75. Биохимические процессы при затирании.

При затирании солода самую большую роль по сравнению с другими ферментами играют амилазы и протеазы. Эти ферменты чувствительны к высокой температуре. Для каждого фермента существует определенная (оптимальная) температура, при которой проявляется их наибольшая активность. При затирании создаются наиболее благоприятные условия для действия амилаз. При температуре около 80° С ферменты полностью инактивируются (разрушаются). Активность ферментов зависит от концентрации водородных ионов (рН), концентрации затора, концентрации самих ферментов и ряда других факторов.

Превращение углеводов (крахмала) начинается с механического нарушения структуры крахмальных зерен, облегчающего ферментативный гидролиз, который проходит значительно лучше при предварительной клейстеризации крахмала. Температура клейстеризации колеблется в зависимости от величины крахмальных зерен и характеризуется не одной определенной температурой, а температурным интервалом (для ячменного крахмала 60—80°С).

Оклейстеризованный крахмал в дальнейшем подвергается ферментативному воздействию. Температура клейстеризации в практике затирания значительно снижается (в среднем на 20°С), если этот процесс происходит в присутствии амилазы. Амилаза может разжижать и неоклейстеризованный крахмал, но в этом случае процесс протекает значительно труднее.

Амилаза является смесью двух ферментов α- и β-амилаз. Свойства α- и β-амилаз различны и позволяют изменять процесс ферментативного гидролиза крахмала в нужном направлении и регулировать состав сусла для пива.

Процесс расщепления крахмала ферментами солода — амилазами — проходит в несколько стадий: первая — разжижение крахмального клейстера, вторая — декстринизация крахмала, т. е. превращение его в продукты распада, и последняя стадия — осахаривание, когда в растворе весь крахмал и большая часть продуктов его распада превращается в сахара (мальтозу и глюкозу).

α-Амилаза разжижает крахмал и расщепляет его с образованием большого количества декстринов. Она устойчива к воздействию высоких температур (при 70°С разрушается слабо), но чувствительна к кислой реакции среды. Под действием β-амилазы крахмал расщепляется преимущественно с образованием мальтозы.

β-Амилаза неустойчива к действию высоких температур (при 70° С полностью инактивируется за 15 мин.), но более устойчива в кислой среде. С повышением температуры разжижающее и осахаривающее действие фермента усиливается, но до определенного предела.

Мальтоза легко и быстро сбраживается дрожжами; декстрины, наоборот, не сбраживаются ни при главном брожении, ни при дображивании.

Декстрины (ахро- и мальтодекстрины) должны быть в сусле, так как обусловливают полноту вкуса и вязкость пива. Они являются продуктами глубокого ферментативного гидролиза и не изменяют окраски раствора йода. Соотношение декстринов и мальтозы определяет степень сбраживания сусла и является одним из важнейших показателей. Установление этого отношения в сусле необходимо для получения характерных особенностей данного сорта пива.

Количество образующихся при осахаривании мальтозы и декстринов зависит от температуры осахаривания. С повышением температуры содержание мальтозы уменьшается, а количество декстринов в сусле увеличивается.

Самая благоприятная температура для накопления мальтозы 62,5° С. При этой температуре за непродолжительный промежуток времени получается наибольшее количество мальтозы; к этому стремятся при производстве высокосброженных сортов пива — Московского, Рижского, Ленинградского.

Конечную стадию осахаривания затора проверяют по йодной реакции. Каплю 0,1 н. раствора йода разбавляют водой в пятикратном отношении и смешивают с каплей сусла, при этом окраска не должна изменяться.

По определению Н. И. Булгакова, под осахариванием в пивоварении подразумевается не процесс превращения крахмала в сахар, а прекращение изменения естественной окраски раствора йода, так как низкомолекулярные декстрины обладают этим же свойством, а во время осахаривания накапливаются сахара и декстрины.

76. Виды зерновых культур, использующиеся в бродильных производствах

Зерновые культуры занимают значительный удельный вес среди сырья бродильных производств. В пивоваренной промышленности ячмень является основным сырьем. В спиртовой промышленности перерабатывают кукурузу, ячмень, овес, просо, рожь.

Различные зерновые культуры могут иметь различную форму, но состоят из одинаковых анатомических частей. Если зерно, например ячменя разрезать вдоль, то можно различить оболочку, мучнистое тело (эндосперм) и зародыш. Снаружи зерно покрыто прочной мякинной оболочкой, под которой находятся сросшиеся между собой плодовая и семенная оболочки. Непосредственно под оболочками находится слой крупных толстостенных клеток, которые содержат белковые вещества, жир и минеральные вещества. Этот слой называется алейроновым. Основная масса зерна приходится на мучнистое тело, состоящее из отдельных клеток, внутри которых находятся крахмальные зерна и некоторое количество белков. Содержание крахмала увеличивается по мере удаления от алейронового слоя. Эндосперм служит источником питательных веществ, необходимых зародышу при его развитии. Сбоку у нижнего конца зерна расположен зародыш, из которого развивается растение: корешки, стебли и листья.

Между эндоспермом и зародышем находится слой клеток, называемый щитком. В клетках щитка находятся витамины и здесь во время прорастания зерна в первую очередь проявляют свое действие ферменты. Щиток передает питательные вещества от эндосперма к зародышу. Из безазотистых экстрактивных веществ основную ценность в бродильных производствах представляют углеводы: крахмал, сахара, декстриноподобные вещества. Под действием ферментов солода и дрожжей эти вещества превращаются в спирт.

Хранение растительного сырья должно обеспечить его сохранность на период использования в производстве, не допускать его порчи и потерь ценных веществ. В зависимости от состава сырья и его морфологических особенностей применяют различные способы хранения: в буртах, кагатах, зернохранилищах и др. Корни свеклы, клубни картофеля, зерна злаков при хранении проявляют жизнедеятельность. Дыхание является основным биохимическим процессом. При дыхании происходит ферментативное разложение углеводов, содержащихся в сырье. Небольшое количество крахмала в зерне или картофеле превращается в глюкозу, а часть сахарозы в сахарной свекле – в инвертный сахар, смесь глюкозы и фруктозы. Учитывая эти процессы, и выбирают методы хранения и соответствующие параметры.

77. Транспортирование ячменя и солода при помощи пневматических транспортных средств (всасывающая установка, нагнетательная установка), их преимущества и недостатки.

Для перемещения бестарных сыпучих материалов наряду с механическим транспортом на солодовенных и пивоваренных предприятиях широко используется пневмотранспортное оборудование. В этих устройствах ячмень или солод перемещаются по трубопроводам мощным воздушным потоком. Чтобы поднять транспортируемый материал, требуется скорость воздуха около 11 м/с, однако чтобы сырье перемещалось надежно, обычно применяют значительно большие скорости потока воздуха - порядка 20м/с. Такой воздушный поток получают при помощи роторных лепестковых воздуходувок или вентиляторов высокого давления.

Преимущества пневмотранспорта заключаются в следующем:

• можно перемещать большие массы сырья;

• потребность в площадях невелика;

• в установке не остается остатков;

• пневмотрубопроводы можно делать изогнутыми;

• нет опасности возгорания.

Однако следует заметить, что по сравнению с механическими транспортными средствами в данном случае существенно возрастает энергопотребление.

Существует два вида пневмотранспорта:

• всасывающие установки с разрежением в транспортном трубопроводе;

• нагнетательные пневмоустановки с избыточным давлением в транспортном трубопроводе.

При использовании всасывающей установки (если на трубопроводе имеется достаточное количество разветвлений) ячмень можно засасывать из нескольких точек.

Отбор ячменя осуществляется только в точке размещения отделителя от воздуха (рис. 2.25), который поэтому располагают на самом высоком месте, то есть над сушилкой, над зернохранилищем или над замочным чаном.

Сопоставление свойств нагнетательных и всасывающих пневматических установок

78. Дыхание зерна.

Дыхание зерна имеет существенное значение при хранении и переработке зерновых масс. Все приемы обработки зерна (сушка, очистка, охлаждение) направлены на сокращение интенсивности дыхания. Это связано с задачей хранения зерна в состоянии покоя, когда практически полностью отсутствует прорастание семян. Кроме того, сокращение интенсивности дыхания позволит уменьшить производственные потери при хранении зерна и сохранить ценные в пищевом отношении органические вещества зерна (белки, жиры, углеводы, витамины).

Дыхание чрезвычайно важно для зерна, так как при этом образуется энергия, необходимая для протекания различных биохимических процессов обмена веществ. При прорастании зерна интенсивность дыхания значительно возрастает. Внешние условия — влажность и температура —- способствуют прорастанию зерна. Именно учет этих внешних факторов является основой для выбора режимов правильного хранения зерна.

В большинстве случаев окислению подвергаются углеводы, прежде всего глюкоза.

Часть энергии, которая выделяется при окислении органических веществ зерна, используется живым организмом для осуществления ряда химических реакций обмена веществ; некоторая же часть энергии переходит в тепло, выделяемое в межзерновое пространство зерновой массы.

Как видно из суммарного уравнения дыхания, одним из конечных продуктов является углекислый газ. Проще всего определить интенсивность дыхания зерна путем учета количества СО2. При недостаточном количестве кислорода в замкнутый сосуд помещают навеску зерна и анализируют воздух на содержание кислорода и углекислого газа. Данная методика позволяет определить величину дыхательного коэффициента, который равен отношению объемов выделившегося СО2 и поглощенного зерном СО2.

Интенсивность дыхания в значительной степени зависит от влажности и температуры. Сухое зерно дышит очень слабо. При переходе зерна к состоянию средней сухости (влажность 14-15,5%) резко увеличивается интенсивность дыхания.

Причиной этого скачка является появление свободной воды в зерне и, следовательно, активизация биохимических процессов.

Кроме того, повышение влажности приводит к развитию микроорганизмов на поверхности зерна, которые также дышат, и тем самым увеличивают количество СО2 в межзерновом пространстве.

Таким образом, именно влажность 14,0-15,5% считается критической для перехода зерна из состояния покоя к активной жизнедеятельности.

При 0°С дыхание зерна неощутимо. Оно незначительно и при 10°С. При более высокой

Температуре интенсивность дыхания возрастает скачкообразно.

При температуре 50-55°С, а затем резко падает вследствие процесса денатурации белков зерна.

При изучении совместного влияния температуры и влажности на дыхание зерна выявлено, что снижение влажности и хранение при низких температурах обеспечивает его сохранность.

На дыхание влияет также выполненность зерна, наличие битых зерен. Щуплое и битое зерно дышит интенсивнее, так как имеет относительно большую поверхность, взаимодействующую с окружающей средой.

При недостатке кислорода в межзерновом пространстве зерно может перейти с дыхания на анаэробное дыхание в форме спиртового брожения.

Количество выделяющейся энергии при расщеплении одной молекулы глюкозы при брожении значительно меньше, чем при аэробном дыхании. Это приводит к тому, что расход питательных веществ на поддержание жизненных процессов в зерне возрастает, а как следствие, возрастают и потери массы зерна при хранении. Кроме того, выделяющийся при анаэробном процессе этиловый спирт отравляет зародыш, что ведет к потере всхожести зерна.