
книги из ГПНТБ / Колотуша, П. В. Интенсификация солодовенного производства
.pdfизбежать «перепроизводства» аминокислот и редуци рующих сахаров, которые, быстро соединяясь, обра зуют красящие вещества. Таким образом, быстрое уда ление влаги и избежание высоких температур являют ся важными условиями для получения светлого солода. При сушке темного солода, наоборот, следует способ ствовать ферментативным реакциям, дающим сахара, аминокислоты и пептиды, которые необходимы для последующего формирования окраски солода.
В связи с высокой ферментативной активностью в солоде заметно увеличивается количество фруктозы, глюкозы, сахарозы и пентоз с низкой молекулярной массой, в то время как количество мальтозы и мальтотриозы по существу остается неизменным.
Весьма значительно при сушке солода снижается количество ß-глюкана, но пока нет четкой уверенности, является ли это причиной высокой ß-глюканазной ак тивности или же зависит от теплолабильности ß-глюка на, который при высокой температуре способен быстро распадаться.
Таким образом, в результате сушки в солоде про исходит частичная инактивация большинства фермен тов, особенно экзопептидаз, глюканаз, цитаз, предель ной декстриназы, липаз, полифенольных оксидаз и в меньшей мере ß-амилазы. При этом разрушение фер ментов происходит в меньшей мере при высушивании светлого солода, чем темного. Примерно 50—60% а-амилазной активности и до 70% ß-амилазной может быть потеряно при сушке темного солода, тогда как при сушке светлого солода теряется незначительное количество а-амилазной и около 30% ß-амилазной.
Снижение ферментативной активности связано с коагуляцией белков, входящих в состав ферментов. Наряду с этим происходит коагулирование и некото рых запасных белков. Это явление является важной особенностью сушки солода в отношении стойкости
82
пива. Относится оно в первую очередь к белкам, представляющих фракцию А по Лундину (лейкозин, эдестин, альбумозы). Кайзер считает, что солод должен быть высушен так, чтобы доля коагулируемого азота в фракции А составляла 32—34%. В этом случае пиво будет иметь хорошее пенообразование и устойчиво к холодному помутнению. Слабо отсушенный солод со держит больше 34% коагулируемого азота и пиво получается нестойким.
На конечной стадии высушивания — «отсушке» про исходит уменьшение количества свободных сахаров и аминокислот вследствие их химического взаимодейст вия, которое приводит к образованию одной из основ ных групп веществ, обусловливающих цветность соло да. Сложные реакции образования этих веществ имеют место в конечной «химической» стадии, хотя начинают ся они и на первой стадии сушки.
Поведение некоторых свободных аминокислот во время высушивания солода изучено недостаточно и нуждается в дальнейшем изучении. На кафедре тех нологии бродильных производств КТИПП (авторы П. В. Колотуша, И. А. Оганезова, П. М. Мальцев) изучался аминокислотный состав солода с использова нием автоматического анализатора. Пробы солода от бирали через каждые 6 ч сушки и в них определяли
содержание аминокислот. |
Всего было определено |
17 аминокислот и аммиак. |
В зависимости от содержа |
ния отдельных аминокислот в сыром солоде их можно разделить на три группы:
а) аминокислоты, количество которых не превыша ет 10 мг в 100 г сухих веществ (глутаминовая, глицин, метионин, визин, гистидин и остатки разрушенных аминокислот, определяемых как аммиак), в сумме они составляют 4% от общего их содержания в солоде;
б) аминокислоты, количество которых превышает 10 мг в 100 г сухих веществ (аспарагиновая, тирозин,
83
аланин, валин, изолейцин, лейцин, треонин, фе нилаланин, аргинин), в сумме они составляют 36,4% от общего содержания аминокислот;
в) аминокислоты (серин и пролин), количество ко торых не типично велико и в сумме составляет 59,6% от общего количества. В сыром и сухом солоде обна руживаются следы цистина.
В первый период физиологической стадии высуши вания, а затем в ферментативной в результате интен сивного протеолиза белковых веществ происходит зна чительное увеличение почти всех аминокислот (табл. 12) и к 12 часу сушки достигает своего максимума. Заметно возрастает количество аспарагиновой кислоты, тре онина, глицина, аланина, гистидина, аргинина, а со держание глутаминовой кислоты возрастает почти в 16 раз. С повышением температуры и уменьшением влаги в солоде действие протеолитических ферментов постепенно ослабевает, но усиливается взаимодействие сахаров и аминокислот. Поэтому количество их умень шается и уже к 18 часу сушки убыль аминокислот становится значительной и уменьшается до окончания сушки. Это указывает на участие аминокислот в реак ции меланоидинообразования. При этом активность аминокислот в этом процессе различна. Наиболее зна чительно уменьшается количество аспарагиновой кис лоты, лейцина, метинина, валина, тирозина, лизина, глицина, винилаланина, гистидина, глутаминовой ки слоты и серина. Убыль этих аминокислот к концу высушивания солода по сравнению с максимально нако пленным количеством составляет не менее 25%. Однако участие отдельных аминокислот в реакции мелано идинообразования несколько иное. Образование меланоидинов, по данным этого исследования, происходит в основном за счет серина, валина, лейцина, фенила ланина, тирозина и аспарагиновой кислоты, уменьшает ся количество пролина, однако сведений о том,
84
Таблица 12
Содержание аминокислот в солоде по этапам его сушки
Аминокислота
Содержание амино кислот в солоде, мг/100 г сухих ве ществ
ч |
сушивы вания |
|
После 12 |
Су |
|
Сырой |
|
хой |
|
|
Изм ен ен ие ко ли че ст ва ам ин ок ис ло т от сы ро го до су хо го со ло да , %
Убыль по |
|
|
ис |
||
сравнению с |
||
ок |
||
максимально |
||
ин |
||
накопленным |
||
ам |
||
количеством |
||
аминокислот |
участия |
|
г |
||
/100мг СВ |
оляД |
|
% |
|
лот в ме лано ид ин оо бр а зовании, %
Аспарагиновая |
14,1 |
29,4 |
16,5 |
+2,4 |
12,9 |
44,0 |
6,8 |
Треонин |
10,2 |
19,5 |
15,1 |
+4,9 |
4,4 |
22,4 |
2,3 |
Серин |
156,6 |
188,3 |
140,3 |
— 16,3 |
48,0 |
25,5 |
25,4 |
Глутаминовая |
2,4 |
38,1 |
27,1 |
+24,7 |
11,0 |
29,0 |
5,8 |
Пролин |
182,9 |
199,2 |
179,9 |
-3,0 |
19,3 |
10,7 |
10,2 |
Глицин |
4,1 |
11,1 |
7,5 |
+3,4 |
3,6 |
32,2 |
1,9 |
Аланин |
30,8 |
65,3 |
53,9 |
+23,1 |
11,4 |
17,5 |
6,0 |
Валин |
47,4 |
64,6 |
41,4 |
—6,0 |
23,2 |
35,9 |
12,0 |
Метионин |
2,9 |
3,7 |
2,2 |
-0,7 |
1,5 |
39,5 |
1,2 |
Изолейцин |
15,6 |
19,6 |
16,1 |
+0,5 |
3,5 |
18,0 |
1,8 |
Лейцин |
28,5 |
37,5 |
22,4 |
-6,1 |
15,1 |
40,0 |
8,0 |
Тирозин |
20,2 |
36,4 |
23,6 |
+3,4 |
12,8 |
35,2 |
6,8 |
Фенилаланин |
27,1 |
45,9 |
32,1 |
+5,0 |
13,8 |
30,7 |
7,3 |
Цистин |
|
Следы |
|
|
|
|
|
Лизин |
2,2 |
5,6 |
3,6 |
+ 1,4 |
2,0 |
35,3 |
1,4 |
Гистидин |
2,2 |
4,6 |
3,2 |
+ 1,0 |
1,4 |
29,7 |
1,3 |
Аргинин |
12,8 |
29,6 |
26,1 |
+ 13,3 |
3,5 |
11,8 |
1,8 |
Аммиак |
9,0 |
12,3 |
10,5 |
+ 1,5 |
1,8 |
14,6 |
1.0 |
что он участвует в меланоидинообразовании, не имеется.
Полагают, что меланоидинообразование происходит в химической стадии высушивания солода, когда тем пература достигает 80—100° С. По данным некоторых авторов, этот процесс начинается значительно раньше, даже при прорастании ячменя. Исследование его в первых стадиях сушки весьма затруднительно, так как
85
протекают два противоположно направленных процес са: с одной стороны, в результате гидролиза белковых веществ происходит увеличение аминокислот, а с другой,— убыль по мере вступления их в карбониламинное взаимодействие. То, что меланоидинообразование начинается в начале сушки солода, подтверждает ся значительным увеличением цветности солода, в первые 8 ч, если значительно повышается температура при высокой влажности.
В химической стадии сушки солода, кроме образо вания меланоидинов, протекают процессы, которые приводят к образованию таких окрашенных продуктов, как карамели сахаров и окисленные полифенолы. Окис ление полифенолов в поликарбонильные соединения происходит под действием ферментов оксидаз. Реакция карамелизации протекает при сравнительно высокой температуре и требует высокой энергии активации.
Характерной особенностью обоих типов реакций является то, что они не требуют второго компонента. Карбониламинные реакции (реакции меланоидинообразования) протекают там, где есть белки или продукты их распада и углеводы, т. е. реакции между двумя компонентами. Но непременным условием протекания любого типа реакций, приводящих к образованию темноокрашенных продуктов, является наличие сво бодной карбонильной группы (—С=О). Если эта груп па в соединениях блокирована, темноокрашенные про дукты не образуются.
Значение меланоидинов в процессах солодования и пивоварения
Меланоидины сообщают солоду и пиву специфиче ский аромат, цвет и вкус, не свойственные исходным веществам. Аромат и степень окраски меланоидинов особенно зависят от исходной аминокислоты. Напри
86
мер, глицин с сахарами образует красящие вещества, а аромат их напоминает запах пива. Валин реагирует медленное образованием веществ, обладающих тонким ароматом поджаренного солода. Лейцин обусловливает наряду со слабой окраской интенсивный хлебный аро мат. Среди продуктов, в образовании которых прини мали участие другие аминокислоты, обнаруживаются меланоидины, обладающие тонким ароматом розы и т.д. Однако образование характерного аромата, присущего ячменному солоду, зависит от целого комплекса вступающих в реакцию аминокислот и сахаров. При этом огромное влияние на аромат оказывают жирные кислоты и температура, при которой проводится реак ция. Это позволяет до определенной степени регулиро вать процесс меланоидинообразования.
Аромат меланоидинов в значительной степени за висит также от альдегидов, которые образуются из соответствующих аминокислот в промежуточной ста дии меланоидинообразования. Низшие альдегиды име ют резкий запах, например, формальдегид, в то время как большинство высокомолекулярных, наоборот, име ют специфический приятный аромат. Это привело ис следователей к заключению, что запах таких продук тов, как красный ржаной солод, свежевыпеченный ржа ной хлеб, выдержанное пиво и вино, обусловлен в значительной степени сочетанием летучих альдегидов, образующихся в результате взаимодействия аминоки слот с сахарами. Доказано, что образование альдегидов в результате распада Штреккера происходит во время кипячения сусла с хмелем. Были обнаружены фурфу рол, формальдегид, уксусный, масляный и валериано вый альдегиды и другие карбональные нераспознанные соединения. Накопление альдегидов происходит быст ро в начале кипячения сусла и также быстро умень шается, но полностью не исчезает даже при продолжи тельном кипячении.
87
Тот факт, что аромат солодовых заторов зависит, главным образом, от наличия меланоидинов в солоде, подтверждается при затирании повышенных количеств несоложенного ячменя. В этом случае сусло не обла дает солодовым ароматом, имеет «сырой» вкус и слабую окраску.
Принимая во внимание, то что при образовании меланоидинов аминокислоты взаимодействуют с карбо ксильными группами сахаров своими аминогруппами,
акарбоксильные группы сохраняют свои функции, то
имеланоидины тоже обладают кислым характером. Способствуют этому и «кислые» гидроксилы. Чистые
меланоидины, полученные адсорбцией, имеют в водном 1,0%-ном растворе рН=3,17. Кислый характер мелано идинов проявляется и в следующем: они хорошо раство ряются в щелочах, из которых осаждаются при добав лении сильных кислот; выделяют СО2 из карбонатов; дают нерастворимые соли с некоторыми ионами, на пример, щелочно-земельными и тяжелыми металлами.
Меланоидины по своей природе являются коллоида ми и способствуют образованию и сохранению пены. Они стабилизируют лабильные формы белков и тем самым способствуют устойчивости пива против помут нения. Пирацкий (США) пришел к заключению, что при нормальном растворении солода ни продолжитель ность, ни температура проращивания не оказывают влияния на пенообразующие свойства пива. Пенообразование сусла и пива непосредственно зависит от температуры сушки солода. Температура ниже 85° С на пенообразующую способность влияет незначительно.
Меланоидины не только придают солоду и пиву специфический аромат и вкус, но в значительной мере оказывают влияние на окислительно-восстановитель ный потенциал сусла. Не менее важными являются продукты промежуточных стадий образования меланои динов— редуктоны-соединения, общим свойством кото
88
рых является выраженная редуцирующая способность, обусловленная наличием эндиольной группировки. Редуктоны улучшают окислительно-восстановитель ный потенциал сусла и пива (редокс), предотвра щая появление мути. При недостаточном окислитель но-восстановительном потенциале сульфгидрильные группы белковых молекул, расстворенные в пиве, окисляются до дисульфидных. Это способствует обра зованию больших нерастворимых агрегатов молекул, в результате чего происходит помутнение пива.
Окислительно-восстановительный потенциал в пиве можно рассматривать как условную величину редуци рующих и окисляющих веществ. Количество редуци рующих веществ незначительно увеличивается при ки пячении сусла, но в сусло и пиво они переходят, глав ным образом, из солода, и в солоде образуются при его высушивании.
Таким образом, правильно высушенный солод, со держащий значительное количество восстанавливаю щих веществ, способных связывать кислород воздуха, обеспечивает лучшую коллоидную стойкость готового пива.
Лучшая коллоидная стойкость темных сортов пива
иобъясняется большим содержанием в них как меланоидинов и редуктонов, так и защитных коллоидов, таких как декстрины. Так как меланоидины не сбра живаются дрожжами, они находятся в готовом напитке
испособствуют его стойкости, вкусу, аромату, блеску, пенообразованию и пеностойкости.
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ СОЛОДА
Сушка пивоваренного солода осуществляется кон вективным методом в основном на горизонтальных кало риферных сушилках периодического действия. В на стоящее время на новых заводах и при реконструкции
89
старых устанавливаются вертикальные солодосу шилки Латвийской сельскохозяйственной академии (ЛСХА).
Продолжительность сушки солода на этих сушил ках несколько меньше, чем на горизонтальных, но они имеют существенные недостатки и требуют дальнейше го совершенствования.
При переходе от токового солодоращения к пневма тическому и при использовании новых прогрессивных способов замачивания и проращивания ячменя на су ществующем оборудовании сушка солода на горизон тальных сушилках часто становится «узким» местом и тормозит интенсификацию производства солода. Строительство новых солодосушилок требует значи тельных капитальных затрат. Поэтому процесс интен сификации сушки солода на существующих сушилках заслуживает особого внимания. Ускорение этого про цесса, особенно физиологической стадии сушки, спо собствует сокращению потерь экстрактивных веществ на дыхание.
С развитием науки и техники в пищевой промыш ленности внедряются новые прогрессивные методы обра ботки пищевых продуктов и сырья, как например, сушка продуктов с помощью инфракрасных лучей, использование воздействия электромагнитного поля, электроконтактный нагрев, импульсный подвод тепла повышенного потенциала и т. д. С целью интенсифи кации тепловых, массообменных и других технологи ческих процессов успешно используются вибрация, ультразвук, псевдоожижение слоя, аэрофонтанные установки.
Однако в любом случае, какой бы метод для интен сификации процесса сушки солода ни применялся, всегда следует помнить о протекающих при этом био химических процессах, приводящих к получению солода с характерными особенностями. Эти особеннос-
90
ти можно регулировать поддержанием влагосодержания на определенном уровне при соответствующей температуре. Кроме того, многие биохимические про цессы требуют определенного времени для своего про текания. Поэтому увеличивать скорость сушки солода можно только до определенных пределов. Чрезмер ное ее увеличение может привести к понижению качества готового солода, так же, как стремление получить солод крайне низкой цветности приводило к ухудшению его качества с точки зрения ухудшения окисляемости готового пива. Солод должен быть не только высушен, но и хорошо отсушен, т. е. выдержан 3—4 часа при максимальной температуре. Недостаточ но высушенный солод не обеспечивает необходимого редокс-потенциала при затирании, и пиво получается с низкой коллоидной стойкостью. Присушке солода не обходимо накопить достаточное количество редуктонов и меланоидинов, так как условия затирания не поз воляют их восполнить, если они не образовались в солоде.
Современные солодосушилки
В настоящее время широкое распространение в со лодовенном производстве получили конвективные соло досушилки различных типов.
Двухъярусные солодосушилки
Нагретый в калориферах или топке сушильный агент проходит через слой солода, находящийся на нижней и верхней решетках и направляется в атмосфе ру (рис. 23).
Большая часть операций на двух-и трехъярусных сушилках выполняется вручную, что требует значи тельных затрат труда.
91