Технология солода. Технология солода. Технологические расчеты по производству солод. Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2005 2 удк 663. 4 (075) ббк 36. 87я7 К44 Рецензенты
 Скачать 4.46 Mb.
|
|
Замачивание с длительными воздушными паузами широко распространено за рубежом и называется пневматическим замачиванием. В нашей стране этот способ разработан для водочувствительных ячменей. Для ускорения роста зародыша необходимо снабжение его кислородом и сокращение времени пребывания зерна под водой. Воздушные паузы составляют 50-80 % замачивания 65 Из-за того что влага, которая осталась на поверхности зерна после орошения, всасывается зерном в течение 10-20 час, воздушные паузы могут быть увеличены до этого времени. Поверхностная влага способствует равномерному замачиванию и приводит к снижению общей продолжительности замачивания и ускорению прорастания. Для данного способа характерен быстрый рост корешков. Это может привести к большим потерям, поэтому необходим строгий контроль за процессом замачивания. Продолжительность замачивания составляет час. Способ может быть реализован как воздушно-водяное замачивание с длительными воздушными паузами, таки воздушно-оросительное с длительными воздушными паузами. Способ перезамачивания - усовершенствованный способ пневматического замачивания, имеет много вариантов, нов большинстве случаев реализуется следующим образом. После обычного замачивания в течение 24-28 час при влажности зерна 38 % его перегружают в солодорастильные аппараты, где оно проращивается в течение ми час. Затем повторно замачивают в течение 12- ти час в солодорастильном аппарате. На первом этапе замачивания ячмень обеспечивается достаточным количеством влаги и кислорода для дальнейшего проращивания. При повторном замачивании активизируются ферментные системы. Продолжительность замачивания 42 часа. Замачивание с учетом физиологических особенностей зерна проводится потрем режимам осеннему, зимнему и весеннему. В осенний период ячмень находится в стадии послеуборочного дозревания, содержит много биологически активных веществ, которые ингибируют процесс проращивания, дыхание и активность ферментов. В зимний период ячмень имеет хорошую прорастае- мость и высокую ферментативную активность. Весной ячмень содержит мало биологически активных веществ и имеет максимальную прорастаемость. Режимы устраняют отрицательные факторы, которые присущи ячменю в тот или иной период года. Осенний режим (сентябрь-декабрь): зерно замачивают с добавлением 0,1- 0,2 % раствора NaOH в течение 4-6 час при температуре 13-14 С для ограничения действия биологически активных веществ. В конце замачивания добавляют стимуляторы роста. Зимний режим (январь-март) - замачивание обычным способом, но при переработке зерна пониженного качества используется осенний режим. Весенний режим (апрель-июль): зерно выдерживают вводе без ее смены час при постоянной аэрации для сохранения биологически активных веществ, далее - обычным способом. Контроль процесса замачивания Для солодоращения важное значение имеет степень замачивания. При пе- ремачивании нарушается целостность семенной оболочки, утрачивается ее свойство полупроницаемости, в зерно начинают проникать соли из воды и зародыш погибает. Высокая степень замачивания способствует интенсивному образованию ферментов и более глубокому гидролизу крахмала и белков. При недостаточном замачивании прорастание происходит слабо, возникает опасность высыхания. Степень замачивания выбирается в зависимости от качества ячменя и типа получаемого солода. При производстве светлого солода степень замачивания составляет 43-44 %, при производстве темного - 46-48 %. В некоторых случаях - 46-50 Степень замачивания контролируют аналитическими эмпирическим путем. Аналитический, или лабораторный, контроль проводится 2-мя способами: Первый способ применяют с помощью сетчатого цилиндра емкостью см. В него помещают 100 г зерна и опускают в замочный аппарат вместе с основной массой зерна. Через определенные промежутки времени цилиндр вынимают, избыток влаги удаляют и взвешивают. Увеличение массы цилиндра дает степень замачивания 1 100 где W - степень замачивания, а- увеличение массы стакана с зерном после замачивания, г - влажность ячменя до замачивания, Второй способ степень замачивании определяют по изменению абсолютной массы зерна: , где а, b - абсолютная масса зерна дои после замачивания, г. Эмпирический контроль зерно сжимается двумя пальцами вдоль длинной оси, при этом должно быть слышно легкое потрескивание отделяющейся оболочки от эндосперма разрезанное зерно должно оставлять меловую черту; при разрезании тупым ножом зерно должно раздаваться в ширину - если зерно недомочено, то оно расщепляется на две части. Оборудование и размещение замочного отделения В настоящее время конструкция аппаратов для замачивания усложнилась. Их размещают в отдельном помещении - замочном отделении. Оно должно быть расположено вблизи солодорастильного. Если солодовня находится на первом этаже, то отделение замачивания должно располагаться между первыми вторым или вторыми третьим (или на втором и третьем) этажами, как провисающее оборудование, чтобы обеспечить самотек. Верхний край замочного аппарата должен находиться на высоте 1,0-1,5 мот уровня пола для удобства обслуживания. Замочное отделение должно иметь естественное освещение, отопление (температура помещения 15-18 С, вентиляцию (кратность воздухообмена 1,5-2,0 в час Применяемые замочные аппараты классифицируют следующим образом- по форме корпуса (круглого или прямоугольного сечения- по форме днища (коническое или плоское- по назначению (для замачивания, для замачивания и мойки, для замачивания и предварительного проращивания- по способу аэрации (с применением барботеров, форсунок, эжекторов- по способу герметизации (открытые и закрытые- по способу выгрузки (самотеком, с применением механических средств- по конструктивным особенностям (устройства для удаления воды и сплава, СО 2 , наличие систем перемешивания, форсунок для орошения). Применение барботеров в современных аппаратах нежелательно, т.к. они загромождают внутреннее пространство аппарата, ухудшают условия его мойки, препятствуют свободной выгрузке зерна. Наиболее широко распространен замочный аппарат с коническим днищем рис. Рис. 20. Замочный аппарат с коническим днищем - вентилятор 2 - конус 3 - водяной коллектор 4 - коробка для сплава 5 - корпус - коническое днище 7 - воздушный коллектор 8 - распределительный конус 9 - шибер Вместимость его от 10 дот. Зерно загружается сверху и распределяется с помощью конуса (2). Вода подается через распределительный конус (Через негоже удаляют воду и СО 2 в период воздушных пауз с помощью вентилятора. Сжатый воздух подается через коллектор (7), при помощи него происходит перемешивание зерна. Замочную воду, которая переливается через корпус, и сплав удаляют через сплавную коробку (4). В верхней части смонтированы форсунки (3) для мойки аппарата. Выгружают зерно при открытии шибера. Коэффициент заполнения аппарата 0,9. Угол наклона конической части аппарата составляет 45-55º. Разновидностью аппаратов такого типа являются аппараты с центральной трубой для перекачивания зерна. Благодаря этому исключается пребывание зерна в конической части, достигается равномерное снабжение его водой и аэрация зерна. Но такой способ перемешивания хуже, чем первый, т.к. зерно травмируется. В последние годы разработан замочный аппарат с плоским ситом рис. Рис. 21. Замочный аппарат с плоским ситом - загрузочно-разгрузочный механизм 2 - привод 3 - форсунки 4 - коробка для сплава - коллектор сжатого воздуха 6 - клапан для спуска зерна 7 - желоб с водой 8 - насос Он представляет собой цилиндрическую емкость с плоским дном, над которым расположено сетчатое днище. На этом днище размещается ячмень высотой дом. Аппарат имеет механическое устройство для загрузки и выгрузки. Способ замачивания в таком аппарате оросительный или воздушно-ороси- тельный с помощью форсунок (3). В аппарате реализуется сухая загрузка ивы- грузка зерна. Привод (2) может приводить во вращение сетчатое дно, это обеспечивает равномерную загрузку и замачивание. В аппаратах осуществляется эффективная аэрация сжатым воздухом, который подается через коллектор (Поток воздуха до 300 м 3 /т*ч. Зерно не перемешивается, а лишь продувается сжатым воздухом для насыщения кислородом. Концентрация растворенного кислорода 2-4 мг/дм 3 . Такие аппараты требуют большего расхода воды, т.к. пространство под сетчатым дном нельзя уменьшить В качестве недостатка можно также отметить необходимость ручной очистки пространства под ситами. В этих аппаратах нет зерен, которые находятся в невыгодном положении (коническая часть традиционных аппаратов). Еще один современный вид замочного оборудования - шнеки рис. Рис. 22. Шнек для замачивания - ввод воды 2 - загрузка зерна 3 - выгрузка зерна Они могут использоваться как для мойки, таки для замачивания. Ячмень) подается в заполненный водой желоб и медленно перемещается навстречу потоку воды (1) при помощи шнека. Замоченный ячмень выгружается через специальное устройство (3). Обеспечивается непрерывность процесса, ноне- достатком устройства является неравномерность слоя зерна, аэрации и удаления образующегося СО 2 Независимо от конструкции аппараты для замачивания должны быть снабжены следующими устройствами- системой подачи зерна в аппарат (механические конвейеры, самотечные устройства, гидротранспорт - первые 2 предпочтительнее из-за экономии воды и электроэнергии- системой подачи воды (мойка, увлажнение, гидроперемешивание); - системой подачи дезинфицирующих растворов и стимуляторов роста- установкой для аэрации зерна и отвода СО- теплообменниками для кондиционирования замочной воды (нагрева, охлаждения- емкостью для очищенного, отсортированного и взвешенного зерна. Контрольные вопросы. Какова основная цель замачивания. Какие изменения происходят в зерне при замачивании. Какие основные факторы влияют на процесс замачивания зерна. С какой целью проводится мойка и дезинфекция зерна. Какова роль кислорода при замачивании зерна. Какие существуют классические способы замачивания. Что такое пневматическое замачивание, его разновидности. Особенность современных способов замачивания 70 9. Как контролируется степень замачивания зерна. В чем особенность компоновки замочного отделения. Каковы преимущества и недостатки замочных аппаратов с коническим днищем. В чем особенность замочных аппаратов с плоским ситом. Каковы преимущества и недостатки шнеков для замачивания. ПРОРАЩИВАНИЕ ЯЧМЕНЯ. Физиологические процессы. Биохимические процессы. Факторы, влияющие на проращивание. Практика проращивания. Специальные способы солодоращения 6. Интенсификация солодоращения 7. Качество свежепроросшего солода. Физиологические процессы Высокая влажность зерна создает благоприятные условия для процессов ассимиляции и синтеза. Также, как ив естественных условиях, зерну для прорастания необходимы определенная влажность, температура и наличие кислорода. При создании этих условий зародыш переходит к активной жизнедеятельности. Начинается развитие зачаточных органов зародыша, накопление ферментов и их активное действие. Основной целью солодоращения является накопление ферментов, при действии которых достигается растворение резервных веществ зерна. Изменения зародыша сначала обнаруживаются в корешке, затем в листовых органах. Зародышевый корешок проникает через плодовую, семенную и мякинную оболочки в том месте, где зерно прикреплено к колосу и становится видимым. Клетки корешка развиваются, появляется несколько новых корешков. Это внешний признак начала проращивания. Одновременно развивается зародышевый листок. Он прорывает плодовую и семенную оболочки и, развиваясь, продвигается между ними и спинной мякинной оболочкой. При искусственном проращивании он не должен быть больше размеров зерна. Если листок перерастает длину зерна и появляется в вершине, это свидетельствует о появлении проростков. Это наблюдается при высокой влажности, теплом и длительном проращивании. Равномерность роста корешков свидетельствует о правильном проращивании. Если корешок не развивается, ячмень остается сырым. Сильный рост корешков также нежелателен, т.к. увеличиваются потери сухих веществ. Если зародыш поврежден при уборке, корешки не прорастают, а происходит избыточное развитие зародышевого листа Главный энергетический процесс при проращивании - дыхание - происходит под действием ферментов окислительно-восстановительного комплекса. Каталаза катализирует реакцию разложения перекиси водорода с освобождением кислорода, быстро накапливается при проращивании, активность увеличивается враз. В конце проращивания активность снижается. Пероксидаза окисляет органические соединения с помощью перекиси водорода, активность этого фермента при проращивании увеличивается в 7-10 раз. Полифенолоксидаза окисляет полифенолы ячменя, активность при проращивании увеличивается в 2 раза. Под действием оксидаз происходит как полное, таки частичное окисление сахаров. В результате выделения тепловой энергии температура при проращивании повышается, это приводит к усилению дыхания и увеличению потерь сухих веществ. К началу роста необходим приток большого количества воздуха для нормального процесса роста и синтеза ферментов. В процессе дыхания образуются также продукты неполного окисления (спирты, эфиры, органические кислоты. Из-за этого солод приобретает специфический запах. Прорастание вызывает потребность зародыша в питательных веществах. Сначала используются растворимые вещества, находящиеся в зародыше, ив первую очередь сахароза. Затем зародыш потребляет продукты гидролиза полимеров эндосперма, и происходит построение новых тканей. Щиток является снабжающим органом. По мере развития в нем образуются сосуды (проводящая ткань, которые тянутся от эндосперма к зародышу и действуют как транспорт. Щиток, который состоит из большого числа митохондрий, адсорбирует запасные вещества эндосперма развитой клеточной поверхностью, превращает глюкозу (конечный продукт гидролиза крахмала) в сахарозу (за счет фосфатов глюкозы, которые образуются придыхании) и снабжает зародыш питательными веществами. Существенным процессом, происходящим при проращивании, является активация и синтез ферментов при расходовании энергии, образующейся придыхании. Механизм образования ферментов заключается в следующем. Зародыш в результате своего развития вырабатывает ростовые вещества (гормоны), они доставляются к алейроновому слою при помощи капиллярной проводимой сети, где происходит синтез ферментов. Взаимодействие алейронового слоя и ростовых веществ очень сложное и объяснено не полностью. Считается, что эти гормоны вызывают синтез специфической растворимой РНК. Для поддержания этого процесса и нужны гормоны, поэтому они должны вырабатываться вовремя всего процесса проращивания, чтобы обеспечить синтез ферментов. Ферменты синтезируются в следующей последовательности: эндо-β-глюканаза, эндопептидазы, фосфатазы и α-амилаза. β-Амилаза содержится в непроросшем ячмене в эндосперме ив небольшом количестве - в алейроновом слое, прочно связана с нерастворимым белком дисульфидными мостиками. Активность ее зависит от пептидаз, которые разрывают эти связи. Повышение же активности пептидаз зависит от содержания глютатиона (трипептид, состоит из гликокола, цистеина и глютаминовой кислоты, который имеет в своем составе сульгидрильные группы (SH), они при окислении переходят в сульфгидрильные (S-S). В этот период пептидазы увеличивают свою активность, разрываются связи между амилазой и нерастворимым белком, и активность фермента повышается. Количество фермента зависит от сорта ячменя, условий выращивания и содержания белка в ячмене, активность повышается с увеличением влажности дона день в 3-4 раза, в дальнейшем роста не происходит. α-Амилаза образуется при проращивании, накапливается, в основном, в эндосперме (93 %), немного в зародыше (7 %). Активность зависит от сорта ячменя и продолжительности вегетационного периода чем он длиннее, тем выше активность фермента при проращивании. Повышению активности также способствует повышение влажности, температуры. Активность проявляется на сутки проращивания и возрастает в течение всего периода проращивания. Цитазы частично присутствуют в непроросшем зерне, частично синтезируются, активность при проращивании увеличивается в 20-100 раз. Пептидазы содержатся в непроросшем зерне в активной форме, наиболее интенсивно образуются на 2-3 сутки проращивания, количество их возрастает в 4 раза. Понижение температуры приводит к замедлению образования ферментов. Для увеличения эндопептидазной активности следует использовать способы замачивания с длительными воздушными паузами. Фосфатазы присутствуют в непроросшем зерне, активность увеличивается в 8-10 раз. Липазы присутствуют в непроросшем зерне, активность увеличивается начиная сох суток проращивания в 4-5 раз. Под действием образующихся вновь и активирующихся ферментов происходят биохимические процессы в прорастающем зерне - гидролиз высокомолекулярных соединений и перевод их в растворимую форму. Биохимические процессы Цитолитическое растворение. Клеточные стенки зерна имеют сложный состав и построены, в основном, из некрахмальных полисахаридов целлюлозы, гемицеллюлозы и гумми-веществ. Изменение клеточных стенок при проращивании называется цитолизом (рис. При проращивании стенки клеток эндосперма, начиная от зародыша, постепенно растворяются, эндосперм становится рыхлыми легко растирается. Со стороны спинки этот процесс идет быстрее, чем с брюшной. Целлюлоза при проращивании не изменяется. Основной частью гемицеллюлоз эндосперма являются β-глюкан, пенто- заны и маннан, они соединены между собой белком. Гидролиз этих веществ осуществляют ферменты из класса цитаз: эндо- и экзоглюканазы, эндо- и экзок- силаназы, арабинозидаза, ксилобиаза и др 73 а) б) Рис. 23. Клеточные стенки ячменя до (аи после (б) цитолаза Гидролиз β-глюкана проводится эндо- и экзо-β-глюканазами. Эндо-β- глюканазы разрывают молекулу β-глюкана по серединным связям, уменьшают его молекулярную массу и переводят молекулу в растворимое состояние. Экзо- β-глюканазы отщепляют целлобиозу и ламинарибиозу от нередуцирующих концов молекулы β-глюкана и производят осахаривающее действие. Полученные дисахариды гидролизуются ферментами целлобиазой и ламинарибиазой до глюкозы. Количество гемицеллюлоз снижается на 25 %, в основном, за счет гидролиза β-глюкана. Гумми-вещества и пентозаны изменяются незначительно. Распад геми- целлюлоз и гумми-веществ приводит к образованию продуктов с более низким молекулярным весом - гексоз, пентоз, растворимых пентозанов, соединений типа декстринов. Эти продукты накапливаются в зерне в свободном состоянии, часть используется зародышем. Оптимальные условия цитолиза рН 5,0; температура 45 С. Гидролиз азотсодержащих веществ. Большая часть азотсодержащих веществ в ячмене находится в виде высокомолекулярных белков. При проращивании около 55 % белков расщепляется до аминокислот, из них 30 % идут на построение нового белка (ростков и проростков, служат для синтеза ферментов. Необходимую энергию зародыш получает за счет окисления углеводов придыхании. Наибольшим изменениям подвергается белок алейронового слоя - основной источник растворимых соединений. Гидролиз белковых веществ происходит под действием эндо- и экзопеп- тидаз. Эндопептидазы гидролизуют белки по внутренним связям до растворимых полипептидов и пептидов. Оптимальные условия их действия рН температура 50-60 С. Под действием экзопептидаз полипептиды и пептиды гидролизуются до аминокислот. Аминокислоты необходимы для развития зародыша, а также для жизнедеятельности дрожжей при брожении. Различают амино-, карбокси- и дипептидазы. Аминопептидазы отщепляют концевую аминокислоту, которая содержит свободную аминогруппу (рН-оптимум Карбоксипептидазы отщепляют концевую аминокислоту, которая содержит свободную карбоксильную группу (рН-оптимум 4,8-5,7). Дипептидазы - гидролизуют пептидные связи в дипептидах (рН оптимум Из всех аминокислот, которые содержатся в пиве, 70 % образуется при проращивании и только 30 % вовремя других технологических стадий. Поэтому гидролиз белковых веществ при проращивании нельзя заменить гидролизом белковых веществ при затирании, т.к. продукты гидролиза различны. На растворимость белка при проращивании влияют влажность и температура чем выше влажность и длительнее проращивание, тем выше растворимость. Высокая температура способствует глубокому гидролизу белков, но при этом усиливается рост корешков. Белковый гидролиз считается нормальным, если не менее 33 % общего азота находится в растворимой форме, 10-20 % в форме аминокислот. |