Ячмень. Виды Ячменя и их ботаническая характеристика. Строение ячменного зерна.

Ячмень относится к семейству злаковые, представляет собой колос, состоящий из плоского тонкого пленчатого стержня. На каждом выступе расположено по 3 цветка. По морфологическим признакам ячмень делится на 2-х рядный (яровой, более крупные зерна) и многорядный (озимый2-х рядные пленчатые ячмени по типу колоса разделяют на 3 разновидности:

Нутанс (рыхлый с поникающим колосом)

Эректум (с плтным не поникающим колосом)

Веерный (в пивоварении не используется)

В пивоварении используют Нутанс, реже Эректум.

из трех основ­ных частей: зародыша, эндосперма и оболочек;

Рис. 2. Макроскопическое строение ячменного зерна:

1—зародыш; 2 — щиток; 3 — цветочная пленка; 4— плодовая оболочка; 5— алейроновый слой; б—эндосперм

Внутренняя часть зерна — эндосперм — мучнистая; слой эндос­перма, прилегающий к семенной оболочке, — алейроновый — богат белком. Этот слой состоит из одного (у ржи, пшеницы, овса, кукурузы, проса) или нескольких (у ячменя) рядов клеток с утолщенными стенками. Эндосперм имеет крупные тонкостенные клетки с высохшей протоплазмой, сплошь заполненные крахмальными зерна­ми.

Химический состав зерна ячменя. Углеводы. Азотистые вещества. Содержание белковых веществ в ячмене. Жиры. Минеральные вещества. Безазотистые экстрактивные вещества. Ферменты зерна. Витамины.

Химический состав зерна сложный. Сухое вещество 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 и хлор. Некоторая их часть связана с органическими соединениями.

Средний химический состав зерна, % от сухого веса.

Крахмал … …45 - 70 Целлюлоза…………3,5 – 7

Белок ……… 7 – 26 Жир………………….2 – 3

Пентозаны …7 - 11 Зольные элементы….2 - 3

Сахароза……1,7 – 2,0

По массе зерна компоненты распределяются неравномерно. Наибольшее количество углеводов находится в эндосперме, а жиры, азотистые и минеральные вещества – в зародыше, сырая целлюлоза в оболочке.

У г л е в о д ы, находятся в зерне, делятся на моносахариды, дисахариды, трисахариды, полисахариды.

Моносахариды – это гексозы(глюкоза и фруктоза, у которых хим.формула одинакова С6Н12О6, но по строению молекулы разное) и пентоза( ксилоза С6Н10О5). Дисахариды в зерне основном находятся в виде сахарозы и мальтозы с общей формулой С12Н22О11; из трисахаридов – раффиноза (С18Н32О16). Все эти составляющие хорошо растворяются в воде, находятся в зародыше и эндосперме.

Полисахариды –это в основном крахмал, гемицеллюлоза, целлюлоза (клетчатка), гумми-вещества, пектины. Основную часть полисахаридов составляет крахмал. Он входит в состав эндосперма в виде крахмальных зерен, в которых содержится около 3% примесей( белки, жиры, минеральные вещества).

Крахмал – это смесь двух полисахаридов: амилозы и амилопектина. В ячменном крахмале около 20% амилозы и 80% амилопектина. Под действием кислот, амилоза и амилопектин расщепляются и образуют глюкозу: (С6Н10О5)х +Н2О= х С6Н10О5

Для амилозы х равен 60-2000, для амилопектина – от 6000 до 40 000. В холодной воде

Крахмал не растворяется, он набухает, а при температуре 65 – 80 град, он клейстеризуется.

Целлюлоза:(С6Н10О5), входит в состав оболочки зерна, х равен 2000 –11 000. Под действием кислот целлюлоза распадается до глюкозы. В воде не растворяется. В технологическом процессе остается неизменной.

Гемицеллюлозы располагаются в оболочке зерна и стенках эндосперма. От крахмала и целлюлозы они отличаются продуктами распада, т.к кроме глюкозы под действием кислот образуют пентозы и уроновые кислоты. В воде гемицеллюлозы нерастворимы.

Такое же строение, как у гемицеллюлозы имеют гумми – вещества, ноу них меньшая молекулярная масса, они растворяются в воде. Водные растворы имеют большую вязкость, что замедляет технологические процессы.

А з о т и с т ы е в е щ е с т в а ячменя это белок, свободные аминокислоты, продукты распада белков (пептоны и др.). Молекулы белка построены из остатков аминокислот, содержащих одну или две аминогруппы ( -NH2) и одну или две карбоксильные группы(-СООН).В белках ячменя встречаются следующие аминокислоты: аланин, валин, глицин, лейцин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, лизин и др. Белки находятся в эндосперме зерна и алейроновом слое. Они подразделяются на четыре вида: растворимые в воде и в солевых растворах (альбумин-лейкозин); растворимые в солевых растворах, но нерастворимые в чистой воде(глобулин-элестин); растворимые в спирте –проламин(гордеин); растворимые в слабощелочных растворах- глютелин. Молекулярная масса белков колеблется от 26000 до 166000. Кроме простых белков в ячмене содержатся сложные белки протеоиды-соединия белков с веществами небелковой природы, такими, как фосфорная кислота, сахар , нуклеиновая кислота и др.

Ж и р ы ячменя составляют 2-3%. Часть жиров расходуется при проращивании зерна. Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и жирных кислот.

Состав м и н е р а л ь н ы х в е щ е с т в зерен ячменя (% к массе сухих веществ):

Р2О5 SO3 SiO2 Cl K2O Na2O CaO MgO Fe2O3

Ф е р м е н т ы – это биологически активные вещества белкового происхождения. Все процессы происходящие в зерне происходят под действием ферментов. Ускоряя биохимические реакции сами ферменты остаются неизменными. Так как ферменты имеют белковую природу, то при нагревании они свёртываются(денатурируют) Комплекс ферментов ячменя представлен амилолитическими, протеолитическими и цитолитическими видами. а- амилаза и в- амилаза превращают крахмал в сахар и декстрины; протеолиты расщепляют белок, а цитолитические ферменты разрушают клетки эндосперма. При хранении зерна активность ферментов невысока, но во время проращивания она значительно усиливается.

В и т а м и н ы – это органические вещества, необходимые для развития зародыша.В ячменном зерне присутствуют витамины Е, В1, В2, В6, РР, С и др. Содержатся они в зародыше и в алейроновом слое.

Важнейшим показателем ячменя является его экстрактивность, т.е количество веществ, которые могут перейти в раствор при затирании. В основном экстрактивность обусловлена содержанием крахмала. В хороших сортах ячменя содержание крахмала составляет 56-70 процентов, а экстрактивность 73- 82 процента. Чем выше экстрактивность, тем меньше расход зерна на производство пива.

Другим важным показателем является содержание белков. Чем их больше, тем труднее проращивается зерно. Пиво из таких ячменей нестойкое. При солодоращении такое зерно саморазогревается, эндосперм плохо разрыхляется и увеличиваются потери экстрактивных веществ. Содержание белка должно быть 9-11 процентов. Зерно с содержанием белка до 12,5 процентов идет на приготовление темных сортов пива. В этом случае продукты распада белка придают пиву цвет и аромат.

Пленчатость зерна тоже имеет большое значение. Чем выше пленчатость, тем ниже экстрактивность. Пленчатость ячменя 8-17 процентов, в пивоварении используют зерно с пленчатостью не выше 9 процентов (на абсолютно сухое вещество).

Качественная оценка ячменя для пивоварения. Технологическая оценка ячменя.

Основными сортами пивоваренного ячменя является сорт Нутанс и его разновидности:

С технологической точки зрения наилучшими ячменями являются, легко прорастающие и теряющие при этом наименьшее количество веществ. Равномерно замачиваться и прорастать будут зерна одинаковых размеров. Принято разделять зерна по трем размерам ( по толщине зерна): 2,8 мм, 2,5 мм, 2,2 мм.

Цвет зерна - от светло-желтого до желтого. Зеленоватый оттенок свидетельствует о незрелости, а потемневшие кончики зерна о том, что ячмень был подмочен во время хранения. Ячмень должен иметь свежий запах. Наличие затхлого запаха свидетельствует о непригодности ячменя к солодоращению. Поступающий в солодовню ячмень должен быть отсортированным. Оболочка зерна не должна быть толстой, для светлых сортов пива, т.к. дубильные вещества оболочки придадут пиву грубый вкус. Содержание оболочки в зерне должно быть 7-9 процентов. Для тёмных сортов пива допускается наличие оболочки до 13 процентов.

Для оценки качеств ячменя применяют следующие показатели:

Натура зерна (масса 1 л зерна, выраженная в граммах)

Масса 1000 зерен (в граммах).

Способность к прорастанию.

Натура пивоваренных ячменей колеблется от 600 до 700г/л. Нормальная масса 1000 зерен хорошего двухрядного ячменя равно примерно 40г. Ячмени, имеющие массу

1000 зерен до 40г, считаются легкими, до 44г – средними, более 45г – тяжелыми.

Способность к прорастанию (процент проросших зерен) определяют на пятые сутки проращивания. Свежеубранные, неотлежавшиеся ячмени и ячмени убранные в сырую погоду, плохо прорастают. Поэтому свежеубранный ячмень хранят на складе 2-3 мес.

____________________________________________________________________________

Аналитические признаки

Влажность % не выше 15 Не выше15,5

Способность прорастания % не менее 95 не менее 90

Сорная примесь % не более 1 не более 2

Зерновая примесь% не более 3 не более 5

Мелкие зерна (проход через сито не более 5 не более 7

с ячейкой 2,2х20мм)

Крупность( остаток зерна на сите 80 60

2,5х20мм и 2,8х20мм)

Содержание токсичных элементов, микотоксинов и пестицидов в пивоваренном ячмене не должно превышать допустимые уровни, установленные Медико-биологическими и санитарными нор­мами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов¹⁾, утвержденными Минздравом СССР от 01.08.89 № 5061.

Ячмень, поставляемый для пивоварения, в зависимости от качества подразделяют на два класса в соответствии с требованиями и нормами, указанными в табл. 3.

Таблица 3
Наименование показателя	Норма для класса
	первого	второго
Цвет	Светло-желтый или желтый	Светло-желтый, желтый или серовато-желтый
Запах	Свойственный нормальному зерну ячменя (без затхлого, солодового, плесневого и без посторонних запахов)
Состояние	Здоровый, негреющийся
Влажность, % не более	15,0	15,5
Белок, %, не более	12,0	12,0
Сорная примесь, %, не более:	1,0	2,0
в том числе
вредная примесь	0,2	0,2
Зерновая примесь, %, не более	2,0	5,0
Мелкие зерна, %, не более	5,0	7,0
Крупность, %, не менее	85,0	60,0
Способность прорастания, %, не менее, (для зерна, поставляемого не ранее чем за 45 дней после его уборки)	95,0	90,0
Жизнеспособность, %, не менее (для зерна, поставляемого ранее чем за 45 дней после его уборки)	95,0	95,0
Зараженность вредителями	Не допускается, кроме зараженности клещом не выше I степени

К зерновой примеси относят зерна ячменя:

битые и изъеденные независимо от характера и размера повреждений, давленые, с нарушенной оболочкой и открытым эндоспермом;

недозрелые: сильно недоразвитые – щуплые, а также зеленые, деформирующиеся при надавли­вании шпателем;

проросшие – с вышедшим наружу корешком или ростком;

поврежденные самосогреванием или сушкой, с измененным цветом оболочки и эндоспермом от кремового до светло-коричневого цвета.

В зависимости от влажности и засоренности устанавливают следующие состояния ячменя в соответствии с табл. 4, 5.

Таблица 4
Состояние ячменя	Норма, %, по влажности
Сухое	Не более 14,5
Средней сухости	14,6 – 16,0
Влажное	16,1 – 17,5
Сырое	17,6 и более

Прием и хранение ячменя. Научные основы и техника хранения ячменя. Послеуборочное дозревание ячменя

Свежеубранный ячмень нельзя использовать для приготовления солода, так как в нем еще не закончились биохимические процессы дозревания. Такой ячмень обладает пониженной всхожестью или вообще не прорастает. Поэтому после приемки ячменя на заводе и отделениях грубых примесей его направляют на послеуборочное дозревание. В среднем зерно перед переработкой на солод отлежаться в течение двух месяцев. За это время происходит послеуборочное дозревание, зерно достигает полной физиологической зрелости. При дозревании уменьшается влажность, продолжается синтез крахмала из сахаров и образование белков и аминокислот, снижается содержание аминного азота, других водорастворимых веществ. Ингибиторы прорастания окисляются и распадаются.. Ячмень, поступающий на завод, очищают от наиболее грубых примесей просеиванием и проветриванием и направляют в зернохра­нилище, где хранят до момента переработки. Перед замачиванием ячмень подвергают повторной, более тщательной очистке .Очистка ячменя в воздушно-ситовом сепараторе. Для отделения легких примесей (пыль, полова, частицы стеблей и др.) сквозь поток зерна продувают струю воздуха.

Очистка ячменя на триере. Для отделения примесей, отличающих­ся от целых зерен ячменя длиной, используют триеры. Рабочим органом в триере является цилиндр с ячейками, выби­рающими короткие частицы или отделяющими основную культуру (ячмень) от зерен овса или овсюга.

Для деления ячменя на три сорта используют цилиндри­ческие сита с продолговатыми отверстиями .Очищают от кусочков прово­локи, металлической окалины, гвоздей и др. на электромагнитном сепараторе.

Процессы при после уборочном дозревании. Период дозревания семян равен 6 – 8 недель. Снижается влажность зерна, идет синтез и крахмала Аэробное и анаэробное. Увеличение влажности зерна (более 14%) приводит к интенсификации дыхания и способствует развитию микроорганиз­мов. При этом происходит самосогревание зерна (повышение температуры зерновой массы до 55–65С).

Условия хранения. Процессы, при хранении зерна зависят от:

гигроскопичность – зависит от химического состава зерна, от нее зависит величина влажности между зерном и воздухом;

теплопроводность – складывается между теплопроводностью зерна и теплопроводностью воздуха межзернового пространства;

скважистость–отношение объёма межзернового пространства к об­щему объёму зерновой массы.

В нормальном зерне ферменты находятся в связанном состоянии, в актив­ном только ферменты дыхания и частично  -амилазы. В стадии покоя ячменя большую роль играют ингибиторы, которые снижают активность гиббирилинов Для нормального хранения влажность 14,5-15%.

При хранении происходят изменения со всеми веществами зерна, прежде всего с крахмалом. Он расходуется на дыхание и самосогревание.

Увеличивается способность удерживать влагу. За счёт анаэробного дыха­ния в зерне накапливается спирт, который может губительно действовать на зародыш зерна.

Самосогревания зерна. Различают 3-и стадии:t=24-30 ⁰С качество зерна сохраняется; t=34-38 ⁰С появляется солодовый запах, понижается сыпу­честь, поверхность приобретает матовый оттенок и темнеет, эта стадия сопровождается образованием углеводов и спирта; t=50 ⁰С, зерно характе­ризуется затхлым плесневелым запахом.

Процессы при хранении. При t=18-20 С срок сокращается примерно на 20-30% по сравнению с хранением при t=8-9 С.

Увеличение содержания влаги свыше критической (15%) приводит к усилению ферментных процессов. Увеличение влажности зерна на 6% приводит к увеличению интенсивности дыхания в 6 раз, т.е. связанная влага не может выполнять роль растворителя, поэтому для нормального хранения влажность поддерживается на уровне 14-15%. Изменению подвергаются и белки ячменя особенно гордеины, их количество увеличивается. При хранении может повышаться влажность зерна за счет частичных процессов синтеза ( из аминокислот – белки, из сахаров – углеводы – эти реакции идут с выделением воды). Образуются ВМС и они удерживают воду.

При достаточном количестве воздуха происходит аэробное дыхание: С6Н12О6+6О2=6СО2+6Н2О+2822Ккал

Если недостаток кислорода, то происходит анаэробное дыхание: С6Н12О6=2С2Н5ОН+2СО2+118Ккал

В результате анаэробного дыхания выделяется этанол, а он является клеточным ядом и отравляет зародыш. В результате анаэробных процессов способность прорастания зерна резко снижается.

На поверхности зерна находится много микроорганизмов, которые при увеличении влажности и t-ры начинают интенсивно развиваться. В результате чего усиливается процесс самосогревания зерна,

Способы хранения и режимы хранения ячменя. Основные типы зернохранилищ зерна.

Ячмень хранят преимущественно в силосах; на более старых предприятиях его могут хра­нить также на полу в закромах.

Хранение в силосах. Силосы бывают в плане круг­лыми, прямоугольными или примыкающими друг к другу в виде сот (для максимального использования имеющегося пространства.В силосах всех типов следует предусмот­реть аэрацию и регулярную пересыпку ячме­ня. При аэрации необходимо контролировать состояние воздуха (температуру, влажность.

Хранение на складах. Для аэрации ячмень перекачивают с одно­го склада на другой. В некоторых солодовнях имеются самотечные этажные зернохранили­ща—размещенные на нескольких этажах друг над другом склады, в полу которых оборудо­ваны отверстия, расположенные на равных расстояниях друг от друга. Для аэрации от­крывают шибер, и зерно самотеком ссыпается через небольшой распределитель в ниже рас­положенный склад.

Холодный, сухой ночной воздух всегда высушивает ячмень.

Влажность ячменя, % 13,5 14,0 15,0 16,0 17,0 .19,0 21.0

Относительная влажность воздуха, 60 65 70 75 80 85 90

Воздух для сушки должен быть более холодным, чем хранящийся ячмень. Если воздух будет теплее, то он должен иметь меньшую влажность.

Чем выше влажность ячменя, тем мень­ше должна быть высота его слоя.

Для свежеубранного обмолоченного яч­меня высота засыпки должна быть существен­но ниже, поскольку дозревание и процесс от­потевания легко приводит к повышению тем­пературы, а значит, и к снижению качества зерна.

Сушка ячменя. Оптимальные условия сушки.

Средняя проба сыпучих материалов составляет 2 кг.

Сушка. Шахтная. Наиболее распространённые сушилки состоят из 4-х отделений. Ячмень попадает в отделение предварительного нагрева, где до (35-45 ⁰). Здесь зерно начинает. В двух последующих отделениях с нагре­тым воздухом происходит сушка, воздух продувает ячмень.

Далее отделение охлаждения, в котором ячмень продувается наружным воздухом и охлаждается до t, на 5 ⁰С превышающей наружную.

Вентилирование зерна. Активное вентилирование.

Охлаждение для создания благоприятных температурных режимов хранения достигается приемом вентилирования. Его проводят, в основном, для охлаждения и снижения влажности зерна. Охлаждают насыпи обычным атмосферным воздухом, а сушат подогретым.

Процесс вентилирования способствует сохранности исходного качества зерна, снижает интенсивность его дыхания и тем самым сокращает потери сухого вещества, тормозит и останавливает развитие микрофлоры и вредителей хлебных запасов, сокращает затраты на обработку.

Основные типы зернохранилищ и требования, применяемые к ним.

К зернохранилищам – местам организованного и рационального хранения зерновых масс – предъявляется много разносторонних требований – технических, технологических, эксплуатационных и экономических. Все они направлены на то, чтобы в зернохранилище можно было обеспечить сохранность зерновых партий с минимальными потерями в массе, без потерь в качестве и с наименьшими издержками при хранении.

Любое зернохранилище должно быть достаточно прочным и устойчивым, т.е. выдерживать давление зерновой массы на пол и стены, давление ветра и неблагоприятные воздействия атмосферы. Оно должно также предохранять зерновую массу от неблагоприятных атмосферных воздействий и грунтовых вод; для этого кровля, окна и двери должны быть устроены так, чтобы исключалась возможность проникновения в зерновую массу атмосферных осадков, а стены и пол изолированы от проникновения через них грунтовых и поверхностных вод. Чрезвычайно важным требованием, предъявляемым к зерноскладам и элеваторам, является надежность защиты в них зерновых масс от грызунов и птиц, а также вредителей из мира насекомых и клещей. Зерносклады должны быть удобными для проведения мероприятий по обеззараживанию составляющих его конструктивных элементов, вместимостей и находящихся в них зерновых масс. Во всех зернохранилищах должны быть предусмотрены мероприятия по борьбе с пылью.

Преимущества хорошо построенных элеваторов перед складами состоит в следующем: достигается полная и высокопроизводительная механизация работ с зерновыми массами, облегчается проведение всех мероприятий, обеспечивающих сохранность и оздоровление зерновых масс, исключается возможность истребления зерна грызунами и птицами, упрощается борьба с насекомыми и клещами, обеспечивается значительная зерновых масс от воздействия внешней среды (колебания температуры, осадки, грунтовые воды и т.п.), для элеватора требуется значительно меньшая площадь, что позволяет более компактно на сравнительно небольшой территории, соединенной с путями сообщения, разместить все сооружения хлебоприемного или зерноперерабатывающего предприятия. Основной недостаток современных силосных элеваторов в том, что их нельзя использовать для продолжительного хранения зерновой массы любого состояния и назначения. В силосах может быть обеспечено надежное хранение партий зерна только сухого и средней сухости. Влажное и сырое зерно легко подвергается слеживанию и самосогреванию, если вовремя не принять мер для охлаждения при малейших признаках самосогревания или плесневения, обнаруженных в результате регулярного и тщательного контроля. Нельзя также в силосы элеватора загружать и зерновые массы, обладающие плохой сыпучестью. Кроме того, издержки при хранении зерновых масс (на 1т зерна) в элеваторе значительно больше, чем на складе. Поэтому элеватор как самостоятельное хранилище наиболее выгоден, когда он принимает, обрабатывает и отгружает большое количество зерна.

Элеваторы различают: заготовительные, строящиеся на хлебоприемных предприятиях; производственные – при мельничных, крупяных, комбикормовых заводах и других производствах; перевалочные – в морских и речных портах, на крупных ж\д станциях, необходимые для перегрузки и кратковременного хранения зерна; базисные – для накопления и хранения государственных запасов зерна.

Емкость различных типов современных элеваторов колеблется от 25 до 140-150 тысяч тонн. Емкости силосных элеваторных корпусов бывают от 7,7 до 25 тыс. т.