Технология пивоваренного солода

Очистка и сортирование зерна. Зерновая масса (в основном ячмень), которая поступает на пивоваренные и солодовенные заводы, содержит зерна различных размеров, различные примеси и в таком виде непригодна для хранения и солодоращения. К примесям относятся: камни, земля, песок, пыль, металлические предметы, семена трав и др. Примеси не только ухудшают качество зерна, но и создают условия для его порчи. Поэтому зерновую массу перед хранением очищают.

Зерно освобождается от примесей, отличающихся от него размерами и аэродинамическими свойствами, на зерновых сепараторах, на которых установлено 3–4 сита с круглыми и прямоугольными отверстиями. Примеси, отличающиеся от зерна формой (вика, овсюг), отделяются в триерах. Мелкие камни, гальку и землю отделяют на камнеотборочных машинах, а металлические примеси – на магнитных уловителях.

Очистку поверхности зерна от загрязнений проводят сухим способом пропусканием зерна последовательно через обоечную и щеточную машину.

В обоечной машине внутренняя поверхность цилиндрического невращающегося барабана покрыта абразивным материалом, а на вращающемся валу устроены стальные била, которые при вращении вала отбрасывают зерно на абразивную поверхность стенок барабана. В щеточной машине зерно очищается от пыли и оболочек, разорванных на обоечной машине.

Затем зерно ячменя сортируют по размерам. Необходимость этого 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 ячмень сортируют на плоских колеблющихся или круглых вращающихся ситах на три фракции по толщине зерна: менее 2,2 мм – III сорт (кормовое); 2,2–2,5 мм – II сорт; более 2,5 мм – I сорт.

Зерно из приемного пункта

Первичная очистка зерна зерна

О Отходы зерновые

и минеральные

Зерно на хранение

Хранение зерна

Вторичная очистка зерна

Отходы зерновые,

минеральные и

металлопримеси

Зерно на солод

Сортирование зерна

Зерно III сорта

Зерно I и II сортов

Мойка и дезинфекция зерна

Вода, сжатый воздух Отработавшая

и дезинфектанты вода и сплав

Чистое зерно

Замачивание

Кондиционированная Отработавшие

вода, сжатый воздух воздух и вода

Свежепроросший солод

для производства спирта

и ферментации

Сушка

Сушильный агент Отработавший

сушильный агент

Сухой солод

Отделение ростков

Ростки

Очищенный солод

Выдержка сухого солода

Солод для производства

хлебобулочных изделий,

солодовых экстрактов,

концентрата квасного Выдержанный солод

сусла для производства пива

Рис. 1.2. Операционная схема технологического процесса

производства солода

Замачивание ячменя. Содержание влаги в ячмене, 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. Поэтому основная цель замачивания – увлажнение зерна до содержания влаги, оптимального для проращивания.

Превращения в зерне при замачивании. Объем зерна увеличивается на 35–45 %. Появившаяся в зерне свободная влага обеспечивает переход в растворенное состояние ферментов и питательных веществ и их миграцию к зародышу. В результате активации ферментов в зерне ускоряются биохимические процессы, особенно его дыхание. Нормальный ход аэробного дыхания зависит от наличия кислорода в среде. При его недостатке может наступить анаэробное дыхание зерна с образованием этилового спирта, оксида углерода и др. Продукты анаэробного дыхания являются клеточными ядами, которые ведут к разрушению структуры тканей.

Диоксид углерода, являющийся нормальным продуктом как аэробного, так и анаэробного дыхания зерна, также отрицательно влияет на жизненные процессы, происходящие в зерне. Поэтому для обеспечения нормального развития зерна при замачивании его подвергают искусственной аэрации.

В результате замачивания происходит глубокая перестройка всего ферментативного комплекса зерна, активирование ферментов, особенно амилолитических и протеолитических. В зерне содержание нерастворимых соединений уменьшается, а растворимых – увеличивается. Начинают развиваться вегетативные части зерна (корешок, росток). Таким образом, замачивание можно считать первой стадией проращивания зерна.

Факторы, влияющие на процесс замачивания:

– Температура воды. Чем выше температура, тем быстрее вода поступает в зерно, улучшается набухаемость белков, крахмала и клетчатки. Однако при повышении температуры замочной воды усиливается дыхание зерна и интенсифицируется размножение микроорганизмов, которые всегда присутствуют на поверхности зерна, что приводит к резкому возрастанию потребления кислорода. Оптимальной температурой замачивания считается 10–12 °С, так как при более низкой сильно тормозится развитие зародыша, а при более высокой возрастает опасность инфицирования солода. 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) замачивание. Наиболее распространено обыкновенное (нормальное) замачивание. На ряде заводов применяют теплое замачивание. Однако в этом случае обязательно следует применять активные дезинфектанты и интенсивную аэрацию.

– Размер зерна. Крупное зерно замачивают дольше, чем мелкое, поэтому для достижения одинаковых значений содержания влаги и равномерного развития при производстве солода используют отсортированное зерно I и II сортов.

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

– Неравномерность поглощения зерном воды. В первые 25–30 ч 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. 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 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 1000 л воды), едкий натр, каустическую соду, перекись водорода и др.

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.

Замачивание может производиться тремя способами: периодическим воздушно-водяным, непрерывно-поточным (в насыщенной воздухом воде) и воздушно-оросительным.

Наиболее прогрессивным является воздушно-оросительный способ. Он заключается в том, что зерно сначала в течение 20 ч орошается водой, распыляемой форсунками, расположенными над слоем зерна. Температура воды составляет 18–20 °С. Через каждый час слой зерна продувают воздухом в течение 15 мин. Затем аппарат заполняют водой на 8 ч. При этом слой зерна продувают воздухом через каждые 30 мин. Далее воду сливают, а зерно продолжают орошать и периодически продувать воздухом до достижения конечной массовой доли влаги 42–47 %. Длительность замачивания составляет 48–56 ч в зависимости от температуры замачивания.

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 биологические превращения. К морфологическим относятся – развитие зародыша с ростом корешков и лепестков, а также нарушение клеточной структуры эндосперма, к биологическим – активация ферментов, дыхание, превращение сложных веществ в простые.

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 белками ферменты переходят в свободное, активное состояние. При солодоращении активность амилолитических ферментов возрастает в 3–5 раз, протеолитических – в 2–4, фосфатаз – в 5–10 раз.

При прорастании зародыша 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. 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.

– Температура проращивания. 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 температуре ниже 10 °С снижается жизнедеятельность зерна, температура же выше 20 °С приводит к непрерывному росту, растворению эндосперма и повышенным потерям. Температура проращивания светлого солода не должна превышать 18 °С, а темного 21–23 °С, что обусловлено необходимостью более глубокого распада белковых веществ. Продолжительность проращивания светлых солодов 7–8 сут, темных – 9 сут.

– Содержание влаги в зерне. 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 путем его орошения водой, количество которой определяют расчетным путем.

– Аэрация. В первые 2–3 дня проращивания соотношение кислорода и диоксида углерода в слое зерна должно быть больше единицы, так как рост зародыша, активация и образование ферментов возможны только в аэробных условиях. В дальнейшем, после завершения биологической фазы, следует создавать анаэробные условия, при которых тормозится и останавливается рост корешка и ростка, но ферментативные процессы продолжают протекать. Однако и на этом этапе необходимо слой зерна продувать воздухом с температурой на 2–3 °С ниже, чем в слое зерна, что обеспечивает заданную температуру ращения и удаление части образовавшегося диоксида углерода.

– Рыхление. Для получения одинакового по качеству солода его необходимо разрыхлять (ворошить) 1–2 раза в сутки.

– Использование активаторов. Для интенсификации солодоращения используют различные активаторы, которые стимулируют процессы растворения эндосперма зерна и накопления ферментов. В качестве активаторов применяют молочную кислоту (1,5 л на 1 т зерна), диаммония фосфат (0,9 кг на 1 т) и др.

Способы и технологические режимы проращивания солода. Независимо от используемого оборудования процесс проращивания солода следует проводить так, чтобы зерно прорастало равномерно, с наименьшим количеством проростков и полным растворением эндосперма в конце проращивания.

Зерно проращивают в специальных помещениях, которые оборудуют аппаратами и машинами для очистки, сортирования, замачивания, проращивания, сушки зерна, отделения ростков, кондиционирования воды и воздуха.

Различают токовые и пневматические солодовни. В токовой солодовне ячмень проращивают в тонком слое на бетонном или асфальтном полу (на току). Высота слоя в начале проращивания 40 см, в конце 15–12 см. Такие солодовни остались на заводах малой мощности, они малопроизводительны и требуют больших затрат ручного труда, особенно на ворошение зерна.

Основной способ солодоращения – пневматический, осуществляемый в специальных механизированных ящиках или барабанах, через которые продувается кондиционированный воздух. В барабанах вращение проводят 1–1,5 ч через 3–6 ч покоя, в ящиках зерно ворошат 2 раза в сутки. Зерно регулярно поливают водой.

Проращивание заканчивают, когда ростки достигают размеров от 2/3 до 3/4 длины зерна. В результате проращивания получают свежепроросший солод, который отличается от исходного ячменя наличием корешков с содержанием влаги 42–46 %, характерным запахом свежих огурцов. Мучнистое тело легко растирается пальцами (при нарушении режимов солодоращения его запах становится эфирным, а консистенция – мажущейся). 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. Цель сушки – снижение содержания влаги в солоде с 40–50 % до 3–6 % и придание солоду специфических вкуса, цвета и аромата при сохранении высокой ферментативной активности.

Основные фазы сушки. 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 %. При 45 °С процессы синтеза прекращаются, а гидролитические усиливаются, это сопровождается растворением эндосперма, накоплением низкомолекулярных продуктов распада крахмала, белков, липидов и др.

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 составляет 2–4 ч для светлого солода и 4–8 ч для темного. При температуре выше 75 °С все ферментативные процессы прекращаются. Ферменты частично инактивируются или переходят в связанное неактивное состояние. Происходит интенсивное взаимодействие аминокислот с редуцирующими сахарами, в результате чего образуются меланоидины, обусловливающие темный цвет, специфический вкус и аромат готового солода.

Факторы, влияющие на процесс сушки. Правильное соотношение температуры и содержания влаги – это важное условие получения высококачественного солода. Рекомендуется соблюдать следующие соотношения. При изменении содержания влаги от 45 до 30 % температура должна быть не выше 40 °С; от 30 до 12 % – не выше 50 °С; от 12 до 8 % – не выше 60 °С; от 8 до 3 % – 75–85 °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 топочными газами, которые получают сжиганием природного газа, мазута, кокса или угля. Предпочтение отдают природному газу, он не должен содержать взвешенных частиц и иметь посторонние запахи.

Максимальная температура сушки не должна превышать для светлого солода 85 °С, темного – 105 °С, карамельного – 140 °С.

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.

При сушке темного солода в отличие от светлого добиваются глубокого гидролиза белков и крахмала и интенсивного накопления сахаров и аминокислот. Процесс сушки протекает в три стадии: томление при температуре около 50 °С, собственно сушка при температуре до 70 °С и обжаривание при температуре 105 °С. Такой режим приводит к увеличению продолжительности сушки темного солода примерно в 2 раза по сравнению с сушкой светлого солода.

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 в хранилище не менее 30 сут при температуре не выше 20 °С. Во время хранения содержание влаги в солоде повышается на 2–3 %, в нем происходят благоприятные физико-химические превращения (увеличиваются объем зерна, содержание азотистых и минеральных веществ, повышается активность ферментов и др.), что в итоге приводит к повышению качества солода. Охлажденный и сухой солод при оптимальной температуре и влажности может храниться без потери качества до двух лет.

На рис. 1.3. представлена технологическая схема производства сухого ячменного пивоваренного солода.

Из элеватора ячмень направляется на мойку и дезинфекцию в моечный аппарат 1, оттуда промытое и дезинфицированное зерно гидротранспортом подается в аппарат 2 большой единичной мощности для замачивания и проращивания зерна. Во время замачивания зерно орошается водой при помощи форсунок, установленных на самовыгружающем ворошителе 9.

По достижении необходимого содержания влаги зерно проращивают по заданным технологическим режимам. В процессе проращивания слой зерна продувается с помощью вентилятора 11 воздухом, подаваемым из кондиционера 10, охлаждаемым в подситовом пространстве аппарата водой, распыленной форсунками. Зерновая масса в процессе проращивания периодически перемешивается вертикальным ворошителем 9.

Рис.1.3. Технологическая схема производства сухого ячменного пивоваренного солода

После проращивания по транспортной системе, состоящей из из конвейеров 4, 8и нории 3, свежепроросший солод подается в горизонтальную непрерывную солодосушилку 5 карусельного типа. Сушка осуществляется горячим воздухом, который предварительно нагнетается вентилятором 7 в калорифер 6для нагревания.

Контрольные вопросы:

1. Какие примеси зерна вам известны?

2. Укажите факторы, влияющие на процесс замачивания.

3. Какие изменения происходят в зерне ячменя при его проращивании?

4. Какие процессы происходят при сушке солода?