Введение

Известно, что ячмень можно использовать в качестве несоложеного сырья в пивоваренном производстве. Различие структуры эндосперма ячменя и солода, так же как и неодинаковый химический состав их составляющих, служат причиной, из-за которой ячмень считается «тяжелым» несоложеным сырьем. Его можно с успехом применять только в сочетании с соответствующими ферментами микробиологического происхождения и, возможно, со свежепроросшим солодом - богатым источником ферментов. При применении микробиологических ферментов процесс производства пива становится более удобным, причины этого - более высокая термостабильность микробных амилаз и глюканаз, а также возможность выбора ферментов в соответствии с потребностями. Использование ячменя в качестве несоложеного сырья дает также и экономические преимущества, так как стоимость ячменя минимум вдвое меньше стоимости солода, а можно использовать и ячмень пониженного класса качества - фуражный.

Пиво – напиток очень древний, и его историю благодаря раскопкам и археологическим находкам можно проследить на протяжении почти 5000 лет. Самое древнее упоминание пива встречается в шумерской (Месопотамия) клинописи, датируемой 2800 г. до н.э., где говорится о ежедневном рационе работников, состоявшем из пива и хлеба. Приготовление и продажа пива в розлив были регламентированы в законодательном акте вавилонского царя Хаммураппи (1728-1686 гг. до н.э.).

Дальнейший расцвет пивоварение получило в древнем Египте, что засвидетельствовано в многочисленных рисунках и других археологических находках.

Здесь нужно заметить, что уже тогда пиво не содержало опасных для человека микроорганизмов, и что даже вода, зачастую небезупречная, могла обеззараживаться благодаря брожению и образованию в пиве натуральных кислот. Поэтому пиво (а в некоторых местностях – и вино) в течение многих столетий являлось ежедневным средством утоления жажды как для господ, так и для простых людей.

Месопотамии в храмовом инвентаре 111-го тысячелетия высеченные на камне рецепты шумерского пива, насчитывающие не менее 15 сортов этого чудесного напитка, отличающихся вкусом, цветом и другими свойствами. Даже поговорка древних шумеров – «не знать пиво – не знать радости» - говорит о популярности и качестве приготовляемого пива уже в те времена. Позаимствовавши секреты пивоварения от шумеров, в Древнем Египте так же в совершенстве владели искусством приготовления пива. Свидетельству этому является подробное описания не согласовано процесса пивоварения, изображенное рельефе гробнице Тии. Приготовления пива было тесно связано с хлебопечением: пивовар использовал аналогичные формы для выпечки хлебов, только немного шире, чем в хлебопикарне. Они расставлялись вокруг очага для приготовления, а в это время готовилось тесто в квашне из ячменя или пшеницы по особому рецепту. Оно помещалось в уже нагретые глиняные формы, и процесс выпечки контролировался до тех пор, пока хлебы не покрывались золотистой корочкой, но при условии, чтобы внутри они оставались немного непропеченные. После приготовления хлебы смешивали различного рода пряностями и заливали выжатым соком фиников. Эту массу процеживали, и полученная таким образом жидкость начинала бродить. Далее ее разливали по кувшинам и запечатывали для хранения или перевозки.

Пиво – слабоалкогольный напиток, в настоящее время получают путем сбраживания охмеленного сусла специальными расами дрожжей. Вкус и аромат его создают экстрактные вещества, извлеченные из солода, горькие и ароматические вещества, хмеля, а также этиловый спирт, углекислый газ и другие продукты брожения. Сортовые различия пива определяются типом используемого солода, количеством и видом добавляемых не соложенных продуктов. Процесс приготовления пива включает ряд стадий: изготовление сусла из ячменя, получение охмеленного сусла, сбраживание сусла, дображивание и созревание молодого пива, фильтрацию и розлив.

В течение столетий при изготовлении солода и пива использовались только основные биохимические процессы:

- проращивание ячменя в солодовне для образования ферментов;

- затирание в варочном цехе для расщепления ферментами крахмала и образования сбраживаемых сахаров;

- сбраживание сахара в спирт и двуокись углерода;

В течение 150 лет считалось обычным, чтобы требуемый солод изготавливался собственными силами, для чего каждое пивоваренное предприятие имело собственную солодовню, в которой зимой готовился солод, а затем в начале лета он перерабатывался в пиво. Приготовление солода в те времена и до середины XX века было очень трудоемким в связи с применением тяжелого физического труда на гигантских токах. При сушке для перелопачивания солода так же требовался ручной труд. Переход к современным пневматическим системам солодоращения связан с большой экономией энергии и рабочей силы.

Благодаря появлению пивных бутылок, а позднее банок, а также массовому использованию пивного стекла вместо преобладавших непрозрачных керамических кружек вошло в моду светлое пиво – вместо обычного раннего темного (не только в пивных, но и для домашнего потребления). Использование высокопроизводительных линий розлива, почти полностью исключающих доступ в пиво воздуха, обеспечивает сегодня сохранение исходного качества пива в течении долгого времени. В последние годы были получены существенные знания, раскрывающие проблему стойкости вкуса пива.

Этикетка на бутылке по своей форме, цветовой гамме и выразительности должна привлекать внимание к единственной в своем роде продукции, но одной этикетки не достаточно, и поэтому необходимо украсить горлышко.

1 Аналитический обзор литературы

1.1 Химический состав ячменного солода и его ферментативная активность

Основное сырье для приготовления пива – Ячмень. Его применение основано на том, что в нем содержится много крахмала и что даже после обмолота и переработки в солод в ячмене содержатся оболочки зерна (мякинные оболочки), которые способны формировать фильтрующий слой, необходимый в последующем процессе производства. Перед использованием варки пива ячмень должен быть переработан в солод.

В ячмене (Hordeum vulgare) содержится необходимый для приготовления пива крахмал, который позднее, в варочном цехе, превращается в сбраживаемый экстракт. Путем правильного возделывания необходимо получать соответствующие сорта ячменя, дающие солода, богатые экстрактом. [1] Ячмень относится к семейству злаковых, в котором есть два вида: двухрядный и многорядный (шестирядный). Двухрядные ячмени бывают в основном яровыми, а шестирядные – озимыми и яровыми. [13 ссылки по месту упоминания] У многорядного ячменя на каждой ступеньке оси находятся по три цветка, которые после оплодотворения образуют по одному зерну. При взгляде на колос сверху можно заметить по три зерна справа и слева (шестирядный ячмень).

Если членики колосового стержня сравнительно длинные, то зачастую видны только четыре ряда, так как два других ряда, лежащих на них закрыты, хотя и имеются в действительности (так называемые четырехрядные ячмени).

У двухрядного ячменя на каждой ступеньке оси образуется только одно зерно, так как имеется только один плодотворный цветок. При виде сверху можно справа и слева заметить по одному зерну (двухрядный ячмень).

Группы ячменя (яровой, озимый, двухрядный, многорядный) отличаются друг от друга многими показателями, представляющими для нас особый интерес, а именно:

У двухрядного ячменя крупные полные зерна с обычно тонкой волнистой оболочкой. Поэтому в таком ячмене содержится сравнительно много ценных экстрактивных веществ и мало пленок, а следовательно, меньше дубильных и горьких веществ. Все зерна одинаковые, содержание экстракта сравнительно высокое. Двухрядный ячмень, как правило, яровой и объединяет в себе все преимущества, важные для приготовления солода и пива.

У шестирядного ячменя зерна разной величины, и так как им не хватает места для роста, то зерна боковых рядов – более узкие, а их кончики изогнуты (кривонос), что служит отличительным признаком шестирядных ячменей.

Урожайность у озимого ячменя составляет в среднем 60 ц с гектара, и таким образом она существенно выше чем у ярового (в среднем 40 ц с гектара), что связано с более коротким вегетативным периодом ярового ячменя. По этой причине во многих странах возделывают больше озимого ячменя, чем ярового.

Таким образом, используются следующие группы пивоваренного ячменя:

- двухрядные яровые;

- двухрядные озимые;

- шестирядные озимые;

- шестирядные яровые.

Наибольшее применение находят ячменный и ржаной солод, первый — в пивоварении, второй — в хлебопечении и при приготовлении квасного сусла. Высокой ферментативной активностью обладает солод из шестирядного озимого ячменя: амилолитическая и протеолитическая активность соответственно в 1,5-2 и 3-5 раз выше, чем в солоде из двухрядного.

Амилометические ферменты солода имеют сходные свойства. α-Амилаза присутствует в покоящемся зерне в незначительных количествах. Фермент активно синтезируется в процессе прорастания. Синтез индуцируют гиббереллины, образующиеся в ростке. Максимальная активность α-амилазы найдена в алейроновом слое. [1]

Сорта ячменя

Вышеуказанные группы разделяют на большое количество сортов, четко различаемые по ряду свойств.

Для приготовления солода и пива подходят преимущественно двухрядные сорта ярового ячменя, так как систематическая работа по улучшению их пивоваренных качеств велась в течении более 100 лет. Большое число этих сортов обладает прекрасными технологическими свойствами.

Однако среди озимого ячменя в настоящее время появляется все больше двухрядных сортов, которые по своему качеству приближаются к двухрядным яровым. При выведении новых сортов обращают большое внимание на следующие показатели качества:

- устойчивость к болезням и вредителям;

- устойчивость к полеганию;

- высокая восприимчивость к питательным веществам;

- высокая урожайность;

- хорошие форма и расположение зерен;

- высокая способность к водопоглощению и низкая водочувствительность;

- низкое содержание белка;

- высокая способность к прорастанию к моменту солодоращения;

- высокая способность к образованию ферментов;

- высокая растворимость;

- высокий выход экстракта при солодорпщении.

Ячмень имеет сложный химический состав, который зависит от сорта, района прорастания метеорологических и почвенных условий и массового соотношения отдельных частей зерна. Влажность ячменя составляет в среднем 14 – 15 % и может колеблется от 12 % при сухой до свыше 20 % при очень влажной уборке. Для лучшей сохранности ячмень должен обладать влажностью ниже 15 %.(2-3) Остальная часть зерна называется сухим веществом и имеет обычно следующий химический состав:

- Общие углеводы: 70,0 – 85,0 %

- Белок: 10,5 – 11,5 %

- Минеральные вещества: 2,0 – 4,0 %

- Жиры: 1,2 – 2,0 %

- Прочие вещества: 1,0 - 2,0 %

Сухое вещество представляет собой сумму органических и неорганических веществ. Органические вещества — это в основном углеводы и белки, а также жиры, полифенолы, органические кислоты, витамины и другие вещества. Неорганические вещества - это фосфор, сера, кремний, калий, натрий, магний, кальций, железо, хлор. Некоторая часть их связана с органическими соединениями. [1]

Углеводы по своему составу образуют обширнейший комплекс веществ существенно различающихся по своим свойствам и, следовательно по их значению для переработки и получения готового продукта. Основными являются крахмал, сахар, целлюлоза, а также гемицеллюлоза и гумми – вещества. [1] Основная часть полисахаридов представлена крахмалом, который расходуется с зерном при прорастании начальных стадиях развития зародыша. [2]

Крахмал. Доля крахмала в ячмене составляет 50 – 65 % и является его важнейшим компонентом. Путем ассимиляции и заключительной конденсации глюкозы в медленно созревающем зерне образуется крахмал, который как накопитель энергии для зародыша потребляется в первой жизненной фазе и после образования хлорофилла и начало ассимиляции должен обеспечить переключение на собственное получение энергии. Крахмал накапливается в клетках мучнистого тела в виде зерен.

Зерна крахмала содержит до 5 % липидов и 0,5 % белков и состоят из двух различных структур: амилозы и амилопектина.

Амилоза и амилопектин построены из глюкозных остатков, однако они существенно отличаются по своей структуре и, соответственно, по расщепляемости при солодоращении и затирании.

Сахар. Содержание сахара в ячмене не очень велико (1,8 – 2,0 %). Так как зерно при уборке находится в состоянии покоя, в нем содержится не много продуктов расщепления, преимущественно сахарозы, а также небольшое количество глюкозы и фруктозы.

Целлюлоза 5 – 6 % содержится только в оболочке и является каркасным веществом. Подобно амилозе молекула целлюлозы состоит из длинных неветвящихся цепочек глюкозных остатков с соединением 1,4.

Гемицеллюлозы – главные составные части стенок клеток эндосперма. Они состоят из бета глюканов и пентозанов, которые совместно образуют прочный каркас стенок клеток мучнистого тела. [1]

Азотистые вещества. В ячмене азотистые вещества представлены белковыми и небелковыми составляющими. В нормально вызревшем ячмене белковые вещества составляют большую часть. Белки в ячменном зерне распределяются неравномерно: наибольшее относительное содержание их в алейроновом слое в виде клейковины, во внешнем слое эндосперма в виде резервного белка, меньшее – в эндосперме, где белок входит в состав клеток. [2] В ячмене содержание белка может колебаться в пределах 8 – 16 %. Из этого количества белков в готовое пиво попадает едва ли треть, и хотя содержание белковых веществ в пиве сравнительно не велико, они могут существенно влиять на его качество. Содержание белка в пивоваренном ячмене не должно превышать 11,5 % (к сухому веществу). [1]

Жиры (липиды). В ячмене жиры представлены жирными кислотами, глицеринсодержащими липидами и липидами, не содержащими глицерина. Жиры растворяются в этиловом и петролейном эфирах, бензоле и хлороформе. Жир представляет собой желто-бурое масло с тонким ароматом, из которого выделяются кристаллы при длительном отстаивании. В ячменном зерне жир распределяется следующим образом: в алейроновом слое, в зародыше. Небольшая часть жира при проращивании потребляется и гидролизуется липазой, а так как при сушке солода липаза инактивируется, основная часть жира переходит в дробину. В свободном виде жирные кислоты присутствуют в незначительном количестве. [2] Ячменное зерно содержит около 3 % жиров, которые откладываются главным образом в алейроновом слое и в зародыше, причем в алейроновом слое и в оболочке содержится жиров 9 раз больше, чем в зародыше. Основными составляющими жиров является жирные кислоты. Под жирными кислотами углеводородные соединения с концевой группой COO – H, через которое определяется слабая кислота. [1]

Фенольные вещества. Эта группа веществ в ячмене представляет собой неоднородные соединения, которые делятся на простые фенольные кислоты и полифенолы. Состав и содержание фенольных веществ в ячмене зависит от сорта и состава ячменя и условий его произрастания. Между содержанием белка и полифенолов существует обратная зависимость: с повышением количества белка содержание полифенолов уменьшается. Ячмень содержит примерно 0,3% фенольных веществ. Фенольные кислоты в ячмене содержатся в свободной и связанной формах. Группа С6 – С1 представляет собой оксибензойные кислоты:  n-гидроксибензойная, протокатеховая, галловая, ванилиновая, сиреневая; группа С6 – С3 - оксикоричные кислоты: кумаровая, кофейная, феруловая.

Большую роль в дыхании растений и дезаминировании аминокислот играет хлорогеновая кислота. Некоторые из фенольных кислот являются ингибиторами в процессе проращивания частично переходят воду при мойке и замачивании ячменя. Группа флавоноидных веществ С6 – С3 – С6 объединяет соединения, молекулы которых содержат два бензольных ядра, соединенных гетероциклическим пирановым кольцом.

Полифенолы ячменя (идентифицировано 40 полифенолов). Включают много антоцианогенов, главным образом D (+) - катехин и лейкоцианидин, относящиеся к этой группе. Полифенольные вещества (антоцианогены и катехины) находятся в основном в алейроновом слое зерна, при солодоращении изменяются мало и в помоле входят в фракцию крупки. Антоцианогены обнаружены только в зерне ячменя. Важным свойством полифенолов является их способность соединяться с белками, для ориентировочной характеристики степени полимеризации полифенолов существует показатель «индекс полимеризации», представляющий собой отношение общего количества полифенолов к количеству антоцианогенов.

Минеральные вещества. Общее содержание и соотношение отдельных минеральных веществ зависят от почвенно-климатических условий и количества вносимых удобрений.  Около 80% ионов находятся в связанном с органическими соединениями состоянии. Основная часть минеральных веществ приходится на фосфор, который входит в состав фитина, нуклеиновых кислот, фосфатидов и других соединений; калий (фосфаты калия); кремниевую кислоту, содержащуюся главным образом в оболочках ячменя. Некоторые микроэлементы, присутствуя в очень небольших количествах, оказывают влияние на биологическое состояние ячменя и технологию пивоварения.

  Ферменты. Ферменты - белки с молекулярной массой от  до  , высокой эффективностью действия: одна молекула может катализировать превращение  до  молекул субстрат.

в 1 минуту. Многообразные превращения веществ во время получения солода и пива протекают почти исключительно благодаря действию ферментов. В ячмене уже содержится ряд ферментов, но в относительно небольших количествах. Большая же часть ферментов образуется лишь в ходе его проращивания при солодоращении. [2]

Дубильным веществам оболочки солода (ячменя) следует придавать не меньшее значение, чем хмелевым, так как эти вещества, объединяемые в настоящее время в группу полифенольных веществ, могут оказывать влияние на небиологическую стойкость пива. Благодаря ряду проведенных исследований создалось определенное представление о поведении их на разных этапах технологического процесса. Выяснены мероприятия по устранению неблагоприятного влияния некоторых веществ указанной группы на качество пива.

Оказалось, что полифенольные вещества, которые переходят в сусло и пиво из ячменя и хмеля, являются неоднородными соединениями. Основную массу их составляет группа флавоноидов, имеющих общую формулу C6 - C3 - C6 и находящихся как в конденсированной, так и в полимеризованной форме.

По молекулярной массе полифенольные вещества делятся на четыре группы:

-дубильные вещества;

-лейкоантоцианы;

-собственно флавоноиды;

-кислоты дубильных веществ.

Под названием дубильных веществ объединяются природные соединения, преимущественно растительного происхождения, легко растворимые в воде и часто образующие коллоидные растворы, обладающие сильным вяжущим вкусом. [3]

1.2 Аппаратурное оформление процесса производства пивоваренного солода

Замочный чан [14]

Основная цель замачивания зерна состоит в увеличении влагосодержания его до 43-47%. Кроме того, при рациональном ведении замачивания в чане проводят следующие операции:

1)    мокрую очистку (мойку) зерна;

2)    обработку зерна антисептиками;

3)    активизацию жизнедеятельности зерна проветриванием воздухом и отсасыванием углекислоты.

В соответствии с этим технически совершенный замочный чан (рис.1.1) должен иметь все необходимые устройства для осуществления перечисленных операций: водяную и воздушную коммуникации для подачи свежей воды и сжатого воздуха, устройства для аэрации, перемешивания и перекачки зерна, канализационную систему с ловушкой для всплывшего зерна.

Рис. 1.2.1 Замочный чан Рисунок 1.1 - Замочный чан

Сушильные аппараты

Рис. 1.2.2 Двухъярусная сушилка высокой производительности:

1- топка; 2-калорифер; 3- воздухораспределитель; 4-сушильные решетки; 5-шнековый ворошитель; б-лопастной ворошитель; 7-поворотная загрузочная труба; 8 - каналы для поступления холодного воздуха; 9- вытяжная труба; 10-центробежные вентиляторы

В глухих перекрытиях между этажами воздушных шахт сделаны круглые отверстия с клапанами 4, регулирующими проход воздуха Нагретый воздух из калорифера 5 проходит сквозь открытые отверстия в нижнее отделение воздушной шахты, дальше пронизывает в горизонтальном направлении нижний слой солода, поднимается сквозь отверстия в перекрытии во второй этаж, где проходит сквозь средний слой солода, но уже в обратном направлении, затем поднимается в третий этаж, где вновь преходит сквозь верхний слой солода и, наконец, вентилятором 6 выбрасывается наружу.

Воздух, поднимаясь зигзагообразно, трижды пересекает слой солода, постепенно все более и более насыщаясь водяными парами. Никакого перемешивания солода во время сушки не происходит. Для равномерного его высушивания периодически, через каждые 4-6 час. изменяют направление движения воздуха перекрыванием клапанов 4.

Рис. 1.2.3 Вертикальная сушилка

Свежий холодный воздух для верхних слоев солода прибавляют по­средством стальных труб, соединенных каналами 8 с атмосферой.

Под каждой парой вертикальных решет установлен шнек 9 для раз­грузки солода по окончании процесса сушения.

Перегрузка солода из одного отделения в другое происходит чрезвы­чайно просто. После отсушки солода задвижки между нижним и средним отделением закрывают, а задвижки над разгрузочными шнеками открывают. Шнеки приводят в движение и быстро перебрасывают сухой солод в бункер.

1.3 Современные представления о биохимических, физико-химических и химических процессах, протекающих при замачивании, проращивании зерна и сушке солода

Замачивание ячменя [8]

Влажность зерна состоит из первоначальной его влажности (10—15 %) и количества воды, поглощенной зерном в период замачивания. Конечная влажность зерна, необходимая для его проращивания, называется степенью замачивания. Оптимальная степень замачивания ячменя составляет 42—50 % и зависит от его сорта и типа получаемого солода.

Вода при замачивании проникает в зерно в основном через микрокапиллярные отверстия, расположенные в местах зародыша. Часть ее попадает внутрь зерна и через мякинную оболочку по всей его поверхности. 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 зерна уменьшается, поэтому сокращается скорость замачивания. Особенно замедляется этот процесс при достижении влажности зерна 35 %. Семенная оболочка зерновки является полупроницаемой мембраной и представляет собой физиологический защитный орган, предотвращающий поступление нежелательных веществ внутрь зерновки н потерн в результате выщелачивания органических и других веществ.

На скорость замачивания ячменя заметное влияние оказывает его химический состав. Вследствие наличия в зародыше значительного количества белковых веществ, обладающих высокой способностью набухания, вода быстро поглощается всей его массой. Эндосперм, содержащий основную часть крахмала, набухает медленно, следовательно, его ткани в меньшей степени поглощают воду. Поэтому на замачивание необходимо подавать однородное по составу и размеру зерно, полученное из одной зоны произрастания, так как климатические условия также сказываются на скорости замачивания. Ячмень, выросшие при сухой и жаркой погоде, а также не достигшие солодовой зрелости, в процессе замачивания очень медленно поглощают воду.

Максимальная температура для замачивания — 30 ̊С. Скорость осахаривання и фильтрования затора солода снижается, а разница в выходе экстракта тонкого и грубого помолов увеличивается. Образующаяся в процессе дыхания зерна двуокись углерода (СО₂) оказывает постоянное тормозящее действие на рост зерна в процессе замачивания.

При недостаточной продувке слоя зерна воздухом образуется избыток СО₂ и коэффициент дыхания становится больше 1, в результате чего происходит спиртовое брожение (анаэробиоз), продуктами которого ингибируется зародыш. Содержание спирта в замочной воде приводит к неравномерному росту зерна, а иногда (при содержании спирта более 1 %) - и к полному торможению роста. Кроме того, оно приобретает способность к избыточному водопоглощению, снижает всхожесть. Замачивание зерна следует рассматривать как комплексный процесс увлажнения и биологической фазы роста. Чем быстрее протекает насыщение влагой зерна и чем интенсивнее удаляются иигибируюшие вещества, тем активнее идут ферментативные процессы, приводящие в дальнейшем к растворению его.

Проращивание зерна

Целью проращивания зерна являются синтез и активация ферментов, под влиянием которых в процессе затирания достигается  полное  растворение  всех  резервных веществ.[8] Под действием ферментов еще при проращивании часть сложных  веществ   зерна  превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрииы и высшие декстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты   и  др. В прорастающем зерне происходят те же биохимические и физиологические изменения, что и при естественном проращивании его в почве. Переход от скрытой жизни зародыша к активной возможен только при достаточном количестве влаги, кислорода и оптимальной температуре. Образование и активация ферментов в зерне неразрывно связаны с жизнедеятельностью зародышевого корешка. В дальнейшем ферменты продолжают свою деятельность даже в условиях, неблагоприятных для развития зародыша, т. е. когда зерно находится без кислорода или при высоких температурах.

Ферменты зерна - природные катализаторы белкового происхождения - находятся в зародыше, в области эндосперма, прилегающей к щитку, и в алейроновом слое оболочки. Активность и новообразование протеолитических ферментов при проращивании зерна увеличиваются в четыре раза.

Протеолитические ферменты устойчивы к нагреванию до определенной температуры, что в дальнейшем при затирании сказывается на гидролизе белков. При проращивании ячменя значительно увеличивается активность фосфатаз (в 8—10 раз), расщепляющих фосфорорганические соединения. проращиваемом ячмене имеется также мальтоза (а-глюкозидаза) - фермент, расщепляющий мальтозу в глюкозу. Активность этого фермента при солодоращении увеличивается в два раза. К ферментам ячменя, катализирующим окислительно-восстановительные реакции дыхания, относятся оксидаза, пероксидаза и каталаза. Активность их при проращивании зерна увеличивается значительно.

Протекающие биохимические процессы в прорастающем зерне способствуют расщеплению всех высокомолекулярных соединений (крахмала, белков) и переходу их в низкомолекулярные вещества, которые используются для питания зародыша. Прорастание характеризуется двумя взаимно связанными процессами: гидролизом запасных веществ эндосперма и синтезом новых веществ в зародыше, изменяющих биохимический состав зерна. Важнейшим энергетическим процессом проращивания является дыхание зерна, протекающее под действием оксидаз.

При проращивании зерна около 24 % крахмала превращается в сахара, из них 10 % расходуется на дыхание, 3—4 % — на построение корешков и ростков и приблизительно 10 % остается в солоде в виде сахара. При дыхании зерна происходит как полное, частичное окисление cахаров. Недостаточный приток кондиционированного воздуха при проращивании приводит к нарушению естественного дыхания зерна и образованию двуокиси углерода и спирта, что затормаживает жизненные процессы в зерие. Одновременно образуются продукты неполного окисления и сбраживания Сахаров и продукты их взаимодействия — органические кислоты, эфиры и другие, а также большое количество сахарозы, фруктозы и фруктозанов.[8]

Образование растворимых пентозанов связано с разрушением стенок зерен крахмала, которые состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы и инкрустирующих веществ. Под воздействием ферментов цитазы гидролизуются гемицеллюлозы с образованием гексоз и пентоз, которые расходуются на построение тканей корешков и. ростков. Растворение клеточных стенок зерен крахмала под действием цитазы дает возможность для активного действия других ферментов.  Гидролиз белковых веществ во время проращивания происходит под действием протеолитических ферментов. В первую очередь воздействию их подвергается резервный белок, который находится в клетках эндосперма вблизи алейронового слоя. Продукты гидролиза резервного белка являются источником азотистого питания зародыша. Более половины азотистых веществ ячменя во время солодоращения расщепляются до аминокислот, из них около 25 % идет на синтез, превращаясь в нерастворимые белковые вещества ростков и корешков.

При проращивании зерна следует ежедневно определять и контролировать его влажность. Эффективным способом проращивания ячменя является увлажнение до 40—42 % и проращивание при температуре 17— 18 °С в течение двух дней. Затем влажность зерна повышают до 45—-47 % и в конце биологической фазы проводят охлаждение слоя до 10—13 °С. Такой режим способствует быстрому росту и усиленному ферментообразованию. Хорошие результаты дает воздушно - оросительный способ замачивания зерна, который сочетает в себе преимущества других способов и может применяться как в замочных, так и в пневматических аппаратах, предназначенных для его проращивания. Он позволяет интенсифицировать весь процесс солодоращения и на 30—40 ч раньше получить необходимую активность ферментов в свежепроросшем солоде. Одним из важных средств регулирования биологических и ферментативных процессов при проращивании зерна является его аэрация. Большой приток кислорода необходим в первый период проращивания, когда наиболее интенсивно происходят активация и новообразование ферментов.

Главной задачей солодоращения является получение богатого ферментами, микробиологически и канцерогенно - токсически чистого солода, при минимальных потерях сухих веществ и хорошем растворении содержимого зерна. Кроме того, себестоимость такого солода должна быть низкой. Этим и определяется режим технологических процессов проращивания и устройство аппаратов. Солодовенным цехом называется помещение, предназначенное и оборудованное для изготовления солода на пивоваренных и других предприятиях пищевой промышленности. Здесь замачивают, проращивают и сушат солод на микросолодовнях, делают полный анализ готового солода и по его результатам определяют оптимальный режим производства солода из данного сорта зерна в промышленных условиях. В ходе солодоращения наблюдают за равномерностью замачивания, проращивания и сушкой солода, развитием и состоянием корешков, устанавливают запах свежепроросшего солода и совершенствуют технологический процесс его приготовления.

Солод, проросший при оптимальных условиях, имеет свежий огуречный запах, а при наступлении анаэробного дыхания приобретает эфирный или яблочный. Основным признаком, определяющим окончание проращивания, является полная растворенность мучнистого тела зерна. При этом, благодаря ферментативным процессам, оно легко растирается между пальцами. В настоящее время для управления факторами, влияющими иа проращивание зерна, применяют механизированное пневматическое солодоращение, основанное на продувке через высокий (0,6—1,5 м) слой материала кондиционированного воздуха при влажности 100 % и температуре 10—12 °С. В данном случае зерно снабжается кислородом воздуха, удаляются двуокись углерода и другие ингибирующие вещества, которые выделяются при проращивании, и достигается необходимое охлаждение слоя.

Сушка свежепроросшего солода

Свежепроросший солод для производства пива применять нельзя, так как он имеет сырые запах и вкус, в нем неи ароматических и красящих веществ, много содержится растворимых белковых веществ, образующих в растворе стойкую муть. Это не дано возможности получить прозрачные сусло и пиво. Из-за высокой влажности свежепроросший солод долго не хранится. Чтобы получит пиво, удовлетворяющее всем требованиям свежепроросший солод необходимо высушить [13]. Помимо того, освобождают сухой солод от ростков, придающих пиву неприятный вкус [15].

В процессе сушки солода достигаются две цели: снижение влажности материала с 50—40 % до 10—13 % общей массы и придание в процессе термической обработки целевому продукту определенных технологических качеств — специфического вкуса, цвета и аромата с высокой ферментативной активностью. Следовательно, сушка солода не только сложнейший нестационарный процесс тепло- и массообмена, но и биохимический процесс.

Свежепроросший солод во время сушки претерпевает глубокие физические, физиологические и биохимические изменения, которые зависят от скорости обезвоживания, температуры сушильного агента, его влажности и условий сушки. Физические преобразования свежепророешего солода при его сушке состоят в изменении влажности, массы, цвета, аромата и вкуса. Часть содержащихся в солоде высокомолекулярных белков при сушке свертывается, что в дальнейшем благоприятно сказывается на процессе осветления сусла и пива. Вкус сухого солода обусловлен меланоидинами — окрашенными и ароматическими веществами, образующимися при высокой температуре в результате химической реакции между сахарами и аминокислотами.

В зависимости от физиологических и биохимических превращений, которые происходят в солоде в процессе сушки и термической обработки, технологию сушки можно разделить на три основные фазы. Первая фаза - физиологическая, в течение которой продолжаются  биотехнологические процессы солодоращения, но при более благоприятных температурных условиях (40—45 С). Влажность солода изменяется до 30 %. Вторая фаза - ферментативная длится 5 - 7 ч, за это время повышается температура сушильного агента до 70 °С, в результате чего жизненные процессы солода подавляются. Влажность его снижается с 30 до 10 %. Третья фаза— химическая, протекающая при температуре 70—80 °С (для светлого солода) и снижении влажности с 10 до 5 %• Продолжительность этой фазы зависит от скорости химических превращений, протекающих в солоде, и составляет 3—4 ч. Активное образование протеолитических ферментов в процессе сушки солода приводит к более сильному расщеплению белков и увеличению содержания высокомолекулярного азота при затираний зернопродуктов. При сушке солода незначительно изменяется общее количество низкомолекулярных азотистых веществ. Термическое расщепление протеинов и реакция между азотсодержащими соединениями и углеводами в процессе сушки приводят к образованию меланоидинов, которые содержат комплекс ароматических и красящих веществ. Кроме того, окисление полифенолов под действием ферментов и терморасщепление углеводов ведут к образованию меланинов и карамельных веществ.[8] Карамелизованные вещества придают пиву горький вкус жженного солода и сильно повышают цветность готового продукта. Меланоидины сообщают пиву характерные вкус и аромат, повышают его пеностойкость.[15] Они являются хорошими пенообразователями, образуя прочные поверхностные пленки на пузырьках двуокиси углерода, предупреждают окислительное помутнение экстрактов пива, связывают кислород и предотвращают осаждение коллоидов. Реакция меланоидинообразования активно протекает при температуре 95—105 °С и влажности 5 % между сахарами, образовавшимися в сухом солоде, и аминокислотами — продуктами расщепления белков. При этом в результате расщепления аминокислот образуются альдегиды, придающие суслу характерный аромат и коричневую окраску. Таким образом, меланоидииы являются не столько продуктами взаимодействия аминокислот и сахаров, сколько результатом реакций пептонов и аминокислот с фурфуролом и другими альдегидами, появляющимися при взаимодействии аминокислот и редуцирующих сахаров. Меланоидины содержат спиртовые, карбонильные, карбоксильные и фенольные группы. Примерное количество углерода не превышает 60 %, водорода —5,17, азота —5,3, кислорода— 35%. Средняя молекулярная масса составляет около 1480. Поступающий на сушку свежепроросший солод должен соответствовать требованиям ГОСТа и обеспечивать хорошее равномерное растворение зерна и накопление амилолитических, протеолитических ферментов. Для получения светлого солода при сушке (физиологическая и ферментативная фазы) его влажность должна понижаться как можно быстрее (согласно регламенту) с целью предупреждения дальнейшего роста активности и действия ферментов. Кроме того, ферменты солода при низкой влажности и высокой температуре сохраняют свою активность лучше, чем при высокой влажности, поэтому во избежание инактивации их в первый период сушки следует значительно снизить влажность солода. Для сохранения оптимального объема и рыхлости солода процесс сушки следует начинать при температуре сушильного агента (до этого солод подвяливают при t=25—40°С) 45— 50 ̊ С и расходе его около 4500 м3/ч-т. При сушке светлого солода должен соблюдаться режим, обеспечивающий изменение во времени соотношения между влажностью и температурой зерна.

Несмотря на неизбежные потери ферментов во второй стадии сушки на сушилках периодического действия желательно поддерживать сравнительно высокую температуру сушильного агента. При этом происходит термокоагуляция высокомолекулярных азотистых веществ. При сушке темного солода необходимо создать такие влажностные и температурные условия, которые обеспечивали бы дальнейший рост и растворение зерна солода с целью образования низкомолекулярных азотистых веществ и Сахаров, обуславливающих естественную ароматизацию и цветность пива.

Предпосылкой получения высококачественного темного солода является полное растворение свежепроросшего солода с высокой влажностью (50 %) и содержанием белка в ячмене не ниже 12 %. Для продолжения действия ферментов и более полных химико - микробиологических превращений влажность темного солода на первой стадии сушки следует снижать медленно. В связи с тем, что температура его в период томления составляет около 50 °С, сушку следует начинать при температуре сушильного агента 60 °С с последующей рециркуляцией воздуха в течение 1 ч. Температура солода доходит до 70 ̊С и под действием амилаз наступает пауза осахаривания. В дальнейшем температура сушильного агента медленно поднимается до 100 "С. Термическая обработка (обжаривание) проводится при температуре сушильного агента 105 "С с последующей его рециркуляцией (до 75 %). Влажность солода понижается до 2—3 %.

После окончания сушки удаляют ростки, которые могут придать напитку неприятный горьковатый привкус. Это делают сразу же после химической фазы сушки, т. к. при хранении вследствие высокой гигроскопичности ростки теряют хрупкость и очень трудно отделяются от зерен. В ростках содержится около 30 % азотистых веществ, до 50 % углеводов, из которых примерно 9 % приходится на долю моносахаридов — глюкозы, фруктозы и ксилозы. В небольших количествах содержатся сахароза, мальтоза, фосфаты, свободные жирные кислоты и. витамины A, D, В и др. Каждая партия сухого солода с одинаковой цветностью, экстрактивностью и осахаривающей способностью должна храниться в отдельных закромах или силосах, т. к. технология сусла и пива зависит от качественных показателей основного сырья— солода. При хранении влажность солода повышается на 2—3 %. В этот период в нем происходят благоприятные превращения. физико-химического характера, улучшающие качественные показатели. Объем зерна увеличивается, эндосперм постепенно теряет свою хрупкость. Повышается кислотность, увеличивается количество минеральных и азотистых веществ. Вследствие повышения влажности солода, и перехода амилолитических ферментов в растворимое состояние увеличивается амилолитическая активность солода. Чтобы в нем могли произойти необходимые превращения, он должен храниться не менее четырех недель. Охлажденный и сухой солод в силосах элеватора при оптимальных температурных и влажностных режимах может храниться до двух лет. [8]