Проект цеха осветления и розлива пива мощностью 4 млн. дал в год

Двухрядные ячмени имеют на колосовом  стержне по обе стороны от него по одному нормально развитому зерну 1 и несколько неразвившихся 2 (на рис. 1 пунктиром показаны неразвившиеся  зерна). При таком расположении зерна  двухрядного ячменя хорошо развиваются, вырастают крупными и одинакового  размера. Боковые зерна 3 шестирядного ячменя имеют неправильную изогнутую  форму и более мелкие.

Шестирядные ячмени используются на корм скоту, их называют фуражными, а двухрядные - для производства солода, поэтому их называют пивоваренными. У пивоваренных сортов ячменя оболочка зерна более тонкая, содержание экстрактивных веществ (в основном крахмала) больше, а белка - меньше, чем у кормовых ячменей.

Химический состав зерна. Сухое вещество ячменя представляет собой сумму органических и неорганических веществ. Органические -это в основном белки и углеводы, а также жиры, полифенолы, органические кислоты, витамины и др. Неорганические - это фосфор, сера, кремний, калий, натрий, магний, кальций, железо, хлор. Некоторая часть этих элементов связана с органическими соединениями.

Средний химический состав ячменного зерна, % на сухое вещество:

Крахмал	45-70
Белок	7-26
Пентозаны	7-11
Сахароза	1,7-2,0
Целлюлоза	3,5-7,0
Жир	2-3
Зольные элементы	2-3

В массе зерна компоненты распределяются неравномерно. Наибольшее количество углеводов находится  в эндосперме, жиры, азотистые и  минеральные вещества - в зародыше, целлюлоза - в оболочке.

Углеводы, находящиеся в зерне, представлены моносахаридами, дисахаридами, трисахаридами, полисахаридами.

Моносахариды - это глюкоза  и фруктоза, у которых химическая формула одинаковая (С₆Н₁₂О₆), но структура молекул разная, и ксилоза (С₅Н₁₀О₅). Дисахариды в зерне в основном находятся в виде сахарозы и мальтозы с общей формулой С₁₂Н₁₂О₁₁. Трисахариды - представлены рафинозой (C₁₈H₃₂О₁₆). Моно-, ди- и трисахариды находятся в зародыше и эндосперме, хорошо растворяются в воде. Они, являясь питанием для зародыша, благотворно влияют на прорастание зерна.

Полисахариды зерна - это  крахмал, гемицеллюлозы, целлюлоза, гумми  и пектиновые вещества. Но основную часть полисахаридов ячменя составляет крахмал. Крахмальные зерна величиной 5-30 мкм, входят в состав эндосперма. В крахмале содержится около 3% примесей (белки, жиры, минеральные вещества). Молекула крахмала (C₆H_l0O₅)_хсостоит из остатков молекул глюкозы, повторяющихся в молекуле крахмала х раз. У ячменей с хорошими пивоваренными свойствами крахмальные зерна крупные.

Крахмал - это смесь двух полисахаридов: амилозы и амилопектина. В ячменном крахмале приблизительно 20% амилозы и 80% амилопектина. Под  действием кислот оба полисахарида расщепляются и образуют глюкозу

(С₆Н₁₀О₅)_х + хН₂О = хС₆Н₁₂О₆

В амилозе значение х равно 60-2000, для амилопектина - от 6000 до 40000. Амилоза находится преимущественно внутри крахмальных зерен, а амилопектин - в поверхностном слое.

В холодной воде крахмал  не растворяется, но набухает, а при 65- 80°С он клейстеризуется (у ячменей, выросших в жарком климате, клейстеризуется при 50°С). С йодом крахмал образует адсорбционный комплекс и дает синее окрашивание

Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_хвходит в состав оболочки зерна, значение х равно 2000-11000. В воде не растворяется. Под действием кислот целлюлоза распадается до глюкозы. В технологическом процессе остается неизменной.

Гемицеллюлозы располагаются в оболочке зерна и стенках клеток эндосперма. От крахмала и целлюлозы они отличаются продуктами распада, так как кроме глюкозы под действием кислот образуются пентозы (арабиноза и ксилоза) и уроновые кислоты. Гемицеллюлозы на 80-90% состоят из нерастворимых ß-глюканов и на 10-20% из пентозанов, частично расщепляющихся при солодоращении. ß-глюканы растворимы в воде, обусловливают вязкость сусла и пива, пентозаны в значительно меньшей мере влияют на технологический процесс. В воде гемицеллюлозы нерастворимы.

Гемицеллюлозы оболочек зерна  и эндосперма содержат 6 и 77% глюкана соответственно, ксилана 76 и 17%, арабана 15 и 6%.

Такое же строение, как гемицеллюлозы, имеют гумми-вещества, но у них меньшая молекулярная масса и они растворяются в воде. Однако растворы имеют большую вязкость, что в ходе технологических процессов замедляет фильтрование заторов.

Азотистые вещества ячменя - это белки, свободные аминокислоты, продукты распада белков. Белок, кроме углерода, водорода и кислорода всегда содержит азот. Азот, содержащийся в ячмене во всех формах, называют общим азотом, который состоит из белкового и небелкового. Небелковый включает в себя аминный (азот аминокислот), аммиачный (содержащий соли органических кислот), минеральный (содержащий соли азотной кислоты), амидный (когда в органической кислоте гидроксил заменяется на аминогруппу, и образуется соединение, имеющее группу -CONH₂). Для технологической оценки ячменя важны растворимый азот - азот водорастворимых белков и продуктов их распада, азот аминокислот, амидов, и коагулируемый азот - часть азота, входящего в белковые вещества, коагулирующие при нагревании.

Молекулы белка построены  из остатков аминокислот, содержащих одну или две аминогруппы (-NH₃) и одну или две карбоксильные группы (-СООН). Всего в природе известно около 150 аминокислот, но в построении молекул белка ячменя участвуют только 20 аминокислот: глицин, аланин, валин, лейцин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, лизин и др.

Белки находятся в алейроновом  слое зерна и в эндосперме. Они  разделяются на четыре группы: растворимые  в воде и в разбавленных солевых  растворах - альбумины (лейкозин), растворимые в разбавленных солевых растворах, но нерастворимые в чистой воде - глобулины (эдестин), растворимые в спирте - проламины (горлеин), растворимые в слабощелочных растворах - глютелины. Молекулярная масса белков колеблется от 26000 до 166000.

Кроме простых белков (протеинов), которых в ячмене около 92%, в зерне  содержатся сложные белки (протеиды) - соединение белков с веществами небелковой природы, например фосфорной или  нуклеиновой кислотой и др.

При прорастании белки  подвергаются расщеплению до аминокислот  и пептидов, которые используются прорастающим зерном в обмене веществ  и построении новых тканей. Содержание белков в зерне связано с содержанием  крахмала: чем больше крахмала, тем  меньше белков, и наоборот.

Жиры ячменя составляют 2-3%. Находятся в основном в зародыше и в алейроновом слое. Часть жира расходуется при проращивании зерна. Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и жирных кислот (олеиновой, линолевой, пальмитиновой, стеариновой и др.). Жиры имеют большую поверхностную активность, но низкую поверхностную прочность, поэтому являются пеногасителями, отрицательно влияя на пеностойкость. Большая часть жиров при приготовлении сусла остается в дробине и удаляется из технологического процесса.

Полифенольные (дубильные) вещества содержатся, в основном, в оболочке зерна и являются нежелательным компонентом экстракта солода, так как имеют неприятный терпкий вкус и могут отрицательно влиять на стойкость пива.

Минеральные вещества. В зерне ячменя имеются следующие минеральные вещества (% к массе сухих веществ):

P2O5	SO2	SiO2	Cl	К2О	Na2O	CaO	MgO	Fe2О3
35,10	1,80	25,91	1,02	20,92	2,89	2,64	8,83	1,19

В ячмене много фосфатов, входящих в состав фитина, фосфатидов, нуклеиновых кислот, участвующих в создании буферности пива.

Ферменты - это биологически активные вещества белковой природы. Все процессы при развитии зерна, его хранении и проращивании происходят под действием ферментов. Действуют ферменты как катализаторы, т. е. ускоряют биохимические реакции, а сами остаются неизменными. Все ферменты являются активными белками, при нагревании они денатурируют (свертываются) и теряют активность.

Ферменты были открыты  в 1814 г. Кирхгофом (Петербург). Он обнаружил  превращение крахмала в сахар  в ячменном солоде под влиянием амилолитических ферментов.

В ячмене содержится комплекс основных ферментов: амилолитические (α-амилаза, ß-амилаза), под действием которых крахмал превращается в сахар и декстрины, протеолитические ферменты, расщепляющие белки, цитолитические, разрушающие стенки клеток эндосперма. При хранении зерна активность ферментов невысокая, но при проращивании зерна она значительно повышается. Однако в плодовой оболочке ячменя содержится полифенолоксидаза, относящаяся к классу оксидоредуктаз, которая имеет более высокую активность, чем в солоде. Она окисляет антоцианогены.

Витамины - это органические вещества, необходимые для развития зародыша при проращивании зерна. В ячмене найдены витамины Е (токоферол), В, (тиамин), В₃ (рибофлавин), В₆(пиридоксин), РР (никотиновая кислота), С (аскорбиновая кислота), провитамин А (каротиноид), витамин Н (биотин), фолиевая и пантотеновая кислоты и др. Содержатся они в зародыше и в алейроновом слое, а витамин В - в периферийных частях зерна. В ходе технологического процесса витамины частично разрушаются.

1.2.2 Характеристика хмеля.  В мире насчитывается более 100 сортов культурного хмеля. С учетом оценки его качества для пивоварения хмель подразделяют на 2 группы: тонкие сорта, с содержанием горьких веществ около 15% и α-кислот от 3 до 5%, и грубые сорта, с содержанием горьких веществ более 20% и α-кислот 8-12%. Тонкие сорта используют непосредственно в пивоварении для охмеления сусла, а грубые - для приготовления экстрактов, концентратов, лупулиновых порошков и гранул.

Некоторые сорта хмеля  накапливают преимущественно горькие, а другие - ароматические вещества. Урожайность ароматного хмеля, как  правило, ниже горького.

Пивоваренное качество хмеля  оценивают по содержанию в нем  α-кислот - обычно их 4-7%, но может быть 10% и выше. В ароматных сортах содержание α-кислот ниже, но такие сорта ценят  за аромат.

Наиболее распространен  сорт Клон 18 (горькие вещества около 15%, α-кислоты 1,4-4,9%, эфирные масла 0,3-0,9%, полифенольные вещества 2,9-4,1%), меньше распространены сорта Житомирский 5 (аналогичные показатели: 14,9-22, 3,4-5,9, 0,2-0,7, 1,9-3,0), Житомирский 8 (11,8-21,9, 2,5-6,2, 0,4-1,0, 1,5-4,0). Перспективными являются: сорт Полесский с содержанием горьких веществ 19,5-23,6% и α-кислот 6,7-10,1% и два сорта Сильный и Урожайный, относящихся к типу зеленостеблевого хмеля, с содержанием горьких веществ 20-25% и α-кислот 8-9,6%. В настоящее время проводятся работы над выведением высокоурожайных сортов с содержанием горьких веществ более 20%, α-кислот 8-10%.

Шишка хмеля (рис. 6) состоит из 40-80 цветков 1, расположенных на изогнутом стерженьке 2, покрытом волосками, с цветоножкой 3. Мелкие цветки (на стерженьке) имеют  сверху кроющие листики - зеленые  лепестки-чешуйки 4 в форме шишки, у основания цветков расположены  золотисто-желтые зернышки лупулина 5 размером 0,15-0,25 мм, содержащие смолистые (горькие и ароматические) вещества, которые придают аромат готовому пиву. Лупулиновые зерна легко отделяются от ножки, к которой крепятся. В хмелевой шишке лупулин составляет 19,8%, чешуйки - 66,8%, стержень - 7,4%, цветоножка - 6,0%. Если хмель оплодотворен, то у стерженька расположены семена.

Химический состав. Состав хмелевых шишек различен и зависит  от сорта хмеля, почвенно-климатических  условий произрастания, послеуборочной обработки. Но главные составляющие, благодаря которым хмель используют в пивоварении, - горькие и полифенольные  вещества, а также эфирное масло.

Средний химический состав сухих хмелевых шишек (в %) следующий: вода 10-14, целлюлоза 12-16, азотистые вещества 15-24, безазотистые экстрактивные вещества 25-30, зола 6-9, хмелевые смолы 10-20 (α-кислоты 2-9, ß-фракция 6-8, γ-твердые смолы 2- 3), полифенольные вещества 2-5, эфирные масла 0,2-1,7.

В небольшом количестве в  хмеле содержатся жир, красящие вещества, сахар (глюкоза, фруктоза), пентозаны и органические кислоты (яблочная, лимонная, янтарная) и воски.

Наибольший интерес и  исключительную ценность для пивоварения  составляют специфические составные  части хмеля: горькие вещества, хмелевое масло и полифенольные вещества.

Горькие вещества, содержащиеся в хмеле, до настоящего времени в других растениях не найдены, но некоторые из них получены синтетическим путем.

Горькие вещества придают  пиву горечь, обладают антисептическими свойствами, участвуют в пенообразовании. Они объединяют хмелевые смолы и  горькие хмелевые кислоты. Классификация  горьких веществ производится с  учетом их отношения к разным растворителям  и влияния на качество охмеления  сусла.

Горькие вещества хмеля, называемые общими смолами, состоят из мягких и  твердых смол. Схема состава горьких веществ представлена на рис.7.

 

Около 90% горечи пиву придают  α-кислоты - кристаллические вещества горького вкуса, без запаха, с температурой плавления 65°С и низкой растворимостью в воде (420 мг/дм³), которая зависит от pH. Содержание α-кислот в ароматных сортах 3-4%, в горьких до 13-14%. Когумулон превращается в изомер легче других компонентов α-кислоты. Поэтому сорта хмеля с большим содержанием когумулона имеют и большую горечь. Некоторые исследователи считают, что высокое содержание когумулона в α-кислоте придает горечи резкий оттенок, поэтому предпочтительны сорта с небольшим содержанием этого компонента. В α-кислотах 95-98% приходится на гумулон, когумулон и адгумулон. Один из сортовых признаков хмеля - количественное отношение гумулона и когумулона. Большая часть ароматного хмеля и хмеля «тонких» сортов имеет меньшую часть когумулона. Как правило, выбирают хмель с высоким содержанием когумулона, так как он придает благородный оттенок горьковатому вкусу пива.