Технология пивоваренного солода

Очистка и сортирование зерна. Зерновая масса (в основном ичмень), которая поступает на пивоваренные и солодовенные заводы, содержит зерна различных размеров и различные примеси и в таком виде непригодна для хранения и солодоращения. Примеси не только ухудшают качество зерна, но и создают условия для его порчи. Поэтому зерновую массу перед хранением очищают. В результате очистки из основной культуры выделяют минеральные примеси (земля, песок, пыль), органические примеси (ости, пустые пленки), семена дикорастущих растений, вредные примеси (спорынья, куколь, головня), зерновые примеси (щуплые, проросшие, битые зерна) и металлопримеси. Зерно подвергается очистке дважды: первичной — перед хранением и вторичной — непосредственно перед переработкой

 

Солод для производства хлебо-булочных изделий, солодовых концентратов

Выдержанный солод для производства пива

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения солодов.

Необходимость сортирования ячменя перед хранением обусловлена тем, что зерна различного размера обладают разной водочувствительностью, мелкие зерна интенсивнее поглощают влагу и в дальнейшем быстрее развиваются, чем крупные. Для обеспечения одинаковой влажности при замачивании и равномерного развития при проращивании прошедший первичную и вторичную очистки ячмень сортируют.

Замачивание ячменя. Содержание влаги ячменя, который находится на хранении, составляет 14... 15 %. Активные жизненные процессы в зародыше начинаются при влажности 30%, при 38% ячмень прорастает быстро и равномерно, хорошее растворение эндосперма и накопление ферментов наблюдаются при влажности 44...48 % и выше. Основная цель замачивания — увлажнение зерна до содержания влаги, оптимального для проращивания.

Превращения в зерне при замачивании. Объем зерна при замачивании увеличивается на 35...45 %. При замачивании вода поступает в зерно через отверстия в кончиках зерна, главным образом со стороны зародыша. В зрелом зерне его клеточные структуры представляют собой высохшие коллоидные структуры, мицеллы которых с большой силой притягивают к себе воду. Так, гумми-вещества способны поглотить (к массе сухого вещества) до 800 % воды, белковые вещества — до 180, крахмал —до 70 и целлюлоза —до 30 %.

Появившаяся в зерне свободная вегетационная влага обеспечивает переход в раствор ферментов и питательных веществ и их миграцию к зародышу. Это создает благоприятные условия для проникновения в эндосперм ферментов, которые переводят резервные нерастворимые вещества зерна в растворимые и легко усвояемые зародышем. В результате активации ферментов в зерне ускоряются биохимические процессы, особенно его дыхание. Нормальный ход аэробного дыхания зависит от наличия кислорода в среде. Во время замачивания 1 кг зерна за 1ч поглощает 63 мг кислорода и выделяет 86 мг диоксида углерода. При недостатке кислорода в воде может наступить анаэробное дыхание зерна с образованием этилового спирта, оксида углерода, уксусного альдегида и других вторичных продуктов спиртового брожения. Диоксид углерода, являющийся нормальным продуктом как аэробного, так и анаэробного дыхания зерна, отрицательно влияет на жизненные процессы, происходящие в зерне. Поэтому для обеспечения нормального развития зерна при замачивании его подвергают искусственной аэрации.

В результате замачивания происходят глубокая перестройка всего ферментативного комплекса зерна, активирование ферментов, особенно амилолитических и протеолитических. Таким образом, замачивание можно считать первой стадией проращивания зерна.

Факторы, влияющие на процесс замачивания. Скорость замачивания: от температуры воды. Чем выше температура, тем быстрее вода поступает в зерно. С повышением температуры улучшается набухаемость белков, крахмала и клетчатки, что обусловлено снижением вязкости воды. Однако при повышении температуры замочной воды усиливается дыхание зерна и интенсифицируется размножение микроорганизмов В зависимости от температуры, используемой для замачивания, различают холодное (температура воды ниже 10°С), обыкновенное (температура воды 10... 15°С), теплое (температура воды 20...40°С) и горячее (температура воды 50...55°С) замачинание. Наиболее распространено обыкновенное (нормальное) замачивание.

Скорость замачивания зависит также от размера зерен. Крупное зерно замачивают дольше, чем мелкое.

Жесткость замочной воды не должна превышать 7 мг-экв/л, так как в мягкой воде замачивание ячменя происходит быстрее, чем в жесткой.

Вода поглощается зерном неравномерно. В первые 25...30ч замачивания содержание влаги зерна увеличивается очень быстро—со скоростью примерно 1 % за 1 ч и достигает 35...40 %. В последующие 30...40 ч содержание влаги увеличивается всего на 4...5 %.

Способы и технологические режимы замачивания зерна. При замачивании зерна выполняют следующие операции: мойку, удаление неполноценных зерен, дезинфекцию, увлажнение, которое сопровождается аэрированием и удалением образовавшегося диоксида углерода.

Замачивание начинается с мойки и дезинфекции. Цель этой операции — очистить поверхность зерна от загрязнений и удалить микроорганизмы, находящиеся на поверхности зерна. Качественная мойка обеспечивается в основном в результате отмокания загрязнений и интенсивного перемешивания зерна с водой гидравлическим или пневматическим способом. При этом на поверхность всплывают неполноценные зерна и органические примеси, которые называются сплавом. Последние вместе с грязной водой поступают в сливную коробку, откуда затем их удаляют. В качестве дезинфицирующих средств применяют водные растворы негашеной извести (1.5...3 кг на 1 т зерна) или перманганат калия (10... 15 г на 1 м³ воды).

Ячмень замачивают раздельно по сортам в открытых аппаратах периодического или непрерывного действия, которые оборудуют водяной и воздушной коммуникациями для подачи свежей воды и сжатого воздуха, устройствами для аэрации, перемешивания и перекачивания зерна.

Проращивание ячменя. Цель проращивания — накопление максимального количества ферментов и целенаправленное проведение при их участии процессов гидролиза и синтеза при строго определенных условиях — достаточном количестве влаги, с помощью которой осуществляется движение продуктов метаболизма; избыточном или ограниченном количестве кислорода воздуха; оптимальной температуре, от которой зависит интенсивность процессов; при рациональном использовании активаторов и ингибиторов ферментативных процессов; необходимом времени, которое определяет глубину протекания процессов.

Превращения в зерне при солодоращении. При проращивании в зерне протекают сложные морфологические и биохимические превращения. К морфологическим превращениям относятся развитие зародыша с ростом корешков и лепестков и нарушение клеточной структуры эндосперма, к биохимическим — активация ферментов, дыхание, превращение сложных веществ в простые.

Корешки должны иметь слегка увядшие кончики и обладать свежим запахом.

Значительные изменения происходят и в мучнистом теле зерна. Составные части стенок эндосперма, которые содержат в основном некрахмальные полисахариды и белки, гидролизуются, т. е. происходит их растворение. Это открывает гидролитическим ферментам путь к крахмалу и белкам эндосперма. Образование и активация ферментов в зерне неразрывно связаны с жизнедеятельностью зародышевого корешка. В дальнейшем ферменты продолжают свою деятельность и в условиях, неблагоприятных для развития зародыша, т. е. при отсутствии кислорода или при высоких температурах. Эту особенность ферментов используют для снижения потерь при солодоращении путем торможения развития зародыша на конечных этапах солодоращения и достижения глубоких химических изменений в зерне.

Ферменты в зерне распределены неравномерно, главным образом в зародыше, эндосперме, прилегающем к щитку, и в периферийных частях зерна.

Значительное количество ферментов в спелом зерне находится в неактивном, связанном с белками состоянии. При прорастании зерна белки под действием протеолитических ферментов расщепляются и связанные с ними ферменты переходят в свободное, активное состояние. Повышение ферментативной активности обусловлено также новообразованием ферментов. В начале солодоращения питание зародыша зерна обеспечивается небольшим запасом сахаров, аминокислот, минеральных и других питательных веществ, которые растворяются в воде при замачивании зерна. При прорастании в результате повышения активности ферментов начинается расщепление всех высокомолекулярных соединений зерна (крахмал, белки, липиды, некрахмальные полисахариды и др.) с образованием простых низкомолекулярных соединений, которые расходуются как на рост зародыша, так и на дыхание зерна. Дыхание — это важнейший энергетический процесс, осуществляемый под действием окси-доредуктаз, которые катализируют превращение углеводов, а также органических кислот, липидов и азотсодержащих веществ.

В зависимости от интенсивности аэрации в прорастающем зерне кроме диоксида углерода всегда образуется некоторое количество органических кислот, спиртов и эфиров, которые придают свежепроросшему солоду специфический запах, напоминающий запах свежих огурцов.

Амилазы гидролизуют крахмал с образованием глюкозы, мальтозы, мальтотриозы и различных декстринов. Одна часть из них немедленно расходуется, а другая остается в виде свободных сахаров, которые придают солоду сладковатый вкус. Одновременно количество крахмала уменьшается на 5... 10 %.

Протеолитические ферменты гидролизуют белки и полипептиды до пептидов и аминокислот. Гидролиз белковых веществ может достигать 50 %. В результате протекающих одновременно процессов синтеза к концу солодоращения 35...40 % белка становятся растворимыми. Содержание аминного азота увеличивается в 3...6 раз.

Органические фосфаты под действием фосфатазы расщепляются до неорганических фосфатов, а липиды под действием липазы — до глицерина и высших жирных кислот. Образование органических кислот, аминокислот и фосфатов приводит к повышению кислотности солода.

В целом в результате проращивания масса водорастворимых веществ в зерне увеличивается почти в 2 раза, т. е. с 7 до 14 %.

Факторы, влияющие на проращивание зерна. Холодный (12...16 °С) способ проращивания по всем показателям предпочтительнее, чем тепловой (выше 20 °С). Такой температурный режим обеспечивает умеренный рост зародыша, максимальное накопление гидролитических ферментов и глубокий распад белковых веществ. При температурах ниже 10"С снижается жизнедеятельность зерна, температура же выше 20°С приводит к непрерывному росту, растворению и повышенным потерям. Продолжительность проращивания светлых солодов 7...8 сут, темных солодов — 9 сут. Для полной активации ферментов и достижения желаемой степени растворения эндосперма содержание влаги в зерне должно быть 44...48 %. Суточные потери влаги составляют 0,3...1 %. Поэтому при ращении зерно необходимо увлажнять водой путем его орошения, количество которой определяют расчетным путем. Необходимо слой зерна продувать кондиционированным воздухом температу­рой на 2...3 °С ниже, чем в слое зерна, и содержанием влаги 98... 100 %, что обеспечивает заданную температуру ращения и удаление части образовавшегося диоксида углерода.

Для получения одинакового по качеству солода его необходимо разрыхлять (ворошить) 1...2 раза в сутки в зависимости от дня ращения.

Способы и технологические режимы проращивания солода. Температура замоченного зерна, подаваемого на ращение, должна быть 12... 14 °С. Процесс проращивания солода следует проводить так, чтобы зерно прорастало равномерно, с наименьшим количеством проростков и полным растворением эндосперма в конце проращивания. Различают токовые и пневматические солодовни. В токовой солодовне ячмень проращивают в тонком слое на бетонном или асфальтном полу (на току). Основной способ солодоращения — это пневматический, осуществляемый в специальных механизированных ящиках или барабанах, через которые продувается кондиционированный воздух.

В результате проращивания получают свежепроросший солод, который отличается от исходного ячменя наличием корешков с содержанием влаги 42...46 %, растворимостью мучнистого тела и характерным запахом свежих огурцов. Амилолитическая активность свежепроросшего солода возрастает до 300...400 ед. для светлого солода и 400...500 ед. для темного солода против 60...90 ед. в исходном зерне.

Сушка солода. Заключительная стадия производства солода — сушка свежепроросшего солода, цель которой — снижение содержания влаги материала с 40...50 до 3...6 % и придание солоду специфических вкуса, цвета и аромата при сохранении высокой ферментативной активности. Поэтому сушка солода представляет собой сочетание сложных нестационарных процессов тепло- и массообмена и биохимических превращений.

Превращения в солоде при сушке. Свежепроросший солод во время сушки претерпевает глубокие физические, физиологические и биохимические изменения, которые зависят от скорости обезвоживания, температуры сушильного агента, содержания влаги и условий сушки. Физические преобразования состоят в изменении содержания влаги, массы, цвета, аромата и вкуса солода. В зависимости от физиологических и биохимических превращений в солоде технология сушки разделяется на три основные фазы.

Первая фаза — физиологическая, в течение которой продолжается рост листка и корешков, протекают ферментативные про­цессы. Температура солода в течение 10... 12 ч повышается с 20...25 до 45 С. Содержание влаги уменьшается до 30 %.

Вторая фаза — ферментативная, длится 5...7 ч при повышении температуры от 45 до 70 "С. Рост и дыхание зародыша прекращаются, а ферментативные гидролитические процессы усиливаются. Это обусловлено пребыванием ферментов в зоне оптимальной температуры (40...60°С). Содержание влаги солода снижается от 30 до 10 %, что лимитирует протекание ферментативных реакций.

Третья фаза — химическая, протекает при температуре 70...80 °С для светлого солода и 100...105°С для темного солода. Содержание влаги снижается до 3...5 %. Длительность фазы 3...4 ч. При температуре выше 75°С все ферментативные реакции прекращаются. Ферменты частично инактивируются или переходят в связанное неактивное состояние, ферментативная активность постепенно увеличивается.

В процессе сушки солода существенно изменяется химический состав солода. В течение первых 10...15 ч сушки происходит ускоренный гидролиз крахмала, что приводит к увеличению количества сбраживаемых сахаров. При высоких температурах сушки изменяются состав солода и его органолептические показатели. Высокая активность протеолитических ферментов приводит к сильному расщеплению белков и накоплению продуктов их гидролиза.

Факторы, влияющие на процесс сушки. Правильное соотношение температура: содержание влаги — это важнейшее условие получения высококачественного солода. Рекомендуется соблюдать следующие соотношения. При изменении содержания влаги от 45 до 30% температура должна быть не выше 40°С.

Способы и технологические режимы сушки солода. Основное требование при сушке солода — обеспечение постепенного подъема температуры и соответствующего снижения содержания влаги солода. Для сушки солода применяют различные сушилки периодического и непрерывного действия. В качестве сушильного агента применяют либо нагретый в калорифере чистый воздух, либо смесь холодного воздуха с газами. Последние получают сжиганием природного газа, мазута, кокса или угля. Для получения светлого солода его сушку проводят так, чтобы затормозить рост зародыша и дыхание зерна, не допустить глубокого гидролиза крахмала и белка. Для этого следует быстро удалить влагу при относительно низких температурах. Такой режим позволяет сохранить высокую ферментативную активность солода, так как высокая концентрация сухих веществ, предохраняет ферменты от инактивации. Аромат, вкус и цвет светлого солода формируются в последние 3 ч при отсушке, когда температура повышается до 80⁰С.

При сушке темного солода в отличие от светлого добиваются глубокого гидролиза белков и крахмала и интенсивного накопления сахаров и аминокислот. По окончании сушки у сухого солода отделяют ростки, которые могут быть причиной горького вкуса пива.

Свежевысушенный солод непригоден для переработки, и перед поступлением в производство его необходимо выдержать не менее 30 сут при температуре не выше 20 °С. Во время хранения содержание влаги солода повышается на 2...3 %, и нем происходят благоприятные физико-химические превращения (увеличиваются объем зерна, содержание азотистых и минеральных веществ, повышается активность ферментов и др.), что и итоге приводит к повышению качества солода. Охлажденный и сухой солод при оптимальных температуре и влаге может храниться без потери качества до двух лет.