katalytického působení se později využívá k přeměně rezervních látek zrna. Nedostatečná tvorba, stejně jako nadbytek enzymů (přeluštění zrna) je nežádoucí, neboť snižuje výtěžek a jakost sladu. Výroba sladu lze rozdělit do 5. výrobních fází: nákup, příjem, čištění, třídění a sladování ječmene, máčení ječmene, klíčení ječmene, hvozdění zeleného sladu, úprava hotového výrobku, jeho skladování a expedice (MacLeod, 2004; Pelikán et al., 2004) Příjem, čištění a skladování ječmene Zrno ječmene nakoupí sladovny buď přímo od pěstitelů ječmene, nebo od obchodních organizací. Základem dodavatelsko - odběratelského vztahu je kupní smlouva, která se řídí pravidly Obchodního zákoníku. Při přejímce ječmene se provádí základní rozbor, jehož obsah je uveden v kupní smlouvě (Kosař et al., 2000). K důležitým zařízením ve sladovnách patří správně fungující automatické váhy. Ječmen je nutno vážit při příjmu, po vyčištění a před namočením do náduvníků. Hotový slad se váží po odklíčení a při expedici (Daněk and Brožek, 1980). Základním požadavkem je, aby nakoupený a přijatý ječmen byl rychle vyčištěn, vytříděn a uskladněn čistý, bez příměsí, a rozlišen podle odrůd a jakosti. Dobré 27

28 vyčištění a vytřídění ječmene je předpokladem vyrovnané jakosti sladu, menších skladovacích a sladovacích zrát (Kosař et al., 1997). Zrno se čistí v čistírně na základě velikosti (síta), hmotnosti (aspiratéry), tvaru a délky (triéry). Železné příměsy se odstraňují na elektromagnetech nebo permanentních magnetech, které se zařazují zpravidla za aspiratér. Vyčištěný ječmen se pak třídí na podíl nad sítem 2,5 mm (I. třída) a podíl nad sítem 2,2 mm (II. třída). Propad pod sítem 2,2 mm tvoří zadinu, která se nesladuje a používá se ke krmení. Každá třída se sladuje samostatně. Během skladování musí být zajištěna soustavná kontrola teploty a výskyt skladištních škůdců (Pelikán et al., 2004) Máčení ječmene Cílem máčení je zvýšit obsah vody v zrnu podle typu vyráběného sladu na % i více, aby se zabezpečil optimální průběh klíčení a enzymových reakcí a při únosné spotřebě vody odstranit splávky, lehké nečistoty a umýt zrno. Máčení zrna se provádí v náduvnících, pokud možno při konstantní teplotě, v létě 12 C, v zimě 15 C. Konstrukce náduvníků, které jsou umístěny v máčírně, v blízkosti zařízení pro klíčení ječmene, jsou velmi rozdílné, od nejjednodušších bez větrání a odsávání CO 2 až po zařízení s plnou automatizací dávkování vzduchu, odsávání CO 2, s přečerpáváním a s možností regulace teploty. Jsou zhotoveny ze železobetonu nebo ocelového plechu. Půdorys je čtvercový, obdélníkový nebo kruhový, spodní část je konická, aby se dobře vyprazdňovaly. Počet náduvníků je určen kapacitou klíčení. Jejich napouštění musí být rychlé, nejdéle 1 h. Přečerpávací zařízení (čerpadlo a potrubí) musí být konstruováno tak, aby se zrno mechanicky nepoškozovalo (Kosař et al., 2000). Suché zrno přijímá zpočátku vodu rychle, pak příjem vody klesá. Na rychlost příjmu vody zrnem má vliv celá řada činitelů. Odrůdy ze suchých oblastí přijímají zpravidla vodu rychleji, než ječmeny vypěstované ve vlhčích regionech. Větší obilky přijímají vodu pomaleji než obilky malé. Zrno moučnaté přijímá vodu rychleji než zrno sklovité. Proto pro stejnoměrné máčení a optimální stupeň domáčení musí být ječmeny dobře vytříděny. Z vnějších faktorů ovlivňuje rychlost máčení nejvíce teplota vody. Důležitým požadavkem je zajistit dostatečný přívod kyslíku, neboť intenzivní dýchání zrna zvyšuje příjem vody. Aerace se zajišťuje vzdušnými přestávkami, přečerpáváním nebo přímým vháněním vzduchu do náduvníku. Nedostatečná aerace snižuje extraktivnost sladu, slad pak obsahuje větší počet nevyklíčených obilek a nedostatečné rozluštění bílkovin, takže u piva dochází snadněji ke koloidním zákalům. Ve sladovnách 28

29 se obvykle používá moderní technologie vzdušného máčení, přičemž celková doba ječmene pod vodou je max. 1/3 celkové doby máčení, zbytek doby jsou vzdušné přestávky (Kosař et al., 1997; MacLeod, 2004). Vyhovující stupeň domočení zrna, který kolísá u plzeňských sladů obvykle od %, u bavorských od %, se dosáhne při teplotě máčecí vody 12 C za h, podle vlastností ječmene a použitého způsobu máčení. Spotřeba vody se udává na 7 m 3 /t zrna. Jelikož na stupni domočení zrna závisí přímo činnost enzymů, musí se před zahájením kampaně u každého ročníku pokusně zjistit optimální technika máčení a stupeň domočení zrna, který se pak musí v běžném provozu striktně dodržovat (Pelikán et al., 2004) Klíčení ječmene Cílem klíčení je aktivace a syntéza enzymů, docílení požadovaného rozluštění (vnitřní přeměny) zrna při minimálních nákladech a únosných sladovacích ztrátách. S působením enzymů při klíčení souvisejí chemické přeměny zásobních látek a viditelné změny na obilkách, a to: změny morfologické růst obilek, vývin střelky a kořínků, změny histologické postupné měknutí endospermu, tj. dosažení cytologického rozluštění zrna, změny metabolické, štěpení vysokomolekulárních rezervních látek, hlavně bílkovin a škrobu na jednodušší rozpustné sloučeniny (Pelikán et al., 2004). Nejdůležitější procesem při klíčení a současně při sladování je nová tvorba a aktivace enzymů. Nárůst aktivity, resp. syntéza nových enzymů, je iniciována prostřednictvím činnosti fytohormonů. Tyto hormony se skládají z gyberelové kyseliny a dalších příbuzných látek, které putují přes endosperm do aleuronové vrstvy. Zde vznikají nové volné aminokyseliny a nové enzymy. Nejprve vzniká β-glukanáza, poté α-amyláza a proteáza. Enzym β-amyláza není tvořen v aleuronu, nýbrž volně v endospermu. Podmínky pro syntézu nových enzymů a k nárůstu aktivity stávajících enzymů je zajištění dostatečného množství metabolické energie. Ta je získávána oxidačním odbouráváním zásobních látek. Oba procesy dýchání i nárůst enzymové aktivity probíhají současně. Dostatek kyslíku v průběhu máčení a v počátečním stadiu klíčení vede k výrobě vysoce enzymatických sladů (Kosař et al., 2000). 29

30 Amylázy patří k nejdůležitějším enzymům sladu. S pomocí amyláz mohou být později odbourány škroby při rmutování. α-amyláza není v ječmeni přítomna. Největší množství tohoto enzymu se tvoří od druhého do čtvrtého dne klíčení. β-amyláza je přítomna v malém množství již v ječném zrnu. Tvorba β-amylázy je bezprostředně spojena s dýcháním v prvním dni klíčení. Proto je pro její tvorbu důležité dostatečné provětrávání již v první fázi klíčení (Izydorczyk and Edeny, 2003). Během klíčení jsou také odbourávány i nízkomolekulární produkty štěpení, které za součinnosti enzymů jsou v omezeném množství spotřebovány pro výživu zárodku a pro výstavbu nových buněk kořínků a klíčku. Z látkových přeměn to jsou procesy, které se označují jako rozluštění (rozštěpení vysokomolekulárních látek na jejich štěpné produkty). Jedná se především o rozrušení buněčných stěn a následně o rozštěpení škrobových zrn a bílkovinných řetězců. Během klíčení jsou buněčné stěny odbourány činností enzymů patřících do komplexu cytáz. Tím je umožněno proniknutí dalších specifických enzymů a jejich činnost ve vnitřní části buněk endospermu. Ke komplexu cytáz, tzv. cytologických enzymů (enzymů štěpících buněčné stěny), patří např. hemicelulózy a β-glukanázy. Hemicelulózy, které jsou součástí kostry buněčných stěn, jsou tvořeny vysokomolekulárními molekulami neškrobových polysacharidů β-glukanů. β-glukany výrazně zvyšují viskozitu roztoků, proto je při výrobě sladu velmi důležité jejich rozštěpení. Jinak mohou nastat potíže při stékání a filtraci piva. Odbourávání β-glukanů se při sladování děje pomocí endo β-1,4-glukanázy a endo β-1,3-glukanázy. (Kosař et al., 2000; MacLeod, 2004). Škrob je zdrojem energie pro zárodek a rozluštěný škrob je zdrojem extraktu při výrobě piva. Při klíčení se snižuje obsah škrobu a zvyšuje se obsah cukrů. Ve sladu je pak přítomna z cukrů glukóza, fruktóza a sacharóza. Obsah maltózy je velmi nízký, neboť je snadno prodýchána (Kosař et al., 1997). Dusíkaté látky uložené v aleuronové vrstvě se účastní syntézy enzymů, rezervní dusíkaté látky uložené pod aleuronovou vrstvou jsou štěpeny proteázami. Pro pivovarské využití se musí nerozpustné vysokomolekulární bílkoviny přeměnit v rozpustné nízkomolekulární štěpné produkty. Při klíčení je asi 35 až 40 % z celkového obsahu bílkovin převedeno do rozpustné formy (rozluštění bílkovin podle Kolbacha), přitom vzniká činností peptidáz především nízkomolekulární sloučeniny aminokyseliny a oligopeptidy. Část bílkovin se přemisťuje do kořínků. Proto se 30