Производство пива: стадия солодоращения

Аннотация

 

Рассмотрен процесс солодоращения, в том числе биохимические закономерности образования и накопления ферментов. Проанализированы современные способы замачивания ячменя, солодоращения. Выбран оптимальный вариант для разработки технологической линии пневматическоко воздушно-оросительного замачивания с солодоращением в солодовне ящичного типа. Разработана технологическая линия для производства светлого солода, произведены технологические расчеты.

Пояснительная записка состоит из: 42 листов, 5 таблиц,  9 рисунков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1 Введение                                                                                                               4

2 Литературный обзор                                                                                             5

2.1 Строение зерна ячменя                                                                                   5

2.2 Ферменты в технологии солодоращения  и пивоварения                              8

3 Технологическая часть                                                                                      22

3.1 Выбор способа производства                                                                         22

3.2 Машинно- аппаратурная схема  производства солода                                 29  

4 Выводы                                                                                                                41

5 Список литературы                                                                                           42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение

 

Важнейшая сфера применения солода- это пивоварение, где он используется либо как «пивоваренный солод» (в России, Германии, Норвегии, Швейцарии), либо в смеси с несоложеным сырьем (рис, кукуруза, ячмень, сахар). В настоящее время в производстве пива основополагающее значение придается свойствам сухого солода. От характера и качества применяемого солода зависят такие показатели пива, как его цвет, вкус, стабильность и пенообразование.

Теоретически для получения солода может применяться большинство видов зерновых культур, так как все они содержат одинаковые или сходные группы веществ и образуют при солодоращении соответствующие ферменты и похожие конечные продукты. Тем не менее для получения пивоваренного солода больше всего подходит ячмень, так как:

•   он не так требователен к климату и почве, как пшеница, а в средних широтах даже при неблагоприятных погодных условиях длительность его вегетационного периода достаточна для нормального роста и развития ячменя;

•   проращивание ячменя сравнительно легко контролировать;

•  количественное соотношение образующихся при проращивании ферментов благоприятно для желательных превращений находящихся в зерне веществ;

•    цветочные (мякинные) оболочки ячменного солода при фильтровании сусла образуют рыхлый фильтрующий слой, способствуя более полному отделению сусла от дробины;

•    по вкусовым и технологическим свойствам полученное из ячменя пиво     превосходит напиток из любого другого вида сырья.

В связи с этим целью работы явилось: выбор оптимального способа солодоращения и создание на его основе технологической схемы производства светлого солода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Литературный обзор

 

2.1 Строение зерна ячменя

Спелое ячменное зерно представляет собой зерновку со сросшимися внешними оболочками и состоит из трех основных частей: зародыша (эмбриона), эндосперма (мучнистого тела) и оболочек (цветочной, плодовой и семенной), рисунок 1.

    Зародыш вместе со щитком и всасывающим эпителием — живая часть зерна ячменя, расположенная внизу со стороны спинки зерна. Он состоит из элементов будущих осевых органов, зародышевого корешка и листка. В зародышевом листке разделяют окруженные листовым влагалищем стебель и почечку зародыша, состоящую из четырех эмбриональных листьев.

Масса зародыша составляет около 3% массы ячменного зерна. Клетки зародыша богаты белками, жирами, простыми углеводами (сахарозой, раффинозой), минеральными веществами и витаминами группы В.

К зародышу плотно прилегает щиток (scutellum), который отделяет эндосперм и обеспечивает подведение к растущему зародышу питательных веществ из эндосперма. На стороне, обращенной к эндосперму, расположен слой перпендикулярно расположенных тонкостенных клеток цилиндрической формы— всасывающий эпителий, крепко сросшийся с расположенными под ним тканями щитка и соприкасающийся с клетками примыкающего эндосперма, с которым эпителий не срастается.

Рисунок 1- Строение зерна ячменя

 

  Эндосперм расположен в центральной части зерновки, занимая пространство от зоны зародыша до противоположного конца зерна. Он состоит из клеток, в которых находятся крупные и более мелкие крахмальные зерна. Промежуточное пространство между зернами крахмала заполнено белковыми веществами, образующими белковую матрицу. Содержание белка и ферментов увеличивается по сравнению с содержанием их во внешних слоях. В слоях, в которых откладываются запасы белков, находятся самые мелкие зерна крахмала, радиально упорядоченные.

По краю эндосперма находится тройной слой прямоугольных толстостенных клеток — алейроновый. Масса его составляет 10% от массы зерна. Алейроновый слой состоит из белков, липидов, фитиновой кислоты и минеральных веществ. Именно алейроновыми клетками продуцируются сложные полифенолы. Отдельные полифенолы у некоторых сортов ячменя отвечают за синеватую окраску алейронового слоя. Стенки клеток алейронового слоя толстые и состоят на 67% из арабиноксилана, на 26% из

р-глюкана и небольшой части фенолов и белков. В непосредственной близости от зародыша алейроновый слой состоит только из одного ряда клеток. В отличие от мертвых клеток крахмалсодержащего эндосперма клетки алейронового слоя живут и способны дышать. Именно здесь во время прорастания образуется большая часть гидролитических ферментов.

Между крахмалсодержащими тканями эндосперма и зародышем расположен относительно толстый слой «пустых», сдавленных клеток- слой растворенного эндосперма. Содержимое этих клеток было использовано зародышем на стадии, предшествующей созреванию. Чем зародыш сильнее развит, тем этот слой толще.

Особая физиологическая роль в клетках принадлежит митохондриям. Они расположены главным образом во всасывающем эпителии и алейроновом слое, и их количество увеличивается при прорастании зародыша, убывая от щитка к центральным частям эндосперма.

Именно в эндосперме происходят все биологические и химические изменения зерна ячменя. Пока зародыш жив, резервные вещества эндосперма расщепляются, преобразуются и могут использоваться частично для дыхания зародыша, частично — для строительства новых клеток. При солодоращении эндосперм по экономическим соображениям должен использоваться как можно меньше. Технологическое использование эндосперма в процессе ферментации с помощью предварительно образованных ферментов начинается лишь после гибели зародыша.

      Собственно оболочка состоит из трех частей: цветочной, плодовой и семенной. Она защищает зерно во время роста стебля, препятствуя потере влаги и ограничивая утолщение ростка при созревании.

   Цветочная оболочка составляет 8-13% массы зерна и состоит из двух частей: внутренней (брюшной) и покрывающей ее спинной. Последняя переходит в ость, отбиваемую при обмолоте. Цветочная оболочка состоит из ряда веществ, большей частью нерастворимых в воде и с трудом разрушаемых механическим или химическим путем. Целлюлоза, преобладающий компонент цветочной оболочки, водонерастворима и остается неизменной при солодоращении и пивоварении. Ряд содержащихся в оболочке веществ (кремниевая кислота, полифенолы, липиды и некоторые белковые соединения) влияют на вкус пива и ухудшают его коллоидную стабильность.                                                         

   Плодовая и семенная оболочки. Под цветочной оболочкой находится внешний оболочечный листок - плодовая оболочка (перикарп), образовавшаяся из стенки плодовой почки, а под ней — семенная оболочка, образовавшаяся из остатков ядра семенной почки и зародышевого чехлика. В период вегетации эти два слоя на стебле становятся различимы — внутренняя приобретает зеленый цвет из-за отложения хлорофилла, необходимого для фотосинтеза. При созревании зерна обе оболочки дегенерируют, так что плодовая оболочка в качестве единого целого представляет собой относительно тонкий слой мертвых клеток и составляет 3% от массы зерна. Семенная оболочка полупроницаема: она пропускает воду и не пропускает ионизированные соединения. В семенной оболочке велико содержание фенольных соединений, среди которых — процианидин, способный вызвать помутнение пива. Оба оболочечных листка состоят, подобно цветочным оболочкам, из многих слоев клеток. Слои клеток ограничены по кутикуле более толстым слоем к перикарпу и более тонким — к алейроновому слою. Они богаты фенольными веществами, которые реагируют с кислородом и тем самым могут ограничить доступ его к алейроновому слою или к зародышу во время солодоращения[1].

Микроорганизмы (мицелиальные грибы и бактерии, находящиеся не только на цветочной оболочке, но и между ней и перикарпом) с трудом удаляются при замачивании.

Усредненный химический состав зерна ячменя представлен в таблице 1.                    

 

      Таблица 1-Химический состав зерна ячменя

Химический состав зерна ячменя, %
		Содержание, %
	на ВСВ		на АСВ
Вода Крахмал Прочие экстрактивные вещества, не содержащие азота Белок Сырая клетчатка Жиры Минеральные вещества	14,5 54 12     9,5 5 2,5 2,5		- 63,2 14     11,1 5,9 2,9 2,9

2.2 Ферменты в технологии солодоращения  и пивоварения

   Солодоращением называют процесс проращивания зерновых культур в искусственно созданных регулируемых условиях. Получаемый в конце проращивания продукт носит название свежепроросший солод, а после подвяливания сушки из него получается сушеный солод. Основной целью солодоращепия является накопление в солоде ферментов, и в зависимости от его назначения различают следующие два направления процесса:

•    Проращивание выполняется в целях получения продукта, максимально богатого ферментами. При этом развитие зерна и происходящие в нем в процессе солодоращения химико-биологические превращения имеют подчиненное значение.

•    Проращивание ведут так, чтобы вследствие превращений резервных веществ зерна образовалось только определенное количество ферментов. При этом слишком низкое или, напротив, избыточное образование ферментов в ходе проращивания является нежелательным и снижает ценность солодоращепия.

В пивоварении представляют интерес главным образом ферменты, способствующие гидролитическим процессам расщепления при солодоращении и затирании:

•   ферменты, расщепляющие эфирные связи и называемые эстеразами-    липазы, кислые фосфатазы и эстеразы, расщепляющие клеточные стенки;

•   ферменты, расщепляющие глюкозидные связи и называемые карбогидразами- полиазы (полисахаридазы), α- и β- амилазы, эндо- и экзо-β- глюканазы, эндо- и экзооксиланазы, арабинозидазы, целлюлазы, а также олигосахаридазы, например, глюкозидазы (мальтазы, конечные декстриназы, целлобиазы, ламинарибиазы) и фруктозидазы (сахаразы).

•     ферменты, расщепляющие пептидные связи и называемые пептидазами- эндопептидазы и экзопептидазы (карбокси-, амино-, и дипептидазы)[2].

 2.2.1Эстеразы

Относящиеся к эстеразам липазы расщепляют высокомолекулярный глицериновый эфир жирных кислот с образованием диглицеридов и жирных кислот. При более длительном воздействии может отщепляться второй или третий остаток жирной кислоты.      

Ферментативное расщепление триглицеридов:

Липазы прочно связаны с клеточным белком. Их действие ограничивается поверхностью между глобулами жира и водной фазой. Специфичность липаз невелика, и они одинаково воздействуют на триглицериды и простые эфиры, причем скорость реакции зависит от длины цепочек жирных кислот.

Липаза активируется ионами Са2+. Она содержится уже в покоящемся зерне, и в зависимости от условий солодоращеиия ее активность примерно удваивается. На количество образовавшейся липазы влияют особенности года и места возделывания ячменя.