Процесс проникновения воды в зерно

Интенсификация и совершенствование производства солода

Современные представления о биохимических, физико-химических процессах, протекающих при замачивании зерна

Процесс проникновения воды в зерно

Извлечение экстрактивных веществ из ячменя при затирании происходит под действием ферментов, которые активизируются и синтезируются в процессе солодоращения. Кроме того, во время солодоращения вещества зерна претерпевают глубокие биохимические изменения, благодаря которым они становятся доступными для действия ферментов.

Замачивание ячменя является очень важным этапом солодоращения, так как условия его проведения оказывают влияние на весь последующий процесс проращивания, его длительность, потери при солодоращении и качество готового солода. Этот технологический процесс является первой стадией процесса соложения.

Важнейшими условиями для проращивания зерна являются: необходимая влажность зерна, оптимальная температура, доступ кислорода, удаление СО₂ и др. веществ, тормозящих развитие зародыша.

Решающее значение для прорастания зерна имеет влажность. Вода в зерне выполняет следующие функции:

- растворителя(питательных веществ для зародыша, ферментов, субстратов для действия ферментов и продуктов их гидролиза);

- среды для действия гидролитических ферментов;

- транспортного средства ( для перемещения питательных веществ от эндосперма к зародышу, в эндосперме ферментов, исходных компонентов для образования ферментов).

Жизнедеятельность зерна активизируется с появлением в нем свободной влаги. Как только зерно погружается в воду, создается разность концентраций воды внутри и снаружи зерна, вследствие чего вода начинает проникать через оболочку, т.е. проникновение воды внутрь клеток зерна подчиняется законам диффузии и осмоса.

Мякинная оболочка ячменя в начале замачивания непроницаема для воды. Это связано с тем, что она снаружи покрыта утолщенными клетками, пропитанными веществами, не пропускающими воду. Вода диффундирует в зерно по тонким капиллярам – трахеидам зародышевой части, не покрытой мякинной оболочкой. Вначале клетки плодовой и семенной оболочек адсорбируют воду, которая постепенно подвигается внутрь зерна. Семенная оболочка, обладая свойством полупроницаемости, регулирует поступление воды внутрь зерна, задерживая содержащиеся в ней соли.

Проницаемость оболочек зерна для различных солей зависит от концентрации солей в отдельных клетках, рН среды и явлений, свойственных полупроницаемым оболочкам - осмодиффузии, ультрафильтрации.

На проницаемости оболочек основано использование стимуляторов и ингибиторов прорастания зерна в процессе замачивания. Таковым являются перекись водорода, перманганат калия, хлорид марганца, хлорное железо, экстракты некоторых растений, цитолитические ферменты и др.

Вода, поступившая через семенную оболочку, адсорбируется веществами зерна.

С течением времени мякинная оболочка после частичного растворения пропитывающих ее веществ начинает сама адсорбировать воду. Вода затем поступает не только извне, но и со стороны зерна и делает оболочку эластичной. Чем тоньше оболочка ячменя, тем быстрее она впитывает воду, и зерно достигает более высокой влажности.

Кроме того, при замачивании вода проникает в зерно и благодаря различной способности гидрофильных веществ ячменя поглощать воду. Протоплазма клеток с содержащимися в ней веществами в покоящемся зерне представляет собой обезвоженный коллоидный студень. Поэтому мицеллы этих веществ при замочке с большой силой притягивают к себе воду. Это выражается в значительном увеличении объема зерна за счет этой коллоидно-связанной воды. Вследствие поглощения воды и осмотического давления внутри клеток, обусловленного растворимыми межклеточными веществами, коллоиды набухают, что выражается в увеличении объема зерна на 45%.

Вещества зерна по степени набухания располагаются в следующий ряд: гумми-вещества, белковые вещества, крахмал, клетчатка. Гумми-вещества способны поглотить до 800% воды, белковые вещества - до 180% воды, крахмал – до 70%, клетчатка до 30%. В общей сложности ткани зерна способны поглощать до 68% воды.

Причем часть коллоидных веществ является ограниченно набухающими гелями (крахмал и клетчатка), другая часть – неограниченно набухает (белки и высокомолекулярные продукты распада белков), т.е. при насыщении водой вещества пептизируются и образуют гель.

Поглощение воды различными частями зерна происходит по- разному.

Зародыш и щиток поглощает воду быстрее других частей зерна благодаря наличию в них воздушных прослоек, капиллярных каналов и белковых веществ, обладающих высокой гидрофильной способностью (влажность зародыша составляет от 68 до 75%).

Эндосперм, отличающийся слабой межмолекулярной диффузией и капиллярностью, набухает в меньшей степени (его влажность составляет около 39%).

Алейроновый слой относится к трудно проводящим воду частям зерна.

Следует также отметить, что клеточные оболочки обладают ограниченной растяжимостью, что приводит к определенному состоянию равновесия, которое характеризует степень насыщения водой отдельных клеток и всего зерна в целом.

Зародыш и эндосперм имеют различный состав, этим и создается разность во влажности и концентрации между растворенными веществами эндосперма и содержимым зародыша. Это приводит к образованию двустронних диффузионных токов от эндосперма к эмбриональным клеткам и обратно. При этом низкомолекулярные растворимые в воде вещества (аминокислоты, сахара) проникают в зародыш и используются на синтетические процессы.

Поглощение воды зерном происходит неравномерно: сначала сравнительно быстро, а затем замедляется. Это происходит в результате того, что движущей силой проникновения воды в зерно является разность концентраций на поверхности и внутри зерна. Следовательно, с увеличением влагосодержания зерна разность концентраций воды внутри и снаружи уменьшается, поэтому снижается и скорость замачивания. Особенно замедляется этот процесс при достижении влагосодержания 35%.

Скорость поглощения воды ячменем зависит от ряда факторов:

- сорта,

- химического состава ячменя,

- климатических условий выращивания зерна,

- характера эндосперма,

- размера зерен,

- температуры замочной воды.