Очистка и сортирование ячменя. Основные принципы, технологическая схема.

Аппаратурно-технолог-ая схема очистки ячменя.1.Взвешивание.2.Удаление грубых загрязнений(удаляются крупные примеси, а также пыль и легкие примеси): 1)механич-ая очистка(при помощи аспиратора, сепаратора, аспирационной колонки); 2)очистка с использ-ем магнитных сепараторов(удал-ие металл-их прим-ей).3.Уд-ие камней(камнеотборники).4.Уд-ие посторонних видов зерновых культур(триер).5.Сортиров-ие зерна по размерам для послед-ей раздельной обраб-ки(сортировочный цилиндр или планзихтер).6.Взвешивание.6.Отбор проб и контроль.

Процессы, происх-ие при хранении ячменя.Весь период хран-ия зерна мы делим на 2 периода: 1)послеуборочное дозревание, 2)глубокий покой. 1-ый период 6-8 нед.Зерно убирают не полностью созревшим, при созревании образ-ся полимолекул-ые соед-ия, белки, почти все фер-ты(не образ-ся только два: α -амилаза прорастания и эндоβ глюконаза. Чтобы защитить зерно от прораст-ия в колосе формир-ся спец. си-мы: 1)ингибиторы прораст-ия(фенолы и кумарины); 2)водо- и газанепроницаемые оболочки, к-ые препят-ют проникновению в зерновку влаги и ограничивают газаобмен.Оболочка недозрелого ячменя покрыта воском и имеет высокую плотность засчет гемицеллюлоз. Период глубокого покоя характериз-ся низкой актив-ью фер-ов, высоким содер-ем нераств-ых запасных в-в и проницаемыми оболочками.Такое зерно может хран-ся даже в усл-ях пониж-го содер-ия О2.Но зерно продолжает дышать, особ-но интен-но дышит зар-ыш, при этом на дых-ие расход-ся крахмал, наход-ся в клетках у щитка зар-ша(образ-ся зона сплюснутых пустых клеток у щитка зар-ша).Причины самосогревания зерновой массы.Способы предупреж-ия самосог-иязерна.В период послеуборочного дозревания происх-ит синтез белков и ПС, в проц-се синтеза выдел-ся вода.В рез-те в зерне увелич-ся кол-во своб-ой влаги, к-ая может быть причиной активизации проц-са дых-ия.В норм-ых усл-ях зерно дышит аэробно, О2 зерновка пол-ет из межзернового простр-ва, когда воздух исчерпан, а аэрация отсут-ет зерно вынуждено перейти на анаэробное дых-ие, при этом накаплив-ся этанол, а он явл-ся клет-ым ядом и убивает зар-ышÞ сниж-ие прорастаимости зерна.Интенсив-ть дых-ия зерна зав-ит от W.Критич-ая W для ячменя 14, 5-15, 5%, хранить зерно надо при W ниже критич-ой(Wопт=10-12%).Если W> Wкрит Þ самосогревание зерна – повыш-ся выдел-ие тепла, увелич-ся интен-ть дых-ия и начин-ся разогрев знрна, к-ый продолж-ся до t=50, после этой t зар-ыш отмирает, но самосогрев зерна продолж-ся засчет микрофлоры.Для предупреждения самосогрев-ия зерна нужно удалять своб-ую влагу, к-ая образ-ся при синтезе белков и ПС. Также следует аэрировать ячмень, одноврем-но отводя СО2, влагу и тепло.

Проращивание ячменя.

В настоящее время проращивание ведут по­чти исключительно в круглых и прямоуголь­ных растильных ящиках. Так было не всегда; еще несколько десятилетий и даже лет назад проращивание вели на токах.

1.Токовая солодовня

В токовой солодовне проращиваемый мате­риал укладывался на ток — помещение высо­той около 3 м с совершенно ровным полом, который но возможности выкладывали пли­тами Зольнхофера, так как бла­годаря высокой пористости они хорошо по­глощали избыточную влагу.

Температура тока должна быть но возмож­ности равномерной и но слишком высокой. Поэтому токи располагали частично под зем­лей или защищали их от влияния наружного воздуха очень толстыми стенами. Так как мак­симальная температура при проращивании не должна превышать 17-18 С, то солодоращение в токовых солодов­нях велось лишь в прохладное время года, а в теплые периоды было невозможно без охлаж­дения.

Считается, что в токовой солодовне по­требность в площади составляет 1, 7 кв.м² па 50 кг ячменя, поскольку проращиваемый материал укладывают слоем в несколько сантиметров. В связи с этим токовые солодовни требуют больших площадей, причем тока располагают на нескольких этажах друг над другом.

Вместе с тем существовала и проблема об­работки па току проращиваемого материала. Обработка осуществлялась с помощью деревянной лопатысолодонщика. которая пред­ставлена па немецком гербе пивовара.Чтобы переместить нижнее проращиваемое зерно наверх и наоборот, каждую гряду приходилось перелопачивать дважды в сутки.

Температура могла регулироваться путем перемещения гряды и вентиляцией помеще­ния. При помощи вспомогательных инстру­ментов - плугов, крючьев, трясущихся граб­лей и др. — труд несколько облегчался, но ос­новные недостатки токовых солодовен, а именно большая потребность в рабочей силе и площадях, а также зависимость от наружной температуры воздуха положили конец перио­ду токовых солодовен.

2.Системы солодоращения с подачей воздуха

Современные системы солодоращения работа­ют при большей высоте засыпки свежепророс­шего солода (из экономических соображений). Поскольку воздух уже не может свободно про­ходить через проращиваемый материал, п по­добных пневмосистемах солодоращения воз­дух прокачивают через проращиваемый мате­риал, предварительно охлаждая и увлажняя (кондиционируя).

В системах солодоращения с принуди­тельной подачей воздуха влажность и температуру регулируют путем продувки холодного влажного воздуха.

В связи с этим системы солодоращения с подачей воздуха состоят из

• кондиционирующей установки для под­готовки холодного влажного воздуха и

• устройства для проращивания (ящика, барабанам т.п.), где ячмень проращивают.

2.1.Кондиционирование аэрационного воздуха

Тонкий слой проращиваемого материала на­ходится в естественном контакте с окружаю­щим воздухом только в токовых солодовнях. Во всех других системах солодоращения свежепроросший солод располагают на перфо­рированном дне слоем высотой до 1, 5 м. Для аэрации интенсивно дышащего ячменя не­обходимо прокачивать через проращиваемый материал столько воздуха, сколько его нужно для интенсивного течения жизненных про­цессов. Обычно расход воздуха составляет

• от 300 до 700 м^} на 1 т ячменя в час (на свежепроросший солод).

Для этого всегда требуются довольно мощ­ные вентиляторы центробежного или осевого типа.

При дыхании ячменя образуется тепло, которое нужно отводитъ. Можно считать, что тепловыделение за всё время проращивания составляет около 550 000 кДж = 200 000 ккал/т ячменя.

Так как воздух при аэрации должен быть примерно на дна градуса холоднее проращи­ваемого материала, большую часть времени года «го следует охлаждать. Для этого пре­имущественно применяют испаритель с не­посредственным охлаждением, с помощью которого автоматически ус­танавливается требуемая температура воздуш­ного потока. Следует также учесть, что когда зимой температуря наружного воздуха резко понижается, воздух необходимо нагревать.

Проращиваемый материал должен иметь влажность около 45% н течение всего срока проращивания. Если через свежепроросший солод прокачивать сухой воздух, то солод вы­сохнет. В свя: н1 с этим воздух необходимо ув­лажнять водой.

Потребность в воде составляет около 0, 5 м³ на 1 т ячменя.

Избыточная вода после очистки может распыляться вновь, Для подвода дополни­тельного количества воды в растильный цех к зеленому солоду, в некоторых системах па во­рошилках устанавливают дополнительные форсунки,

Во время проращивания ячмень интен­сивно дышит, расходуя ори этом ценные вещества зерна. Однако в конце проращивания нас больше интересуют процессы фермента­тивного растворения на прорастающем зерне, протекающие независимо от дыхания. На этом этапе не нужно, чтобы зерно расхо­довало для дыхания так много своих веществ, поэтому подводится сбрасываемый, насыщенный СО2 воздух, который «тормозит» ды­хание с помощью дополнительного количе­ство обратного воздуха, который в конце проращивании смешивается со свежим.

Этот холодный и влажный воздух в лю­бых системах солодоращения пропуска­ют через проращиваемый материал. Во­рошение последнего в любых системах солодоращения преследует цель исклю­чить срастание корешков зародышей и постоянно подставлять под более холод­ный и увлажненный воздух новые объемы прорастающего материала.

2.2. Солодовня барабанного типа

В сододорастильном барабане проращива­емый материал находится в закрытом про­странстве, где он не аэрируется. Ворошение осу­ществляется с помощью вращения барабана..

Солодорастительный барабан с плоским гитом («ящичный» барабан) пред­ставляет собой цилиндр из листовой стал и диаметром 2-4 м и длиной от 3 до 15 м.

В нижней части барабана горизонтально расположено солодорастительное сито, на котором размещается проращиваемый мате­риал . Увлажненный воздух продувается снизу через проращиваемый материал и покидает барабан через сито расположенное в торцевой части барабана. Для вороше­ния материала барабан медленно вращается. В зависимости от размера барабана вращение длится от получаса до часа. Для вращения ис­пользуются опорные ролики.Привод осу­ществляется через зубчатую передачу, ко­торая приводится и движение с помощью чер­вячной передачи. Для исключения потерь воздуха воздушные каналы вращающегося ба­рабана уплотняются.

Барабан наполняют примерно на 70% и на определенное время (в общей сложности 1/10 часть от всего времени проращивания) мед­ленно вращают. Чтобы не допустить наклон­ного, а значит и неравномерного размещения проращиваемого материала на ситовом листе, барабан сначала проворачивают некоторое время вперед, а затем его вращают и обратную сторону.

Преимущество барабана заключается и в хорошем сохранении проращиваемою мате­риала, однако такая система перерабатывает максимально лишь 20 г на барабан, что недо­статочно экономично. В связи с этим в насто­ящее время на производстве таких установок довольно мало.

2.3. Солодовня ящичного типа

Солодовни с такой системой солодоращения в настоящее время наиболее распространены и охватывают широкий спектр вариантов и размеров ящиков.

Во многих случаях солодорастильные ящики имеют прямоугольную форму и рас­считаны на 5-300 т ячменя и более. С некото­рых пор сооружают также ящики круглой формы, вмещающие до 300 т ячменя, причем чаше всего ящики располагают друг над другом в виде башни («башенная солодовня»). По во всех случа­ях принцип их работы одинаков.

В течение всего примени проращивания материал находится на сите. Его переворачи­вают шнековым ворошителем так, чтобы по­стоянно подавать снизу холодный влажный воздух на вес новые части материала.

Загрузка и разгрузка ящика — важная функция, которую хотелось бы выполнить г минимальными затратами времени и энергии. В более старых установках для выгрузки свежепроросшего солода использовали перенос­ные каретки с лопатой, как у бульдозера, пе­реметавшие материал а сборный лоток для дальнейшей транспортировки.

В современных установках ворошитель выполняет функции транспортера как для пе­ремешивания, так и для выгрузки материала, для чего с ним интегрирован выгружнои ме­ханизм. При атом на небольших установках ворошитель с выгружным устройством пере­мещает материал поэтапно в открытый лоток, для чего шнеки устанавливают в определен­ное положение, при котором они закрывают проход и опорожняют ящик, который очищается скребком, При таком подходе полностью исключается ручной труд.

В крупных установках используется система­тически опорожняемые сьемные транспортеры, постоянно работающие па выгрузку.

2.3.1. Круглые ящики

Круглые ящики в основном устроены по тому же принципу, что и прямоугольные. Разли­чают:

• круглые ящики со вращаемым ситчатым дном и неподвижной балкой,

• круглые ящики с неподвижным ситчатым дном.

В настоящее время на производстве ис­пользуют оби вида круглых ящиков; обычно несколько ящиков располагают друг над дру­гом в виде башни.

Погрузка и разгрузка осуществляются при помощи переставляемых но высоте го­ризонтальных шнеков, чаше всего размеща­емых позади балки ворошителя.

2.4. Системы с ежесуточным перемещением

В солодовне ящичного типа зеленый солод всегда ворошат на месте, однако ворошение можно применять и для того, чтобы перемещать зеленый солод от замочного чана в на­правлении сушилки. В этом случае проращи­ваемый материал 1 или 2 раза в сутки делает как бы «шаг» к сушилке. Отсюда ведет слое происхождение и название для подобной ста­рейшей, до сих пор иногда практикуемой на токах системы солодоращения — «передвиж­ная грядка».

.Биохим-ие и морфологические изменения в зерне при прорастании.Цели прорастания: 1)активация и накопление ферментов.2)разрыхление эндосперма. При прорастании одновременно протекает 2 процесса: 1)расщепление резервных вещ-в, перевод их в растворимое состояние и транспортировка их к зародышу.2)синтез новых белков и ПС в зародыше.На этот синтез требуется энергия, к-ую зерно получает засчет дыхания.На дыхание расходуются сахара, к-ые образ-ся из крах-ла эндосперма.За весь период ращения на дых-ие сжигается 4, 5% крахмала. Весь процесс ращения ведут при низких t, чтобы замедлить рост листка и корешка и снизить интенсивность дых-ия.Листок и корешок – потери.В ходе всего проращ-ия происходит увеличение кислот-ти засчет накопления кислых фосфатов и засчет дезаминирования а/к, увелич-ие кислот-ти способствует активации ферментов. Входе растворения эндосперма контрол-ся 3 процесса: 1.Цитолиз – растворение стенок клеток. Фер-ты, к-ые образ-ся в алейроновом слое(эндо-b-глюконазы) и фер-ты, активированные в начале прорастания(экзо-b-глюконаза), а также b-глюкан-солюбилидаза начинают действовать на b-глюкан клеточных стенок. Действию этих фер-ов предшествует расщепление пектиновых в-в срединной пластинки и белка, входящего в состав клеточной стенки.Пектин-ые в-ва растворяются очень быстро, содер-ие пектина в ячмене сниж-ся с 4 до 1%, а отдельные клетки эндосперма становятся несвязанные друг с другом.Под действием глюконаз клет-ая стенка частично растворяется, в ней образуются пустоты, в зерне накап-ся прод-ты гидролиза – растворимый b-глюкан, олигосахариды и глюкоза. Чем выше цитолитическое растворение солода, тем меньше в нем остается растворимого b-глюкана и тем больше растворены стенки клеток.При низком цитолитическом растворении в солоде сохраняется растворимый b-глюкан, к-ый затем попадает в сусло, повышает его вязкость, а крахмал и белок остаются недоступными действию пептидгидролаз и амилаз. Число Хартонга-Кречмера – показатель экстрактивности солода, к-ый опред-ют проводя затирание при опред-ой t и опред-ют степень цитолитического растворения. 2.Протеолиз.в результате протеолиза под действием пептидгидролаз растворяются белки эндосперма, он становится рыхлым и мучнистым.Протеолиз идет под действием эндо- и экзопептидаз, низкомолекулярные прод-ты(а/к и пептиды) транспортир-ся к зар-шу и исполь-ся для синтеза белков листка и корешка. Чем интенсивнее рост вегетативных органов, тем больше расходуется азотистых в-в, тем больше образуется новых нерастворимых белков.Процесс проращ-ия ведут таким образом чтобы замедлить рост вегетативных органов и сохранить аминный азот.Для замедления роста во 2-ой половине солодоращ-ия в зерновой массе накапливают СО2, к-ый подавляет дых-ие.Для этого снижают интенсив-ть аэрации и проводят аэрацию смешивая чистый воздух с отработаннымÞ протеолиз продолж-ся, но прод-ты протеолиза почти не расходуются на рост корешка и листка, а некапливаются.Протеолиз также называют белковым растворением солода, Недостаточное белковое растворение приводит к получению пива с низкой коллоидной стойкостью.Сусло из-за недостатка а/к может плохо сбраживаться, брожение вялое. Чрезмерное белковое растворение приводит к исчезновению полноты вкуса, ухудшению кач-ва пены. Белк-ое растворение оценивается по соотнош-ию кол-ва растворенных азотистых соединений к их общему кол-ву в солоде(число Кольбаха): чК=N/Nобщ, чК=42-45%.Для оценки белкового растворения также важно число своб-ых а/к, оно характериз-ся формольным числом – это кол-во своб-ых а/к, опред-ых с помощью метода формольного титрования. Для солода с хорошим белк-ым растворением формольное число 180-200мг формольного азота на 100г СВ солода.Если < 180, то затухающее брож-ие, повышенное образ-ие сивушных масел, появление посторонних запахов.Если > 220, то потеря пены, вкуса. Кроме того степень белк-го растворения характериз-ся фракционированием азотисых в-в по Лундину.

3.Амилолиз – расщепление крахмала под действием a- и b-амилаз. Амилазы, проникая в разрушенные клетки атакуют гранулы, освобожденные от белка. Амилазы разрыхляют гранулы только по поверхности. В рез-те около 20% крах-ла расщепляется, превращаясь в декстрины и мальтозу, а гранулы меняют свой состав, доля амилопектина снижается до 20%, а амилоза возрастает до 80% Þ крахмал становится практически растворимым, сниж-ся t клейстеризации(60-62°).Образующиеся сахара расходуются на дых-ие(4-4, 5%)Þ неизбежные потери, около 10% расход-ся на рост листка и корешка, т.е. на синтез новых ПС, 5-8% остается в солоде. В рез-те в зерне накпливается мальтоза, фруктоза и ее производные(сахароза, раффиноза).Суммарное кол-во сахаров увеличивается до 8% и солод приобретает сладкий вкус. 4.Липолиз – расщепление запасных липидов, к-ые содержатся в алейроновом слое. Фермент липаза отщепляет от жиров остатки ненасыщ-ых ЖК, а фермент липоксигеназа окисляет эти ЖК до гидроперекисей. Эти гидроперекиси частично распадаются с образ-ем альдегидов, кетонов и активных радикалов.Эти радикалы расщепляют молекулы ненасыщ-ых ЖК и образуют новые радикалы и альдегиды.Впоследствии при сушке солода большая часть этих соед-ий распад-ся и улетучивается..Только те ненасыщ-ые ЖК, к-ые не были окислены и попали в пиво окисляются при хранении и явл-ся причиной ухудш-ия вкуса пива, появления старого вкуса. 5.Окисление полифенолов под действием полифенолоксидаз.В рез-те в солоде накаплив-ся формы катехинов, эти соед-ия устойчивы к окислению, они проходят все этапы технологич-го проц-са и попадают в пиво; 80% полифенолов представлены этими соед-ми. В рез-те всех этих проц-ов в зерне увелич-ся общее кол-во растворимых в-в – растворимый экстракт, в ячмене он был 7г, а в солоде 14г/100г СВ.

Ув Дыхание зерна (при проращивании). Изменение углеводов, азотсодержащих веществ, фосфорорганических соединений, рН.

Количественное изменение растворимого экстракта.

Дыхание зерна. В прорастающем зерне под действием ферментов начинается расщепление всех высокомолекулярных соединений (крахмала, белка и, др.) и превращение их в простые низкомолекулярные вещества, которые затем расходуются на рост зародыша. Проращивание зерна сопровождается интенсивным дыханием — потреблением кислорода и образованием диоксида углерода. Основным материалом для дыхания служат углеводы, но в дыхании могут участвовать также кислоты, жиры, азотсодержащие вещества. Все процессы при дыхании определяются и регулируются действием ферментов.

Различают два вида дыхания: аэробное, когда реакция протекает при избытке кислорода, и анаэробное, вызываемое недостатком кислорода, повреждением растительных тканей и инактива-кмией дыхательных ферментов.

Баланс химических превращений углеводов при аэробном дыхании происходит по следующим схемам:

 

C₁₂H₂₂O₁₁ + Н₂О = C₆H₁₂O₆

Мальтоза Глюкоза

C₆H₁₂O₆ + 60₂ = 6С0₂ +6Н₂0 + 2822 кДж/г-моль (674 ккал).

По этой схеме мальтоза (C₁₂H₂₂O₁₁), образовавшаяся из крахмала под действием ферментов превращается в глюкозу (C₆H₁₂O₆), которая окисляется до диоксида углерода и воды с выделением теплоты.

При недостаточном притоке воздуха во время замачивания и проращивания нарушается естественное дыхание зерна, что наблюдается, например, при проращивании зерна в высоком слое, когда в массе зерна накапливается диоксид углерода и повышается температура. Это вызывает анаэробное дыхание, протекающее в соответствии с суммарным уравнением спиртового брожения:

 

C₆H₁₂O₆ = 2С₂Н₅ОН + 2С0₂ + 234, 5 кДж/г-моль (56 ккал).

Глюкоза Этиловый спирт

 

В последней реакции на каждую молекулу глюкозы, израсходованную на дыхание, выделяется в 12 раз меньше теплоты и в 3 раза меньше диоксида углерода, чем при аэробном дыхании. Поэтому, чтобы обеспечить себя необходимой энергией, зерно должно расходовать намного больше сахара, чем при аэробном дыхании. При хорошей аэрации обеспечивается более эффективное в энергетическом отношении аэробное дыхание и снижается расход углеводов, затрачиваемых на анаэробное дыхание.

То есть повышение температуры зерна и приток кислорода воздуха усиливают интенсивность дыхания, а накапливающийся диоксид углерода замедляет дыхание.

Подавление анаэробного дыхания в присутствии кислорода и развитие аэробного дыхания в этих условиях получило название эффекта Пастера.

В зависимости от интенсивности аэрации в прорастающем зерне, кроме диоксида углерода всегда образуется некоторое количество органических кислот, спиртов и эфиров, благодаря чему свежепроросший солод приобретает специфический запах, напоминающий запах свежих огурцов.

При чистом аэробном дыхании дыхательный коэффициент, представляющий собой отношение объемов выделившегося диоксида углерода и поглощенного кислорода, будет равен единице.

На разных стадиях замачивания и проращивания ячменя величина Дыхательного коэффициента неодинакова. В начале замачивания ячменя дыхательный коэффициент больше единицы, т. е. в это время Диоксида углерода образуется больше, чем потребляется кислорода. В конце солодоращения, наоборот, дыхательный коэффициент меньше единицы, т. е. кислорода потребляется больше, чем выделяется диоксида углерода.

Потери экстрактивных веществ зерна на дыхание значительны, величина их зависит от условий проращивания и сорта ячменя.

В табл. показаны потери сухих веществ ячменя по дням прора­щивания.

Таблица

 

 

Длительность проращивания, сут	Температура проращивания, " С	Потери сухих веществ ячменя, %
на дыхание	на ростки
Первые	14, 5	1, 08	-
Вторые		1, 70	0, 45
Третьи		1, 99	0, 84
Четвертые		0, 99	1, 07
Пятые		0, 61	1, 06
Шестые		0, 51	0, 13
Седьмые		0, 21	0, 02

Наибольшие потери экстрактивных веществ наблюдаются на третьи сутки проращивания, а затем они начинают уменьшаться. В конце цикла потери в 5 раз меньше, чем в первые сутки.

Практически установлено, что для получения солода с хорошей растворимостью, высокой ферментативной активностью и минимальными потерями сухих веществ процесс солодоращения должен протекать медленно, при возможно низких температурах.

Превращение углеводов. В непроросшем зерне основное количество углеводов находится в нерастворенной форме. Небольшое количество растворимых Сахаров (около 2%), содержащееся в зародыше, расходуется в начале проращивания, а затем потребность в питательных веществах удовлетворяется благодаря реакциям расщепления высокомолекулярных веществ, прежде всего крахмала. Крахмал содержится в клетках в виде круглых и овальных зерен, окруженных гемицеллюлозными мембранами и связанных между собой белковыми веществами. Поэтому расщеплению крахмала предшествует расщепление гемицеллюлоз и белков соответствующими ферментами.

Крахмал на 80% состоит из амилопектина и на 20% из амилозы. Часть его расщепляется под действием амилолитических ферментов (α - и β -амилаз), разрывающих связь - α (1-4). β -Амилаза воздействует на молекулу амилозы или амилопектина и отщепляет от цепи полисахарида молекулы мальтозы вплоть до места, где цепь имеет ответвление [а-(1—6)-связи]. а-Амилаза действует на внутренние связи и образует декстрины, состоящие примерно из 6 глюкозных остатков. Образующиеся декстрины становятся доступными для действия β -амилазы. Мальтоза расщепляется β -глюкозидазой до глюкозы.

Таким образом, в результате гидролиза крахмала образуется смесь олигосахаридов, декстринов и моносахаридов.

Ячмень и солод содержат ферменты, гидролизующие β -глюкан: эндо- β -глюканазу, вызывающую резкое снижение вязкости раствора β -глюкана за счет разрыва цепочки полисахарида изнутри, и экзо- β -глюканазу, последовательно отщепляющую от нередуцирующего конца молекулы полисахарида углевод целлобиозу. Для пивоварения наибольшее значение имеет эндо- β -глюканаза. При замачивании активность этого фермента не изменяется, а при проращивании нарастает и в готовом солоде она в 10—20 раз больше, чем в ячмене.

Часть сахаров, образовавшихся при гидролизе крахмала, расходуется на дыхание и образование новых клеток в процессе развития зародыша.

Концентрация сахаров в свежепроросшем солоде примерно в 3, 5 раза больше, чем в исходном ячмене, а содержание крахмала к концу проращивания ячменя становится на 4—6% меньше.

Изменение азотсодержащих веществ. При солодоращении ячменя Высокомолекулярные азотистые соединения (белки) под воздействием протеолитических ферментов претерпевают глубокие изменения. При этом снижается содержание водонерастворимого белка и повышается содержание водорастворимого белка и продуктов его ферментативного гидролиза (аминокислот и полипептидов). Считается, что в процессе солодоращения до 40% азотистых веществ становятся водорастворимыми. В действительности белковых веществ распадается значительно больше, однако часть образующихся аминокислот расходуется на развитие зародыша, а часть снова превращается в водонерастворимые белковые соединения.

Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз, точнее, пептидгидролаз, они расщепляют сложные соединения на более простые с участием воды в соответствии с уравнением

H₃C-CH-CONH-CH₂ + H₂O = H₃C-CH-COOH + СН₂-СООН

| | | |

NН₂ СООН NH, NH₂

Аланилглицин Аланин Глицин

Таким образом, ферменты, разрывая в полипептидной цепочке пептидную связь (—CO-NH—), присоединяют по месту разрыва воду и образуют две аминокислоты.

Солод содержит 3 группы пептидгидролаз: аминопептидазы, карбоксипептидазы, дипептидазы. Аминопептидазы действуют при наличии в молекуле субстрата свободной α -аминной группы, расщепляют пептиды и амиды, содержащие N-концевые аминокислоты. Карбоксипептидазы расщепляют в полипептидах пептидную связь, Находящуюся рядом со свободной карбоксильной группой пептида. Дипептидазы катализирует гидролитическое расщепление дипептидов на свободные аминокислоты.

Протеолитические ферменты, называемые протеиназами (папаин), гидролизуют внутренние пептидные связи в молекулах белков и полипептидов, поэтому носят название эндопептидаз.

При проращивании ячменя активность аминопептидазы увеличивается в 1, 7—2 раза; карбоксипептидазы в 10—20 раз, по сравнению с ячменем. Дипептидаза наиболее активна в замоченном зерне, затем во время проращивания во второй стадии солодоращения ее активность падает. Активность эндопептидазы на пятые сутки солодоращения увеличивается в 3—12 раз по сравнению с ячменем.

Глубина растворения высокомолекулярной фракции белковых веществ влияет на качество солода и пива. При слабом растворении белков пиво плохо фильтруется и осветляется, а при понижении температуры в пиве появляется муть. Пиво, полученное из солода с сильным белковым растворением, имеет низкую пеностойкость, не обладает полнотой вкуса.

Показателем качественной оценки солода, точнее глубины распада белковых веществ, служит формольное число, т. е. число миллиграммов формольного азота в 100 г сухого вещества (СВ) солода (формольный азот — это аминный азот, определенный при использовании формалина). Солод, содержащий более 230 мг формольного азота, считается перерастворенным, 200—230 мг — очень хорошо растворенным, 180—200 мг — хорошо растворенным, ниже 180 мг — плохо растворенным.

Наиболее интенсивный распад белков совпадает с максимумом накопления и активности протеолитических ферментов (обычно на 5 сутки ращения). В результате солодоращения теряется около 11% сухих веществ зерна и до 13% белковых веществ.

Действие цитолитических ферментов. В переходе структуры зерна в рыхлое состояние большую роль играют цитазы — цитолитические фементы, в состав которых входят целлюлазы, гемицеллюлазы, глюканазы, ксиланазы, пектиназы и др. Они действуют, в основном, на вещества стенок клеток эндосперма. Под влиянием гемицеллюлазы стенки клеток эндосперма растворяются и становятся проницаемыми для других ферментов (оптимальные условия их действия рН 5 и температура 45°С), то есть крахмал и белок делаются доступными для амилаз и протеаз.

Гемицеллюлозу и гумми-вещества атакуют две группы ферментов: эндо- β -глюканаза и экзо- β -глюканаза. Эндо- β -глюканаза, разрывая связи внутри молекулы β -глюкана, сильно снижает вязкость растворов и поэтому оказывают значительное влияние на технологические процессы пивоварения. При низкой вязкости пивного сусла ускоряется процесс его приготовления, а пониженное содержание β -глюкана приводит к повышению стойкости готового пива. Экзо- β -глюканаза отщепляет от концов молекул полисахаридов молекулы сахара. Во время солодоращения β -глюкан превращается в β -глюкановые декстрины, растворы которых имеют более низкую вязкость,

Изменение фосфорорганических соединений. В процессе проращивания зерна происходит гидролиз инозитфосфорной кислоты при участии фермента фитазы, который обладает способностью отщеплять остатки фосфорной кислоты от инозитфосфорной кислоты. В результате наряду с фосфорной кислотой образуется спирт инозит, являющийся, в частности, стимулятором роста растений. Один из его изомеров — лезоинозит — относят к витаминам, поскольку он в очень малых количествах необходим для роста и развития дрожжей.

Изменение рН и титруемой кислотности. Водная вытяжка ячменя имеет рН 6, свежепроросшего солода 6, 25, но титруемая кислотность вначительно повышается вследствие расщепления углеводов, белковых веществ и образования органических кислот (молочной, янтарной, яблочной, аминокислот). Кислотность повышается также в результате дезаминирования аминокислот, т. е. процесса, в котором от аминокислот отщепляются щелочные аминогруппы и они превращается в оксикислоты.

Титруемая кислотность ячменя, солода (при титровании с фенолфталеином) выражается в см³ 1н раствора NaOH, израсходованного на титрование 100 см³ лабораторного сусла. Нормальная кислотность для ячменя составляет 7—11; для свежепроросшего светлого солода 10, 5—15; темного 11, 5—15, 5; для сухого светлого солода 14—17, 5, темного 13, 5—17 см³ на 100 г экстракта.

Изменение растворимого экстракта. Масса водорастворимых веществ при солодоращении (в результате ферментативных процессов) увеличивается примерно в 2 раза. Отдельные компоненты зерна растворяются по-разному. Так, из-за низкой активности амилаз крахмал при солодоращении расщепляется лишь на 4—6%. Зато при затирании (температура 65—75°С), когда достигается максимум активности амилаз, он расщепляется полностью. Белковые вещества при солодоращении расщепляются больше, чем при затирании, так как протеолитические ферменты имеют более низкий температурный оптимум.

 

Влияние различных факторов на скорость протекания биохимических процессов при солодоращении. Особенности проращивания трудноразрыхляемых и водочувствительных ячменей.

Аэрация. Биологические и ферментативные процессы при солдоращении регулируются интенсивностью аэрации. На первой стадии ращения, когда происходит накопление основной массы ферментов, требуется приток кислорода. При низкой аэрции тормозится развитие зародыша. Поэтому прцесс соложения ведут в две стадии: первая(1-4сут), когда подается достаточное количество воздуха; вторая (5-7сут), когда подача воздуха ограничена, рост зародыша замедляется и происходят основные ферментативные процессы. Для получения солода хорошего качества необходимо, чтобы содержание диоксида углерода в воздухе не превышало 20%. При больше концентрации его нарушается нормальное дыхание зерна, а развитие зародыша останавливается.

Усиление активирует зародыш и приводит к усилению роста вегетативных органов. Аэрация нужна и для получения солода с повышенной ферментативной активностью. Пониженная аэрация тормозит рост вегетативных органов, подавляет процесс дыхания, подавляет синтез ферментов. Аэрацию обычно понижают во 2-ой фазе ращения для сокращения потерь на рост и на дыхание. На действие ферментов аэрация не влияет, поэтому процесс растворения эндосперма продолжается при полном подавлении дыхания. Дыхание зерна подавляется углекислотой, которая накапливается в межзерновом пространстве. В конце ращения содержание углекислоты доводят до 20%. Это способствует более глубокому растворению. Этот прием используют при получении специальных сортов солода, с высоким содержанием меланоидинов.

Температура.Солодоращение при температуре 13-16 С обеспечивает умеренный рост зародыша и максимальное накопление амилолитических ферментов, при этом достигается более глубокий распад белковых веществ. Следует учитывать, что ячмени, выращенные в жарком климате, лучше подвергать солодоращению при повышенной температуре, а ячмени выросшие в холодном климате, - при пониженной температуре.

Температура проращивания светлого солода не должна превышать 18С, для темного солода 21-23С. В темном солоде должно быть большое количество аминокислот и моносахаридов, которые при высокой температуре образуют красящие вещества, называемые мелноидинами и ароматические вещества. Но накопление высокой концентрации аминокислот возможно лишь при глубоком распаде белковых веществ зерна, что достигается повышением температуры. С повышением температуры активизируются ферменты, способствующие накоплению сахаров.

 

Продолжительность ращения светлых солодов принята 7-8 сут, темных солодов 9 сут.

Ячмень с высокой пленчатостью и высокобелковистый ячмень проращивают на 1 сутки дольше.

 

Потери при солодоращении.

Потери сбраживаемых углеводов слагаются из затрат на дыхание и синтез новых вегетативных органов. С производственной точки зрения дыхание зерна в процессе его прорастания представляет двоякий интерес. С одной стороны, на него затрачивается сахар (крахмал), с другой - выделяются диоксид углерода и теплота, которые для создания нормальных условий необходимо удалять. Предложено много способов снижения потерь крахмала, заключающихся в частичном обратимом ингибировании дыхания. Один из них, наиболее старый - накопление углекислоты в конце проращивания. Применение его возможно в герметически закрытых барабанных солодовнях.

В пивоваренной промышленности начал находить применение способ повторного замачивания ячменя, заключающийся в том, что сначала зерно замачивают, как обычно, до содержания влаги 35...40 %, затем его проращивают 3 сут и снова замачивают до влажности 50 %. После этого зерно оставляют без воды на 2...3 сут при сильной аэрации холодным воздухом. Во время повторного замачивания ростки отмирают, дыхание подавляется, что благоприятно отражается на гидролитических процессах.

 

Расчет выделяемого тепла и СО₂.(нет)

При дыхании ячменя образуется тепло, которое нужно отводитъ. Можно считать, что тепловыделение за всё время проращивания составляет около 550 000 кДж = 200 000 ккал/т ячменя.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: