Оглавление
Здесь приведены некоторые цитаты из книги "Технология спирта" под редакцией доктора технических наук профессора В.Л. Яровенко. Это только небольшая часть материала по солодоращению. Так же в этой книге описаны современные технологии, в частности рассмотрены основы мембранной технологии. Дана биохимическая и технологическая характеристика сырья. Описаны методы хранения, измельчения, растворения и подготовки сырья к сбраживанию. Освещены вопросы получения ферментных препаратов и солода, культивирования дрожжей, бактерий, плесневых грибов, сбраживания, выделения спирта из бражки и его ректификации. Приведены методы использования побочных продуктов и очистки сточных вод.
Для специалистов бродильной промышленности и студентов вузов, обучающихся по направлению «Технология продуктов питания» и специальности «Технология бродильных производств».
Замачивание зерна
Основная цель замачивания - увлажнить зерно; дополнительная - отмыть от остатков пыли, удалить легкие зерновые и не зерновые примеси и подавить микроорганизмы. Замачивание ведут с применением воздуха и воды, чередуя насыщение зерна водой и аэрацию.
Во время замачивания протекают физико-химические и биохимические процессы, приводящие к глубоким изменениям в зерне.
Зерно прорастает нормально при влажности 40...46 %. При меньшей влажности ростки быстро увядают, накапливается мало ферментов, эндосперм плохо и неравномерно растворяется. Переувлажненное зерно долго не начинает прорастать, а затем быстро трогается в рост с большим выделением теплоты. Замачивание обычно заканчивается по достижении влажности 38...40 %. Во время замачивания зерно набухает, увеличиваясь в объеме, например, на 40...45 % (ячмень). Из твердого и хрупкого оно становится мягким и эластичным.
Биохимические процессы при замачивании зерна
В результате увеличения влажности зерна при замачивании резко усиливается жизнедеятельность и в первую очередь дыхание зерна, сопровождающееся потребностью в кислороде. Вместе с тем запас кислорода в воде очень быстро уменьшается, например при замачивании ячменя на 60...80 мин он исчезает, поэтому обеспечение зерна кислородом затруднено. При кислородном голодании образуется этиловый спирт, вредно влияющий на жизнеспособность зародыша. В таких условиях частично нарушается структура тканей и зерно легко переувлажняется. Во время последующего проращивания требуются длительная перестройка типа дыхания, сжигание спирта и других метаболитов, на образование которых были затрачены углеводы. Отсюда следует, что с самого начала замачивания должны быть созданы условия для нормального дыхания зерна.
При замачивании зерна одновременно с усилением дыхания происходит глубокая перестройка всего ферментного комплекса.
Проращивание зерна
Цель солодоращения - накопление ферментов, растворение межклеточных пластинок и стенок клеток эндосперма, что необходимо для снабжения развивающегося зародыша питательными веществами и перехода ферментов в сусло. Зерно проращивают в таких условиях, чтобы расход крахмала
на дыхание и образование новых вегетативных органов был минимальным, при возможно меньшем обсеменении микроорганизмами, особенно кислотообразующими.
Морфологические и цитолитические изменения зерна
При проращивании в зерне происходят процессы распада и синтеза. В эндосперме гидролизуются резервные вещества - крахмал, белки, а также пектиновые вещества, гемицеллюлозы, целлюлоза; образующиеся растворимые продукты поступают через щиток в зародыш. В результате процессов синтеза из зародыша вырастают стебелек и корешки.
При проращивании ячменного зерна в течение 10 суток происходят морфологические изменения. Корешки выходят наружу и в зависимости от длительности проращивания имеют большую или меньшую длину. Стебелек скрыт под мякинной оболочкой и становится видимым лишь в конце солодоращения. У единичных зерен стебелек показывается раньше, образуя белого цвета «шпору», называемую в производстве «гусаром». У овса стебелек выходит наружу, корешки тоньше, но длиннее, чем у ячменя. У проса стебелек под мякинной оболочкой чуть заметен, корешок всего один, в 2...2,5 раза длиннее диаметра зерна. Рожь и пшеница не содержат цветочных пленок, и стебелек у них сразу пробивается наружу у края щитка.
Наряду с морфологическими происходят цитолитические изменения - нарушения клеточной структуры (растворение) эндосперма. Зона растворения почти точно следует за длиной стебелька, по которой можно судить о готовности солода.
Цитолитические ферменты в процессе проращивания зерна также активируются, и активность их возрастает до определенного времени, у ячменя -до 5...7 сут. Наибольшей активности цитазы соответствует переход твердого состояния мучнистого тела в рыхлое, когда эндосперм легко может быть растерт между пальцами.
Биохимические изменения зерна
При солодоращении наибольшую каталитическую активность проявляют кислые протеиназы, активаторами которых служат сульфгидрильные соединения, содержащие группу -Н, цистин и восстановленный глютатион. В первые сутки проращивания зерна количество глютатиона значительно увеличивается, причем в зародыше более энергично, чем в эндосперме. В последующие сутки накопление глютатиона в зародыше происходит медленнее, но все время в зародыше его больше, чем в эндосперме.
Активность кислой протеиназы в продолжение солодоращения возрастает приблизительно в 40 раз. Пептидазная активность проявляется также сильно, но позже протеиназной.
К концу проращивания в зерне накапливаются довольно активные липаза и фосфатаза (фитаза, нуклеотидаза). Активность фосфатазы тем выше, чем ниже температура солодоращения.
В результате проращивания повышается активность обеих групп ферментов, но соотношение их активности резко изменяется в обратную сторону и тем сильнее, чем ниже температура. Поэтому в процессе солодоращения накапливается значительное количество гидролитических ферментов при сравнительно небольших тратах крахмала на дыхание.
Изменение химического состава зерна
Несмотря на то что солодоращение протекает при сравнительно низких температурах, сильно отличающихся от оптимальных для действия ферментов, за время проращивания зерна происходят существенные изменения его химического состава.
Наибольшие преобразования претерпевает крахмал - основной резервный углевод зерна. Приблизительно 20 % от всего его количества гидролизуется: из них 8...9 % расходуется на дыхание, 3...4 % на построение стебля и корней и 8... 10 % остается в виде сахара, придающего солоду сладкий вкус. Свободные сахара состоят главным образом из сахарозы, инвертного сахара и мальтозы. При температуре проращивания 15...16 "С образуются преимущественно сахароза и продукты ее гидролиза, при температуре 20...23 °С - мальтоза. Белковые вещества также претерпевают значительные изменения. При существующих способах производства спирта азотистое питание для дрожжей накапливается в основном процессе солодоращения. Некоторое количество растворимого азота образуется и при осахаривании разваренной массы, но оно относительно невелико. Общее содержание азота на протяжении всего периода солодоращения остается практически таким же, содержание аминного азота резко возрастает на 6...8-е сутки, а затем темпы роста замедляются. Белки исходного ячменя гидролизуются примерно на 55 %, из которых около 23 % сосредоточивается в проростках в виде качественно иных белков. При солодоращении освобождается инозит и возрастает содержание других витаминов - тиамина и рибофлавина, имеющих важное значение для жизнедеятельности и бродильной энергии дрожжей. Образуются эфиры и другие соединения, придающие солоду специфический запах: свежих огурцов - ячменному, стручков акации, медовый или яблочный - просяному и т. д.
Потери сбраживаемых углеводов при солодоращении и способы их снижения
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.
Согласно технологической инструкции по производству спирта потери сахара и крахмала не должны превышать 16 % от содержания их в исходном зерне. 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, не получивших распространения в спиртовой промышленности. А. М. Малковым предложено добавлять в воду в процессе замачивания зерна ортофосфат, который, диффундируя в глубь его, блокирует свободные валентности железа, находящегося в цитохромной системе, ответственные за дыхание зародыша зерна. Такой же результат был получен при добавлении фторида натрия. В. Е. Деева применила диоксид серы, И. С. Ежов - вытяжку из мякинной оболочки и отрубей и многократное использование воды.
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.
Ящичное пневматическое солодоращение
Солодовни оборудуют растильными ящиками, камерой кондиционирования воздуха, вентиляторами, механизмами для ворошения и транспортирования солода.
Растильные ящики делают длинными прямоугольной формы. Дно ящика к середине имеет уклон для стока воды; На высоте 0,6...0,7 м от дна на каркасе из угловой стали устанавливают съемные сита, на которых размещают замоченное зерно, а в подситовое пространство подают кондиционированный воздух. Сита изготовляют из листовой оцинкованной стали или биметалла (медная пленка по стали) толщиной 3 мм. Отверстия в ситах продолговатые, размером 2 х 20 мм, живое сечение сит 10... 15 %.
Проращивание можно проводить от начала до конца в одном ящике или с ежесуточным перебрасыванием прорастающего зерна из одного ящика в другой. Во втором случае для облегчения переброски вручную внутренние стенки ящика делают съемными (деревянными).
Воздух в подситовое пространство нагнетается вентилятором, создающим напор 1000... 1200 Па. Определенные параметры воздуху придают в камере кондиционирования. Воздух, проходя в камере через водяную завесу, создаваемую с помощью форсунок, очищается от пыли, микроорганизмов и насыщается влагой, а в теплое время года охлаждается. Зимой воздух подогревается в калориферах или осуществляется его рециркуляция. Количество подаваемого воздуха регулируют клапанами (шиберами). При проращивании зерна на солод пользуются следующими общими приемами. По окончании замачивания зерно вместе с водой выгружают в растильный ящик. После отделения воды и согревания вороха до 23...24 "С зерно раскладывают на сите ровным слоем. Главные условия нормального проращивания - определенные температура, влажность зерна, достаточные аэрация и удаление диоксида углерода. Это достигается главным образом продуванием кондиционированного воздуха и поливанием зерна водой. Во избежание подсушивания зерна относительная влажность воздуха должна быть не ниже 95 %. Воздух продувают 2...3 раза в сутки, для чего открывают клапаны на воздуховоде. Чтобы снизить температуру до заданной, обычно достаточно продувания в течение 20...30 мин. Так как нижние слои солода охлаждаются быстрее верхних, то температуру контролируют в верхней трети слоя. Для равномерного охлаждения очень важно, чтобы зерно лежало на сите ровным слоем, иначе воздух пойдет по пути наименьшего сопротивления.
При проращивании корешки соседних зерен переплетаются, образуя сплошную войлокообразную массу, которую невозможно транспортировать. Чтобы этого не произошло, прорастающее зерно 2...3 раза в сутки («перелопачивают») перебрасывая вручную деревянными лопатами, причем зерно охлаждается и аэрируется. За 30 мин до каждого перелопачивания или ворошения зерно поливают водой. За 24 ч до окончания солодоращения увлажнение прекращают.
В ящике, освобожденном от готового солода, тщательно промывают верхнюю часть стенок и сита, направляя на них сильную струю воды, выбивающую из отверстий застрявшие зерна и обломки корешков. При снятых ситах промывают нижнюю часть стенок и дно ящика, обрабатывают их хлорной известью.
Проращивание ячменя и овса.
В течение первых 2 сут поддерживают температуру 19...20 "С, в дальнейшем ее снижают ежесуточно на 1...2 'С и к окончанию проращивания доводят до 13... 14 °С. Влажность готового солода должна быть 44...45 %. Прекращают проращивание, как правило, на 10-е сутки.
Проращивание ржи и пшеницы.
Температурный режим проращивания такой же, как для ячменя и овса. У зерна ржи и пшеницы стебелек проходит снаружи, поэтому их перелопачивают осторожно, чтобы его не обломить. Зерно с обломленным стебельком медленно прорастает и быстро плесневеет.
Зерно этих культур ложится более плотным слоем, для увеличения скважистости его смешивают с двух-трехсуточным ячменным или овсяным солодом и проращивают до 10 сут вместе, т. е. ржаной и пшеничный солод готовят семи-восьмисуточными. Влажность готового солода 40...41 %.