Прочие процессы расщепления и растворения

Часть еще нерастворенных органически связанных фосфатов растворяются с помощью фосфатаз. Эти фосфаты безусловно необходимы для проведения спиртового брожения. Часть фосфатов участвует в реакциях с солями воды, образующими ее жесткость, и существенно воздействует на изменения рН и буферное действие сусла.

С увеличением длительности и температуры затирания из оболочек, а также из эндосперма выделяются дубильные вещества и антоцианогены. Этим процессом можно управлять лишь в малой степени.

В особенности высокомолекулярные дубильные вещества и антоцианогены играют существенную роль при образовании в пиве помутнений, — они связываются с высокомолекулярными белковыми веществами и выпадают в осадок. Кроме того, они оказывают негативное влияние и на вкус пива. Низкомолекулярные дубильные вещества своим редуцирующим действием оказывают положительное влияние. Эта редуцирующая способность может быть достигнута уже при затирании и фильтровании затора при условии исключения внесения кислорода.

 

 

Приготовление затора с несоложеными материалами. Использование ферментативных препаратов микробного происхождения в приготовлении пивного сусла. Требования, предъявляемые к ферментным препаратам, их характеристика по активности, дозировке и расходные нормы, композиции и комплексные препараты. Технология применения ферментных препаратов.

Обоснование применения несоложеного зерна при затирании. При затирании несоложеное зерновое сырье применяют в тех случаях, когда это предусмотрено по рецептуре, для придания определенным сортам пива характерного вкуса или для экономии дорогостоящего ячменного солода и снижения себестоимости пива. Например, рисовую муку или сечку используют при приготовлении сортов пива Московского, Ленинградского, Российского, Клинского; ячменную муку — для приготовления пива Ячменный колос и наиболее массо­вого сорта пива Жигулевского.

В качестве заменителей солода используют пивоваренный ячмень II класса и ячмень с пониженной способностью прорастания, а также кукурузную муку (до 30%), крахмал, тростниковый сахар-сырец. Для нормального проведения затирания и фильтрования при помоле в ячмене должно быть сохранено соотношение шелухи, крупной крупки и муки, близкое к соотношению в дробленом солоде. В отечественном пивоварении основным несоложеным зерновым сырьем является ячмень, так как по своему составу он близок к светлому ячменному солоду, содержит в-амилазу и протеазу. При замене части солода ячменем экономится зерно в натуре, так как при солодоращении со сплавом, на дыхание, образование ростков теряется 10—11% сухих веществ к массе зерна. Поэтому использование несоложеного зерна вместо солода — это решение одной из задач малоотходной технологии.

Требования к качеству несоложеного ячменя значительно ниже, чем к ячменю для солодоращения.

Обычно в солоде ферментов содержится несколько больше, чем их требуется для расщепления нерастворимых компонентов солодового зерна, т. е. в солоде имеется избыток ферментов, с помощью которых можно дополнительно перерабатывать в заторе несоложеное зерно. Например, при использовании солода удовлетворительного качества можно до 15% его заменять несоложеным ячменем без ухудшения вкуса пива, а для солода хорошего растворения с высокой амилолитической активностью — до 30%. Но уже 50%-ная замена солода может привести к уменьшению активности а- и в-амилаз в 2 раза, а протеаз в 1, 5 раза.

Повышение количества несоложеных материалов приводит к тому, что замедляется скорость фильтрования заторов и снижается содержание общего и аминного азота в сусле и пиве. Снижение скорости фильтрования заторов объясняется присутствием водорастворимых в-глюканов, значительно повышающих вязкость сусла, а также водонерастворимых гемицеллюлоз. Но чаще всего причиной снижения скорости фильтрования является неправильное дробление несоложеных материалов и солода, слипание частиц белка, глюканов и пентозанов с тонко измельченными оболочками и образование макромолекул, которые заклеивают поры фильтрующего слоя и ухудшают его структуру. При расходовании больших количеств несоложеных материалов в затор вносят ферментные препараты микробного происхождения. Из них в пивоварении разрешены Амилосубтилин Г10х, Амилоризин Пх и Амилоризин П10х, Цитороземин П10х и Цитороземин Пх, комплексные ферментные препараты, так называемые мультиэнзимные композиции (МЭК), АП субтилин (Амилопротосубтилин), Церемикс, Термамил, Фунгамил, Гитемпазу, Церефло, Ультрафло, Финизим, I» Биоглюканазу, Промолт, БНЗ-720 и др.

Для производства пива необходимы препараты типа П 10х и ГЮх |(по номенклатуре стран СНГ). Приняты также и товарные единицы коммерческих препаратов, выпускаемых промышленностью.

 

Характеристика ферментных препаратов. При использовании ферментных препаратов учитывают все активности ферментов, входящих в препарат. Как правило, отдельные ферменты имеют свои оптимальные условия. Поэтому в зависимости от качества сырья и целей получения сусла определенного состава в заторе следует создавать оптимальные условия для действия того или иного фермента.

Амилоризин Пх и Амилоризин П10х — препараты грибного происхождения, в своем составе содержат амилолитические, протеолитические ферменты, а также ферменты, гидролизующие некрахмальные полисахариды (а-амилазу, глюкоамилазу, эндо- и экзопентидазы, ксиналазы). По активности а-амилазы, пептидазы и гемицеллюлазы Амилоризин Пх превосходит сухой солод. Оптимальная температура Для разжижения крахмала Амилоризином Пх 65°С (солодом 70°С) при рН 6. В целом для действия а-амилазы Амилоризина Пх в растворе крахмала, как и для а-амилазы солода, оптимальными являются температура 50°С и рН 4, 4—5, 6. Основным продуктом гидролиза крахмала Амилоризином Пх является мальтоза. Для сравнения более высокая в начале процесса скорость реакции, протекающей под влиянием бактериальной амилазы Амилосубтилина, резко замедляется по достижении 30—32%-ного гидролиза, в то время как при введении Амилоризина Пх грибного происхождения мальтоза еще продолжает накапливаться. Этими различиями объясняется то, что для повышения степени сбраживания сусла применяют именно грибную амилазу (Амилоризин П10Х), а не бактериальную.

Пептидазы Амилоризина Пх и Амилоризина П1Ох проявляют каталитическое действие на белки ячменя при рН 4, 5—4, 6 и температуре 45—55°С. Но при рН 5, 5—5, 7, характерном для пивоваренного затора, в раствор переходит всего лишь на 13% меньше азотистых соединений, чем при рН 4, 5—4, 6. Амилоризин Пх не только значительно превышает солод по пептидазной активности, но и обладает повышенным экзопептидазным действием, что приводит к более глубокому по сравнению с пептидазами солода (а также и бактериальными) расщеплению белков ячменя.

Пептидазы Амилоризина Пх не одинаково гидролизуют белковые вещества разных видов несоложеного сырья. За 1 ч при 50°С переводится в раствор 57% азотистых веществ пшеницы, 32% — ячменя, 13% — кукурузы и менее 10% — риса.

После кипячения несоложеного сырья атакуемость белков ячменя, пшеницы и кукурузы уменьшается соответственно в 1, 5; 1, 8 и 1, 2 раза. Амилоризин переводит в раствор на 4—8% больше экстрактивных веществ ячменя, чем солод.

Проторизин П25х и Амилоризин П25х получены при фракционном осаждении этанолом пептидазы и амилазы из экстракта культуры Asp. oryzae. Препарат Проторизин П25Х содержит в основном пептидазу и следы амилазы, а препарат Амилоризин П25Х — амилазу и пептидазу, обладающую низкой активностью.

Эндопептидаза Проторизина П25Х имеет оптимум рН 5, а разжижающая способность амилазы проявляется при рН 7, 4. При опти­мальных условиях (рН 4, 94, температура 40°С) эндопептидаза гидрол изует белок на 75%.

Цитороземин Пх и Цитороземин П1Ox имеют такой же набор ферментов, гидролизующих некрахмальные полисахариды, как проросший солод и препарат Амилоризин Пх. Активность ферментов в препарате Цитороземин П1Ох в 10—20 раз выше, чем в препарате Цитороземин Пх.

В то время как оптимальное действие отдельных ферментов цитолитического комплекса ячменного солода лежит в области рН 3, 2— 4, 8, оптимум общей цитолитической активности Цитороземинов Пх и П1Ох находится при рН 5, 6, а гемицеллюлазы — при рН 4, 6.

При подкислении или подщелачивании среды общая цитолитическая активность быстро падает, так что оптимальная зона действия ферментов, в которой падение активности не превышает 10%, небольшая и находится в пределах рН 4, 9—6, 3. Активность гемицеллюлазы резко падает при увеличении кислотности среды.

Наибольшая стабильность ферментов зафиксирована при рН 5—6. Оптимум общей цитолитической активности совпадает с оптимумом стабильности ферментов, близким к значениям рН пивного затора, и лежит в зоне, близкой к нейтральной. Цитолитические ферменты Цитороземинов Пх и П10х термолабильны, оптимум их действия находится при температуре 40°С. (Действие эндо-в-глюканазы и в-глюканазы Цитороземинов Пх и П 10х оптимально при 50°С. Превышение температуры над оптимальой приводит к быстрой потере активности. Оптимальная температура действия ксиланазы несколько ниже и равна 40°С, но при 50°С Еще сохраняется значительная часть фермента. Оптимум активности целлобиазы находится при 70" С. Оптимальные температуры действия ферментов Цитороземина Пх и Цитороземина П10х одинаковы.

Оптимальными условиями для суммарного действия ферментов цитороземина Пх и П10х являются рН среды 5, 6 и температура 40°С. Такая температура позволяет проявлять в заторе достаточно высокую активность в-глюканазы и максимальную активность пентозаназ.

Водорастворимые некрахмальные полисахариды ячменя (гумми-вещества) представляют собой полиглюкозид, состоящий в основном из в-глюкана с примесью пентозанов. Под действием Цитороземинов Пх и П10х в количестве 1, 2 и 0, 05% к массе сырья затора на 0, 5%-ный раствор гумми-веществ (соответствует примерному содержанию их в первой части затора с 50% несоложеного ячменя) при 40°С происходит резкое снижение относительной вязкости гидролизата. В гидролизатах накапливается небольшое количество редуцирующих веществ и продуктов с низкой молекулярной массой.

Ферментативные гидролизаты гемицеллюлоз из ячменей и ячменной шелухи содержат примерно одинаковое количество ксилозы и арабинозы. При действии Цитороземинов Пх и П10х на нерастворимые в воде в-глюкан и арабиноксилан, входящие в состав гемицел-люлозы ячменя, в затор переходят глюкоза, ксилоза, арабиноза и |олигосахара ксилозного ряда. В-Глюкан гидролизуется относительно быстрее пентозанов. В ферментативном гидролизате гемицеллюлозы из шелухи содержатся в основном пентозы.

Препараты Цитороземин Пх и П10х специфичны по своему действию на некрахмальные полисахариды ячменя и почти не действуют на некрахмальные полисахариды риса и кукурузы, что, очевидно, обусловливается другим строением этих полисахаридов, так как гемицеллюлоза ячменя является арабиноксиланом, а гемицеллюлоза риса состоит из ксилана с уроновыми кислотами.

Амилосубтилин Г10х и Г20х наряду с амилолитическими ферментами и пептидазами содержит ряд ферментов, гидролизующих некрахмальные полисахариды (а-амилазу, в-глюканазу, гемицеллюлазу, эндопептидазу). Температурные оптимумы действия амилолитических, осахаривающего и пептидазного ферментов Амилосубтилина Г20х почти совпадают и находятся в интервале температур 57—65°С.

При повышении температуры с 70 до 80°С ферменты теряют почти половину своей активности. Температурные оптимумы действия гемицеллюлазы и эндо-в-глюканазы лежат в интервале более низких температур. Максимум гемицеллюлазной активности наблюдается при 140—45°С, а эндо-в-глюканазной — при 40—52°С. Оптимальное дей-ствие амилазы наблюдается в интервале рН 5, 4—6, 0, а осахаривающего фермента — в интервале 6, 3—6, 6.

Амилосубтилин дает наибольший выход экстракта из ячменя по сравнению с грибными препаратами, что объясняется его более высокой протеолитической активностью. Препарат переводит в сусло почти 83% азотистых соединений ячменя — в 2—2, 5 раза больше, чем из солода.

Протосубтилин Г10х является комплексным препаратом и наряду с основным ферментом эндопептидазой содержит а-амилазу, эндо~ в-глюканазу, ксиланазу и гемицеллюлазу. Эндопептидаза сохраняет каталитическую активность в пределах рН 6, 0—9, 5.

Протосубтилин Г1Ох дает больший выход экстракта из ячменя по сравнению с Амилосубтилином Г1Ох, что объясняется его более высокой протеолической активностью.

Для ускорения фильтрования применяют препараты, содержащие в-глюканазу: Зимафилт Л-300 (50°С, рН 6—7), Биоглюканазу, Церефло 200 Л, (60°С, рН6 ), Финизим 200 Л (60°С, рН4-5, 5).

Применяют и комплексные ферментные препараты, имеющие несколько активностей, например, содержащие целлюлазу, ксиланазу, эндо-в-глюканазу — Биоцеллюлаза; в-глюканазу, пентозаназу, целлюлазу - Ультрафло Л; целлюлазу, в-глюканазу - Целлюкласт (65°С, рН 4—6); протеазу, амилазу, глюканазу — БНЗ-720 и Церемикс 2ХЛ (70°С и 45—50°С, рН 5, 7—6, 0); а-амилазу, р-глюканазу, протеазу — Промолт (70—75°С).

 

Затирание солода и несоложеных материалов с применением ферментных препаратов. При использовании ферментных препаратов рекомендуются способы затирания: настойный, одноотварочный раздельный, одноотварочный совместный.

Настойный способ. В аппарате одновременно затирают солод и несоложеные материалы, вносят ферментный препарат, предварительно растворенный в небольшом количестве воды и, при необходимости, подкисляют. Температурный режим предусматривает постепенное нагревание с паузами: при 45°С в течение 30 мин, при 50°С — 45 мин; при 63" С — 60 мин; при 70" С — 30 мин; при 72^вС — до полного осахаривания. Затем после подогревания до 76°С затор передают на фильтрование.

Одноотварочный раздельный способ. В один аппарат набирают воду температурой 45°С, вводят 3/4 количества ферментного препарата, 10% солода от общей массы зернового сырья и все количество несоложеных материалов и нагревают для клейстеризации и осахаривания крахмала несоложеного зерна до кипения с паузами: при 40°С — 30 мин; при 52°С — 20 мин; при 63°С — 15 мин. Затем затор быстро нагревают до кипения и кипятят 30 мин.

За 1—1, 5 ч до окончания первой стадии в другом аппарате при 40" С начинают затирание оставшихся солода и ферментного препарата. Затем в солодовый затор медленно перекачивают несоложеный затор, поднимая температуру общего затора до 63°С на 30 мин. После этого затор нагревают до 70°С, выдерживают около 30 мин и при 72*С завершают затирание до полного осахаривания. После нагревания до 76—77°С затор фильтруют.

Одноотварочный совместный способ. При данном способе одновременно затирают все количество зернового сырья и ферментного препарата при 40°С выдерживают при этой температуре 20 мин. после чего затор подогревают и выдерживают: при 52°С — 20 мин; При 63°С — 30—40 мин. Для предотвращения инактивации ферментов при дальнейшем кипячении затора за 10—20 мин до окончания выдержки при 63°С выключают мешалку, а после седиментации твердых частиц жидкую часть отбирают с помощью декантатора в друтой заторный аппарат. Оставшуюся густую часть затора нагревают до 70°С, выдерживают 15—20 мин, нагревают до кипения и кипятят 30 мин. После объединения жидкой и густой частей затора Температура затора будет 70°С. Дальнейшее затирание проводят по аналогии с другими способами.

При использовании обрушенного несоложеного ячменя оболочку, удаленную с ячменя, вносят в затор после его осахаривания при 72°С, перемешивают и выдерживают для осахаривания частиц эндосперма, внесенных с оболочкой.

По первому способу затирание всего перерабатываемого сырья проводят совместно. Для этого в заторном аппарате при 45°С одновременно затирают все количество солода, несоложеного зерна и 5/6 части МЭК. При необходимости затор подкисляют молочной кислотой или гипсом до рН 5, 5—5, 7. Затор выдерживают при 45°С 15—20 мин, затем подогревают до 52°С и выдерживают еще 30 мин, после чего затор нагревается до 65°С. Через 10 мин выключают мешалку, дают затору отстояться при этой температуре 30 мин и с помощью декантатора отбирают жидкую часть затора в другой заторный аппарат (для того, чтобы предотвратить инактивацию ферментов при дальнейшем кипячении затора), а густую часть затора нагревают до 70°С, выдерживают 30 мин для осахаривания, нагревают до кипения и кипятят 30 мин.

Жидкую и густую часть соединяют в одном заторном аппарате, получая температуру общего затора 73С, добавляют последнюю часть МЭК и выдерживают затор для полного осахаривания под влиянием ферментов, сохранившихся в жидкой части затора и имеющихся в последней добавке МЭК. Затем затор нагревают до 76—78°С и перекачивают на фильтрование.

По второму способу затирание проводят с раздельной подготовкой несоложеного сырья в две стадии: на первой — подготовка несоложеного сырья, на второй — собственно затирание.

Сначала в заторном аппарате при 45° С затирают все несоложеное сырье, 10% солода и 5/6 части МЭК. При необходимости затор подкисляют. Через 15—20 мин его нагревают до кипения с выдержками: при 52 и 63°С — по 20—30 мин и при 70°С — 15—20 мин. Кипячение затора длится 30 мин.

За 1—2 ч до окончания затирания несоложеного сырья в другом заторном аппарате при 30—40°С затирают оставшуюся часть солода и МЭК. По окончании кипячения затор из несоложеного зерна медленно перекачивают в солодовый затор, температура всего затора устанавливается 63°С. При этой температуре общий затор находится 30 мин, затем его подогревают до 70°С и выдерживают до полного осахаривания. Затем нагревают до 76—78°С и через 5—8 мин перекачивают на фильтрование.

Получение сусла с применением иммобилизованных ферментов. Растворимые ферментные препараты к концу затирания инактивируются. Но если их закрепить на каком-либо инертном носителе, т.е. перевести в нерастворимое состояние, то их можно использовать многократно. Применение иммобилизованных ферментных препаратов на стадии затирания перспективно, но в настоящее время данная технология находится в стадии разработки.

..Приготовление сусла…. Настоиные способы

Простейшей группой среди способов затира­ния являются настоиные, так как при приме­нении этих способов весь затор никогда не разделяется. Нагревание всего затора осуще­ствляют постепенно, с выдерживанием тем­пературных пауз, необходимых для действия ферментов.

Для настойного способа затирания требу­ется только одна обогреваемая емкость. Так как затор не перекачивается, поглощение воз­духа минимально, что является позитивным фактором, поскольку кислород при затирании ведет к окислению полифенолов, а с ними — и к размыванию вкуса и более высокой цветно­сти готового пива.

При инфузионном способе большую роль играет эффект перемешивания. Мешалка дол­жна иметь возможность приспосабливаться к соответствующей стадии процесса затира­ния благодаря электродвигателю привода ме­шалки с переключением полюсов и двумя ско­ростями или должна иметься возможность для плавного регулирования. При этом возра­стает значение конструкции лопасти мешал­ки. Если при выдерживании пауз мешалку выключают, то увеличивается время осахари-вания и фильтрования затора, а выход экст­ракта ухудшается, так как образуется перепад температур, ухудшающий переход экстрактив­ных веществ в сусло и затрудняющий работу ферментов.

Если перерабатывается очень хорошо ра­створенный солод, то достаточно того, чтобы температура последовательно поднималась по нарастающей шкале, оптимальная для действия амилаз температура поддержива­лась около 20 мин и после осахаривания за­тор перекачивался бы в фильтрационный ап­парат (рис. 3.38).

Это означает, что очень хорошо растворен­ный солод можно затирать при 62 °С, не опа­саясь, что сусло будет содержать слишком много высокомолекулярных Р-глюканов (про­блема с фильтрованием) и при этом не будет достигнуто желательное количество свобод­ного аминного азота (FAN) на уровне 200-220 мг/л При высокой температуре начала затирания уже не работа­ют пептидазы, и поэтому они больше не могут образовывать аминокислот. С другой сторо­ны, с помощью термостойких протеиназ об­разуются высокомолекулярные пенообра-зующие вещества. Преимущество высокой температуры затирания и связанной с ней длительности затирания менее 1, 5 ч успешно используется сегодня на ряде пивоваренных предприятий, когда у них в распоряжении имеется очень хорошо растворенный солод.

Ограничивающим фактором для примене­ния пауз при 50 °С является степень растворе­ния солода (см. раздел 2.4.1.3.1). При слабо или плохо растворенных солодах уже имею­щийся свободный Р-глюкан должен продол­жать расщепляться Р-глюканазами. Пробле­ма состоит в том, что нельзя пропустить пау­зы, оптимальной для действия Р-амилазы (62-65 °С). При этом неизбежно, что при та­кой температуре р-глюкан будет продолжать растворяться с помощью Р-глюкансолюбп-лазы (и тем больше, чем хуже растворен со­лод) [196]. Для нормально растворенного со­лода (имеющего такие показатели, как вяз­кость < 1, 52 мПа • с, содержание Р-глюкана < 150 мг/л) затирание общей продолжитель­ностью максимум 2 ч и с начальной темпера­турой 50 °С (рис. 3.38а) всегда надежно обес­печивает положительный эффект, и этот спо­соб используют очень многие пивоваренные предприятия.

Преимущества настойных способов заключаются прежде всего в следующем:

я они допускают легкую возможность осуществить автоматизацию процесса;

я они способствуют более низкому по­треблению энергии, чем отварочные способы;

ш они легче контролируемы.

Недостатком является несколько бо­лее затрудненое достижение нормальной йодной пробы и соответственно — несколь­ко меньший выход варочного цеха при пе­реработке солода плохого качества.

Явные преимущества настойных спо­собов ведут к тому, что в настоящее вре­мя они находят все большее распростра­нение.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: