Способы интенсификации получения солода

При соложении ячменя потери сухих веществ достигают значительной величины (до 8 - 9%), поэтому важной задачей является сокращение потерь сухого вещества зерна. В основном сухие вещества тратятся на развитие ростков, корешков и дыхание. Эти два процесса взаимосвязаны и подавление дыхания неизбежно вызывает торможение роста зерна. Поэтому способы интенсификации производства солода связаны прежде всего с факторами, влияющими на эти процессы.

Существует 2 пути снижения потерь при солодоращении: использование физических факторов, воздействия на прорастающее зерно и применение химических добавок - стимуляторов и ингибиторов роста.

Использование физических факторов сводится к тому, что в первый период проращивания создаются условия для активного накопления и активации ферментов (до 5 суток). В то время как во второй период проращивания необходимо создание условий для протекания гидролитических процессов при полном подавлении дыхания зерна.

Все более широкое распространение в теории и практике соло­доращения получает применение физических факторов воздей­ствия на зерно.

Так, существует метод солодоращения с ферментированием при полном подавлении дыхания зерна. В этом случае процесс солодоращения делится на две стадии: стадию проращивания и стадию активного воздействия ферментов на вещества эндосперма при полном подавлении дыхания зерна. Этого можно достичь при помещении прорастающего зерна в атмосферу полного анаэробиоза. Более того, наличие углекислоты делает среду более кислой, что также благоприятствует ферментативному распаду веществ эндосперма, что ускоряет процесс растворения зерна. Кроме того, сокращаются потери сухих веществ за счет полного прекращения процессов дыхания.

На этом принципе основан метод повторного замачивания. Сущность способа состоит в том, что зерно сначала замачивают обычным путем до содержания в нем влаги 35 - 40%. Затем его проращивают в течении 3 суток и снова замачивают в воде при температуре 16 - 18 ⁰С без продувания воздухом. При этом содержание влаги быстро повышается до 50 %. После этого зерно оставляют без воды в течении 2-3 суток при подаче сильного потока воздуха, а затем солод подвергают сушке. В результате ускоряется процесс расщепления азотистых веществ, а в результате задержки роста корешков достигается экономия экстрактивных веществ солода. Этот способ позволяет сократить продолжительность солодоращения на одни сутки при одновременном улучшении качества солода.

Добавляя в повторную замочную воду химические соединения, обладающие активирующим действием в начальной стадии солодо­ращения, а в последующих стадиях ингибирующим действием, можно усовершенствовать метод повторного замачивания. Для ингибирования процессов дыхания и активации гидролитических процессов в зерне в воду для перезамачивания вносят СаС1₂ из рас­чета 0,1 - 1,5 г/кг ячменя либо перманганат калия в количестве 0,01 - 0,015 г/кг зерна.

Обработка ячменя в ультразвуковом поле с применением квар­цевого преобразователя при частоте колебаний 800 кГц в течение 1 - 10 мин способствует увеличению энергии прорастания почти в 2 раза. Ультразвук активирует окислительно-восстановительные и другие биохимические процессы, происходящие в зерне при солодоращении, что приводит к сокращению сроков приготовления со­лода на 25 %.

Электромагнитные поля с высокой частотой (20 - 80 мГц) также при определенных режимах могут стимулировать рост зародыша, ускорять ферментативные процессы. Под действием электромаг­нитных излучений ионизируется воздух, образующиеся ионы кис­лорода, азота ингибируют дыхательные процессы в прорастающем зерне.

При обработке ячменя в электрическом поле при напряжении 12,8кВ и времени экспозиции 10 мин у ячменя наблюдается повышение прорастаемости на 7 - 10 %. Такая обработка способствует лучшему растворению эндосперма зерна, интенсивному накопле­нию в нем ферментов. В результате воздействия ферменты осво­бождаются из связанного состояния, наблюдается увеличение их активности, а это приводит к ускорению ростовых процессов на ранних этапах развития зародыша.

При обработке зерна γ-лучами угнетается дыхание зерна, тормо­зится развитие микроорганизмов, обсеменяющих зерно.

Для интенсификации процесса солодоращения на оболочку зер­на воздействуют механически. Производят ее частичное удаление, в результате чего происходит более быстрое проникновение влаги внутрь зерна при замачива­нии. Это в 2 раза сокращает сроки замачивания ячменя, повышает активность в солоде амилолитических ферментов, ускоряет весь цикл проращивания ячменя на 2 сут.Таким образом, шелушение зерен поло­жительно влияет на скорость растворения ячменя при проращива­нии и качество солода, особенно при добавлении гибберелловой кислоты.

Применение убывающих температур при солодоращении. В этом случае при солодоращении применяют во второй половине солодоращения (фазе растворения) режим убывающих температур с 16 – 18 ⁰С до 10 – 14 ⁰С. При таких условиях наблюдается значительное ослабление жизнедеятельности зерна, и соответственно, снижение потерь сухих веществ.

Производство солода статическим методом – совмещение процессов замачивания и проращивания ячменя, сушку солода в одном аппарате. Основным преимуществом данного способа производства солода перед существующими является улучшение качества солода, снижение его себестоимости и повышение производительности труда. Применение совмещенного способа позволяет сократить технологический цикл с 11 до 8 суток и исключить операции по транспортировке зерна в процессе производства, тем самым предотвратить механические повреждения вегетативных частей зерна, а также снизить энергозатраты на перегрузку зерна из одного аппарата в другой. При использовании данного способа наблюдается увеличение выхода продукта из единицы сырья и повышение качества солода.

Предложен оригинальный способ ускорения солодоращения – физического воздействия холода на солод 4-х суточного ращения. В этом случае солод подвергают продуванием холодным воздухом с температурой (-5 – -6 ⁰С), а затем через замороженный солод продувают теплый воздух (20 – 30 ⁰С). При замораживании солода вследствии образования кристаллов льда происходит разрыв межкрахмальных стенок. Это открывает доступ ферментов к крахмальным зернам. Этот способ позволяет сократить процесс соложения на 1 сутки.

Значительное место в интенсификации солодоращения занима­ют способы, основанные на применении различных добавок - активаторов роста зерна и ингибиторов процесса дыхания ячменя при проращивании.

Дей­ствие регуляторов роста на физиологические процессы, происходя­щие в организме растений, реализуется в основном в двух направле­ниях: индукции и стимуляции.

В первом случае под действием регулятора (активатора) развивается процесс, который не происходил в клетке при его отсутствии. Во втором случае - в клетке усиливаются уже происходящие процессы путем ускорения протекающих реакций. В жизни растительной клетки эти два механизма действуют как порознь, так и одновременно.

В качестве активатора роста при солодоращении наибольшее распространение получил гиббереллин, который был впервые применен для ускорения прорастания ячменя шведскими учеными в 1985 г.

Гиббереллины при низкой концентрации стимулируют метаболизм зародыша, а позднее, в более высокой концентрации, дей­ствуют стимулирующе на активацию и синтез ферментов.

В соответствии с этим разработан ряд способов применения гиб-берелловой кислоты для сокращения сроков солодоращения и получения солода хорошего качества и с высокой ферментативной ак­тивностью.

Обработка зерна гибберелловой кислотой усиливает поступление азотистых веществ в зародыш ячменя, способствует продуцированию в нем глютатиона и цистеина. Оптимальными дозами гибберелловой кислоты считают такие, под влиянием которых ак­тивизируются ферменты, но не происходит перерастворения соло­да. Обработка гибберелловой кислотой из расчета 0,1 – 0,4 мг/кг яч­меня дает возможность сократить процесс солодоращения ячменя на 1 – 2 сут.

Следует отметить, что использование одной гибберелловой кислоты обычно приво­дит к некоторым потерям сухих веществ ячменя. Усиление роста зерна, вызываемое гибберелловой кислотой, увеличивает потери на дыхание и рост корешков. Эти потери в затратах сухих веществ оказываются больше той экономии, которая достигается при сокращении процесса солодоращения. Кроме того, солод приобретает некоторые нежелательные свойства из-за повышенной амилолитической и протелитической активностей, что вызывает увеличение содержания растворимого азота и потемнение солода. Более того, сусло и пиво, полученное из солода, обработанного гибберелловой кислотой, имеет повышенную цветность.

Чтобы устранить эти недостатки, при солодоращении одновременно с кислотой применяют вещества, спо­собные ингибировать процессы роста и тем самым уменьшить поте­ри сухих веществ ячменя (например, бромат калия или натрия).

Броматы подавляют протеолитическую активность в эндосперме зерна при прорастании, которая вызывает увеличение растворимо­сти азотистых веществ и потемнение солода, сдерживает растворе­ние белка, ускоряя вместе с тем цитолитический распад в эндоспер­ме некрахмалистых полисахаридов.

С целью ингибирования роста корешков ячменя можно исполь­зовать с гибберелловой кислотой аммиак в концентрации 0,02 – 0,5 %, при этом процесс получения солода интенсифицируется при хорошем выходе и высоком качестве солода.

Применение формальдегида при солодоращении вызывает ин-гибирование роста ячменя. При этом в солоде снижается актив­ность амилаз и протеаз, уменьшается количество антоцианогенов, подавляется развитие посторонней микрофлоры, а в пиве повыша­ется коллоидная стойкость.

При обработке ячменя спиртом в раствор из оболочек зерна пе­реходят вещества, тормозящие рост зародыша. Они относятся к пигментам типа флавонов, играющих важную биологическую роль в регулировании окислительно-восстановительных процессов.

Де­ятельность окислительно-восстановительных ферментов находит­ся в обратной зависимости от активности гидролитических фер­ментов. Блокируя окислительно-восстановительные ферменты, можно добиться более высокой активности амилолитических и протеолитических ферментов. Это было использовано американс­кими учеными, применившими в качестве ингибитора дыхания яч­меня метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый и другие спирты.

При добавлении в замочную воду щелочных растворов ускоряет­ся процесс замачивания ячменя, повышается скорость проникно­вения воды в зерно, стимулируется выщелачивание из оболочек яч­меня полифенольных и горьких веществ, способных регулировать ростовые процессы, происходящие в замоченном зерне. Примене­ние щелочного замачивания ячменя повышает коллоидную стой­кость полученного из такого солода пива, уменьшает количество антоцианогенов и катехинов в солоде и пиве.

Однако повышенная концентрация щелочи в замочной воде препятствует образованию и действию в ячмене важнейших групп ферментов, что впоследствии отрицательно сказывается на осветлении и стабильности пива. Оп­тимальная для сохранения полноты вкуса, цветности пива, содер­жания полифенолов концентрация щелочи при замачивании – 0,1 %. Эффект усиливается при добавлении в замочную воду гибберелловой кислоты в количестве 250 мг на одну тонну зерна.

Большое значение при замачивании имеет солевой состав воды, так как ионы металлов и неметаллов проникают внутрь зерна и вли­яют на жизнедеятельность зародыша. Соли воды могут вступать в химические реакции с веществами оболочки ячменя и адсорбиро­ваться поверхностью зерна. Высокая минерализация замочной воды тормозит поглощение влаги зерном и отрицательно сказыва­ется на его прорастании. Тормозят прорастание зерна хлориды мы­шьяка, ртути, титана, ванадия, содержащиеся в замочной воде.

Английскими учеными предложен способ солодоращения, ко­торый состоит в обработке ячменя ионами калия, магния, лития в концентрации 100 - 200 мг и одновременно раствором гибберелловой кислоты - 0,05 - 5 мг/кг зерна. При такой обработке наряду с сокращением проращивания ячменя улучшаются показатели амилолитической активности солода. Хороший эффект дает совмест­ное применение гибберелловой кислоты и линейных или разветв­ленных ненасыщенных кислот с числом углеродных атомов С₈—С₁₀ или их нетоксичных солей в виде водной дисперсии или эмульсии во время замачивания в количестве 50 - 500 мг/кг зерна (например, октанат натрия).

При внесении в замочную воду ионов марганца экстрактивность полученного солода повышается на 1,6 %, при внесении ионов ка­лия или кальция процессы замачивания сокращаются на 5 и 3 ч со­ответственно, одновременно повышается способность прораста­ния ячменя на 4 - 5 %.

При добавлении в замочную воду 33%-го пероксида водорода в количестве 100 г/т замачиваемого ячменя и перманганата калия в количестве 20 г/т активизируется процесс прорастания.

Производство солода с обработкой зерна водным раствором бор­ной кислоты и сульфата цинка в расчете 5 - 30 г/т замоченного зер­на сокращает процесс проращивания на 2 сут, увеличивает выход экстракта на 1,5 %.

Применение при замачивании ячменя уксусной кислоты, сульфитных, бисульфитных и метабисульфитных солей в комплексе с минеральной или органической кислотой ускоряет процесс соло­доращения, уменьшает потери на дыхание и рост корешков.

У ферментов, участвующих в обмене веществ при прорастании ячменя, в большинстве случаев оптимум активности находится в слабокислой области рН. Поэтому добавление кислот в замочную воду, например, молочной, серной, сульфуриловой, фенольных стимулирует процесс накопления амилолитических и протеолитических ферментов и их активирование. Фенольные кислоты не вли­яют прямо на прорастание зерна, но могут быть посредником фитогормонов, например, абсцизовой и индолилуксусной кис­лот, участвующих в регулировании процессов жизнедеятельности зародыша.

Большой физиологической активностью обладают ауксины, ус­коряющие рост клеток растений. Важнейший из них получил на­звание гетероауксина и представляет собой β-индолилуксусную кислоту. Наиболее важно влияние ауксинов на скорость биосинтеза ферментов в клетке. По гипотезе механизма действия ауксина индолилуксусная кислота воздействует на ионные сдвиги в клетке, прежде всего на транспорт ионов кальция и водорода через биоло­гические мембраны. Ионные сдвиги влияют на активность фермен­тов и таким образом индуцируют функциональную активность кле­ток. Ауксин регулирует синтез многих видов ферментов, таких как кислая фосфатаза и пероксидаза. Ауксин повышает активность протеолитических ферментов, вследствие чего усиливается гидро­лиз белка. Это связано с влиянием ауксинов на изменение в обмене нуклеиновых кислот и белков, так как именно этот обмен является тем основным процессом, от состояния которого в первую очередь зависят физиологические и биохимические функции клеток.

Оптимальная концентрация индолилуксусной кислоты, стиму­лирующей прорастаемость ячменя, составляет 1 х 10^–6 – 1 х 10^-7, при этом срок солодоращения сокращается до 5 - 6 сут и несколько увеличивается общая цитолитическая, гемицеллюлазная и эндо- β-глюканазная активность.

Гетероауксин применяют для стимулирования роста растений и в виде солей, которые также обладают высокой физиологической активностью. Натриевую соль индолилуксусной кислоты использу­ют для интенсификации процесса проращивания ячменя в количе­стве 0,15 - 0,22 г/т.

Большое практическое значение имеет применение для интен­сификации солодоращения микроорганизмов, вырабатывающих биологически активные вещества. Использование микроорганиз­мов или экстрактов из них в присутствии буферных или восстанав­ливающих веществ дает возможность сократить солодоращение на 25 %, снизить потери солода до 7%. В этом случае ячмень, предназ­наченный для солодоращения, обрабатывают суспензией чистых культур бактерий, вырабатывающих витамины, например, желто-пигментных бактерий рода Pseudomonas herbikola, чем повышают экстрактивность солода.

Введение отдельных ферментов или их комплексов в замочную воду позволяет активизировать процесс солодоращения ячменя, ре­гулировать биохимические процессы, происходящие при солодоращении. Такими ферментными препаратами могут быть амилазы, протеазы, цитазы или их комплексы. Благодаря применению фер­ментов оболочка зерна при замачивании быстрее разрыхляется, по­этому сокращается продолжительность солодоращения. Предвари­тельно обрабатывая зерно смесью ферментов, состоящей из целлюлазы, пектиназы, ксиланазы, можно увеличить проницаемость мембран оболочек зерна, перевести в растворимое состояние кле­точные стенки и промежуточные вещества эндосперма.

При введении вытяжки из цитороземина Пх или цитороземина П10х в последнюю замочную воду получают качественный солод из трудноразрыхляемых и высокобелковистых ячменей и ускоряют процесс солодоращения ячменя на 1,5 сут.

При этом увеличивается степень растворения солода, повышается в нем активность амилолитических ферментов, возрастает выход экстракта, сокращается время осахаривания крахмала солода при затирании и повышается конечная степень его сбраживания. Для лучшего разрыхления эн­досперма ячменя предложено использовать ферментные препараты цитороземин Пх или цитороземин П10х совместно с янтарной кис­лотой.

При использовании комплекса ферментных препаратов, содер­жащих целлюлазу, пектиназу, гемицеллюлазу, α-амилазу, (α-амилазу, протеазу, процесс проращивания сокращается до 65 - 80 ч, вы­ход экстракта увеличивается на 1 - 3 %, потери сухих веществ сни­жаются на 2 - 5 %.

В качестве регуляторов прорастания ячменя служат не только полифенольные вещества из оболочек, но и добавляемые в замоч­ную воду в определенной концентрации. Для уменьшения потерь сухих веществ зерна на дыхание и рост корешков замачивание ведут в воде с добавлением кумарина и его производных как ингибиторов роста. Однако даже уменьшенная доза кумарина в 100 мг/дм³ при­дает пиву неприятные вкус и запах, вызванные продуктами распада кумарина.

Хиноны, в достаточном количестве входящие в состав расти­тельного и животного сырья, обладают высоким окислительным потенциалом и катализируют окислительно-восстановительные реакции биохимических процессов, протекающих в клеточных структурах. Использование при замачивании препаратов, содержа­щих хинонные аммонийные поликарбоновые кислоты, позволяет активизировать процесс накопления в солоде амилолитических и протеолитических ферментов, что в целом обусловливает повыше­ние качества готового солода.

Диаммонийфосфат в значительных количествах содержит фосфор и азот и наряду с ингибирующим действием на дыхательную систему зародыша благоприятно влияет на процесс проращивания ячменя как дополнительный источник фосфорного и азотистого питания. Применение молочной кислоты при замачивании позво­ляет изменить рН солода в кислую сторону, благодаря чему созда­ются благоприятные условия для действия ферментов при затира­нии.

Для обогащения солода витамином РР при замачивании исполь­зуют декантат ацетонобутиловой барды после отгона из нее раство­рителей. Барду вводят в количестве 1,0 - 2,2 % массы зерна.

Для интенсификации процесса солодоращения, повышения степени прорастаемости зерна можно использовать гранулирован­ное органоминеральное удобрение в количестве 0,10 - 0,22 % массы замачиваемого зерна. Удобрение содержит необходимые для роста зерна минеральные соли и микроэлементы, активно действующие на биохимические процессы в проращиваемом зерне.

Ускорить процесс солодоращения можно обработкой зерна ком­плексным кормовым концентратом метанового брожения, гидролизатом концентрата метановых бактерий. Продуктами термо­фильного метанового брожения являются витамин В₁₂, кормовой и белково-витаминный концентрат. Применение этих препаратов в концентрации 0,02 – 0,5 % способствует быстрому росту зерна.

В замочную воду можно добавлять экстракт, полученный из зим­них почек (бузины, березы, тополя, груши и др.) или из зимних су­хих шишек сосны. В результате во время проращивания зерна по­вышается диастатическая активность солода, задерживаются про­цессы роста идыхания, что способствует уменьшению потерь экст­рактивных веществ.

Источником биологически активных веществ, применяемых при солодоращении, служат также N-бензил-аденин и гуминовые кислоты, взятые в соотношении 0,01 - 2,00; 8,00 - 12,00 г/т зерна, экстракт торфа, обогащенный ионами калия, аммония и фосфор­ной кислоты, сукцинофосфат натрия в количестве 0,01 - 0,45% массы замачиваемого зерна, капролактамадипат натрия в количе­стве 0,04 – 0,13 % массы замачиваемого зерна, натриевая соль гидролизата малеиновой кислоты в количестве 2 - 7 мг на 100 г замачи­ваемого зерна.

Из всех перечисленных способов интенсификации процесса со­лодоращения наиболее эффективны способы с применением био­логически активных веществ. Они не требуют дополнительного монтажа оборудования (как, например, способы с применением физических методов), достаточно гибки и недорогостоящие. Особое место принадлежит способам, использующим в качестве биологи­чески активных веществ отходы производства и растительные мате­риалы без дополнительного выделения из них биокатализаторов в чистом виде. Применение таких способов солодоращения позволит кроме интенсификации процесса решать проблемы, связанные с применением природного растительного сырья и сокращением отходов производства.