2.5.1.6. Инактивация ферментов

Известно, что ферменты связаны с высокомолекулярными белковыми веществами (см. раздел 1.1.3.5.3). Под воздействием температуры при сушке, белковые вещества частично теряют свою структуру и денатурируются. Денатурация зависит от структуры белкового каркаса и поэтому она протекает у различных ферментов по-разному.

В первой фазе сушки (до температуры около 50°С) возрастает ферментативная активность амилаз, особенно α-амилазы, но затем она снижается. В конце сушки α-амилаза все еще имеет активность примерно на 15% выше, чем в свежепроросшем солоде (рис. 2.56).

При этом термочувствительная β-амилаза в сухом солоде снижает свою активность по сравнению с свежепроросшим солодом примерно на 40% (приведенные данные относятся к изготовлению светлого солода). У более чувствительных к температуре глюканаз потери ферментативной активности еще больше (у эндо-β-глюканазы потери составляют от 20 до 40%, у экзо-β-глюканазы - от 50 до 70%). В противоположность этому большинство термостойких ферментов, расщепляющих белки, увеличивают свою активность в процессе сушки на 10-30%.

Из числа липаз инактивируется частично липоксигеназа, так что в солоде еще сохраняется их значительная ферментативная активность.

2.5.2. Устройство сушилок

Для сушки необходим подвод теплоты, но поскольку солод лежит толстым слоем, на то, чтобы его высушить, требуется много теплого воздуха. В связи с этим «сердцем» сушилки являются системы отопления и вентиляции. В прошедшие десятилетия большие изменения произошли именно в тех способах, какими теплый воздух направляется через свежепроросший солод, и в том, каким образом при этом можно работать относительно рентабельно. Однако несмотря на все изменения, с технической точки зрения по-прежнему основным принципом процесса сушки остается его разделение на две стадии:

• в первой стадии происходит сушка свежепроросшего солода при различных температурах и влажности, соответствующих типу приготовляемого солода, эта стадия называется подвяливанием;

• во второй стадии температура повышается до температуры сушки, и солод высушивается, эта стадия называется сушкой.

Подобное деление на две стадии и определяет, как правило, техническое устройство сушилок.

2.5.2.1. Отопление и вентиляция сушилки

Отопление сушилок ранее проводилось почти исключительно углем. Однако топочные газы пропускать непосредственно через солод нельзя, так как они содержат неприятно пахнущие вещества, могущие отрицательно сказаться на качестве солода из-за образования нитрозаминов. Исключение составляет сжигание буковых дров, придающих изготовленному пиву дымный привкус, необходимый для приготовления специальных типов пива, например, «копченого» (Rauchbier).

Поэтому в ранних конструкциях сушилок горячие продукты сгорания направлялись в большие металлические трубы (рис. 2.57, 11), вокруг которых проходил нагревавшийся при этом наружный воздух.

Этот распространенный способ обогрева, в котором нагреваемый воздух не соприкасается с горячими продуктами сгорания, называется воздушным. Позднее вместо угольных стали использоваться топки, работающие на жидком или газообразном топливе, что позволило облегчить регулировку. Вместо громоздких калориферов, обогреваемых продуктами сгорания, в сушилках стали использоваться калориферы, обогреваемые паром или горячей водой.

Использование воздушного способа обогрева позволяет избежать протекания реакций продуктов сгорания отводимых газов, обогащенных окислами азота (NO_x), с белковыми веществами солода, приводящих к образованию нитрозаминов.

Современные системы обогрева сушилок используют в качестве первичных источников тепловой энергии природный газ или топочный мазут. Горячие продукты сгорания, образующиеся в этих высокоэффективных печах, многократно проходят через трубы калорифера, нагревая при этом проходящий вокруг них воздух, подаваемый в сушилку для защиты от сернокислотного конденсата трубы калорифера изготовляют из нержавеющей стали. Путем конденсации продуктов сгорания на их выходе из калорифера получается дополнительная теплота и достигается определенная экономия.

Рекуперация теплоты при сушке

Если не удается применить теплый отходящий воздух в пределах сушилки, то этот воздух уходит и с ним теряется очень много тепловой энергии, особенно если учесть, что отходящий воздух при нагреве в сушилке имеет температуру 45-50°С, а при отсушке - 80-85°С.

Чтобы сохранить значительную часть этой тепловой энергии, сбрасываемой вместе с теплым воздухом, применяют нагрев холодного засасываемого воздуха в теплообменнике со стеклянными трубками. Такой теплообменник состоит из нескольких сотен стеклянных трубок, расположенных горизонтально и закрепленных между стенками канала для выпуска воздуха (рис. 2.57а).

Холодный воздух проходит через стеклянные трубки и нагревается теплым отводимым воздухом, который проходит перпендикулярно к направлению стеклянных трубок. Поэтому такой теплообменник называют теплообменником с перекрестным током.

Стеклянные трубки применяют в связи с тем, что они существенно дешевле стальных и не подвергаются коррозии отводимыми агрессивными газами. Кроме того, они легко промываются.

Экономия энергии путем ее обратного использования довольно существенна. Для приведенного примера с нагревом подводимого свежего воздуха можно определить следующую потребность в тепловой энергии (в среднегодовом выражении):

Пример

	Нагрев подаваемого воздуха, °С			Потребность в теплоте кВт • ч/т готового солода
	От	До	В среднем	Без теплообменника	С теплообменником
Подвяливание	18,0	25.0	21,6	837	618
Нагрев	28,5	41,0	37,6	159	83
Отсушка	35,0	57,0	53,6	94	38
Всего				1091	749
Разность составляет 351 кВт ч

Таким образом, в нашем примере экономия составляет по крайней мере 32%.

Именно поэтому в настоящее время калорифер со стеклянными трубками применяется практически на каждом современном солодовенном предприятии - он позволяет сэкономить энергию и тем самым сократить затраты.

Зимой возможная экономия на 30-35% больше, чем летом из-за более низких наружных температур.

У сушилок старой конструкции прокачка воздуха осуществлялась мощным вентилятором, расположенном в верхней части сводчатого потолка (рис. 2.57, 18). При большой высоте слоя зерна (до 1,3 м) в современных сушилках этого уже было бы недостаточно. В настоящее время применяют осевые или центробежные вентиляторы, подающие необходимое количество воздуха в слой солода в режиме всасывания или нагнетания, и тем самым этот слой постепенно становится все более проницаемым. Подаваемое количество воздуха регулируется путем частотного регулирования привода.

При достижении прорыва (окончание стадии подвяливания) необходимое количество воздуха, составляющее 4300-500 м³ воздуха на 1 т солода в час, уменьшается примерно на 50 % от этого значения.

Вместо одного высокопроизводительного центробежного вентилятора в некоторых странах применяют несколько небольших.

Удельная нагрузка в современных высокопроизводительный сушилках составляет примерно 350-500 кг ячменя в виде свежепроросшего солода на 1 м² площади решетки.

Чем больше удельная нагрузка, тем выше слой солода на решетке и тем больше должна быть мощность вентилятора. Поэтому в странах с низкими тарифами на электроэнергию более целесообразно применять большие удельные нагрузки.

Потребность в теплоте для сушки в одноярусных сушилках больше, чем в двухъярусных, так как в последних значительную часть энергии можно применять внутри сушилки повторно. Можно рассчитать среднегодовую потребность в тепле на 100 кг готового солода при использовании калорифера (теплообменника), которая составляет:

	МДж	кВт • ч	кВт • ч в среднем
Одноярусные сушилки	250-300	70-83	75
Двухъярусные сушилки	200-250	55-70	61

Без теплообменника указанные величины увеличиваются примерно на 35%.

Дальнейшего увеличения использования первичной энергии можно добиться путем использования блочных мини-теплоэлектроцентралей (БТЭЦ), производящих и электроэнергию, и теплоту (см. об этом раздел 10.2.5).