Нарцисс КРАТКИЙ КУРС ПИВОВАРЕНИЯ


Л. Нарцисс
КРАТКИЙ КУРС ПИВОВАРЕНИЯ

Предисловие к седьмому изданию
В предыдущем 6-м издании был отражен современный на тот момент времени уровень знаний в области пивоварения с привлечением результатов тогда еще не опубликованных научных работ. В настоящем издании мы посчитали целесообразным ввести дополнительную 10-ю главу «Дополнения по данным новейших исследований», в которой изложены последние результаты НИОКР. Особое внимание уделено таким вопросам, как затирание, фильтрование и кипячение сусла, обработка сусла, технологические аспекты применения дрожжей и проблемы брожения и дображивания. Затронуты также вопросы современных методов фильтрования, новых блоков розлива пива в бутылки и использования пластиковых бутылок. В разделах о физико-химической, вкусовой и биологической стойкости пива, о пеностойкости, фильтруемости и «гашинг-эффекте» показаны достижения в пивоварении за прошедшие 10 лет.
После выхода на пенсию мое личное участие в научных исследованиях, естественно, прекратилось, но я имел возможность участвовать в технологических разработках.
Я очень признателен моему коллеге и последователю, проф. д-ру Вернеру Баку за содействие, и, прежде всего, за обеспечение мне возможности знакомится с диссертациями, дипломными и курсовыми работами, а также за возможность участия в деятельности института. Пользуясь случаем, хотелось бы поблагодарить весь коллектив ассистентов, соискателей и научных сотрудников, а также предприятия по выпуску оборудования для пивоварения и хорошо знакомые мне пивоваренные заводы за активный обмен мнениями. Без всего этого данное дополнение едва ли могло быть подготовлено в существующем виде.
Я также благодарен «обновленному» издательству Wiley-VCH за благожелательное и заинтересованное сотрудничество.
г. Вайенштефан, лето 2004 г. Людвиг Нарцисс
Предисловие к шестому изданию
Данный труд был подготовлен профессором, д-ром Гансом Леберле (Hans Leberle) в 1937 г. и впоследствии переработан им в 1949 г. В 1972 г. на его основе мы подготовили новый курс, в 1980 г. его переработали и дополнили несколькими новыми главами, и это позволило нам в 5-м издании 1986 г. отразить самый современный на то время уровень знаний. При подготовке в 1994 г. настоящего 6-го издания назрела необходимость в полной переработке материала, что, в свою очередь, выразилось в появлении некоторых новых разделов.
Цель этой книги, как и планировалось профессором Леберле, в компактном виде дать обзор всего комплекса возможностей солодоращения и пивоварения. При этом теоретические основы отдельных технологических операций изложены кратко в том объеме, который необходим для понимания различных технологических условий и свойств солода, сусла и пива. Особое значение в книге придается изложению отдельных аспектов приготовления солода и пива в тесной связи с практикой, а также описанию оборудования и аппаратов.
Данная работа задумана, прежде всего, как пособие для студентов и аспирантов по специальности «пивоварение», причем мы сознательно не ставили целью представить лекционный материал в полном объеме. Именно этим объясняется небольшое количество таблиц и отсутствие иллюстраций.
Кроме того, мы хотели предоставить специалистам-практикам данные о современном уровне технологии солодоращения и пивоварения, не обходя вниманием основополагающие и хорошо зарекомендовавшие себя на практике методы. Именно поэтому в книге наряду с современными технологиями описаны вопросы токового солодоращения, трёхотварочного способа затирания солода или традиционной технологии брожения и дображивания. Поскольку рамки книги ограничены, то все вопросы мы рассматривали с учетом немецкого закона «О чистоте пива».
Большое внимание мы уделили описанию свойств пива и влияющим на них факторам. В книге появились новые разделы «Безалкогольное пиво», «Легкое пиво» и «Высокоплотное пивоварение». Новые разработки мы учитывали только в том случае, если они смогли себя хорошо зарекомендовать на практике или если их внедрение ожидается в ближайшем будущем.
Я очень признателен своему коллеге и последователю проф. д-ру Вернеру Баку (Werner Back) за переработку главы «Биологическая стойкость пива», а также за его поддержку моей позиции во многих дискуссиях. Выражаю также огромную признательность своим многолетним сотрудникам - директору по науке д-ру Элизабет Райхенедер (Elisabeth Reicheneder), проф. д-ру Хайнцу Миеданеру (Heinz Miedaner), а также многочисленным ассистентам и помощникам в ходе моей почти 30-летней преподавательской и научной деятельности в Вайенштефане, в результате которой было подготовлено 44 диссертации и огромное количество дипломных и курсовых работ, а также проведено много практических испытаний.
Огромное спасибо спонсорам - Обществу развития науки в области немецкой пивоваренной промышленности, Научно-испытательной пивоваренной лаборатории в Мюнхене, Объединенному комитету содействия промышленности и др. Отдельная благодарность издательству за доброжелательную атмосферу сотрудничества.
Мне хочется надеяться, что этот несколько увеличившийся в объеме труд будет так же хорошо принят специалистами, как и все предыдущие издания.
г. Вайенштефан, зима 1994-1995 гг. Людвиг Нарцисс

Содержание
1. Технология солодоращения1.1. Пивоваренный ячмень1.1.1. Строение зерна ячменя1.1.2. Химический состав зерна ячменя1.1.3 Свойства ячменя и их оценка1.2. Подготовка ячменя к солодоращению1.2.1. Приемка ячменя1.2.2. Транспортное оборудование1.2.3. Очистка и сортирование ячменя1.2.4. Хранение ячменя1.2.5. Дополнительное подсушивание ячменя1.2.6. Вредители ячменя1.2.7. Изменение массы ячменя во время хранения1.3. Замачивание ячменя1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя1.3.2. Снабжение зерна кислородом1.3.3. Очистка ячменя1.3.4. Потребление воды1.3.5. Аппараты для замачивания1.3.6. Способы замачивания1.4. Проращивание1.4.1. Теория проращивания1.4.2. Практические аспекты проращивания1.5. Различные системы солодоращения1.5.1. Токовая солодовня1.5.2. Пневматическая солодовня1.5.3. Оборудование для проращивания в пневматических солодовнях1.5.4. Готовый свежепроросший солод1.6. Сушка свежепроросшего солода1.6.1. Общие положения1.6.2. Сушилки1.6.3. Процесс сушки1.6.4. Контроль и автоматизация сушильных работ - обслуживание сушилок1.6.5. Экономия тепла и энергии1.6.6. Вспомогательные работы при сушке1.6.7. Обработка солода после сушки1.6.8. Складирование и хранение сухого солода1.7. Потери при солодоращении1.7.1. Потери при замачивании1.7.2. Потери на дыхание и проращивание1.7.3 Определение потерь при солодоращении1.8. Свойства солода1.8.1. Внешние признаки1.8.2 Механический анализ1.8.3. Технохимический анализ1.9. Другие типы солода1.9.1. Пшеничный солод1.9.2 Солод из других зерновых культур1.9.3. Специальные типы солода2. Технология приготовления сусла2.0. Общие вопросы2.1. Пивоваренное сырье2.1.1. Солод2.1.2 Несоложеные материалы2.1.3 Вода2.1.4 Хмель2.2. Дробление солода2.2.1. Оценка помола2.2.2. Солодовые дробилки2.2.3. Свойства и состав помола2.3. Затирание2.3.1. Теория затирания2.3.2. Практика затирания2.3.3. Способы затирания2.3.4. Некоторые проблемы при затирании2.3.5 Контроль процесса затирания2.4. Получение сусла. Фильтрование2.4.1. Фильтрование с помощью фильтр-чана2.4.2. Фильтр-чан2.4.3. Процесс фильтрования в фильтр-чане2.4.4. Фильтрование с помощью традиционного фильтр-пресса2.4.5. Заторный фильтр-пресс (майш-фильтр)2.4.6. Процесс фильтрования в фильтр-прессе (майш-фильтре)2.4.7. Фильтр-пресс нового поколения2.4.8. Фильтрование на новых заторных фильтр-прессах2.4.9. Стрейнмастер2.4.10. Непрерывные методы фильтрования2.4.11. Сборник первого сусла2.5. Кипячение и охмеление сусла2.5.1. Сусловарочный котел2.5.2. Испарение избыточной воды2.5.3. Коагуляция белка2.5.4. Охмеление сусла2.5.5. Содержание ароматических веществ в сусле2.5.6. Потребление энергии при кипячении сусла2.5.7. Спуск сусла2.5.8. Горячее охмеленное сусло2.5.9. Дробина2.5.10. Техника безопасности и управление процессом варки2.6. Выход экстракта в варочном цехе2.6.1. Расчет производительности варочного цеха2.6.2. Оценка выхода экстракта в варочном цехе2.7. Охлаждение сусла и удаление осадка взвесей горячего сусла2.7.1. Охлаждение сусла2.7.2. Поглощение кислорода суслом2.7.3. Удаление осадка взвесей2.7.4. Прочие процессы2.7.5. Оборудование холодильного отделения2.7.6. Использование холодильной тарелки, оросительного или закрытого холодильников2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла2.8. Выход холодного сусла2.8.1. Измеряемые показатели2.8.2. Расчет выхода экстракта с холодным суслом3. Технология брожения3.1. Пивные дрожжи3.1.1. Морфология дрожжей3.1.2. Химический состав дрожжей3.1.3. Ферменты дрожжей3.1.4. Размножение дрожжей3.1.5. Генетика дрожжей3.1.6. Генетическая модификация дрожжей3.1.7. Автолиз дрожжей3.2. Метаболизм дрожжей3.2.1. Метаболизм углеводов3.2.2. Метаболизм азотистых веществ3.2.3. Метаболизм жиров3.2.4. Метаболизм минеральных веществ3.2.5. Ростовые вещества (витамины)3.2.6. Продукты метаболизма и их влияние на качество пива3.3. Дрожжи низового брожения3.3.1. Выбор дрожжей3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей3.3.3. Дегенерация дрожжей3.3.4. Снятие дрожжей3.3.5. Очистка дрожжей3.3.6. Хранение дрожжей3.3.7. Отгрузка дрожжей3.3.8. Определение жизнеспособности дрожжей3.4. Низовое брожение3.4.1. Бродильные отделения3.4.2. Бродильные чаны3.4.3. Внесение дрожжей в сусло при главном брожении3.4.4. Проведение брожения3.4.5. Ход главного брожения3.4.6. Степень сбраживания3.4.7. Перекачка пива из бродильного отделения3.4.8. Изменения в сусле в ходе брожения3.4.9. Образование CO23.5. Дображивание и созревание пива3.5.1. Отделение дображивания (лагерное)3.5.2. Емкости для дображивания (лагерные танки)3.5.3. Дображивание3.6. Современные способы брожения и дображивания3.6.1. Традиционный принцип работы бродильных танков и крупных емкостей3.6.2. Применение буферных танков и центрифуг3.6.3. Методы ускоренного брожения и созревания пива3.6.4. Непрерывные способы брожения4. Фильтрование пива4.1. Теоретические основы фильтрования4.2. Способы фильтрования4.2.1. Масс-фильтр4.2.2. Кизельгур4.2.3. Пластинчатый фильтр-пресс4.2.4. Мембранное фильтрование4.2.5. Центрифуги4.3. Комбинированные способы осветления4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования4.5. Вспомогательное оборудование и контрольно-измерительная аппаратура4.5.1. Вспомогательное оборудование4.5.2. Контрольно-измерительная аппаратура4.6. Начало и окончание фильтрования4.7. Дрожжевой осадок4.8. Сжатый воздух5. Розлив пива5.1. Хранение фильтрованного пива5.2. Розлив в бочки и кеги5.2.1. Бочки и кеги5.2.2. Мойка бочек5.2.3. Розлив в бочки5.2.4. Инновации в традиционном розливе пива в бочки5.2.5. Розлив в кеги5.2.6. Цех розлива в кеги5.3. Розлив в бутылки и банки5.3.1. Тара5.3.2. Мойка бутылок5.3.3. Розлив в бутылки5.3.4. Мойка и дезинфекция установок розлива5.3.5. Укупорка бутылок5.3.6. Поглощение кислорода в процессе розлива5.4. Стерильный розлив и пастеризация пива5.4.1. Стерильный розлив5.4.2. Пастеризация пива5.5. Цех розлива в бутылки6. Потери сусла и пива6.1. Деление общих потерь6.1.1. Потери сусла6.1.2. Потери пива6.2. Оценка потерь6.2.1. Расчет потерь по жидкой фазе6.2.2. Перерасчет потерь6.2.3. Расчет выработанного сусла и пива на 100 кг солода6.2.4. Расчет потерь по экстракту горячего охмеленного сусла и засыпи солода6.2.5. Использование остаточного и некондиционного пива7. Готовое пиво7.1. Состав пива7.1.1. Экстрактивные вещества пива7.1.2. Летучие соединения7.2. Классификация пива7.3. Свойства пива7.3.1. Общие свойства7.3.2. Окислительно-восстановительный потенциал7.3.3. Цветность пива7.4. Вкус пива7.4.1. Вкусовые отличия7.4.2. Факторы, влияющие на вкус пива7.4.3. Дефекты вкуса пива7.5. Пена пива7.5.1. Теория пенообразования7.5.2. Технологические факторы7.6. Физико-химическая стойкость и ее стабилизация7.6.1. Состав коллоидных помутнений7.6.2. Образование коллоидного помутнения7.6.3. Технологические способы повышения коллоидной стойкости пива7.6.4. Стабилизация пива7.6.5. Стабильность вкуса пива7.6.6. Химическое помутнение7.6.7. Фонтанирование пива (гашинг-эффект)7.7. Фильтруемость пива7.7.1. Причины плохой фильтруемости пива7.7.2. Профилактические меры7.8. Биологическая стойкость пива7.8.1. Причины контаминации7.8.2. Обеспечение биологической стойкости пива7.9. Физиологическое действие пива7.9.1. Пищевая ценность пива7.9.2. Диетические свойства пива7.10. Специальные типы пива7.10.1. Слабоалкогольное пиво7.10.2. Диетическое пиво7.10.3. Безалкогольное пиво7.10.4. Способы ограничения содержания спирта7.10.5. Физические методы удаления спирта7.10.6. Сочетание различных способов приготовления безалкогольного пива7.10.7. Легкое пиво8. Верховое брожение8.1. Общие вопросы8.2. Верховые дрожжи8.2.1. Морфологические признаки8.2.2. Физиологические различия8.2.3. Технологические особенности брожения8.2.4. Обработка дрожжей8.3. Ведение верхового брожения8.3.1. Бродильный цех и бродильные ёмкости8.3.2. Свойства сусла8.3.3. Внесение дрожжей8.3.4. Ход главного брожения8.3.5. Изменения в сусле при верховом брожении8.3.6. Дображивание8.3.7. Фильтрование и розлив8.4. Различные типы пива верхового брожения8.4.1. Пиво типа Alt (регион Дюссельдорфа, Нижнего Рейна)8.4.2. Пиво типа Кёльш8.4.3. Пшеничное бездрожжевое пиво8.4.4. Пшеничное дрожжевое пиво8.4.5. Пиво типа Berliner Weissbier8.4.6. Сладкое солодовое пиво8.4.7. Верховое «диетическое» пиво по баварской технологии8.4.8. Безалкогольное пиво верхового брожения8.4.9. «Легкое» пиво верхового брожения9. Высокоплотное пивоварение9.1. Получение высокоплотного сусла9.1.1. Фильтрование9.1.2. Затирание9.1.3. Кипячение сусла9.1.4. Применение вирпула9.1.5. Разбавление плотного сусла при его охлаждении9.2. Брожение высокоплотного сусла9.3. Разбавление пива9.4. Свойства пива10. Дополнения по данным новейших исследований10.1. К главе 1: Технология производства солода10.1.1. К разделу 1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя10.1.2. К разделу 1.4.1. Теория проращивания10.1.3. К разделу 1.6. Сушка свежепроросшего солода10.1.4. К разделу 1.6.3. Влияние способов подсушивания и сушки на стабильность вкуса (см. также раздел 7.6.5.5)10.1.5. К разделу 1.6.8. Складирование и хранение сухого солода10.1.6. К разделу 1.8.2. Механический анализ10.1.7. К разделу 1.8.3. Технохимический анализ10.1.8. К разделу 1.9.1. Пшеничный солод10.1.9. К разделу 1.9.2. Солод из других зерновых культур10.1.10. К разделу 1.9.3. Специальные типы солода10.2. К главе 2. Технология приготовления сусла10.2.1. К разделу 2.1.3. Вода10.2.2. К разделу 2.1.4. Хмель10.2.3. К разделу 2.2.2. Солодовые дробилки10.2.4. К разделу 2.3.1. Теория затирания10.2.5. К разделу 2.3.3. Способы затирания 10.2.6. К разделам 2.4.2. Фильтр-чан и 2.4.3. Процесс фильтрования в фильтр-чане10.2.7. К разделу 2.4.7. Фильтр-пресс нового поколения10.3. К разделу 2.5. Кипячение и охмеление сусла10.3.1. К разделам 2.5.6 и 2.7.7. Предварительное охлаждение сусла между котлом и вирпулом до 85-90 0C10.3.2. К разделам 2.5.1, 2.5.5-2.5.6, 2.7.4, 2.7.7. Тонкопленочный выпарной аппарат с дополнительным выпариванием после вирпула10.3.3. К разделу 2.5.6. Потребление энергии при кипячении сусла10.3.4. К разделу 2.7.4. Прочие процессы (изменения свойств сусла 598 между окончанием кипячения сусла и окончанием охлаждения)10.3.5. К разделу 2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла10.3.6. К разделу 2.8.2. Расчет выхода экстракта с холодным суслом10.4. К главе 3: Технология брожения10.4.1. К разделу 3.4.3. Внесение дрожжей в сусло при главном брожении10.4.2. К разделу 3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей10.4.3. К разделу 3.3.6. Хранение дрожжей10.4.4. К разделу 3.3.8. Определение жизнеспособности дрожжей10.5. К главе 4: Фильтрование пива10.5.1. К разделу 4.2.2. Кизельгур10.5.2. К разделу 4.3. Комбинированные способы осветления10.5.3. К разделу 4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования10.6. К главе 5: Розлив пива10.6.1. К разделу 5.2. Розлив в бочки и кеги10.6.2. К разделу 5.3. Розлив в бутылки и банки10.6.3. К разделу 5.3.3. Розлив в бутылки10.7. К главе 7: Готовое пиво10.7.1. К разделу 7.5.2. Технологические факторы пенообразования10.7.2. К разделу 7.6.4. Стабилизация пива10.7.3. К разделу 7.6.7. Фонтанирование пива (гашинг-эффект)10.7.4. К разделу 7.7. Фильтруемость пива10.7.5. К разделу 7.8. Биологическая стойкость пива10.7.6. К разделу 7.9. Физиологическое действие пива
1. Технология солодоращения
Под солодоращением понимают проращивание различных видов зерна в специально создаваемых или регулируемых условиях. Конечный продукт проращивания называют свежепроросшим солодом; путем подвяливания и сушки получают сушеный солод.
Основная цель солодоращения заключается в образовании ферментов, которые в процессе проращивания вызывают определенные превращения резервных веществ, накопленных в зерне злаков. Слишком незначительное или чрезмерное образование или действие ферментов в ходе проращивания является нежелательным и снижает качество свежепроросшего солода.
1.1. Пивоваренный ячмень
Для производства солода можно использовать различные виды злаковых культур (см. раздел 1.9.2), однако лучше всего для этих целей подходит двухрядный ячмень, все зерна которого симметричны и одинаково развиты. Многорядный ячмень вследствие несимметричности и слабого развитых боковых зерен используется для солодоращения в Европе в незначительном объеме. В Америке многорядный ячмень благодаря высокому содержанию белка и ферментативной силе используют для переработки несоложенных материалов.
Двухрядный ячмень подразделяют на две основные группы:
прямостоящий ячмень - колос плотный, широкий; при созревании сохраняет вертикальное положение; отдельные зерна тесно прилегают друг к другу;
поникающий ячмень - колос длинный, узкий и рыхлый, в течение всего периода созревания поникший; отдельные зерна располагаются неплотно.
В качестве пивоваренного ячменя используют главным образом различные сорта ярового поникающего ячменя. Выведение продуктивных сортов, приспособленных к условиям созревания и уборки в континентальном европейском или морском климате, позволило обеспечить высокую стабильность свойств ячменя. Кроме того, выведены сорта с повышенной устойчивостью к болезням растений (мучнистой росе, ржавчине, карликовой ржавчине и др.).
Результатом новейших достижений в области селекции стало выведение сортов озимого ячменя с высокими качественными характеристиками, но решение об их районировании в ближайшем будущем будет зависеть от политики в области производства пивоваренного ячменя. Голозерный ячмень пока еще не занял прочного места, как и культивирование ячменя без процианидинов (см. раздел 1.1.2.8) или ячменя с тонкими клеточными стенками, то есть с пониженным содержанием ß-глюкана (см. раздел 1.1.2.2). При неблагоприятных погодных условиях эти сорта отличаются существенным снижением урожайности и качества.
Принадлежность ячменя к одной из двух основных групп можно определить по отдельному зрелому зерну - по форме его основания, а также по количеству и форме базальных щетинок у основания зерна. Кроме этих признаков для идентификации сорта используют также форму щетинок и число зазубринок на спинной стороне зерна.
Для определения содержания проламина используют электрофоретические и иммунологические методы анализа.
Пивоваренный ячмень реализуют с указанием места его выращивания и сорта. В зависимости от климатических условий и сортовых свойств возможны существенные отличия в способности ячменя к проращиванию и его пивоваренных свойствах, в связи с чем следует избегать смешивания сортов.
1.1.1. Строение зерна ячменя
Спелое ячменное зерно представляет собой зерновку со сросшимися внешними оболочками и состоит из трех основных частей: зародыша (эмбриона), эндосперма (мучнистого тела) и оболочек (цветочной, плодовой и семенной).
1.1.1.1. Зародыш вместе со щитком и всасывающим эпителием - живая часть зерна ячменя, расположенная внизу со стороны спинки зерна. Он состоит из элементов будущих осевых органов, зародышевого корешка и листка. К зародышу плотно прилегает щиток, который отделяет эндосперм и обеспечивает подведение к растущему зародышу питательных веществ из эндосперма. На стороне, обращенной к эндосперму, расположен слой перпендикулярно расположенных тонкостенных клеток цилиндрической формы - всасывающий эпителий, крепко сросшийся с расположенными под ним тканями щитка и соприкасающийся с клетками примыкающего эндосперма, с которым эпителий не срастается.
1.1.1.2. Эндосперм состоит из двух слоев клеток, содержащих крахмал и жиры. Ядро эндосперма образуют крахмалосодержащие клетки, заключенные в оболочку из белковых и гумми-веществ.
Крахмалосодержащие клетки окружены тройным слоем прямоугольных толстостенных клеток, который называют алейроновым слоем. Эти клетки содержат белковые вещества и жиры. В непосредственной близости от зародыша этот слой состоит только из одного ряда клеток. Между крахмалосодержащими тканями эндосперма и зародышем расположен относительно толстый слой «пустых», сдавленных клеток, - слой растворенного эндосперма. Содержимое этих клеток уже было использовано зародышем на стадии, предшествующей созреванию.
Именно в эндосперме происходят все биологические и химические изменения зерна ячменя. В процессе развития зародыша резервные вещества эндосперма расщепляются, преобразуются и могут использоваться частично для дыхания зародыша, а частично - для строительства новых клеток. При солодоращении эндосперм по экономическим соображениям должен использоваться как можно меньше. Технологическое использование эндосперма в процессе брожения с помощью предварительно образованных ферментов начинается лишь после гибели зародыша.
1.1.1.3. Оболочка состоит из трех частей: цветочной, плодовой и семенной. Она защищает зерно во время роста стебля. Цветочная оболочка состоит из внутренней цветочной оболочки, расположенной на брюшной стороне зерна, и внешней цветковой оболочки на его спинной стороне. Под ней находится внешний оболочечный листок - плодовая оболочка (перикарпий), а под ней - внутренний оболочечный листок, семейная оболочка (теста). Обе оболочки состоят из нескольких слоев клеток и кажутся сросшимися друг с другом. Семенная оболочка полупроницаема: она пропускает воду и не пропускает высокомолекулярные соединения, которые задерживаются мембраной. Различные ионизированные соединения проникают внутрь зерна вместе с водой.
1.1.2. Химический состав зерна ячменя
Ячмень состоит на 80-88 % из сухих веществ и на 12-20 % из воды. Сухие вещества - это азотсодержащие соединения, соединения не содержащие азота, а также неорганические вещества (зола).
1.1.2.1. Крахмал. Основная доля органических соединений, не содержащих азот, приходится на углеводы и, в первую очередь, на крахмал, содержание которого составляет 60-65 % (в пересчете на CB). Он накапливается в зерне в процессе ассимиляции CO2 и H2O под действием солнечного излучения с помощью хлорофилла с участием кислорода.
Накопление крахмала в зерне служит для обеспечения зародыша при прорастании (в период первоначального развития) питательными веществами. Крахмал накапливается в виде крахмальных зерен, которые различаются по форме: крупные линзообразные и почти шарообразные мелкие зерна. Количество последних возрастает с увеличением содержания белка в ячмене, и в них содержится больше белка и амилозы, чем в крупных зернах.
Чистый крахмал строится из глюкозных остатков. Различают два различных по структуре углевода - амилозу и амилопектин, которые можно разделить и выделить в чистом виде. Доля амилозы (нормальной или н-амилозы) составляет 17-24 % общего содержания крахмала в ячмене. Амилоза (α-1,4-глюкан) обычно содержится внутри крахмальных зерен и состоит из длинных, неразветвленных, спирально закрученных цепочек, состоящих из 60-2000 глюкозных остатков, соединенных α-1,4-связыо. Молекулярная масса молекул различной длины колеблется от 10 000 до 500 000. Реакция амилозы с йодом дает синее окрашивание. Она образует в воде коллоидный раствор, но не образует клейстера. При ферментном расщеплении (например α- или β-амилазой) образуется дисахарид мальтоза.
Амилопектин (изо-амилоза) составляет 76-83 % крахмала. Он состоит также из глюкозных остатков, но наряду с глюкозными цепочками, где остатки глюкозы соединены через α-1,4-связи, имеет место и присоединение глюкозных остатков по связи α-1,6 с образованием ветвления. Между ветвлениями находится около 15 глюкозных остатков. Такая пространственно разветвленная структура обусловливает способность амилопектина к клейстеризации; молекулярная масса амилопектинов примерно в 10 раз больше молекулярной массы амилозы (1-6 млн) и соответствует 6-40 тыс. остатков глюкозы Амилопектин содержит около 0,23 % фосфата, присоединенного по эфирной связи. Предполагают, что именно фосфор отвечает за клейстеризацию. С йодом амилопектин дает окрашивание от фиолетового до бурого.
Крахмал не имеет вкуса и запаха, его плотность в безводном состоянии составляет 1,63 г/см3, а теплота сгорания - 17 130 кДж (4140 ккал)/кг. Оптическая плотность - +201-204°.
1.1.2.2. Полисахариды, не содержащие крахмал, составляют 10-14 %. Основное количество целлюлозы содержится в цветковой оболочке, в эндосперме ее практически нет. Подобно гемицеллюлозе, целлюлоза состоит из молекул глюкозы, соединенных друг с другом связями ß-1,4. Целлюлоза не имеет вкуса и запаха, трудно поддается воздействию всех реагентов, нерастворима в воде и обладает достаточной стойкостью к действию ферментов. Она не участвует в обмене веществ зерна и остается в цветочной оболочке, где дополнительно укрепляется лигнином. При солодоращении целлюлоза не изменяется и при фильтрации играет в цветочной оболочке роль фильтрующего слоя. Аналитически она определяется как клетчатка (3,5-7 % CB ячменя).
Гемицеллюлозы участвуют в формировании клеточных стенок и определяют их прочность. В зависимости от местонахождения (в эндосперме или в цветочной оболочке) различают два типа гемицеллюлоз: «цветочную», состоящую из небольшого количества ß-глюкана, уроновых кислот и значительного количества пентозанов, и «эндоспермовую», содержащую много ß-глюкана, мало пентозанов и вообще не содержащую уроновых кислот. Водорастворимый ß-глюкан состоит из остатков глюкозы, соединенных между собой по ß-1,4 (70 %) и ß-1,3 (30 %). При неполном гидролизе в гидролизате обнаруживаются дисахариды - целлобиоза и ламинарибиоза. Пентозаны состоят из молекул ксилозы, соединенных ß-1,4 связью, но имеются также боковые цепочки из ксилозы, арабинозы и глюкуроновой кислоты, соединенные по ß-1,3 и В-1,2-связям. У пентозана эндосперма молекулы арабинозы присоединены по ß-1,3 и В-1,2-связям.
Гемицеллюлозы связаны с белками эфирными связями и поэтому нерастворимы в воде. Их молекулярная масса может составлять до 40 • 10°. Гемицеллюлозы можно перевести в растворимую форму с помощью разбавленного раствора едкого натра или под действием ферментов. Содержание гемицеллюлоз и гумми-веществ зависит от условий произрастания ячменя.
Гумми-вещества представляют собой водорастворимые гемицеллюлозы, обладающие высокой вязкостью, и состоят из ß-глюкана и пентозана. В воде они дают коллоидные растворы. Молекулярная масса гумми-веществ около 400 000. Содержание водорастворимых гумми-веществ в ячмене может колебаться в значительных пределах, составляя около 2 % массы зерна.
Лигнин является своего рода «прослойкой», накапливающейся в клеточной стенке цветочной оболочки.
1.1.2.3. Низкомолекулярные углеводы в ячмене состоят из сахарозы (1-2 %), раффинозы (0,3-0,5 %) и по 0,1 % мальтозы, глюкозы и фруктозы.
1.1.2.4. Липиды (жиры) в ячмене содержатся в количестве 2,2-2,5 % по СВ. До 60 % липидов находятся в алейроновом слое, около 30 % в зародыше, и в незначительном количестве они встречаются в цветочной оболочке и эндосперме. Липиды ячменя состоят примерно на 70 % из нейтральных липидов - в основном из триацилглициридов, глюко- и фосфолипидов (соответственно 10 и 20%). В триглициридах могут этерифициро-ваться две или три различные жирные кислоты, в связи с чем число возможных комбинаций различных жирных кислот очень велико. Во время роста зародыша они расходуются частично на дыхание, а частично - на формирование клеток зародыша листка и корешка.
1.1.2.5. Органические соединения, содержащие фосфорную кислоту. Около половины фосфатов присутствует в ячмене в форме фитина (кальциево-магниевой соли инозитфосфорной кислоты), который состоит из циклического инозита и остатков фосфорных кислот. При гидролизе в процессе прорастания зерна фитин поставляет основную часть кислотных составляющих (в частности, первичные фосфаты), благодаря которым при солодоращении, а затем в сусле и пиве поддерживается определенное значение pH.
1.1.2.6. Полифенолы или дубильные вещества содержатся в цветочной оболочке и эндосперме. Они составляют всего 0,1-0,3 % CB, однако оказывают влияние на цвет и вкус пива, а также на его коллоидную стойкость (из-за дубильного действия и способности осаждать белки). К фенольным соединениям относятся простые фенольные кислоты и высокомолекулярные полифенолы, которые встречаются в свободной или связанной форме. Связанные формы глюкозидов включают антоцианогены, катехины и флавоны, которые в процессе окисления и полимеризации дают соединения с более высокой молекулярной массой. Антоцианогены обладают окрашивающим и осаждающим действием. Благодаря своей окислительной способности полифенолы являются редуцирующими соединениями. В группе полифенолов аналитическими методами можно выявить так называемые «танноиды» с молекулярной массой 600-3000 и 2-10 флавановыми кольцами, обладающие способностью не только осаждать белки, но и имеющие ярко выраженные редуцирующие свойства.
Содержание фенольных соединений зависит от сорта ячменя и от климатических условий. Ячмень, выращенный в районах с морским климатом, характеризуется высоким содержанием полифенолов и танноидов. При особом способе возделывания ячменя с использованием мутации генов, предложенном лабораторией Карлсберг (Carlsberg-Laboratorien), биосинтез катехина и процианидина (антоцианогена) в период выращивания ячменя приостанавливается. Такой ячмень по сравнению с обычным дает лишь 12 % содержания антоцианогенов в сусле и пиве и тем самым приводит к значительному улучшению его коллоидной стабильности.
1.1.2.7. Горькие вещества ячменя относятся к классу липоидов. Они обладают антисептическим действием и характеризуются горьковатым вкусом. Эти вещества, сосредоточенные главным образом в цветочной оболочке, легко растворяются в слабощелочной воде.
1.1.2.8. Белковые вещества ячменя как главная движущая сила биологических процессов имеют большое значение. Несмотря на то, что их содержание невелико, они оказывают значительное влияние на все процессы приготовления пива. В результате поэлементного анализа важнейших белков были получены следующие предельные значения: С - 50-52 %, H - 6,8-7,7 %, N - 15-18 % (в среднем 16 %), S - 0,5-2,0 % и P - 0-1 %. При общем содержании азота в белковых веществах около 16 % содержание азота, полученное по методу Кьельдаля, умножают на коэффициент 6,25, получая общее содержание «сырого» белка в ячмене.
Содержание белка (в пересчете на CB) в ячмене варьирует от 8 до 13,5 % (содержание общего азота - 1,30-2,15), составляя обычно от 9,0 до 11,5 % (содержание общего азота - 1,45-1,85 %). Бедный белками ячмень (содержание белков ниже 11,5 %) является прекрасным сырьем для приготовления светлого пильзеньского солода и пива. Если ячмень содержит слишком мало белка (содержание ниже 9 %), то уменьшается количество азотистых веществ, необходимых для пенообразования и полноты вкуса пива, и появляется хмелевой тон. Богатый белком ячмень (содержание более 11,5%) по сравнению с ячменем, бедным белком, хуже поддается переработке, снижает содержание крахмала в ячмене и в результате получается более темное пиво (иногда с более полным вкусом). Для темных сортов пива требуются ячмень, более богатый белком.
Содержание белка в ячмене зависит главным образом от состава почвы, севооборота, внесения удобрений и погодных условий. Особое значение имеет продолжительность вегетационного периода от посева до уборки урожая. Белок содержится в оболочке зерна, в зародыше и эндосперме.
Образовавшиеся в ячмене белковые вещества откладываются преимущественно:
в алейроновом слое (в виде клейковины);
под алейроновым слоем на внешней стороне эндосперма (в виде физиологического или резервного белка);
в эндосперме (в виде гистологического или тканевого белка).
Клейковина алейронового слоя, находящаяся под плодовой и семенной оболочками, частично расходуется при проращивании, а оставшаяся часть вместе с запасами тканевого белка переходит в дробину.
Содержание резервного белка не постоянно, что обусловливает различный белковый состав ячменя. При солодоращении большая часть резервного белка расщепляется.
Тканевый белок как остаток протоплазмы откладывается преимущественно в мембранах клеток эндосперма и вместе с гемицеллюлозой и гумми-веществами входит в состав этих клеток, что в значительной степени затрудняет растворение.
Соединение двух аминокислот дает дипептид; при продолжении реакции образуется трипептид, тетрапептид и т. д. Пептид, содержащий до 10 аминокислот, называют олигопептидом, а соединения, состоящие из большего числа аминокислот, - полипептидами. Когда цепочка складывается примерно из 100 аминокислот, а молекулярная масса достигает 10 000, говорят о белках. Последовательность аминокислот в полипептидной цепочке называют первичной структурой. Вторичная структура является результатом образования в пептидных цепях водородных мостиков между водородом аминной и кислородом карбоксильной группы. При наличии водородных мостиков внутри полипептидной цепи образуются «геликальные» структуры. Например, у часто встречающегося α-геликса водородные мостики образуются между каждыми вторыми пептидными связями. В третичных структурах полипептидные спирали свертываются в длинные волокна или клубки, причем прочность структуре придают те же водородные мостики и, прежде всего, ковалентные связи типа дисульфидных мостиков.
Между вторичной и третичной структурами зачастую невозможно провести четкой границы, в связи с чем в настоящее время их объединяют понятием «цепочечная конформация». Простые белки строятся исключительно из складчатых полипептидных цепочек. Большинство белковых веществ, определенным образом переплетаясь или объединяя несколько субъединиц в одно образование, формируются в четвертичную структуру, не образуя ковалентных связей (типа дисульфидных мостиков).
В ячменном зерне имеются следующие белковые фракции: альбумины (высокомолекулярные белки, растворимые в чистой воде и слабых солевых растворах), глобулины (нерастворимые в чистой воде и экстрагируемые в слабых солевых растворах), проламины (нерастворимые в чистой воде и солевых растворах, но растворимые в 50-90 %-ном этиловом спирте и некоторых других разбавленных водой спиртах) и глютелины (нерастворимые в нейтральных растворителях и спирте, но растворимые в щелочах с существенным изменением структуры). Каждую из этих групп белковых веществ можно разделить с помощью электрофореза соответственно на 4-7 различных фракций. Их молекулярная масса составляет от 10 000 до нескольких миллионов. Если альбумины и глобулины содержатся в крахмалосодержащем эндосперме, то проламины и глютелины представляют собой резервные белки ячменя и могут накапливаться в субалейроновом слое и клеточных стенках. Наряду с белками в зерне ячменя присутствуют и протеиды (белковые вещества, содержащие азотистые соединения со средней или низкой молекулярной массой). В период созревания они или не полностью превращаются в настоящий белок, откладываясь в виде промежуточных его форм, или образуются при физиологических процессах растворения зерна как продукты расщепления высокомолекулярных белков.
Классификация белковых веществ и продуктов их расщепления производится по их различным химическим и физическим свойствам, по степени расщепления ферментами и по их физиологическим свойствам.
Из-за большой величины молекул белки в растворе проявляют физико-химические свойства коллоидов и не диффундируют через мембраны и стенки клеток. При поглощении или отдаче воды они проявляют способность или неспособность к набуханию. Аминокислоты и белки амфотерны, являясь электрически нейтральными в изоэлектрической точке. Изоэлектрические точки белков различны и определяются значением pH, свойственным данному виду белка. В процессе нагревания белковых растворов происходит денатурирование (или коагуляция) белковых веществ. Денатурирование соответствует переходу от высокоупорядоченного состояния белковых эмульсий к неупорядоченному с активным нарушением строго определенных вторичных и третичных структур белка, с частичным разрушением дисульфидных связей и водородных мостиков, а также потерей гидратацпонной воды, связанной полярно через гидрофильные группы. Первая фаза денатурирования наступает при нагревании, изменении pH (например, в изоэлектрической точке), воздействии горьких веществ, металлов, алкоголя, солей, сильных кислот и щелочей, при окислении, при действии адсорбционных сил и механических явлений. Вторая фаза, собственно коагуляция, представляет собой коллоидно-химический процесс. После достижения определенной концентрации денатурированные частички собираются в макромолекулярные частицы, которые сначала появляются как опалесцирующая муть, а затем выпадают в виде хлопьев, что приводит к образованию хлопьевидной взвеси («бруха»), осадка взвесей горячего сусла в конце его кипячения.
В процессе проращивания происходит расщепление высокомолекулярных белков протеолитическими ферментами до аминокислот. Расщепление белков при солодоращении продолжается также в процессе затирания.
1.1.2.9. Ферменты являются сложными органическими белковыми веществами и играют важную роль во всех жизненных процессах, в том числе жизнедеятельности клетки в процессе обмена веществ при проращивании ячменя. Они обладают способностью расщеплять высокомолекулярные соединения, но при этом сами не расходуются. Большинство ферментов состоит из протеиновой составляющей (апофермента) и небелкового компонента (простетической группы или кофермента). Апофермент определяет специфику субстрата, а простетическая группа или кофермент - тип реакции. Ферменты простой структуры (например, гидролазы) состоят только из белковых веществ. В них образуется реактивная область функциональных групп различных аминокислот, чтобы фермент смог нацелено воздействовать на совершенно конкретный субстрат. Эта область должна отличаться определенной пространственной структурой во всем ферментном комплексе; благодаря электронному обмену связь распадается на продукты деления, а неизменившийся фермент вновь вовлекается в реакцию. Действие ферментов в значительной степени зависит от условий окружающей среды (в первую очередь от температуры и реакции субстрата) и ускоряется активаторами, а замедляется ингибиторами реакции.
Ферменты способны действовать лишь в некотором интервале температур, причем каждый фермент характеризуется оптимальной для него температурой, обеспечивающей наиболее благоприятные условия протекания реакций. Если температура ниже или выше оптимальной, то действие фермента ослабляется. Для большинства ферментов оптимальная температура составляет 60-80 °C в зависимости от концентрации субстрата, степени разведения, кислотности, длительности воздействия, а также присутствия защитных коллоидов, ингибиторов и образованных продуктов расщепления. Каждый фермент характеризуется приемлемым для него значением pH, при котором его действие проявляется наиболее эффективно, но оно меняется с изменением температуры. На ход реакции влияют как концентрация ферментов, так и концентрация субстрата.
Ингибирующее действие на активность ферментов оказывают соли тяжелых металлов (меди, олова), окислители и вещества, изменяющие коллоиды. Это же действие, особенно при высоких температурах, оказывают высокие концентрации спирта, эфира и формальдегида, а также продукты распада, катализируемого определенными ферментами. Активаторы (кофакторы) могут активировать ферменты, присутствующие в неактивной, «блокированной» форме. Активаторами могут выступать определенные ионы, например K+, Na+, NH3+, Mg2+, Ca2+, Zn2+, Mn2+, Mo2+, Cu2+, Fe2+, Co2+, Cl , B3+. Для активации определенных гидролаз очень важны сульфгидрильные группы.
Ферменты могут быть растворимыми (например, лиоферменты, переходящие при затирании непосредственно в раствор) или нерастворимыми (в частности, десмоферменты, присоединенные к протоплазме клеток, которые после предварительного расщепления высвобождаются и становятся активными).
Количество активных ферментов, изначально присутствующих в зерне ячменя, невелико. Причиной их образования при проращивании является потребность зародыша в питательных веществах после расходования растворимых питательных веществ эндосперма. Существующие, но неактивные ферменты активируются (например, ß-амилаза и некоторые протеиназы - под действием сульфгидрильных групп), однако большинство ферментов образуется благодаря выделению гиббереллино подобной субстанции, индуцирующей развитие в алейроновом слое глюканаз, расщепляющих клетчатку, α-амилазы, эндопепсидазы и кислой фосфатазы. Кроме того, ферменты дыхательного комплекса играют большую роль в процессе обмена веществ.
Ферменты в зерне распределены неравномерно - наибольшая их часть в зерне в состоянии покоя содержится вблизи зародыша. Обнаружение и классификация ферментов возможны после их выделения в специфических субстратах.
Большая часть минеральных веществ ячменя состоит из фосфата калия (56 %) и кремниевой кислоты (в виде SiO2, около 26 %). Они могут существовать в форме первичных, вторичных и третичных фосфатов и образовывать химическую буферную систему, причем основную роль в поддержании кислотности играют первичные и вторичные фосфаты. Неорганические компоненты необходимы для питания зародыша и дрожжей.
Влажность ячменя может варьировать от 12 до 20 %. Ячмень из районов с теплым климатом и незначительным количеством осадков характеризуется влажностью 12-14 %, а из районов с влажным - 16-18 % и даже более 20 %. Влажность ячменя зависит от погодных условий конкретного года, а также от способа уборки и обработки ячменя после сбора урожая. Высокая влажность экономически невыгодна, так как в этом случае в ячмене содержится меньше сухих веществ. Влажный ячмень нестоек при хранении, обладает низкой энергией прорастания, высокой водочувствительностью и медленно преодолевает состояние покоя при прорастании. Хранение неподсушенного ячменя сопряжено с большими трудностями, поскольку такое зерно склонно к самонагреванию и восприимчиво к распространению плесени, следствием чего является ухудшение запаха и всхожести. Влажный ячмень требует постоянного регулирования температуры и частого ворошения. Процесс проращивания солода из такого ячменя более труден и по сравнению с сухим ячменем связан с более высокими потерями.
1.1.3. Свойства ячменя и их оценка
Для надежной оценки ячменя важен правильный отбор средней пробы из мешков или нескольких мест бурта с помощью пробоотборника Барта. При поставках зерна насыпью в контейнерах, грузовиках или на судах используют автоматический пробоотборник. Полученные пробы хранят до проведения исследования в герметичных емкостях.
1.1.3.1. Внешние признаки
Внешний вид. Поверхность зерна ячменя должна быть блестящей, что свидетельствует о том, что во время созревания и уборки стояла благоприятная сухая погода и что зерно характеризуется, скорее всего, низким содержанием влаги.
Цвет должен быть светло-желтым. Для недозрелого зерна характерен зеленоватый цвет, а ячмень, который незадолго до уборки или в ее ходе попал под дождь, может изменить окраску, и на зернах появляются многочисленные бурые пятна. Подобная «крапчатость» может вызываться и ростом на поверхности зерна микроскопических грибов, а матово-серое окрашивание зерен указывает на поражение плесенью. К очень светлому, «белому» ячменю следует относиться с осторожностью, так как он зачастую недозрелый и при жестком, стекловидном состоянии эндосперма проявляет впоследствии слабую ферментативную активность.
Запах нормального ячменя свежий, напоминающий запах соломы. Попавший под дождь ячмень, чрезмерно влажное и хранившееся в плохих условиях зерно имеет затхлый или плесневелый запах.
Свойства цветочной оболочки. Хороший пивоваренный ячмень характеризуется тонкой оболочкой и тонкими бороздками на спинной стороне зерна. Чем тоньше цветочная оболочка ячменя (доля цветочной оболочки 7 - 9 %), тем выше качество пива. Небольшие поперечные бугорки свидетельствуют о высокой экстрактивности, незначительном количестве белка и низкой влажности. Высокое содержание цветочной оболочки (11-13 %) для производства качественного светлого пива является нежелательным. У озимого ячменя содержание цветочной оболочки обычно на 0,5-1 % больше, чем у аналогичного ярового, а у многорядного ячменя доля цветочной оболочки зачастую еще выше.
Отсутствие примесей. Ячмень должен быть очищен от примесей других зерен, от семян сорняков, от вредителей растений, а также от поврежденных и проросших зерен. Проростки (зерна, начавшие прорастать еще в поле) опознают по высохшим остаткам зародышевого корешка, но поскольку эти корешки во время транспортировки зерна зачастую перетираются, ячмень необходимо проверять на наличие «скрытых проростков», то есть на развитие зародышевого листка. Его можно обнаружить визуально, например, замачиванием в теплой воде, при помощи сульфата меди или путем определения активности липазы. Как правило, такие зерна характеризуются низкой способностью к прорастанию или чрезмерным ростом зародышевого листка. Зерна характеризуются также разной растираемостью, и при замачивании вода может беспрепятственно проникать в зерно, а при прорастании наблюдается аномальный процесс обмена веществ (что заметно по запаху) и интенсивное образование плесени (что впоследствии при получении пива может привести к чрезмерному пенообразованию). От ячменя с более чем 4 % проростков следует отказываться.
Треснувшие зёрна могут встречаться в ячмене вследствие выпадения осадков на стадии созревания зерна. Такие трещины, как правило, продольные, и эндосперм оказывается незащищенным и более подвержен росту микроорганизмов при хранении, в процессе замачивания и проращивания. Кроме того, у таких зерен существует риск избыточного водопоглощения, и от ячменей, содержащих более 3 % треснувших зерен, следует отказываться.
Однородность. Смешивание ячменя различных сортов, выращенного в разных регионах, и ячменя разных годов сбора урожая отрицательно сказывается на солодоращении. Кроме того, недопустимо использовать смеси ячменя с разным содержанием белка, в том числе подсушенного и неподсушенного ячменя. Чистоту сорта можно определить по морфологическим признакам (основанию зерна, базальной щетинке, чешуйкам, зубчикам на спинной стороне), а также по способности к набуханию, жесткости и водочувствительности ячменя. Достаточно надежное заключение о сорте дает отделение фракции проламина методом электрофореза.
1.1.3.2. Механическое исследование
Размер и однородность зёрен: чем округлее ячмень, тем выше содержание в нем крахмала и экстрактивность и, соответственно, его пивоваренная ценность. Высокая влажность ячменя зачастую создает ложное представление об объеме зерен. Размер и однородность зерен ячменя определяют просеиванием через три сита с отверстиями 2,8, 2,5 и 2,2 мм. Ячмень считается однородным, если на первых двух ситах (1 сорт) остается больше 85 % зерна. Чем выше доля зерен размером более 2,8 мм, тем большей экстрактивностью обладает солод из этого ячменя.
Качество эндосперма. Зерна бывают мучнистые, стекловидные и полустекловидные. У большей части ячменя значителен процент стекловидных и полустекловидных зерен, однако само по себе это мало информативно, так как исходная стекловидность зерна может быть доброкачественной (обратимой) или вредной (необратимой). Обратимую стекловидность можно устранить замачиванием в течение 24 ч с последующим осторожным просушиванием. Качество эндосперма определяют при помощи фаринотома; мучнистость ячменя определяют также измерителем твердости (мюрбиметром Chapon). Разделение на категории по твердости позволяет получать более однородные партии ячменя, которые, в свою очередь, дают более однородный по растворимости солод.
Качество эндосперма устанавливают также просвечиванием с помощью диафаноскопа. Стекловидные зерна или их участки проницаемы для лучей света, а мучнистые кажутся темными.
Белый мучнистый эндосперм более предпочтителен, чем стекловидный. Причиной стекловидности зачастую бывает очень сухая и жаркая погода во время созревания ячменя и уборки урожая, а также неудовлетворительная структура почвы.
Насыпная масса (масса гектолитра) ячменя составляет 66-75 кг (для пивоваренного ячменя она редко превышает 68-72 кг). Предпочтение отдают ячменю с более высокой массой гектолитра.
Масса тысячи зерен воздушно-сухого ячменя составляет 35-48 г, а безводного - 30-42 г. Воздушно-сухой ячмень при массе тысячи зерен 37-40 г считается легким, при массе 40-44 г - средним, а начиная с 45 г - тяжелым. Масса тысячи зерен - признак сорта, и ее с успехом используют для определения соответствия стандартам и расчета выхода солода. Более предпочтителен ячмень с большим показателем массы тысячи зерен.
Прорастаемостъ. Определение прорастаемости химическими методами (например, с помощью перекиси водорода, динитробензола или хлорида тетразоля) позволяет определить количество жизнеспособных зерен в ячмене, которое не должно быть ниже 96 %. Прорастаемость - важнейшее свойство пивоваренного ячменя. Непроросшие зерна, так называемые «непроростки», солода не дают, оставаясь непроросшими зернами.
Энергия прорастания является показателем количества зерен, которое действительно проросло в определенный период времени, например в течение 3 или 5 дней. Как индикатор готовности ячменя к прорастанию она должна быть максимально близкой к всхожести.
Водочувствительность ячменя определяют по Поллоку (в 4 и 8 мл воды замачивают по 100 зерен). Через 120 ч получают разницу в увлажнении зерен, проросших при обработке их 4 и 8 см3 воды (до 10 % - очень низкая водочувствительность, 10-25 % - небольшая, 26-45 % - нормальная и выше 45 % - очень высокая водочувствительность. Полученный результат надежен лишь в том случае, если достигнута максимальная энергия прорастания). Этот тест отражает чувствительность ячменя к подаче воды в процессе замачивания. В значительной степени водочувствительность зависит от стадии готовности зерна к прорастанию и от погодных условий в период созревания ячменя и сбора урожая.
Способность к набуханию определяют по содержанию воды в пробе ячменя через 72 ч при замачивании по применяемой схеме (метод Гартонга-Кретчмера). Способность к набуханию считается очень хорошей при количестве воды в набухшем зерне более 50 %, хорошей - при 47,5-50 %, удовлетворительной - при 45-47,5 % и недостаточной - при менее 45 %.
1.1.3.3. Технохимические исследования
Содержание воды обычно составляет около 15-16 % (в сухие годы - 13-14 %, во влажные - 16-20 %). Содержание воды определяют для расчета сухого вещества при поступлении ячменя на производство или хранение и при проведении всех технохимических исследований.
Содержание белка в пересчете на сухое вещество ячменя составляет 8-13,5% (в пивоваренном ячмене - 9-11 %). Большее содержание белка снижает выход экстракта солода и затрудняет его переработку, так что желаемое растворение достигается лишь с более высокими потерями при солодоращении. При производстве светлого лагерного пива содержание белка 11-11,5 % может оказаться удовлетворительным, но пиво пильзеньского типа должно вырабатываться из ячменя с содержанием белка менее 11%. Желательные свойства темных сортов пива (полнота, цвет, аромат) могут быть получены при переработке ячменя с высоким содержанием белка (11,5-12 %).
Содержание крахмала в ячмене составляет в среднем 58-66 % от СВ.
Содержание экстракта. Точные данные о содержании экстракта ячменя получают в результате лабораторного солодоращения. Для уточнения зависимости ожидаемой экстрактивности солода от известных свойств ячменя Бишопом была предложена формула
E = A - 0,85Р+ 0,15m,
Где:
А - постоянная, значение которой в зависимости от сорта может находиться в пределах 84,0-86,5;
P - содержание белка в пересчете на CB;
m - масса тысячи зерен.
Содержание экстракта составляет 72-80 % от CB и, таким образом, в среднем на 14,75 % выше содержания крахмала.
1.2. Подготовка ячменя к солодоращению
1.2.1. Приемка ячменя
Наиболее распространенным видом доставки ячменя является бестарная перевозка. Для быстрой разгрузки транспортных средств необходимо предусмотреть несколько вместительных бункеров для ячменя, способные вместить содержимое одной транспортной единицы (1-8 бункеров по 10-25 т ячменя).
Доставленный ячмень подвергают контрольному взвешиванию с помощью мостовых весов, на которые заезжают сначала груженые, а затем разгруженные автомашины, но чаще автоматические весы устанавливают в приемном транспортном устройстве и на этих весах взвешивают зерно до и после предварительной очистки.
Рекомендуется проверять доставленное сырье на соответствие принятым образцам, причем отбор достоверной средней пробы осуществляют с помощью пробника. Быстро определить влажность и всхожесть ячменя, а также содержание в нем белка позволяют ускоренные методы. Тем самым можно спланировать сушку и, соответственно, охлаждение, храня на складе ячмень в зависимости от содержания в нем белка
1.2.2. Транспортное оборудование
На солодовенном предприятии задачи транспортировки могут различаться в зависимости от типа перемещаемого материала: ячменя, свежепроросшего или высушенного солода, объемы которых соответствующим образом рассчитываются. Для повсеместно используемого в настоящее время бестарного транспортирования ячменя применяют механическое и пневматическое подъёмно-транспортное оборудование.
На механических установках горизонтальное и вертикальное транспортирование производится при помощи различных устройств. Горизонтальное транспортирование осуществляется шнековыми и лотковыми цепными ленточными транспортерами, реже - по трубам, скребковыми и вибро транспортерами. Подъем в вертикальном направлении осуществляют с помощью ковшового транспортера. Перемещать ячмень на предприятии в любом направлении без применения ручного труда позволяет комбинирование устройств для транспортирования в горизонтальном направлении с ковшовыми устройствами.
Механические устройства отличаются высокой производительностью (до 100 т/ч) и потребляют небольшое количество энергии (особенно в случае комбинирования лотковых цепных и ковшовых транспортеров). Транспортируемый материал не повреждается.
При использовании пневматических транспортных устройств материал перемещается по трубам под действием разрежения или избыточного давления. Поток воздуха создается поршневыми воздуходувками или компрессорными установками с одно- или многоступенчатыми радиальными вентиляторами. Разрежение применяется для транспортирования материала из разных точек в одно место, а избыточное давление - в обратном случае. Широкие возможности открывает комбинирование обеих систем. Потребление энергии при пневматическом способе транспортирования в 10-12 раз выше, чем у механических установок. При высокой скорости подачи воздуха и при наличии острых колен или отводов воздуховодов существует опасность повреждения ячменя.
1.2.3. Очистка и сортирование ячменя
Поступивший на солодовенное предприятие ячмень не пригоден для солодоращения без специальной подготовки, так как в нем содержатся загрязнения (камни, пыль, ость, металлические предметы и т. д.), а также примеси, затрудняющие процесс солодоращения и снижающие качество солода - поврежденные зерна, их половинки, посторонние виды зерновых, семена трав. До начала проращивания все загрязнения и примеси следует удалить. В период уборки урожая, когда на солодовенное предприятие поступают большие объемы ячменя, при приемке возможна лишь предварительная грубая очистка зерна. Очистное устройство рассчитывают с учетом производительности приемных транспортных устройств. Аппарат для предварительной очистки служит для удаления загрязнений, затрудняющих хранение зерна, работу машин и механизмов, а также способных повредить элементы транспортеров и весы. Перед переработкой ячмень подвергается основной очистке и сортированию. При хранении ячменя в силосах предварительная грубая очистка зерна является обязательной.
Устройства для очистки ячменя устанавливают в пылезащитном исполнении в закрытых помещениях. Производительность предварительной очистки, как и приемных транспортных устройств, должна соответствовать объемам ежедневно поставляемого ячменя, а базой расчета производительности устройств основной очистки служит количество ячменя, составляющего суточную потребность замочного отделения.
Устройства для очистки состоят из нескольких частей, каждая из которых позволяет отделять только один определенный вид загрязнений. На небольших предприятиях все операции выполняются в одной машине, а на крупных производствах каждый аппарат устанавливают отдельно, и в этом случае очистное отделение может занимать несколько этажей. Применяемые виды оборудования рассмотрены далее.
1.2.3.1. Оборудование для предварительной очистки и сортировки (аспиратор) состоит из одинарного или двойного сита с продольными отверстиями размером 5,0 χ 25 мм и 1,5 χ 25 мм, приводимым в сотрясательное или колебательное движение с помощью эксцентрика или высокочастотной вибрации. Современные установки представляют собой вибрационные сита предварительной очистки, в которых благодаря вибрации достигается высокая производительность просеивания. Удаление сорных примесей осуществляется воздушным потоком, создаваемым в вертикальном воздушном сепараторе. Расход воздуха в нем при производительности 10 т/ч составляет около 45 м3/мин.
Аналогичную задачу выполняют также поточные сепараторы. Под действием собственной массы материал падает в шахту глубиной около 1 м, причем сбоку на материал направляется сильный поток воздуха. Камни и металлические частицы отклоняются меньше, чем зерна ячменя, полова и солома, и с помощью направляющих стенок поток ячменя разделяется на три фракции. Между зерном и загрязнениями (соломой, половой, остью и т. д.) образуется зона смеси, и последняя по трубопроводу вновь подается в машину. Легкие загрязнения (пыль и песок) попадают с воздушным потоком в вентилятор, отбрасываются к внешним стенкам воздуходувки и удаляются. Очищенный воздух на 95 % может быть использован повторно. При всей простоте конструкции такая установка имеет достаточную производительность.
1.2.3.2. Остеотделитель состоит из била, медленно вращающегося в барабане с рифленой поверхностью и вызывающего трение зерен о стенки барабана, что приводит к обламыванию остей, удалению грязи и внешних оболочек. При обработке сухого или слабого ячменя во избежание раскалывания зерен остеотделитель необходимо отключить; преимущество этого устройства состоит в возможности регулировать число оборотов.
1.2.3.3. Мощный магнитный сепаратор обычно представляет собой электромагнит в виде вращающегося барабана, к которому притягиваются все металлические предметы.
1.2.3.4. Камнеотборник предназначен для удаления мелких камней (размером с ячменное зерно). Зерно подается по всей ширине наклонного сита, которое продувается воздухом, поддерживающим ячмень во взвешенном состоянии. Более тяжелые частицы (камни и металлические предметы) остаются на сите и перемещаются вверх, где отводятся из машины. Необходимый расход воздуха в камнеотборнике производительностью 10 т/ч составляет 150 м3/мин.
1.2.3.5. Триер служит для удаления шарообразных загрязнений - половинок зерен ячменя и семян сорняков. Удаление половинок зерен и шарообразных частиц осуществляется в триерных цилиндрах из стальных листов с ячейками в виде карманов. Примеси собираются в ячейки, из которых они попадают в приемный желоб и отводятся из триера шнеком. Окружную скорость 0,55 м/с подбирают с таким расчетом, чтобы сила тяжести настолько превышала центробежную силу, что попавшие в ячейки семена и половинки зерен гарантированно падали в приемный желоб. Современные ультратриеры устанавливаются горизонтально. Если при этом путем вращающегося устройства ворошилки удается избежать образования вращающегося слоя, то площадь эффективной сортирующей поверхности увеличивается с 20-25 до 30 %.
Сортирующий эффект триера любой конструкции зависит от формы ячеек, причем штампованные ячейки должны иметь острые края. Следует учитывать, однако, неизбежный износ поверхности ячеек под действием кремниевой кислоты, содержащейся в плодовых оболочках. Привод триера должен быть равномерным, без толчков. Лучше всего для этого подходят звездчатые или конические зубчатые передачи. Полезная площадь сортирования относительно невелика и увеличивается благодаря высокой окружной скорости и наличию вращающегося устройства ворошилки. Условием надежной работы триера является правильная регулировка приемного лотка. Большое значение для высококачественного сортирования имеет правильная установка приемного желоба.
Если в отходах содержится много нормальных зерен, лоток устанавливают выше, в направлении вращения барабана. Если же в ячмене остаются семена сорняков или половинки зерен, то лоток следует опустить. Большое значение имеет и степень загрязнения зерна·, чем больше степень загрязнения ячменя, тем ниже производительность триера. В засушливые годы в неочищенном ячмене содержится больше колотых зерен, так как при обмолоте обезвоженные зерна легко повреждаются. Партии утолщенного (полного) ячменя труднее сортировать. Производительность триера зависит не только от полезной площади и степени загрязнения зерна, но и от равномерности подачи ячменя в агрегат, в связи с чем его оснащают регулируемым дозирующим устройством. Следует избегать перегрузки триера и его работы на холостом ходу.
Высокопроизводительный триер комплектуют дополнительным триером аналогичной конструкции, но меньшего размера. Он дополнительно сортирует отходы, полученные при очистке зерна на главном триере, и возвращает хороший ячмень из отходов. Размер его сортирующих отверстий обычно составляет 5,75 мм.
Производительность высокопроизводительного триера составляет 800 кг/м2 в час, то есть примерно в четыре раза выше, чем у триера старой конструкции с цилиндром из оцинкованного железа и фрезерованными ячейками. Производительность триера старой конструкции обусловливается относительно небольшим наклоном цилиндра (6-10 %) и низкой окружной скоростью (0,3 м/с).
Контроль сортирования заключается, с одной стороны, в выявлении возможных загрязнений, а с другой - в проверке наличия в отходах целых ячменных зерен.
Удаление колотых зерен и семян обычно производят перед сортированием.
1.2.3.6. Устройство обеспыливания включает вентилятор, создающий ноток воздуха и удаляющий из ячменя пыль и легкие загрязнения, и пылесборники, в которых пыль отделяется и отводится (по возможности в месте ее возникновения). Удаление пыли является необходимым для уменьшения износа оборудования, а также во избежание риска пожаров, взрывов и инфицирования.
Простейшими пылесборниками являются пылевые камеры. В эти изолированные камеры поступает запыленный воздух, там его скорость уменьшается, частицы пыли оседают, а обеспыленный (хотя и не полностью) воздух выводят в атмосферу.
Другой тип пылесборника - это циклон, представляющий собой изготовленный из оцинкованной стали цилиндр, внизу переходящий в конус. Попадая в центробежный сепаратор, запыленный воздух в верхней части получает обратное направление и закручивается. Загрязнения отбрасываются центробежной силой к стенкам, надают вниз и удаляются через шлюзовой затвор, а очищенный воздух покидает циклон. Поскольку тончайшая пыль в циклоне не отделяется, отработанный воздух в помещения не возвращают, а удаляют в атмосферу. Повторную очистку воздуха рекомендуется производить с помощью пылеулавливающего фильтра, устанавливаемого в виде батарей из емкостей и характеризуемого тем же принципом действия, что и циклон. При меньшем диаметре емкости в нем достигается значительно более высокая скорость воздуха и повышается эффект отделения частиц, включая и тонкую пыль.
Тонкой очистки воздуха добиваются также с помощью рукавных пылеулавливающих фильтров. Форма рукава позволяет разместить большую фильтрующую поверхность в небольшом помещении. Различают две системы фильтров: в напорные рукавные фильтры воздух поступает сверху, проходит через рукав, а пыль задерживается на их внутренних стенках. Поверхность фильтра очищается решеткой, перемещающейся вверх и вниз. У всасывающих фильтров запыленный воздух попадает по системе рукавов в герметичный корпус, а очищенный воздух подается оттуда на сторону всасывания вентилятора. Внутренняя поверхность фильтров задерживает пыль, удаляемую с помощью простейшего отряхивающего механизма: нижняя часть рукавов укрепляется на общем основании - плите с отверстиями по диаметру рукавов, а верхние закрытые концы рукавов закреплены на несущих крестовинах, опирающихся с помощью жестких стержней на плиту-основание. Фильтрующие поверхности очищаются от скопившейся пыли автоматически с помощью механического или пневматического устройства. Всасывающие рукавные фильтры по сравнению с напорными характеризуются более высокой производительностью пылеудаления.
К системе улавливания пыли необходимо подключить не только отдельные аппараты отделения зерноочистки, но и все транспортное оборудование, силосы и сушилки ячменя - только таким образом можно обеспечить чистоту производства. Производительность установок улавливания пыли должна соответствовать заданным требованиям (по количеству очищаемого воздуха, числу и производительности подключенных аппаратов).
Максимальное содержание пыли в воздухе не должно превышать 50 мг/м3 или (в жилых районах) 20 мг/м3. Если для достижения первого значения достаточно циклонов, то для последнего требуется применение тканевых фильтров, позволяющих добиться значения до 10 мг/м3. Количество пыли в очищенном воздухе составляет около 0,02 %.
1.2.3.7. Сортирование ячменя необходимо для обеспечения равномерности замачивания, проращивания и измельчения солода, а также высокого выхода путем отделения слабых зерен. Сортирование ячменя осуществляют с помощью цилиндрических или листовых сит, располагаемых по-разному: цилиндры вращаются вокруг собственной оси, а квадратные, круглые или восьмиугольные сортировочные листы размещают горизонтально друг над другом и с помощью эксцентриков приводят в колебательное движение (плоский сепаратор планзихтер).
Ячменные зерна, размер которых больше ширины щелей, остаются на ситах, а слабые зерна проходят через них. Неочищенный ячмень обычно разделяют на три сорта (фракции) с помощью двух сит с разной шириной щелей. К I сорту относится собственно пивоваренный ячмень (размер зерен более 2,5 мм), ко II сорту - зерна размером 2,2-2,5 мм, а в отходы попадают слабые зерна (с толщиной менее 2,2 мм), непригодные для солодоращения (кормовой или фуражный ячмень).
В сортирующих цилиндрах барабанных сит ячмень направляется внутрь цилиндра, где происходит его сортирование. Для производительности сортирования решающее значение имеют следующие факторы.
Материал, технология изготовления и толщина листа, из которого выполнено сито. Сита изготавливают из стальных листов с отверстиями длиной 25 и шириной 2,5 или 2,2 мм. Большое значение имеет и толщина листа, так как точность сортирования возрастает с ее увеличением. Нормальной считается толщина листа в 1 мм, которая по всему листу должна быть одинаковой. С увеличением толщины листа качество просеивания улучшается. Под действием кремниевой кислоты, содержащейся в плодовой оболочке, прорези постепенно расширяются.
Скорость, с которой поток зерен распределяется по площади сортирования, не должна быть очень высокой. Она определяется окружной скоростью (0,7 м/с), а также расположением и конструкцией планок или гребенок, с помощью которых осуществляется поступательное движение просеиваемого материала и непрерывная загрузка сит. Современные цилиндры имеют горизонтальную конструкцию, а прежде движение потока ячменя было обусловлено наклоном цилиндра (6-10 %). Вращательное движение должно быть равномерным, в связи с чем рекомендуется использовать привод с зубчатыми или цилиндрическими передачами.
Часовая производительность зависит от загрузки ячменя, которая должна быть очень равномерной и не слишком интенсивной. Ячмень должен поступать топкой струей так, чтобы каждое зерно пришло в соприкосновение с сортирующей поверхностью. Производительность для каждого сорта принимается порядка 380-400 кг/м2 в час.
Эффективная площадь сортирования составляет лишь около 1/4 длины окружности барабана и снижается из-за увеличения размера щелей. Чтобы избежать этого, применяют специальные сбрасыватели (например, деревянные валки или щетки), которые прокатываются по вращающемуся сортирующему цилиндру. Даже небольшие вмятины на нем отрицательно сказываются на производительности.
Состояние/кондиция ячменя. Большое влияние на результаты сортирования оказывает исходное состояние ячменя. Чем неравномернее и загрязнённее ячмень, тем труднее его сортировать, а к степени чистоты и выравненное™ ячменя следует предъявлять высокие требования.
Сильное отклонение партии ячменя от I и II сорта вынуждает в некоторых случаях отойти от принятой ширины отверстий сит (2,5 и 2,2 мм) и выбрать меньшие величины (например, 2,4 и 2,0-2,1 мм), что позволяет учесть особенности неблагоприятного года и повысить экономический эффект сортирования.
Плоский сепаратор (планзихтер) представляет собой систему расположенных друг над другом прямоугольных или квадратных сит, приводимых в колебательное движение эксцентриковым колебателем, установленным перпендикулярно к приводному валу. Распределение материала на поверхности системы сит благоприятное, а чередование продольных и поперечных отверстий способствует повышению качества сортирования. Каждое сито состоит из трех элементов: собственно ситового листа с распределительным диском, ситовой рамы, которая разделена на отдельные поля, и сборника, из которого просеянная масса по боковым каналам направляется на сита. Производительность такого плоского сепаратора выше, а занимаемая площадь меньше, чем у сортирующего цилиндра. Аппарат производительностью 10 т/ч потребляет около 3 кВт энергии.
В 1970-е г. появился сепаратор с двумя или четырьмя круглыми или восьмиугольными ситовыми дисками, горизонтально закрепленными на центральном валу. Диски обычно разделены на 8 заменяемых ситовых сегментов, опирающихся в центре на среднюю стойку. Загрузка осуществляется через центральную стойку. Движение сит приводится в действие с помощью эксцентрикового привода с горизонтальным ходом по окружности 80 мм, перемешивание сортируемой массы - с помощью лучеобразно расположенных отражательных гребенок. Благодаря зигзагообразному движению, совершаемому сортируемой массой между отражателями от центра к краям ситового диска, путь каждого зерна многократно превышает длину сита. Кроме того, гарантируется эффективное перемешивание массы отражателями, и поэтому каждое зерно независимо от его плотности обязательно соприкасается с ситом.
Производительность подобной установки достигает 12 т/ч и может быть увеличена путем расположения нескольких установок друг над другом. Энергопотребление отдельной установкой составляет около 2 кВт.
Количество отходов в обычные годы колеблется от 0,5 до 1,0 %, в неблагоприятные годы оно приближается к 4 %, а в годы с обильными осадками доходит до 10 %. Доля ячменя II сорта также колеблется в зависимости от погодных условий и составляет в среднем около 10-15 %.
Контрольное просеивание проводят при ходе сита 18-22 мм и частоте вращения 300-320 об/мин в течение 5 мин с использованием нескольких средних проб по 100 г, правильно, объективно и репрезентативно отобранных. Оборудование для очистки ячменя требует постоянного контроля и ухода.
1.2.4. Хранение ячменя
Рабочий или мастер, ответственный за солодоращение, должен заботиться о правильном складировании и хранении ячменя с учетом экономических и технологических требований. Различают хранение свежеубранного ячменя до окончания периода покоя и хранение готового к проращиванию и солодоращению ячменя до момента переработки.
Необходимую для солодоращения наибольшую энергию прорастания ячмень приобретает в ходе правильного хранения, которое в зависимости от свойств сорта и условий роста и созревания может длиться неделями. Состояние покоя - это естественная самозащита от прорастания зерен на стебле при неблагоприятных погодных условиях в период созревания и уборки ячменя.
Во время созревания ячменя на стебле низкомолекулярные вещества трансформируются в высокомолекулярные запасные вещества. Во время созревания ячменя на стебле происходит перестройка низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные запасные вещества зерна. Большинство ферментов (прежде всего амилазы, сахаразы, целлюлазы, а также ферменты обмена веществ) в стадии полной, или «мертвой», спелости проявляют незначительную активность. Это объясняется тем, что гиббереллины, способные активировать деятельность ферментов, в стадии созревания содержатся еще в незначительных количествах или их действие блокировано специальными тормозящими рост веществами («дорминами»), например абсцизовой кислотой (ABA) некоторых терпенов. Если же в ходе дозревания или соответствующей обработки ячменя, направленной на прекращение периода покоя, тормозящие вещества и ингибиторы разрушаются или связываются, количество гиббереллинов возрастает, и процесс прорастания протекает в описываемой ниже последовательности (см. раздел 1.4.1).
Важную роль играют также плодовая и семенная оболочки, которые в стадии покоя препятствуют доступу кислорода к зародышу.
Процессы дозревания внешне проявляются в уменьшении содержания влаги в ячмене и выделении CO2. При этом внутри зерна происходит ферментативное расщепление основных веществ и их превращение в растворимые субстанции, используемые для развития зародыша. За счет расходования основных веществ образуются небольшие полости, обусловливающие способность зерна ячменя к набуханию.
Период покоя может продолжаться от нескольких недель до нескольких месяцев и зависит от погодных условий во время созревания и уборки урожая, а также от сорта ячменя. Физиологические особенности прохождения периода послеуборочного дозревания в зерне непосредственно отражаются на формировании одного из основных свойств пивоваренного ячменя - водочувствительности, поскольку характеристики «периода послеуборочного дозревания» и водочувствительность неразрывно связаны между собой.
В основной период покоя при послеуборочном дозревании зерна его зародыш не готов к прорастанию даже при оптимальных условиях (доступе кислорода, температуре и влажности). Основной период покоя может быть прерван путем добавления 0,05 %-ного раствора сероводорода или раствора других тиолов, благодаря чему большое количество кислорода оказывается непосредственно в зародышевой части зерна, а также нагреванием ячменя или добавлением ростовых веществ, например гибберелловой кислоты. В Германии разрешены только физические методы прерывания периода покоя: нагревание, удаление цветковой, плодовой и семенной оболочек или их прокалывание вблизи зародыша.
Водочувствительность тесно связана со способностью зерна к набуханию, которая, в свою очередь, зависит от степени созревания зерна. При переувлажнении ячменя прорастаемость ячменя вследствие чрезмерного увлажнения зародыша прекращается. Водочувствительный ячмень хорошо прорастает в атмосфере кислорода; если цветочная оболочка удалена, зерна прорастают так же хорошо при наличии влаги и в обычной воздушной атмосфере. Эти данные свидетельствуют, что для проникновения кислорода в зерно главным препятствием являются именно цветочная оболочка и вода на поверхности зерна, однако в насыщенной воздухом воде водочувствительность не понижается. Нагревание может привести к улучшению только в том случае, если одновременно проводится сушка ячменя.
При надлежащем хранении ячменя энергия прорастания все в большей степени приходит в соответствие с абсолютной способностью к прорастанию. При этом следует также обеспечить способность к прорастанию на уровне более 96 % от первоначального. Как правило, водочувствительность достигает наибольшего значения в конце периода покоя и она ослабевает только после достижения максимальной энергии прорастания.
Ячмень в период послеуборочного дозревания и в последующий период хранения до переработки следует хранить без потери его свойств. Зерно, достигшее готовности к прорастанию, - не мертвая материя, которая может храниться в любых условиях, а живой организм, дыхание которого осуществляется по хорошо изученным законам. Анаэробное (интрамолекулярное) дыхание отрицательно действует на зародыш, который сначала отравляется, а затем отмирает.
Решающее значение для интенсивности дыхания имеют влажность и температура ячменя. Повышение влажности на 2 % увеличивает потери при хранении в 80 раз, а подъем температуры на 12 °С -лишь в 5 раз. Предельно допустимой влажностью, при которой хранение ячменя протекает без существенных потерь или изменений для зерна, считается 14-15 %. Предельно допустимая температура составляет около 15 °С. При температуре выше 18 °C существует опасность интенсивного развития микроорганизмов - плесневых грибов и бактерий, обусловливающих затхлый запах. Если при низких значениях температуры и влажности дыхательная активность ячменя и расход веществ незначительны, то при повышении его температуры и влажности происходит неблагоприятное изменение внутренних свойств зерна: активируется действие ферментов, зерно насыщается растворимыми продуктами распада и утрачивает твердость вследствие увлажнения и нагревания. Кроме того, в условиях недостаточной вентиляции концентрация выделяющегося CO2 повышается, дыхание зерна все больше и больше переходит на анаэробный тип обмена веществ. В результате значительно снижается способность ячменя к прорастанию.
В существующих условиях уборки ячменя комбайнами решающее значение имеет как можно более раннее подсушивание/подвяливание ячменя с содержанием влаги более 15 %, с учетом того, что в странах континентальной Европы достижение требуемых низких температур раньше октября-ноября представляется проблематичным. Как правило, естественное холодное хранение возможно в период с ноября по март, в связи с чем весной целесообразно не перемешивать охлажденное зерно во избежание его нагрева. Перед закладкой на хранение ячмень необходимо предварительно очистить, так как семена сорных растений нередко оказываются более влажными, чем сам ячмень, что затрудняет его просушивание. Ячменная пыль способствует размножению микроорганизмов.
1.2.4.1. Искусственное охлаждение ячменя необходимо в случае недостаточной производительности имеющейся сушилки для просушивания ячменя сразу после уборки. Максимальная продолжительность хранения «без повреждения зародыша» составляет при влажности зерна 20 % и температуре 20 °С всего 9 сут, а при температуре 10 °С - уже 20 сут. Поэтому, если параметры влажного ячменя находятся в зоне риска, его необходимо срочно просушить или охладить. Ячмень с относительно низкой влажностью (14 %) во избежание повреждения зародыша через какое-то время также требуется охладить. Технология охлаждения ячменя предусматривает охлаждение зерна в вентилируемых хранилищах или в силосах (см. раздел. 1.2.4.4) до температур, соответствующих предусмотренному периоду хранения. Для этих целей подходят передвижные холодильные агрегаты, подключаемые с помощью соединительных элементов к вентиляционным установкам (при необходимости это позволяет проводить многократное охлаждение). При охлаждении зерна на 10 °С происходит снижение его влажности на 0,5 %. Продолжительность охлаждения 50-тонного силоса составляет в среднем 24 ч, причем охладитель воздуха должен быть рассчитан на производительность 1170 кДж (280 ккал) / 1 т в час, а часовой расход воздуха должен составлять около 25 м3/1 т.
1.2.4.2. Напольное хранение. Традиционное напольное хранение ячменя встречается все реже, так как оно требует очень большой площади (1,0-3,5 м2/т). Этот метод хранения позволяет за счет подбора высоты слоя и времени ворошения адаптироваться к уровню влажности ячменя и погодным условиям. При отсутствии механизмов для пневматического перемещения обработка хранящихся куч ячменя является очень трудоемкой. Чем больше влажность ячменя, тем в более тонком слое его необходимо хранить, постоянно следя за температурой бурта или грядок. Как и любой другой вид перемешивания, перелопачивание ячменя имеет целью охлаждение, проветривание и сушку зерна. Сушка и охлаждение осуществляются поступающим через открытые окна или жалюзи воздухом. Наружный воздух должен быть холодным и сухим (холоднее ячменя) - в этом случае при обдувании бурта холодный воздух нагревается и способен впитывать влагу и подсушивать зерно. Если же наружный воздух теплее ячменя, то от соприкосновения с более холодным ячменем он остывает и не оказывает подсушивающего действия. Точка росы может быть не достигнута, и зерно в этом случае отпотевает, в связи с чем целесообразно измерять влажность и температуру воздуха, используемого для подсушивания ячменя.
Устройство нескольких емкостей для зерна друг над другом позволяет скомпоновать их в виде ярусов поэтажного зернохранилища, в котором ячмень постепенно просыпается тонкой струей через отверстия в полу по распределительным листам на нижние ярусы.
При напольном хранении ячменя более толстым слоем (около 3 м) надежное напольное вентилирование обеспечивается по методу Ранка (Rank) с помощью открытой системы основных и вспомогательных трубопроводов с направляющими листами и колосниковыми решетками, оборудованными или воздуходувкой для кратковременной интенсивной аэрации, или роторными установками для длительного слабого вентилирования.
Деревянные полы из-за их пожароопасности и низкой несущей способности вытеснены железобетонными полами.
Для уменьшения площади хранения существует возможность хранения ячменя в толстом слое (в закрытых силосах высотой 16-40 м). При большой высоте слоя отведение влаги и аэрация ячменя становится невозможной, и таким образом, на хранение может закладываться лишь подготовленное к хранению зерно, влажность которого не превышает 12 %. При большой высоте силоса опасаться давления массы зерна на нижние слои не следует, так как начиная с высоты 10 м давление насыпной массы ячменя перераспределяется на стенки силоса.
Прежде силосы делали деревянными, и их преимуществами были плохая теплопроводность и проницаемость для продуктов обмена веществ, однако как и у деревянных полов, недостатками таких силосов являлись пожароопасность, сложность поддержания чистоты и низкая несущая способность.
1.2.4.3. Железобетонные силосы получили наиболее широкое распространение - они огнестойки, обеспечивают хорошее использование площадей, характеризуются большой вместимостью и требуют небольших эксплуатационных затрат. Недостатком таких силосов является необходимость возведения мощных фундаментов и необходимость обеспечения затвердевания бетона с последующим тщательным просушиванием. Силосовый корпус состоит из отдельных железобетонных силосов прямоугольного сечения, а с увеличением высоты - шести и восьмиугольного. Для обеспечения полной выгрузки зерна днище имеет коническую форму (с углом 39°). В сочетании с горизонтальным и вертикальным транспортным оборудованием это позволяет перемещать материал без дополнительных трудозатрат. Вместимость одной ячейки силоса рассчитывают примерно на 1 партию ячменя.
Вместимость силосов солодовни по ячменю и солоду должна обеспечивать 80-100 % годового производства.
В целях сокращения затрат на сооружение бетонных силосов изготавливают небольшие сборные силосы, причем плита основания, образующая фундамент и имеющая форму воронки, служит также для монтажа транспортеров. Силосы без подвального помещения даже для крупных установок обходятся значительно дешевле. Внешние и поперечные стенки устанавливают на ленточный фундамент, днище корпусов помещают на гравийную подушку с уклоном 39°. В узком канале обслуживания устанавливают горизонтальный транспортер. Экономия средств на сооружение таких сборных силосов составляет 20-30 %. Существенные преимущества дает применение сборного железобетона.
1.2.4.4. Силосы из стальных листов отличаются повышенной прочностью при сравнительно небольшой толщине материала. Так, средняя толщина стен стальной ячейки диаметром 5 и высотой 30 м составляет 5 мм, тогда как толщина железобетонной стенки при тех же характеристиках силоса - 15 см. К тому же вместимость железобетонного силоса при тех же наружных размерах на 12 % меньше, чем стального. Наиболее выгодное с экономической точки зрения отношение диаметра к высоте составляет 1 : 5 - 1 : 1 0 . При возведении круглых силосов для лучшего использования объема между ними можно располагать дополнительные ячейки. Хорошая теплопроводность материала способствует образованию конденсата, поэтому допускается хранение только предварительно просушенного ячменя. В силосах данного типа ячмень необходимо периодически перемешивать. Проведение такой операции целесообразно на всех типах силосов (в том числе из сборного железобетона) во избежание образования очагов нагревания ячменя и возникновении затхлого запаха. При перемешивании ячменя одновременно происходит его вентиляция, особенно когда при транспортировке зерно снова подается на аспирационную установку.
Вентиляция силосов затруднена из-за расположенного выше столба зерна. В небольших силосах существует возможность нагнетать воздух снизу через зерно. Для силоса высотой 25 м требуется расход 80 м3 воздуха/т в час при давлении 4,9 кПа или 500 мм вод. ст. Более крупные силосы вентилируют горизонтальным способом, осуществляя подачу воздуха по воздушным каналам, проложенным в стенках силоса с определенным интервалом. Вентилирование зерна разрешается производить только тогда, когда атмосферный воздух холоднее вентилируемого зерна. При хранении отводимый при загрузке силоса или в процессе вентилирования воздух необходимо обеспыливать. На крупных силосах отводимый воздух направляют на обеспыливающие установки, а на небольших предприятиях его подводят к системе обеспыливания установок очистки и транспортеров.
У крупных силосов необходим тщательный контроль температуры на разной высоте; лучше всего для этого подходят зонды или щупы, показания которых выводят на центральный пункт управления силосом. Если в течение 48 ч в каком-либо слое температура повышается на 2 °С, то зерно следует перемешать, отбирая при этом пробы для определения влажности, способности к прорастанию и энергии прорастания.
На центральный пульт управления силосом выведены выключатели транспортеров и установок очистки, а также приборы световой сигнализации. Последовательное выполнение команд и система блокировки (при неправильной регулировке) предотвращают смешивание партий заложенных на хранение материалов (например, ячменя и солода).
1.2.5. Дополнительное подсушивание ячменя
Современная технология уборки ячменя комбайнами, доставка на солодовню в короткие сроки больших партий ячменя и невозможность ускоренного охлаждения и подсушивания ячменя в вентилируемых силосах привели к почти повсеместному внедрению дополнительного его подсушивания. При надлежащей обработке зерно не только способно к длительному хранению - в нем существенно увеличивается энергия прорастания. Такое подсушивание должно производиться как можно раньше.
Искусственное снижение влажности ячменя возможно только при определенных условиях - ячмень должен полностью созреть на стебле; необходимо провести предварительную очистку, так как семена сорняков и другие примеси более гигроскопичны по сравнению с ячменем и хуже поддаются сушке. Сушку затрудняют также оболочки зерна, препятствующие отведению водяного пара.
При условии, что надежное хранение ячменя можно обеспечить только при влажности 12 %, процесс сушки должен быть ориентирован на достижение этого значения влажности. Сушка до 10 %-ной влажности не только нерентабельна, но и сопряжена с риском нарушения способности зерна к прорастанию.
Дополнительное подсушивание зерна осуществляется путем нагревания или охлаждения. Из экономических соображений предпочтение отдают сушке нагреванием. Задача при этом состоит в том, чтобы путем нагревания повысить давление водяного пара в зерне таким образом, чтобы оно превышало давление воздуха для сушки. Чем больше эта разница, тем интенсивнее и глубже протекает удаление влаги, однако сильное нагревание ячменя связано с существенными ограничениями, поскольку ячмень очень чувствителен к температурам выше 50 °С. Температура подсушивания зерна должна быть тем ниже, чем выше содержание влага в начале сушки. Если ячмень с влажностью 16 % можно нагревать до 49 °С, то при его влажности около 22 % допускается температура лишь 34 °С. Во избежание повреждения зерна очень влажный материал целесообразно подсушивать в два этапа: например, с 20 до 16 %, а затем с 16 до 12 % .
Проблема сушки теплым воздухом состоит в том, что осуществить равномерное просушивание зерна отнюдь не просто. Внешние слои зерна легко становятся хрупкими и сжимаются еще до того, как влага проникнет наружу через капилляры. Поэтому при непрерывной сушке ячмень нагревают в отделении предварительного нагрева, благодаря чему вода, содержащаяся в клеточных тканях зерна, расширяется и проникает в капилляры, ведущие от центра через внешний слой. Оттуда влагу можно легко отвести в отдельном сушильном отделении с помощью теплого воздуха. Направление воздушного потока несколько раз меняют и подводят воздух сначала к более подсушенной стороне слоя зерен, а затем к менее подсушенной (со стороны отвода воздуха). При повышенной влажности зерна и при использовании более высоких температур это может привести к нарушению способности зерна к прорастанию.
1.2.5.1. Сушилки непрерывного действия состоят из нескольких отделений: отделения предварительного нагрева, двух зон сушки и одного отделения охлаждения наружным воздухом. Потребление тепла и электроэнергии таких сушилок (например, шахтной сушилки) можно принять при расходе воздуха 1500 м3 / 1 т в час за 300 000 кДж (70 000 ккал) и 2,5 (кВт · ч)/т соответственно. Продолжительность цикла сушки составляет 90 мин при использовании воздуха температурой 65-85 °С.
1.2.5.2. Для сушки ячменя также подходит солодосушилка (прежде всего, однорешеточная высокопроизводительная сушилка с опрокидывающейся решеткой), поскольку при этом могут быть снижены трудозатраты. За 6 ч на 1 м2 решетки можно высушить 400 кг ячменя, понизив его влажность с 20 до 15 %. Температура воздуха с оптимальной скоростью поднимается с 35 до 45 °С. Естественно, что при этом наблюдается разница в содержании влаги в нижнем слое ячменя (около 12 %) и верхнем (около 17 %), но ее можно выровнять при интенсивном перемешивании зерна при опорожнении сушилки и последующем транспортировании. Для сушки 1 т ячменя необходимо 255 000 кДж (60 000 ккал) тепловой и 7-8 кВт · ч электроэнергии. При трехсменной работе с учетом продолжительности подачи, сушки и разгрузки можно провести 3 цикла сушки в сутки. Контрольным критерием хода сушки является разница температур подводимого и отводимого воздуха. Суточная производительность сушилки с поверхностью решетки 50 м2 составляет 60 т при загрузке ячменя 20 т, что соответствует производительности сушилки непрерывного действия 2,5 т/ч.
Другими вариантами сушки является сушка в ящичных прицепах или в вентилируемом силосе. В обоих случаях для нагревания и сушки зерна подключают нагреватель с вентилятором, а охлаждение и вентилирование осуществляют наружным воздухом.
До сих пор было принято охлаждать ячмень после сушки наружным воздухом, а затем доставлять его к месту хранения. Хорошо зарекомендовала себя технология, при которой ячмень, подсушенный до влажности 12%, хранят в силосе при температуре 35 °С до прекращения состояния покоя, что происходит в течение 3-14 сут. Процесс контролируют каждые 3 сут с помощью форсированного теста с пробой 4 и 8 мл. Сразу же после прекращения состояния покоя зерно охлаждают путем перемешивания. Такая технология способствует также уменьшению водочувствительности ячменя.
Можно также охлаждать поступающий из сушилки ячмень сухим воздухом до температуры 6-8 °С с последующем хранении зерна в силосе.
1.2.5.3. Сушка ячменя холодным воздухом по экономическим причинам не нашла широкого распространения. Она могла бы быть целесообразнее сушки с нагревом, так как при одинаковой степени поглощения влаги зерно можно дополнительно охладить. Холодное зерно хранится лучше, чем нагретое - процесс обмена веществ существенно замедляется, а размножение вредителей приостанавливается. Эти факторы используются при консервировании ячменя холодом. У свежеубранного или водочувствительного ячменя существует опасность не прекращения, а консервации периода покоя, что называют вторичным периодом покоя при прорастании.
1.2.6. Вредители ячменя
Вредители ячменя наносят большой вред хранящемуся зерну, увеличивая потерн сухих веществ и риск снижения качества в связи с повышением влажности ячменя. Вредители попадают в ячмень уже в поле или во время хранения. Так, спорынья в виде мицелия гриба Claviceps purpurea попадает в ячмень, а затем, несмотря на очистку, - в солод и дает при затирании вредные вещества. Значительно снижают ценность зерна как пищевого продукта Aspergillus, Cephalosporium и Penicillium. Ряд микроскопических грибов, попадающих в зерно еще в поле, - Fusarium culmorum, Fusarium graminearium, Fusarium avenaceum - появляются на переувлажненном дождем ячмене и продуцируют продукты обмена веществ, которые в готовом пиве могут вызывать явление избыточного ценообразования (гашинг-эффект). Мицелиальный гриб Fusarium попадает в ячмень при влажной погоде, проникает в эндосперм, образует там мицелий и расщепляет высокомолекулярные соединения. Токсины, отрицательно влияющие на всхожесть ячменя, продуцируются и рядом других микроскопических грибов, попадающих в зерно еще в поле, но продолжающих развиваться в период хранения. При солодоращении токсины могут исчезать. Токсин, выделяемый плесневым грибом Fusarium, может снижать α-амилазную активность и препятствовать развитию зародыша листка и корешка. Торможение роста зависит от концентрации токсина.
К значительно большим потерям приводят те вредители, которые появляются именно в хранящемся зерне, а именно долгоносики и мотыльки. Амбарный долгоносик откладывает яйца в ячменное зерно. При кладке яиц женская особь просверливает хоботком в зерне крошечное отверстие (обычно со стороны зародыша), откладывает яйцо в эндосперме зерна и заклеивает отверстие. Образующаяся личинка частично пожирает эндосперм, превращается после 4-кратной смены кожи в куколку и в конце - в долгоносика. Заражение распространяется до тех пор, пока не будет приостановлено резким изменением внешних условий или пока температура в кучах зерна не повысится до смертельного для насекомых уровня. Как правило, амбарный долгоносик переносится большей частью на кораблях, транспортных средствах с тарой (мешки и др.) и этими путями заносится на предприятия. Пораженное зерно подлежит безусловному возврату поставщику.
Долгоносика можно частично удалить или избавиться от него с помощью частого перемещения и очистки, а также путем вентиляции ячменя, однако использование химических средств борьбы намного эффективнее. Оно может осуществляться путем опрыскивания, окуривания пли контактными инсектицидами. Условием их применения является возможность полного удаления, а также то, что они не должны изменять ни физиологический процесс прорастания, ни ферментативные реакции, ни вкус готового пива и не должны быть противопоказаны по своему действию на организм человека.
Для надежной защиты хранящегося зерна от поражения вредителями и для их уничтожения большие силосы необходимо оборудовать окуривающей установкой.
1.2.7. Изменение массы ячменя во время хранения
Изменения массы ячменя во время хранения обусловлено в основном потерей влага и дыханием зерна. Уровень этих потерь зависит от влажности ячменя. Изменения особенно заметны в первые 3 мес. после сбора урожая и составляют в этот период около 1,3 %, во второй четверти года - 1,0 %, а во второй половине года - около 0,8 %. При более длительных сроках хранения пивоваренного ячменя снижение влажности зерна до 12 % является обязательным условием.
1.3. Замачивание ячменя
Проращивание ячменя происходит лишь при определенной влажности. Влажность ячменя при хранении не должна превышать 12 %, чтобы ограничить до минимума жизненные проявления в ячмене во избежание потерь веществ и необратимых повреждений зерна. Прорастание начинается при добавлении воды. Жизненные проявления становятся заметными в зерне уже при 30 %-ном содержании влаги. Быстрее и равномернее ячмень прорастает при влажности около 38 % [483], а для достижения желаемой степени растворения эндосперма и связанного с ней накопления ферментов требуется влажность 43-48 %, а иногда и выше.
Большую часть вегетационной воды подводят в процессе замачивания, и оптимальная максимальная влажность зерна достигается на соответствующих стадиях проращивания. Требования к качеству и чистоте замочной воды долгое время были теми же, что и для нормальной питьевой воды - в ней не должно быть загрязнений физической, химической и биологической природы. Семенная оболочка (теста) полупроницаема - она позволяет диффундировать внутрь зерна воде. Этим можно объяснить, к примеру, ингибирующее действие на прорастание NO2. Правда, обычно концентрация ионов, содержащихся в замочной воде, настолько мала, что их непосредственное действие выявить невозможно.
1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя
Водопоглощение происходит в основном через капилляры, выходящие в основании зерна, вследствие чего в первые часы влажного замачивания зародыш, начиная от щитка, поглощает воду значительно быстрее, чем другие его части (за исключением цветочной оболочки).
В первые 4-8 ч замачивания поглощение воды велико, но по мере приближения к точке насыщения его интенсивность быстро снижается и определяется способностью ячменя к набуханию. Водопоглощение зависит от следующих факторов.
Свойства ячменя. Полным зернам требуется больше времени для достижения той же влажности, чем слабым, однако на эти различия оказывает влияние и способ замачивания. Например, если чисто или преимущественно преобладающее «мокрое» замачивание вызывает заметные расхождения в водопоглощении крупных и мелких зерен, то продолжительные воздушные паузы способствуют существенному выравниванию процесса водопоглощения, что делает возможным даже совместное замачивание ячменя I и II сортов. Исходная влажность ячменя не имеет особого значения, в отличие от структуры зерна, зависящей от условий года созревания зерна. Ячмень, выросший при жаркой и сухой погоде, характеризуется медленным водопоглощением, как и ячмень, не достигший солодовой зрелости (последний проявляет, как правило, четко выраженную водочувствительность). В ячмене, богатом белками, медленное водопоглощение обнаруживается лишь тогда, когда из-за условий роста и уборки урожая структура их зерна оказывается неблагоприятной для поглощения воды (в противном случае у партий ячменя урожая одного года различия не обнаруживаются). Кроме того, водопоглощение зависит от сорта ячменя.
Температура замочной воды. Чем теплее вода для замачивания, тем быстрее происходит водопоглощение. В качестве нормальной температуры принята температура 10-12 °С; содержание в воде солей жесткости (или других ионов) особого значения для водопоглощения не имеет. Чтобы добиться влажности 43 % при разной температуре воды для ячменя одного сорта, необходима следующая продолжительность замачивания: 9 °С - 78 ч, 13 °С - 54 ч, 17 °С -46 ч, 21 °С - 28 ч. Наиболее физиологически благоприятной температурой воды в случае применения преимущественно «мокрого» замачивания является температура 12-13 °C.
Способ замачивания. Водопоглощение при чисто «мокром» замачивании происходит медленнее, чем при замачивании с воздушными паузами. Особо благоприятное действие оказывают длительные воздушные паузы между отдельными стадиями «мокрого» замачивания. Например, для получения указанной влажности зерна 43 % достаточно 12-часовой фазы «мокрого» замачивания при общей продолжительности замачивания 52 ч.
1.3.2. Снабжение зерна кислородом
С повышением влажности усиливается дыхание зерна и его потребность в кислороде, который должен в достаточном количестве доставляться к зерну на протяжении всего периода замачивания. На каждую молекулу потребляемого кислорода образуется одна молекула диоксида углерода. Коэффициент дыхания, то есть отношение CO2 к O2, равен 1, но при недостатке кислорода образуется избыток CO2, и коэффициент дыхания становится больше 1. Впоследствии избыток CO2 порождает спиртовое брожение, при котором может произойти отравление зародыша продуктами обмена веществ - спиртом и диоксидом углерода.
Целые ячменные зерна даже при нормальном доступе воздуха сначала претерпевают легкое спиртовое брожение до тех пор, пока зерно не прорастет и будет прорвана цветочная оболочка. При этом зародыш вступает в контакт с наружным воздухом, и накопленный спирт исчезает в результате интрацеллюлярного окисления.
К неравномерному росту может уже привести содержание спирта 0,1 %. Высокая температура замачивания повышает образование спирта - как и отсутствие кислорода при замачивании и проращивании. При указанных условиях концентрация спирта может достигать даже нескольких процентов, что ведет к торможению роста. При правильно проводимом замачивании с применением соответствующих воздушных пауз образуется незначительное количество спирта - чем быстрее наступает начало прорастания зерна, тем оно меньше.
Образующийся диоксид углерода оказывает постоянное тормозящее действие на рост, препятствуя полному использованию кислорода, в связи с чем следует в максимальной степени удалять CO2 (особенно во время воздушных пауз). Если эти факторы не учитывать, то продукты анаэробного обмена веществ вызывают тяжелые повреждения зародыша. При интрамолекулярном дыхании замачиваемый материал приобретает эфирный, кислотный, а в некоторых случаях даже гнилостный запах. Зерно теряет прочность и приобретает способность к избыточному водопоглощению, причем теряется его прорастаемость.
Потребность ячменя в кислороде особенно велика, когда зерно в конце периода покоя перед прорастанием имеет еще высокую водочувствительность (так ведет себя ячмень, хранившийся в плохих условиях). При замачивании необходимо тщательно следить за водочувствительностью ячменя (особенно при использовании крупных аппаратов для замачивания и пневматических солодорастильных установок) и подводить достаточное количество кислорода в периоды воздушных пауз, а также экономно дозировать воду с учетом физиологических особенностей ячменя.
1.3.3. Очистка ячменя
При замачивании происходит очистка ячменя: загрязнения отделяются и при заполнении водой аппарата для замачивания всплывают и уносятся. Ионы, растворенные в воде, обволакиваются веществами цветочной оболочки и усиливают или ослабляют эффект смыва. На моющее действие воды благоприятно влияют ионы бикарбоната натрия. Разнообразное применение находят химические добавки, действие которых в последнее время зачастую переоценивают. Общепринятое прежде добавление щелочей или перекиси водорода в настоящее время в соответствии с положениями пищевого законодательства ФРГ не допускается.
Биологическое загрязнение воды при значительном количестве микроорганизмов, попадающих в нее с ячменя, первостепенной роли не играет.
1.3.4. Потребление воды
Для получения влажности проращиваемого зерна 47-48 % требуется всего 0,7 м3 воды на 1 т зерна. В зависимости от применяемого способа замачивания и установки для замачивания на практике потребление воды намного больше. При размягчении замачиванием потребность в воде составляет 1,8 м3/т ячменя, для простой смены воды требуется 1,2 м3, для перекачивания из одного замочного чана в другой необходимо от 1,5 до 1,8 м3, для «мокрой» выгрузки замоченного зерна - 1,8-2,4 м3. При практиковавшемся ранее воздушно-водном замачивании с 7-кратным добавлением воды, двукратным перекачиванием и «мокрой» выгрузкой замоченного зерна требовалось около 11 м3/т воды, тогда как при современных методах замачивания с трехкратным подведением воды необходимо немногим более 5 м3/т. Путем правильного подбора уровня перелива замочной воды в соответствии с объемом ячменя и отказа от перекачивания при возможности интенсивного перемешивания зерна сжатым воздухом можно дополнительно сэкономить 0,8-1,5 м3/т. Повторное использование второй замочной воды (например, для «мокрой» выгрузки замоченного зерна) позволяет еще более снизить расход воды. Эти меры, хотя и требуют дополнительного резерва воды, могут оказаться целесообразными при высокой стоимости воды или больших затратах на утилизацию сточных вод. Сокращение числа «мокрых» замачиваний соответственно требует усиленного увлажнения зерна при проращивании. Дальнейшее снижение расхода воды возможно при использовании водных шнеков, которые несмотря на применение теплой воды (температурой до 30 °С) позволяют добиться влажности зерна лишь около 25 %. Расход воды в данном случае (в зависимости от интенсивности процесса промывки) составляет 1,2-2,0 м3/т. Если же вода расходуется исключительно на орошение в солодорастильном аппарате, то расход воды (0,9 м3/т) лишь незначительно превышает теоретическую величину. Тем не менее при подобной технологии требуется предварительная интенсивная очистка ячменя.
1.3.5. Аппараты для замачивания
1.3.5.1. Замочные аппараты изготавливают из листов нержавеющей стали или железобетона. Нержавеющая сталь упрощает очистку и мойку оборудования и уход за ним, так что в последнее время замочные аппараты из бетона также облицовываются листами из нержавеющей стали. Для равномерной обработки замачиваемого материала желательно применять аппараты круглого или квадратного поперечного сечения. Нижнюю часть делают конической формы, что облегчает опорожнение аппарата.
1.3.5.2. Вместимость замочных аппаратов рассчитывают с учетом объема замачиваемого количества ячменя, увеличения объема материала в ходе замачивания и дополнительного объема для перемещения ячменя. С учетом этих требований для замачивания 1 т ячменя требуется 2,2-2,4 м3. Общая вместимость всех замочных аппаратов должна рассчитываться на максимальную продолжительность замачивания, включая время заполнения, слива, выгрузки и очистки. Если взять за основу современные методы замачивания, то среднее время загрузки аппарата составляет 52-54 ч, что требует установки соответственно трех замочных аппаратов. Зачастую продолжительность замачивания рассчитывают из 24-28 ч, а фазу проращивания переносят в солодорастильный аппарат. В этом случае требуется лишь два замочных аппарата. Дальнейшее ограничение времени замачивания может при известных условиях излишне сократить воздушные паузы. Количество замочных аппаратов зависит также от производительности солодорастильной установки. Для равномерной обработки замачиваемого материала рассчитывают отдельный аппарат для замачивания обычной конструкции (с конусом) максимум на 50 т замачиваемого ячменя. Следует избегать слишком глубокого замачивания, так как при прочих равных условиях оно значительно осложняет аэрацию и позднее проращивание идет неравномерно. Аппараты для замачивания большей емкости делают прямоугольными с несколькими конусными выпусками.
1.3.5.3. Устанавливают замочные аппараты между емкостями с зерном и солодорастильными ящиками. При «мокром» замачивании расположение аппаратов не имеет особого значения, однако следует избегать перемещения замачиваемого материала на слишком большие расстояния и на большую высоту, так как при транспортировании проросший материал может быть поврежден.
1.3.5.4. Замочное отделение. Если замочные аппараты открытые, помещение замочного отделения не должно зависеть от внешних температур: зимой его подогревают до температуры 15 °С, а летом охлаждают примерно до 12 °С. Кроме того, необходимо позаботиться о кондиционировании воздуха в отделении до влажности 85-90 %, так как она может изменяться под действием вытяжного эффекта вентиляторов для CO2.
Для предотвращения кондиционирования всего замочного отделения влажным воздухом целесообразно закрыть отдельные чаны крышками и вмонтировать в них систему кондиционирования.
Конструкция аппаратов для замачивания в последние годы совершенствуется и значительно усложняется. К имевшимся ранее магистралям для подвода и отвода воды, отверстиям для выгрузки и слива всплывшего ячменя добавляются устройства для перекачки замоченного зерна, вентиляции под давлением, удаления диоксида углерода и орошения.
1.3.5.5. Система впуска и выпуска воды должна обеспечивать быструю смену воды так, чтобы можно было точно выдержать продолжительность «мокрого» замачивания. Длительность заполнения и разгрузки отдельного аппарата для замачивания не должна превышать 1 ч.
Орошение материала с помощью распылительных форсунок в меньшей степени предназначено для подвода воды - его цель - увлажнение воздуха, поглощаемого поверхностью зерна. Этот способ позволяет в определенных условиях предупредить повышение температуры. Распылительные форсунки должны быть установлены по всей площади замочного аппарата.
1.3.5.6. Перемещение материала из одного аппарата в другой производится при помощи насосов для замачиваемого материала, конструкция которых должна предотвращать повреждение замачиваемого зерна (прежде всего ростков на стадии прорастания). Установка перфорированных отделителей позволяет удалять загрязненную воду. Перекачка способствует хорошей очистке зерна, но не обеспечивает удовлетворительного перемешивания, так как находящееся в конусе зерно снова попадает вниз.
1.3.5.7. Подача сжатого воздуха в небольшие замочные аппараты производится с помощью простого переносного нагнетателя, а в крупные - с помощью вертикальных труб, через которые замачиваемое зерно подается в нижнюю часть эрлифтной трубы и с помощью сжатого воздуха равномерно распределяется сверху. Нередко распределение ячменя происходит при помощи центробежных труб, в которых обеспечивается перемешивание материала. Хорошей аэрации содержимого способствуют также кольцевые барботерные трубки с мелкими отверстиями, располагаемые над затвором аппарата на определенном расстоянии. В час на ворошение 1 т материала требуется около 15-25 м3 всасываемого воздуха, давление которого в зависимости от высоты аппарата может составить 0,2-0,5 MПa. Из-за этого происходит повышение температуры материала, которое следует учитывать при проведении 10-15-минутной аэрации. Если ворошение при влажной аэрации достаточно интенсивно, от упомянутой перекачки можно отказаться, поскольку каждый аппарат для замачивания, а соответственно, и каждая их группа одинаково пригодны для замачивания и спуска замоченного материала. Благодаря этому можно получить значительную экономию воды (при каждой перекачке определенное количество воды неизбежно уходит в стоки).
1.3.5.8. Удаление диоксида углерода из аппарата для замачивания осуществляется вакуумными насосами. Если необходимо удалить только диоксид углерода, то при производительности насоса 15 м3/т в час достаточно каждый час осуществлять откачку в течение 10-15 мин. Если при длительном (12-20 ч) воздушном замачивании необходимо не только удалять CO2, но и вентилировать и охлаждать материал, то на 1-е сутки замачивания производительность насоса должна составлять 50, а в следующие дни - 100-120 м3/т в час. При дополнительном подключении к существующим установкам для замачивания более мощных насосов может случиться, что из-за закупорки слежавшимся ячменем малая свободная поверхность сит затвора замочного аппарата не обеспечит подачи нужного количества воздуха. Во избежание этого в нижней трети конуса следует размещать блок сит, который вместе с обычной трассой вентиляции через сита днища обеспечит равномерное удаление воздуха.
1.3.5.9. В новых замочных аппаратах с плоским днищем круглой формы пространство под ситчатым днищем делают коническим. Высота материала даже в 250-тонных аппаратах составляет около 3 м. При этом днище должно способствовать равномерному перемещению воздуха с CO2 во время воздушных пауз и позволять проводить тщательную очистку. Внизу под решеткой около центральной опоры разгрузочного устройства размещают конический разгрузочный резервуар (с углом наклона стенок 60°) для выгрузки влажного и сухого продукта. Чаще всего предусматривают четырехконусное пространство, из которого с помощью лопастей одинаковой ширины, вращающихся с регулируемой скоростью, выгружают зерно в солодорастильный аппарат. Нагнетательная вентиляции во время «мокрого» замачивания проводится через жестко вмонтированные форсунки или через вращающуюся трубку с отверстиями. Такое устройство может использоваться также для очистки решетки снизу. Аппараты прямоугольной формы с перемещаемыми вверх-вниз решетками (системы Lausmann, см. раздел 1.5.3.5) позволяют экономить воду при «мокром» замачивании путем опускания решетки. Ворошитель выравнивает верхний слой продукта или транспортирует его в устройство для выгрузки, из которого влажный или сухой продукт выгружается в солодорастильный аппарат.
Замочные аппараты с плоским днищем применяются также для повторного замачивания, для чего используют специальные емкости для замачивания зерна перед проращиванием с опрокидывающейся решеткой.
Относительно новой конструкцией для замачивания ячменя является замочный аппарат барабанного типа, загружаемый с помощью шнека. Загрузка партии массой 180 т длится около 5 ч. Благодаря вращению барабана ячмень попеременно контактирует с водой и воздухом. Вода течет противотоком, то есть на ячмень с влажностью 30 % подается свежая замочная вода, а ячмень на входе в аппарат впервые контактирует с водой незадолго до точки слива загрязненной воды.
Очевидно, что подобные дорогостоящие замочные аппараты применяются в основном для увеличения мощности имеющихся солодорастильных аппаратов. В данном случае часть процесса проращивания переносится в замочный аппарат, соответствующим образом дооборудованный. Для описанных ниже способов замачивания продолжительностью 24-26 ч в большинстве случаев достаточно вентилируемых замочных аппаратов с коническим днищем и указанными выше узлами. Тем не менее применяются также сочетания барабанных замочных аппаратов с аппаратами с плоским днищем.
1.3.6. Способы замачивания
1.3.6.1. Традиционное замачивание. Замачивание зерна удобнее производить при подаче зерна из расположенной выше емкости, куда тщательно очищенное и отсортированное зерно поступает от автоматических весов. Ячмень ссыпается через распределитель в аппарат для замачивания, заполненный водой до определенного уровня. Тяжелый ячмень медленно погружается на дно, легкий всплывает вместе с прочими легкими примесями на поверхность воды. Образовавшийся сплав собирается в переливной емкости и затем высушивается. Количество его в зависимости от чистоты замачиваемого ячменя может составить 0,1-1 %. Сильная вентиляция способствует интенсивному движению зерен, очистке замачиваемого материала, подъему сплава и прочих загрязнений. Первая замочная вода - это вода для промывки, которая в зависимости от степени загрязнения сменяется уже через несколько часов. Последующая замена воды осуществляется через 12-24 ч в зависимости от степени загрязнения ячменя, температуры воды и продолжительности замачивания. Оставление материала без воды между ее сменами осуществлялось по-разному. Это мероприятие должно было обеспечить лучшую аэрацию ячменя, так как при исключительно «мокром» замачивании даже при длительной подаче свежей воды растворенный в воде кислород поглощается в кратчайший срок. В процессе совершенствования метода воздушные паузы стали занимать 50 и даже 80 % общей продолжительности замачивания. Наличие адгезионной воды снаружи зерна не только способствует во время воздушного замачивания равномерному повышению степени замачивания, но и ведет к сокращению его общей продолжительности и ускорению прорастания. При традиционных способах замачивания аэрация осуществляется в течение 10-15 мин каждые 1-2 ч. В зависимости от стадии замачивания образуется 3-5 % об. CO2, который вымывается при распылении воды в ходе воздушной паузы с одновременной вытяжкой. Промывная вода помогает поддерживать температуру продукта в желаемом диапазоне. Продолжительность замачивания до содержания влаги в ячмене 43-45 % составляет 60-70 ч. Желательно применять 3 аппарата замачивания и более.
1.3.6.2. Современные способы замачивания. Эмпирические методы замачивания с течением времени заменялись способами, при которых стремились к получению заданной степени замачивания за более короткие промежутки времени. При увеличении длительности воздушных пауз это приводило к совершенно определенному физиологическому поведению зерна. При влажности 30-32 % и воздушном замачивании продолжительностью 14-20 ч водочувствительность ячменя уменьшается (см. раздел 3.4.1.2). При влажности 38% в период воздушной паузы в течение 14-24 ч ожидается равномерное прорастание материала.
Продолжительность воздушной паузы зависит от физиологического состояния зерна: ячмень, выращенный в теплых и сухих условиях, может стремительно и интенсивно развиваться - он характеризуется низкой водочувствительностью, и для него требуется сокращенная по возможности воздушная пауза продолжительностью 14 ч. Напротив, ячмень, выращенный во влажных и холодных погодных условиях, характеризуется более медленным ростом зародыша и выраженной водочувствительностью, и для него требуется более продолжительная воздушная пауза - 20-24 ч. К повторному «водному» замачиванию стремятся достичь уровня содержания влаги 38 %. В таком случае в течение 14-24-часовой воздушной паузы ожидают равномерного прорастания. Было бы совершенно неверным добавлять воду (даже только путем орошения) перед одновременным прорастанием ячменя при содержании 95 % жизнеспособных зерен, так как это всегда приводит к неравномерному проращиванию. После этого момента путем повторного мокрого замачивания достигается влажность 41,5-43,0 %, которая затем увеличивается путем орошения в солодорастильной установке до окончательной влажности 44-48 %.
Чтобы обеспечить равномерную обработку материала, во время «мокрого» замачивания необходимо осуществлять ворошение сжатым воздухом. При применении одной центрально расположенной форсунки с трубой для подачи продукта (Geisir) обеспечивается интенсивный контакт между ячменем, водой и воздухом. Снабжение зерна кислородом лучше, чем при орошении, так как охватывается общая масса замачиваемого продукта. Это мероприятие может осуществляться непрерывно во время нахождения зерна под водой и может регулироваться в течение всего «мокрого» замачивания.
При воздушной паузе необходимо сильное вакуумирование, которое предотвращает не только скопление CO2, но и подъем температуры грядки выше 18-20 °С в фазе проращивания. Большое значение для равномерной обработки замачиваемого продукта имеют свойства охлаждающего воздуха (температура и влажность).
Для небольших замочных аппаратов целесообразно проводить короткое (в течение нескольких секунд) орошение верхнего слоя проращиваемого материала.
Контроль температур в замочном отделении и замачиваемом материале имеет точно такое же значение, как и определение влажности на отдельных стадиях.
Он может осуществляться всеми известными методами, включая ускоренные.
Рассматриваемый способ замачивания осуществляется следующим образом.
Длительность первого периода нахождения зерна под водой при температуре воды 12 °С до 30 %-ной влажности составляет 4 -6 ч. Каждые 1 -2 ч материал необходимо ворошить по 5-10 мин сжатым воздухом, а всплывший ячмень удалять. Первая воздушная пауза в зависимости от водочувствительности ячменя может продолжаться 14-20 ч. Домачивание с использованием адгезионной воды производят до достижения влажности 31-32 %, а температуру повышают до 18-20 °С. Воздух (CO2 и тепло) отсасывают сначала каждые 1-2 ч по 10-15 мин, при этом дыхательная активность ячменя усиливается. При использовании вентилятора с часовой производительностью 50 м3/т отсасывание может продолжаться дольше.
Длительность второго периода нахождения зерна под водой при температуре воды 18 °C ДО влажности 37-38 % составляет 1 -2 ч. За это время проводят 1 -2 продувки сжатым воздухом по 10-20 мин и сразу перекачивают материал в другую емкость. Вторая воздушная пауза длится 20-28 ч, то есть до тех пор, пока материал равномерно не прорастет. Домачивание адгезионной водой осуществляют до достижения влажности 39-40 %, температуру повышают до 18 °С. Отсасывание CO2 и тепла производят сначала каждые 2 ч по 10-15 мин, а затем, при использовании вентилятора с часовой производительностью 100-150 м3/т, - через каждые 4-5 ч.
Третий залив зерна водой проводят при температуре воды до 18 °С до влажности 41-42 % в течение 1-3 ч. Ворошение и разрыхление материала осуществляют сжатым воздухом в течение 10-30 мин. Затем зерно спускают.
Повышение температуры воды от одного залива водой к другому позволяет привести в соответствие температуры, уже установившиеся в замоченном зерне. При теплом спуске замоченного материала (при температуре -18°С) можно с успехом применять способ проращивания с падающими температурами (см. раздел 1.5.3.3). Здесь важно, чтобы для спуска замоченного материала из замочного аппарата имелось достаточное количество воды температурой 18 °С.
Преимущество ускоренных способов замачивания с применением только двух «мокрых» замачиваний заключается в том, что благодаря второму «мокрому» замачиванию в процессе выпуска замоченного материала из аппарата для замачивания можно контролировать влажность прорастания (около 38 % ) ; вода требуется только два раза, так что объем потребления замочной воды снижается до 3-3,5 м3/т зерна. Если аппарат для замачивания представляет собой аппарат с коническим днищем, то в теплое время года в период второй воздушной паузы, то есть в фазе проращивания, зачастую затруднительно поддерживать желаемую температуру. Тогда в контролируемых условиях солодорастильного аппарата при условии наличия достаточного времени для проращивания (1 сут на замачивание и 6 сут на проращивание) этот важный период пройдет благоприятнее.
Двухдневный способ замачивания, при котором, как правило, второй день проводят в замочном аппарате с плоским днищем, дает возможность для достижения влажности замачиваемого продукта 41 % провести третий залив водой. При оптимальной подаче воздуха ячмень испытывает «водяной шок», ликвидация последствий которого до высыхания поверхности ячменя может составлять 12 ч.
В результате блокирования подачи кислорода пленкой воды замедляется дальнейшее прорастание наряду с образованием важных ферментов. Из-за блокирования поступления кислорода через слой воды дальнейшее проращивание ограничивается. В этом случае лучше всего обеспечить воздушную паузу в течение 3-4 ч между третьим заливом водой (с последующей перекачкой продукта в солодорастильный аппарат.
Для достижения равномерного увлажнения крахмальных зерен ячменя с твердой структурой эндосперма благоприятнее третий залив водой. Высокое содержание влага после третьего водяного замачивания делает необходимым проведение двух процессов орошения, благодаря чему можно снизить образование «гусаров».
«Мокрое» замачивание лучше воздействует на начало солодоращения и дальнейшее его проведение (после третьего налива воды при влажности 41 %). Это обусловлено отчасти более продолжительным контактом зерна с замочной и транспортной водой, а также создаваемым насосом давлением. Величина давления сильнее воздействует на дыхание ячменя, чем продолжительность его приложения, и для сохранения примерно одинаковых значений растворимости солода необходимы 1 сут проращивания.
1.3.6.3. Другие способы замачивания. На аналогичных принципах основан способ перезамачивания, при котором нагрев материала во время длительных воздушных пауз компенсируется многократными короткими стадиями «мокрого» замачивания. Способ повторного замачивания, применяющийся с 1960-х гг., предусматривает, что после обычного 24-28-часового замачивания при влажности около 38 % после проращивания в течение 30-36 ч равномерно проросшее зерно подвергается новому замачиванию. Продолжительность последнего зависит от температуры замочной воды, которая может варьировать в пределах 12-18 °С. Оптимальным считается повторное замачивание в течение 10-18 ч, при этом влажность с 38 % повышается до 50-52 %.
Оба способа имеют большое значение в современной технологии замачивания, но вследствие высокого водопотребления и повышенных энергозатрат для сушки очень влажного свежепроросшего солода они не получили широкого распространения.
Замачивание с орошением осуществляется в солодорастильном аппарате. При этом возможно применение двух способов: подача ячменя в солодорастильный ящик с помощью моечного шнека, заканчивающаяся постепенным повышением влажности орошением, и доведение влажности подаваемого в солодорастильный ящик сухого ячменя до требуемого значения периодическим орошением. Замачиваемый материал смачивается водой, подающейся через форсунки на ворошителе.
1.3.6.4. Оценка результатов замачивания на распространенных в настоящее время крупных установках для замачивания и проращивания происходит уже не эмпирически, а все больше путем точного определения влажности и температуры на отдельных фазах процесса. В зависимости от свойств ячменя водопоглощение происходит с разной скоростью. При двухсуточном замачивании перед повышением влажности до значений свыше 38 % необходимо контролировать равномерность наклёвывания зёрен. Дальнейшее наблюдение за развитием зародыша, например, за равномерностью разветвления, позволяет сделать выводы о целесообразности замачивания.
1.3.6.5. Потери при замачивании возникают вследствие:
образования пыли и наличия загрязнений (около 0,1 %);
выщелачивания цветочной оболочки (около 0,8 %);
дыхания ячменя в процессе замачивания (0,5-1,5%), которое более интенсивно при замачивании с длительными воздушными паузами, чем при преимущественно «мокром» замачивании.
Сплав (0,1-1,0 %) к потерям не относят; его снимают, собирают и высушивают, после чего реализуют.
1.3.6.6. Содержание аппаратов для замачивания и уход за ними. Загрязнение аппаратов для замачивания микроорганизмами и взвесями, приносимыми ячменем, требует тщательной очистки оборудования (особенно при повторном применении замочной воды). Наличие большого количества выступающих деталей (колец аэрации, труб и т. д.) значительно усложняет уход. Значительно облегчает содержание замочного оборудования применение современных устройств для разбрызгивания воды под давлением. Необходимо контролировать состояние внутренней облицовки аппаратов. При использовании стальных замочных аппаратов с коническим днищем обслуживание осуществляется проще и производство становится более надежным. Высота пространства под решеткой замочных аппаратов с плоским днищем круглой формы должна составлять 300-750 мм. Кроме того, в них предусмотрены внутренние устройства, например, форсунки сжатого воздуха, в связи с чем становится сложнее проводить их очистку. Сверху решетку очищают с помощью автоматической очистки под давлением 100 бар. Очистку под решеткой проводят форсунками или с помощью вибророликов с форсунками. У прямоугольных аппаратов для замачивания с подъемными и опускающимися решетками очистку производить проще и дешевле с помощью обычной промывки под высоким давлением.
1.4. Проращивание
1.4.1. Теория проращивания
При проращивании зерновых органы зародыша развиваются, и в результате деления и увеличения количества клеток появляется новое растение. Прорастание проходит только в определённых условиях: достаточной влажности, благоприятной температуре и доступе воздуха. Для начала прорастания необходима сравнительно низкая влажность зерна (около 35-40 %), обеспечиваемая по-разному. Для достижения желаемого обмена веществ за отведенное время проращивания необходима влажность 42-48 % и даже 50 %, устанавливающаяся лишь после начала прорастания. Поддержание этой влажности в течение всего времени проращивания имеет большое значение для развития процессов жизнедеятельности (табл. 1.1).
Таблица 1.1. Параметры проращивания при разных температурах
Влажность 40 43 46 Разность экстрактов солода тонкого и грубого помола (EBC), % 5,1 2,9 1,1 Вязкость, м Па • с 1,69 1,60 1,52 Температура проращивания, °С 13 15 17 Разность экстрактов солода тонкого и грубого помола (EBC), % 1,6 1,4 1,0 Вязкость, м Па • с 1,55 1,52 1,55 Продолжительность проращивания, сут 4 5 6 7
Разность экстрактов солода тонкого и грубого помола (EBC), % 3,6 2,0 1,5 1,2
Вязкость, м Па • с 1,65 1,59 1,54 1,48
Содержание CO2 через 3 сут проращивания, % 0 10 20 Разность экстрактов солода тонкого и грубого помола (EBC), % 0,7 1,2 1,7 Вязкость, м Па • с 1,47 1,48 1,51 На физиологические процессы при прорастании зерна аналогичное влияние оказывает температура. Благоприятная для роста температура - это 14-18 °С; при более низких процесс прорастания замедляется, а при слишком высоких - ускоряется и развивается неравномерно.
Потребность в кислороде обусловлена тем, что необходимая для роста зародыша энергия вырабатывается в результате дыхания, то есть в процессе респираторного окисления. Дыхание представляет собой ряд последовательно протекающих реакций, при которых определенные продукты обмена веществ «сгорают» до диоксида углерода и воды с выделением определенного количества тепла. Недостаток кислорода ведет к развитию анаэробного обмена веществ, продукты которого могут существенно влиять на качество готового солода.
Путем правильного регулирования влажности, температуры, поступления кислорода и длительности проращивания можно в определенных пределах управлять биологическими процессами в ходе проращивания.
Изменения в зародыше обнаруживают сначала в корешке, а затем в листовых органах. Сначала появляется зародышевый корешок, проникающий через плодовую, семенную и окружающие цветочные оболочки в том месте, где зерно было прикреплено к колосу. Зародышевый корешок появляется между двумя цветочными пленками, после чего его клетки разрываются и появляется несколько новых корешков, в свою очередь покрывающихся тонкими капиллярными корешками с нежной тканью и тонкой верхней кожицей, которые могут поглощать из почвы растворимые питательные соли. В кучах ячменя они видны только на самых верхних зернах. Внешние острия корешков покрыты корневыми чехликами, за которыми находится зона новообразования.
Зародыш листа сначала прорывает плодовую и семенную оболочки, после чего продвигается между ними и спинной цветочной оболочкой. При искусственном проращивании зародыш должен развиваться только до определенной величины - если он прорастает из вершины зерна, образуются проростки, снижающие качество готового солода.
Наряду с этими явлениями роста происходят следующие превращения в эндосперме: под действием определенных групп ферментов расщепляются резервные вещества и переводятся в растворимую форму с образованием в зародыше новых тканей. Внешне эти процессы проявляются в повышенной растираемости эндосперма. Пекле подведения вегетационной воды происходит выделение стимуляторов роста (гибберелловой кислоты A3 и гиббереллина A4), которые попадают от корневой системы к растущей оси зародыша и затем через систему сосудов - к выходам алейронового слоя. Содержание этих регуляторов роста после выпуска из замочного аппарата еще не обнаруживается, через 24 ч достигает 46 мкг/кг CB ячменя, через 48 ч - 50 мкг/кг, а спустя 72 ч снижается, доходя до 34 мкг/кг CB ячменя. В высушенном (готовом) солоде без добавления гибберелловой кислоты (в Германии ее использовать запрещено) обнаруживается лишь 2-5 мкг/кг СВ.
В алейроновом слое и в щитке гиббереллины способствуют образованию ряда гидролитических ферментов - схамилаз, предельных декстриназ и эндопептидаз. Гиббереллины способствуют развитию эндо-β-глюканазы, эндоксиланазы и фостатазы. Наряду с этим благодаря разрушению протоплазматической связи и высвобождению активирующих (например, сульфгидрильных) групп происходит активизация сульфгидрильных эндопептидаз, а также экзоферментов - например, ß-амилазы, различных экзопептидаз, экзо-β-глюканаз и др. Образовавшиеся в результате расщепления низкомолекулярные вещества поглощаются щитком и подводятся к зародышу, где происходит формирование новых тканей. Со стороны спинки эндосперм растворяется интенсивнее, чем с обратной стороны зерна, приблизительно параллельно слою всасывающего эпителия. Важнейшими группами гидролитических ферментов являются гемицеллюлазы, протеолитические ферменты и амилазы, с помощью которых протекают реакции расщепления других групп веществ.
1.4.1.1. Действие ферментов. К гемицеллюлазам в соответствии со строением гемицеллюлозы относят целый ряд ферментов, которые можно сгруппировать следующим образом.
β-Глюканазы - эндо-β-1,4-глюканазы, эндо-β-1,3-глюканазы, неспецифическая эндо-β-глюканаза, экзо-ß-глюканазы, β -олигосахаразы; β -глюкан-солюбилаза;
Пентозаны - эндоксиланазы, экзо-ксиланазы, ксило-олигосахаразы, арабинозидазы.
В то время как экзоферменты обладают определенной активностью еще в зерне, находящемся в состоянии покоя, стимулирующее действие на эндофер-менты (эндо-β-глюканазу, эндоксиланазу) вначале прорастания оказывают ростовые вещества щитка и алейронового слоя. При наличии достаточного количества кислорода суммарное содержание эндо-β-глюканазы существенно различается. С их помощью растворимый высокомолекулярный β-глюкан из гумми-веществ преобразуется в декстрины глюкана со средней молекулярной массой. Экзо-β-глюканазы увеличивают свою активность примерно в 10 раз и расщепляют β-1,4-связи цепочек глюкана с нередуцирующего конца. В ходе этих процессов образуется дисахарид целлобиоза, которая. как и ламинарибноза, образующаяся из β-1,3-СВЯЗИ, преобразуется в глюкозу под действием соответствующих олигосахараз. Высокомолекулярный ß-глюкан гемицеллюлоз, который соединен по эфирной связи с белком и может иметь молекулярную массу 40 • 106 Д, высвобождается из β-глюкан-солюбилазы и переходит в растворимую форму. Фермент карбокси-пепгидаза присутствует в зерне, находящемся в состоянии покоя, но в процессе прорастания его активность возрастает в 2-3 раза. Благодаря своему расщепляющему действию β-глюкан становится доступен для воздействия β-глюканаз.
Высокомолекулярные арабоксиланы расщепляются эндоксиланазами, арабинозидазы растворяют боковые цепочки арабинозы и, таким образом, открывают ноле действия для экзоксиланазы. Образующиеся конечные продукты - арабиноза и ксилоза, как и глюкоза, участвуют в формировании новых клеток или утилизируются в процессе обмена веществ.
Действие глюканаз проявляется значительно сильнее действия пентозаназ, вследствие чего цитолитическое расщепление в ходе прорастания на 4/5 включает глюкан и на 1/5 - пентозан. Стенки клеток растворяются не полностью, из них удаляются лишь отдельные группы и тем самым увеличивается их проницаемость. Процесс этого растворения медленно развивается параллельно всасывающему эпителию от зародыша к вершине зерна.
Степень растворения солода определяют следующими методами: в процессе проращивания - эмпирическим способом (путем растирания эндосперма); в готовом солоде - аналитически (проводя анализ среза на рыхлость, осуществляемого преимущественно но длине зерна), фриабилиметром, выявляя мучнистые, полустекловидные и стекловидные зерна; методом окрашивания отшлифованного продольного разреза зерна. Калькофлер окрашивает растворенные части в синий цвет, а нерастворенные части не окрашиваются, что дает представление о его растворимости и однородности. В лабораторных анализах определяют разность экстракта солода тонкого и грубого помолов, а также вязкость конгрессного сусла. На растворение в процессе прорастания могут оказывать положительное действие высокая влажность проращиваемого материала, температура проращивания (примерно до 18 °С), достаточное количество кислорода и, соответственно, продолжительность проращивания. При более высоких температурах проращивания в определенных условиях проявляется более сильная разница между растворением края зародыша и верхней частью зерна. Это проявляется в несколько повышенной вязкости у пробы, отобранной при температуре 17 °С. Повышенная влажность способна уравновешивать другие факторы (например, высокую температуру или более длительный период проращивания), однако при этом необходимо учитывать степень растворения белка. Ячмень с поврежденным зародышем (например, с непроростками) и неравномерность прорастания являются причиной недостаточной рыхлости и однородности растворения. При последующем затирании солода под действием β-глюкансолюби-лазы такой ячмень дает много высокомолекулярного β-глюкана, который невозможно впоследствии достаточно глубоко расщепить эндо-β-глюканазами, чувствительными к температуре. В результате в процессе мойки и фильтрования возникают нарушения (см. раздел 7.7).
1.4.1.2. Расщепление белка происходит с помощью ряда протеолитических ферментов, которые грубо подразделяют на:
эндопептидазы («нротеиназы»), воздействующие на нативный белок и продуцирующие высокомолекулярные продукты распада (например, макро- и полипептиды) и впоследствии олиго- и дипептиды; при длительном воздействии эндопептидаз расщепление идет вплоть до аминокислот; существует большое количество эндопептидаз, расщепляющих пептидную цепочку только в конкретных точках, определяемых типом аминокислотного остатка;
экзопептидазы, атакующие пептидную цепочку снаружи и расщепляющие отдельные аминокислоты; карбоксипептидазы расщепляют аминокислотные остатки с карбоксильной группой, а аминопептидазы - с аминогруппами; дипептидазы неспецифичны ни к одной из этих групп.
Ряд протеолитических ферментов обнаруживаются еще в непроросшем ячмене. Их активность возрастает в несколько раз в зависимости от условий проращивания.
Расщепление белка под действием эндо- и экзопептидаз можно представить следующей схемой:
Белки
Макропептиды
Πолипептиды
Олигонептиды
Дипептиды
Аминокислоты
Эндопептидазы

Экзопептидазы
Это расщепление протекает далее по-разному, в зависимости от соблюдения определенных условий солодоращения, сопровождаясь, например, образованием большего числа высокомолекулярных продуктов распада или большего количества аминокислот. Так как каждая из данных групп имеет значение для свойств готового пива, то расщепление белка должно быть ни слишком низким, ни слишком глубоким: например, аминокислоты важны для питания дрожжей, а полипептиды влияют на пеностойкость и полноту вкуса пива.
Для оценки степени растворения белка сначала определяют количество растворимого азота (в процентах к общему азоту, число Кольбаха). В зависимости от содержания азота в солоде оно колеблется от 35 до 50 % общего азота, причем при условии, что содержание белка составляет 10-10,5 %; приемлемой степенью растворения белка считается 38-42%, соответствующее 600-700 мг растворимого азота на 100 г CB солода. Это количество можно точнее определить с помощью реакции осаждения или иных методов исследования (табл. 1.2).
Таблица 1.2. Распределение азотсодержащих соединений
Содержание растворимого азота 600-700 мг/100 г CB солода
Высокомолекулярные соединения, 20 % Соединения со средней молекулярной массой, 20 % Низкомолекулярные соединения, 60 %
Из них около 33 % - коагулируемый азот Из них около 60 % - формольный азот и около 35 % - α-аминный азот
Расщепление белка затрагивает по преимуществу резервный белок в клетках под алейроновым слоем, поставляющий основное количество водорастворимых белков для питания зародыша. При правильном ведении грядки белок расщепляется лишь в той степени, в какой это необходимо для оптимального растворения. Клеящее вещество при этом практически не затрагивается, и его можно обнаружить в почти неизменном виде в пивной дробине.
Природные белки расщепляются в той или иной степени протеолитическими ферментами. Если содержание альбуминов и глобулинов сначала убывает, а к концу проращивания их содержание возрастает, то содержание проламинов (гордеин) сначала медленно, а затем быстро и неуклонно снижается примерно до 40 % первоначального значения. Аналогичное изменение претерпевают глютелины, которые в конце проращивания вновь синтезируются из низкомолекулярных соединений. По мере снижения содержания белка содержание продуктов его распада возрастает. Содержание общего азота значительно возрастает уже в первые сутки проращивания, особенно при высоких начальных температурах. Как правило, через 4-5 сут оно достигает своего предельного значения. Содержание аминокислот также постоянно растет. При более продолжительном проращивании они вновь расходуются на расщепление преимущественно нерастворимого белка, так что в последние сутки проращивания наблюдается снижение содержания аминокислот. Таким образом, на 4-6-е сут наступает своего рода равновесие между расщеплением белков и их и синтезом, На состояние равновесия можно воздействовать ведением процесса проращивания (табл. 1.3).
Таблица 1.3. Степень растворения белка при различных режимах проращивания
Влажность, % 40 43 46 Степень растворения белка, % 39,5 43,9 46,1 Температура проращивания, °С 13 15 17 Степень растворения белка, % 44,9 43,9 41,9 Продолжительность проращивания, сут 4 5 6 7
Степень растворения белка, % 35,4 38,8 39,8 40,9
Доля CO2 через 3 сут проращивания, % 0 10 20 Степень растворения белка, % 40,9 38,0 42,8 Таблица 1.4. Содержание α-аминного азота при различных режимах проращивания
Влажность, % 39 42 45 48 Содержание α-аминного азота, мг/100 г CB 105 112 136 175 Температура проращивания, °С 12 15 18 Содержание α-аминного азота, мг/100 г CB 150 132 120 Продолжительность проращивания, сут 4 5 6 7 8
Содержание α-аминного азота, мг/100 г CB 125 128 135 145 142
Доля CO2 через 3 сут проращивания, % 0 10 20 Содержание α-аминного азота, мг/100г CB 134 140 159 При высоком растворении белка вследствие высокой влажности проращиваемого материала, пониженной температуры и оптимального времени проращивания содержание высокомолекулярных соединений хотя и возрастает в абсолютном выражении, в процентном отношении снижается. Содержание же низкомолекулярного белка постоянно возрастает. Это соотношение может несколько изменяться при высоких температурах проращивания и применении особых способов солодоращения (например, при перезамачивании).
На растворимость белка влияют свойства ячменя, содержание в нем белка, а также качественный состав белков ячменя. Ячмень с высоким содержанием белка при одинаковых условиях солодоращения в большинстве случаев дает более низкую степень растворения белка, чем ячмень с пониженным содержанием белка. Хотя между растворимостью белка и растворимостью клетчатки не существует явной взаимосвязи, если необходимо достичь желаемой растираемости эндосперма цитолитическому растворению должно предшествовать определенное расщепление белка. На характеристики растворения белка влияют также сорт, место возделывания, степень зрелости и гомогенность партий ячменя. При солодоращении в зародыше корня происходят потери белка (для нормально проросшего ячменя их можно принять равными примерно 10%). Вследствие потерь веществ при солодоращении, например, из-за дыхания и развития зародыша корня, абсолютное содержание белка в свежепроросшем солоде убывает только на 0,01-0,5 %.
Учет данных о расщеплении белка растворимым азотом солода или α-аминным азотом ничего не говорит об изменении доли отдельных аминокислот, важных для процесса брожения, - лейцина, изолейцина или валина. Исследования показали, что при плохом растворении солода (вследствие низкой влажности проращиваемого материала) абсолютное и относительное содержание аминокислот было низким. Аналогичный эффект вызывается более высокими температурами проращивания (18-21 °С).
То же относится и к 5-метилметиони-ну - предшественнику диметилсульфида. При определении свободных аминокислот, как правило, важная циклическая аминокислота - пролин - не определяется. В конгрессном сусле она присутствует в количестве 300-500 мг/дм3, зависящем от сорта ячменя, климата (при континентальном оно меньше, чем при морском), а также от условий проращивания.
Важную роль в физиологическом отношении играют амины, образующиеся путем декарбоксилировапия аминокислот. Так, например, гистамин образуется из гистидина, тирамин - из тирозина, триптамин - из триптофана, а горденин - путем переноса второй метильной группы на тирамин, образуется также грамин из триптофана. Образование аминов при солодоращении является обычным параметром, как и растворение белка или содержание свободного α-аминного азота (табл. 4.19, 4.20), но температура проращивания действует иначе, чем при гидролизе протеинов и пептидов. При высокой температуре проращивания повышается содержание гистамина, горденина, тирамина и триптамина, при повышении влажности повышается содержание гистамина, содержание горденина уменьшается, а количество других аминов достигает максимума при влажности 44 %. Более продолжительное проращивание приводит к увеличению их содержания, причем атмосфера CO2 благоприятна для гистамина (и содержания свободного аминного азота), а для горденина, тирамина, триптамина такое проращивание, наоборот, приводит к снижению их содержания. Последние играют определенную роль как прекурсоры нитрозаминов, образующихся при сушке и подвяливании (см. раздел 1.6.1.2).
1.4.1.3. Расщепление фосфатов. В ячмене содержится около 20 % фосфатов в неорганической форме, а в солоде в результате различных превращений - до 40 %. Фосфатазы, действующие при проращивании, расщепляют эфирные связи фосфорной кислоты и ее кислых солей (первичных фосфатов) с органическими соединениями. Тем самым повышается титрируемая и общая кислотность зерна. Значение pH конгрессного сусла снижается несмотря на повышение буферной емкости, что свидетельствует об усиленном образовании кислоты в зерне, обусловленном не только расщеплением органических фосфатов и переходом в неорганические буферные системы, но и накоплением органических кислот как промежуточных продуктов обмена веществ. Дезаминирование аминокислот и расщепление цистеина способствуют увеличению кислотности солода, которая при проращивании устанавливается обычно на уровне 5,9-6,1.
1.4.1.4. Расщепление крахмала Амилазы (различают α- и ß-амилазы) расщепляют нативный крахмал в мальтозу, ß-Амилаза воздействует на молекулу амилозы или амилопектина с нередуцирующего конца и отщепляет молекулу мальтозы, α-Амилаза, напротив, действует на внутренние связи, причем при этом образуются низкомолекулярные декстрины, содержащие в местах присоединения глюкозных остатков по α-1,6-связи боковые цепочки. Образовавшиеся декстрины становятся доступными для нового воздействия ß-амилазы, но после того, как ß-амилаза гидролизует клейстеризованный при затирании крахмал до мальтозы, оставшиеся негидролизованные декстрины могут быть вновь атакованы α-амилазой. Оба фермента способны расщеплять только α-1,4-связи, так что даже при длительном воздействии в оптимальных условиях может образоваться только около 80 % мальтозы, мальтотриозы и глюкозы. Остаток представлен предельными декстринами с α-1,6-связями. Дальнейшее расщепление декстринов происходит с помощью предельной декстриназы или R-фермента, способствующих разрыву α-1,6-связей, что в амилопектине или олигосахаридах приводит к гидролизу мест разветвления.
Мальтоза подвергается дальнейшему расщеплению мальтазой с образованием глюкозы. Сахароза расщепляется сахаразой до глюкозы и фруктозы.
ß-Амилаза содержится в непроросшем ячмене в свободной и связанной формах и может быть активирована обработкой размолотого зерна протеолитическими ферментами или восстановителями с тиоловыми группами. Латентный фермент связан с нерастворимым протеином дисульфидными мостиками, и во время проращивания он переходит в растворимое состояние и активируется. Лучше всего ß-амилаза активируется при средней влажности проращивания, достигая максимума активности уже на 5-е сут проращивания при повышенном содержании CO2 в окружающем воздухе. Повышение температуры проращивания снижает содержание ß-амилазы.
В зерне, находящемся в состоянии покоя, α-амилаза не определяется, так как она присутствует в латентной форме и активируется во время проращивания. Катализаторами процесса ее образования являются гиббереллины, поступающие в алейроновый слой. α-Амилаза синтезируется аминокислотами.
Расщепление крахмала при солодоращении ограничено. Важнейшей задачей проращивания ячменя является активация и образование амилолитических ферментов (α- и ß-амилазы), так как без них при последующем затирании полное осахаривание невозможно. Свое основное действие оба вида амилаз оказывают лишь во время затирания при расщеплении крахмала до Сахаров и декстринов.
Так как контроль цитолиза или протеолиза осуществляется в основном по физическим или химическим показателям солодовой вытяжки или конгрессного сусла, время осахаривания конгрессного сусла и конечная степень его сбраживания нередко является недостаточно информативными показателями. Так, например, содержание амилаз непосредственно определяют при проведении испытаний различных сортов ячменя в начале сбора урожая или для солода с сильной ферментативной активностью. Их общее действие выявляют при определении диастатической силы (ДС); активность α-амилазы определяют по методам EBC, а активность ß-амилазы - по разности «ДС - 1,2 x активность α-амилазы».
Рост активности α-амилазы возможен лишь при наличии кислорода; ее повышению способствует постепенно повышающаяся влажность проращиваемого зерна, убывающие температуры проращивания, а также длительные сроки проращивания. Как только в ходе проращивания в воздухе вокруг грядок увеличивается содержание CO2, кривая активности α-амилазы выравнивается и идет на спад.
В целом влияние технологических режимов проращивания на активность ß-амилазы сравнительно невелико; она достигает своего максимума раньше, чем α-амилаза.
Количество активной ß-амилазы в непроросшем ячмене составляет от 60 до 200 градусов Виндиша-Кольбаха (°WK) и зависит, прежде всего, от содержания белка в зерне, а также от сорта ячменя, климатических условий, года и места возделывания. Управляя процессом проращивания, развитие амилаз в свежепроросшем солоде можно регулировать следующим образом (табл. 1.5).
Таблица 1.5. Развитие амилаз в свежепроросшем солоде
Влажность проращиваемого зерна, % 40 43 46
Активность α-амилазы, ед. ASBC 58 63 92
ß-амилаза, °WK 322 366 361
Температура проращивания, °С* 13 15 17
Активность α-амилазы, ед. ASBC 68 69 62
ß-амилаза, 0WK 251 263 230
Продолжительность проращивания, сут 1 3 5 7
Активность α-амилазы, ед. ASBC 0 24 50 63
ß-амилаза, °WK 120 247 347 366
Содержание CO2 через 3 сут проращивания, % 0 10 20
Активность α-амилазы, ед. ASBC 74 65 62
ß-амилаза, °WK 316 320 331
* Значения измерены в готовом сушеном солоде.
При сушке солода часть амилаз теряется, причем ß-амилаза более чувствительна к высоким температурам, чем α-амилаза.
Действие амилаз проявляется сначала вблизи зародыша и по мере роста распространяется параллельно всасывающему эпителию. В результате зерна крахмала, граничащие со щитком, постепенно превращаются в различные сахара, которые расходуются на питание зародыша. Потери крахмала в первые сутки проращивания незначительны, однако постоянно увеличиваются в процессе проращивания и достигают примерно 5%.
1.4.1.5. Расщепление липидов. Липазы являются, с одной стороны, эстеразами, расщепляющими глицериновый эфир жирных кислот C16-C18, а с другой - фосфатазами, способными расщеплять фосфолипиды. Согласно последним данным, в зерне, находящемся в состоянии покоя, они не обнаруживаются; активность липаз в зависимости от условий солодоращения растет от щитка к вершине зерна. Важным ферментом для расщепления липидов и соотношения продуцируемых жирных кислот, особенно линолевой и линоленовой, является одна из оксидоредуктаз, а именно липоксигеназа. Она превращает ненасыщенную жирную кислоту в соответствующий гидропероксид. Оксидоредуктазы частично проявляют свою активность еще в непроросшем ячмене, в ходе проращивания их количество увеличивается в 6-8 раз, а при сушке их активность в значительной степени нейтрализуется. Под действием липоксигеназ образуются 9- или 13-линолгидрокси-пероксид. Эти два соединения под действием гидропероксидазы превращаются в (E, Z)-2,6-нонадиеналь, который дает в свежепроросшем солоде запах свежих огурцов. Помимо него образуются и другие ароматические вещества - гексанол, (Е, E)-, (E, Z)-2,4-декадиеналь. Они, как и образующиеся затем предельные альдегиды, непредельные углеводороды, алкандиенали, а также спирты (например, гекса-нол-1) способствуют появлению в пиве специфического аромата солода (см. раздел 7.6.5).
При проращивании в течение 7 сут. происходит снижение содержания жирных кислот на 20-27 %, состав триглицеридов смещается в сторону ненасыщенных соединений. Чем сильнее рост зародыша, тем меньше в нем остается отдельных жирных кислот, вплоть до значений 1,05-1,40 %. Тем не менее большая часть липидов ячменя остается в алейроновом слое. В ячмене, выросшем в сухих погодных условиях, содержится больше липидов.
1.4.1.6. Полифенолы содержатся в цветочной оболочке, алейроновом слое и резервном белке. Из цветочной оболочки их можно частично удалить при замачивании, но абсолютные значения содержания этих соединений изменяются при этом незначительно. Растворение полифенолов эндосперма возрастает по мере прогрессирующего расщепления других групп веществ, например, белков, которое продолжается и при затирании. При этом увеличение содержания антоцианогенов идет интенсивнее, чем общих полифенолов. Это также относится к группе танноидов (молекулярная масса - 600-3000 Д). Все полифенольные фракции растворяются параллельно растворению белка, условия для которого известны: высокая влажность проращиваемого материала, средние или снижающиеся температуры проращивания и повышенное содержание CO2 в окружающем грядку воздухе. На содержание общих полифенолов и их фракций значительное влияние при проращивании оказывают активные оксидазные системы солода (например, с каталазами, пероксидазами и полифенолоксидазами). При интенсивном солодоращении эти ферменты образуются в большом количестве и обладают способностью окислять полифенолы, что наряду с образованием кетоновых групп проявляется также в укрупнении молекулы.
1.4.1.7. Прочие группы веществ. Наряду с гидролитическими ферментами в ячмене присутствуют и другие ферменты, участвующие в обмене веществ. Эти ферменты с различными свойствами вызывают (в аэробных условиях - через промежуточные стадии) образование воды и CO2, при этом, в отличие от гидролиза, высвобождается значительное количество энергии. Тем не менее в отсутствие кислорода протекают анаэробные процессы (например, брожение), при которых образуется меньше энергии (см. раздел 3.2.1.1).
1.4.2. Практические аспекты проращивания
Задача солодоращения заключается в таком управлении сложными процессами проращивания, чтобы изменения веществ в зерне происходили желаемым образом. Для оценки хода и глубины этих процессов на практике выработаны основанные на внешних признаках показатели, среди которых можно выделить две основные группы:
показатели, характеризующие явления в отдельном зерне, - развитие и образование корешка и листа зародыша, возрастающая растираемость (растворение) эндосперма;
показатели, характеризующие явления в грядках, - образование благодаря дыханию водяного пара («пота») диоксида углерода, нагрев прорастающего зерна.
Прежде в токовых солодовнях и при переработке сравнительно небольших партий ячменя измеряли обычно только нагрев грядок (с помощью термометра), а все остальные оценки осуществляли визуально по внешним признакам. Естественно, что при этом первостепенную роль играл опыт солодовщика, выработанное у него «чувство» материала. При применении современных пневматических установок вместимостью 150 т необходимы точные измерения влажности и диоксида углерода, а также фиксация специфических условий проращивания. Солодовщик не выводит новое растение, он лишь направляет превращения в зерне в соответствии с желаемым типом солода, поддерживая в то же время расход веществ на низком уровне. Показателем той или иной степени развития является рост зародыша корешка и листа, а также степень растворения эндосперма.
1.4.2.1. Зародыш корешка оценивают по его длине. Корешки считают короткими, если их длина равна длине зерна, и длинными, если они длиннее зерна в 2-2,5 раза Равномерность роста корешков позволяет сделать вывод о правильном ведении процесса проращивания, хорошем качестве ячменя и равномерном ходе растворения в целом. Большое значение имеют также вид и форма корешков. При холодном ведении токовых грядок они округлы и рыхлы, при быстром росте и теплом ведении - тонки, нитеобразны, легко вянут. Вид корешков является также показателем влагосодержания грядки. С уменьшением влажности корешки вянут и приобретают коричневатый оттенок. В пневматических солодовнях корешки обычно более слабые и развиваются дольше, чем при токовом солодоращении. Сильный рост корешка свидетельствует об увеличении потребления белка, при сильных корешках облегчается удаление влаги при подсушивании и сушке ячменя. После достижения определенной стадии роста корешков для регулирования хода солодоращения проводят технологические операции - например, когда все жизнеспособные зерна равномерно проросли, повышают влажность проращиваемого материала до 38-40 % и более. После раздваивания корешков проводят дальнейшее повышение влажности, повторное замачивание и изменение температуры проращивания.
Развитие корешков ограничивают при очень холодном ведении грядок, пониженной и средней влажности проращиваемого материала (в зависимости от метода 42-44 %), насыщении воздуха грядок CO2, при повторном замачивании. Длительное или проведенное теплой водой повторное замачивание существенно угнетает рост. Развитию корешков способствует теплое, влажное ведение процесса, а также длительное отсутствие ворошения гряд.
Если корешки не развиваются, то такое зерно называют «непроростками». В этом случае ячмень остается сырым. Непроростки получаются в тех случаях, когда в момент замачивания ячмень не прошел стадию послеуборочного дозревания, неправильно хранился или подвергся избыточному замачиванию.
Вместе с тем нежелателен и очень сильный рост корешков, поскольку при этом увеличиваются потери питательных веществ. При высокой влажности, длительной неподвижности или неправильном ворошении грядок солод слеживается, что ведет к неравномерному растворению и окрашиванию. Уже при проращивании из-за неудовлетворительной конструкции ворошителей корешки могут повреждаться и обламываться. Поврежденные корешки, как и проращивание перезрелого ячменя, приводит к чрезмерному развитию зародышевого листка.
Чтобы иметь представление о ходе развития зародыша, необходимо ежедневно определять процентное содержание наклюнувшихся, развиливающихся и непроросших зерен и вносить эти данные в контрольный журнал. То же относится и к контролю развития зародышевого листка.
1.4.2.2. Зародышевый листок оценивают также по длине, сравнивая се с длиной зерна. Выделяют обычно следующие стадии: 0, 1/4, 1/2, 3/4 , 1 и более 1. У непроростков зародышевый листок не развивается. Определенная часть листков достигает длины зерна и даже превышает ее. У светлых солодов зародышевый листок несколько короче, чем у темных. При современных системах солодоращения длина ростка составляет в среднем 3/4 при этом более 84 % ростков должны иметь длину от 1/2 до 1, а у темного солода 75 % ростков - от 3/4 до 1. Зародышевый листок встречается и у высушенного солода, являясь показателем равномерности роста. Он позволяет составить представление о растворимости только при холодном и медленном ведении грядки. Как показатель равномерности роста развитие ростков имеет большое значение: неодинаковая длина характерна для плохо отсортированного, смешанного (негомогенного) или неравномерно прорастающего ячменя. Слишком раннее повышение влажности при проращивании или слишком теплое, не соответствующее влажности материалов, ведение грядок дают очень сильный, но неравномерный рост листа. Если зародышевый листок перерастает длину зерна, говорят об образовании проростков («гусаров»), наблюдающемся при повышенной влажности, слишком теплом ведении солодоращения или затянутых его сроках. Наличие проростков позволяет предполагать чрезмерное растворение и избыточное потребление веществ. Содержание в темном солоде 5-10% проростков представляет собой нормальное явление, в светлом же солоде это свидетельствует о форсированном или слишком продолжительном проращивании. При повреждении зародышевого корешка зародышевый листок обычно развивается слишком интенсивно. По боковому прорастанию зародышевого листка выявляют повреждение цветочной оболочки. Ячмень, проросший уже в поле, отличается повышенной степенью образования проростков.
Длину зародышевого листка, как и зародышевого корешка, можно искусственно регулировать (обычно они взаимосвязаны). Благодаря частому ворошению и особенно многократному опрыскиванию рост листочка усиливается, а при насыщении окружающего грядки воздуха диоксидом углерода, снижении температуры проращивания и увеличении продолжительности повторного замачивания - угнетается. Постепенное и многократное повышение влажности материала также способствует усиленному развитию зародышевого листка.
Мероприятия, проводимые в последние 48-72 ч проращивания для улучшения растворения солода (опрыскивание или повышение температуры грядок), во избежание образования «гусаров» должны осуществляться лишь после оценки роста зародышевого листка.
1-4.2.3. Растворение зерна можно проследить по изменению растираемости эндосперма. Растворение начинается в слое эндосперма, ограничивающем зародыш, а затем проходит в направлении кончика зерна. При этом спинка зерна, по которой продвигается зародышевый листок, растворяется быстрее, чем брюшная сторона. Отдельные партии зерна характеризуются различной растворимостью, благодаря чему растворение эндосперма не может быть произвольно ускорено: если, например, способствовать действию комплексов гемицеллюлаз и пептидаз путем поддержания более высоких температур проращивания, действие фермента усиливается лишь на базальной стороне, а с заостренной стороны зерна растворение не ускорится. В то время как зародышевые листок и корешок быстро и мощно развиваются, изменения в эндосперме отстают: зона растворения стенок клеток больше не соответствует длине листочка. Напротив, если во время фазы растворения проращивание ведется в атмосфере диоксида углерода или при повторном замачивании, растворение проходит дальше, чем следовало бы ожидать на основе анализа растущих органов.
Растворимость ячменя различна: ячмень, бедный белками или выросший в дождливые годы либо в приморских местностях, растворяются при условии равной энергии прорастания и водочувствительности быстрее и глубже, чем богатые белками или выросшие в сухие годы. Крупнозерные ячмени растворяются несколько медленнее, чем мелкозерные, так как растворяющаяся поверхность стенок клеток у последних больше. Растворимость в очень большой степени зависит от сорта ячменя, а также от климатических условий года.
Степень растворения следует оценивать в зависимости от типа получаемого солода. Светлый солод требует хорошего, равномерного растворения, но в более узких пределах, чем темный. При получении темного солода в целях более позднего образования при проращивании красящих и ароматических веществ стремятся к очень глубокому растворению, которое дополнительно интенсифицируют путем соответствующего проведения замачивания.
Если степень растворения недостаточна для данного типа солода, говорят о низкой степени растворения или о «недорастворении». Последнее определяет затрудненную растираемость зерна, которая обычно захватывает только половину зерна и обусловливает небольшую ферментативную силу солода. Такой солод осахаривается в варочном цехе медленнее, дает более низкую конечную степень сбраживания и обеспечивает лишь средний выход экстракта. Из-за недостатка аминокислот брожение может протекать неудовлетворительно, дображивание раньше времени прекращается, а пиво характеризуется низкой фильтрационной способностью. Особенно весомыми эти признаки могут быть тогда, когда недорастворение солода обусловлено неравномерным или неполным прорастанием.
Перерастворенный солод характеризуется полностью растираемым эндоспермом зерна, высоким фильтрационным потенциалом и глубоким расщеплением всех групп веществ. Если даже процесс пивоварения в целом протекает без осложнений, полученное пиво приобретает «пустой», жесткий вкус и недостаточную пеностойкость. Перерастворение с трудом компенсируется затиранием. Слаборастворенный солод до известной степени позволяет (путем интенсификации затирания) достичь удовлетворительного расщепления группы веществ.
Перерастворение солода происходит, если для данного качества ячменя используется слишком высокая степень увлажнения, очень теплое ведение грядок и избыточная продолжительность проращивания.
Недорастворение вызывается слишком холодным, сухим или слишком непродолжительным проращиванием. Неравномерное прорастание ячменей может вызывать оба этих явления в зависимости от того, проводится ли проращивание без учета замедленно прорастающих и соответственно растущих зерен или ожидалось нормальное растворение, которое затем перешло в перерастворение. К нежелательным результатам приводит также «салистое» растворение, которое может иметь место при избыточном опрыскивании и прежде всего при недостатке кислорода (интрамолекулярное дыхание). Такие зерна с трудом высушиваются и дают плохо окрашенный жесткий солод.
В качестве механических методов исследования для контроля цитолиза служат анализ среза, который преимущественно осуществляют по длине зерна (при прочих равных условиях может сравниваться развитие зародышевого листка), проверка полновесности зерна, определение удельной массы зерна, которое подобно массе гектолитра дает подтверждение объемных соотношений в солоде и тем самым заключение о рыхлости. Объективное измерение рыхлости возможно с помощью прибора Брабендера, фриабилиметра или применения методов окрашивания. Калькофлер окрашивает нерастворенные партии (как в реакции с β-глюканом) и дает светло-голубую флуоресценцию, а растворённые партии - в темно-синий. Метиленовый синий окрашивает растворенные части в синий, а нерастворённые части не окрашиваются.
В зависимости от окраски зерна подразделяются на отдельные категории, с помощью которых определяется гомогенность партии. При применении химических методов вполне надежным показателем цитолиза является разность экстрактов солода тонкого и грубого помолов или вязкость, определяемая в конгрессном сусле (особенно при затирании при температуре 65 °C). Целесообразно определять и степень растворимости белка солода, а также (при частой смене сорта ячменя и поступлении его из разных мест) содержание низкомолекулярного азота (азота, определяемого формольным титрованием, и, соответственно, α-аминного азота). Вместо последнего определения достаточно числа Гартонга-Кретчмера (при температурах 20, 45, 65 и 80 °C, особенно VZ 45 °С), которое позволяет не только оценить степень растворения и ферментативную силу солода, но и содержание α-аминного азота (см. раздел 1.8.3).
1.4.2.4. Потребление веществ при проращивании. При прорастании зерно покрывает свою потребность в энергии с помощью дыхания, при котором часть крахмала эндосперма окисляется до образования диоксида углерода и воды. Выделяющееся при этом тепло способствует среди прочего повышению температуры прорастающей грядки.
При нормальных условиях в процессе солодоращения происходит убыль содержания сухих веществ на 8 % (см. раздел 8.1) и окисляется около 4,5% вещества зерна. Это количество включает 4,2 % крахмала с теплотой сгорания 17 388 кДж/кг (4140 ккал/кг) и 0,3 % жиров с теплотой сгорания 39 480 кДж/кг (9400 ккал/кг). Следовательно, при проращивании 1 кг ячменя высвобождается 848 820 кДж (202 100 ккал) тепла. Образуются и другие продукты окисления: 68 кг CO2 и 28 кг воды.
Полученные величины можно использовать как исходные данные для расчета холодильных установок и для определения производительности воздушных вентиляторов. При восьмисуточном традиционном проращивании выделяется следующее количество теплоты на 1 т проращиваемого зерна в час (табл. 1.6).
Таблица 1.6. Выделение тепла на 1 т проращиваемого зерна в час
Сутки проращивания 1 2 3 4 5 6 7 8
Выделяемая теплота, ккал/т • ч 320 520 880 1310 1470 1360 1280 1280
кДж/т • ч 1340 2175 3680 5480 6150 5690 5350 5350
При современных методах ведения гряд, которые предусматривают прорастание уже во время замачивания, максимум достигается раньше, чем в рассмотренном примере: работали преимущественно с влажным замачиванием, при котором прорастание в первые 24 ч идет медленно. Поэтому тепло, выделяющееся на 1-2 сут проращивания, должно отводиться уже во время замачивания. С другой стороны, поскольку процент убыли сухих веществ при сокращенных замачивании и проращивании остается приблизительно тем же, при сокращении этого времени с 8 до 6 сут следует учитывать повышение максимума тепловыделения 9600 кДж/т · ч (2300 ккал/т ∙ ч). Значительное повышение тепловыделения может быть вызвано применением регуляторов роста (см. раздел 1.5.3.9).
1.4.2.5. Условия проращивания. Ростом ячменя и процессом растворения можно управлять с помощью регулирования условий проращивания. В зависимости от температуры, поддерживаемой при проращивании, говорят о холодном и теплом ведении грядки. При холодном ведении грядки проращивание активируется в области температур от 12 до 16 °С, при этом сначала наблюдается слабый, но равномерный рост, замедленное образование и действие ферментов. При таком развитии рост протекает приблизительно параллельно с цитолизом. Большие трудности при токовом солодоращении встречаются в случае холодного ведения грядок так называемого «греющегося» ячменя, которые в первые дни проращивания легко разогреваются и проявляют склонность к высыханию. Греющийся ячмень, обычно недозрелый, а иногда выросший при коротком, жарком и сухом вегетационном периоде, требует для соответствующего растворения более высокого влагосодержания, а в конце проращивания - повышенной температуры. Здесь целесообразно именно во второй половине проращивания (так называемой фазе растворения) применять более высокие (18-20 и даже 22 °С) температуры, но во избежание неравномерности роста и действия ферментов в первые дни проращивания необходимо обеспечить холодное ведение грядок (12-16 °С).
При теплом ведении грядки потери выше. Светлый солод во второй половине солодоращения обычно разогревается, так как это необходимо для достижения необходимого цитолиза. При получении темного солода для процессов глубокого расщепления необходим подъём температур.
В последнее время на современных установках для замачивания и проращивания все более широкое применение находит метод проращивания при снижающихся температурах. Из аппаратов для замачивания материал в равномерно пророщенном и увлажненном состоянии попадает в аппарат для пневматического замачивания при влажности 38-39 % (даже 41-42 %) и температуре 17- 18 0C. Эта температура сохраняется около 2 сут при постепенном повышении влажности. С достижением максимальной влажности в конце биологической фазы проводят охлаждение до температуры 10-13 °C в зависимости от имеющегося в распоряжении времени проращивания и желаемой степени растворения. Сравнительно теплая фаза прорастания при еще невысокой влажности благоприятствует быстрому росту и усиленному образованию ферментов, которое вместо достижения равновесного состояния продолжает возрастать благодаря быстрому охлаждению грядки при одновременном увеличении влажности. Вследствие высокой влажности процессы растворения стимулируются, несмотря на низкие температуры. Зародыш стремится сохранить скорость роста и преодолевает ухудшившиеся жизненные условия благодаря усиленному образованию ферментов. Потери при этом способе меньше, чем обычном солодоращении.
При современных методах солодоращения влажность проращиваемого материала в замочном аппарате поддерживают лишь на уровне, необходимом для равномерного прорастания замачиваемого материала. Наибольшая равномерность прорастания достигается при влажности 38-40%, которую следует поддерживать до момента прорастания всех всхожих зерен. Такая влажность для получения необходимого количества ферментов и желаемой степени растворения неприемлема, и требуется ее увеличение до 44-48 и даже 50 %. Достигается это путем поглощения воды при «мокром» замачивании, путем опрыскивания или заливки грядки. Если на току при правильном его устройстве поддержание нужной влажности не создает трудностей, так как возникающий конденсат замещает испаряющуюся воду, в пневматических системах может возникнуть риск высыхания. В них воздушный поток вряд ли насыщается влагой, тогда как разогрев воздуха в грядке вынужденно обусловливает снижение его относительной влажности, в связи с чем высыхание в грядке тем сильнее, чем больше разность температур поступающего воздуха и проращиваемого материала. Так как влажность материала существенно влияет на изменение веществ в зерне (причем она безусловно доминирует над температурой), большое значение имеет ежедневное определение влажности.
Соотношение кислород-диоксид углерода в замочном аппарате и в первые дни проращивания должно быть в пользу кислорода, так как образование эндоферментов происходит только в присутствии достаточного количества кислорода. На ранней стадии (в биологической фазе) CO2 вызывает снижение жизненной активности зародыша, а на стадии растворения наличие около 3-5 % CO2 может притормозить слишком быстрый рост.
Повышенное содержание CO2 приводит к получению солода, сравнительно обедненного ферментами, но в котором из-за угнетения роста содержится больше низкомолекулярных веществ. Продолжительность проращивания прежде была весьма различной в зависимости от типа солода, его сорта, условий года и т. п. В настоящее время определенное ведение замачивания позволяет достичь ускорения физиологических процессов таким образом, что ячмень после 36-48 ч замачивания уже готов к проращиванию. Общая продолжительность замачивания и проращивания составляет 6-8 сут (1 сут замачивания и 6 сут проращивания или 2 сут замачивания и 5 сут проращивания). В производственных условиях с учетом технико-эксплуатационных особенностей установлен недельный ритм проращивания, позволяющий путем изменения влажности проращиваемого материала добиваться необходимой степени растворения вплоть до получения темного солода. У нормально растворенного солода сокращение продолжительности замачивания и проращивания компенсируется повышением влажности замачиваемого продукта. При равномерном цитолизе степень растворения белка высокая, что для пивоваренных заводов, как правило, нежелательно (см. табл. 1.7).
Таблица 1.7. Показатели солода при разных условиях проращивания
Продолжительность замачивания и проращивания, сут 6 7
Влажность свежепроросшего солода, % 48 45
Разность экстрактов тонкого и грубого помолов, % 1,7 1,7
Вязкость, мПа-с 1,53 1,52
Показания по фриабилиметру/кол-во стекловидных зерен, % 84/1,5 87/1,0
Степень растворения белка, % 42,2 39,8
VZ 45 "С 38,2 37,8
Низкая влажность проращиваемого материала, низкие температуры грядки и насыщение диоксидом углерода увеличивают продолжительность проращивания, а высокая влажность, рассчитанные для нее температуры проращивания и беспрепятственный доступ кислорода это время сокращают.
К условиям проращивания относят также применение ростовых веществ (регуляторов роста) и ингибиторов прорастания. Действие экзогенных, то есть добавляемых извне, гиббереллинов можно поддержать снятием или разрушением оболочек зерна. Применение такого рода добавок в Германии запрещено (см. раздел 1.5.3.9).
1.5. Различные системы солодоращения
1.5.1. Токовая солодовня
Токовая солодовня - самый простой вид солодовен. В настоящее время таких солодовен почти не осталось, но основные особенности токового солодоращения мы считаем все же целесообразным рассмотреть.
1.5.1.1. Помещение для солодоращения (ток) не должно зависеть от колебания наружных температур, и температура в нем должна оставаться одинаковой - от 10 до 12 °С. Если ток легко нагревается, встает вопрос о целесообразности холодного ведения гряд. Если ток слишком холодный, увеличивается продолжительность проращивания, которое в этом случае длится до тех пор, пока в замоченной грядке за счет жизнедеятельности зерна не будет достигнута желаемая температура проращивания.
Поэтому старые токовые солодовни сооружали, как правило, под землей.
Только при неблагоприятных условиях для строительства, например в случае высокого уровня залегания грунтовых вод, ток располагали над землей, в несколько этажей друг над другом. В этом случае требовалась соответствующая изоляция стен и сводов. Фундамент тока не должен оказывать влияния на влажность и температуру свежепроросшего солода. Самым хорошим материалом основания тока является глина. При ее отсутствии изоляцию тока от естественного грунта обеспечивают за счет использования слоев из разных материалов - снизу 30 см гравия или щебня, 30 см утрамбованной глины и, наконец, собственно покрытия тока из плиток или цементной стяжки. Такое покрытие пола должно быть долговечным, гладким и бесшовным. Небольшой уклон служит для стока воды; он оканчивается трапом с канализационным сифонным затвором. Сточные ямы следует герметизировать; их чистку производят механически и дезинфицируют хлорсодержащими средствами (хлорной известью, хлорным белильным щелоком).
1.5.1.2. Искусственное охлаждение токов осуществляется эффективно с помощью систем охлаждения с использованием рассола, аммиака или фреона F22. Устройства охлаждения во избежание высыхания или прорастания грядки должны монтироваться на своде тока. Высыхание происходит вследствие конденсирования влаги из воздуха на трубах системы охлаждения, а прорастание - в результате отпотевания труб. Поэтому под трубами необходимо разместить сточные желоба. На небольших токах системы охлаждения размещают также на стенах, однако снижения влажности грядки полностью избежать не удается, в связи с чем в период проращивания ее следует орошать 1-2 раза. Использование систем охлаждения увеличивает продолжительность солодоращения, существенно повышает производительность тока и обеспечивает поддержание необходимых условий проращивания. Искусственное подогревание тока достигается с помощью печей или радиаторов отопления, но при этом возникает опасность высыхания гряд. Обычно на холодных токах грядки делают более высокими.
1.5.1.3. Влажность воздуха имеет такое же значение, как и температура помещения токовой солодовни. Грядка склонна к высыханию, если относительная влажность воздуха не превышает 95 %. Влажность воздуха зависит от его количества и его смен на току. Количество воздуха определяется в первую очередь высотой помещения, которая не должна превышать 3-4 м. На слишком высоких токах невозможно поддерживать влажность воздуха из-за его избыточной циркуляции, что приводит к высыханию гряд. Недостатком очень низких токов является появление затхлости в помещениях, что вынуждает чаще проводить воздухообмен. Высота тока должна быть по возможности одинаковой. Наличие балок и углов затрудняет проведение равномерного вентилирования помещения тока.
Воздухообмен на токах не должен быть слишком частым. Во избежание высыхания гряд следует избегать сквозняков. Для вентиляции служат воздушные каналы, проложенные в стенах тока. Использованный воздух отводится наружу в самой высокой точке помещения. Воздушные каналы должны иметь достаточный диаметр, снабжены затворами и скосы вниз во избежание забивки. Следует избегать нерегулируемого подвода воздуха через вытяжку и плохо закрывающиеся двери и окна. Применение вентиляторов для проветривания токов обычно даст отрицательный эффект. Влажность воздуха определяют с помощью психрометров и гигрометров, фиксируя данные в специальном журнале.
1.5.1.4. Площадь тока определяет его производительность и зависит от высоты грядок. При 10-12 °C 100 кг ячменя дает 3,2-3,6 м3 свежепроросшего солода. Поскольку в стадии самого сильного роста высота грядки может быть около 9-10 см, на 1 т ячменя требуется 32-36 м2 площади тока. С 1 м2 свежепроросший солод можно получить приблизительно из 30 кг ячменя (в зависимости от температуры тока).
1.5.1.5. При проращивании материал не следует подвергать действию света. Количество окон во избежание колебаний температуры необходимо ограничить, в связи с чем на току требуется искусственное освещение.
Чистку токов проводят обычно щетками и метлами, но применяют также и моечные аппараты высокого давления с использованием простых дезинфицирующих средств (например, извести). При длительном простое токов целесообразно провести их чистку и дезинфекцию хлорсодержащими средствами. К помещению тока необходимо обеспечить подвод воды.
1.5.1.6. Ведение растильной грядки на току. Закладку зерна на току всегда производят без воды, то есть в период воздушной паузы замачивания или после предварительного спуска замочной воды. Для хода процесса проращивания большое значение имеет распределение материала. От высоты влажной грядки зависят скорость высыхания и начало прорастания зерна, поскольку оба эти процесса развиваются уже в аппарате для замачивания. Если зерно было замочено слабо, грядку делают высотой 30-40 см. В этом случае на току проводят «дозамачивание», при котором зерно поглощает адгезионную воду. Ведение грядок на более теплом току обычно требует орошения. Высокие грядки расширяют, чтобы не допустить слишком быстрого повышения температуры и равномерно поддержать начало проращивания в наклюнувшейся растильной грядке. Невысокий (15-20 см) слой гарантирует сохранение низких температур.
В сухой растильной гряде наблюдаются заметные признаки прорастания: образование корешков (если оно уже не произошло в замочном аппарате), повышение температуры и отпотевание. Поэтому крайне важно сразу позаботиться о том, чтобы начало процесса жизнедеятельности протекало не слишком быстро. Ведение грядки необходимо построить таким образом, чтобы сохранялась возможность правильного регулирования процесса прорастания, то есть согласования действия ферментов внутри зерна внешним признакам роста. Если гряда перегреется уже вначале, то процесс может стать неуправляемым. Средством предупреждения слишком быстрого роста является охлаждение гряды путем увеличения ее поверхности. Возможность выбора высоты слоя проращиваемого материала является основным преимуществом токовой солодовни.
Вторым основным средством регулирования роста и обмена веществ является ворошение - это работа, требующая наблюдательности, многолетнего опыта и добросовестного отношения.
Вторым фактором, с помощью которого можно регулировать обмен веществ и рост, является ворошение грядки. Ворошение преследует цель выравнивания температуры и влажности путем эффективного перемешивания и перекладки проращиваемого материала, что препятствует «схватыванию» грядки (прорастанию корешков друг в друга) и обеспечивает доступ свежего воздуха к проращиваемому материалу. Ворошение должно проводиться своевременно и в нужных местах. Слишком частое ворошение без необходимости снижает влажность материала, слишком сильно его охлаждает и интенсифицирует дыхание благодаря подведению кислорода. Целесообразнее проводить охлаждение материала путем «распускания», а не с помощью частого ворошения грядки. При не слишком низкой температуре наружного воздуха окна и вентиляционные отверстия во время ворошения могут оставаться открытыми. После ворошения их закрывают.
Если влажную грядку ворошат 2 раза в сутки, то наклюнувшуюся грядку можно ворошить 3 раза. Грядка должна иметь одинаковую высоту во всех точках тока, за исключением особо холодных и теплых мест, а также мест, подверженных сквознякам. На 3-й сут проращивания усиливаются рост, образование корней и ростков листа. Молодую грядку распределяют по наибольшей площади тока, чтобы обеспечить не слишком быстрый и глубокий ход процессов жизнедеятельности, причем в зависимости от температуры высота грядки составляет 9-10 см. Предельная температура молодой гряды - 15-16 °С, и превышать ее недопустимо. В зависимости от состояния роста ворошение молодой грядки проводят, как правило, примерно через 8 ч. На 5-е сут. наступает стадия так называемой «растущей» грядки. Солодоращение легкорастворимого ячменя можно вести дальше при одинаковой температуре, как и молодую грядку. При работе с трудно растворимым ячменем или при получении темного свежепроросшего солода температура грядки на этой стадии ежедневно поднимается на 1-2 °C.
Ворошение проводят 2 раза в сутки. Нередко при скудном замачивании у ячменей, выросших в жарких и сухих условиях, а также на сухих и продуваемых токах, активность роста падает. Отпотевание после ворошения идет медленно, нагревание гряды затормаживается. При появлении признаков недостаточной влажности процессы жизнедеятельности необходимо искусственно стимулировать путем дополнительного увлажнения, и грядку опрыскивают водой из садовой лейки или опрыскивателя. При этом температура воды должна быть равной температуре грядки, а на очень холодном току - несколько теплее. В зависимости от момента прорастания орошение проводят на 4-е, самое позднее - на 5-е сут проращивания. Более позднее орошение применяют главным образом при получении темного свежепроросшего солода.
На 6-е сут энергия прорастания идет на убыль, изменения в зерне ослабевают, а повышение температуры замедляется. Если в первые 4-5 сут жизненные процессы искусственно тормозят путем распускания грядки, то начиная с 6-х сут их интенсивно стимулируют. Это осуществляется за счет схватывания растильной грядки: грядку оставляют без ворошения на 24 ч и дольше. Тем самым не только интенсифицируется рост - из-за более редкого ворошения корешки прорастают друг в друга, а сама гряда образует единую сросшуюся массу. Происходит обильное отпотевание, температура несколько повышается. Схватывание гряды используется для достижения лучшего растворению ячменя, особенно при получении темного, хорошо растворенного солода или при солодоращении труднорастворимого ячменя. В последнем случае рекомендуется применять двукратное схватывание: так, например, на 5-6-е сут в течение 16-18 ч грядкам дают «схватиться», а затем на 6-7-е сут их оставляют в покое на 24 ч. Для легкорастворимого ячменя схватывание вообще не требуется или необходимо лишь частично. Благодаря насыщению грядки CO2 дыхание свежепроросшего солода сокращается. Поэтому, а также вследствие ослабления роста повышается содержание в зерне низкомолекулярных веществ (сахаров, аминокислот). Температура схваченной гряды составляет 18-22 °С. На 6-7-е и последующие сутки приходится стадия так называемой старой грядки. Отпотевание и рост постепенно прекращаются, ворошение требуется все реже. При достижении необходимой степени растворения свежепроросший солод подается на сушку. Прежде длительность проращивания составляла 7-8 сут для светлого солода и 8-11 сут - для тёмного. Последний часто оставляли в последние два дня на так называемом замочном току, особенно если грядки должны были сушиться в несколько партий. Выведение ячменя, богатого ферментами, и современная технология замачивания с контролем влажности проращиваемого материала позволяют даже для темного солода ограничиться проращиванием в течение 6-7 сут.
Оптимальными являются температура 10-12 °C и влажность 90-95 %. Температуру выбирают в зависимости от растворимости ячменя и регулируют путем изменения площади поверхности грядки. Возможность последнего определяется вместимостью тока. Установленная при замачивании 43-45 %-ная влажность сравнительно легко поддерживается па току.
Надежным, используемым на практике критерием интенсивности дыхания и обмена веществ является также отпотевание. Если, однако, поддержание влажности в грядках на току несложно, то увеличение влажности грядки более чем на 2-3 % оказывается затруднительным. Орошение интенсифицирует рост и дыхание, усложняя поддержание желательной температуры гряды. При получении темных солодов это имеет значение лишь в конце проращивания. На этом основании можно заключить, что влажность грядок, предназначенных для переработки на току, необходимо доводить при замачивании до максимально возможной величины, в крайнем случае лишь на 2 % ниже максимальной. Это, правда, приводит к увеличению времени замачивания.
Образующийся в процессе дыхания диоксид углерода стекает по грядке токовой солодовни. Его количество при тонком слое грядки составляет не более 1-2 %, и лишь в первые дни проращивания и при растаскивании грядки оно немного повышается. Специально подавать воздух не требуется, поскольку происходит достаточный воздухообмен.
1.5.1.7. Производительность токовой солодовни зависит от размера тока, потребности в площади для свежепроросшего солода, продолжительности всего цикла солодоращения, а также от продолжительности собственно проращивания. Если солод готовят 240 дней в году, то при продолжительности 7 сут можно сделать примерно 34 загрузки. Если на 1 м2 площади тока располагается 0,35 ц ячменя, то на 1750 м2, общей площади 7 токов по 250 м2, в 7 грядах по 87,5 ц поместилось бы 612,5 ц ячменя. При 34 загрузках это соответствует производительности 20 825 ц ячменя.
Контроль температуры грядок токовой солодовни ведут термометрами, устанавливаемыми в разных точках грядки примерно на 2 см выше уровня пола. При этом следует отдавать предпочтение регистрации температуры в виде графика.
Токовая солодовня представляет собой самый естественный способ солодоращения, однако у нее имеются экономические недостатки. Из-за зависимости от температуры наружного воздуха и климатических условий возможности использования таких токов невелики, а их производительность существенно колеблется. Этот недостаток лишь частично компенсируется искусственным охлаждением. Потребность в площади довольно велика и составляет для 100 кг ячменя 3,2 м2, что требует значительных затрат на строительные работы и ремонт сооружений. Высоки также производственные затраты. На токовой солодовне ворошение зерна необходимо проводить 12-16 раз, из-за чего требуется большое число квалифицированных рабочих. Производительность труда солодовщика при ворошении зависит от стадии солодоращения и составляет при ворошении влажной грядки 50 нем. ц/ч, молодой - 35 нем. ц/ч, схваченной грядки (включая встряхивание) 25 нем. ц/ч и всего - 200 нем. ц/чел, включая вспомогательные работы при выгрузке и перемещении гряды, мойке тока и т. д.
1.5.2. Пневматическая солодовня
Для всех пневматических систем солодоращения характерным является ведение процесса в высоком слое. Это возможно, если проращиваемый материал охлаждается воздушным потоком, насыщенным влагой. Такое постоянное и достаточное охлаждение грядки без удаления при этом заметного количества влаги является важнейшей, но и труднейшей задачей пневматического солодоращения. При высоком слое проращиваемого материала с интенсивной энергией роста охлаждение требует значительного избытка воздуха. Другим важным требованием, предъявляемым к воздушному потоку, является поддержание желаемой влажности проращиваемого материала. Задача эта непростая, так как воздух в грядке нагревается и обладает способностью забирать влагу у проращиваемого материала. Пo этой причине в грядке не может происходить отпотевания. Кроме того, воздушный поток должен удалять образующийся при дыхании диоксид углерода и доставлять к материалу свежий воздух. Расход воздуха при этом невелик.
Каждая пневматическая солодорастильная установка состоит из двух частей: устройства для кондиционирования и аэрации и собственно солодорастильного аппарата.
1.5.2.1. Устройства для аэрации для всех пневматических систем солодоращения принципиально одинаковы. Для правильного функционирования солодорастильных установок решающее значение имеют их правильная конструкция и расчет. Аэрирующие устройства состоят из:
элементов, служащих для подготовки воздуха, продуваемого через проращиваемый материал (темперирующие и увлажняющие установки);
системы воздуховодов, служащих для подвода свежего и отвода отработавшего воздуха;
вентиляторов.
1.5.2.2. Устройства для очистки свежего воздуха желательно применять, если в зависимости от положения всасывающего отверстия возможно загрязнение воздуха пылью и микроорганизмами, что приводит к усиленному образованию на аспирационных установках биологической пленки. Специальную очистку воздуха применяют очень редко. Осуществляют ее путем промывки воздуха тонко распыленной водой наподобие увлажнительных установок.
1.5.2.3. Устройства для поддержания температуры используют для доведения температуры наружного воздуха до 10-16 °С, необходимой для проращивания. Наружный, а также отводимый из грядки и повторно используемый воздух очень редко соответствует требуемой области температур, в связи с чем зимой, а также при подаче в свежезамоченные грядки воздух должен подогреваться. Летом, в теплые весенние и осенние дни, а также при интенсивном росте материала наружный и рециркулирующий воздух может быть перегрет и требует охлаждения. В старых установках кондиционирование подаваемого воздуха скомбинировано с увлажнением. Из-за высокого водопотребления предусматривается разделение агрегатов для охлаждения и увлажнения.
Паровые радиаторы осушают подводимый воздух; поэтому они должны нагреваться сильнее, чем обычно (например, до 15-16 °С), поскольку при последующем насыщении воздуха путем распыления воды снова происходит охлаждение. Другая возможность нагревания воздуха состоит в использовании рециркуляционного воздуха. При этом воздух, выходящий из гряды, в зависимости от требуемой температуры смешивают со свежим воздухом. В крупных установках этот тип кондиционирования воздуха хорошо себя зарекомендовал.
Охлаждение воздуха достигается или с помощью распыления холодной воды или благодаря собственной системе охлаждения, в которой используется рассол, ледяная вода (температурой 0,5 °С) или хладагенты, например, аммиак или фреон.
При охлаждении воздуха водой существуют две физические возможности:
охлаждение вследствие испарения воды, возможное только в том случае, если охлаждаемый воздух не насыщен водяными парами;
контактное охлаждение, то есть прямая теплопередача от охлаждаемого воздуха к воде.
Такое охлаждение тем эффективнее, чем больше степень распыления воды и продолжительность контакта воды с воздухом. При высоких наружных температурах водяного охлаждения уже недостаточно. Некоторое улучшение дает охлаждение воды, однако общепринятым средством в настоящее время является прямое охлаждение воздуха системами охлаждения. Если рассол в качестве хладагента в настоящее время применяют все реже, то гликоль или ледяную воду температурой 0,5-1 °С- все чаще. Прежде всего, применение ледяной воды помогает избежать появления пиков тока благодаря аккумулированию холода. В настоящее время аммиаку отдается предпочтение по сравнению с фреоном (F22 вместо F12), так как с его помощью легко обнаруживаются неплотности в системе. Во избежание обледенения холодильника температура хладагента поддерживается около 0 °С. Система охлаждения должна быть рассчитана с учетом «пиков тепловыделения», возникающих в результате дыхания грядки, а также температуры необходимого количества свежего воздуха и планируемого способа ведения грядки. В случае применения традиционных методов солодоращения необходимая производительность охладителя составляет около 6270 кДж (1500 ккал)/т • ч; современные методы (например, солодоращение с дифференцированным орошением и понижающимися температурами проращивания) благодаря более короткому циклу обработки в целом характеризуются пиками, которые следует рассчитывать с запасом около 50 %. Таким образом, производительность испарителя должна составлять для условий ФРГ 9600 кДж (2300 ккал)/т · ч, причем для некоторых систем эти величины могут быть и выше.
Как правило, системы охлаждения снабжены вентилятором, что позволяет осуществлять автоматизированное управление процессом проращивания.
1.5.2.4. Искусственное увлажнение воздуха необходимо, так как всегда существует риск высыхания прорастающего зерна, причины которого заключаются в следующем:
движущийся с большой скоростью поток воздуха вызывает испарение поверхностной влаги и высушивание;
поступающий к проращиваемому зерну воздух должен быть холоднее, чем грядка, а при прохождении через материал он нагревается и приобретает способность поглощать влагу; поэтому чем больше разность температур поступающего воздуха и прорастающего зерна, тем выше водопоглощающая способность воздуха и степень осушения проращиваемого материала;
постоянный поток воздуха препятствует отпотеванию в зерне, так как большая часть водяных паров, образующихся при дыхании проращиваемого материала, поглощается воздухом и отводится вместе с ним. Для компенсации этих неизбежных потерь влаги в поток воздуха должна вводиться распыленная вода. Это искусственное избыточное увлажнение воздуха осуществляют с помощью распылительных форсунок. В старых установках их располагали в специальных увлажнительных башнях, а в новых (с собственными камерами кондиционирования) - в канале подачи воздуха перед проращиванием. Для увлажнения воздуха применяют также ротационные форсунки.
С учетом короткого пути воздуха, интенсивно увлажненного форсунками или дисковыми распылителями, следует обращать внимание на то, чтобы капли воды не попали через сушильную решетку на проращиваемый материал. Существует опасность прорастания в этой зоне корешков зародыша через прорези решетки и блокирования тем самым прохода воздуха, что приводит к частичному нагреванию гряды. Увлажнительные башни располагают непосредственно перед солодорастильным аппаратом, чтобы воздух, идущий от вентилятора, поступал в солодорастильный аппарат наиболее коротким путем без нагревания или осушения. Эти башни должны быть легкодоступными и снабжены необходимыми устройствами для очистки распылительных форсунок и стен башни. Увлажнение воздуха происходит в башнях с помощью распылительных форсунок, в которых вода в большинстве случаев подается по узкому отверстию форсунки на отражательный элемент и таким образом распыляется. Образовавшееся облако водяной пыли захватывается проходящим воздухом. Важная предпосылка успешного распыления - чистота форсунок, зависящая от степени водоочистки. Применение жесткой воды, содержащей карбонаты, так же проблематично, как и воды, получаемой в водосборниках из увлажнительных башен и применяемой повторно.
В настоящее время разработаны сравнительно простые, высокоэффективные и легко очищаемые конструкции форсунок. Степень распыления тем выше, чем меньше отверстие форсунки и чем больше давление, иод которым подается в нее вода (обычно 0,2-0,3 MПa). При слишком низком давлении не достигается нужная степень распыления воды, и для повышения давления следует устанавливать специальный насос. Большое значение имеет и размещение форсунок в увлажняемом пространстве: их следует располагать так, чтобы водяное облако не попадало на стены и чтобы рассеивающиеся конусы воды не пересекались (в таких случаях вода используется не оптимально). Количество форсунок зависит от расхода воздуха, конструкции и размера помещений. Расход воды на одну форсунку составляет при нормальном режиме 1-1,5 л/мин.
С точки зрения наиболее экономного расходования воды должны работать столько форсунок, сколько требуется для получения заданной температуры воздуха. Чтобы уменьшить значительный расход воды, распыленную ее часть, которая собирается на полу помещения для увлажнения, направляют в сборник («приямок») для воды, рассчитанный с запасом. Его вместимость должна примерно соответствовать общему расходу воды на 3 ч производства. Поддержание сборника для воды в чистоте имеет большое значение, так как в противном случае вся увлажнительная установка покрывается слизью.
Высокую степень распыления воды обеспечивает турбораспылитель. В закрытом увлажнительном барабане смонтированы вентилятор, устройство для распыления воды и электродвигатель в водонепроницаемом кожухе. Распылитель устанавливают непосредственно у входного отверстия для воздуха аппаратов для проращивания.
Рециркуляционный воздух, отводимый из солодорастильного аппарата, характеризуется высокой степенью насыщения. Если он охлаждается холодильной системой (холодильником для рециркуляционного воздуха), происходит его полное насыщение, даже частичное выделение влаги из воздуха. Таким образом, для достижения равномерной высокой влажности подаваемого воздуха применение рециркуляционного воздуха весьма эффективно. Дополнительное увлажнение с помощью турбораспылителя или нескольких рядов форсунок необходимо, так как прохождение воздуха по каналам зачастую сопровождается его осушением.
Вызванные охлаждающим воздухом потери влаги в прорастающем зерне компенсируются дополнительными опрыскиваниями или установлением изначально более высокой влажности проращиваемого зерна (например, 50 % вместо 47 %), но это может привести к дополнительному образованию «гусаров» и слишком высоким потерям солода.
Потребность в воде изменяется в течение всего периода проращивания в зависимости от заданных условий (климат, температура воды, ведение грядки, получение рециркуляционной воды, прямое контактное охлаждение) в очень широких пределах. Расход воды при проращивании в течение 7-ми сут. (увлажнение в течение 158 ч) включает расход её на:
охлаждение (контактное или испарением) только свежей воды - 30 м3/т;
использование рециркуляционной воды в зависимости от добавления свежей воды - 2,5-5 м3/т;
насыщение воздуха турбораспылите-лем - 0,5 м3/т;
последующее увлажнение непосредственно охлаждаемого воздуха в зависимости от добавления свежего воздуха - 0,1-0,5 м3/т.
При прочих равных условиях расход холодной воды при использовании противоточного конденсатора холодильного агрегата составляет 30 м3/т, при наличии установки рециркуляционного охлаждения или испарительного конденсатора - 3 м3/т и может быть равен нулю при применении воздушного конденсатора. Для подогрева замочной воды можно использовать комбинацию из воздушного конденсатора, установленного на входе свежего воздуха сушилки, и двухтрубного конденсатора.
1.5.2.5. Система воздуховодов должна быть выполнена таким образом, чтобы исключить изменение температуры и влажности воздуха. Свежий воздух подводят к установке только снаружи, причем канал для свежего воздуха рассчитывают с запасом. По каналу для рециркуляционного воздуха к вентилятору подводится воздух, выходящий из солодорастильного аппарата. Такой канал может быть отдельным для каждой секции или общим для нескольких солодорастильных аппаратов ящичного типа. В канале для сбора рециркуляционного воздуха создается резерв для бедного кислородом, увлажненного и темперированного воздуха, который с успехом может применяться для ведения грядок. Для понижения температуры рециркуляционного воздуха используют системы распылительных форсунок или отдельный холодильник для рециркуляционного воздуха. Канал для отвода воздуха проектируют так, чтобы обеспечить вывод воздуха без дополнительных сопротивлений.
Все воздуховоды должны быть по возможности короткими, прямыми, гладкими внутри, удобными для осмотра и чистки, а также иметь постоянное сечение соответствующего размера.
Управляющая арматура (клапаны свежего, обратного и отводимого воздуха или соответствующие жалюзи) должны обеспечивать заданное дозирование отдельных порций воздуха. Блокирующий шибер в открытом состоянии не должен менять свойства воздуха, а в случае необходимости он должен обеспечивать полное прекращение подачи воздуха.
1.5.2.6. Вентиляторы. Перемещение воздуха основано на разности давлений. Для этих целей применяются напорные и всасывающие вентиляторы, которые конструктивно могут быть выполнены как центробежные или осевые вентиляторы. С технологической точки зрения предпочтительнее осевые вентиляторы, потому что в этом случае воздух благодаря сопротивлению грядки равномерно распределяется снизу проращиваемого материала, и во всех точках под грядкой создается одинаковое избыточное давление. В системах всасывания воздуха, напротив, может возникнуть ситуация, когда отдельные партии свежепроросшего солода аэрируются интенсивнее других участков.
Представление о производительности вентилятора, состоянии солодорастильного аппарата, регулировочном положении воздушных шиберов и, наконец, о проницаемости проращиваемого материала, к примеру, до или после ворошения дает измерение разности давления между верхним и нижним слоем грядки.
Количество воздуха для охлаждения и вентиляции проращиваемого зерна по технологическим и экономическим соображениям должно быть возможно меньше и соответствовать той или иной стадии роста. Чем больше воздуха, тем меньше разница температур между поступающим воздухом и проращиваемым зерном, но тем больше потребление электроэнергии. Кроме того, слишком сильная вентиляция может приводить к ускоренному высыханию зерна. Очень важно обеспечить равномерность вентиляции, поскольку при ее неоднородности изменяются влажность и температура проращиваемого материала, нарушается ход ферментативных реакций. Вентиляцию проводят или периодически, или непрерывно. Непрерывная вентиляция более предпочтительна, так как при этом улучшается равномерность формирования температур в грядке и меньше меняется влажность и нарушается рост. В зависимости от стадии проращивания производительность вентилятора составляет 300-700 м3/т в час. При периодической вентиляции требуется более высокий расход воздуха, так как охлаждение i-рядки должно быть достигнуто за более короткий срок. Требуемая производительность вентилятора составляет при этом 1000-1500 м3/т в час на грядку.
1.5.2.7. Автоматическое регулирование температуры. Внедрение искусственного охлаждения позволило осуществлять термостатическое управление температурой проращиваемого зерна соответствующим регулированием температуры подаваемого воздуха, причем соотношение между свежим и рециркуляционным воздухом задается вручную заранее. Соотношение температур подаваемого воздуха и проращиваемого материала зависит также и от количества подаваемого воздуха, то есть от производительности вентилятора. Путем установки разности температур, например 2 °С, возможно регулировать частоту вращения вентилятора. Если разность температур увеличивается, то вентилятор переключают на более высокую частоту вращения; а если уменьшается - на более низкую. Зимой, естественно, использование холодильной установки излишне, что позволяет экономить электроэнергию.
1.5.2.8. Энергопотребление пневматических установок зависит от возможностей аэрации и охлаждения, от высоты проращиваемого слоя (чем выше удельная нагрузка, тем больше давление и тем выше энергозатраты), от сечения каналов и т. д. Потребность в энергии при вентиляции солодорастильных аппаратов ящичного типа рассчитывается следующим образом. При 150 ч проращивания необходимы 136 ч аэрации, из которых 100 ч - с низким числом оборотов и 36 ч - с высоким, так что при КПД двигателя φ = 0,85 требуется солодорастильный аппарат на 80 т свежепроросшего солода с мощностью двигателя 2,2 и 9 кВтч. Таким образом потребность в электроэнергии составляет в среднем 5,8 кВтч/т ячменя или 7,2 кВтч/т солода.
Потребность в электроэнергии для холодильной установки в среднем при 18 ч работы и 330 рабочих днях в год с КПД 80 % составляет 35 кВт · ч/т ячменя или 44 кВт • ч/т солода. Экономия возможна однократно путем целенаправленного насыщения CO2 или путем регулирования смеси «свежий воздухрециркуляционный воздух», если позволяет наружная температура воздуха. Высокие температуры конденсации (например, при конденсации воздуха в летние месяцы производства) могут привести к повышенному потреблению электроэнергии. Снизить температуру конденсации и при этом предоставить в распоряжение замочную воду требуемой температуры позволяет последовательно подсоединенный двухтрубный конденсатор.
1.5.3. Оборудование для проращивания в пневматических солодовнях
Существует много пневматических солодорастильных аппаратов, среди которых выделяют два основных типа - барабанный и ящичный.
1.5.3.1. Солодовня барабанного типа. Среди различных вариантов конструкций на рынке смогли утвердиться в основном два - барабан системы Galland и барабан для проращивания ящичного типа (барабанный солодорастильный аппарат с плоским ситом).
Барабан системы Galland, аналогичный солодорастильному аппарату с ситчатыми трубами, впервые был применен в 1880 г. и в своей первоначальной форме применяется вплоть до настоящего времени. Он представляет собой цилиндр из кованого металла, закрытый с обеих сторон днищами и опирающийся на четыре опорных ролика. В днищах предусмотрены воздуховоды, через которые подводится и отводится вентиляционный воздух. Поток воздуха поступает сначала в отделенную от основного объема воздушную камеру, от которой по всей длине барабана проходят ситчатые полутрубы. В небольших конструкциях они полукруглые, а в более крупных -круглые. В центре пространства барабана расположена широкая центральная ситчатая труба, служащая для отвода воздуха и присоединенная к отводному воздуховоду через регулирующий шибер. При аэрации прорастающего зерна (прежде осуществлявшейся исключительно с помощью вытяжных вентиляторов, а в настоящее время - нагнетательными) воздух поступает через воздушную камеру в продольные каналы, проходит через проращиваемый материал и отводится через центральную трубу. При этом каждый воздушный канал, который при вращении барабана поднимется вверх, запирается с помощью так называемого маятникового шибера. Поскольку барабан заполняют примерно лишь на две трети, иначе воздух проходил бы преимущественно в верхних слоях свеже-проросшего солода, что неизбежно приводило бы к неравномерности аэрации.
Ворошение проращиваемого материала осуществляется за счет медленного вращения барабана с помощью червячной шестерни, находящейся в зацеплении с червяком и размещенной на одном из бандажей барабана. Один оборот барабана занимает 25-45 мин. Для ворошения проращиваемого материала используется меньшая скорость, при заполнении и разгрузке - большая. При вращении поверхность прорастающего зерна приобретает наклонное положение, и проращиваемый материал медленно сползает, благодаря чему ворошение происходит очень аккуратно и равномерно. Вместимость барабана рассматриваемой конструкции - максимум 15 т, усовершенствованных барабанов - до 25 т.
Наиболее широкое применение нашла коллекторная аэрация с вытяжным вентилятором. Недостатком этой централизованной аэрации является то, что воздух направляется после самой холодной грядки. При температуре проращиваемого зерна 12 °C это соответствует температуре подаваемого воздуха 10 °С. Для прорастающего зерна в стадии развития благодаря этой низкой температуре воздуха требуется сравнительно небольшое его количество, однако при нагревании этого воздуха с 10 до 15 или даже до 18 °С его относительная влажность снижается со 100 до 80 и 60 % соответственно с сильной потерей влаги свежепроросшим солодом. Высыхание зерна компенсируют разбрызгиванием воды. Вытяжная вентиляция также несвободна от недостатков. Разрежение на входе воздуха составляет примерно 49 Па (5 мм вод. ст.), а на выходе - до 392 Пa (40 мм вод. ст.). Неравномерность аэрации обусловлена изменением толщины слоя зерна при вращении барабана. Кроме того, со стороны выхода, к которой вентилятор расположен ближе, степень аэрации всегда больше, чем на входе. Прорастающее зерно здесь всегда холоднее и сильнее осушается. Для компенсации неравномерности указанных процессов, обусловленной конструктивными особенностями, свободный проход на выходном конце центральной трубы уменьшают по сравнению с проходом на входе путем сокращения числа отверстий.
Воздух определенной температуры и влажности подают к отдельным барабанам от центрального кондиционера но заложенному в стене короткому и прямому главному воздушному каналу с ответвлениями. Неизбежные изменения направления воздуха приводят к его осушению.
При индивидуальной подготовке воздуха и прямом охлаждении применяют упрощенные установки. В некоторых случаях бывает достаточно канала для рециркуляционного воздуха в фундаменте барабана или в ином месте. При групповой аэрации барабанов от одного вентилятора такой канал, как правило, отсутствует, хотя осуществить связь между каналами свежего и отводимого воздуха можно и без значительных капитальных затрат. При вентиляции под давлением оба вида воздуха (свежий и рециркуляционный) смешиваются перед вентилятором в двухколенной трубе. На нагнетательной стороне вентилятора подключен испаритель холодной установки, а воздух на коротком пути к барабану увлажняется с помощью форсунок. Регулирование количества воздуха осуществляется изменением частоты вращения вентилятора и дросселированием шибера на выходе воздуха.
При ведении грядок в барабане системы Galland создаются такие же условия проращивания, что и в токовой солодовне или других пневматических установках (некоторые отличия обусловлены особенностями барабана). Для ведения грядки в барабане важны температура подводимого и отводимого воздуха, продолжительность ворошения или вращения барабана и время покоя. При коллекторной аэрации температура подаваемого воздуха составляет около 10°С и она одинакова для всех барабанов. Этот воздух должен иметь возможность проникать в пространство барабана без дополнительного сопротивления (дроссельных заслонок). Регулируется количество воздуха исключительно с помощью запорной задвижки на стороне выхода воздуха.
Продолжительность вращения барабана и ворошения подбирают в зависимости от стадии развития грядки. Поскольку из-за не вполне оптимальных условий аэрации на различной высоте проращиваемого материала может установиться разность температур, именно в период самого интенсивного роста ворошение следует проводить чаще.
При традиционном ведении грядки с использованием коллекторной аэрации принцип работы в барабане заключается в следующем.
Выпуск из замочного аппарата влажного или (желательно) сухого материал осуществляется в три этапа. Загрузка осуществляется через люки сначала на 1/3 так, чтобы путем поворота барабана на 11/2-2 оборота можно было равномерно распределить замоченное зерно. Прежде растильные грядки в солодорастильном аппарате барабанного типа выпускали из замочного аппарата при достижении полной степени замачивания 46-47 %, чтобы лучше справляться с последующей потерей влаги. Затем вращение барабана сопровождалось полной аэрацией неувлажненным воздухом до тех пор, пока примерно через 4 ч (летом) и 6 -8 ч (зимой) не происходило подсушивание гряды. В заключение подводили кондиционированный воздух.
В последнее время процесс начинают при более низкой влажности (38-42 %, после 26 или 52 ч замачивания с воздушными паузами), а поглощение поверхностной воды происходит без аэрации, сопровождаясь периодическим удалением диоксида углерода (каждый час по 10 мин). Для обсыхания растильной грядки барабан вращают или постоянно (при влажности 38 %), или (при влажности 42 %) в течение 2 ч через каждые 3 ч. Как только температура грядки превысит температуру замачивания примерно на 2 °С, подводят кондиционированный воздух. Эта технология более предпочтительна, так как здесь не происходит охлаждения грядки, вызванного испарением. При старом способе ведения грядки в конце подсушивания достаточно частоты вращения барабана 1 об/ч при остановке на 4-6 ч. Температура отводимого воздуха около 12 °С, и для ее поддержания воздушный шибер следует немного открывать. Продолжительная фаза покоя и обусловленное ею нагревание до замачивания способствуют равномерному прорастанию.
На 2-е сут проращивания частоту вращения барабана корректируют в соответствии с проявлениями жизнедеятельности зерна. Если замачивание проводят традиционным способом (во влажном состоянии и без проростков), описанный выше процесс изменяют следующим образом: при температуре отводимого воздуха 12-13 °С каждые 3 ч вращают барабан в течение 1 ч. Температура отводимого воздуха 12-13 °С поддерживается соответствующим регулированием шибера.
На третий день проращивания продолжительность вращения составляет примерно 2 ч, а период покоя длится около 3 ч. В зависимости от условий проращивания температура отводимого воздуха составляет 13-14 °С. В теплое время года может возникнуть необходимость вращать барабан 1 ч уже после 2-часовой паузы. Именно в стадии самого интенсивного роста следует исключить сильное нагревание гряды и тем самым формирование перепадов температур в грядке при продолжительных остановках барабана. Любое обусловленное этим чрезмерное нагревание связано с нежелательным и опасным явлением - «схватыванием» грядки. Чем выше наружная температура, тем короче должна быть пауза. На этой стадии уже начинает проявляться действие на влажность гряды большого перепада температур между отводимым и подводимым воздухом, и поэтому примерно после 60 ч проращивания целесообразно провести первое орошение. Его можно осуществить во время вращения барабана шлангом с разбрызгивателем (при этом излишек воды стекает через люк). На стороне выхода воздуха орошение проводят неоднократно и более интенсивно. При коротком замачивании, повышенных наружных температурах и т. д. для оптимального развития гряды целесообразно проводить двухкратное орошение (через 48 и 60 ч).
На 4-е сут проращивания продолжительность вращения барабана составляет 1-2 ч при паузе в 2-3 ч. Температура отводимого воздуха поддерживается на уровне 15-16 °С. Такое ведение грядки способствует равномерному росту корешков. Для поддержания ростков в хорошем состоянии в стандартных барабанах системы Galland требуется двухкратное интенсивное орошение, лучше всего при первом обороте барабана.
На 5-е сут проращивания пик роста уже пройден, и постепенно паузы удлиняют, чтобы стимулировать развитие корешков. Барабан вращают 2 ч, после чего следует 4-часовая пауза. Температура отводимого воздуха в зависимости от растворимости ячменя составляет 16-18 °С. В эти сутки также требуется двухкратное орошение. Вследствие интенсивного перемешивания проращиваемого материала с добавляемой водой опасаться обычных недостатков интенсивного опрыскивания не следует.
В течение 6 сут. проращивания барабан попеременно вращают 2 ч с остановками на 5-6 ч. Температура отводимого воздуха составляет 18-20 °С. В зависимости от влажности и степени растворения проращиваемого материала может потребоваться повторное опрыскивание, так как вследствие большого перепада температур между отводимым и подводимым воздухом грядка может терять влагу.
На 7-е сут требуется уже двухчасовое ворошение каждые 10-12 ч. Температура отводимого воздуха составляет 18-20 °С. Как правило, при условии правильного ведения грядки недели проращивания бывает достаточно. Для уменьшения нагрузки на сушилку в последние 6-12 ч перед выгрузкой грядки барабан непрерывно вращают и неоднократно вентилируют неувлажненным воздухом.
Приведенную схему можно менять в зависимости от условий года уборки урожая и растворимости ячменя, а также от параметров того или иного растильного аппарата.
Если материал равномерно пророс уже во время замачивания, что, например, происходит после замачивания с воздушными паузами (степень замачивания около 42 %), то к интенсивному ворошению следует приступать раньше (обычно его «смещают» на одни сутки). Орошение сначала должно быть направлено на достижение желаемой максимальной влажности; если все зерна равномерно разваливаются, то первое орошение проводят уже через 24 ч после выгрузки из замочного аппарата. Второе интенсивное орошение необходимо провести примерно через 12 ч, повысив влажность до 46-48 %, и впоследствии эту влажность проращиваемого материала поддерживают.
Барабан разгружают через раздвижные дверцы в воронкообразный бункер, через который свежепроросший солод подают на вибролоток, ленточный конвейер или на редлер (реже - на всасывающий патрубок пневмотранспортера).
При правильном ведении грядки в солодорастильном аппарате барабанного типа свежепроросший солод имеет свежий запах и (благодаря незначительному
истиранию) хорошую сохранность корешков. В процессе проращивания ведут постоянное наблюдение за ростками корешка и листка, а также за ходом растворения. На развитии корешка благотворно сказываются длительные периоды покоя, а на развитии листка, наоборот, частое или продолжительное вращение барабана в сочетании с орошением. Растворению способствует более длительные остановки барабана после 6-х сут солодоращения, обычно сопровождаемые более теплым ведением грядки.
По сравнению с токовой солодовней солодоращение в аппарате барабанного типа отличаются большей схематичностью. Преимущество барабанного солодоращения заключается в постоянстве размеров и возможности управления условиями проращивания. При условии поддержания необходимой температуры подаваемого воздуха в теплое время года холодильными агрегатами температурные режимы проращивания можно привести в соответствие всем требованиям. Наличие аэрационной установки с нагнетательным вентилятором и холодильным агрегатом для каждого барабана позволяет вести грядки в режиме падающих температур проращивания. В барабане довольно трудно поддерживать влажность проращиваемого материала при наличии централизованной системы аэрации и вытяжного вентилятора вследствие большой разницы температур солода и поступающего воздуха. Определенную роль играет и сложная система воздуховодов, однако благодаря возможности глубокого ворошения в барабане можно осуществлять орошение проращиваемого солода подводимой водой без негативных последствий (даже на поздней стадии проращивания). В барабане можно также проводить специальное повторное замачивание (с учетом статических характеристик барабан через 60-70 ч проращивания заполняют водой на 1/4--2/7 и, вращая барабан, подвергают материал равномерному воздействию водяной бани).
В грядке присутствует мало диоксида углерода (около 1 %) - лишь при длительной остановке вращения в нижних слоях скапливается до 7 % CO2. При индивидуальной (и нагнетательной) вентиляции рециркуляционным воздухом в полностью герметичной системе содержание CO2 можно повысить до 10-15 %.
Условием надежной эксплуатации барабанной установки является надлежащие чистка и уход. Чистку центральной трубы и боковых каналов следует проводить сразу же после разгрузки барабана, обеспечивая высвобождение ситовых отверстий. В противном случае вряд ли удастся избежать неравномерности температур, а при известных условиях и нагревания грядки. Дверцы центральной трубы должны быть хорошо закрыты (если они откроются во время работы барабана, проращиваемый материал попадет в центральную трубу и равномерная аэрация грядки станет невозможной). Также необходимо очищать каналы подводимого и отводимого воздуха (канал отводимого воздуха засоряется ростками и оболочками зерна). При мойке наружной стенки барабана вода не должна попадать в масляные картеры червячной передачи. Механические узлы барабана требуют надлежащего технического обслуживания.
По своей рентабельности солодоращение в барабане превосходит токовую солодовню благодаря меньшей требуемой площади, независимости от погодных условий, простоте наблюдения и контроля и снижения трудозатрат. Индивидуальная вентиляция и использование холодильных агрегатов позволяет автоматически регулировать температуру грядки. Водо- и энергопотребление зависят от конструкции установки.
1.5.3.2. Солодорастильный барабан с плоским днищем представляет собой комбинацию барабанной установки и солодорастильного ящика системы Saladin (см. раздел 1.5.3.3). Проращиваемое зерно размещается внутри барабана на горизонтальном плоском сите. В новой конструкции предусмотрены спирально приваренные стальные ленты шириной 12-15 см, с помощью которых при вращении барабана готовый свежепроросший солод перемещается к выгружному отверстию (скорость - 6,5 мин на процесс). Для ворошения барабан вращается медленнее, со скоростью 13-20 мин/процесс.
При проращивании в солодорастильных барабанах с плоским днищем используются в основном нагнетающие вентиляторы, которые подают охлажденный и увлажненный воздух в переднюю воздушную камеру на входной стороне аппарата. Отсюда по сегменту, образуемому ситом и стенкой барабана, воздух поступает под сито, равномерно распределяется в слое прорастающего зерна и выходит через воздушную камеру, находящуюся у противоположного днища барабана. Каждый барабан снабжается собственным вентилятором с увлажняющим устройством, а современные установки - и холодильной системой. Ворошение в барабане с плоским днищем происходит, как и в барабане конструкции Galland, вследствие медленного вращения, но систему вентиляции при этом отключают. Температура подаваемого воздуха на 2 °С ниже температуры проращиваемого зерна; ворошение проводят только 2 раза в сут. (в стадиях интенсивного роста или при повышении влажности продукта количество ворошений увеличивают до 3-4 раз в сут). Ворошение осуществляется каждый час (около 3-4 об.). Особенность проращивания в барабанах с плоским днищем состоит в том, что зерно не может продуваться воздухом во время ворошения. Из-за этого происходит повышение температуры, которое должно устраняться путем усиленного охлаждения зерна, что приводит к его осушению. После ворошения материал лежит на сите не горизонтально, а под определенным углом. Для достижения равномерной высоты слоя материала барабан после каждого ворошения движется до тех пор, пока поверхность слоя зерна не станет параллельной ситу. Затем барабан возвращается в обратном направлении в исходное положение.
Проращиваемый материал располагается ровным, однородным слоем одинаковой высоты, благодаря чему аэрация происходит более равномерно, чем в барабане системы Galland. Трассы каналов короткие и доступные, сечение каналов больше. По этой причине, а также для сокращения капитальных затрат солодорастильные барабаны с плоским днищем нередко изготавливают в виде барабанов для двух солодорастильных грядок.
В барабанах с плоским ситом обеспечиваются более благоприятные условия проращивания, чем в других барабанах. Дополнительное повышение влажности проращиваемого материала легко осуществить путем опрыскивания, так как при ворошении достигается хорошее перемешивание. Наличие доступных для осмотра воздуховодов обеспечивает проведение полной герметизации установки, поэтому она допускает как проведение углекислотного отдыха, так и необходимое обогащение воздуха диоксидом углерода при длительном снабжении рециркуляционным воздухом. Солодорастильный барабан с плоским днищем постоянно вентилируется (за исключением времени вращения, когда образуется большое количество CO2, которая, однако, в процессе последующей вентиляции снова быстро удаляется). При нормальной высоте грядки 1 м избыточное давление под ситом составляет 50-60 мм вод. ст. а над грядкой - около 20 мм вод. ст. Такой солодорастильный барабан позволяет приспосабливаться к различным условиям проращивания, ворошение материала в нем - более совершенное, однако вследствие ограниченной вместимости (около 25 т) он не находит широкого применения. Чистка барабана и техническое обслуживание механических частей в нем проще, чем у барабана системы Galland.
1.53.3. Ящичная солодовня - один из немногих видов пневматических солодовен, получивший широкое распространение (особенно в последние 25 лет). Такая система получила название по имени ее изобретателя - Saladin. Современные солодовни - типа «передвижная грядка» и башенного типа - основаны на принципе ящичной солодовни.
Солодорастильный аппарат ящичного типа - открытый, в противоположность барабану, и стационарный. Ящик имеет четырехугольную форму и сверху открыт. Проращиваемый материал располагается па несущем сите слоем высотой около 1 м. Объем прорастающего зерна при проращивании расширяться в стороны, как у токовой грядки, не может. Вентиляция в старых установках осуществляется обычно при помощи вытяжных вентиляторов периодического действия, соединенных с общей увлажнительной установкой. В современных солодорастильных ящиках системы Saladin каждая грядка имеет свой нагнетающий вентилятор с агрегатом для увлажнения и охлаждения. Вентиляция проводится непрерывно. Грядка в солодорастильной установке системы Saladin легкодоступна для осмотра и контроля; благодаря равномерности слоя обеспечивается одинаковая аэрация, однако процессы, протекающие в грядке, зависят от условий помещения для проращивания.
Помещение должно соответствовать условиям проращивания зерна. Благодаря правильной изоляции кровли и стен должны быть исключены не только потери тепла и колебания температуры, но и соответствующее вредное воздействие конденсационной воды. Размеры солодовен должны соответствовать габаритам применяемых солодорастильных ящиков. При засыпи около 30 τ для обеспечения равномерного подвода воздуха требуется высота над днищем 3,7-4 м. Кровля помещения для проращивания должна быть гладкой, позволяющей обеспечить спокойное, без помех, движение воздуха. Изоляция кровли защищает от образования конденсата и плесени. Иногда предусматривают обогрев кровли.
В помещении для проращивания можно разместить несколько ящиков, но индивидуальное размещение имеет то преимущество, что при герметичных шиберах возможно насыщение воздуха над прорастающим зерном CO2. Солодорастильный аппарат ящичного типа имеет прямоугольную форму. Отношение длины к ширине выбирается с учетом обеспечения равномерной вентиляции и может составлять от 4 - 8 : 1. Очень узкие и длинные ящики трудно равномерно вентилировать, так как наиболее удаленные от места ввода кондиционированного воздуха участки прорастающего зерна снабжать воздухом со 100 %-ной относительной влажностью довольно затруднительно. Этот недостаток в отдельных конструкциях устраняют путем уменьшения высоты пространства под ситами по длине ящика.
В зависимости от высоты загрузки боковые стенки ящика возвышаются над ситами на 1-1.5 м; их изготавливают кирпичными или железобетонными. С внутренней стороны они должны быть совершенно гладкими и ровными во избежание обламывания ростков и образования комков свежепроросшего солода (для облегчения чистки стенки зачастую облицовывают нержавеющей сталью). На внутренней стороне ящика под направляющими рельсами монтируют кулачковые или зубчатые штанги, обеспечивающие движение каретки ворошителя вперед. Торцовые стенки (одинаковой высоты с боковыми) имеют на внутренней стороне полукруглые выемки, соответствующие диаметру шнеков ворошителя, позволяющие захватывать при ворошении проращиваемый материал и в концах ящика. При автоматической разгрузке торцовые стенки изготавливают из стального листа и подвижными.
Поверхность для размещения проращиваемого материала, называемая ситом, располагается на высоте 0,4-2,5 м и более над днищем солодорастильного аппарата ящичного типа. Обычно она определяется размерами ящика, доступностью и простотой очистки поверхности сита снизу. Ситчатое днище из оцинкованных стальных листов разделяется на удобные для снятия секции размером около 1 м2, которые имеют щелеобразные (1,8-2,0 Х 20 мм) отверстия для пропуска подаваемого вентилятором воздуха. Суммарное живое сечение отверстий составляет 20 % общей площади рабочей поверхности. Отверстия должны быть всегда свободными и располагаться перпендикулярно направлению движения ворошителя. В этом случае резиновый скребок ворошителя эффективно очищает их от проросших зерен и ростков. После каждой разгрузки ящика проводят тщательную механическую очистку поверхности сита (рекомендуется промывка водой под высоким давлением). Частичное засорение отверстий препятствует равномерной аэрации прорастающего зерна. Днище ящика должно иметь достаточный уклон для быстрого стока воды.
Загрузка зерном ящика для проращивания составляет 300-500 кг/м2, однако в некоторых новых конструкциях может быть существенно больше. Указанное количество соответствует высоте слоя свежепроросшего солода 0,7-1,25 м. Высота слоя замоченного зерна - 0,5-0,85 м. При проектировании ящика следует учитывать пространство для увеличения объема плюс пространство, необходимое для ворошителя.
Загрузка зерном ящика для проращивания составляет 300-500 кг/м2, однако в некоторых новых конструкциях может быть существенно больше. Указанное количество соответствует высоте слоя свежепроросшего солода 0,7-1,25 м. Высота слоя замоченного зерна - 0,5-0,85 м. При проектировании ящика следует учитывать пространство для увеличения объема плюс пространство, необходимое для ворошителя.
Обычно используют шнековый ворошитель, состоящий из каретки, перемещающейся на роликах по направляющим, причем движение вперед осуществляется с помощью привода в виде зубчатого колеса и кулачковой штанги. По ширине каретки ворошителя устанавливают в зависимости от размеров ящика от 3 до 15 вертикальных шнеков. Во избежание разрушения слоя зерна смежные шнеки вращаются в противоположных направлениях, что приводит к образованию характерной «грядки». Благодаря вращению и в зависимости от размера и шага спирали шнека проращиваемый материал поднимается, разрыхляется и до некоторой степени переворачивается. Для увеличения эффекта переворачивания и сохранения корешков проростков шнеки могут иметь сплошные витки, ленточные витки и быть комбинированными: нижняя часть со сплошными витками, а верхняя - с ленточными. С помощью шнекового ворошителя достигается хорошее разрыхляющее действие - за один проход степень разрыхления может составить в зависимости от стадии прорастания 10-15%. Эффект ворошения, напротив, меньше - чтобы переместить зерна из самых нижних слоев вверх, требуется около четырех проходов ворошителя.
В целях выравнивания поверхности грядки и предотвращения непрорастания зерен на уровне поверхности грядки устанавливают выравниватель. Конструктивно он представляет собой U-образный или полукруглый металлический профиль, а при большем диаметре шнека его выполняют в виде двойного стержня. В нижней части ворошителя смонтирован резиновый скребок для очистки прорезей в ситчатом днище.
Перемещение каретки ворошителя производится электроприводом но зубчатой штанге со скоростью 0,3-0,6 м/мин, зависящей от частоты вращения шнеков во избежание излишнего обламывания ростков. Нормальная частота вращения при минимальной скорости перемещения 0,3-0,4 м/мин составляет около 8 об/мин. Большее число оборотов (24 об/мин) применяют в начале проращивания или при легком схватывании грядки в целях интенсивного перемешивания воды, подводимой через форсунки, с проращиваемым материалом. Перемещение каретки ворошителя производится электроприводом по зубчатой штанге со скоростью 0,3-0,6 м/мин, зависящей от частоты вращения шнеков во избежание излишнего обламывания ростков. Нормальная частота вращения при минимальной скорости перемещения 0,3-0,4 м/мин составляет 7,5 об/мин. Большее число оборотов (24 об/мин) применяют в начале проращивания или при легком схватывании грядки в целях интенсивного перемешивания воды, подводимой через форсунки, с проращиваемым материалом. Опрыскивание ящиков осуществляется через трубу с распылительными форсунками, монтируемую с обеих сторон ящика. Радиус распыления воды при этом захватывает ворошитель так, что происходит хорошее смешивание воды с материалом. При проходе ворошителя влажность в среднем составляет 3 %, причем следует учитывать перемещение ворошителя, число оборотов спирали и температуру воды
Еще одним видом ящичного ворошителя является лопастной ворошитель, который сходен с ворошителем сушилки. За один проход он позволяет полностью перевернуть материал, хотя рыхлительный эффект у него меньше, чем у шнекового ворошителя. Существенное улучшение эффекта перемешивания и ворошения обеспечивается повышением влажности проращиваемого материала в результате опрыскивания. Лопастной ворошитель дороже и занимает больше места, чем обычный шнековый, в связи с чем на несколько солодорастильных ящиков предусматривается один ворошитель и приходится перемещать его от одного ящика к другому, что весьма редко встречается
при использовании шнековых ворошителей и часто - при использовании съемной тележки. Старые лопастные ворошители по причинам надежности используют только при низкой высоте слоя проращиваемого зерна; в настоящее время современные конструкции таких ворошителей позволяют обрабатывать 500 кг ячменя или свежепроросшего солода/м2.
Ворошитель (прежде всего шнековый) конструируют так, чтобы максимально сохранить материал, прежде всего ограничив повреждения зародышевых корешков. В первые дни проращивания ворошение проводят дважды, в последние - не чаще одного раза в сутки. Вентиляцию во время ворошения рекомендуется прекращать, что связано с повышением температуры при ворошении.
Количество солодорастильных ящиков прежде определяли по числу суток проращивания, но в настоящее время при сокращенной продолжительности проращивания этот принцип нарушается.
Вместимость ящиков - от 5 до 150 т; в некоторых случаях один аппарат может вмещать до 300 т материала. Солодорастильные аппараты ящичного типа системы Saladin среди сравнимых солодорастильных аппаратов характеризуются наибольшей загрузкой зерна на единицу площади. Большое значение имеет продолжительность загрузки и выгрузки солодорастильного аппарата, поскольку она позволяет сократить продолжительность проращивания. Преимущества солодорастильного ящика возрастают с увеличением его вместимости.
Вентиляция солодорастильных ящиков осуществляется увлажненным потоком воздуха с постоянной температурой. В зависимости от года изготовления той или иной установки используются различные системы вентиляции.
Вследствие значительной длины воздушного пути и наличия трех поворотов воздушного канала под углом 90° неизбежно осушение кондиционированного воздушного потока. Боковое положение подводящего канала приводит к тому, что воздух поступает не вертикально сверху или снизу через слой прорастающего зерна, а наклонно, после чего отсасывается под углом вверх. Неравномерность аэрации еще более усиливается из-за применения вытяжного вентилятора. Отводящий воздушный канал с отверстиями на нижней стороне размещают на кровле помещения для проращивания и подсоединяют к вытяжному вентилятору. Для обеспечения равномерности вентиляции и выравнивания температуры слоя зерна в некоторых случаях предусматривают возврат воздушного потока и сочетание вытяжной и нагнетательной вентиляции. К недостаткам такой системы относится сложность разводки, большая длина воздуховодов, частое изменение направления движения увлажненного воздуха, а также распределение масс воздуха через запорные и регулирующие устройства. Все это исключает возможность снабжения прорастающего зерна воздухом 100 %-ной влажности. Применение воздуха одного и того же качества на всех стадиях проращивания обусловливает температуру подаваемого воздуха, рассчитываемую на самое холодное зерно. В результате получается большой перепад температур зерновой массы и воздуха (прежде всего на стадии наиболее активного роста) и дальнейшее осушение зерна.
Подобное размещение вытяжных вентиляторов позволяет осуществлять лишь периодическую аэрацию проращиваемого материала. В течение периода покоя температура зерна за 4-6 ч поднимается на определенную величину, но за 2 ч вентиляции свежим воздухом температурой 10-12 °C она снижается по сравнению с температурой в начале вентилирования примерно на 3 °С, и поэтому температура верхнего слоя зерна составляет 15-12 °C в первые дни проращивания, 17-14 °С - в период интенсивного роста и 20-17 °С - в конце проращивания. Разность температур в нижних слоях проращиваемого материала существенно больше, чем в верхних. Почти сразу после включения вентилятора прорастающее зерно здесь охлаждается до температуры подаваемого воздуха (например, до 11 °С), а в период покоя его температура становилась на несколько градусов выше температуры верхнего слоя. С такой частой сменой температур связаны высокие потери влаги, которые выравниваются только путем опрыскивания на 3-й, 4-е и 5-е сут проращивания. В период покоя содержание в зерне диоксида углерода повышается, достигая в зависимости от длины ящика 5-15 % об., причем в нижних слоях содержание CO2 на 1-5% об. выше, чем в верхних. Поскольку подаваемый вентилятором воздух предназначен не только для поддержания одинаковых температур путем отвода вегетационного тепла, но и для дополнительного охлаждения на 3-5 °С, производительность вентиляторов из расчета на 1 грядку должна быть не менее 1000-1500 м3/т · ч при продолжительности вентиляции 2-3 ч. Следствием такого интенсивного вентилирования является дальнейшее осушение грядки. С помощью оперативного контроля влажности проращиваемого материала и благодаря увеличению влажности зерна удается получать солод хорошего качества и в этих не очень совершенных установках. При этом следует учитывать, что более высокое содержание CO2 в зерне по сравнению с наблюдающимся при непрерывной вентиляции, а также постоянные колебания температуры требуют максимальной влажности материала, превышающей влажность в современных аппаратах на 1-3 %.
Более совершенные аппараты типа Saladin оснащены помимо собственного напорного вентилятора индивидуальными устройствами для увлажнения и охлаждения, которые устанавливают непосредственно перед соответствующими ящиками, поэтому путь воздуха от кондиционера до шибера отводимого воздуха короткий и прямой. Еще одно усовершенствование - это свободный вход воздуха с узкой торцевой стороны ящика непосредственно под поверхность сита, благодаря чему он может беспрепятственно поступать по всей ширине ящика.
Такая конструкция не может обеспечить абсолютно равномерную вентиляцию проращиваемого материала в крупных солодорастильных ящиках (на 200-300 т). В данном случае, как и в растильных установках с ограниченным подситовым пространством, вентиляция осуществляется с торца (на отдельных участках - несколькими вентиляторами и объединенными с ними увлажнителями воздуха).
Регулирование расхода воздуха осуществляется с помощью шибера для отвода воздуха или клапанов в воздуховодах перед вентилятором и увлажнительной установкой. Наиболее эффективно регулировать поступление воздуха можно изменением частоты вращения вентилятора, однако регулирование его количества с помощью шибера для отвода воздуха имеет свои преимущества (в зависимости от степени его перекрытия в солодорастильном ящике создается противодавление, и проращиваемый материал оказывается между двумя воздушными подушками, препятствующими высыханию проращиваемого зерна и способствующими равномерному прохождению воздуха и выравниванию температуры).
Поддержание требуемой температуры проращиваемого зерна облегчается за счет использования рециркуляционного воздуха: прошедший через грядку воздух не отводится наружу, а смешивается перед вентилятором со свежим воздухом. Смесь доводится до нужной температуры, увлажняется и затем под давлением проходит через зерно. Работают и с использованием исключительно рециркуляционного воздуха (если это предусмотрено способом ведения проращивания) - в таком случае в кровле или под днищем солодорастильного ящика прокладывают специальный канал для рециркуляционного воздуха. Если в одном помещении для проращивания находится несколько таких ящиков, то чаще всего прокладывают общий канал для рециркуляционного воздуха, служащий своего рода сборником рециркуляционного воздуха и дающий возможность передавать выходящий воздух на другую грядку, которая сама еще не отдает теплый воздух (например, при нагревании свежезамоченного зерна). При автоматическом смешивании свежего и рециркуляционного воздуха регулируемой величиной является температура, независимо от того, используется ли индивидуальное размещение ящиков для проращивания или они установлены в помещении для проращивания. Следует отметить, однако, что при ведении процесса проращивания в индивидуальных солодорастильных ящиках с самого начала работать полностью на рециркуляционном воздухе нецелесообразно. В первые 3-4 сут проращивания свежий воздух добавляют в количестве, необходимом для беспрепятственного протекания биологической фазы, и лишь в заключительной фазе шибер для отвода воздуха постепенно закрывают, повышая тем самым содержание рециркуляционного воздуха. Кроме того, при работе в теплое время года рециркуляционный воздух всегда холоднее наружного, а в результате охлаждения он полностью насыщается влагой.
В отличие от старых ящиков для проращивания системы Saladin в современных конструкциях применяется постоянная вентиляция. Производительность вентиляторов в данном случае меньше и в зависимости от стадии проращивания составляет 250-700 м3/т · ч. Следствием постоянной вентиляции является равномерность температуры воздуха в грядке, которая, однако, в нижнем слое ниже, чем в верхнем. Более холодный воздух поступает снизу, нагревается в грядке и устремляется вверх. Перепад температур незначителен, и при правильной прокладке вентиляционных каналов составляет не более 2 °С. Перепад температур более 2 "С означает, что производительности вентилятора недостаточно, а если этот перепад меньше - что количество подаваемого воздуха слишком велико. Благодаря применению вентиляторов с регулированием числа оборотов можно без труда поддерживать разность температур в 2 °С.
Ведение грядки при традиционном способе солодоращения заключается в следующем. Замоченное зерно с температурой 11-12 °С выгружается из аппарата для замачивания вместе с водой с помощью центробежного насоса. В результате многократных проходов ворошителя происходит выравнивание ячменя. Лучше вначале оставлять грядку вообще без аэрации, чтобы таким образом обеспечить сток избыточной воды, а также поглощение ее зерном с поверхности. Когда температура прорастающего зерна на 2 °C превысит температуру замачивания (что является признаком его обсыхания), вентиляцию включают, причем сразу с полным увлажнением воздуха. При замедленном подсушивании и подъеме температуры грядки для удаления образующегося диоксида углерода может понадобиться вентилирование (каждые 1-2 ч в течение 10-15 мин). Для отсасывания CO2 через зерно сверху вниз меняют направление вращения вентилятора. Как правило, поглощение адгезионной воды при степени замачивания около 43 % длится от 16 до 24 ч в зависимости от водочувствительности ячменя. При этом влажность проращиваемого материала повышается приблизительно на 2 %. Подсушивание проращиваемого зерна с помощью неувлажненного нагретого воздуха приводит к охлаждению грядки вследствие испарения воды и к замедленному прорастанию.
В первые 3-4 сут проращивания температура поднимается с 13-14 до 15-16 °С, причем температура нижнего слоя на 1,5-2 °С ниже, чем верхнего. Ворошение проводят два раза в сут, но для обеспечения равномерного роста рекомендуется проводить его 3-4 раза. Легкорастворимый ячмень выдерживают при температуре 16-17 °С до выгрузки свежепроросшего солода. При переработке труднорастворимого ячменя температуру в течение 7 сут проращивания поднимают до 19-20 °С. Для этого необходимо повышение температуры подаваемого воздуха, которое достигают добавлением все возрастающих количеств рециркуляционного воздуха, причем с развитием ростков и увеличением степени растворения его расход устанавливается и проверяется ежедневно. Важнейшим фактором для определения пропорций свежего и рециркуляционного воздуха является температура подводимого воздуха, измеряемая на входе в ящик иод ситом. При этом следует учитывать охлаждающее действие разбрызгиваемой воды, необходимой для полного насыщения. Во избежание излишнего повреждения ростков интервал между ворошениями увеличивается сначала с 12 до 16, а затем до 24 ч. При проходе ворошителя и неизменной вентиляции температура проращиваемого материала поднимается на 1-2 °С, что объясняется наличием перегретых участков, образующихся во время интервалов в ворошении.
Нагревание воздуха в свежепроросшем солоде, даже если оно составляет всего 2 °С, при перемещении воздуха приводит к осушению проращиваемого материала, что через 3-4 сут вызывает необходимость орошения, которое производится через форсунки, монтируемые на передней стороне каретки ворошителя. Встречаются также стационарные системы орошения, проложенные над слоем проращиваемого материала, которые, однако, не полностью выполняют свою роль вследствие отсутствия «перемешивающего действия» ворошителя. При нормальном росте солода за один проход ворошителя его влажность повышается примерно на 2 %. Снижение влажности проращиваемого материала составляет 0,5-0,7%/сут, если отсутствуют сильные колебания температуры (например, охлаждение после значительного нагревания) или большая разность температур подаваемого воздуха и прорастающего зерна.
Характерное при проращивании в токовой солодовне схватывание грядки в солодорастильных ящиках не достигается. Срастается лишь верхний слой при периодической вентиляции, а в более глубоких слоях срастанию препятствует повышенное содержание СО2. При непрерывной вентиляции отпотевания не происходит, поскольку образующаяся при дыхании влага сразу выносится воздухом. При этом особое внимание следует обращать на наличие непроросших зерен, главным образом у боковых стенок ящика и полукруглых выемках торцевых сторон (когда масса солода не полностью захватывается ворошителем). В результате избыточного увлажнения подаваемого воздуха мельчайшие капельки воды могут проникать через щели в ситах в нижний слой проращиваемого зерна, что способствует врастанию проростков в эти щели, сильно затрудняет доступ в такие места воздуха и приводит к повышению температуры зерна. Традиционное ведение солодоращения в солодорастильном ящике представлено в табл. 1.8.
Таблица 1.8. Режим солодоращения в солодорастильном ящике
Сутки проращивания 1 2 3 4 5 6 7
Температура, °С: в верхнем слое проращиваемого материала 12 13,5 14 15 16 17 18
в нижнем слое проращиваемого материала 12 12 12 13 14 15 16,5
подаваемого воздуха - 11,5 11,5 12,5 13,5 14,5 16
Объем свежего воздуха, % 25 75 75 60 50 40 30
Объем рециркуляционного воздуха, % 75 25 25 40 50 60 70
Влажность свежепроросшего солода, % 42,5 45,0 44,5 44,0/46,0 46,0 45,5 45,0
Производительность вентилятора, м3/т ч 300 350 450 500 500 430 370
Интервал ворошения, ч 12 12 8 12 16 20 24
Проращивание при убывающих температурах. Современные методы замачивания предназначены именно для проращивания при убывающих температурах - в солодорастильный аппарат попадает уже равномерно «наклюнувшееся» зерно с температурой 15-18 °С, имеющее не один, а несколько корешков. С помощью третьего «мокрого» замачивания перед выгрузкой достигается влажность 41-42 %. Такая низкая влажность улучшает быстрый захват адгезионной воды, благодаря чему влажность грядки повышается до 42,5-43 %. При более высокой температуре зерна после стекания капель требуется немедленная вентиляция прорастающего зерна полностью кондиционированным воздухом. Целесообразно при этом поддерживать повышенную температуру проращиваемого зерна в течение нескольких суток и лишь после достижения максимальной влажности снизить ее до 12-14 °С.
Солод, полученный способом ступенчатого добавления воды при убывающей температуре проращивания, отличается более высоким выходом экстракта, лучшим растворением и повышенной ферментативной силой. Это обнаруживается, прежде всего, по числу Гартонга (VZ 45 °C) и α-амилазной активности. При этом сокращение продолжительности проращивания в большинстве случаев обеспечивают тщательным подбором оптимальных для роста зерна условии проращивания (см. табл. 1.9).
Таблица 1.9. Режим проращивания при убывающих температурах
Сутки проращивания 1 2 3 4 5 6
Температура, °С: верхнего слоя проращиваемого материала 18 18 18/13 13 13 13
нижнего слоя проращиваемого материала 16,5 16,5 16/11 11 11 11
подаваемого воздуха 16 16 15,5/10 10 10,5 10.5
Объем свежего воздуха, % 80 70 70 30 20 20
Объем рециркуляционного воздуха, % 20 30 30 70 80 80
Влажность проращиваемого материала, % 42,5 42,5/45,0 45,0/48,0 48,0 47,7 47,5
Производительность вентилятора, м3/т ч 350 500 500 400 350 350
Как видно из этой таблицы, влажность проращиваемого материала составляет с учетом адгезионной воды 42,5 %; такая влажность поддерживается до равномерного развиливания зерен (через 20-24 ч). Затем производят первое орошение до достижения влажности около 45 %, а через 24 ч - до влажности 48 %. Затем начинается интенсивное охлаждение грядки. Незначительное количество воздуха на стадии растворения способствует слабому убыванию влажности.
При ведении пневматического замачивания зачастую возникают затруднения на второй день (в теплое время года или при скудном замачивании, см. раздел 1.3.6.2). Наклюнувшиеся, частично развиливающиеся зерна при «мокром» замачивании подвергаются «водяному шоку» вследствие увеличения давления и протяженности трубопроводов. Намного эффективнее уже через 26 ч приступать ко второму «мокрому» замачиванию при влажности около 38 %, а после появления ростков при точном соблюдении заданных условий (в частности, температуры 18 °С), провести первое, а с наступлением фазы равномерного развиливания - второе орошение и выйти на максимальную влажность через 12 ч. После этой фазы продолжительностью 48-60 ч температуру снижают. Плавный, без пауз, переход от одной стадии к другой позволяет, несмотря на потерю одних суток замачивания, в большинстве случаев обойтись шестью сутками солодоращения. Здесь важно, что через 48-60 ч влажность зерна увеличивается на 8-10% с помощью 2-3 опрыскиваний. При этом при двух первых орошениях применяют теплую (18-22 °С) воду, правильное размещение форсунок и двухкратный проход ворошителя. Для создания одинаковых условий водопоглощения воду необходимо вносить с одной стороны (в одном направлении). Третье орошение для инициирования охлаждения грядки производится холодной водой.
При индивидуальном размещении ящиков возможно увеличение содержания CO2 в воздухе грядки, причем при условии герметичности шиберов и т. д. можно добиться содержания CO2 4-8 %. При соблюдении отраслевых нормативов рост в фазе растворения можно затормозить на уровне 3-4 % и таким образом уменьшить потери. Грядка становится легче, ее ведение можно осуществлять с использованием меньшего количества холода. Тем не менее работа на ранних стадиях с высоким содержанием CO2 (8-10 %) все-таки ухудшает растворение и ферментативную силу солода (см. раздел 1.5.1.2). Регулирование количества оборотов вентилятора в конце проращивания дает экономию энергии и способствует улучшению некоторых аналитические показателей, например, числа Гартонга (VZ 45 °С).
Использование искусственного охлаждения, а в холодное время года - применение управления соотношением свежего и рециркуляционного воздуха независимо от температуры способствует автоматизации ведения грядки (см. раздел 1.5.2.7).
Способ перезамачивания применяют только при наличии пригодных для этого солодорастильных ящиков. Из-за увеличения массы при использовании воды для повторного замачивания он предполагает наличие достаточно прочного ящика, а также его водонепроницаемую конструкцию с установленными сверху вентиляторами или вентиляторами со шлюзовыми затворами. После приблизительно суточного замачивания зерно влажностью около 38 % поступает в солодо-растильный ящик. Оно очень быстро и равномерно прорастает при температуре 16-18 °С, однако вследствие низкой влажности образование корешка происходит довольно слабо. Примерно через 48 ч проращивания весь ящик заливают водой. В зависимости от температуры воды (12-18 °С) продолжительность такого повторного замачивания составляет от 8 до 24 ч - чем холоднее вода, тем больше времени требуется для инактивации зародыша. В заключение проращиваемый материал проходит фазу растворения (длительностью 48-60 ч); при высокой влажности (50-52 %) после перезамачивания растворение осуществляется быстро и глубоко даже при низких температурах (12-14 °С). Рост зародыша корешка угнетён, а более продолжительная фаза растворения может привести к сильному развитию зародыша листка и даже к образованию «гусаров». Такой солод богат ферментами, хотя экзофер-ментная активность пептидаз и глюканаз несколько снижена. При правильном осуществлении данного метода потери составляют 5-6 % от СВ.
Эффекта перезамачивания можно добиться и в обычном солодорастильном ящике за счет того, что к моменту повторного замачивания ворошитель дважды проходит через грядку в одном направлении с интервалом 150 мин; при этом применяется полное орошение с использованием форсунок. Этот метод позволяет за 12-14 ч повысить влажность грядки с 38 до 50-52 % при помощи четырех двойных проходов ворошителя и получить сходные данные анализа солода при несколько более высоких значениях потерь по сравнению с классическим повторным замачиванием. Залив в ящик с проращиваемым материалом большого объема воды в том случае, если ворошитель не обеспечивает эффективного перемешивания и равномерного проникновения влаги во все слои, к результату не приводит. Хотя технология перезамачивания дает преимущества в ускорении прорастания и сокращения потерь в сочетании с возможностью управления качеством солода, приходится высушивать около 6 % дополнительной воды.
Выгрузка свежепроросшего солода даже на очень крупных установках должна проводиться довольно быстро (за 2-3 ч). При механическом транспортировании свежепроросшего солода применяются элеватор, шнеки и транспортеры. Скребки приводятся в движение канатной лебедкой, однако при этом требуются большие трудозатраты: при напряженной работе на 1 солодорастильный ящик вместимостью 30 т ячменя необходимо 2-3 чел. Солод при этом сгребается в находящийся в конце ящика желоб, из которого он поступает на транспортное устройство. Для подачи в желоб переднюю стенку ящика убирают, и специальные скребковые устройства обеспечивают опорожнение ящика под контролем 1 человека. Удобны в работе специальные тележки, перемещаемые от одного ящика к другому, но применять их целесообразно только в помещениях для проращивания. В крупных солодорастильных аппаратах оправдано применение ворошителя-опорожнителя с вращающимися шнеками, работающего со скоростью 0,4-0,5 м/мин. При остановке шнеков обработанный солод сдвигается со скоростью 10 м/мин в желоб для транспортирования. Такой ворошитель работает автоматически. Пневмотран-спортирование свежепроросшего солода предусматривает сгребание материала во всасывающую воронку или загрузку его граблями во всасывающий шланг. Эта работа очень тяжела и трудоемка - 3 чел. затрачивают на перемещение 30 т материала 2,5-3 ч. При разгрузке по схеме Коха используется подъемный эффект шнеков ворошителя, поднимающих солод в поперечный шнек, который обеспечивает его перемещение в приемник телескопической трубы всасывающей установки. Высокая производительность устройства достигается тем, что всасывающая установка всегда заполняется равномерно. По достижении максимальной емкости трубу можно в случае необходимости удлинить соответственно рассчитанным отрезком. Для обслуживания здесь требуется один человек. Сходный принцип работы имеют так называемые «разгрузочные комплекты», которые можно легко адаптировать к имеющимся установкам. Рациональной конструкцией для перемещения грядки является движущееся сито, которое медленно перемещает зерно над желобом со свежепроросшим солодом. Несущее грядку сито возвращается либо по днищу, либо над солодорас-тильным ящиком; его можно неоднократно очищать автоматически. Такое устройство при соответствующем размещении аппаратов для замачивания позволяет проводить «сухое» замачивание зерна.
Солодорастильные ящики, особенно несущие листы, ворошитель и увлажнительные башни, а также систему каналов необходимо тщательно очищать. Эта работа упрощается благодаря применению опрыскивающих аппаратов высокого давления. Тележки для очистки с электроприводом автоматически очищают щелочью зону под решеткой, а также выполняют дополнительное ополаскивание. Конструкция опор требует использования двух параллельно перемещающихся тележек. Подобные тележки применяют также для очистки ящика над ситом. С учётом затрат на подобные устройства для чистки желательно использовать их для обслуживания нескольких ящиков, однако для этого требуется наличие смещаемых торцевых стенок и поперечного соединения ящиков. Для чистки вентиляторов, ворошителей и холодильной установки используют механические средства.
Практически во всех типах пневматических солодорастильных аппаратов в той или иной степени используется принцип солодорастильного ящика системы Saladin, будь то солодорастильные аппараты типа «передвижная грядка», в которых предусмотрено горизонтальное или вертикальное перемещение грядки, или стационарные системы, позволяющие в одной конструкции осуществлять все технологические операции (замачивание, проращивание и сушку).
Солодорастильные аппараты круглого сечения бывают отдельными или выполненными в виде башни. Изначально они служили статической солодорастильной установкой для замачивания, проращивания и сушки и использовались как со-лодорастильно-сушильные ящики. Задачи экономии энергии привели затем к выделению функции сушки, и таким образом это оборудование в настоящее время используется исключительно для проращивания. Солодорастильные аппараты круглого сечения чаще всего изготавливают из бетона и вмещают до 300 т зерна, причем удельная нагрузка составляет 450-580 кг/м2 поверхности. Ситчатое днище выполнено из нержавеющей стали; для облегчения чистки подситовое пространство также облицовано нержавеющей сталью. Сито в зависимости от исполнения может быть неподвижным и поворотным. Привод поворотной ситовой поверхности осуществляется 4-6 двигателями, расположенными по периферии. Возможны две частоты и два направления вращения - один оборот длится 60 или 120 мин. Очень важно предусмотреть герметизацию сита у стен здания, что имеет большое значение для предотвращения попадания замоченного, проращиваемого или высушиваемого материала. Окружная скорость сита составляет соответственно 0,55 об/мин по внешнему краю и 0,16 м/мин по внутреннему, и поэтому число оборотов шнекового ворошителя с устройством для перемещения зерна, смонтированного стационарно, необходимо снизить с 12 до 3,5 об/мин. При выгрузке открывается разгрузочная заслонка и свежепроросший солод поступает с помощью шнека по направлению к расположенной в центре воронке. Подача материала и его выгрузка занимают 2 ч.
Вентиляционные устройства размещают в отдельном от солодорастильной башни сооружении. Производительность вентиляторов составляет от 250 до 650 м3/т · ч, а испарителя - 10 000 кДж/ т ∙ ч. Охлажденный и увлажненный воздух поступает через тщательно подогнанный изолированный клапан в помещение с повышенным давлением. Работа клапана для выпуска воздуха регулируется автоматически в соответствии с заданным соотношением количеств свежего и рециркуляционного воздуха. Кондиционирование воздуха до максимально высокого насыщения водяным паром осуществляется через систему форсунок или направления струи воды на центральную ось радиального или осевого вентилятора.
Проращивание в солодорастильных аппаратах круглого сечения, независимо от того, расположены ли они друг над другом или на одном уровне, проводят по тем же принципами, что и для прямоугольных ящиков. Зачастую замачивание проводят в течение двух суток в замочном аппарате (или группе аппаратов) с коническим или плоским днищем; расчетное время проращивания составляет 6, реже 5 сут.
Чистку крупных аппаратов проводят с помощью моечных агрегатов высокого давления для горячей и холодной воды или автоматической моечной установки, размещенной в каждом ящике и предусматривающей щелочную обработку.
1.5.3.4. Солодовня с солодорастильными аппаратами типа «передвижная грядка» состоит из 7-9 параллельно расположенных ящиков для проращивания, разделенных на отделения (так называемые «полусуточные»). Всего получается 14-18 вентилируемых отделений. В период проращивания грядка перемещается от первого отделения к последнему, а затем - в солодосушилку. Решетки выполнены или в обычном варианте (оцинкованными с прорезями, составляющими 20 % поверхности), или в виде сит, которые дороже, но живое сечение 35-40 % обеспечивают прохождение воздуха. При установке вентиляционных устройств необходимо учитывать различную потребность в воздухе «суточных» и «полусуточных» участков, для чего применяют продольные или поперечные аэраторы. При продольной вентиляции на каждой линии проращивания устанавливают два вентилятора, каждый из которых оснащен своим кондиционером воздуха, состоящим из систем охлаждения и увлажнения. Вентиляторы подают как свежий, так и рециркуляционный воздух. В зависимости от условий воздух охлаждается до нужной температуры (обычно до 12 и 18 °С), после чего увлажняется и подводится по двум раздельным каналам на всем протяжении линии проращивания. Регулирование температуры смеси свежего и рециркуляционного воздуха, подаваемого на тот или иной участок, осуществляется с помощью шибера. Поперечная вентиляция осуществляется по воздуховодам, расположенным перпендикулярно к продольной оси линии проращивания, и в этом случае холодильные и увлажняющие установки располагают на продольной стороне линии. Применяются также индивидуальные охлаждающие башни, по мере надобности обслуживающие «суточное» отделение и установки с централизованной воздухоподготовкой. В последней происходит раздельное регулирование температуры и увлажнение свежего и рециркуляционного воздуха. Затем полученная воздушная смесь подается в прорастающее зерно через кондиционер, с помощью которого температура подаваемого воздуха регулируется индивидуально. Поперечная вентиляция перемещаемой грядки применяется в случаях, когда несколько параллельных солодо-растильных аппаратов обслуживаются одной установкой. Кондиционер может иметь разные габариты и обслуживать различные участки проращивания (1-е сут, 2-е и 3-й сут, 4-е и 5-е сут, 6-е, 7-е и 8-е сут). Поперечная вентиляция передвижной грядки применяется в случаях, когда несколько параллельных аппаратов обслуживаются одной установкой.
Ворошитель для аппарата с передвижшй грядкой выполняет одновременно функции ворошения и транспортирования, перемещая при каждом ворошении зерно на одно «полусуточное» отделение, а при наличии соответствующего дополнительного устройства - на одно «суточное». Последнее необходимо, если солодосушилка располагается непосредственно у последнего отделения. Свежепроросший солод с двух полусуточных отделений в этом случае подается в солодосушилку одновременно. Существуют два типа ворошителей: обычный (с ковшовым элеватором) и шнековый. Ворошитель с ковшовым элеватором состоит из рамной гидравлически поднимаемой каретки, которая перемещается вперед со скоростью 0,33 м/мин; скорость холостого хода - 2,5 м/мин (рис. 6.29). На этой гидравлически поднимаемой и опускаемой каретке подвешен треугольный ковшовый элеватор, работающий по всей ширине ящика. Транспортер установлен под уклоном, соответствующим среднему углу откоса материала. Материал продвигается против направления хода ворошителя точно на величину полусуточного отделения. Угол откоса для замоченного зерна составляет 44°, а для свежепророс-шего солода - 65°. Наряду с этим осуществляется смешивание продукта на границе второго полусуточного отделения, которое может к концу времени солодо-ращения составить 35 %.
Ширина описанного ворошителя не может превосходить ширину ящика (5,6 м), что обусловливает суточную производительность, (около 15 т на 1 линию проращивания). Модифицированный ворошитель с параллельно расположенными перемещающими шнеками может иметь большую ширину, что повышает суточную производительность примерно на 50 т.
Условия проращивания в передвижной грядке соответствуют условиям в ящике для проращивания, установленном в помещении для проращивания. Разность температур верхнего и нижнего слоев составляет 1,5-2 °С. При использовании ворошителей устаревших конструкций вследствие чрезмерного смешивания материала на местах раздела может оказаться необходимым уже на 3-4-е сут проращивания поднять температуру прорастающего зерна примерно до 17 °C (для обеспечения достаточной степени цитолитического растворения солода). Условия увлажнения передвижной грядки аналогичны условиям в ящичной солодовне. Естественное высыхание требует орошения на 3-4-е сут проращивания. Можно также постепенно повышать влажность проращиваемого материала, так как ворошитель обеспечивает интенсивное перемешивание зерна с подводимой водой. Состояние воздуха при ведении передвижной грядки соответствует его состоянию в помещении для проращивания. Если в зависимости от его количества и стадии проращивания на каждом «полусуточном» или «суточном» отделении наблюдаются колебания давления подаваемого воздуха, то происходит выравнивание давлений и содержания диоксида углерода в зерне. Вследствие этого насыщение CO2 становится невозможным и устанавливается его среднее содержание в слое зерна около 1% об. Главные преимущества солодовни с аппаратами типа «передвижная грядка» заключаются в возможности наблюдения за ходом солодоращения, а также в сокращении трудозатрат. Прежде всего, упрощается удаление свежепроросшего солода. Автоматическое регулирование температуры осуществляется с помощью отдельных охладителей воздуха или путем установления нужного соотношения свежего и рециркуляционного воздуха.
1.5.3.5. Солодорастильные аппараты типа «перегружаемый ящик» Lausmann предусматривают ежедневное перемещение зерна в следующий ящик. Ящики квадратного или прямоугольного сечения располагают в ряд, непосредственно друг около друга. Поднимают и опускают их с помощью подъемного устройства обычной конструкции, регулируя, таким образом, высоту пространства под ящиками. При максимальном подъеме сито достигает края ящика для проращивания, чем обеспечивается его полная очистка. Ворошение осуществляется при подъеме сита, в результате чего часть проращиваемого материала пересыпается через разделительную стенку двух ящиков и перемещается с помощью ворошителя особой конструкции в следующую секцию ящика или в сушилку. Ворошитель состоит из системы скребков и возвышается над двумя ящиками, благодаря чему можно полностью разровнять солод в следующем ящике. В процессе ворошения по мере подъема одного сита оно постепенно опускается. При этом используются две возможности: меньший ход загружаемого сита (около 20 см) дает хорошее перемешивание материала, но приводит к известному спрессовыванию его в первой трети ящика и нарушению равномерности вентиляции. Большой ход сита (около 70 см) уменьшает спрессовывание и обеспечивает равномерную вентиляцию зерна. Перемешивание зерна не так эффективно: верхний слой предыдущей грядки попадает в переднюю треть второго ящика, поэтому здесь несколько часов сохраняется более высокая температура. Её можно выравнять, поместив наиболее высоко расположенный слой грядки в противоположную треть загружаемого ящика. Степень разрыхления укладываемой грядки такова, что ворошение требуется один раз в сутки. Удельная нагрузка на сито может составить 600 кг/м2, вместимость до 75 т на ящик.
Влажность повышается с помощью смонтированных на ворошителе распылительных форсунок до 6 % за один проход ворошителя. При расчете производительности вентиляторов и испарителей для 2-х, 3-х и 4-х сут проращивания необходимо учитывать интенсивное выделение тепла. В каждом ящике прорастающее зерно проходит определенные стадии, поэтому работу вентиляционных устройств и кондиционеров (состоящих из холодильников и увлажнительных форсунок) необходимо рассчитывать в соответствии со стадией роста, исходя из 7-ми сут. замачивания и проращивания.
При этом из-за интенсивного разрыхления при ворошении повышение температуры во время ворошения в загруженном ящике и нивелирование разницы температур требует большей мощности, чем при использовании аппаратов Saladin. Указанные значения относятся к многоскоростному двигателю с регулированием мощности (2 /3 и 3/3), но современному состоянию техники лучше соответствует двигатели с регулируемой частотой оборотов. Благодаря соответствующему заглублению подъемных цилиндров, например во 2-ом и 3-ем ящиках, сито можно опустить так низко, что в них можно проводить повторное замачивание с относительно низким расходом воды. Аналогичную задачу призвана выполнять часто используемая система «затопления», позволяющая в течение 15-25 мин доставить большое количество воды через крупные форсунки. Вместе с тем из-за отсутствия в данном случае одновременного эффекта ворошения такое увлажнение является недостаточно эффективным. Содержание углекислого газа такое же, как и в помещении для проращивания.
1.5.3.6. Башни для проращивания (системы Optimalzer) и солодорастильные ячейки системы Popp в настоящее время уже не встречаются - во-первых, из-за размеров партий (15-30 т), и во вторых, из-за высокого водопотреблення и, соответственно, высоких энергозатрат на сушку. Тем не менее эти установки внесли ценный вклад в современное состояние технологии солодоращения.
1.5.3.7. Способ, основанный на применении углекислотной паузы, состоит в том, что в конце биологической фазы проращивания, проводимой при нормальной воздушной среде, следует период замедления процессов обмена веществ из-за насыщения воздуха диоксидом углерода и одновременного усиления процессов растворения зерна. Долгое время считали, что в случае благоприятного образования ферментов в биологической фазе этот процесс можно еще усилить, если снизить содержание кислорода, повысив тем самым активность прорастающего ячменя. Это должно было проявляться в повышенном синтезе ферментов и усиленном растворении эндосперма, однако полученные результаты были весьма противоречивы, что объясняется трудностями в воспроизводимости сложных экспериментов и отсутствием пригодных методов малого солодоращения. Эндоферменты (прежде всего α-амилаза и эндо-ß-глюканаза) образуются лишь в аэробных условиях. Как только содержание CO2 в слое прорастающего зерна возрастает до 10 или 20 % об., накопление ферментов заметно ослабевает. Уравновешивает этот ингибирующий эффект подведение свежего воздуха. Образование и действие ферментов не связано с присутствием кислорода, поскольку в атмосфере диоксида углерода при замедлении роста корешков и листочков наблюдается более заметное накопление низкомолекулярных продуктов (аминокислот и Сахаров), что приводит к интенсивному окрашиванию солода при сушке.
Такой показатель, как разность экстрактов солода тонкого и грубого помолов, выравнивается при более низком содержании CO2. Содержание 4-7 % об. CO2, выделяемого при дыхании зерна, для всех образцов сильно растворимого солода приводит к некоторому торможению роста и является одним из факторов сравнительно несложного управления ведением солодоращения.
Проведение углекислотной паузы по способу Кропфа осуществляется в специальных ящиках, в которые свежепроросший солод поступает с тока или других солодорастильных аппаратов. Момент ее проведения выбирается в зависимости от состояния прорастающего зерна, в котором должны обнаруживаться явные признаки растворения. Свежепроросший солод находится в ящике для растворения 2-4 сут, а вентилируется только 12 ч. В остальное время в зависимости от свойств ячменя и интенсивности роста накапливается CO2 (прежде всего в нижних слоях, где содержание диоксида углерода доходит до 20-28 % об.). Затем CO2 удаляют путем интенсивной вентиляции за 1-2 ч. В интервалах между проведением вентиляции целесообразно примерно через 5-6 ч откачивать CO2, скапливающийся под ситами, чтобы проращиваемое зерно «не задохнулось». Температура здесь 18-20 °С, так как атмосфера CO2 препятствует дальнейшему нагреванию. Для ускорения охлаждения подают увлажненный воздух температурой не выше 10-12 °С, однако при этом наблюдается резкий перепад температур, который, несмотря на кондиционирование воздуха, может повлиять на влажность среды. Вентиляцию с помощью вытяжных или нагнетательных вентиляторов осуществляют всегда снизу вверх.
Проведение углекислотой паузы но способу Кропфа осуществляется в специальных ящиках, в которые свежепроросший солод поступает с тока или других солодорастильных аппаратов [569]. Момент ее проведения выбирается в зависимости от состояния прорастающего зерна, в котором должны обнаруживаться явные признаки растворения.
Свежепроросший солод находится в ящике для растворения 2-4 сут, а вентилируется только 12 ч. В остальное время в зависимости от свойств ячменя и интенсивности роста накапливается CO2 (прежде всего в нижних слоях, где содержание диоксида углерода доходит до 20-28 % об.). Затем CO2 удаляют путем интенсивной вентиляции за 1-2 ч. В интервалах между проведением вентиляции целесообразно примерно через 5-6 ч откачивать CO2, скапливающийся под ситами, чтобы проращиваемое зерно «не задохнулось». Температура здесь 18-20 °С, так как атмосфера CO2 препятствует дальнейшему нагреванию. Для ускорения охлаждения подают увлажненный воздух температурой не выше 10-12 °С, однако при этом наблюдается резкий перепад температур, который, несмотря на кондиционирование воздуха, может повлиять на влажность среды. Вентиляцию с помощью вытяжных или нагнетательных вентиляторов осуществляют всегда снизу вверх.
Длительная пауза связана с недостатками интрамолекулярного дыхания зерна: эндосперм растворяется, что можно наблюдать визуально: зерно делается молочно-сальным и в результате этерификации приобретает кислый, несколько фруктовый запах, интенсивно при сушке окрашиваясь. Избыточное содержание низкомолекулярных продуктов расщепления солода по Кропфу делает этот способ наиболее пригодным для изготовления темного солода. Следует отметить, однако, что ящики для растворения имеют ограниченную вместимость. Из-за необходимости соблюдения определенного отношения объема воздуха к объему солода вместимость одной установки не превышает 15 т. Загрузка и разгрузка ящика довольно трудоемки, хотя при использовании современной техники (опрокидывающиеся сита и т. д.) условия несколько улучшаются. Большие трудозатраты не всегда позволяют получить экономию за счет снижения потерь на 2-3%, в связи с чем в настоящее время описанный способ применяется крайне редко (это связано также с невозможностью влиять на качество солода).
1.5.3.8. Прочие физические способы влияния на процесс проращивания. В данном случае следует различать применение веществ, замедляющих рост бактерий (ингибиторов процесса проращивания), и использование регуляторов роста (активаторов).
Вещества, замедляющие рост бактерий, в Германии не применяются. Применение азотной кислоты или мочевины, содержащей азотную кислоту, призвано ограничить рост корешка зародыша и представляет лишь исторический интерес. В некоторых странах в качестве ингибитора протеазы разрешено внесение бромата калия (100-300 мг/кг ячменя). При его добавлении в последнюю замочную воду можно добиться уменьшения потерь примерно на 2 % и снизить растворение белка.
Добавление ферментов, например эндо-β-глюканазы, способствует улучшению цитолитического растворения у труднорастворимого ячменя (мпогорядного озимого). Глюканазы, полученные из плесневых грибов, добавляют лишь в последний день проращивания (или с помощью дозирующего шнека при выгрузке грядки). Так как эти ферменты более устойчивы по сравнению с собственными ферментами зерна, их действие в полной мере проявляется при затирании.
К активаторам процесса проращивания относится гибберелловая кислота. Как известно из теории проращивания, в зародыше зерна после водопоглощения образуется гибберелловая кислота A3 и гиббереллин A1, стимулирующие образование в алейроновом слое гидролитических ферментов. Внесение гиберрелло-вой кислоты в количестве 0,01-0,03 мг/кг ячменя вызывает интенсивное дополнительное образование ферментов. Вследствие этого в готовом свежепроросшем солоде отмечается значительное цитоли-тическое и протеолитическое растворение, что позволяет сократить продолжительность проращивания с 7 до 4-5 сут. Добавлять гибберелловую кислоту следует осторожно, так как передозировка может привести к перерастворению солода и окрашиванию конгрессного сусла. Чтобы сократить продолжительность солодоращения на 2 сут при одновременном улучшении степени растворения зерна, для добавления к последней замочной воде достаточно 0,15 мг гибберелловой кислоты/кг ячменя. Эффективнее, однако, добавлять гибберелловую кислоту в начале проращивания - при этом для достижения того же результата оказывается достаточно внесение 0,06-0,10 мг/кг, но в этом случае требуется интенсивное перемешивание раствора с уже подсушенным или даже наклюнувшимся ячменем. При проращивании в течение 4-5 сут изменения в солоде, а значит и в степени окрашивания конгрессного сусла, удерживаются в приемлемых рамках. Цветность кипяченого сусла (см. раздел 2.1.3.6) даже при небольшой дозировке существенно интенсивнее, чем у необработанного солода. Дозировки 0,15-0,25 мг/кг способны компенсировать недостаток энергии прорастания ячменя. Сочетание внесения 0,25 мг гибберелловой кислоты и 100 мг бромата калия на 1 кг ячменя способно снизить потери при солодоращении, целенаправленно воздействовать на процесс растворения и на сокращение продолжительности проращивания. В сочетании с повторным замачиванием теплой (около 40 °С) водой внесение гибберелловой кислоты может дать определенные технологические преимущества.
Особый интерес применение гибберелловой кислоты приобретает при предварительном частичном удалении цветочной оболочки ячменя (от 0,5 до 1 %). Повреждение плодовой и семенной оболочек приводит к равномерному проникновению гибберелловой кислоты внутрь зерна, что стимулирует образование ферментов и растворение. За счет нарушения плодовой и семенной оболочек улучшаются также показатели солодоращения свежеубранного ячменя (продолжительность проращивания сокращается на 40-50%). К недостаткам наряду с потерями вещества зерна относятся серьезные трудности в оценке степени растворения в процессе проращивания, в результате чего очень интенсивное образование ферментов в определенных условиях может обусловить последующее перерастворение в процессе подвяливания солода. Возможно также потемнение зерна при его сушке вследствие сильного белкового растворения. Проращивание лучше проводить в солодорастильно-сушильных ящиках, где процесс можно прервать в любой момент. В заключение следует отметить, что свежепроросший солод легко повреждается при транспортировке. Дальнейшее ускорение проращивания связано со слабым подкислением замочной воды с помощью 0,01 н. раствора H2SO4 в сочетании с добавлением большой (0,5 мг/кг) дозы гибберелловой кислоты.
Выяснилось однако, что положительный эффект можно получить обрушением 1-2 % от общего количества ячменя и без добавления гибберелловой кислоты, в частности, существенно снижается водочувствительность, происходит сильный, равномерный рост зародыша, наблюдается быстрое ферментообразование, в результате чего продолжительность проращивания можно сократить более чем на 24 ч. Удаление цветочной оболочки сказывается на повышении выхода экстракта солода (что позволяет перерабатывать даже многорядный озимый ячмень) и позволят добиться высоких показателей растворения, однако следствием этого является более интенсивное окрашивание. Производительность современных установок для обрушения ячменя составляет около 8 т/ч.
При раздавливании замоченного до влажности 37-39 % ячменя (на двухвальцовой мельнице с расстоянием между вальцами от 1,8 до 2,0 мм) разрушается структура клеточных стенок, благодаря чему влага и гибберелловая кислота (добавляемая сразу же после раздавливания в количестве 0,25-0,75 мг/кг зерна) распределяются равномерно. После 5-суточного проращивания с минимальной влажностью 40 % получают солод, отвечающий требованиям спецификации. Без добавления гибберелловой кислоты, несмотря на проращивание зерна повышенной влажности, этот способ не дает удовлетворительных результатов.
В Германии применение гибберелловой кислоты запрещено (ее использование даже в минимальных дозировках легко выявляется иммунологическими методами анализа).
Одним из способов улучшения показателей свежеприготовленного солода является добавление в конце проращивания водного раствора глюкозы. Обработанный таким образом «глюкозный солод» характеризуется повышенной экстрактивностью и растворимостью.
К специальным методам проращивания можно отнести различные модификации способа перезамачивания. Повторное замачивание в течение 3 ч при температуре 30 °С существенно угнетает рост корешков. При этом общая продолжительность замачивания и проращивания сокращается до 96-110 ч, а потери при солодоращении снижаются до 4 %.
При использовании гибберелловой кислоты в сочетании с применением способа многократного замачивания удается добиться сокращения продолжительности замачивания и проращивания до 84-96 ч, если температура при замачивании составляет 40 °С. Происходящее при этом ингибирование роста корешков позволяет снизить потери. Процессами превращения веществ в солоде можно управлять, с одной стороны, путем регулирования концентрации гибберелловой кислоты, а с другой - параметрами замачивания теплой водой. Эти способы сокращают необходимость ворошения проращиваемого зерна, в связи с чем их применяют, в основном, в стационарных (статических) солодовнях.
1.5.4. Готовый свежепроросший солод
В конце процесса проращивания свежепроросший солод следует оценивать по его внешним признакам и свойствам эндосперма. Это позволяет сделать выводы о ходе процесса соложения и оценить целесообразность проведенных мероприятий. Запах свежепроросшего солода должен быть свежим и напоминать огуречный. Кисловатый, слегка фруктовый запах позволяет сделать заключение о неправильном ходе солодоращения (например, об интрамолекулярном дыхании в результате слишком длительного или частого орошения или слишком продолжительного повторного замачивания, о слишком продолжительных углекислотных паузах при периодической вентиляции, о поступлении на переработку ячменя, поврежденного при хранении). Затхлый, плесневелый запах свидетельствует о переработке заплесневевшего ячменя, недостаточной степени его очистки или о вторичном инфицировании в солодорастильной установке. Последнее случается редко, когда на переработку поступает ячмень с большим количеством поврежденных зерен или обрушенный ячмень. Треснувшие и лопнувшие зерна могут дать толчок к распространению инфекции. Затхлый, застоявшийся запах может образоваться из-за повышенного содержания истертых ростков корешков, так как они набиваются между зернами свежепроросшего солода и затрудняют равномерную вентиляцию грядки.
Исходя из этого, необходимо ежедневно контролировать внешний вид проращиваемого зерна и, прежде всего, степень его инфицирования микроорганизмами: зеленая окраска, проступающая на поверхности зерна, возникает из-за поражения Penicillium, черная - Rhizopus и красная - Fusarium. Наличие даже 0,5 % таких окрашенных зерен требует особой обработки партии зерна.
Проростки корешков должны быть одинаковой длины и свежими. Наличие коричневых увядших проростков свидетельствует о потере влаги вследствие неправильного ведения солодоращения. Потеря необходимой влаги приводит к неудовлетворительному растворению. Повышенная ломкость проростков указывает на слишком частые проходы или неудовлетворительную работу ворошителя, особенно в случае использования солодорастильных аппаратов ящичного типа со шнековыми ворошителями.
Ростки листа должны быть развиты равномерно. Наличие проростков («гусаров») нежелательно, но при переработке разнородного ячменя и частом опрыскивании их появление неизбежно.
При растирании зерна должен получаться сухой мучнистый порошок. При неполном растворении зерен необходимо проверить степень растворения эндосперма. На краях и особенно на брюшной стороне труднорастворимого ячменя, солодоращение которого велось при повышенной влажности, зачастую обнаруживается осаливание.
Степень растворения у всех зерен должна быть но возможности равномерной. Липкая или тестообразная консистенция свидетельствует о слишком позднем или сильном орошении. При сушке такие зерна характеризуются плохим запахом, с трудом высушиваются и дают при затирании стекловидный труднорастворимый солод.
Перед выгрузкой свежепроросшего солода должна определяться его влажность (в целях получения данных для проведения последующей сушки).
Визуальный контроль прорастающего зерна на любой стадии роста - даже на крупных и полностью автоматизированных установках - позволяет оценить результативность проводимых мероприятий. Определение качества готового свеже-проросшего солода осуществляется с учетом необходимого типа солода и ожидаемых превращений при сушке.
1.6. Сушка свежепроросшего солода
1.6.1. Общие положения
Свежепроросший солод легко портится из-за высокой влажности, поэтому его следует перевести в устойчивое для хранения состояние удалением воды. Химико-биологические превращения, происходящие в процессе проращивания, при сушке должны завершиться. Кроме того, задачей сушки является устранение запаха и вкуса свежепроросшего солода, формирование характерного для каждого типа солода аромата и достижение соответствующего окрашивания. При сушке также удаляют ростки листа и корешки, способствующие повторному поглощению влаги высушенным солодом.
Этих целей можно достичь с помощью подсушивания (подвяливания) и сушки солода. В процессе обезвоживания свежепроросшего солода различают два этапа. Подсушивание (подвяливание) - удаление влаги из свежепроросшего солода при более низких температурах до влажности около 10 %. Ha этой стадии удаление воды до достижения влажности 18-20% (до так называемой точки гигроскопичности) проходит легко. Дальнейшее подсушивание до 10 %-ного содержания влаги проходит труднее, но все еще сравнительно просто. В высокопроизводительных сушилках эта стадия отличается скачкообразным подъемом температуры отводимого воздуха, а при работе двухярусной сушилки - легким «прохождением» слоя солода. Способы подсушивания светлого и темного солода различны.
Собственно высушивание проводится до содержания влаги в светлом солоде 3,5-4 %, а темного - до 1,5-2 %. По сравнению с подсушиванием обезвоживание проходит намного сложнее, так как ему противодействуют капиллярные, а в конце и коллоидные взаимодействия, удерживающие влагу внутри зерна. Замедлению удаления воды на этой стадии способствуют сморщивание и ломкость ростков корешков. Обезвоживание проводят при температуре 80-105 °С.
При обезвоживании в зерне происходят физические и химические изменения.
1.6.1.1. Физические изменения зерна относятся к влажности, объему, массе и цвету солода. Снижение влажности с 41-48 до 1,5-4 % должно проводиться таким образом, чтобы в свежепроросшем солоде не происходило резкого уменьшения объема. При замачивании и проращивании ячменного зерна его объем увеличивается, оно становится более упругим. В результате растворения в сердцевине зерна образуются мелкие пустоты, которые должны но возможности дольше сохраняться, чему способствует правильное ведения процессов подсушивания и сушки. Объем солода больше объема ячменя на 16-23 %, а в благоприятных случаях - даже более чем на 24 %. Последнее возможно только при осторожном обезвоживании с применением большого количества воздуха и пониженных температур. Таким путем получают солод, сохраняющий положительные свойства свежепроросшего солода и содержащий большое количество ферментов, хорошо разрыхляемый и размалываемый. При слишком быстрой сушке и воздействии на еще влажное зерно высоких температур внешние слои зерна затвердевают, наблюдается сморщивание пор, стекловидность. Тем самым затрудняется отведение еще находящейся внутри зерна влаги, оно становится тяжелым и жестким. Такой солод при затирании отдает экстракт частично. Масса солода при сушке в результате удаления воды изменяется. 100 кг ячменя дают около 160 кг свежепроросшего солода влажностью около 47 %, из которых получается около 80 кг сухого солода. Таким образом, необходимо удалить количество воды, примерно соответствующее массе готового сухого солода. Свежепроросший солод, получаемый современными способами солодоращения, обычно наполовину состоит из воды. Цветность различных типов солода оценивается по-разному: 2,0-2,5 ц. ед. EBC для свежепроросшего солода, 2,5-4 - для светлого, 5 - 8 - для венского и 9,5-21 ц.ед. EBC - для темного. Аромат и вкус солода формируются параллельно с формированием цвета. Образование участвующих в этих процессах веществ обусловлено химическими превращениями различных соединений.
1.6.1.2. Химические изменения свежепроросшего солода при сушке делятся на три основных типа: превращения, которые проявляются как следствие дальнейшего естественного развития процессов диссимиляции и синтеза новых соединений (фаза роста); превращения, продолжающиеся после прекращения роста как результат чисто ферментативных реакций (ферментативная фаза); превращения, происходящие в результате процессов высушивания или наступившего теплового затвердевания зерна и которые следует рассматривать как чисто химические изменения, протекающие под влиянием тепла и в присутствии определенных количеств воды (химическая фаза).
Рост зерна возможен до тех пор, пока его влажность не упадет ниже 20 %, а температура не превысит 40 °С. Он проявляется в увеличении длины зародышевого листка, которое происходит до конца процесса подсушивания. Накопление ферментов способствует процессу растворения эндосперма, проявляющегося в увеличении количества растворимого азота, низкомолекулярных продуктов распада крахмала и в дальнейшем расщеплении стенок клеток эндосперма. Степень этих изменений тем больше, чем выше влажность и температура в области примерно до 30 °С (в противном случае происходит инактивация части лабильных ферментов), однако если рост зародышевых листка и корешка в сравнении с ферментативными процессами невелик, то происходит накопление низкомолекулярных продуктов расщепления.
Ферментативная фаза наблюдается при температуре 40-70 °C. Под действием амилазы, пептидазы, глюканазы и фосфатазы процессы расщепления происходят до тех пор, пока снижение влажности или повышение температуры не приведет к инактивации ферментов. Так как при пониженной влажности ферменты значительно более стабильны, чем при повышенной, они сохраняются в тем больших количествах, чем ранее из свежепроросшего солода будет удалена вода. Так как к этому моменту прекращается дальнейший рост зародыша корешка, то и продукты расщепления больше не расходуются на создание новой ткани. В результате в зерне накапливаются различные виды сахаров (глюкоза, фруктоза, мальтоза, сахароза). Если с α-аминным азотом каких-либо существенных изменений не происходит, то отдельные аминокислоты ведут себя специфически: так, например, в процессе подсушивания содержание глицина, аламина и аргинина существенно возрастает, а содержание глютаминовой кислоты и амидов постоянно растет с начала подсушивания. При содержании влаги менее 10 % прекращаются и эти реакции, так как ферменты инактивируются. Потеря ферментов тем выше, чем более влажный солод оказывается в области высоких температур. Эти обстоятельства учитывают при различных способах сушки светлого и темного солода. Так, при сушке светлого солода вследствие удаления больших количеств воды на ранних стадиях, то есть при более низких температурах, наблюдаются сравнительно небольшие ферментативные изменения их состава.
Что касается отдельных ферментов, то активность ß-амилазы снижается гораздо сильнее, чем α-амилазы, которая в результате повышения активности при подсушивании сохраняет уровень активности, свойственный для свежепроросшего солода. Во время фазы подсушивания при температуре 50 °С наблюдается увеличение содержания эндопептидаз и повышение их эффективности. При сушке даже при высоких температурах не отмечается какого-либо заметного снижения активности этих ферментов. Экзопептидазы характеризуются значительным повышением активности в процессе подсушивания - лишь дипептидаза инактивируется до такой степени, что ее активность в сушеном солоде ниже, чем у свежепроросшего. Активность амино-и карбоксипептидаз, напротив, в сушеном солоде всегда выше, чем в свежепроросшем. Эндо-β-глюканаза во время подсушивания инактивируется не так сильно, а экзо-β-глюканаза инактивируется при температурах выше 50 °С, и в светлом солоде ее активность составляет лишь треть от начального значения. Полифенолоксидазы и пероксидазы очень чувствительны к температуре и значительно инактивируются в ходе подсушивания при температурах выше 80 °C, что впоследствии приводит к повышению содержания антоцианогенов в сусле и пиве.
Каталазы при подсушивании существенно инактивируются, и при температуре 80 °C их активность не обнаруживается. Значительная потеря активности при подсушивании отмечается также у липоксиназ.
Химические изменения при повышенных температурах. При определении растворимого азота конгрессного сусла выявлены большие различия при использовании свежепроросшего и сухого солода (вследствие активного образования протеолитических ферментов при подсушивании и их действия при затирании). При затирании сухого солода происходит не только более сильное расщепление белков, но и явное увеличение содержания высокомолекулярного азота, что объясняется повышенной активностью эндопептидаз и повышением дисперсности коллоидного белка. Хотя у светлого солода эти изменения не так значительны, как в темном, они влияют на полноту вкуса, пенообразование и стабильность пива. Светлый солод следует высушивать при температуре не ниже 80 °С, а у темного солода в диапазоне температур 100-105 °С отмечается сильная коагуляция белков. Наиболее очевидны химические превращения, вызывающие значительное потемнение эндосперма и придающие отчетливый «жареный» аромат, характерный для типичного темного солода.
Формирование цвета и аромата происходит при температурах свыше 100 °C и влажности около 5 % в ходе реакций сахаров, содержащихся в свежепроросшем солоде, и продуктов расщепления белков (аминокислот, дипептидов и трипептидов). Аминогруппа аминокислоты реагирует с карбонильной группой моносахарида с образованием N-замещенного гликозиламина. Последний подвергается перегруппировке Амадори и становится N-замещенным 1-амино-1-деокси-2-ке-тоном, находящемся в равновесии со своей энольной формой. Из этого кетона посредством перегруппировки Хейнса получается 2-амино-2-деоксиальдон. Далее возможны два направления реакции, основанные на энол- или кетоформе.
Важным промежуточным продуктом первого направления является 3-дезо-ксиозон, который превращается в фуран путем отщепления воды и циклизации. Из пентоз возникает 2-фурфураль, а из гексоз и гексилоз - 5-гидрокси-2-фур-фураль и 5-метил-2-фурфураль. В присутствии первичных аминов могут образовываться производные пиррола и пиридина.
Путем 2, 3-энолизации продуктов перегруппировки Амадори может образовываться 1-дезоксисозон, который через соответствующие промежуточные ступени, отщепление воды и циклизацию может продуцировать γ-пироны (например, мальтол), фураны (например, изомальтол и 2-ацетилфуран) и фураноны (например, фуранол). Эти вещества характеризуются солодовым карамельным ароматом. Именно 4-дезоксиозоном, который продуцируется путем удаления ОН-связей в 4-й позиции глюкозы, объясняется образование гидроксиацетилфурана и (в присутствии первичных аминов) образование производных гидроксиацетилпиррола и пиридина.
Химическая активность аминокислот возрастает с увеличением расстояния между карбоксильными и аминными группами, в связи с чем реакционная способность β-аланина вдвое, а £-аминокапроновой кислоты втрое сильнее, чем α-аланина. Активность основных аминокислот различна - так, скорость реакции глицилглицина при pH 5,5 в 4-8 раз больше, чем глицина, а трипептида - всего лишь в 4,6 раза. Чтобы вызвать реакцию этих аминокислот, необходимо поддерживать температуру сушки темного солода 100-105 °С в течение 5-6 ч.
Для получения при сушке темного солода желаемого цвета и аромата необходимо достаточное содержание низкомолекулярных продуктов расщепления крахмала и белка. Это является теоретическим обоснованием того, почему темный свежепроросший солод очень долго растворяется и в процессе подсушивания продолжительное время выдерживается при высокой влажности в диапазоне температур 40-60 °С. Продуцирование этих низкомолекулярных продуктов расщепления в необходимом количестве у некоторых сортов ячменя идет с большим трудом. Для изготовления темного солода меньше всего подходит очень бедный белком ячмень.
При простым нагревании свежепроросшего солода можно получить не желаемые ароматические и красящие вещества, а солод с пригорелым, жженым привкусом, способным испортить вкус пива.
При высоких температурах сушки из Сахаров образуются N-гетероциклические соединения. Содержание азотистых гетероциклических соединений при повышении температур сушки также возрастает экспоненциально. Как и в случае других продуктов реакции Майяра и альдегидов Штрекера, содержание образовавшихся N-гетероциклических соединений зависит от содержания их предшественников, причем здесь оказывает влияние содержание влаги в материале, проращивание при пониженных температурах и продолжительность проращивания. Если серосодержащая аминокислота, например, цистеин, вступает в реакцию с ди карбон ильным соединением, то через несколько промежуточных реакций образуется 2-ацетилтиазоль. К ароматическим веществам, образующимся только при сушке, то есть формирующимся при реакциях Майяра (например, при расщеплении по Штрекеру), относят большинство N-гетероциклических соединений, а также оксазин солода и 5-ацетил-2, 3-дигидропирролизин. Ароматическими веществами этой группы, продуцируемыми при термоокислительном расщеплении жирных кислот, являются транс-2-ноненаль и γ-ноналактон.
В кислородосодержащих гетероциклических соединениях, например γ-пи-ранонах, изомальтоле и фуранеоле, отсутствует атом азота. Многие из этих соединений обладают интенсивным ароматом орехово-попкорнового, картофельного или грибного оттенка. Некоторые из них, например дериваты пролина, придают также ощущение горечи.
Аромат и пороговое значение его восприятия определяются составом N-гетеро-циклических соединений, а также положением и количеством серосодержащих групп. Пороговое значение восприятия варьирует от 10 мг/кг до 0,002 мкг/кг.
Таким образом, эти субстанции не всегда желательны. У темного солода желательно присутствие продуктов реакции Майяра, то есть гетероциклических соединений, образующихся в процессе кипячения сусла при повышенных температурах, или при сильной термической нагрузке перед кипячением и после кипячения сусла (см. раздел 2.5.5). Позднее они могут привести к формированию посторонних запахов.
При повышении температуры подсушивания с 75 до 85 °С содержание N-гетеро-циклических соединений существенно возрастает, особенно пиразинов и 2-аце-тилпиррола. Дальнейшее повышение температуры с 85 до 100 °C может привести к увеличению их содержания на 60-300 %. При подсушивании темного солода и температуре сушке 100 °С отмечается еще большее увеличение содержания этих соединений, что обусловлено повышенным образованием аминокислот и сахаров при «томлении» солода.
Следствием образования меланоидинов при подсушивании является снижение содержания инвертного сахара и аминокислот, а также пептидов. При кислой реакции меланоидинов при повышенных температурах подсушивания снижается значение pH солодового экстракта или конгрессного сусла. В образовании аминокислот проявляется также действие фосфатаз, выделяющих неорганические фосфаты из органических фосфорных соединений; кроме того, при повышенных температурах сушки происходит осаждение вторичных и третичных фосфатов, что проявляется в снижении буферных свойств солода.
Важной в качественном и количественном отношении реакцией является процесс термического расщепления предшественника диметилсульфида (ДМС) S-метилметионина (SMM) на свободный диметилсульфид и гомосерин. Образующийся при расщеплении Штрекера мети-ональ также может превращаться в ДМС и пропенальдегид. Впоследствии ДМС может преобразоваться в диметилди-сульфид. Диметилсульфоксид (ДМСО), другой предшественник ДМС с очень высокой температурой кипения (189 °С), может превращаться в ДМС в результате сильного термического воздействия или при помощи дрожжей и определенных бактерий.
Таким образом, в солоде, высушенном при высоких температурах (90-100 °С), содержится меньше предшественников ДМС, чем в солоде, высушенном при низких температурах. Содержание ДМС в пиве зависит от многих факторов, при этом конечное значение предшественников ДМС определяется свойствами ячменя и интенсивностью сушки. Определенную роль играет и технология приготовления пива (кипячение сусла, его обработка, способы брожения).
В процессе подсушивания содержание антоцианогенов уменьшается в результате действия пероксидазы и поли-фенолоксидазы, которые их окисляют до высокомолекулярных би- три- и т. п. флаванов. Это характерно, прежде всего, при способах подсушивания при высоких температурах. Таким образом, конгрессное сусло, полученное из такого солода, характеризуется повышенным содержанием полифенолов, особенно антоциа-ногенов, что приводит к снижению степени (коэффициента) полимеризации и окрашиванию. Это приходится учитывать и вести сушку светлого солода при температурах 80-85 °С.
Содержание экстракта солода, определенное в лабораторном сусле, с ростом температуры сушки уменьшается. Это обусловлено, во-первых, повышенной коагуляцией белка, и, во-вторых, образованием частично нерастворимых меланоидинов. Кроме того, следует учитывать, что высокие температуры сушки сильнее инактивируют ферменты. Поскольку степень связанных с этим превращений веществ при лабораторном затирании уменьшается, наблюдается снижение выхода экстракта по сравнению с ожидаемым. При хорошем предварительном подсушивании и осторожном нагревании до температуры сушки наблюдаются незначительные различия. Темный солод теряет в процессе подсушивания и интенсивной длительной сушки значительно больше экстракта, чем светлый и средне-окрашенный. Свежевысушенный солод дает худший экстракт, чем хранившийся, так как при сушке происходит частичное поглощение коллоидами гидратационной воды, что способствует появлению опалесценции в конгрессном сусле. В ходе хранения солода при небольшом поглощении влаги снова происходит набухание ранее дегидратированных коллоидов.
При использовании в сушилках серосодержащего топлива, например кокса, достигается осветление солода, выявляемое по более светлой окраске цветочной оболочки и цветности конгрессного сусла. Последнее объясняется не столько осветляющим действием диоксида серы, сколько блокированием реакционно-способных концевых групп сахаров или продуктов их преобразования - карбонилов и т. д. Сжигание мазута с более высоким содержанием серы (выше 0,2 %) не приводит к описанному эффекту, зато довольно часто наблюдается частичное потемнение цветочной оболочки солода, известное как «полосатость» или «тигрение». Рекомендуется использовать мазут с низким содержанием серы (менее 0,5 %), хотя специальные конструкции топок позволяют сжигать даже мазут с повышенным содержанием серы, однако из-за более низкого значения pH обычно образуется больше полифенолов и низкомолекулярных продуктов расщепления, вызывающих более сильное потемнение на последующих этапах процесса пивоварения.
При прямом обогреве сушилки в зависимости от используемого топлива могут образовываться нитрозамины (нитрозодиметиламин, NDMA). Эти нитрозамины с незначительными потерями (в частности, при кипячении сусла) без изменения попадают в готовое пиво. Содержание образующихся при проращивании предшественников нитрозаминов (диметиламина, этиламина, тирамина, горденина, грамина и др.) зависит от условий проращивания. Другими источниками нитрозаминов являются различные оксиды азота, обозначаемые как NOv (в основном - NO и NO2). Эти оксиды при растворении в воде или жирах солода дают N2O3 и N2O4. Растворенные NOx находятся в равновесии с нитратами и нитритами, из которых они продуцированы. Содержащийся в топочном газе NO2 нитрифицирует, например, горденин при подсушивании. Это азотсодержащее соединение далее распадается до нитрозодиметиламина. Содержание серы в сгораемом материале (например, в коксе, в определенных сортах жидкого топлива) путем блокирования реакции нитрификации вызывает последующее снижение содержания NDMA. Наряду со снижением уровня нитратов в сушильном воздухе удачными оказались попытки снизить содержание аминов в свежепроросшем солоде путем изменения условий солодоращения, применив сокращенную его продолжительность, насыщение технологического воздуха CO2 или подсушивание корешков зародыша к концу процесса солодоращения. Эффективным оказалось опрыскивание проращиваемого зерна раствором сахара за 24 ч до выгрузки свежепроросшего солода. Наилучшим решением являются косвенные системы обогрева сушилки, разработанные с учетом описанной проблематики.
К присутствующим в окружающей среде веществам, способным попасть в продукт с сушильным воздухом, относятся и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Подозрения, что использование сушилок с прямым обогревом может привести к повышенному содержанию этих веществ в солоде, относительно 3, 4-бензпирена не подтвердились.
Содержание SO2 в солоде при сжигании сжиженного или природного газа составляет 1,5-8 мг/кг, легкого нефтяного топлива (содержание серы 0,2-0,5%) - 5-10 мг/кг, а кокса (содержание серы около 0,9%) - 20-23 мг/кг. Судя по результатам многочисленных исследований, содержание SO2 в солоде не оказывает существенного влияния на содержание диоксида серы в пиве.
1.6.2. Сушилки
При подсушивании (подвяливании) и сушке свежепроросшего солода используются сушилки солода, в которых через материал пропускается сушильный воздух. Сушилки по конструкции можно классифицировать следующим образом:
по размещению и числу ярусов - горизонтальные с одним, двумя или тремя ярусами; вертикальные с несколькими ярусами (прямоугольные или круглые);
по высоте загрузки - обычные и высокопроизводительные;
по комбинированию с солодорастильными системами: солодорастильно-сушильные ящики ( так называемые стационарные или статические солодовни), стационарные башенные и круглые солодовни и т. д.;
по виду систем отопления - с косвенным нагревом, при котором осушающий воздух нагревается от теплообменных поверхностей, и с прямым нагревом, при котором газы, образующиеся при горении, смешиваются с сушильным воздухом и пропускаются непосредственно через свежепроросший солод;
по виду топлива или виду теплоносителя - на коксе, антраците, газе, жидком топливе, паре, горячей воде и т. д., но при указании вида топлива имеет значение тип отопления сушилки - прямой или косвенный.
1.6.2.1. Высокопроизводительные одноярусные сушилки являются наиболее распространенной конструкцией сушилок. Характерная особенность этих сушилок - это значительная высота слоя солода (0,6-1 м) и высокая удельная нагрузка на поверхность решетки (250-400 кг/м2). На неопрокидывающейся поверхности решетки производится как подсушивание (подвяливание), так и сушка. Поверхность для размещения солода в сушилке представляет собой решетку, устойчивую к боковым деформациям, со значительной площадью живого сечения - до 30-40 %. Примыкающие друг к другу участки решетки устанавливают на опорном каркасе из металлических рам, закрепленных на несущих металлических опорах. Сушильная решётка крепится к несущим стенкам с учетом температурных деформаций. В большинстве случаев применяются опрокидывающиеся решетки, которые поворачиваются с помощью наклонного вала. Решетки могут состоять из одной или двух частей. В нервом случае необходима большая высота помещения, а бункер для солода размещается возле стены сушилки, а во втором случае бункер или транспортер размещают в центре пространства, куда подается сушильный агент. Соответственно по-разному устраиваются технологические проходы. В вентиляционные установки сушилки входят вентилятор, шахты для свежего, рециркуляционного и отводимого воздуха и устанавливаемые в них заслонки. Выходное отверстие для выпускаемого из сушилки воздуха должно быть расположено на такой высоте, чтобы насыщенный водяными нарами газ не мог попасть в отверстие для забора свежего воздуха. Сушильный воздух проходит через материал, расположенный на решетке, и отводится в особый воздуховод, образующий с каналом для рециркуляционного воздуха общую шахту. Расход и отвод воздуха регулируются с помощью специальной жалюзийной заслонки.
С помощью вентилятора воздух засасывается прямо из шахты свежего или рециркуляционного воздуха и нагнетается в ресиверную емкость (или помещение), работающую под небольшим давлением и предназначенную для снижения давления подаваемого вентилятором воздуха и более равномерного распределения его под ситом. Объем ресиверной емкости или помещения зависит от площади сушилки и наличия устройств, которые включают бункер для солода и транспортные устройства для сухого солода.
Дополнительная установка ресиверной емкости или устройство специального помещения оказывают относительно небольшое влияние на равномерность процесса сушки, нарушаемую не столько неравномерностью подачи воздуха, сколько неравномерностью загрузки солода.
Размер выходного отверстия вентилятора определяется площадью поверхности сит. В процессе сушки оно перекрывается распределительной заслонкой, направляющей подводимый теплый воздух к материалу и обеспечивающей равномерное распределение давления. Отклонения в давлении можно уменьшить с помощью установки перфорированной отражающей плиты, позволяющей производить асимметричное нагнетание теплоносителя в ресиверную емкость или помещение. Выходное отверстие для воздуха находится в боковой стене. Во избежание застоя воздуха верхний край отверстия должен примыкать к перекрытию. Высота помещения над ситом определяется площадью поверхности опрокидывающегося сига. Помещение над ситом имеет плоское перекрытие, которое тщательно теплоизолируют (особенно если оно является верхним перекрытием здания). Доступ во все помещения сушилки обеспечивается через двери с падежным уплотнением. Для выравнивания или сброса давления при входе ресиверное помещение оборудуется шлюзом с двумя дверями.
Вентилятор создает давление, которое в зависимости от высоты слоя солода, встроенных элементов и размеров сушилки может составить 60-200 мм вод. ст. Производительность вентилятора составляет 2500-3000 м3 воздуха/кВт ч. Для подсушивания светлого солода потребляется 4000-5000 м3 воздуха/т солода; при сушке расход воздуха снижают до 2300-2700 м3 воздуха/т солода. Регулировать расход воздуха можно путем уменьшения свободного сечения отверстий для свежего или выпускаемого воздуха, но, как правило, изменяют частоту оборотов электродвигателя с помощью регулирующего сопротивления. Изменяющуюся при подсушивании и сушке потребность в воздухе можно регулирован, также путем установки двух электродвигателей, работающих либо одновременно, либо поочередно с определенной частотой вращения. Для поддержания в ресиверном помещении постоянной температуры в него нагнетается подогретый воздух. Производительность этого вентилятора составляет 3200 м3/т ч.
Отопительные устройство. В сушилках применяют различные отопительные устройства. При прямом отоплении (например, в сушилке, обогреваемой коксом) вентилятор засасывает свежий или рециркуляционный воздух через слой сгорающего топлива. При этом происходит перемешивание воздуха с продуктами сгорания, после чего смесь нагнетается в ресиверную камеру. Температура регулируется с помощью чувствительных термостатов. Минимальная теплотворная способность кокса составляет около 29 300 кДж/кг (7000 ккал/кг). В нем содержится примерно 0,9% серы, и при сжигании около 130 кг кокса/1 τ солода одновременно сжигается 1,2 кг серы.
Omoпленuе мазутом требует соблюдения специальных требований к оборудованию котельных. В одной из их конструкций предусматривается двойная обшивка металлическими листами, через которую пропускается весь сушильный воздух. Благодаря этому исключается раскаливание соприкасающейся с прямым пламенем рубашки и достигается хорошее перемешивание воздуха с газообразными продуктами сгорания. Теплотворная способность среднего или легкого мазута составляет 39 800-42 700 кДж/кг (9500 - 10200 к кал/кг).
Хорошо себя зарекомендовало omoплeние газом - природным (преимущественно метаном) и сжиженным (бутаном). Минимальная теплотворная способность природного газа составляет 29 300-30 600 кДж/м3 (7000-9000 ккал/м3), сжиженного - 83 400 кДж/м3 (20 000 ккал/м3). При сгорании минерального топлива образуются многочисленные продукты сгорания - например, водяной пар, двуокись серы, зола, пыль, угарный газ, оксид азота, а также диоксид углерода. При полном сгорании природного газа коэффициент эмиссии диоксида углерода невелик. У жидкого топлива этот коэффициент больше, чем у природного газа, а у твердого - больше, чем у сжиженного. Так как при сжигании образуется вода, то осушающее действие воздуха снижается, что особенно сказывается при низких значениях влажности в конце подсушивания. При необходимости долю свежего воздуха при сушке следует увеличить примерно на 10 %.
Непрямое отопление предусматривает наличие нагревающих устройств с большими поверхностями теплообмена (калориферами), от которых нагревается воздух. В качестве топлива могут быть использованы различные виды горючего, в том числе и такие, которые из-за их состава не используют в системах с прямым отоплением во избежание прямого контакта с солодом. Вследствие напряженного теплового режима особое внимание уделяют герметичности системы отопления. Нагрев воздуха через теплообменники требует повышенного расхода электроэнергии и топлива из-за потерь при теплопередаче и сжигании горючего.
В новых конструкциях отработанный газ по стальным трубам направляется в многочисленные отделения, где газ охлаждается до 50 °С, благодаря чему происходит конденсация водяного пара. В этих обогревательных устройствах можно применять топливо с максимальной теплотой сгорания, что позволяет достичь КПД сушилок с прямым отоплением.
Более простыми являются системы отопления с использованием горячей воды температурой около 110 °С (для подсушивания) и 140-160 °С (для сушки) или пара. Для подсушивания применяют также пар под давлением 0,15-0,2 MПa (для сушки требуется давление пара 0,5 МПа).
Одноярусные сушилки самых разных модификаций хорошо зарекомендовали себя на практике - они просты в обслуживании, а управление процессом сушки может быть полностью автоматизировано. Продолжительность подсушивания и сушки как светлого, так и темного солода составляет 19-21 ч.
Потребность в энергии зависит от высоты слоя загружаемого материала: при прямом отоплении она меньше (25-40 к В т · ч), чем при непрямом (33-48 кВт · ч/т готового солода). Это же относится и к расходу тепла: для прямого отопления и для описанных выше обогревательных устройств с низкими температурами отводимых газов - 3,35-4,40 · 106 кДж/т (0,8-1,05 ∙ 106 ккал/ч), а для отопления горячей водой или паром (вследствие потерь в паровом котле) - 4,0-4,6 · 106 к Д ж / т готового солода (0,95-1,1 Х Х 106 ккал/т).
1.6.2.2. Двухъярусные сушилки высокой производительности. Желание лучше использовать отводимую от сушки теплоту при нагревании и сушке и возможность использовать ее для нагрева воздуха для подсушивания привело к появлению многоярусных сушилок. Сита в них располагают друг над другом или одно за другим. В последнем случае речь идет о так называемых «сушилках с рециркуляционным воздухом» - материал остается в них на той же решетке в течение всего времени подсушивания и сушки. В высокопроизводительных двухъярусных сушилках с ситами, расположенными друг над другом, в первых конструкциях конца 1970-х - начала 1980-хх гг. в конце подсушивания продукт перекладывался с верхнего сита на нижнее.
В двухъярусной сушилке с решетками, расположенными друг над другом, чаще всего используют круглые решетки - поворотные (опрокидывающиеся) со стационарными погрузочно-разгрузочными устройствами или стационарные, с вращающимися погрузочно-разгрузочными шнеками. Удельная нагрузка составляет примерно 350 кг готового солода/м2 поверхности решеток, что соответствует 435 кг солода в пересчете на свежепроросший. Воздух для сушки в этой конструкции подается на решетку по каналу свежего воздуха через теплообменник и каскадный нагреватель. Вентилятор расположен между нижней и верхней решетками и нагнетает воздух с добавлением предварительно нагретого свежего воздуха через решетку для подсушивания. Для предварительного нагрева свежего воздуха до заданной температуры используют или противоточный теплообменник, или нагревательные элементы. Продолжительность подсушивания и нагрева составляет 19-20 ч за вычетом времени загрузки, выгрузки и охлаждения. Чтобы на верхней решетке гарантировать полное высыхание, необходим вентилятор с удельной мощностью 3200 м3/т готового солода в час. Производительность вентилятора можно регулировать до 50 %, хотя воздушный поток для верхней и нижней решеток регулируется путем добавления нагретого воздуха соответственно потребностям подсушивания и сушки. Удельная теплоотдача при сушке составляет у противоточного теплообменника 2100-2300 МДж (500-550 Мкал)/т готового солода, а среднегодовая потребность в электрической энергии - 45-50 кВт · ч/т готового солода
В старой конструкции предусмотрены 2 системы нагнетательной вентиляции: первая пропускает нагретый воздух через решетку (мощность 2500-3000 м3/т в час), а вторая пропускает воздушные массы из пространства под решеткой, смешанные с нагретым воздухом, через второй теплообменник мощностью 3800 м3/т в час (до температуры подсушивания). Оба вентилятора регулируются ступенчато.
Загрузка таких сушилок производится механически транспортирующим устройством для свежепроросшего солода. Разравнивание материала осуществляется горизонтальным шнеком с регулировкой высоты слоя. Подсушенный солод этим же устройством перегружается на нижнюю решетку.
Двухъярусные сушилки с рядом лежащими, прямоугольными или квадратными решетками называют также «сушилками с рециркуляцией воздуха» с одинаковыми решетками, оснащенными загрузочно-разгрузочным устройством. Благодаря передвижной платформе это устройство может перемещаться от одной решетки к другой. Воздух с регулируемой температурой нагревается в калорифере и продувается через решетку. Мощность вентилятора в этом случае ниже, чем у вышеописанных сушилок с перемещением солода, так как зерно в ходе всего процесса подсушивания и сушки неподвижно (и, следовательно, образованные при сушке слои не нарушаются); удельная мощность вентилятора составляет, как правило, 1500 м3/ч-т готового солода. Отводимый от решетки сушки воздух поступает в шахту отработанного воздуха снизу и отводится вентилятором определенной мощности (2500 м3/т ч). Для обеспечения большего количества воздуха для подсушивания рециркуляционный воздух смешивают со свежим воздухом, нагретым в теплообменнике, после чего смесь в теплообменнике доводят до определенной температуры. Оба вентилятора оснащены ступенчатым регулятором числа оборотов, управляемым от компьютера в зависимости от влажности свежепроросшего солода на решетках, а также от желаемого типа солода. Удельная потребность в теплоте составляет 2100-2300 МДж/1 т готового солода (500-550 Мкал/1 т). Потребность в электрической энергии составляет 30-35 кВт-ч/т. Перепад давления, преодолеваемый сушильным воздухом при прохождении через решетку подсушивания, составляет 1500 Па, а через решетку сушки - 600-800 Па. Удельная нагрузка составляет 330-400 кг готового солода /м2.
Поступление свежепроросшего солода осуществляется или через поворотный трубопровод, или через винтовой транспортер. Преимуществом такого устройства является однородная и равномерная плотность засыпи и равномерность распределения воздушных потоков. Разгрузка солода происходит или вдоль, или поперек вращения шнека на лотковый цепной транспортер. По сравнению с опрокидывающейся решеткой при этом требуется меньшая высота помещения.
В сушилке Triflex для проведения подсушивания также используется отработанный воздух от решетки сушки [734]. В данном случае речь идет о трех одинаковых, независимых одноярусных сушилках, каждая из которых снабжена вентилятором, независимым устройством отопления, а также вытяжкой и каналом для рециркуляционного воздуха. Последний подводит отработанный воздух от сушильной решетки к следующей решетке подсушивания. Две решетки загружаются свежепроросшим солодом одновременно - на одну 45 %, на другую 55 % общей массы свежепроросше-го солода. Сушилка, загружаемая в первую очередь с удельной загрузкой 409 кг солода в пересчете на свежепроросший (328 кг готового солода) работает по 20-часовому циклу, для чего вентилятор должен обладать удельной мощностью 3500 м3/ч на 1 т готового солода. Сушилка, загружаемая во вторую очередь, с удельной загрузкой 500 кг/м2 площади сита в пересчете на свежепроросший (400 кг готового солода) работает 32-33 ч. После 14 ч пребывания в сушилке А делается пауза, и восстановленный на 2/3 воздух (2300 м3/т · ч) нагревается вместе со свежим воздухом до температуры подсушивания. Отработанный воздух сушилки В тем временем разделяется на вновь загруженные сушилки для подсушивания С (45 %) и А (55 %). Отработанный воздух подводится затем к теплообменнику, и тем самым достигается высокий КПД. После окончания сушки солод охлаждается холодным свежим воздухом, а отданная при этом теплота отводится к воздуху для сушки. Удельное потребление тепла в такой сушилке составляет 2000-2100 МДж/1 т готового солода (480 Мкал/1 т), а удельное электропотребление в среднем за год - 26 кВт · ч/1 т готового солода.
1.6.2.3. Солодорастилъно-сушилыше ящики. В последние десятилетия внедрен целый ряд хорошо зарекомендовавших себя конструкций, и мы остановимся на двух основных из них.
Прямоугольный солодорастилыю-сушильный ящик по своему принципу соответствует солодорастнльному ящику с учетом длинного пути воздуха для сушки, который благодаря соответствующему расположению выпускных отверстий на противоположной стороне или в нижней части ящика равномерно проходит через весь слой зерна. Высота подситового пространства составляет 2,9-3,2 м. Удельная нагрузка секций (вместимостью 130-170 т) - 500-630 кг/м2. Такие ящики изготавливают из сборных бетонных конструкций с учетом возникающих температурных напряжений (для чего применяют гибкие уплотнения). Для изоляции пространства между ящиками предусматривают элементы из газобетона. Сушильную решетку изготавливают из оцинкованных перфорированных листов металла или в виде сушильной решетки со щелевыми отверстиями.
Обычный шнековый ворошитель используется, как правило, только во время проращивания и служит также для разгрузки высушенного солода. После прорастания зерна необходим проход ворошителя но всей ширине слоя материала для выравнивания верхнего менее проросшего слоя и создания одинаковых условий сушки для всей партии. Ворошение в процессе подсушивания и сушки способствует ускоренному просыханию, препятствует образованию уплотненных слоев, обеспечивает лучший контакт влажного свежепроросшего солода с горячим воздухом, но неизбежным следствием ворошения на этих этапах является сморщивание солода.
В современных прямоугольных солодорастильно-сушильных ящиках применяют поперечный шнек, располагаемый немного выше сушильной решетки. Шнеки-ворошители системы Saladin перемещают солод более бережно, чем поперечные шнеки. При этом минимизируется истирание ростков и их отходы под сушильной решеткой. Материал подается на горизонтальный транспортер вдоль продольной стороны ящика. Продолжительность разгрузки соответствует длительности прохода ворошителя.
Вентиляция прямоугольных солодорастильно-сушильных ящиков осуществляется с лицевой стороны. При непрерывном ведении проращивания и сушки продолжительность обоих процессов может составить всего 24 ч. Обычно продолжительность подсушивания (подвяливания) и сушки составляет не более 33 ч, в связи с чем необходимы установки для отопления и вентиляции сушилки, рассчитанные на 4 ящика. Такое увеличенное время сушки позволяет снизить подачу воздуха примерно до 3000 м3/т солода в час, благодаря чему потребность в энергии, несмотря на высокую загрузку, может составить 40 (кВт · ч)/т солода. Расход тепла на тонну солода составляет в среднем около 3800 МДж или 900 Мкал на 1 т солода. Следует отметить, что прямоугольные солодорастильно-сушильные ящики частично оборудуются типовыми ящиками с ситами, площадь живого сечения которых составляет около 20 %. Этого может оказаться недостаточно для подвода тепла и является недостатком таких моделей. В других типах ящиков предусмотрены обычные сита с площадью живого сечения 30-40 %.
Вентиляционные устройства используются те же, что и в высокопроизводительных одноярусных сушилках. Они состоят из канала свежего воздуха, шахты рециркуляционного воздуха и устройства для отвода отработанного воздуха. При использовании вентиляторов более высокой производительности можно сократить продолжительность подсушивания и сушки.
Сокращение фазы подсушивания до 28 ч в целях более эффективного использования периода проращивания обычно связано с необходимостью форсирования процесса подсушивания по расходу воздуха и температурному профилю. Так, например, производительность вентилятора увеличивают до 3000 м3/т · ч, что вызывает повышение потребления энергии. Дальнейшее сокращение процесса подсушивания и сушки при добавлении дополнительных ящиков (до 6) требует проведения суточной сушки, что позволяет поддерживать 24-часовой ритм (при подсушивании требуется производительность 3300-3700 м2/т ∙ ч). Необходимость экономии энергии привела к объединению двух растильно-сушильных ящиков, причем воздух, отводимый из одного ящика после «прорыва», служит для нагревания воздуха для подсушивания в следующем ящике. Для этого требуется воздуховод рециркуляционного воздуха, еще одна группа вентиляторов, а также дополнительная система отопления для нагревания смеси свежего и рециркуляционного воздуха для подсушивания. Общая продолжительность подсушивания и сушки составляет, в зависимости от отдельного цикла 2 24-28 ч.
Если загрузка описанных выше ящиков производится из традиционной установки для замачивания или так называемым «моечным шнеком», в другом типе сушильно-растильных ящиков вместимостью 300 τ используется иной принцип. Ящики объемом 630 м2 с помощью редлера загружают зерном сухим способом (загрузка длится 5 ч), материал выравнивают и интенсивно увлажняют устройством орошения, установленным на ворошителе. При этом скорость перемещения ворошителя составляет всего 0,2 м/мин. Спирали ворошителя перемешивают воду и зерно со скоростью 42 об/мин. Вода подводится по лотку, располагаемому вдоль стенки ящика. При последующих циклах орошения каретка ворошителя перемещается быстрее, а шнеки, наоборот, вращаются медленнее. Такое увлажнение очень эффективно (общий расход воды составляет 0,9 м3/т, лишь на 30-40 % выше теоретического). Вентиляционные установки (5 вентиляторов общей производительностью 600 м3/т ч) обеспечивают хорошее распределение воздуха по всей длине ящика. Для сушки 6-ти вентиляторов (общей производительностью по воздуху 3800 м3/т солода ч) устанавливают в машинном зале. Обогрев производится 6-ю калориферами с газовым отоплением. Разгрузка солода выполняется через 5-6 ч при помощи устройства, в котором материал наклонным шнеком перемещается на транспортер. Рабочий цикл таких крупных секций составляет: 2 сут на замачивание, 5,5-6 сут на проращивание и 11,5 сут на сушку. Разгрузка и загрузка занимают один рабочий день.
Круглые солодорастильно-сушильные ящики бывают одно- и многоярусной конструкции. В целях рекуперации и экономии энергии их разделяют на собственно солодорастильные ящики и сушилки двухъярусной конструкции. Интересным решением в этих солодорастильно-сушильных ящиках является то, что сушильный воздух направлялся но центральному каналу через ряд изолированных, плотно закрывающихся задвижек под сушильную решетку, предназначенную для подсушивания. Длина такого воздуховода невелика (например, в секциях на 200 τ свежепроросшего солода - около 8 м). Рециркуляционный сушильный воздух отводится по отдельному воздуховоду. Еще один воздушный канал предназначен для нагревания свежезамоченной растильной грядки влагонасыщенным воздухом, отводимым в процессе подсушивания.
Аналогичный принцип используется в одноярусной системе Unimalzer, где сушильный воздух также подводится извне. Эту систему выпускают как в виде небольших секций (на 3 т), так и крупных модулей (на 200 г).
В большинстве рассмотренных типов солодорастильно-сушильных установок проращивание ведется по тем же принципам, что и в системе Saladin. Как мы уже отмечали, после замачивания (в течение 1-2 сут) загрузка производится моечным шнеком или «сухим» способом. И в том и другом случае продолжительность пребывания зерна в солодорастильно-сушильном ящике увеличивается. Рекомендуется после 1 сут замачивания (21-26 ч) выгружать замоченный материал влажностью 38 % и ожидать прорастания следующие 12-24 ч в хорошо нагретой от предыдущей сушки атмосфере помещения для проращивания, после чего провести целенаправленное орошение до влажности 45-47 %. Таким образом, в течение почти 5,5 сут. можно получить свежепроросший солод вполне удовлетворительного качества, то есть процесс проращивания вместе с подсушиванием хорошо укладывается в недельный ритм.
Стационарные (статические) солодовни, как и рассмотренные растильно-сушильные ящики, позволяют загружать партии ячменя порядка 150-300 т. Несмотря на все недостатки, отсутствие операции транспортирования свежепроросшего солода имеет
положительное значение, однако следует учитывать, что (по крайней мере у прямоугольных солодорастильно-сушильных ящиков) выгрузка замоченного материала и сушеного солода требует затрат времени и средств.
Солодорастильно-сушильные ящики являются логическим продолжением конструкции известных «башенных» солодовен, где имеются большие мощности для замачивания. Добавление лишь одного солодорастильно-сушильного ящика требует сооружения комплектной сушильной и вентиляционной установки, экономическая эффективность которой может быть достигнута только в случае ее последующего расширения.
1.6.2.4. Системы солодоращении непрерывного действия. Из старых солодовен непрерывного действия и небольшой производительности, которые в настоящее время интересны только как образец инженерно-технической мысли, на некоторых крупных солодовнях смогла утвердиться система Saturn. Она состоит из двух аппаратов для замачивания, одной внешней кольцевой решетки для проращивания и одной внутренней решетки для сушки. Суточная производительность ее последней модификации составляет 200-240 т зерна.
Прямоугольные замочные аппараты глубиной 3 м загружаются транспортным устройством с регулируемой скоростью (средняя производительность - 10-12 т/ч), в них добавляется вода, и в течение 5-7 ч зерно перемешивается с водой. Благодаря продувки сжатым воздухом достигается эффект очистки. Затем материал перекачивают в следующий замочный аппарат и воду заменяют свежей. Здесь процесс замачивания повторяется, и через 5-7 ч материал перегружают на внешнюю кольцевую решетку для проращивания, отводя воду через вибросито. Эта решетка общей площадью 1650 м2 разделена на четыре секции (секции I и IV вдвое меньше секций II и III). Производительность вентиляционных установок для меньших секций составляет около 300 м3/т · ч, а для больших - около 700 м3/т · ч. Кольцевая решетка вращается при помощи гидравлических устройств (продолжительность одного оборота в зависимости от требуемого качества солода составляет от 2 до 15 сут, как правило, 6-7 сут). Охлаждение производится смесью свежего и рециркуляционного воздуха, а нужная температура достигается с помощью холодной воды. Пo окружности кольцевой решетки смонтированы 7 шнековых ворошителей с распылительными форсунками, позволяющими осуществлять последовательное повышение влажности проращиваемого материала.
Свежепроросший солод перегружается шнеком в соседнее сушильное отделение, занимающее на внутреннем кольце площадь 4600 м2, за один оборот которого в сутки высушивается 350-450 кг готового солода/м2. Сушильная решетка разделена на четыре секции (температурные зоны); дополнительная секция служит для охлаждения солода, а еще в одной секции происходит выгрузка свежепроросшего солода. Секции сушки I и II больше по размеру (в них производится подсушивание, производительность по воздуху - 250 000 м3/ч), чем зоны III и IV, где меньшее количество воздуха (100 000 м3/ч) нагревают до температуры сушки. Отводимый из зоны IV сухой воздух направляют обратно в секции подсушивания (в зависимости от влажности воздуха секции III эту операцию можно осуществить и с отводимым из нее воздухом).
К преимуществам такой системы солодоращения относят относительно низкую производительность транспортирующих устройств (8-10 т/ч), возможность выбора параметров вентиляционных, охлаждающих и нагревающих установок в соответствии с той или иной секцией проращивания и сушки, возможность экономии энергии и воды, а также простоту автоматизации отдельных процессов. При этом следует учитывать, что в таких установках перерабатываются крупные партии гомогенного ячменя. Переход к изготовлению солода иного качества осуществляется изменением условий проращивания, а переход от одного типа ячменя к другому (например, от двухрядного на многорядный) осуществляется путем изменения скорости вращения кольцевых сит.
1.6.2.5. Сушилки непрерывною действия. В целях экономии энергии и прежде всего равномерного расхода тепла в 1980-е гг. были разработаны новые типы сушилок непрерывного действия, но практическое применение нашла лишь вертикальная сушилка фирмы Lausmann.
Параллельно расположенные сушильные шахты оснащены обычными профилированными решетками с несущими рамами, причем модули соединены друг с другом. Шахты разделены на 3-4 секции, соответствующие отдельным фазам сушки, между которыми имеются зоны, принимающие на себя давление столба солода и служащие выравниванию процесса удаления влаги внутри зерна. Сушка осуществляется сверху вниз - из ящика для проращивания через бункер в шахту для сушки так, что воздух для подсушивания контролируемо удаляется. Вентиляция осуществляется сквозь слой солода. По сравнению с описанными установками в вертикальных сушилках периодического действия слой солода всегда продувается только в направлении отвода сушильного воздуха. Отработанный воздух из секции 4. нагретой до 80-82 °С, направляется вновь к фронтальной стенке участка сушки 3, где он, смешиваясь со свежим нагретым воздухом, нагревается до требуемой температуры 70-72 °С и проходит через солод. Отработанный воздух из этой зоны подводится к стороне входа воздуха зоны подсушивания, смешивается со свежим воздухом и разделяется на два потока, - в зону 2 с температурой 60-62 °C; в зону 1 с температурой 50-55 °С. Из них отработанный воздух покидает сушилку в насыщенном состоянии с температурой 26-28 °С и поступает в теплообменник для сушки, где отдает тепло подводимому потоку свежего воздуха. Эта система полностью автоматизирована, при этом регулируемый параметр (температура отводимого воздуха зоны 3) меняется 4 раза в час в зависимости от процессов загрузки и разгрузки. Сначала эта температура составляет 42 °С, а после загрузки немного снижается из-за сильного испарения воды; затем в течение 15-17 мин она вновь достигает значения 42 °С. Сушилка оснащена 4-мя воздушными калориферами, которые отрегулированы на температуры 80, 70, 60 и 50 °C (с возможными вариантами). Удельный расход воздуха возрастает (из-за смешивания с нагретым свежим воздухом) с 1500 м3/ч на 1 т готового солода в фазе сушки до 3000 м3/ч на 1 т . Нагрев воздуха обеспечивается не только теплообменником, но и отводимым от секции охлаждения высушенного солода теплом.
Для выработки теплоты используются два модуля блочных термоэлементов с газовым двигателем, два компрессорных тепловых насоса с газовым двигателем и один бойлер с газовым отоплением. Дополнительно имеется возможность обогревать вертикальную сушилку теплом, подаваемым по сетям централизованного теплоснабжения. Газовый двигатель отдает частичную теплоту двигателя и отработанного газа в систему подачи горячей воды, обогревающей вертикальную сушилку. Конденсатор компрессорного теплового насоса с газовым двигателем нагревает подогретый свежий воздух из теплообменника, а испаритель теплового насоса служит для производства холода для солодорастильного ящика. Удельный расход тепла с параллельной работой энергосистем составляет в среднем в год около 1950 МДж/1 т готового солода (450 Мкал/1 т), а общий удельный расход электроэнергии - около 35 кВт/1 т готового солода.
1.6.2.6. Многоярусные сушилки. С 1940-х гг. многоярусные сушилки строились лишь в отдельных случаях и сегодня встречаются на крупных предприятиях относительно редко. Поэтому мы рассмотрим лишь основные элементы конструкции новых многоярусных сушилок. Размещение нескольких решеток друг над другом требует возведения высоких зданий башенного типа сравнительно небольшого поперечного сечения, а также разработки отопительной и вентиляционной систем. Обогрев сушилок производится в результате сжигания топлива с теплотворной способностью около 20 000 кДж/кг (4700 ккал/кг). Используются в основном жидкое и газовое топливо, а также нагревательные элементы для нагрева пара или воды. Образующиеся в результате сгорания газы отводятся вверх по облицованному шамотным кирпичом каналу в тепловую камеру и оттуда направляются в трубы теплообменника, поверхность которых является греющей поверхностью сушилки. Отношение площади поверхности нагревателя к площади поверхности сушилки колеблется в зависимости от производительности, конструкции и назначения сушилки от 2,5 до 8 : 1. Высота тепловой камеры имеет большое значение, поскольку от нее зависит высота естественной тяги нагретого воздуха. В зависимости от производительности и конструкции сушилки высота нагревательной камеры может быть разной. Расход воздуха регулируется с помощью заслонки.
Сушильные решетки располагаются одна над другой, и в зависимости от их числа сушилки бывают двух- и трехъярусными. Почти повсеместно применяемые в современных сушилках профилированные решетки имеют площадь перфорации 30-40 %. Решетки, изготовляемые из перфорированных листов, используют главным образом для приготовления темного солода. Высота пространства над нижним ситом - 2 - 3 м, над верхним 4-8 м (большая высота применяется для производства светлого солода). Заканчивается это помещение вытяжным каналом - широкой каминообразной надстройкой высотой 6-10 м. Канал снабжен поворотной шлемообразной насадкой, гарантирующей беспрепятственный выход водяных паров.
Тяга и расход необходимого для сушки свежепроросшего солода воздуха в значительной степени зависят от расстояния между верхним краем нагревательных труб и выходом из вытяжного канала, загрузки на 1 M2 площади сушилки, температуры и влажности наружного воздуха. Производительность вытяжных вентиляторов составляет 1500-2000 м3/ч на 1 τ солода. Они оснащаются регуляторами, служащими для изменения подачи воздуха на различных стадиях сушки. Потребление электроэнергии составляет 10-12 (кВт ч)/т солода.
Горизонтальные сушилки с несколькими ярусами снабжаются отдельным лопаточным ворошителем с шириной захвата 80-100 см. На нижнем ярусе устанавливается ворошитель с зубьями, что обеспечивает большую степень разрыхления материала. При большой загрузке верхний ярус оснащается ворошителем системы Saladin.
Основные показатели производительности многоярусных горизонтальных сушилок приведены ниже.
Площадь сушки на одном ярусе 10-200 м2
Загрузка верхнего яруса (30-200 кг/м2 в пересчете на сухой солод)
Высота загружаемого слоя материала и удельная нагрузка при получении светлого солода:
без вентилятора 30-40 кг/м2
с вентилятором (при загрузке 200 кг/м2) 60-70 кг/м2
Высота загружаемого слоя материала и удельная нагрузка при получении темного солода:
без вентилятора 60-70 кг/м2
Продолжительность сушки:
для светлого солода 2 - 12 ч или 2 - 24 ч
для темного солода 2 - 24 ч
в двухъярусной сушилке 3-12 ч или 3- 16 ч
Расход тепла (в среднем за год) - 5000 кДж/т готового солода (1200 Мкал/т)
в трехъярусной сушилке - на 15% меньше
В вертикальных сушилках, получивших распространение в 1930-е гг., солод располагается узкими и высокими слоями между двумя вертикальными решетками, расположенными на расстоянии 20 см одна над другой. Таких секций (шахт) в одной сушилке может быть от 4 до 8. Шахты для солода и расположенные между ними воздушные шахты разделяются с помощью промежуточных перекрытий. Снабжение сушильным воздухом осуществляется через воздушные форсунки или шиберы, что обусловливает увлажнение уже высушенных партий, которые при сушке достигают определенную твердость и стекловидность. Энергопотребление 24-часовой (двухъярусной) или 16-часовой (трехъярусной) сушилки довольное низкое.
1.6.3. Процесс сушки
При сушке светлого и темного солода используют регулирование температуры, изменение мощности вентиляторов, применяют свежий и рециркуляционный воздух, а также ворошение материала на различных стадиях сушки.
1.6.3.1. Сушка светлого солода в одноярусной высокопроизводительной сушилке. Поступающий на сушку свежепроросший светлый солод обладает рядом свойств, которые в зависимости от применяемого способа солодоращения могут изменяться (влажность - от 43 до 48 %, температура - от 12 до 20 °С). Светлый свежепроросший солод должен обеспечивать хорошее равномерное растворение зерна и накопление протеолитических и цитолитических ферментов, но в меньших количествах, чем темный солод.
Для получения светлой окраски влажность солода при подсушивании должна понижаться как можно быстрее - это ингибирует дальнейшее действие ферментов. Свежепроросший солод влажностью около 43 % легко отдает влагу, так как давление водяного пара на его поверхности такое же, как на свободной поверхности воды. Влага из зерна под действием капиллярных сил переходит из внутренних зон с более высокой температурой в поверхностные зоны, охлаждающиеся вследствие испарения свободной воды. Замедление поглощения воды воздухом начинается лишь ниже граничного уровня влажности («критическая» влажность солода, точка гигроскопичности). Затем следует фаза сушки, во время которой скорость уменьшения влажности снижается, что обусловлено сокращающейся разницей давления водяных паров в материале и сушильном агенте. Здесь выделяется стадия, когда поверхность зерна не насыщена влагой, и стадия переноса влаги из середины зерна к поверхности, зависящие от пористости, величины и площади поверхности зерна. При влажности ниже 10 % перенос влаги замедляется, а при влажности около 2 % достигается устойчивое равновесие, которое можно нарушить только путем испарения влаги при температурах выше 100 °С.
В одноярусных сушилках сушка осуществляется послойно снизу вверх. Высокий расход воздуха обусловливает сильное охлаждение свежепроросшего солода (благодаря эффекту испарения), так что сушку начинают при существенно более высоких температурах, чем в старых двухъярусных сушилках. Вследствие быстрого подсыхания нижних слоев зерна рост зародыша прекращается уже через несколько часов, однако действие ферментов продолжается до влажности около 10 % и температуры 70 °С, что вызывает накопление низкомолекулярных продуктов расщепления (Сахаров и аминокислот). При этом в верхних слоях рост зародыша еще продолжается с использованием продуктов расщепления углеводов, белков и липидов. Превращения здесь протекают довольно мощно, о чем свидетельствует увеличение количества продуктов расщепления в верхнем слое. С уменьшением влажности с 40-42 до 10% и повышением температуры сначала до 45, а затем очень быстро - до 65 °С, создаются идеальные температурные условия для протекания реакций различных групп ферментов, приводящих к дальнейшему росту содержания низкомолекулярных соединений. Согласно i-x-диаграмме Молье температура отводимого воздуха длительное время поддерживается на уровне 22-30 °C (в зависимости от температуры подводимого воздуха). Лишь после снижения влажность верхних слоев свежепроросшего солода ниже точки гигроскопичности температура отводимого воздуха быстро повышается, а влажность постоянно убывает. Таким образом, по сравнению с нижним слоем свежепроросший или подсушенный солод верхнего слоя продолжает оставаться в области температур и значений влажности, при которых еще возможен рост или ферментативная активность, на 10-12 ч дольше. При осторожном ведении процесса сушки не происходит превышения предельных температур расщепления белка и крахмала. Вследствие высоких скоростей воздуха и охлаждения во время сушки материал нагревается лишь после прохождения солодом точки гигроскопичности.
В результате солод из верхнего слоя характеризуется несколько лучшей разностью экстрактов солода грубого и тонкого помолов, большей растворимостью белка и содержит больше низкомолекулярного азота, чем солод из нижнего слоя. Несмотря на непродолжительное воздействие температур сушки, окраска солода верхнего слоя несколько темнее, чем нижнего.
Способы с применением непрерывно повышающихся от 45 до 65 °С температур (например, на 1,5-1,7 °С/ч) хорошо себя зарекомендовали, гак как в этом случае не происходит резкого изменения состояния сушильного воздуха. При этом конечная температура подсушивания 65 °С поддерживается еще 1-2 ч для выравнивания характеристик солода (например, содержания влаги). Дальнейший нагрев до температуры сушки должен также происходить непрерывно, но с более быстрым повышением (например, 4-5 °С/ч). Вентиляционная установка подает 4000-4800, а в случае перезамоченного или повторно замоченного солода - до 5500 м3 воздуха/т солода в час. В ходе сушки это значение увеличивается примерно на 10 %, так как со снижением влажности уменьшается сопротивление слоя свежепроросшего солода. В зависимости от его влажности, производительности вентилятора и температурного режима процесс подсушивания длится 10-13 ч.
Подсушенный таким образом солод никогда не дает характерный аромат темного солода, так что характер светлого солода определяется уже при подсушивании.
После достижения «проскока» производительность вентилятора плавно уменьшают до 50 % первоначальной производительности вентилятора, чтобы ограничить избыток воздуха, до 2000-2700 м3/т · ч. Дальнейшее ее снижение нецелесообразно, поскольку в этом случае разница между отдельными слоями оказалась бы слишком велика, и верхние слои оказались бы недостаточно высушенными. Нагревание до температуры сушки производится ступенчато с шагом 5 °С/ч или непрерывно в течение 2-3 ч.
В зависимости от желаемого цвета солода и интенсивности предварительного подвяливания температура подсушивания поддерживается в течение 4-5 ч на уровне 80-85 °С. Для получения очень светлого солода благоприятное действие оказывает ступенчатое регулирование температуры при подсушивании (например, 2 ч при температуре 80 °С, 3 ч при температуре 82 °C). При этом в зависимости от температуры подсушивания, расхода и качества воздуха достигается влажность 3,5-4,2 %. При данном режиме температура в верхнем слое солода на 2-3 0C выше, чем в нижнем, однако влажность солода выше лишь на 0,2-0,4 % (табл. 1.10).
Таблица 1.10. Режимы сушки солода при повышающихся температурах
Часы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Температура, °С: воздуха в ресиверном помещении 45 50 55 55 60 60 60 60 65 65
рециркуляционного воздуха 20 22 23 23 24 24 26 29 33 37
Влажность рециркуляционного воздуха, % 100 100 100 100 100 100 85 70 55 42
Производительность вентилятора, м3/ч 4400 4800 4900
Часы 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Температура, °С: воздуха в ресиверном помещении 65 70 75 80 82 85 85 85 85
рециркуляционного воздуха 45 50 58 68 72 76 78 80 81
Влажность рециркуляционного воздуха, % 31 23 15 12 < 10 < 10 < 10 < 10 < 10
Производительность вентилятора, м3/ч 3800 3200 2900 2500 2500 2200 2200 3000 3300
Доля рециркуляционного воздуха, % 25 50 50 75 75
Этот способ сушки служит для изготовления светлого солода с использованием свежего воздуха. Для свежепроросшего и незначительно окрашенного солода, а также у солода с цветностью 3,0-3,5 ед. EBC сокращение подачи свежего воздуха может осуществляться несколько раньше, при влажности отработанного воздуха примерно 75 %, что позволяет сделать сушку более экономичной. При подсушивании можно также использовать рециркуляционный воздух, так как к началу подсушивания его относительная влажность составляет менее 15 %. На практике примерно через 1 ч после достижения температуры подсушивания производят подачу 25 %, еще через час - 50 %, а в последние 2-3 ч - 75% рециркуляционного воздуха. При этом производительность вентилятора снова ступенчато поднимают примерно до 80 % первоначального значения. Благодаря таким мероприятиям достигается лучшее выравнивание температур и влажности в верхних и нижних слоях солода.
Желательно поддерживать высокую температуру сушки, несмотря на неизбежные потери ферментов из-за термокоагуляции высокомолекулярных азотистых веществ. Подвергшийся коагуляции белок не создает трудностей в дальнейшем процессе пивоварения, пиво легко фильтровать, и оно характеризуется более высокой белковой стабильностью и лучшим ценообразованием.
Наименьшая потеря ферментов и самая низкая степень окрашивания проявляется у солода, подсушивающегося при возрастающей от 60 до 65 °С температуре, и при сушке которого производительность вентиляторов была высокой до конца подсушивания, то есть до достижения разности температур подаваемого и выпускаемого воздуха 20-25 °С. Недостаточно высушенный солод считался ранее недостаточно «стойким к сушке» вследствие более позднего окрашивания в процессе, но при температурах сушки 82-83 °С солод окрашивается тем сильнее, чем лучше он высушен. Это можно отнести на счет промежуточных стадий реакций меланоидинообразования до необратимо окрашенных продуктов, а также повышенного образования антоцианогенов. Показателем достаточно интенсивного подсушивания является распад ДМС-предшественника (S-метилметионина).
Описанные способы подсушивания и сушки занимают, как правило, около 19 ч, но при этом следует учитывать относительно продолжительное время загрузки и выгрузки. С помощью современных устройств транспортировки свежепроросшего солода в сушилку (см. раздел 1.6.6.1) можно сэкономить около 2-2,5 ч, за счет чего можно увеличить продолжительность подсушивания и, при необходимости, время нагрева. Таким образом мощность вентилятора можно уменьшить примерно на 15 %, что соответствует 20 %-ной экономии электроэнергии, и можно выбрать более низкие начальные температуры сушки.
Сушка темного солода в одноярусной сушилке. Сушку темного солода осуществлять сложнее, чем светлого, поскольку необходимо обеспечить определенные влажностные и температурные условия, способствующие дальнейшему растворению зерна и образованию низкомолекулярных азотистых веществ и Сахаров. Эти вещества при высушивании обусловливают естественную ароматизацию и окрашивание нива. Предпосылкой получения характерного темного солода является полное (до кончика) растворение зерен свежепроросшего солода, которые должны характеризоваться высоким (45-50 %) содержанием влаги. При подсушивании темного солода влажность свежепроросшего солода снижают медленно, так, чтобы продолжалось действие ферментов и произошли по возможности более полные химико-биологические превращения.
В стадии подсушивания, которая в соответствии с экспериментально установленными технологическими требованиями может длиться лишь 6-10 ч, в нижнем и среднем слое материала влажность следует понижать с 45 до примерно 20 % (но не ниже). С другой стороны, желаемые реакции расщепления прекращаются без значительной инактивации ферментов в диапазоне температур 35-40 °С. При снижении влажности может происходить подъем температуры, что позволяет создавать оптимальные условия для проявления активности важнейших ферментов и применять затем высокие температуры сушки. Технически этот процесс, известный как «томление солода», заключается в том, что сушка темного солода в отличие от сушки светлого осуществляется не свежим воздухом, а его смесью с рециркуляционным воздухом. Если при сушке свежим воздухом вследствие охлаждения в результате испарения температура на входе снижается, то при использовании рециркуляционного воздуха устанавливается примерное равновесие между температурой воздуха выше и ниже слоя солода и температурой зерна. Напротив, при использовании смеси свежего и рециркуляционного воздуха в различных соотношениях увеличение температуры солода происходит медленнее, чем при использовании лишь одного рециркуляционного воздуха. Постоянное поддержание соотношения обоих компонентов приводит к достижению равновесного состояния подаваемого воздуха. При использовании смеси свежего и рециркуляционного воздуха на качество получаемого солода влияет в основном содержание в смеси свежего воздуха. Если при подсушивании светлого солода контролируют только температуру подаваемого воздуха, то при подсушивании темного солода - температуру как подаваемого, так и отводимого воздуха.
Для достижения необходимой температуры материала целесообразно при температуре подаваемого воздуха 50 °C обеспечить соотношение количеств свежего и рециркуляционного воздуха как 20 : 80 %. В этом случае температура отводимого воздуха устанавливается в диапазоне 35-40 °С, благодаря чему можно снизить полную мощность вентилятора до 70 % (3000 м3/т солода в час). Через 4 ч температуру подаваемого воздуха поднимают до 55 °С, и при несколько уменьшенной влажности создаются оптимальные условия для действия ферментов. При равных количествах свежего и рециркуляционного воздуха в солоде устанавливается температура 40 °С. В конце 8-9-часового периода подсушивания влажность верхнего слоя солода сохраняется прежней, тогда как нижнего - 20-25 %. Из обработанного таким путем солода светлый солод получить уже невозможно, так как образовавшиеся продукты расщепления формируют специфический аромат и интенсивный цвет.
Стадия высушивания, которая следует за подсушиванием (томлением), должна обеспечить за 6 ч снижение влажности в среднем с 35 до 5-6 %, что возможно лишь при работе вентилятора на полную мощность и при использовании только свежего воздуха. Для достижения повторного выравнивания влажности через 2 ч сушки еще раз (в течение 1 ч) подают только рециркуляционный воздух. При этом температура составляет 70 °С и наблюдается сильное действие амилаз («пауза осахаривания»). В дальнейшем высушивание проводится при подъеме температуры с 80 до 95 0C причем сначала подается 100% свежего воздуха, а в последние 2 ч добавляется 20 % рециркуляционного. В конце фазы сушки влажность отводимого воздуха снижается примерно до 10 %.
Стадия обжаривания при температуре 102-105 °C длится 4-5 ч. Здесь желателен легкий подъем температуры, минимальный в последний час. Если красящие вещества образуются относительно быстро, то для получения необходимого аромата требуется больше времени. В формировании аромата участвуют аминокислоты валин и лейцин с довольно длинными цепочками. Требуемая температура не всегда одинакова - при сильном растворении зерна солода, глубокой и правильной обработке его при подсушивании необходимый цвет и аромат получают уже при температуре 100 °С. Для выравнивания температуры в процессе сушки содержание рециркуляционного воздуха постепенно увеличивают с 20 до 80%. Если вентилятор при этом работает на полную мощность, температура верхнего слоя солода поднимается выше 100 °С.
Несмотря на указанное быстрое нагревание солода и сильное удаление влаги, приготовленный таким образом солод отличается рыхлостью, хорошими цитолизом и степенью растворения белка. Примечателен несколько более темный цвет верхнего слоя, который вызван усиленным образованием продуктов реакции меланоидинообразования. Белковая растворимость у темного солода низка вследствие коагуляции высокомолекулярного азота и расхода аминокислот и пептидов при реакции Майяра. Продолжительность осахаривания 10-15 или 20-25 мин оказывается для темного солода неблагоприятной. Ферменты инактивируются в меньшей степени, чем в обычной двухъярусной сушилке.
Среднеокрашенный солод («венского» типа) получают теми же способами, что и светлый, однако при влажности отводимого воздуха уже около 70 % производительность вентилятора можно уменьшить и при температуре отводимого воздуха 52-60 °C добавить рециркуляционный воздух, постепенно повышая его содержание с 20 до 80 %. Температура сушки (90-95 °С) может поддерживаться в течение 3-4 ч в зависимости от требуемой цветности (5-8 ед. ЕВС).
1.6.3.2. Технология сушки в двухъярусных сушилках (см. раздел 1.6.2.2). В сушилках этого типа воздух всасывается через нижнюю решетку и продувается сквозь верхнюю. В зависимости от типа погрузочно-разгрузочного устройства на подсушивание и сушку требуется 19-20 ч. Отработанный воздух с решетки сушки является воздухом, одновременно подаваемым на решетку подсушивания; дополнительного его нагрева не происходит, хотя свежий воздух, смешиваемый с рециркуляционным, может немного подогреваться в теплообменнике. При этом не следует превышать заданную температуру подсушивания. Повышение температуры воздуха, поступающего на решетку, происходит в течение 10 ч с 33 до 60 °C, в связи с чем влажность подсушиваемого солода следует регулировать так, чтобы она не стала менее 10 %. В противном случае подсушивание следующих партий солода будет происходить медленнее, и еще влажный верхний слой при разгрузке может попасть в область повышенных температур, что вызовет инактивацию ферментов и «сморщивание» солода. Как видно из табл. 1.11, процесс подсушивания начинается на верхней решетке. В воздухе для подсушивания (3800 м3, 33 °С) всегда будет меньше водяных паров (вследствие сушки на нижнем сите). При повышении температуры в течение 10-11 ч он нагревается с 33 до 60 °С. Через 24 ч достигается температура подсушивания 65 °С, которую не следует превышать. В дальнейшем свежий воздух подводится вентилятором от теплообменника. При достижении температуры отработанного воздуха 30 °С мощность вентилятора ступенчато снижают примерно до 2000 м3/т ч (до 60 %), чтобы отработанный воздух покидал сушилку в насыщенном состоянии.
Таблица 1.11. Режимы сушки в двухъярусных сушилках
Часы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Температура воздуха, "С: подводимого на нижнюю решетку 60 60 60 60 60 60 60 60 60 65
отводимого с нижней решетки 33 35 37 41 45 47 52 54 57 59
отводимого с верхней решетки 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
Часы 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Температура воздуха, "С: подводимого на нижнюю решетку 65 65 70 72 78 80 80 80 80
отводимого с нижней решетки 61 63 64 65* 65 65 65 65 65
отводимого с верхней решетки 28 28 29 30** 30 30 30 30 30
* С этого момента свежий воздух смешивается с рециркулируемым так, чтобы не превышалась температура 65 °С.
** Начиная с температур 30 0C ступенчато снижают число оборотов вентилятора.
При разгрузке солода нижний слой характеризуется содержанием влаги 5.5-6,0%, а верхний - 11-13%. При механической обработке могут образовываться участки с влажностью даже 15-18 %, так что следует воспрепятствовать их попаданию в области высоких температур. Перегрузка на нижнюю решетку (охлажденную) происходит послойно, но иногда все же не удается избежать некоторого смешивания слоев высотой около 20 см.
Именно поэтому на нижнем сите следует очень внимательно регулировать температуру так, чтобы не повредить еще влажное зерно. Температуру 60 °С поддерживают до тех пор, пока на всей поверхности сита не будет достигнута температура 54 °С, и только тогда ее повышают до 65 °С с шагом 2-3 °С. Нагревание до температуры высушивания (80 °С) осуществляется ступенчато в течение 4 ч, причём для подсушивания отработанный воздух смешивают со свежим.
Такая технология сушки на практике дает хорошие результаты. Современные конструкции сушилок позволяют несколько сократить время разгрузки и загрузки, что делает возможным проводить рабочие циклы 2 · 20-21 ч. Полученный
солод характеризуется очень светлым цветом, нужной цветностью кипяченого сусла, хорошей рыхлостью и низкими значениями содержания ДМС. Хотя на верхней решетке еще имеет место некоторое дорастворение, однако различия между верхним и нижним слоями подсушенного солода незначительны.
1.6.3.3. Технология сушки в двухъярусных сушилках с системой рециркуляции воздуха отличается тем, что солод в течение всего периода подсушивания и сушки остается неподвижным. На решетке подсушивания свежепроросший солод уже при транспортировке в сушилку в течение 1 ч продувается воздухом температурой 45 °С. В конце загрузки вентилятор включают на мощность 2500 м3/т ч. причем мощность устанавливается в зависимости от влажности свежепроросшего солода, продолжительности подсушивания и параметров воздуха. После снижения мощности вентилятора сушки до 1500 м3/т · ч, воздух смешивается с 1000 м3 нагретого свежего воздуха, и смесь нагревается в теплообменнике до температуры подсушивания (ступенчато с 45 до 65 °С по 1,1 °С/ч в течение 18 ч). При 65 °С настраивается «проскок», и мощность вентилятора регулируется так, чтобы температура отработанного воздуха 30-32 °С достигалась с почти полным насыщением. В конце подсушивания утилизируется теплота, образованная при охлаждении высушенного солода. После этого решетка подсушивания становится решеткой сушки и продувается вентилятором мощностью 1500 м3/т · ч. Через 2 ч при 65 °С начинается процесс нагревания, продолжающийся 12 ч (до достижения температуры 80 °С) при непрерывном повышении температуры. Высокие температуры подсушивания не приводят к повышению энергопотребления, так как отводимый воздух можно снова использовать для подсушивания.
Опасения относительно того, что длительное пребывание подсушенного солода в области повышенных температур может привести к перерастворению вверхнем слое и существенным различиям показателей между верхним и нижним слоями, не нашли подтверждения. По сравнению с одноярусной сушилкой цитолиз, особенно в верхнем слое, улучшается, однако содержание растворимого и α-аминного азота в верхнем слое не возрастает, так как азот, по-видимому, расходуется на синтез тканей зародыша. Цвет солода и цветность кипяченого сусла отличаются несущественно, как и содержание ДМС.
1.6.3.4. В сушильном аппарате системы Triflex применяются две зоны сушки: первая (А) загружается па 45 % суточной загрузки, а вторая (В) - на 55 %. Благодаря этому, а также за счет более интенсивного использования воздуха, сушка в зоне А осуществляется за 20 ч, а весь цикл занимает 30-31 ч. В таких аппаратах даже при высоких температурах сушки отводимое тепло может быть полностью использовано для подсушивания.
1.6.3.5. Вертикальная сушилка непрерывного действия полностью загружается из вентилируемого солодорастильного ящика. Стадия подсушивания делится на
две зоны: в первой (верхней) подсушивание ведется при температуре воздуха 50 °С, а во второй - при температуре 60 °С (см. табл. 1.12), причем отработанный воздух отводится совместно и постоянно насыщается.
Таблица 1.12. Режимы сушки в вертикальной сушилке непрерывного действия
Зона IV III II I
На
входе На
выходе На
входе На
выходе На
входе На
входе На
выходе
Температура воздуха, °С 80 75-79 70 37-42* 60 50 26-29
Объем воздуха, м3/т ч 1500 2250 3000
* Температура регулируется при разгрузке и загрузке.
В третьей зоне при температуре 70 °С и расходе воздуха 2250 м3/т • ч достигается «проскок» (теоретически он достигается в центре вертикальной решетки). Температура смеси в среднем за 16 мин составляет в среднем 37 °С. При достижении 42 °С (эта температура регулируется, но лучше выбрать 42-43 °С) материал перемещается через сушилку. Средняя температура смеси (42 0C) получается из минимального значения (33 °С) верхней зоны и максимального значения (65 °С) перед четвертой зоной. В фазе сушки температура потока воздуха, как правило, поддерживается на уровне 80 °С. Температуру солода на поверхности решетки сушки поддерживают на уровне 68-80 °С. Возможна температура сушки и выше 80 °С, но при этом разность температур между отдельными зонами должна выбираться соответственно больше. По сравнению со старыми конструкциями вертикальных сушилок поток воздуха обдувает материал постоянно в одном и том же направлении, что имеет большое значение для щадящей сушки солода.
Сушильный аппарат непрерывного действия хорошо подходит для переработки относительно постоянных суточных загрузок солода.
1.6.3.6. Сушка в солодорастильно-сушильном ящике принципиально не отличается от технологии, применяемой при использовании одноярусной сушилки высокой производительности, однако высота слоя солода в нем на 30-60 % больше, чем в обычных сушилках, а производительность вентилятора на 1 м2 поверхности сита такая же, как и в одноярусных сушилках, и из-за большей загрузки расход воздуха составляет 2500-3500 м3/т · ч, в связи с чем процесс подсушивания соответственно удлиняется и в зависимости от производительности вентилятора продолжается 16-24 ч. С учетом указанных обстоятельств можно рекомендовать следующую технологическую схему: подсушивание 4 ч при температуре 50° С, 4 ч при температуре 55 °С, 10 ч при температуре 60 °С; x ч при температуре 65 °С, то есть до достижения температуры отводимого воздуха около 32 °С; нагревание в течение 4 ч с 65 до 80 °C; сушка в течение 5 ч при 80-85 °С. Общая продолжительность подсушивания и сушки составляет 31-33 ч. Регулирование частоты вращения вентилятора осуществляется при температуре отводимого воздуха 40 °С; разность температур подаваемого и отводимого воздуха составляет к этому моменту около 30 °С. В начале сушки жалюзийная заслонка рециркуляционного воздуха открывается, и до конца сушки содержание рециркуляционного воздуха поддерживается на уровне 50-70 %.
В прямоугольном солодорастильном ящике длиной 40-50 м в начале подсушивания под ситом между стороной, откуда подается воздух, и противоположной может установиться разница температур. В первые часы сушки этот перепад температур сказывается и на солоде. Это явление обусловлено нагреванием строительных конструкций, на что в процессе подсушивания теряется 4-5 ч. На более поздних стадиях сушки существенных температурных различий не отмечено. В солодорастильных аппаратах круглого сечения и в прямоугольных солодорастильных ящиках, вентиляция в которых осуществляется в поперечном направлении, такого перепада температур не наблюдается.
При температуре 80 °С сушка ведется в течение 4 ч. Длительный период подсушивания едва ли дал бы большую разницу между отдельными слоями солода, чем при обычном способе сушки в одноярусной сушилке высокой производительности. При очень быстром высушивании, достигаемом путем повышения производительности вентилятора и температур подсушивания, существенных различий в показателях солода также не наблюдается - лишь цветность солода в нижнем слое становится интенсивнее, чем при длительном подсушивании. Чтобы «мертвые» зоны оказались доступными для сушки, достаточно одного ворошения по всей ширине слоя материала.
Соединение двух солодорастильных ящиков требует соответствующей системы каналов для отвода воздуха от подсушивания и сушки, чему способствуют отдельные вентиляторы подсушивания (большей производительности) и сушки (меньшей производительности). Необходимо отметить, что при подсушивании и сушке в течение 24-28 ч, несмотря на высокую удельную загрузку, однородность солода не отличается от солода, высушенного в одноярусной сушилке. В верхнем слое солода показатели цитолиза лучше, но хуже показатели степени растворения белка и свободного α-амин-ного азота, поскольку низкомолекулярные соединения в зародышевых листке и корешке синтезируются вновь.
1.6.3.7. Технологию сушки в обычных двухъярусных сушилках (см. раздел 1.6.2.6) мы рассмотрим вкратце, так как более подробно она изложена в других изданиях.
Светлый солод требует быстрого удаления влаги, которое в обычных двухъярусных сушилках с естественной тягой возможно лишь при тонком, не более 14-16 см, слое материала ( 3 5 кг/м2). При использовании вентиляторов загрузку можно удвоить.
Подсушивание на верхнем ярусе проводят в две стадии: снижение влажности с 45 до 30 % за 6 ч при температуре подаваемого под верхнюю решетку воздуха 35-40 °С и снижение влажности с 30 до 10 % при температуре воздуха под верхней решеткой 50-60 °С.
На нижнем ярусе удаление влаги продолжается до ее содержания 3,5-4 %. Для понижения влажности солода, находящегося на верхнем ярусе, требуется сильная тяга, при которой действию потока воздуха подвергается и солод, находящийся на нижнем ярусе. Температура сушки с учетом температуры свежепроросшего солода на верхнем ярусе составляет сначала 50-60 °С. После того как этот солод оказывается на нижнем ярусе, на верхнем устанавливается указанная выше температура подаваемого воздуха. Примерно через 4 ч солод под решеткой нагревается до температуры 70 °С, при которой его выдерживают в течение 2-3 ч. Затем температуру в течение 1 ч повышают до температуры сушки (около 80-85 °С), которая длится 3-5 ч. Температура между ярусами, а также входная температура на верхнем ярусе не должна при этом превышать 6 0 - 6 5 " С . Ворошение материала, находящегося на верхней решетке, следует производить при выравнивании влажности в слоях. Применение ворошителей не исключает описанных недостатков, поскольку из-за разрыхления материала влажные партии соприкасаются с теплым воздухом и т. д. Ворошение на нижнем ярусе излишне, но поскольку поток воздуха в многоярусных сушилках значительно меньше, чем в одноярусной сушилке высокой производительности, при меньшей толщине слоя солода возникает опасность неравномерного просыхания материала. Такая технология сушки предусматривает 2 · 12-часовой рабочий цикл.
Темный солод раньше помещали на специальный ток - свободное пространство перед или над сушилкой для подсушивания (подвяливания) в течение 1-2 сут для дальнейшего растворения зерна, подсыхания ростков и выравнивания температуры, но ради экономии производственных площадей от этого отказались. Обычно весь процесс подсушивания темного солода проводится в двухъярусной сушилке и проходит в три стадии.
На первой стадии (12-14 ч) влажность солода понижается с 45 до 20-25 %. При этом скорость поступления воздуха температурой 35-40 °С должна быть небольшой во избежание слишком быстрого удаления влаги, для чего каждые 2 ч проводится ворошение.
На второй стадии (около 10 ч) температуру повышают до 50-60 0C, не снижая влажности солода. Сохранение сравнительно высокой влажности, несмотря на подъем температуры, возможно при минимальной скорости подачи свежего воздуха. Солод на нижнем ярусе в это время высушивается и заслонки между ярусами закрывают. Ворошение производят каждый час.
Третья стадия подсушивания осуществляется на нижнем ярусе. В течение примерно 12 ч влажность зерна понижается с 20-25 до примерно 10 %, при этом температура в слое солода должна составлять около 50-55 °С. Ворошение проводят через каждые 2 ч. Таким образом, все подсушивание продолжается 36 ч.
Нагрев до температуры сушки продолжается 6-7 ч с одновременным медленным удалением влаги из солода до примерно 5-6 %. При этом температура повышается до 70-75 °С. По достижении данного уровня заслонки между ярусами закрывают. Ворошение проводят каждые полчаса. При сушке темного солода в сушильной системе должна соблюдаться строго определенная смена температур. Из-за высокой температуры в конце процесса сушки сушилка может открываться только сверху вниз, причем нижние каналы для воздуха остаются закрытыми. В этот период необходимо избегать резкого возрастания температуры в нагревательной камере, так как оно может вызвать «запаривание» солода на верхнем ярусе.
Вследствие неизбежной разницы температур в системе получаемый темный солод менее однороден по сравнению с солодом из одноярусных сушилок. Цвет темного солода для устранения горелых нот в аромате доводится не более чем до 12-15 ед. ЕВС. Желаемый цвет темного пива в 50-60 ед. EBC устанавливается добавлением жженого солода.
1.6.4. Контроль и автоматизация сушильных работ - обслуживание сушилок
1.6.4.1. В одноярусных сушилках высокой производительности или солодора-стильно-сушильных ящиках с помощью самописцев определяют следующие основные показатели: температуру в ресиверном помещении, температура воздуха в пространстве над решеткой, температуры в различных участках и слоях высушиваемого слоя солода, производительность вентиляторов, давление под решеткой, положение заслонки выпуска воздуха и влажность отводимого воздуха. Некоторые из этих величин могут быть заложены в программу автоматического управления процессом сушки. Периодически контролируются (например, при сдаче сушилки в эксплуатацию) влажность материала в нижнем и верхнем слое солода, ход температур. При этом выполняются простейшие анализы солода (определение цветности, степень осахаривания и т. д.), с помощью ротаметров контролируются действительные потоки воздуха на различных стадиях сушки. При приеме сушилки в эксплуатацию определяют как в действительности ведут себя массы воздуха, например, при установлении определенного соотношения рециркуляционного и свежего воздуха. Ценные данные о ходе процесса могут быть получены при контроле влажности отводимого воздуха с помощью психрометров. Наряду с этим необходимо следить за потреблением тепла и энергии.
1.6.4.2. Автоматизация процесса сушки. В качестве контрольных параметров при автоматизации процесса сушки используют температуру в ресиверном помещении, а также температуру и влажность отводимого воздуха. В качестве одного из параметров управления процессом сушки в последние годы все более широкое применение находит температура воздуха в пространстве над решеткой, поскольку ее определять легче π надежней, чем влажность отводимого воздуха.
Так, например, но разработанной программе при температурах в ресиверном помещении 45-65 °С последняя температура поддерживается до тех нор, пока не будет достигнута контрольная температура отводимого воздуха (обычно 32-40 °С). В конце устанавливается жестко запрограммированная повышенная температура сушки. Превышение температуры рециркуляционного воздуха, выбираемой между 40 и 55 °С, вызывает постепенное снижение производительности вентилятора. Следующий температурный порог для отводимого воздуха определяет подачу рециркуляционного воздуха, что сопровождается повышением частоты вращения вентилятора во избежание замедления процесса сушки.
При использовании сушилки с рециркуляцией воздуха отработанный воздух от сушильной решетки подводится к загруженной свежепроросшпм солодом решетке подсушивания, подпитывается требуемым количеством свежего воздуха и задаются температуры камеры подогрева. Вентиляторы подсушивания и сушки регулируются в зависимости от заданных режимов сушки. Все указанные характеристики могут представляться в виде диаграмм.
1.6.4.3. Мероприятия по уходу и техническому обслуживанию сушилки должны охватывать детали системы обогрева или теплообмена, вентиляторы, сушильные решетки, заслонки и контрольно-измерительную аппаратуру.
1.6.5. Экономия тепла и энергии
1.6.5.1. Потребление тепла при сушке в высокопроизводительных одноярусных сушилках с прямым обогревом составляет в среднем в год около 4 106 кДж (0,95 млн ккал/т готового солода). Удельное электропотребление вентилятора для сушки при соответствующей регулировке решетки - около 32 кВт ч/т готового солода.
Для сокращения энергопотребления, составляющего значительную долю затрат на солодоращение, предложены различные методы. Некоторые оказались не слишком практичными (например, обезвоживание осушающего воздуха осушителями на хлориде лития, применение тепловых насосов или выработке солода с повышенным содержанием влаги при сокращении продолжительности сушки или преждевременное использование рециркуляционного воздуха после «проскока»). При этом характер получаемого солода (и пива) зачастую оказывался неудовлетворительным; определенные проблемы представляло и содержание ДМС.
1.6.5.2. Предварительный подогрев подаваемого воздуха может быть реализован путем установки конденсатора для охлаждения воздуха во всасывающей шахте сушилки. Расход воздуха следует рассчитать так, чтобы при подсушивании он составлял около 60-80 % потребности сушильного воздуха. Конденсатор устанавливают перед отверстием для всасывания воздуха в сушилку, так что холодильная установка и сушилка могут работать независимо. Потенциальная экономия тепла составляет 8-12 % потребности, а потребление электроэнергии при сушке возрастает на 10 %. Кроме того, следует учитывать, что холодильная установка в холодное время года не эксплуатируется.
В шахте отводимого воздуха устанавливают стеклянный теплообменник для более полного использования отводимого тепла. Воздух при этом следует подводить гак, чтобы он мог нагреваться на большой поверхности теплообменника, который состоит из системы стеклянных панелей или трубок, смонтированных у выхода воздуха от сушки. Рекуперация теплоты при этом достигает в среднем 30-33 %. КПД теплообменника в режиме подвяливания составляет порядка 80 %, при сушке - около 70 %. При перепаде давления около 1,5 мбар (15 мм вод. ст.) дополнительный расход энергии составляет около 10 % потребляемой энергии вентилятора для сушки. Очень важно, чтобы контролировать смешивание свежего и отработанного воздуха.
Теплообменники с теплоносителем устанавливают со стороны входа воздуха в сушилку. Оба теплообменника работают с теплоносителем (например, смесь воды с гликолем). Теплоноситель проходит по трубам, и экономия теплоты в этом случае меньше, чем в случае применения стеклянного теплообменника. Кроме того, следует учитывать энергопотребление насоса. Теплообменники с теплоносителем рекомендуется использовать прежде всего при не слишком удачных строительных решениях.
1.6.5.3. Применение воздушной смеси при сушке можно проводить наружным воздухом. При его температуре ниже 20 °С предлагается добавлять столько рециркуляционного воздуха, чтобы температура подаваемого воздуха составляла 20 °С, а при температуре в реверсивном помещении 60 °С температура отводимого воздуха была бы 30 °С. В зависимости от показателей наружного воздуха дозирование воздушной смеси рекомендуется осуществлять с помощью автоматического управления клапанами, что дает в среднегодовом выражении экономию около 6,5 %. Данный метод можно успешно использовать вместе со стеклянными теплообменниками.
1.6.5.4. Изоляция сушилки. В двухъярусных сушилках потери тепла на излучение зависят от наружных температур, а также от вида загружаемой поверхности и высоты слоя материала. При температурах от +10 до -10 °С теплопотери составляют в небольших (площадью 36 м2) сушилках 8-12 %, в крупных - 4-6,5 %.
1.6.5.5. В двухъярусных сушилках с рециркуляцией воздуха для подсушивания используется отработанный воздух с сита сушки (после «проскока»), в связи с чем с точки зрения экономии энергии температура и интенсивность сушки не имеют особого значения. Экономия энергии составляет (с учетом экономии от стеклянного теплообменника) 45 %. Аналогичная экономия достигается и в трехъярусной или традиционной вертикальной сушилке.
1.6.6. Вспомогательные работы при сушке
К вспомогательным работам относятся главным образом загрузка материала на ярусы, выгрузка готового солода и техническое обслуживание сушилки.
1.6.6.1. Загрузка сушилок осуществляется механическими и пневматическими транспортерами свежепроросшего солода. Механический транспортер включает, как правило, шнеки или транспортеры для перемещения свежепроросшего солода в горизонтальном направлении или под небольшим уклоном, а также ковшовые транспортирующие устройства для перемещения материала в вертикальном направлении. С помощью ковшового питателя или метателя пневматической установки свежепроросший солод попадает на систему шнеков или транспортеров. Объем ручного труда по распределению свежепроросшего солода невелик. При загрузке высокопроизводительной одноярусной сушилки без ворошителя следует учитывать, что должна обеспечиваться не только одинаковая высота слоя, но и равномерная плотность загрузки. В противном случае воздух будет проходить через слой материала неравномерно, что повышает расход электроэнергии и нарушает правильное ведение технологического процесса.
Преимущество автоматической загрузки состоит в том, что благодаря послойной загрузке подсушивание может происходить уже при загрузке с помощью регулирования числа оборотов вентилятора, соответствующего высоте слоя. При этом загрузка сушилки при соответствующей мощности транспортера свежепроросшего солода происходит быстрее.
1.6.2.2. Разгрузка свежепроросшего солода производится силовыми лопатами или путем опрокидывания решеток, что оптимальнее и проще. Опрокидывающиеся решетки хорошо себя зарекомендовали, особенно после внедрения загрузочных устройств, способных также выполнять разгрузку.
1.6.7. Обработка солода после сушки
Выгруженный из сушилки солод охлаждают и в кратчайший срок освобождают от ростков.
1.6.7.1. Охлаждение проводится в зависимости от наружной температуры воздуха.
В одноярусных сушилках высокой производительности охлаждение можно проводить с помощью аэрации холодным воздухом в течение 30 мин. В многоярусных сушилках это невозможно. В небольших сушилках солод охлаждают достаточно быстро в бункере и при последующем освобождении от ростков и очистке. В более крупных сушилках температуру солода снижают в специальном охладительном корпусе, в противном случае наблюдается инактивация ферментов и заметное потемнение солода, что ухудшает вкус пива. Хотя солод немного охлаждается по пути в отделение очистки и в процессе отделения ростков, в установках высокой производительности температура солода зачастую еще продолжает составлять 35 " С . При такой температуре солод нельзя сразу же направлять на хранение, так как в силосах дальнейшее охлаждение большой массы солода зерна невозможно. При закладке на хранение желательно, чтобы температура солода составляла 20-25 °С.
1.6.7.2. Удаление ростков следует производить сразу после сушки солода, так как легко и полностью они удаляются лишь в сухом состоянии. При длительном хранении солода ростки поглощают значительное количество влаги и полностью уже не отделяются. Необходимо проводить контроль на степень удаления ростков, поскольку солод с неполностью удаленными ростками бракуется.
Росткоотбивная машина состоит из медленно вращающегося перфорированного барабана, внутри которого помещается лопастное отбивочное устройство, вращающееся в том же направлении, что и барабан, но несколько быстрее. В результате трения ростки обламываются без повреждения зерна солода, проходят через отверстия в барабане и удаляются с помощью шнека. Для удобства фасования ростков в мешки предусматривают стальные патрубки. Частоту вращения перфорированного барабана и лопастного устройства устанавливают так, чтобы исключалось повреждение ростков солода. Установка на росткоотбивной машине специального устройства (эксгаустера) позволяет отделять более легкие загрязнения и интенсивно аэрировать солод на выходе нз машины. Тяжелые примеси, захватываемые потоком воздуха, попадают в гравитационный отделитель, а более легкие частицы - в рукавный фильтр.
С внедрением надежных высокопроизводительных одноярусных сушилок одной росткоотбивной машины уже недостаточно, так как в таких сушилках при той же загрузке получается больше ростков. В таком случае под бункером для сухого солода устанавливают так называемый предотбивочный шнек, снабженный патрубками для фасования ростков в мешки π значительно уменьшающий нагрузку на росткоотбивную машину.
Пневматическое удаление ростков возможно при наличии пневматического транспорта солода. Сухой солод из бункера подается через дозирующий шнек с помощью всасывающей установки на идущий в вертикальном направлении подъемник или на отбивочный шнек с рифленой в поперечном направлении поверхностью. При прохождении солода через подъемник происходит трение зерен друг о друга, благодаря чему ростки солода отбиваются. В одном из циклонов большого воздушного сепаратора тяжелый солод отделяется от более легких ростков, а в следующем за ним осуществляется сепарирование ростков. Отводимый воздух очищается во всасывающем рукавном фильтре. Достоинствами установки являются высокая производительность и отсутствие пылеобразования.
На ростки приходится, как правило, 3-5 % CB солода. Благодаря высокому содержанию белка (около 24 %) они в виде муки или гранул являются ценным кормом для скота.
1.6.7.3. Полировка солода. Перед использованием в пивоварении солод полируют, что подразумевает отбивку оставшихся ростков солода и частичек цветочной оболочки и тщательное обеспыливание, благодаря чему солод приобретает лучший внешний вид, более чистый вкус и дает повышенный выход. Одновременно несколько увеличивается масса гектолитра и соответственно удельная плотность. Полировку проводят в специальных полировочных машинах, аналогичных по конструкции машинам для очистки солода и оснащенных перфорированным барабаном с отбойным устройством и щетками. Выпускаются также агрегаты с секциями сит по типу используемых для предварительной очистки ячменя. Слишком сильной полировки рекомендуется избегать. Конструкция полировочной машины должна предусматривать возможность регулирования зазора в отбивочном устройстве в соответствии с влажностью и растворимостью зерна солода. В зависимости от принципа действия полировочных машин и длины транспортеров отходы полировки составляют 0,5-1,5 % массы солода. В них содержится солодовая крупка, представляющая собой ценный продукт, содержание экстракта в котором, как правило, на 2-4 % выше, чем в солоде. Крупку из отходов извлекают с помощью специальных установок.
1.6.8. Складирование и хранение сухого солода
Поступивший из сушилки свежий солод не может быть сразу направлен в пивоваренное производство, так как его влажность ниже 3,5 %, что недостаточно для эффективного дробления (за исключением кондиционированного солода или солода мокрого помола). Следствием переработки неотлежавшегося солода могут стать трудности при очистке, а также в период главного брожения и дображивания. Кроме того, часть ферментов к данному моменту еще не восстановилась после тепловой обработки.
При хранении солода происходят физические и химические изменения, облегчающие его последующую переработку. В основном эти превращения определяются небольшим водопоглощением солода, благодаря чему изменяются его масса и объем. Чем больше поглощается влаги, тем меньше становится масса гектолитра, причем объем твердых зерен увеличивается более заметно, чем мягких.
При поглощении влаги цветочные оболочки теряют хрупкость, коллоиды солода возвращают свою гидратационную воду (конгрессное сусло из такого солода хорошо фильтруется). Благодаря гидратации повышается активность ферментов.
Недорастворенный солод или солод, высушенный при очень высокой температуре, улучшает свои свойства при хранении: выход из них выше, они лучше перерабатываются. Показатели солода, хранившегося 4 мес при температуре 25 °С, изменяются незначительно: при повышении влажности, например, с 4,0 до 4,9 % выход экстракта остается одинаковым, а показатель разности экстрактов несколько снижается (на 0,1-0,2 % в первые 2 мес. хранения).
Экстракция недостаточно высушенного солода (с влажностью более 5 %) при затирании затруднена. При более высоких температурах хранения (30-35 °С) и увеличении его длительности наблюдается более интенсивное окрашивание солода, особенно при повышении его влажности. Темный солод при хранении более 3-6 мес. теряют аромат.
Сухой солод относительно равномерного помола необходимо хранить так, чтобы избежать подвода к нему воздуха и влаги (с воздухом должна контактировать лишь небольшая часть поверхности солода).
1.6.8.1. Хранение солода на току, еще применяющееся на небольших предприятиях, является наименее благоприятным, поскольку из-за большой площади поверхности контакта с воздухом солод легко поглощает влагу и велика опасность его повреждения вредителями. Стены помещения тока, как правило, обшивают шпунтованными досками, а отдельные партии солода разделяют деревянными перегородками. Известной, но малоэффективной мерой профилактики повреждения солода является накрытие его брезентом или полиэтиленовой пленкой.
1.6.8.2. Хранение солода в деревянных или стальных ящиках предпочтительнее, так как площадь поверхности солода в этом случае меньше и солод может храниться слоем высотой до 3-4 м. Деревянные солодовенные ящики должны изготовляться только из шпунтованных досок, причем в некоторых случаях их обивают железными листами. Полное опорожнение ящиков должно производиться не менее 1 раза в год, хотя это и связано с известными трудозатратами.
1.6..8.3. Хранение в силосах имеет те преимущества, что появляется возможность размещения больших количеств солода на небольшой площади, обеспечивается строгий контроль за влажностью солода, можно вести эффективную борьбу с вредителями и механизировать и автоматизировать загрузочно-разгрузочные работы. Железобетонные силосы для солода по своей конструкции сходны с силосами для ячменя, имеют малую теплопроводность, но они тяжелы и неразборны. После их изготовления необходимо дать бетону схватиться и высохнуть. В цилиндрических силосах из готовых сборных деталей в виде профилированных стальных листов также обеспечиваются условия, необходимые для хранения солода. Преимущества таких силосов - быстрота сооружения и ввода в эксплуатацию, возможность перемещения в случае необходимости и сравнительно небольшая масса. Опасность образования конденсационной воды при хранении такого сухого материала, как солод, в климатических условиях ФРГ исключается. В зависимости от цвета, растворимости и происхождения различные партии солода должны храниться раздельно. Для равномерного перемешивания различных партий солода при выдаче из солодовни предусматривают специальные ячейки. Аппараты для перемешивания имеют сравнительно небольшую (50-150 т) вместимость и оборудуются коническим выпуском с дозирующим устройством. Предпочтение рекомендуется отдавать мерным и смесительным аппаратам, обеспечивающим любое соотношение партий солода, взятых из различных аппаратов. Для предупреждения расслоения солода при загрузке применяют обеспечивающие равномерное распределение солода рассеивающие диски или колокола, а при выпуске - патрубки Денни, представляющие собой вертикальные двойные цилиндры с четырьмя расположенными друг против друга боковыми отверстиями, при соответствующем положении которых обеспечивается выпуск солода. При заполнении аппаратов солод не повреждается даже при большой высоте падения, однако при выгрузке в солод может попасть солодовенная пыль, негативно сказывающаяся на ходе брожении. В связи с этим перед использованием в пивоварении солод следует тщательно повторно полировать.
Срок хранения сухого солода должен составлять не менее 4 нед. При загрузке силоса сухим охлажденным солодом вполне возможно длительное хранение (в течение 1-2 лет).
Солод, полученный из неравномерно проросшего ячменя, а также из ячменя с повышенным содержанием нежизнеспособных зерен, требует специальной обработки для отделения так называемых «каменных» (плохо растворенных) зерен. Используемые для этой цели сортировочные агрегаты действует по принципу бросания. Производительность их невелика, и на самых крупных можно сортировать около 2 т солода в час.
Камнеотборники, конструкция которых основана на применении наклонных вибросит, продуваемых воздухом, используют (при соответствующей регулировке) не только для отделения камней, но и для сепарации «каменных» зерне. Производительность таких камнеотборников составляет до 6 т/ч (см. раздел 1.2.3.4).
1.7. Потери при солодоращении
Изменения, происходящие в ячмене при замачивании, проращивании и сушке, весьма существенны и сопровождаются изменением объемных и массовых соотношений в промежуточных продуктах и готовом солоде. Знание этих изменений позволяет правильно рассчитать потребность в производственных площадях, вместимость и число применяемых аппаратов, высоту стенок солодорастильных аппаратов над ситом и т. д. Основной интерес представляет определение количества солода, который можно получить из 100 кг ячменя (см. табл. 1.13).
Таблица 1.13. Количество солода, получаемого из ячменя
Продукт Из 100 гл ячменя, гл Влажность, % Из 100 кг ячменя, кг
Ячмень перед замачиванием 100 16 100
Ячмень после замачивания 145 41,5 150
Свежепроросший солод 220 45 147
Высушенный солод 118 3,5 78
Солод на хранении 120 4,5 79
Выход готового солода при солодоращении и, соответственно, потери рассчитывают, начиная от подачи ячменя на замачивание. Потери в результате очистки, сортирования и хранения готового солода не учитываются. При расчете потерь исключается сплав, так как он используется в качестве фуража.
Некоторые потери в процессе хранения ячменя остаются неучтенными, но можно принять, что из 100 кг замоченного ячменя влажностью 12-18% получается около 75-84 кг очищенного солода влажностью 2-4 %. Определенные на основании этого расчета потери отражают потери воздушно-сухого вещества (ВСВ), которые могут изменяться от 16 до 25 %. Именно потери BCB кладутся в основу определения эффективности производства солода, и лишь по потерям CB специалисты-технологи судят о нарушении процесса солодоращения.
Потери вследствие уменьшения влажности определяются разницей между содержанием влаги в ячмене и в изготовленном из него солоде (10-16 %).
Потери CB дают представление о действительных потерях при солодораще-нии и составляют 5-12 % (при обычных способах солодоращения может быть принята величина 8-10 %). В общих потерях CB (около 10 %) выделяют потери при замачивании (около 1 %), при дыхании (около 5,2 %) и при проращивании (около 3,8 %). Потери при солодоращении на отдельных стадиях производства могут существенно отличаться.
1.7.1. Потери при замачивании
Потери при замачивании являются следствием выщелачивания ячменя в замочной воде и обусловливаются составом и температурой воды, а также длительностью и способом замачивания. Всплывший ячмень (сплав) к потерям не относится - его собирают, высушивают и используют как фуражный. В ходе замачивания при частой смене воды потери невелики и, как правило, не превышают 0,5 %. Влажная очистка ячменя от пыли и частичек, грязи, особенно при одновременном перелопачивании, перекачке материала или добавлении химических веществ, приводит к увеличению потерь массы до 0,5-1 %. Потери ценных веществ наблюдаются при дыхании, начинающемся при замачивании, однако эти потери учитывают лишь при определении общих потерь. Если при преобладающем «мокром» замачивании потери на дыхание невелики, то при замачивании с короткими периодами увлажнения и длительными воздушными паузами потери на дыхание могут составить 0,5-1 %. При степени замачивания, слишком высокой для того или иного типа солода, или при слишком продолжительных воздушных паузах затрудняется ведение солодоращения па току или в недостаточно охлаждаемых ящиках, и потери увеличиваются.
1.7.2. Потери на дыхание и проращивание
При специальном определении начала проращивания можно выявить каждый вид этих потерь, но поскольку они являются следствием одних и тех же причин, мы рассмотрим их совместно.
Потери на дыхание в результате окисления крахмала и жиров до диоксила углерода и воды составляют 4-8 %. Эти потери невозможно сократить какими-либо технологическими решениями.
Потери при обычных способах проращивания составляют 3-5 %. Современные методы позволяют путем подавления роста зародышевого корешка способствовать изменению величины потерь при солодо-ращении. Кроме того, величина потерь зависит от условий проращивания
Общие потери зависят от:
уровня влажности, при котором проводится проращивание (чем он выше, тем интенсивнее зерно «дышит» и тем больше образуется ростков);
температуры проращивания (чем она выше, тем больше потери);
состава воздуха грядки (чем больше в грядке CO2, тем менее интенсивным становится дыхание и рост замедляется);
типа получаемого солода (чем больше требуемая степень растворения зерна, тем выше потери) - особенно наглядно это заметно при сравнении светлого и темного солода, так как последний специально подвергается очень сильному растворению.
Для снижения потерь существует несколько возможностей.
1.7.2.1. Сокращение продолжительности проращивания. В случаях, когда проращивание прекращается раньше, чем достигается обычная степень растворения зерна при меньших потерях CB, получаются слаборастворенный солод, который в зависимости от длины ростков называют «наклюнувшимся» или «коротким». При этом условия солодоращения регулируют так, чтобы дальнейшая переработка этого солода была технически возможна в соответствии с принятой технологией. В зависимости от продолжительности проращивания потери можно снизить на 2-5 %. Чем меньше продолжительность проращивания, тем в большей степени сохраняется первоначальный характер ячменя и тем меньшими оказываются потери на дыхание. «Наклюнувшийся» солод - это сырье, оптимальные результаты переработки которого могут быть получены лишь при тщательном дозировании в засыпь (в количестве 10-15%). При переработке «короткого» солода применяют специальные способы затирания. Известно несколько способов улучшения пенообразующих свойств получаемого из таких солодов пива, однако все они довольно сложны и зачастую наблюдается ухудшение вкуса пива и его стабильности.
1.7.2.2. Применение диоксида углерода. За счет ослабления дыхания зерна ограничивается рост корешка. В зависимости от длительности воздействия CO2 и его количества снижение потерь составляет 1-2,5 %, но последнее значение достигается только в случае применения углекислотных пауз, но по сравнению с обычным такой солод отличается пониженной ферментативной активностью и меньшей степенью растворения.
1.7.23. Способ повторного замачивания позволяет уменьшить действительные потери без ухудшения качества солода. Непрерывное ведение процесса способствует главным образом уменьшению потерь при проращивании благодаря инактивации роста корешка. В зависимости от длительности последнего замачивания и температуры воды эти потери составляют 1-2 % от СВ. Из-за повторного замачивания, а также последующего ведения солодоращения при убывающей температуре дыхание ограничивается (на 4-4,5 %), и общие потери CB могут составить лишь 5-6,5 %. Дополнительное снижение потерь достигается путем применения метода повторного замачивания в теплой (30-40 °С) воде, но при этом способе, разработанном в Великобритании, предусматривается применение в качестве добавки гибберелловой кислоты.
1.7.2.4. Проращивание при убывающих температурах, например, с 17 до 12 °С также позволяет снизить потери, так как жизнедеятельность зерна, активизировавшаяся при подаче воды, при ступенчатом снижении температуры ослабляется по достижении максимальной влажности проращивания. По-сравнению с классическим способом солодоращения общие потери без ухудшения качества солода можно снизить при этом па 1-1,5 %, однако следует учитывать затраты на холод, так как дополнительный расход электроэнергии резко сказывается на достигаемой экономии.
1.7.2.5. Применение ростовых и ингибирующих веществ. Гибберелловую кислоту добавляют для ускорения растворения солода, то есть для получения тех же показателей растворения за более короткое время. При очень низких дозах внесения потери сокращаются немного, тогда как другие ингибирующие вещества, например, бромат калия (см. раздел 1.5.3.9), дают существенное снижение потерь. Аналогичные результаты можно получить при инактивации зародыша аммиаком или замачивании с использованием разбавленной серной кислоты.
Несмотря на все положительные стороны, снижение потерь при солодоращении приводит к некоторому ухудшению качества солода. В целях снижения потерь необходимо обеспечить условия, при которых использование крахмала и других веществ зерна на рост и дыхание будет минимальным. Управлять процессами солодоращения следует в направлении нужном для обеспечения качества солода, а не только для снижения потерь.
1.7.3. Определение потерь при солодоращении
Важным фактором контроля солодовенного производства является определение потерь при солодоращении, которые рассчитывают обычно по массам замоченного ячменя и готового солода, очищенного от ростков и пыли. По массе 1000 зерен ячменя и солода также можно определить потери, тогда как сравнение массы гектолитра ячменя и солода дает неверный результат, поскольку их объемы меняются непропорционально изменению массы. Из отдельных составляющих точному определению поддается содержание влаги и потери при проращивании, все остальные показатели являются расчетными. Надежнее определять потери отдельно для каждого солодорастильного аппарата, поскольку в этом случае можно получить точное представление о ходе технологического процесса.
При расчете потерь при солодоращений можно использовать следующую формулу:
Потери BCB вычисляют по формуле
(G-M)/G
где G - масса ячменя;
M - масса солода после удаления ростков.
Потери CB рассчитывают по формуле
100 – ((Mсв-100)/Gсв)
где Mсв - CB солода, равные M • (100 - влажность солода),
a Gсв - CB ячменя, равные G • (100 - влажность ячменя).
1.8. Свойства солода
Оценка солода осуществляется на основании внешних признаков и данных, получаемых с помощью механических и технохимических методов анализа. При рассмотрении общепринятых методов оценки следует учитывать возможные связи между показателями солода и свойствами пива.
1.8.1. Внешние признаки
Внешние признаки оценивают путем визуального и ручного обследования. Прежде всего они дают представление о степени очистки солода, его цвете, запахе и вкусе.
1.8.1.1. Степень очистки. Степень очистки определяют путем контроля за удалением ростков солода, содержанием сорняков, пыли, посторонних, колотых, заплесневевших или непроросших зерен.
1.8.1.2. Цвет солода должен быть желтоватым и чистым. Заплесневевший солод характеризуется наличием зеленых, черных или красных пятен. Железосодержащая замочная вода придает солоду матовый, почти серый оттенок. «Тигрение» указывает па применение при подсушивании и сушке солода мазута с большим содержанием серы. Сортирование солода по содержанию красных зерен важно для профилактики повышенного пенообразования пива, гашинг-эффекта (см. раздел 7.6.7).
1.8.1.3. Запах и вкус зависят от типа солода. Светлый солод характеризуется слабым, а темный - сильным хлебным ароматом, но запах должен быть чистым, не затхлым, кислым или подгорелым, без постороннего запаха плесени. Солод с плесневелым или землистым запахом или вкусом или земли следует браковать, как и солод с дымным привкусом. Запах надежно определяется при затирании солода.
1.8.2. Механический анализ
К механическим анализам относят определение массы гектолитра и 1000 зерен, качества сортирования, засоренности, мучнистости, рыхлости, плотности и развития зародышевого листка.
1.8.2.1. Масса гектолитра дает представление об объеме солода; на ее основании невозможно рассчитать массу гектолитра исходного ячменя и потери. Масса 1 гл изменяется от 47 до 60 кг. Масса 1 гл хорошо растворенного и высушенного солода составляет от 48 до 55 кг. Более точно объем солода можно определить по его плотности, которая составляет 1,08-1,20 г/см3; у хорошего солода она не должен превышать 1,12 г/см3. Чем лучше и равномернее растворено зерно, тем ниже его плотность, которая повышается при значительной степени обрушки и больших потерях цветочной оболочки на солодовенных предприятиях. Наиболее надежные показатели получают при определении плотности свежевысушенного солода после отбивки ростков.
1.8.2.2. Масса тысячи зерен солода тем меньше, чем лучше солод растворен и чем больше потери на дыхание при проращивании. Масса 1000 зерен в пересчете на воздушно-сухое вещество составляет 28-38 г, а масса сухого вещества - 25-35 г. Масса тысячи зерен темного солода меньше, чем светлого.
Сортирование позволяет судить об однородности зерен по размеру.
1.8.2.3. Стекловидность солода. Надежным методом определения стекловидности зерен является проба на срез, выполняемая путем поперечного разреза точно по середине зерна, однако при поперечном разрезе о стекловидности концов зерна и на этом основании - о равномерности растворения судить невозможно. Объективное представление о свойствах эндосперма дает только продольный разрез, но поскольку для анализа требуется разрезать 200 зерен особым образом, этот метод оказывается весьма трудоемким.
Количество полностью стекловидных зерен свидетельствует о количестве непроросших зерен и не должно превышать 2 %. Мучнистость светлого солода должна составлять более 95 %.
1.8.2.4. Рыхлость солода можно определить с помощью пробы на погружение (< 10 % всплывших зерен - «очень хорошо») и с помощью фриабилиметра Шапо. У хорошо растворенного солода количество мучнистых зерен должно составлять более 80 %, а полностью стекловидных - менее 2 %. Зачастую полустекловидную фракцию (размером более 2,2 мм) дополнительно просеивают через сортировочное сито. Определить степень растворения и выполнить расчет однородности позволяют также методы окрашивания калькофлером и метиленовым синим.
1.8.2.5. Рост зародышевого листка дает представление о равномерности проращивания и связан с происходящими в солоде превращениями, а следовательно, и с процессом растворения эндосперма. Средняя длина зародышевого листка у светлого солода составляет 0,7-0,8, у темного - выше 0,8.
1.8.3. Технохимический анализ
Технохимический анализ включает определение влажности, способности к осахариванию и выхода экстракта. Лабораторный (конгрессный) анализ проводится с солодом как тонкого, так и грубого помола. Полученное лабораторное сусло служит основой для последующих исследований цветности, внешнего вида, продолжительности фильтрования, запаха и вкуса. Кроме того, определяют содержание азота, гумми- и дубильных веществ, также конечную степень сбраживания, на основании которых можно делать выводы о возможности дальнейшей переработки солода.
1.8.1.3. Влажность свежевысушенного солода составляет 1,5-4,0% (влажность темного солода ниже, чем светлого). При хранении влажность, как правило, возрастает на 0,5-1 %, и по современным представлениям она не должна превышать 5,0 %.
1.8.3.2. Экстрактивность солода (лабораторный выход экстракта) в пересчете на воздушно-сухое вещество солода составляет 72-79 %. Выход экстракта в пересчете на CB солода - от 77 до 83 %, причем для стандартного солода - более 80 %.
1.8.3.3. Разность экстрактов солода грубого и тонкого помолов характеризует степень цитолитического растворения и одновременно ферментативный потенциал солода. Согласно требованиям EBC эта разность у хорошо растворенного солода не должна превышать 1,8%.
1.8.3.4. Вязкость конгрессного сусла дополняет результаты предыдущего метода и составляет 1,48-1,75 (обычно 1,52-1,58 мПа · с).
1.8.3.5. Продолжительность осахаривания у светлого солода составляет 10-15, а у темного 15-30 мин. Кроме того, контролируют запах затора и конгрессного сусла. У разбавленного (в соотношении 1 : 6) конгрессного сусла запах менее стоек и поэтому является показательным только при наличии грубых технологических ошибок.
1.8.3.6. Цветность конгрессного сусла в настоящее время определяют только в единицах ЕВС. У светлого солода цветность составляет 2,5-4 ед. ЕВС, у средне-окрашенного («венского» типа) - 5-8 ед., а у темного - 9,5-21 ед. ЕВС. Наиболее наглядное представление о цветности можно получить после кипячения конгрессного сусла. У солода пильзеньского типа цветность конгрессного сусла должна быть ниже 3,0, а цветность кипяченого сусла - ниже 5,2 ед. ЕВС.
1.8.3.7. Внешний вид сусла, а также скорость его фильтрования необходимо контролировать. Ценится высокая скорость фильтрования и прозрачность конгресс-ного сусла.
1.8.3.8. Конечная степень сбраживания конгрессного сусла должна составлять более 80 %. Как правило, это значение имеют немецкие чистосортные ячмени.
1.8.3.9. Степень расщепления белков оценивается по степени растворимости белка (число Кольбаха). У солода с содержанием белка около 10,5% хорошей считается степень растворимости 38-42 %. У темного солода вследствие расходования низкомолекулярного азота па образование меланоидинов она ниже и составляет 37-40 %. Так как число Кольбаха при различном содержании белка в солоде может существенно отличаться, обычно указывают количество растворимого азота на 100 г CB солода. Обычно оно составляет 640-700 мг, но у солода, богатого белком, оно может быть и выше (см. раздел 1.4.1.2). Как правило, свободный α-аминный азот должен составлять около 20 % общего растворимого азота.
1.8.3.10. Четырехзаторный метод по Гартонгу-Кречмеру подразумевает проведение 4-х различных затираний при температурах 20,45,60 и 80 °С. и дает критерии для оценки содержания экстракта, ферментативной активности солода и его рыхлости. Стандартные показатели для удовлетворительно растворенного солода составляют для VZ при 20 °С - 24 %, VZ при 45 °С - 36 % , VZ при 65 °С -98,7 % и KZ при 80 0C - 93,7 %. Показатель переработки представляет собой разность средней величины по четырем заторам и 58,0. Тем самым значение показателя находится в интервале от 0 до 10 и оценивается следующим образом: 0-3,5 - «недорастворён», 4-4,5 - «слабо растворён», 5 - «удовлетворительно», 5,5-6,5 - «хорошо растворён», 6,5-10 - «обладает высокой ферментативной активностью». Наиболее наглядным является показатель, получаемый при температуре затирания 45 °С, причем при его использовании можно обойтись без трудоемких методов исследования. Он четко показывает, какие требуется соблюдать требования к ячменю, его обработке до солодоращения, к способам солодоращения и сушки, чтобы получить стандартное значение и даже требуемые 38 %.
1.8.3.11. Значение pH конгрессного сусла обычно составляет около 5,9. Темный солод получается в результате усиленного образования меланоидинов и повышения pH до pH 5,7. Применение серосодержащего топлива при подсушивании и сушке снижает значение pH примерно на 0,15, что обычно способствует увеличению выхода экстракта и повышает показатели растворения (например, показатель степени растворения белка при 45 °С). Расход 1 и. раствора NaOH на первой стадии (pH до 7,07) составляет обычно 3,8-4,2, на второй (pH до 9,0) - около 10,5-13 см3; в результате общая кислотность составляет 14,3-17,2 см3.
1.8.3.12. Стойкость солода при сушке невозможно надежно определить ни с помощью определения его способности к прорастанию, ни досушиванием (5 ч при температуре 86 °С). Цветность сусла после кипячения также не дает исходных данных, хотя она и является своего рода индикатором ожидаемого цвета пива. Цветность сусла после кипячения зависит от сорта и происхождения ячменя, от способа солодоращения и от температуры сушки (см. раздел 1.6.1.2) - она тем больше, чем выше температура сушки. Для светлого солода она составляет 1,5-3,5 ед. EBC (обычно 2-2,5 ед. ЕВС). Хорошим индикатором является содержание ДМС-предшественников (допустимое значение в зависимости от способа кипячения сусла составляет 5-7 мкг/кг). Содержание нитрозодиметиламина (НДМА) не должно превышать 2,5 мкг/кг.
Заключение о процессе окрашивания можно дать на основе анализа содержания гидроксиметилфурфураля (ГМФ) или тиобарбитурового числа (ТБЧ). У правильно подсушенного и высушенных солода эти показатели составляют соответственно 5-8 ГМФ и 13-20 ТБЧ.
1.8.3.13. К дополнительным исследованиям относятся прямые методы определения ферментивной активности (диастатическая сила - 220-290 °WK, активность α-амилазы - 30-60 ед. ASBC), а также микробиологические, хроматографические и спектрофотометрические анализы. Достаточно достоверный тест для определения возможности гашинг-эффекта можно провести как на ячмене, так и на солоде с помощью несброженного высококарбонизированного экстракта.
Солод должен обладать свойствами, позволяющими провести его хорошую переработку и обеспечить необходимый выход в варочном отделении (в первую очередь, гарантировать быстрое и устойчивое сбраживание). Только в этом случае готовое пиво будет обладать желаемыми свойствами.
1.9. Другие типы солода
1.9.1. Пшеничный солод
Пшеничный солод производят аналогично ячменному, но при этом из-за отсутствия у зерна цветочных оболочек следует учитывать ряд особых моментов.
1.9.1.1. Содержание белка в пивоваренной пшенице должно не превышать 12 %. Озимые сорта пшеницы, обладающие хорошей, но не глубокой растворимостью, а также пониженной стойкостью к поражению микроорганизмами, являются более предпочтительными по сравнению с яровой пшеницей и дают хорошие результаты при солодоращении - прежде всего нормальную цветность солода, сусла и пива. Фенольное число, являющееся грубым индикатором содержания оксидоредуктазы, у такой пшеницы низкое.
Сорта пивоваренной пшеницы, как и сорта пивоваренного ячменя, постоянно совершенствуются, и за информацией о наилучших сортах рекомендуется обращаться к ежегодным изданиям.
1.9.1.2. Солодоращение пшеницы характеризуется стремительным потреблением воды, и при использовавшихся прежде способах замачивания с выраженным «мокрым» замачиванием его продолжительность сокращается на 30 %, то есть примерно до 48 ч. При современных способах замачивания с воздушными паузами для достижения нужной влажности можно проводить первое «мокрое» замачивание в течение 3 ч до влажности 30 %, а после воздушной паузы в течение 15-18 ч - второе «мокрое» замачивание до влажности, характерной для прорастания и равной 38 % (желательно с температурой 17-18 °С), что достаточно для получения хорошо растворенного солода в течение 6 сут проращивания.
При проращивании следует учитывать, что зерна без цветочной оболочки слеживаются и склонны к перегреву. Поэтому с самого начала требуется более холодное ведение грядки, чем для ячменного солода, вследствие чего зерно на току располагают более тонким слоем. В первые сутки проращивания для обеспечения равномерного прорастания материал ворошат каждые 8-12 ч. На 3-4-е сут. грядку оставляют на 16-20 ч для «схватывания». Зародышевый листок развивается в первые дни под семенной оболочкой, на третьи сутки он ее прорывает и развивается затем сбоку зерна. Слишком частого ворошения следует избегать, чтобы не повредить зародыш, так как его повреждение вызывает развитие на зерне плесени и может помешать преобразованиям веществ внутри зерна.
В солодорастильных ящиках солодоращение можно проводить как при возрастающих (с 12 до 18 °С), так и при убывающих (с 17-18 до 12-13 °С) температурах. По сравнению с пивоваренным ячменем при одинаковой продолжительности проращивания для пшеницы требуются более низкие значения температуры и влажности.
1.9.1.3. Сушка пшеничного солода, особенно на многоярусных сушилках, проводится осторожнее, чем сушка ячменного солода. В одноярусных сушилках высокой производительности подсушивание осуществляется следующим образом: 1-й ч - при 45 °С, 2-й ч - при 50 °С, 3-й ч - при 55 °С, следующие 3 ч - при 60 °С, затем 2 + x ч - при 65 °C до «проскока». Затем через 2 ч производится нагрев до 77° С, и эта температура поддерживается 2 ч, а следующие 2-3 ч поддерживают температуру сушки 80 °С. Во избежание чрезмерного окрашивания рециркуляционный воздух следует использовать несколько осмотрительнее, чем для светлого ячменного солода. Из-за потери ростков содержание белка в солоде на 0,5-0,7 % ниже, чем в исходной пшенице.
1.9.1.4. Анализ пшеничного солода. Влажность пшеничного солода составляет 4,8-5,5 %. Вследствие затрудненного обезвоживания (небольшой зародышевый корешок, меньшая продолжительность сушки) влажность пшеничного солода примерно на 0,5 % выше ячменного. В пересчете на CB содержание экстракта в зависимости от содержания белка составляет 83-87 %. Содержание белка не должно превышать 11,5 %. При разности экстрактов 1,0-2,0 % вязкость составляет 1,60-1,75 мПа с. Степень растворения белка из-за потери зародышевого листка ниже, и хорошим считается степень растворения 36-39 %. Число Гартонга (VZ 45 °С) обычно на 2 % выше степени растворения белка. Содержание коагулируемого и осаждаемого сульфатом магния азота в сусле из пшеничного солода примерно в 2 раза больше, чем в сусле из ячменного; содержание свободного аминного азота в сусле из пшеничного солода составляет 12-14 % всего растворимого азота. Средние значения цветности для светлого пшеничного солода составляют от 3 до 4,5 ед. ЕВС, а темного - 10-20 ед. ЕВС. Высокая диастатическая сила (250-350 °WK) не всегда сопровождается высокой α-амилазной активностью. Конечная степень сбраживания составляет около 80 %.
1.9.2. Солод из других зерновых культур
Для производства диастатического солода и специального пива верхового брожения используют рожь и тритикале, а также двузернянку (пленчатую пшеницу). Рожь из-за высокого по сравнению с пшеницей содержания пентозанов сложнее проращивать, и общая продолжительность замачивания и проращивания составляет 7 сут. при более низкой влажности проращиваемого материала. Во ржи содержится достаточное количество оксидаз, способствующих окрашиванию конгрессного сусла, и подобно работе с пшеницей после подсушивания (подвяливания) следует применять температуру сушки 80-85 °С. Ржаной солод должен быть темнее пшеничного. Аналитические показатели ржаного солода составляют: влажность около 5 %, безводный экстракт - 8,5 – 8,8 %, разность экстрактов - 1,5-2,0 %, вязкость - 3,8-4,4 мПа с. Содержание белка составляет примерно 10,5-12,0%, а степень растворения белка (45-55 %) свидетельствует о примерном количестве растворимого азота (1 г/100 г CB). Конечная степень сбраживания - 80-82 %, диастатическая сила - 300-500 °WK, α-амилазная активность - 50-100 ед. ASBC. Цветность в зависимости от типа солода составляет 6-20 ед. ЕВС.
1.9.3. Специальные типы солода
Специальные типы солода добавляют к обычной засыпи в определенном процентном соотношении с тем, чтобы повлиять на цвет, вкус, полноту пива, его пенообразующую способность, кислотность и коллоидную стойкость. К специальным типам относят жженый и карамельный солод, меланоидиновый солод, наклюнувшийся и кислый солод.
1.9.3.1. Жженый солод используется для придания пиву определенного более или менее темного цвета. У темного пива невозможно добиться желаемого цвета с помощью только темного солода, и к нему добавляют жженый солод (1-2 %). Для получения его используют увлажненный светлый сухой солод нормального качества, который осторожно нагревают до температуры 200-220 °С при постоянном вращении цилиндрического обжарочного барабана. Ниже температуры 160 °С крахмал солода почти не изменяется, и лишь при 200 °С происходит сначала сильное меланоидинообразование, а затем образование горьких вкусовых веществ, придающих привкус «подгорелости», количество которых можно удерживать в узких границах. Привкусы «подгорелости» и горечи, возникающие при обжарке жженого солода, частично улетучиваются с водяным паром, поэтому жженый солод обжаривают в вакуумных барабанах или по достижении наивысшей температуры незадолго до окончания обжаривания подают в устройство несколько дм3 воды, тем самым способствуя улетучиванию этих веществ. При изготовлении жженого солода ферменты полностью уничтожаются. Эндосперм жженого солода должен быть гомогенным, рыхлым и темным (кофейного цвета без блеска), а цветочная оболочка - глянцевой.
Относительно недавно начали получать жженый солод из голозерного ячменя, что позволяет добиться устранения негативного влияния горьких веществ цветочной и семенной оболочки. Более известен обрушенный жженый солод, который представляет собой особый продукт: у высушенного солода перед загрузкой обжарочного барабана удаляют большую часть оболочек, включая семенную, и в нем содержится меньше веществ с пригорелым ароматом. Более дешевый пшеничный жженый солод в Германии разрешается применять только для производства пива верхового брожения.
Цветность жженого солода составляет, в зависимости от способа получения солода, 1300-1600 ед. ЕВС. Выход экстракта - до 60-65 % в пересчете на СВ.
В этой связи необходимо упомянуть специальное «красящее пиво (Farbebier), применяющееся в качестве заменителя специального солода. «Красящее пиво» - это очень темное пиво, приготовленное на 60 % из светлого и на 40 % из жженого солода с высоким содержанием CB в готовом сусле. Как пиво оно совершенно не пригодно к употреблению и предлагается в качестве красящего компонента с цветностью около 8000 ед. ЕВС.
1.9.3.2. Карамельный солод используют для формирования различной интенсивности цвета пива, придания ему не только большей полноты, но и более или менее подчеркнутого «солодового» характера. В этих целях к загружаемому солоду для приготовления нива светлых сортов добавляют 3-5 % светлого карамельного солода, а при приготовлении темного пива - до 10% светлого или темного карамельного солода. Карамельный солод изготавливают из сухого солода, который благодаря замачиванию приобретает влажность до 40-44 %. В конце обычного проращивания температуру зерна поднимают до 40-45 °С отключением вентиляции так, чтобы в течение 12-18 ч достичь интенсивного расщепления клеточных стенок белковых молекул и крахмальных зерен. Этот процесс затем продолжается в обжарочном барабане при температуре 60-75 °С; при этом происходит разжижение и осахаривание крахмала во всем зерне; кроме того, наблюдается обильное образование растворимого азота, повышается кислотность. В конце проводят нагревание до температуры 150-180 °С с одновременным отведением водяного пара, в результате чего формируются характерные для карамелизации сахаристые вещества. В зависимости от интенсивности процесса обжаривания карамельный солод характеризуется различной цветностью - у светлого карамельного солода 20-50, у темного - 100-140 ед. ЕВС. Содержание безводного экстракта в таком солоде составляет 73-78 %. Для более эффективного использования обжарочного аппарата в последний день проращивания свежепроросший солод нагревают до 40-50 °С с отключением вентиляции. Это приводит к образованию низкомолекулярных продуктов расщепления, при этом происходит разжижение и осахаривание крахмала во всем зерне. Выход водорастворимого экстракта возрастает, даже если он и не достигает величины, характерной для превращений при затирании. Это можно отнести на счет других соотношений концентраций экстракт : вода (от 1 :0,6 до 1 : 2,5-4) при затирании. При хорошей подготовке в солодорастильном аппарате для этого требуется 60-90 мин. Очень светлый карамельный солод цветностью 3,5-6 ед. EBC в обжарочном аппарате доводят до разжижения зерен в течение 45 мин при температуре 60-80 0C, а затем подсушивают при температуре 55-60 °С.
1.933. Томлёный солод применяют для приготовления особо ароматного пива. Темный свежепроросший солод примерно через 6 сут. проращивания собирают в грядку высотой около 50 см и оставляют на 30-40 ч для самосогревания, частично накрыв досками или брезентом; температура при этом поднимается до 40-50 °С и больше не увеличивается (из-за накопления в грядке CO2). В результате в среде, окружающей нижний слой зерна, оказывается больше CO2, чем в верхнем, рост корешков прекращается, и солод в результате активного ферментативного гидролиза насыщается повышенным количеством сахаров (глюкозой, фруктозой), низкомолекулярными продуктами расщепления белков, а также эфирами и органическими кислотами. Эндосперм зерна частично приобретает мазеобразную или жидкую консистенцию. После осторожного подсушивания для получения цветности солода в 20-50 ед. EBC бывает достаточно температуры сушки 80-90 °С. Для усиления характера светлого пива томленый солод добавляют в количестве около 5 % засыпи, а для получения темного пива - до 35 %. Проблемы неконтролируемого обмена веществ и его влияния на вкус и биологическую стойкость пива, обычные для токового солодоращения, в настоящее время считаются решенными (при условии надлежащего приготовления солода в пневматических системах солодоращения). Аналогичные методы применяют для производства «меланоидинового» солода. Присутствующие в солоде в избытке продукты расщепления крахмала, белка и гемицеллюлоз в процессе сушки при низких температурах (65-70 °C) участвуют в реакции меланоидинообразования, продукты которой обладают редуцирующими свойствами. Такой солод повышает полноту тела пива и, по мнению некоторых специалистов, улучшает его физико-химические свойства и стабильность вкуса.
1.9.3.4. Солод короткого ращения добавляют к засыпи в количестве 10-15 % для компенсации. Этот солод добавляют в различных количествах, чтобы компенсировать слишком сильное растворение стандартного пивоваренного солода. Так, добавление солода короткого ращения в количестве 10-15% повышает пеностойкость пива, однако одновременно повышается содержание в сусле и пиве высокомолекулярных белковых и гумми-веществ, а также вязкость сусла, что может вызвать затруднения при фильтровании пива. Пеностойкость пива можно уменьшить после повторного внесения дрожжей в ту же среду, что зачастую требуется для улучшения вкуса. Еще одним вариантом применением солода короткого ращения является изготовление хлопьев ячменного солода грубого помола. Для их получения ячмень замачивают, как обычно, и после прорастания его плющат с помощью нагретых паром вальцов.
1.9.3.5. Кислый солод в количестве 2-10 % используют для коррекции значения pH затора, благодаря чему улучшается действие ряда гидролитических ферментов. Активным компонентом этого специального солода является молочная кислота, которой солод обогащают различными способами. Она может образовываться при замачивании солода при температуре 45-48 °С в течение 24 ч под действием молочнокислых бактерий солода. Маточный раствор сливают и используют для подкисления других партий затора. Подкисленный таким образом солод осторожно высушивают при высокой температуре, инактивируя молочнокислые бактерии. При содержании в растворе 2-4 % молочной кислоты значение pH водной вытяжки составляет около 3,8, и ее можно с успехом использовать для подкисления кипяченого сусла.
2. Технология приготовления сусла
2.0. Общие вопросы
Приготовление пива из солода или смеси солода и других видов сырья с использованием воды, хмеля и дрожжей проходит в две стадии: 1) получение в процессе затирания солода осахаренного раствора - сусла и 2) сбраживание сусла дрожжами.
Собственно процесс пивоварения включает несколько технологических операций:
измельчение солода и других вспомогательных материалов;
приготовление раствора экстракта в ходе затирания;
отделение полученного экстракта от осадка и взвешенных частиц в процессе фильтрования;
кипячение отфильтрованного сусла с хмелем;
охлаждение кипяченого сусла.
Процесс брожения также делится на несколько стадий: 1) главное брожение в открытых или закрытых емкостях в бродильном отделении; 2) дображивание и созревание пива в закрытых емкостях в лагерном отделении и 3) фильтрование и розлив готового пива в бутылки, банки или иные емкости.
2.1. Пивоваренное сырье
2.1.1. Солод
Различают различные типы ячменного солода (светлый, темный, «венского» типа). Для пива верхового брожения допускается применение солода, полученного из других злаковых культур, а для подчеркивания определенных свойств того или иного сорта пива применяют и специальные типы солода.
2.1.2. Несоложеные материалы
Для сокращения потерь при солодоращении, экономии крахмалсодержащего сырья и производственных затрат в пивоварении в определенных пропорциях используют и иное крахмалсодержащее сырье - рис, кукурузу, несоложённый ячмень, иногда пшеницу. Кроме того, допускается внесение различных сахаров. Несоложеные материалы необходимо перевести в растворимую форму с помощью ферментов солода. С учетом необходимого хода брожения, условий питания дрожжей и требуемого вкуса пива доля несоложеных материалов не должна превышать определенной величины. В последние годы были получены данные, что добавление к несоложеному ячменю ферментных препаратов способствует существенному сокращению потребности в солоде. Тем не менее в Германии применение несоложеных материалов запрещено (с некоторыми исключениями для пива, поставляемого на экспорт).
2.1.2.1. Доля несоложеного ячменя для нормального фильтрования в фильтр-чане должна составлять около 10 %. Цитолитические ферменты солода в ходе затирания должны способствовать снижению вязкости, обусловленной гумми-веществами ячменя. В пиве, приготовленном с использованием несоложеного ячменя, содержится меньше азота; оно характеризуется пониженной конечной степенью сбраживания, лучшими пенообразующими свойствами, но хуже фильтруется, а стабильность вкуса несколько хуже по сравнению с солодовым пивом. Для устранения этих недостатков, а также в целях повышения возможной доли несоложеного сырья во многих странах вносят ферментные добавки, содержащие амилазы, пептидазы и ß-глюканазы.
2.1.2.2. Рис применяется в пивоварении в виде риса-сечки или рисовой крупки, которые должны иметь чисто белый цвет. Влажность составляет 12-13 %, выход экстракта (определен в лабораторных условиях с добавлением 50 % солода) в пересчете на воздушно-сухое вещество - 82 % и 93-95 %. Содержание жиров, локализированных в основном в зародыше, составляет 0,5-0,7 %, белка - 8-9 %, клетчатки - 0,5-1 %, а минеральных веществ (в основном фосфатов, калия и магния) - около 1 %. Таким образом, рис дает более высокий выход по сравнению с солодом. Рисовый крахмал, составляющий 80-90 % в пересчете на CB, состоит из одиночных или соединенных между собой небольших гранул в форме многогранника. Крахмал клейстеризуется зачастую при температурах выше температуры осахаривания. Дополнительное использование риса позволяет получить светлое пиво с несколько более «сухим» вкусом.
2.1.2.3. Кукурузу возделывают во многих странах. В кукурузном зерне содержится 0,5-5,0 % жира (главным образом в зародыше). Для пивоварения кукуруза поступает с удаленным зародышем и применяется в пивоварении в виде кукурузной крупы из цельносмолотого зерна, кукурузной крупки, хлопьев, а с недавнего времени - и в форме чистого кукурузного крахмала. Влажность кукурузы не должна превышать 12-13 %, в противном случае это отрицательно сказывается на стабильности сырья при хранении. Кукурузное масло отрицательно влияет на свойства пива только в случае его прогоркания при хранении, однако содержание жиров в кукурузной крупке хорошего качества составляет менее 1 %. Экстрактивность кукурузной крупки составляет 78-80 % от BCB или 87-91 % на СВ. Содержание белков - 8,5-9,0 %, сырой клетчатки - 1,5 %, а минеральных веществ - 1,0-1 %. В кукурузном крахмале практически не содержится азота и жиров, а выход составляет, в том числе у очищенной крупки вследствие более позднего гидролиза крахмала до мальтозы, около 102 %. Кукурузный крахмал состоит из многогранных округлых гранул диаметром 8-25 мкм и клейстеризуется легче, чем рисовый.
При добавлении кукурузы к засыпи получается приятное на вкус, сладковатое пиво. Количество несоложеного сырья, используемого для затирания, различается по странам, причем иногда оно регламентируется нормативными актами. Если в Европе допускается вносить до 30 % кукурузного сырья, то в США - до 50 %, причем это потребовало изменения состава солода (внесения богатых белком и ферментами видов многорядного ячменя).
2.1.2.4. Сироп получают преимущественно из кукурузного крахмала кислотным или ферментативным гидролизом (или их сочетанием). Экстрактивность всех кукурузных сиропов составляет около 80 %; сбраживаемость сиропов, полученных кислотным гидролизом, достигает примерно 40 %, а при комбинированной кислотно-ферментативной обработке (в зависимости от условий) - 55-78 %. У первой группы сиропов содержание глюкозы составляет около 40 %. Сиропы, используемые для варки сусла в качестве добавки, характеризуются нормальным йодным окрашиванием и pH 4,8. Соли, образующиеся при нейтрализации, удаляют с помощью ионообменника, а красящие и вкусовые вещества - путем фильтрования через активированный уголь. Прозрачные сиропы хорошо хранятся, и при низком содержании азота изменения их цвета можно избежать. При внесении сиропов в сусловарочный котел они позволяют осуществлять затирание и фильтрацию затора с использованием 100 % солода и тем самым упрощают ведение технологического процесса. Экстракт охмеленного сусла можно без потерь увеличить до 15-18 %, то есть получать высокоплотное сусло (см. главу 9).
2.1.2.5. Сахар добавляют при получении светлого лагерного пива в сусловарочный котел незадолго до перекачки охмеленного сусла в целях повышения содержания сбраживаемых сахаров и снижения содержания азота. У солодового и диетического пива сахар добавляют после фильтрования для придания желаемого характера этим сортам пива и доведения до требуемого уровня массовой доли сухих веществ в начальном сусле.
Сахар вносят или в виде сахарозы в твердой или жидкой форме, или как инвертный сахар, или в виде глюкозы. При получении диетического пива сахар можно вносить также в форме сахарного колера, который получают путем нагревания глюкозы или сахара-сырца с последующим разведением. Экстрактивность сахарных растворов в зависимости от концентрации варьирует от 65 до 85 %.
2.1.3. Вода
2.1.3.1. Состав воды. Обычная вода, применяемая в производстве, содержит некоторое количество солей, что объясняется естественным круговоротом воды в природе. Вид и количество солей зависят в основном от геологических и химических свойств грунтов, через которые фильтруется вода, но в воду могут попадать и иные вещества и микроорганизмы. Проходя через коренные горные породы с небольшим количеством водорастворимых солей, вода поглощает незначительное количество солей, зато обогащается свободным CO2, который может действовать агрессивно. В осадочных (известняковых, доломитовых) породах вода, напротив, обогащается значительным количеством солей, особенно под влиянием диоксида углерода из поверхностных слоев грунта. Соли, присутствующие в воде, частично взаимодействуют с веществами солода и сусла, влияя при этом на ферментативные процессы. Эти реакции зависят от вида и концентрации солей, от состава солода и от условий процесса пивоварения.
Содержащиеся в производственной воде соли относительно сильно разбавлены, вследствие чего они всегда глубоко диссоциированы, в связи с чем целесообразно учитывать влияние катионов и анионов на процесс приготовления пива. К основным ионам, присутствующим в природной воде, относятся катионы H+, Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ и Fe3+, Al3+, а также анионы (ОН-), Cl-, HCO3-, CO32-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-, SiO32-. Катионы и анионы находятся в равновесии.
Чаще всего в воде присутствуют ионы кальция, гидрокарбонатионы и ионы магния (их состав непостоянен); ионы калия встречаются редко. Содержание ионов кремниевой кислоты редко бывает более 15-30 мг/л, за исключением вулканических районов, где, однако, присутствует и сода. Содержание ионов железа в количестве более 1 мг/л не допускается. Нитратионы присутствуют в любой воде, и их содержание более 30 мг/л нежелательно, так как дрожжи редуцируют нитраты до летальных для дрожжей нитритов. В бедной солями воде даже низкое содержание нитрата может являться отрицательным фактором. Наличие ионов железа, а также аммония и фосфатов свидетельствуют о фекальном загрязнении воды. Кроме указанных ионов в технологической воде содержится определенное количество органических веществ, которые, хотя и являются технологически безопасными, могут отрицательно сказываться на вкусовых характеристиках воды.
Наряду с бикарбонатными ионами в воде зачастую содержится и недиссоциированный диоксид углерода. Для длительного удержания бикарбонатов в растворе требуется определенное количество свободного диоксида углерода; кроме того, если в воде присутствует CO2, она является агрессивной, то есть обладает коррозионными свойствами.
2.1.3.2. Жесткость воды является количественным отражением состава химически активных солей воды. Немецкий градус жесткости (°dH) соответствует 10 мг СаСО3/л. Общая жесткость включает все соли кальция и магния угольной, серной и других кислот и может колебаться от 1 до 30 °dH и даже выше. Вода с жесткостью 8-12 °dH является водой средней жесткости, менее 8 °dН - мягкой, а более 12 °dН - жесткой, однако показатель общей жесткости недостаточен для технологической классификации воды. Следует различать карбонатную жесткость, которая обусловливается присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную жесткость, которая зависит от присутствия в воде солей кальция и магния серной, азотной и соляной кислот. По показателям общей жесткости, карбонатной и некарбонатной жесткости различают различные типы пивоваренной воды: если преобладает карбонатная жесткость, то говорят о «карбонатной» воде, при преобладании солей серной кислоты - о «сульфатной» воде и т. д. Основные типы пива можно соответственно соотнести с пивоваренной водой совершенно конкретного состава.
Так, например, жесткость мюнхенской воды для пивоварения почти исключительно обусловлена наличием карбонатов, дортмундская вода характеризуется преобладанием некарбонатной жесткости, вызванной наличием сульфатных ионов при достаточном содержании карбонатов. Пльзеньская пивоваренная вода, напротив, крайне бедна солями и является мягкой (см. табл. 2.1).
Таблица 2.1. Жесткость некоторых типов воды
Показатель Мюнхенская вода Дортмундская вода Пльзеньская вода
Общая жесткость, °dH 14,8 41,3 1,6
Карбонатная жесткость, °dH 14,2 16,8 1,3
Некарбонатная жесткость, °dH 0,6 24,5 0,3
Кальциевая жесткость, °dH 10,6 36,7 1,0
Магниевая жесткость, °dH 4,2 4,6 0,6
Остаточная щелочность, °dH 10,6 5,7 0,9
Сухой остаток, мг/л 284 1110 50
Воду, встречающуюся в природе, подразделяют на подземную (родниковую), грунтовую и поверхностную (из водохранилищ, рек и озер).
2.1.3.3. Действие ионов воды. Ионный состав производственной воды влияет на все процессы приготовления сусла и пива. В пивоварении следует различать следующие реакции:
взаимодействие ионов воды с растворимыми веществами солода;
воздействие ионов воды на ферменты;
влияние ионов воды на важные для технологии составные части хмеля.
В первую очередь речь идет о влиянии ионов воды на компоненты солода и хмеля, на значение pH затора и сусла, а также на вкус пива. Наряду с химически нейтральными ионами необходимо различать ионы, повышающие и понижающие значение pH. Ионы, повышающие значение pH, - это исключительно гидрокарбонатные ионы, взаимодействующие с Н+-ионами, например, при нагревании или химических реакциях с высвобождением CO2:
HCO3- + H+ → H2O + CO2.
Ионами, повышающими значение pH, являются Ca2+ и Mg2+, причем эффективность последнего вдвое меньше, чем Ca2+:
3 Ca2+ + 2 HPO42- < = > Ca3(PO4)2 + 2 H+.
При реакции гидрокарбоната кальция с однозамещенным кислым фосфатом калия (KH2PO4) образуется растворимый двухзамещенный фосфат калия, снижающий значение ρ H затора:
2 KH2PO4 + Ca(HCO3)2 <=>СаНРО4 + + K2HPO4 + 2 H2O + 2 CO2.
Образующийся при этом фосфат кальция нерастворим и выпадает в осадок вместе с трехзамещенным фосфатом кальция, образующимся при большом содержании гидрокарбоната кальция.
Взаимодействие гидрокарбоната магния с фосфатами протекает аналогично за тем исключением, что двухзамещенный фосфат магния, имеющий щелочные свойства, остается в растворе и снижает значение pH затора.
Гидрокарбонат натрия еще в большей степени нейтрализует кислотность, поскольку при его взаимодействии с фосфатами сусла образуются только растворимые продукты реакции, которые остаются в сусле.
Щелочность воды обусловлена в основном концентрацией содержащихся в ней гидрокарбопатных ионов и при условии отсутствия щелочных карбонатов (например, соды) общая щелочность является мерой карбонатной жесткости воды. Действие гидрокарбонатных ионов компенсируется ионами Ca2+. Чтобы получить представление об этом с учетом действия ионов, уменьшающих или увеличивающих кислотность, рассчитывается остаточная щелочность по Кольбаху. Компенсированная кальцием и магнием щелочность рассчитывается по «показателю кальция», равному кальциевой жесткости + 1/2 магниевой жесткости, который делится затем на 3,5 (для нейтрализации щелочности эквивалента гидрокарбоната требуется примерно 3,5 эквивалента кальция). Таким образом, остаточная щелочность равна общей щелочности минус компенсированная щелочность, или
Остаточная щелочность = Общая щелочность – показатель кальция / 3,5
Вода с остаточной щелочностью, равной 0, имеет такую же кислотность и, следовательно, такое значение pH затора и сусла, что и дистиллированная вода. Подготовка воды с остаточной щелочностью ниже 5 °dН для приготовления светлого пива уже нерентабельна, однако для получения пива Pilsener с выраженным хмелевым вкусом и ароматом требуется еще более низкая остаточная щелочность. Помимо фосфатов с гидрокарбонатными, кальциевыми и магниевыми ионами взаимодействуют органические кислоты и их калийные соли, присутствующие в небольших количествах в сусле. В ходе их реакции с фосфатами фосфат кальция выпадает в осадок, а фосфат магния остается в растворе. Выпадение фосфатов в осадок и снижение содержания в сусле буферных веществ вызывается как гидрокарбонатными, так и щелочноземельными ионами.
Последствия уменьшения кислотности в результате слишком высокой остаточной щелочности могут быть очень важными. Так, например, ферменты при повышенном значении pH действуют хуже, что при расщеплении крахмала проявляется в неблагоприятном влиянии на конечную степень сбраживания, а при расщеплении белка - в ограничении действия эндо- и определенных экзопептидаз, тем самым влияя на снижение растворимости белка. Активность фосфатаз снижается, что при выпадении фосфатов в осадок проявляется в существенном снижении буферности. В этих условиях ослабевает и действие глюканаз, что в свою очередь приводит к замедлению фильтрования. Подавление ферментативной активности может привести к снижению выхода экстракта на 1-3%.
Следствием повышенных значений pH во время кипячения сусла является усиленное выщелачивание из оболочек полифенолов с незначительным индексом полимеризации и ухудшение возможности отделения взвесей. Повышенное содержание дубильных веществ солода и хмеля в таком сусле придает суслу или пиву более темный цвет. Повышенное значение pH сопровождается интенсивным извлечением из хмеля высокомолекулярных горьких соединений (гумулатов), которые могут придавать вкусу пива грубую царапающую горечь. Уменьшение дозировки горьких веществ, рекомендуемое для сусла из воды с высокой остаточной щелочностью, приводит к достижению требуемого уровня горечи, но не обеспечивает нужного качества.
Темный солод характеризуется более высокой степенью растворения, чем светлый. Более низкое значение pH хорошо растворенного солода и кислая реакция меланоидинов при изготовлении темного пива способны до некоторой степени компенсировать без негативных последствий остаточную щелочность в 10 ° с 1 Н .
Уменьшение кислотности проявляется и при брожении: оно замедляется, дрожжи приобретают мажущуюся консистенцию, уменьшается степень сбраживания и ухудшается состав пива вследствие менее полного удаления белка, дубильных веществ и хмелевых смол.
2.1.3.4. Водоподготовка. Чтобы иметь возможность использовать для производства светлого качественного пива и жесткую воду, ее либо декарбонизируют, либо по мере необходимости проводят обессоливание. Для этого существуют следующие методы:
кипячение производственной воды при нормальном атмосферном или избыточном давлении;
добавление насыщенного раствора известковой воды в точно установленном количестве;
декарбонизация или полное обессоливание с помощью ионообменников;
обессоливание электроосмотическим способом;
обессоливание методом обратного осмоса.
Кроме того, вредное влияние гидрокарбонатов можно компенсировать путем введения ионов кальция в виде гипса или хлористого кальция. Неблагоприятное действие гидрокарбонатов можно также снизить с помощью кислого солода или сусла с молочнокислыми бактериями.
2.1.3.5. Декарбонизация кипячением полезна лишь при условии преобладания гидрокарбонатной кальциевой жесткости (карбонат магния практически не осаждается), причем следует учитывать, что данный способ является довольно дорогим.
2.1.3.6. Умягчение насыщенным раствором известковой воды получило широкое распространение благодаря простоте, дешевизне и хорошему эффекту умягчения воды. Химические превращения при этом затрагивают свободный диоксид углерода, CaCO3 и (при достаточной степени щелочности воды, pH > 10) - часть MgCO3 по следующей схеме:
CO2+ Ca(OH)2 → СаСO3 + H2O;
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 + 2 H2O;
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + MgCO3 + 2Н2O;
MgCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 +Mg(OH)2.
Известь, добавленная в виде известковой воды, после ряда превращений выпадает в осадок в виде CaCO3. Магний выпадает в осадок только в виде нерастворимого гидроксида магния. Все реакции начинаются уже в холодной воде (10-12 °С). При более низкой температуре процесс замедляется, а при более высокой - ускоряется. Эффект умягчения воды необходимо проверить титрованием, так как даже незначительный избыток свободной щелочи приводит к значительным нарушениям при затирании и дефектам готового пива.
Такое простое умягчение применимо, если магниевая жесткость сырой воды превышает некарбонатную жесткость не более чем на 3°dH. Дополнительное внесение гипса или хлорида кальция способствуют дальнейшему снижению карбонатной жесткости:
Mg CO 3 + CaSO4 → CaCO3 + MgSO4,
однако эту операцию следует проводить осторожно, так как сульфат магния (MgSO4, «горькая соль») способен отрицательно повлиять на вкусовые характеристики пива.
Если магниевая жесткость воды превышает указанный предел, то благодаря избытку известковой воды щелочность повышается до значения pH 10,5-11, требующегося для осаждения гидроксида магния (MgCO3 + Ca(OH)2 → СаСO3 + Mg(OH)2). Эту щелочность снова нейтрализуют после осаждения Mg(OH)2 путем добавления 35-40 % необработанной воды. Щелочная реакция на фенолфталеин в данном случае (0,2 мл 0,1 н HCl/100 мл воды), как и всегда при декарбонизации известковой водой, не должна превышать половины значения при титровании метилоранжем.
Способ с разведением осуществляется аналогично, но со всем количеством известковой воды сначала смешивается 60 % воды, предназначенной для декарбонизации. После осаждения CaCO3 и Mg(OH)2 вода, имеющая сильную щелочную реакцию, нейтрализуется оставшимся количеством сырой воды.
Декарбонизацию известковой водой проводят в простых емкостях или в установках для умягчения воды непрерывного действия, которые дополняют производительным месильным органом. В этом случае более эффективно обрабатывается вода с переменной жесткостью. Установка для умягчения воды непрерывного действия обычно состоит из цилиндрических емкостей с конической нижней частью, реактора (в котором протекает процесс умягчения) и гравийного или песочного фильтра для окончательного осветления воды. Особенно хорошо поддается умягчению вода с низкой карбонатной жесткостью, так как карбонат кальция склонен к медленной флокуляции. Для интенсификации хода реакции в одноступенчатых системах используется контактная масса из мелкозернистого CaCO3 или кварцевого песка, способствующая задержанию медленно флокулирующего карбоната кальция. Такие установки ускоренной декарбонизации характеризуются более высокой производительностью на единицу площади, чем обычные проточные установки (контактную массу необходимо периодически удалять). Вместе с тем они не позволяют использовать метод разведения, поскольку на контактной массе может образовываться слизь от выпавшего в осадок гидроксида магния. Для непрерывной декарбонизации, как правило, применяют два реактора: в первой емкости благодаря передозировке известковой воды происходит выпадение в осадок гидроксида магния, а во второй, так называемой «ступени облагораживания», - нейтрализация щелочной воды необработанной водой. В зависимости от свойств воды, турбулентности при ее подаче и продолжительности реакции достигается более или менее существенный эффект умягчения, в целом удовлетворительный. При соответствующем изменении конструкции обе реакционные ступени можно объединить в одной емкости.
В случае повышенного содержания гидрокарбоната магния в двухступенчатую умягчающую установку параллельно подключается слабокислотный ионообменник, позволяющий обрабатывать воду с повышенной щелочностью.
2.1.3.7. Ионообменники служат для декарбонизации воды, богатой магнием, или обессоливания очень жесткой воды. По сравнению с установками для декарбонизации известью ионообменники имеют гораздо меньшие размеры и поэтому их все чаще используют для водоподготовки.
Иониты - это вещества (обычно искусственные смолы), которые присоединяют содержащиеся в растворе электролита положительные или отрицательные ионы (катионы и анионы соответственно), а взамен отдают эквивалентное количество других ионов с тем же зарядом. В зависимости от знака заряда ионов различают катионо- и анионообменники. Применяемые в настоящее время иониты изготавливаются из так называемых гельсмол, матрица которых представляет собой образованный с помощью валентных связей и сил связи решетки каркас, состоящий из нерегулярных высокомолекулярных углеводородов, образующих объемную сеть. Свойства ионитов зависят от величины этих молекул, от числа поперечных связей от количества и вида функциональных групп, которые могут иметь положительный или отрицательный избыточный заряд, нейтрализующийся ионами противоположного знака.
Катиониты имеют матрицу из полимерных смол на основе акрила или стирола. В зависимости от диссоциации функциональных групп могут быть «слабокислыми» или «сильнокислыми». Первые способны обменивать преимущественно ионы кальция и магния, входящие в состав гидрокарбонатов, на ионы водорода, и поэтому их можно использовать для простой декарбонизации воды. Сильнокислые иониты, наоборот, обменивают ионы Ca2+, Mg2+ и Na+, входящие в состав гидрокарбонатов, а также сульфатов, хлоридов и нитратов (то есть входящие в состав солей сильных кислот) на ионы H+.
Аниониты имеют матрицу из эпоксидных конденсационных и других смол со «слабоосновной» или «сильноосновной» реакцией. Первые обменивают анионы сильных кислот (SO42+, Cl-, NO3 - ) на гидроксильные или хлоридионы, а сильноосновные аниониты способны связывать также анионы очень слабых кислот, например, угольной или кремниевой.
Процесс обмена обратим. Использованный ионит может регенерироваться раствором, содержащим соответствующие ионы: катионит - соляной кислотой, а анионит, в зависимости от того, какой ион участвовал в обмене (ОН-, Cl-), - едким натром или поваренной солью. Эти реагенты применяются для регенерации обычно в виде 3-8 %-ного раствора.
Ионит должен быть совершенно нерастворим и не отдавать воде никаких веществ с запахом и вкусом. Производительность ионообменника на 1 л ионита составляет 20-50 мг CaO, и по ней рассчитывают размер требуемой реакционной емкости в зависимости от необходимой производительности.
Реакция в ионообмениике проходит следующим образом.
А) слабокислый обмен:
А < Н + Ca(HCO3)2 - >А < Ca + 2 CO2 + 2 H2O. H
Сходные реакции имеют место и в случае гидрокарбоната магния. Ионы кальция и магния, входящие в состав гидрокарбонатов, почти полностью обмениваются на ионы водорода. Катионы, обусловливающие некарбонатную жесткость, сохраняются, и по этой причине декарбонизация достигает своего предела, если остаточная магниевая жесткость выше 5 °dH.
Выделившийся CO2 агрессивен, и его необходимо удалять. На крупных установках удаление CO2 осуществляется с помощью орошения и аэрирования воды. Небольшое количество остаточного диоксида углерода (около 10 мг/л) можно нейтрализовать насыщенной известковой водой или мраморными фильтрами (при этом карбонатная жесткость увеличивается на 0,6 или 1,2 °dH). Возможно также смешивание с необработанной водой после орошения, однако в этом случае необходимо точно рассчитать количество CO2 в необработанной воде. Б) Сильнокислый обмен:
А < HH + CaSO 4 → A < Са + H2 SO4 .
В данном случае удаляются ионы натрия гидрокарбонатной жесткости. Также реагируют MgSO4, CaCl2, MgCl2, NaCl, Na2SO4, NaNO3 и т. д. В качестве продуктов обмена образуются свободные неорганические кислоты, которые необходимо нейтрализовать. Для этого применяют либо смешивание с необработанной водой, которое возможно только при некарбонатной жесткости менее 5 °dH (для поддержания магниевой жесткости чистой воды на низком уровне), либо нейтрализацию насыщенной известковой водой. При этом все некарбонаты переходят в форму кальциевых солей, но некарбонатная жесткость полностью сохраняется. Таким способом декарбони-зируют воду, некарбонатная жесткость которой составляет 12-15 °dH. Кроме того, иногда пользуются третьей возможностью нейтрализации свободных неорганических кислот, а именно анионным обменом, уменьшающим некарбонатную жесткость воды.
В) Анионный обмен:
А < OHOH+ H2SO4 → А < SO4 + 2 H2O.
Таким образом, можно осуществить практически полное обессоливание воды, но для обработки пивоваренной воды этого не только не требуется, но и нежелательно. Необходимая жесткость может быть достигнута путем смешивания с необработанной водой. При наличии нитратов, как правило, бывает достаточно параллельно подсоединенного анионообменника, что может быть реализовано двумя способами:
А - ОН + HNO3 → А - NO3 + H2O; А - Cl + NaNO3 → А - NO3 + NaCl.
В последнем случае отпадает необходимость в предшествующем катион ном обмене. Так как концентрация хлора в воде не должна превышать 100 мг/л из-за опасности коррозии, то хлоридные обменники можно использовать с большими оговорками.
Относительно недавно стали применяться так называемые нитратоспецифичные ионообменники, то есть анионные обменники, регенерируемые с помощью соляной кислоты (полученной, например, при регенерации сильнокислого катионного обмена) и дополнительно с помощью серной кислоты. При регенерации с требуемым соотношением в воде хлоридных и сульфатных ионов, нитратные ионы заменяются на Cl- и SO42- . Образующиеся свободные неорганические кислоты должны затем нейтрализоваться насыщенной известковой водой, так что некарбонатная жесткость представлена солями кальция. Содержание нитрата в воде можно снизить примерно до 3-5 мг/л (в зависимости от необходимого количества известковой воды, с которой снова вносится нитрат). Вода сохраняет свою первоначальную некарбонатную жесткость, которая увеличивается на соответствующую долю нитрата.
Дозу хлорида или сульфата кальция, необходимую при полном обессоливании, при этом можно уменьшить или даже полностью исключить. Полное обессоливание, полученное при использовании катионо- и анионообменников, позволяет проводить такую водоподготовку, после которой вода считалась бы прежде непригодной для производства пива.
В целях экономии реагентов часто перед сильнокислотным ионообменником подключают слабокислотный.
Для увеличения производительности установки или для улучшения достигаемого эффекта умягчения установку для декарбонизации известью комбинируют со слабокислотным ионообменником.
При регенерации истощенного ионита наблюдаются процессы, обратные процессам обмена:
в катнонитовых иоиообменниках:
А < Ca + 2НС1 -»А < HH + CaCl2;
в анионитовых иоиообменниках:
OH А < SO4 + 2NaOH → А< OH +Na2SO4.
Образовавшиеся растворимые соли удаляют путем промывки ионообменника. Расход реагентов для регенерации зависит от диссоциации ионита. Так, например, слабокислотный ионообменник поглощает 105 % от теоретически определенного количества реагента, а сильнокислотный - 250 %. Если проводить регенерацию не прямоточным, а более эффективном противоточным способом, то расход химикатов можно снизить до 140 %, а при комбинированном использовании слабо- и сильнокислого ионооб-менников - даже до 110%. Можно также существенно сократить количество промывной воды. В анионообменниках требуется расход химикатов, соответствующий степени диссоциации.
Образующиеся при регенерации кислые и щелочные воды следует нейтрализовать в заводских очистных установках. Ионообменники (включая регенерацию) можно эксплуатировать в автоматическом режиме.
2.1.3.8. Еще один способ полного обессоливания предоставляет электроосмос. Под действием постоянного тока ионы солей воды перемещаются в зависимости от знака заряда к катоду или аноду, которые отделены от воды, предназначенной для обессоливания, проницаемыми для ионов мембранами. Ионы, накапливающиеся на электродах, удаляют путем промывки необработанной водой. Обессоливание необработанной воды, находящейся между обеими мембранами, идет тем сильнее, чем продолжительнее действие электрического тока. Таким образом, из воды можно полностью удалить все электролиты (за исключением кремниевой кислоты).
Катоды изготавливают из железа, цинка или олова, а анод - из магнетита. Мембраны выполнены из вулканизированной резины или хромжелатина. Производительность установок можно подобрать путем последовательного подключения нескольких элементов. Затраты на данный способ определяются в основном стоимостью потребляемой электроэнергии (в зависимости от жесткости необработанной и очищенной воды она составляет 15-45 кВт ч/м3). Целесообразным считается проведение предварительной декарбонизации.
2.1.3.9. Обратный осмос. При обратном осмосе у двух растворов различной концентрации, разделенных полупроницаемой мембраной, наблюдается стремление к выравниванию концентраций. При этом происходит переход растворителя с меньшей концентрацией через мембрану в раствор с более высокой концентрацией до тех пор, пока содержание солей в обоих растворах не сравняется. Необходимое для этого осмотическое давление зависит от разницы концентрации обоих растворов. При обратном осмосе со стороны концентрированного раствора (концентрата) создается давление, которое превышает осмотическое, и чистая вода (пермеат) диффундирует через полупроницаемую мембрану. Таким образом, это осмос наоборот. Наряду с ионами при обратном осмосе могут задерживаться также органические вещества. При технической реализации обратного осмоса обрабатываемую воду предварительно очищают с помощью фильтра тонкой очистки и затем доставляют насосом высокого давления на осмотическую мембрану (модуль) из полиамидных полых волокон. Рабочее давление составляет 28 бар. Пермеат проникает через мембрану, а концентрат отводится. Для повышения производительности воду подогревают; при добавлении серной кислоты часть гидрокарбонатов переходит в сульфаты, а высвобождающийся CO2 удаляют в оросителе. Во избежание осаждения в концентрате солей жесткости можно добавлять фосфат, который задерживается мембраной. Если требуется получить пермеат с низким содержанием солей, то его выход составит около 75 %; при выходе пермеата в 90 % неизбежно более высокое содержание в нем солей, составляющее около 10%, что для большинства типов воды и может считаться приемлемым. Концентрат можно использовать в качестве промывной воды, а также (после карбонизации и обеззараживания) - в качестве столовой воды (благодаря содержащимся в нем солям). К производственным затратам относится в основном стоимость электроэнергии (1,5-2,5 Вт · ч/м3) и расходы на химикаты для кондиционирования.
2.1.3.10. Прочие методы
Добавка хлорида кальция или гипса позволяет компенсировать кислотопонижающие свойства бикарбонатов. Гипс, например, превращает вторичные фосфаты со щелочной реакцией в первичные с кислотной реакцией, в то время как третичные щелочные фосфаты осаждаются:
4 K2HPO4 + 3 CaSO4 → Ca3(PO4)2 + + 2 KH2PO4 + 3 K2SO4.
Хотя при этом кислотность затора улучшается, следует отметить потерю фосфатов. Образовавшийся сульфат калия характеризуется неприятным вкусом, и слишком больших добавок гипса (более 30 г/гл) следует избегать. Хлорид кальция оказывает более благоприятное действие на вкусовые характеристики, придавая пиву полноценный мягкий иногда несколько солоноватый вкус, тогда как гипс придает пиву немного «суховатый» характер. Добавка этих солей в декарбонизированную пивоваренную воду вполне допустима. Отношение карбонатной жесткости к некарбонатной 1 : 2,5 улучшает вкус пива, а при их отношении 1 : 3,5 цвет пива светлеет.
Аналогичные результаты можно получить с помощью нейтрализации бикарбонатов неорганическими кислотами. При этом способе (запрещенном в Германии) используют соляную, серную, фосфорную и молочную кислоты. Общая жесткость воды не меняется, лишь карбонатная жесткость смещается в сторону гидрокарбонатой. Соотношение карбонатной и гидрокарбонатной жесткости должно составлять 1 : 2-2,5. Так как следствием применения такого способа является высвобождение диоксида углерода, вода становится более агрессивной, что следует учитывать при ее хранении и предварительном нагревании.
Наряду с этими способами умягчения воды может понадобиться удаление вредных ионов, например, железа, марганца, кремниевой кислоты или агрессивного диоксида углерода.
Железо и марганец в количестве более 1 мг/л негативно влияют на вкус и цвет пива, причем от отложений окислов этих металлов может пострадать водопроводная сеть. Оба металла удаляют с помощью аэрации и последующей фильтрации воды. Железо и марганец можно осаждать при декарбонизации известью вместе с выпадающими в осадок солями жесткости; для ионообменников и мембран обратного осмоса, напротив, требуется предварительное обезжелезивание воды.
Декарбонизации воды иногда препятствует кремниевая кислота в коллоидной форме, которую можно перевести в осадок при помощи коагулянтов (флокулянтов). Удаление ионов SiO32- с помощью сильноосновных ионообменников обходится довольно дорого.
Агрессивный CO2 удаляют способами аэрирования и орошения через мраморный фильтр, доводя остаточное содержание СО, до 6-10 мг/л. Полностью он удаляется только с помощью декарбонизации известью.
Если запах или вкус необработанной воды не идеален, то для фильтрования рекомендуется использовать фильтр из активированного угля и предварительное аэрирование (при необходимости). При помощи угольного фильтра можно также уменьшить содержание или полностью удалить вещества, загрязняющие окружающую среду, в частности, так называемые галоформы.
К установке для полного умягчения воды рекомендуется подключить фильтр из активированного угля, однако он должен предназначаться не для осветления воды, а служить лишь элементом безопасности. Такой фильтр рекомендуется также для полного удаления из воды поглощенных оснований.
Для биологического исправления пивоваренной воды применяют хлор (в виде газообразного хлора или гипохлорита), озонирование, ионы серебра, обеззараживание ультрафиолетовым излучением или обеспложивающее фильтрование. Перед подачей на ионообменники хлорированную воду предварительно следует пропустить через фильтр из активированного угля. При обратном осмосе свободный хлор необходимо связать химически, при этом продукт реакции удерживается мембраной.
2.1.3.11. Декарбонизация или обессоливание пивоваренной воды оказывает положительный эффект при производстве светлого пива. Результатом снижения значения pH при затирании и кипячении сусла является повышение конечной степени сбраживания, улучшение показателей расщепления белка, ускорение фильтрования, более эффективное выпадение белка в осадок при кипячении сусла, увеличение выхода и более высокая степень сбраживания, а также более светлый цвет пива и мягкая хмелевая горечь. Из-за этого может потребоваться увеличение внесения в сусло хмелепродуктов. Интересно, что значение pH пива изменяется иначе. Благодаря более эффективному действию фосфатаз при затирании в сочетании с пониженным осаждением фосфатов у сусла отмечается повышенная буферность, которая оказывает противодействие снижению значения pH в процессе брожения.
Чтобы несколько ограничить буферность сусла и тем самым получить более благоприятные значения pH пива, целесообразным оказывается введение гипса или хлорида кальция и, как уже упомянуто, доведение соотношения карбонатной и некарбонатной жесткости до 1 : 2-2,5.
Другой возможностью является подкисление затора или сусла. В Германии разрешается применять только кислый солод (см. раздел 1.9.3.5) или подкисленное сусло, которые получают биологическим путем с помощью молочнокислых бактерий, присутствующих на солоде. Кислый солод затирают в количестве 3 - 6 % от засыпи солода. Полученное при этом снижение pH затора дает те же преимущества, что и декарбонизация пивоваренной воды, однако даже у мягкой воды достигается более благоприятное влияние на процессы затирания. Тем не менее и в данном случае улучшение буферизации противодействует требуемому снижению значения pH, что зачастую проявляется в несколько более «остром» вкусе пива. Наилучшим решением представляется сочетание подкисления затора и сусла, причем последнее па небольших предприятиях можно также осуществить при помощи солодовой вытяжки.
2.1.3.12. Биологическое подкисление происходит под действием присутствующих на солоде молочнокислых бактерий, которые за несколько циклов при оптимальных условиях выделяют специфические штаммы, например Lactobacillus amylovorus. Для снижения значения pH сусла на 0,1 требуется 580 г молочной кислоты/т засыпи (10 г/л), для солода - 290 г молочной кислоты/т засыпи (5 г/л). При пересчете на концентрацию молочной кислоты 0,8% и снижение pH на 0,3 это составляет 1,81 л/гл сусла.
Подкисление происходит следующим образом: неохмелеииое сусло с массовой долей CB 10 % засевают культурой этих бактерий. Через 24 ч при температуре 47-48 °С содержание молочной кислоты достигает 0,7-0,8 %, а еще через 8-12 ч - своего предельного значения (1 %). С точки зрения способности к размножению молочнокислых бактерий целесообразно поддерживать концентрацию кислоты на уровне до 0,4 % путем отбора кислого и последующего добавления свежего сусла. При концентрации молочной кислоты 0,7 % это соответствует отбору 50 % от общего объема. После добавления свежего сусла содержание молочной кислоты снова оказывается ниже 0,4 %, и уже через 9 - 1 0 ч содержание молочной кислоты снова достигает 0,7-0,8 %. Поэтому из одной емкости из нержавеющей стали с термостатическим обогревом молочную кислоту можно отбирать дважды в день, и для двух варок в сутки требуется лишь одна емкость.
При понижении pH сусла на 0,1 количество молочной кислоты, необходимое для одной варки, составляет 0,5 % от общего объема. 20-25 % из этого количества вносят в затор в начале затирания, а остаток - в конце варки сусла в виде добавки.
При 8 варках в сутки для подкисления затора и сусла требуется реактор объемом 25 гл/т засыпи (или 17 гл/т засыпи при подкислении только сусла). Правда, требуется еще один накопительный танк для молочной кислоты примерно такого же объема, из которого после того как молочная кислота достигнет концентрации около 1 %, сливается сусло, подкисленное молочной кислотой. Отобранное количество затем вновь добавляют к суслу из текущей варки, при этом можно получить концентрацию молочной кислоты около 0,3 % или скачок pH до значения 4,0. В накопительном танке продолжается процесс образования кислоты, которая достигает концентрации 1,3-2,0 % в зависимости от экстрактивности (неохмеленной) закваски. Во время перерывов, например с конца недели варки до начала следующей недели концентрацию молочной кислоты необходимо снова понизить примерно до 0,3 %, а при достижении значения 0,6-0,7 % - охладить ниже 30 °С. Во избежание контаминации микроорганизмами рода Candida и другими вредными для сусла микроорганизмами в ходе всего процесса биологического размножения подкисляющих микроорганизмов используют окуривание CO2.
Улучшение образования ферментов при затирании позволяет существенно сократить процесс затирания, а низкое значение pH при кипячении сусла способствует лучшему осаждению белков, активизации брожения, а также получению очень светлого, стабильного, пеностойкого пива с мягким вкусом. Технология затирания при этом характеризуется простотой и безопасностью (при условии поддержания требуемого температурного режима).
2.1.4. Хмель
2.1.4.1. Общие положения. Добавка хмеля к суслу является во многих отношениях совершенно необходимой. Он придает суслу горький вкус, определенный аромат и способствует осветлению сусла и пива благодаря осаждению белков.
Кроме того, хмель способствует пенообразованию и является для пива естественным консервантом.
Наиболее важны для пивоварения шишки хмеля, которые образуются только на женских растениях и состоят из:
гладкого стерженька шишки;
кроющих листочков с многочисленными небольшими блестящими желто-зелеными клейкими железами, содержащими зерна лупулина, расположенными на внутренней стороне кроющих листочков. В них находится вещество с наиболее ценными для пивоварения компонентами - хмелевым маслом, горькими веществами хмеля и частью дубильных веществ хмеля.
По мере старения хмеля клейкость лупулиновых зёрен уменьшается, они приобретают матовый красноватый оттенок и, наконец, становятся коричнево-красными. Присущий лупулину в свежем виде нежный хмелевой аромат постепенно исчезает, становясь похожим на сырный.
2.1.4.2. Классификацию хмеля обычно осуществляют по месту происхождения и сорту; для сходных сортов доминирующим фактором является район произрастания, так как именно им определяются качественные показатели хмеля. Различные сорта отличаются по размеру и форме шишек и их частей (стерженька и кроющих листочков), по аромату (его определяют по содержанию и типу отдельных хмелевых масел) и ио содержанию горьких веществ.
Важнейшими районами возделывания хмеля в Германии являются Бавария (Hallertau, Spalt, Hersbruck, Kinding), Вюртенберг (Tettnang, Rottenburg) и Баден (Schwetzingen-Sandlhausen). Первоначально культивируемые сорта были получены путем отбора; в настоящее время селекция хмеля ведется путем скрещивания сортов, свойства которых хотят внести в селекционный материал. При этом речь идет о высоком содержании горьких веществ и их приемлемом составе, о желаемом спектре ароматических веществ, о высокой урожайности и, по возможности, устойчивости к болезням растений (в целях проведения возможно меньшего числа обработок гербицидами). В зависимости от свойств отдельных сортов различают «ароматические» сорта и «горькие» сорта, причем в Германии в настоящее время выращивают следующие из них. Сорт Hallertauer Mittelfruhe из-за подверженности увяданию возделывают в небольшом количестве; ему на смену пришел сорт Hersbrucker Spathopfen и относительно новый сорт Perle с высокой горечью. Новый сорт Tradition имеет свойства, сходные с Hallertauer Mfr., однако существенно более стоек. Spalter - это сорт, который собираются заменять новым выведенным сортом Selekt, а на смену Hersbrucker идет новый сорт Риге. Сорт Bitter занимает промежуточное положение между ароматическими и горькими сортами. К последним относятся англосаксонские сорта Northern Brewer, Brewers Gold и Record. В настоящее время имеется сорт Magnum, немецкий аналог американского сорта Nugget, богатого горькими веществами, тогда как новый сорт Orion скорее соответствует сорту Northern Brewer. Как правило, горькие сорта хмеля вносят в сусло для получения определенной начальной степени горечи; они обладают очень насыщенным, скорее резким ароматом. Специфические ароматические компоненты хмеля и состав горьких веществ в нем придают пиву широкий спектр оттенков горечи. Ароматические сорта хмеля обычно имеют значительно более низкую горечь, а их состав фракций хмелевых масел и горьких веществ придает пиву приятный аромат и более деликатную горечь. Следует отметить, что эти свойства ценятся не всеми пивоваренными предприятиями, которые привыкли пользоваться только горькими сортами.
Обширные области выращивания хмеля расположены в Чехии (Жатецкая, Уштецкая и Тршицкая), где возделываются исключительно ароматические сорта; в Словении и Хорватия (возделываются штирийский сорт Golding и горькие сорта хмеля), в Польше (например, сорт Pulawy), в Бельгии (возделываются в основном горькие сорта), во Франции (в Эльзасе - ароматический хмель, а в Бургундии - горький); в Великобритании возделыва-ются ароматические сорта Fuggles, Gold-ing, Bramling Cross, горькие сорта Northern Brewer, Bullion, Wye Target, Northdown, Challenger и др., частично используют хмель с семенами, однако для пива низового брожения используют только хмель без семян. Определенное место на рынке занимает также хмель из Австралии, Китая и США.
На США приходится 35 % мирового производства хмеля. В основном это горькие сорта Cluster, Bullion и Brewers Gold, а также сорта с очень высоким содержанием α-кислот - Galena, Nugget, Eroica и Olympic. При этом расширяется применение «классических» сортов - от Fuggles и Cascade до Tettnanger и Iiallertauer.
Выращивают хмель из маток (рассады) или черенкованием. Растения, закрепленные на шестах или проволоке, достигают полной технической зрелости только на второй или третий год и требуют тщательного ухода. Очень важен правильный выбор момента начала сбора урожая (в Германии это август-сентябрь).
С одной стороны, во время уборки шишки должны быть еще закрытыми во избежание потерь лупулина, а с другой - высокая пивоваренная ценность хмеля достигается лишь при достижении им достаточной зрелости.
2.1.4.3. Предварительная обработка хмеля. Так как в свежесобранных шишках хмеля с коротким стержнем содержится 75-80 % влаги, хмель сушат на специальной хмелесушилке. Во избежание повреждения хмеля сушку следует вести при пониженных температурах (30-50 °С) с использованием сильной воздушной тяги. Высушенный таким образом хмель характеризуется содержанием влаги 10-12 %, после чего его выдерживают на специальном току, а затем окуривают серой (сульфитируют) (на 50 кг хмеля - 0,3-0,6 кг серы) и упаковывают в тюки по 100 кг или в прессованные баллоты по 100 или 150 кг. В результате прессования в баллоты достигается сокращение объема хмеля, однако при этом существует риск того, что под воздействием слишком сильного давления лупулиновые железы лопнут, и выделившиеся смолы и масла окислятся. Для длительного хранения баллоты с хмелем иногда помещают в банки из оцинкованных стальных листов.
2.1.4.4. Для сохранения ценных составных частей хмеля его следует хранить в прохладных, сухих и темных помещениях, причем желательно, чтобы в помещениях кислород воздуха был заменен другим газом с инертными свойствами, в частности, азотом (по способу Вайнера). В присутствии кислорода, влаги, света и тепла хмель быстро теряет свои свойства. Процессы окисления при ферментативной активности и росте количества микроорганизмов изменяют характеристики хмелевого масла, горькие хмелевые кислоты теряют свою горечь, а полифенолы преобразуются в высокомолекулярные продукты. В результате у хмеля появляется сырный запах.
Лучше всего хранить хмель в отдельных хорошо изолированных сухих помещениях с системой искусственного охлаждения при температуре около 0 °С. Равномерное охлаждение с помощью прокладки на потолке или боковых стенах охлаждающих труб более предпочтительно, чем охлаждение с помощью циркуляции воздуха (при этом необходимо обеспечить сток конденсата, образующегося при оттаивании труб охлаждения). Тюки и баллоты хмеля хранят на деревянных решетках. В подвалах можно хранить только герметично закрытые банки с баллотами прессованного хмеля, так как в таких подвалах, как правило, очень высокая влажность.
Гораздо лучше ценные качества хмеля сохраняются при хранении хмелепродуктов (см. раздел 2.1.4.7).
2.1.4.5. Оценку качества хмеля проводят с помощью ручной бонитировки и химического анализа. В ходе ручной бонитировки оценивают:
внешний вид шишек хмеля (желательно, чтобы шишка была закрытой, среднего размера с тонким стержнем) и качество уборки хмеля (стержни должны быть длиной 0,5-1 см);
цвет шишек хмеля должен быть от желтоватого до зеленого в зависимости от сорта хмеля и степени его зрелости; покраснение, побурение, а также пороки и изменение цвета из-за поражения хмеля вредителями нежелательны, однако бурые пятна, появившиеся из-за сильных ударов ветра, являются лишь дефектом внешнего вида;
степень поражения вредителями растительного и животного происхождения. К повреждениям растительного происхождения относятся истинная мучнистая роса, красная ржавчина или ложная мучнистая роса, а также серая гниль, которые проявляются в период вегетации хмеля в виде белого или черного налета; средствами борьбы с ними является опрыскивание эффективными фунгицидами (например, гашеной известью и препаратами меди). К этой же группе можно отнести увядание, поражающее порой большие площади и вызываемое грибами Verticillium alboatmm и Verticillium dahliae. Вредителями животного происхождения являются хмелевой паутинный клещ, тля хмелевого листа и др.;
аромат, являющийся характерным признаком хмеля. Различные сорта хмеля отличаются своим ароматом, который должен быть нежным, тонким, и вместе с тем явным и чистым;
зерна лупулина должны быть явным образом заметны и иметь чистый желтый цвет; коричневатый цвет зерен лупулина свидетельствует о плохой сушке хмеля или его старении.
2.1.4.6. Химический анализ хмеля включает в себя определение влажности, степени сульфитации, выявление состава горьких веществ и расчет степени горечи. Наряду с методом анализа по Вольме-ру, усовершенствованного в рамках EBC и МЕВАК, в настоящее время часто применяют ВЭЖХ-анализ α- и ß-кислот и их гомологов. Реже определение хмелевых масел проводят газохроматогра-фическими методами, а содержание полифенолов в отдельных случаях исследуют известными методами осаждения при ВЭЖХ-анализа.
При переработке хмеля в пивоварении оцениваются прежде всего ароматические, горькие, консервирующие и осаждающие белок компоненты, содержащиеся в лупулине, - хмелевые масла, горькие вещества хмеля и полифенолы; последние присутствуют также в верхушечных листах и в стержнях. Кроме того, белок и пектин переходят нз хмеля в сусло. Белок важен из-за содержащихся в нем аминокислот и высокомолекулярных фракций азота, оказывающих положительное действие на полноту вкуса и пеностойкость пива.
Наиболее ценными компонентами лупулина являются горькие вещества хмеля (13-23 %), которые растворяются в спирте, эфире и других смолорастворителях. Их можно разделить на горькие хмелевые смолы (а-кислота или гумулон, 4-12 %, ß-кислота или лупулон, 4-6 %,) и прочие смолы. В состав последних входят продукты окисления горьких хмелевых кислот; после растворения в гексане их подразделяют на мягкие и твердые смолы.
Пивоваренная ценность отдельных фракций различна и зависит от их растворимости в сусле и пиве, а также от степени горечи.
Важнейшими из этих горьких веществ являются α-кислоты из-за их высокой степени горечи. Мягкие смолы, образующиеся из нее в результате окисления и полимеризации, характеризуются меньшей степенью горечи (33 % от горечи гумулона). Самая низкая степень горечи (12 %) присуща твердым смолам, а у ß-кислоты горечи нет совсем.
а-Кислоты растворяются в эфире и осаждаются солями свинца. Их растворимость в воде и сусле зависит от значения pH, однако в целом она незначительна. Более высокую растворимость им придают лишь образующиеся при кипячении сусла продукты расщепления - изогумулоны. Эта растворимость сохраняется даже при значении pH пива. Гумулоны состоят из нескольких гомологов - когумулона, адгумулона, пре-гумулона и постгумулона, которые при кипячении преобразуются в соответствующие изомеры. Доля когумулона в хмеле обусловлена генетически и у отдельных сортов хмеля колеблется от 20 до 45 % (от содержания α-кислот). Самое низкое его содержание отмечается у континентальных ароматических сортов хмеля (20-25 %), а самое высокое - в горьком хмеле (например, у сорта Brewers Gold). Когумулону приписывают свойства быстрого окисления и изомеризации, которые, правда, не отражаются на степени горечи пива, а проявляются в более интенсивной и длительно сохраняющейся горечи. Адгумулон обладает повышенной реакционной способностью, которая вследствие его низкого содержания (8-12 %) большого значения не имеет. В процессе хранения гумулоны переходят сначала в мягкие, а затем в твердые смолы в результате окисления и полимеризации. Гумулон лучше растворяется при повышенном значении pH сусла. Высокое значение pH способствует переходу системы в состояние истинного раствора, тогда как при значении pH 5,2 преобладает коллоидный раствор, вызывающий мягкую горечь. Интенсивному проявлению горечи способствуют также ионизированные соли, преимущественно ионы Ca2+, что присуще пиву, приготовленному из жесткой или гидрокарбонатной воды.
Р -Кислота. При преобладающих в нормальных условиях значениях pH лупулон в сусле нерастворим, и поэтому, в процессе кипячения сусла с ним не происходит никаких превращений и он удаляется вместе с хмелевой дробиной или с осадком. ß-Кислота имеет те же гомологи, что и гумулон. В процессе хранения луполоны хмеля окисляются с образованием мягких смол, растворимых в сусле и пиве и придающих ему приятную мягкую горечь.
Мягкие смолы (в свежем хмеле их содержание составляет 3-4 % от CB) образуются от α- и ß-кислот. За исключением первой фазы окисления гумулона - гумулиона и его гомологов, а также близкого к ß-кислоте гулупона (содержащего наряду с гулупоном ко-, ад-, пре- и пост-гулупоны), они являются неспецифическими. По мере старения интенсивность их горечи уменьшается, а растворимость в пиве, напротив, увеличивается, так что потери этих веществ в результате брожения, снижения значения pH и охлаждения очень незначительны.
Твёрдые смолы (в свежем хмеле - 1,5-2 % от CB) в гексане не растворяются. Так как они образуются из двух горьких кислот и их мягких смол, их природа чрезвычайно разнообразна. Они обладают небольшой горечью, которую, вероятно, можно приписать 8-смолам, и хорошей растворимостью в пиве.
В свежем ароматном хмеле содержание α-кислоты составляет около 35 %, ß-компонентов (ß-кислота + мягкие смолы) - около 55%, а содержание твердых смол составляет примерно 10 % от общего содержания смол. При старении хмеля, неизбежно происходящего через длительное время даже в условиях хорошего хранения в тюках и баллотах, а при неправильном хранении наступающего значительно быстрее, обе горькие смолы окисляются до мягких смол и затем превращаются в твердые. Тем не менее первоначально интенсивность горечи хмеля практически не снижается, но затем резко падает при переходе через определенное пороговое значение. Это явление можно объяснить тем, что хотя в результате потери α-кислот и образуются менее горькие мягкие смолы, превращение первоначально нерастворимых, негорьких ß-кислот в горькие гулупоны и мягкие смолы компенсирует потерю α-кислот; кроме того, эти продукты окисления в процессе пивоварения являются более стойкими и подвержены меньшим потерям, чем собственно горькие хмелевые кислоты.
Интенсивность горечи хмеля по Вольмеру представляют следующей формулой:
Интенсивность горечи = Содержание α-кислот + Содержание ß-компонентов / 9
при этом к ß-комионентам относят ß-кислоты и все мягкие смолы. Эта формула, однако, справедлива только в том случае, если старение хмеля зашло не слишком глубоко, а доля твердых смол не превышает 15 % от общего содержания смол.
Так как у континентальных сортов хмеля ß-фракция составляет 7-9 % и остается относительно постоянной, а частное ß-компоненты : 9 колеблется от 0,8 до 1,0, было предложено использовать только α-кислоту для отображения величины горечи. При этом содержание α-кислоты свежего хмеля может служить основой для расчетов до тех пор, пока оно не уменьшится не более чем на 30 %. У хмеля, богатого горькими веществами, содержание α-кислоты составляет 9-12 % и достигает примерно 45% от общего содержания смол. Соответственно, содержание ß-компонентов оказывается меньше и составляет немногим более 45%. Для свежего хмеля или соответствующих экстрактов при определении степени горечи ß-комионентами можно пренебречь, как и повышенным содержанием у многих сортов когумулона. При использовании старого сырья, а отчасти и экстракта хмеля формула Вольмера не работает (как и использование значения содержания α-кислоты). В этом случае для выявления содержания растворенных горьких веществ и расчета по ним дозы внесения хмеля или хмелепродуктов рекомендуется провести пробную варку.
Антисептическую активность хмеля относят к бактериостатическому действию горьких кислот и хмелевых смол, угнетающих развитие грамположительных микроорганизмов при снижении значения pH. Бактериостатическое действие хмель оказывает в том числе и на бактерии туберкулеза.
Хмелевые масла (содержание 0,3-1,5 % от CB хмеля) обусловливают характерный аромат хмеля. В свежем хмеле эти летучие ароматические вещества на 65-75 % состоят из терпеновых углеводородов, а остальное - это окислившиеся производные, например, сложные эфиры, карбонилы и спирты. Различают монотерпены (например, мирцен, α-пинен, ß-пинен), сесквитерпеиы (например, гумулен, ß-кариофиллен), различные «постгумулены» (а- и ß-селинен, селина-диен), типичные для сортов Ilershmcker и Риге), и фарнезен, присущий «Жатецкой» группе сортов хмеля. Содержание мирцена в горьких сортах Northern Brewer и Brewers Gold составляет около 35 % от общего содержания хмелевых масел, а в ароматических сортах - лишь 15-25 %. К другим летучим веществам относят линалоол, 2-метил-3-бутен-2-ол, изобутиловый и изовалериановый альдегиды, а также сложные эфиры изобутилоизобутират и 2-метилбутилоизобутират.
Именно содержание монотерпенов и других летучих веществ характеризует поведение хмеля при его подготовке и хранении.
Аромат свежего хмеля в значительной степени определяется мирценом, но в хмеле после хранения на аромат оказывают влияние продукты расщепления α- и ß-кислот из ацильных боковых цепочек гумулона. Хмелевые масла растворимы в сложном эфире, немного хуже - в спирте и в очень незначительной степени - в воде, обладая способностью улетучиваться с водяным паром. При кипячении сусла моно- и сесквитерпены частично превращаются в кислородо-содержащие производные с интенсивным ароматом (эпоксиды и спирты). Если различные неизменившиеся хмелевые масла благодаря их липофильным свойствам адсорбируются дрожжами, то спирты и эпоксиды с гидрофильными свойствами в следовых количествах переходят в пиво.
Для получения подчеркнуто сильного хмелевого аромата готового пива необходимо выполнить определенные мероприятия, например, добавить в хмелеотделитель хмель или ввести в бочку свежие хмелепродукты через шпунтовое отверстие. Хмелевые масла не в состоянии отчетливо проявляться в готовом пиве даже при использовании свежего хмеля. Гумулен, ß-карнофиллен и фарнезен, встречающийся в хмеле «Жатецкой» группы сортов, придают пиву приятные запах и вкус. Мирцен же по сравнению с ними более летуч и легче окисляется. Он придает пиву резкий острый запах и наряду с другими летучими маслами (прежде всего окислившимися) несет ответственность за недостаточную стабильность вкуса некоторых сортов пива. Окислившиеся хмелевые масла также придают пиву из старого, долго хранившегося хмеля стойкий горьковатый вкус. Улучшение свойств богатого горькими веществами хмеля, содержащего мирцен, добиваются путем деаэрации по методу Вайнера (Weiner).
Дубильные вещества хмеля (полифенолы) содержатся в лупулине, в стержне и, в основном, в верхушечных и кроющих листах хмеля. Их общее содержание колеблется от 4 до 8 % по СВ. 80-85 % полифенолов свежего хмеля - это антоцианогены. Их индекс полимеризации составляет 1,15-1,20, и этим можно объяснить более высокую реакционную способность полифенолов хмеля по сравнению с дубильными веществами солода. Она определяется также содержанием танноидов (75-80 % от общего содержания полифенолов). При хранении хмеля из полифенолов образуются полимеризованные соединения, обладающие темным цветом, вяжущим вкусом и пониженной дубильной способностью. В сусле их содержание выше, чем в свежем хмеле. Менее окисленное сусло приобретает более темный оттенок вследствие растворения горьких веществ хмеля и дубильных веществ и, наоборот, более окисленное сусло становится светлее благодаря дубильным веществам хмеля и более интенсивному осаждению белков. Таким образом, гидрокарбонаты пивоваренной воды влияют и на вкус, и на цвет сусла.
Растворимые азотсодержащие вещества хмеля при кипячении сусла частично переходят в него и тем самым компенсируют потери, вызванные осаждающим действием дубильных веществ хмеля, обусловливая полноту вкуса пива.
К прочим хмелевым веществам относится целлюлоза (10-17 %), пектин (10-14 %), небольшое количество гексоз, и ди-, три- и олигосахариды, которые с технологической точки зрения не играют заметной роли. Важное значение имеют липиды и высокомолекулярные жирные кислоты, вносимые в сусло с хмелем. Из минеральных веществ основное количество составляют калий, кальций, фосфаты и силикаты. Для пива важна доля нитратов, достигающая иногда 0,5-1,2 % от общего содержания минеральных веществ. При норме внесения хмеля 200 г/гл, нитратов попадает в сусло (и пиво) от 10 до 25 мг/л. К минеральным веществам относятся также микроэлементы, попадающие в хмель в результате мер по защите растений.
Классификацию различных сортов хмеля проводят по содержанию α-кислоты (% от общего содержания смол), а также по отношению «α -кислота : ß-компоненты», которое у континентальных сортов ароматического хмеля составляет примерно 1 : 1,6, а у горьких сортов хмеля (например, у Brewers Gold, - 1 : 0,8-1 (у ароматического сорта Perle это соотношение составляет примерно 1 : 1-1,2). Методом ВЭЖХ можно непосредственно определять содержание α- и ß-кнслот, соотношение которых у ароматических сортов хмеля составляет 0,7-1, а у горьких сортов - 0,3-0,4. Кроме того, сортовым признаком хмеля является доля когумулона. К другим показателям можно отнести отношение монотерпенов к сесквитерпенам (у ароматических сортов хмеля - 1:2, у горьких сортов - около 1:1). Кроме того, четкое различение сортов достигается на основе анализа содержания отдельных хмелевых масел, например, фарнезена (у сортов жатецкого хмеля), α- и ß-селина, селинадиена, ранее называвшихся постгумуленамины (у сортов Hersbrucker Spaethopfen и Риrе).
2.1.4.7. В настоящее время все шире применяются хмелепродукты, которые поступают в виде гранулированного хмеля или экстракта хмеля.
Нормальный гранулированный хмель в зависимости от степени сушки характеризуется содержанием влаги 3-8 % и лишь немного отличающимся от натурального хмеля общим содержанием смол и α-кислот. В результате помола хмеля-сырца получают порошок, состоящий из частиц разного размера, который фасуют под вакуумом и продают упакованным в пластиковые мешки с регулируемой газовой средой или в жестяных банках. Такой гранулированный хмелепродукт по сравнению с не измельченным натуральным хмелем экономит 10-15% α-кис-лот, а спрессованная упаковка существенно уменьшают объем продукта.
Гранулы-концентрam сначала получают путем сушки, а затем подвергают глубокому замораживанию до температуры от -20° до -30 °С и измельчают, в результате чего гранулы обогащаются лупулином. Такая обработка при обогащении 1 : 2 (гранулы типа 45) наполовину снижает содержание полифенолов, нитратов и контаминантов хмеля.
Гранулы в упаковке с РГС (в среде азота или CO2) характеризуются общим содержанием смол до 30 % и значениями содержания α-кислот до 10 % (у горьких сортов хмеля - до 14 %). По сравнению с натуральным хмелем экономия α-кислоты у них составляет примерно 15 % и снижается объем продукта (до 60 % по сравнению с хмелем-сырцом).
Давление при гранулировании порошка хмеля достигает нескольких сотен атмосфер, что при возникающим трении вызывает повышение температуры порошка. Благодаря применению инертных газов, охлаждения матриц и подбора формы гранул (при необходимости) можно минимизировать потери α-кислот и других компонентов. Преимущество гранул состоит в простоте их применения в варочном отделении с возможностью автоматизации их дозирования.
Экстракты хмеля первоначально получали с помощью органических растворителей смол - метанола, гексана и метилен-хлорида. В настоящее время в Германии их получают исключительно с помощью этанола и диоксида углерода.
Хмель измельчают, горькие вещества и хмелевые масла растворяют в 90 %-ном этаноле и извлекают в многоступенчатом противоточном экстракторе. Все ценные составляющие (горькие вещества, хмелевые масла и водорастворимые компоненты хмеля) содержатся в спиртовом растворе («мицелле), который должен быть сгущен в спиртовой экстракт. Это осуществляют в многоступенчатой вакуумной испарительной установке. При этом удаляются мирцен и другие летучие ароматические соединения. На следующей ступени обработки происходит дальнейшее снижение содержания спирта и разделение на экстракт смол и экстракт, растворенный в горячей воде. В результате термической нагрузки содержание изо-а-кислот в спиртовом экстракте составляет 2-3%. Так как при анализе общего содержания горьких веществ, например, с помощью кондуктометрического метода определения α-кислоты, оно определяется лишь наполовину, то обычную кондуктометрическую величину (KB) необходимо скорректировать на половину содержания изо-α-кислоты, определенного методом ВЭЖХ. Этот показатель, обозначаемый как «величина кондуктометрической горечи» (ВКГ) рассчитывается по формуле:
BKT=KB+ Содержание изо-а-кислоты
Данная формула используется на практике при дозировании спиртового экстракта.
Общее содержание смол в экстрактах составляет 80-85 %; в зависимости от вида хмеля (ароматического или горького) содержание α-кислот составляет от 28 до 45 %, доля твердых смол - 10-12 %, а содержание α-кислот - 2,5-3 %.
По сравнению с исходным хмелем-сырцом следует отметить полное удаление нитратов, снижение содержания тяжелых металлов (на 90-95%), и отделение меди примерно 50%. Полярные активные соединения ядохимикатов удаляются полностью, а неполярные переходят в экстракт. Экстракты хмеля очень стойки и можно дозировать автоматически.
Экстракция хмеля может производиться и двуокисью углерода - жидким и сверхкритическим СО2 (под давлением 150-300 бар и температуре 32-100 °C).
Экстракцию хмеля жидким CO2 производят в экстракторе при давлении 60-70 бар, где происходит обогащение жидкого CO2 горькими веществами и ароматическими компонентами хмеля. Во второй емкости CO9 испаряется, и остается нелетучий хмелевой экстракт. Продукт при этом получается очень чистым с малым содержанием твердых смол (общее содержание смол в полученном экстракте составляет 90 %; в зависимости от сорта хмеля в нем содержится 30-50 % α-кислот и всего 1-2 % твердых смол). Путем изменения условий экстрагирования можно добиться разделения на отдельные фракции - например, на хмелевые масла, β- и α-кислоты. Такой продукт, богатый хмелевыми маслами, можно использовать при кипячении сусла с хмелем в качестве последней порции хмеля.
У традиционных экстрактов из хмелевой дробины, оставшейся после отделения мисцеллы, путем экстракции горячей водой растворяли оставшиеся компоненты хмеля (дубильные вещества, белки, углеводы и минеральные вещества) и путем сгущения до консистенции сиропа получали так называемый «водный экстракт» или «экстракт дубильных веществ». При добавлении водного экстракта к фракции смол получался так называемый «стандартный экстракт» с общим содержанием смол 35-50 %.
Такие стандартные экстракты имели целый ряд недостатков: в емкости для хранения, например, они расслаивались, что делало невозможным автоматическое дозирование, а водная фракция экстракта способствовала старению самого экстракта. Однако главным является то, что они содержали вещества, загрязняющие окружающую среду, в том числе и нитраты.
В целях улучшения распределения экстракта в сусле при кипячении и для ускорения его изомеризации начали производить «порошкообразный экстракт хмеля», под которым понимают экстракт хмеля, нанесенный на силикагель. Тем не менее, несмотря на некоторое повышение степени изомеризации, этот порошкообразный хмелепродукт не нашел широкого применения из-за трудностей с его дозированием и ограниченной пригодностью к хранению. Он может представлять интерес в будущем в случае несколько измененного его использования для ароматизации сусла.
Еще одним типом порошкообразного хмелепродукта является смесь экстракта и порошка. Экономия α-кислоты в данном случае сопоставима с нормальными хмелевыми экстрактами.
Существуют также гранулы хмеля на бентоните (средстве для стабилизации пива). Благодаря увеличению площади поверхности, а также за счет температур гранулирования, этот хмелепродукт повышает выход горьких веществ с увеличением эффективности их действия, особенно при позднем внесении хмеля.
Аналогичную цель преследуют также при получении так называемых «стабилизированных гранул», в которых подмешивание 3 % оксида магния приводит к переводу горьких веществ в их соли магния, что приводит к улучшению степени изомеризации на 10-15% (по сравнению с нормальными гранулами).
Изомеризованные экстракты хмеля получают нагреванием стабилизированных гранул в течение 40 мин при температуре 100 °С. Они обеспечивают примерно 70 %-ное использование α-кислот даже при позднем введении хмеля (в Германии применение изомеризированных экстрактов запрещено) и поступают в одной или двух фракциях. Фракция изо-α-кислоты может иметь вид эмульсии, свободной изо-α-кислоты, суспензии Mg-изо-а-кислоты, водорастворимого порошка Mg-Na-изо-α-кислоты или К-изо-α-кислоты. Кроме того, известен раствор солей щелочных металлов и редуцированных изо-α-кислот. Вторую фракцию можно использовать в форме «основного экстракта», содержащего ß-кислоты, гулупоны, хмелевые масла, неспецифические смолы и полифенолы. Изомеризованные гранулированные экстракты хмеля занимают мало места и стабильны при хранении, однако в условиях экстремальных температур (например, в тропических условиях) их эмульсии могут претерпевать изменения. Введение изомеризованных экстрактов по экономическим соображениям проводится после главного брожения (в основном перед или после фильтрования пива).
Всем этим хмелепродуктам приписывают повышение стабильности при хранении, однако она может быть обеспечена только при отсутствии повреждений упаковки и полном сохранении газовой среды в ней. В целях безопасности температура хранения не должна превышать 4-5 °С. Если экстракты смол даже при длительном хранении при положительных температурах не претерпевают каких-либо изменений, то при нарушении указанного температурного режима добавление небольшого количества водного экстракта вызывает заметное старение (процесс старения включает не только изменение горьких веществ хмеля, окисление хмелевых масел, но и полимеризацию полифенолов).
2.2. Дробление солода
Растворению пивоваренного сырья предшествует измельчение солода - дробление. Несмотря на то что это чисто механический процесс, он оказывает большое влияние на протекание биохимических превращений в процессе затирания, на состав сусла и выход готового пива. Дробление солода - операция непростая, поскольку для цветочных оболочек и эндосперма требуется различная предварительная обработка.
Оболочки следует измельчать максимально грубо. Хотя их основной компонент (целлюлоза) нерастворим в воде, в них содержится целый ряд дубильных, горьких и красящих веществ, чрезмерное выщелачивание которых может отрицательно сказаться на вкусе пива. Кроме того, при фильтровании сусла в фильтр-чане оболочки образуют фильтрующий слой, и их слишком тонкое измельчение нецелесообразно. Качество продукта грубого дробления (крупки) зависит от состояния оболочек. Благодаря своей эластичности оболочки измельчаются с трудом, что требует особых способов дробления.
Напротив, для эндосперма необходимо тонкое измельчение, поскольку именно в нем содержатся основные экстрактивные вещества, но он измельчается неравномерно, так как разные части имеют различную твердость вследствие неравномерного биологического растворения. Именно поэтому продукты измельчения эндосперма различаются по размерам, экстрактивности и растворимости.
Части эндосперма, примыкающие к острию зерна, растворены меньше, они жесткие и твердые, так что из них получаются только грубые продукты помола (крупная крупка). Нижние части зерна растворены лучше, они более рыхлые и поэтому измельчаются до мелкой крупки и муки. Крупная крупка с трудом растворяется при затирании и хуже переходит в экстракт, чем продукты помола тонкой фракции, и для нее требуются более длительные и интенсивные способы затирания, чем для продуктов тонкого помола. Задача дробления солода состоит в том, чтобы получить небольшую долю продукта в форме крупной крупки и обеспечить больший выход мелкой крупки и муки.
Твердый, плохо растворенный солод особенно нуждается в сильном измельчении, так как в противном случае неизбежно попадание продукта дробления в отходы. Лишь в случае дополнительного тонкого измельчения этих грубых частиц они полностью переходят в экстракт, и поэтому химический состав сусла определяется крупностью помола. Тонко измельченный эндосперм при затирании быстрее осахаривается, образуется больше сахара и повышается конечная степень сбраживания. Сходные процессы протекают и при расщеплении азотистых и других веществ. Продукт дробления с высоким содержанием крупной крупки, напротив, отличается не только пониженным выходом, но и меньшей степенью сбраживаемости, в связи с чем недостаточно растворенный солод необходимо подвергать очень тщательному механическому измельчению. Чем хуже качество солода, тем важнее результат дробления. Наряду с кипячением затора оно является важнейшим физическим способом усиления действия ферментов на эндосперм. Из вышесказанного следует, что качество дробления солода определяет состав сусла.
Объем измельченного солода определяет объем дробины. С другой стороны, объем помола зависит от состава измельчаемого солода, так что этот состав влияет также на толщину фильтрационного осадка из дробины и высоту ее слоя. Примерное представление о взаимосвязи объема измельчаемого материала и объема дробины может дать нижеприведенная таблица.
С увеличением тонкости помола уменьшается объем, занимаемый дробленым материалом, а с уменьшением последнего уменьшается и объем дробины. Чем тоньше помол, тем плотнее осадок из дробины и тем труднее фильтруется сусло, из-за чего фильтрование идет дольше. Чем грубее помол, тем более рыхлым становится слой дробины и тем быстрее приходит процесс фильтрования. Особое значение вопрос объема приобретает при фильтровании с помощью фильтр-пресса (майш-фильтра), где для дробины предусмотрено определенное пространство, которое должно быть аккуратно заполнено. С этих позиций измельченный солод является основой для расчета не только объема дробины, но и ее свойств, что влияет на промывание дробины и ее разрыхление при фильтровании в фильтр-чане. От тонкости помола зависит площадь поверхности частиц дробины, с увеличением которой возрастает набухаемость и абсорбция частиц, в результате чего дробина после фильтрования первого сусла удерживает больше экстракта.
В заключение можно сказать, что дробление солода играет решающую роль в качестве получаемого пива. Чем дольше продолжается фильтрование через несбалансированный состав дробленого продукта, чем чаще приходится промывать дробину для извлечения задержанного в ней экстракта, тем больше балластных компонентов оболочек зерна попадает в сусло, что может негативно отразиться на цвете пива.
Таблица 2.2. Характеристики помола солода
Тип помола Процентное содержание муки с частицами менее 500 мкм Объем продукта помола, мл Объем дробины, мл
Грубый помол 25-30 280 200
Тонкий помол 50-60 210 150
Мука сверхтонкого помола 85-90 200 100
2.2.1. Оценка помола
Помол оценивают эмпирически или количественно путем ситового анализа. Эмпирически визуально контролируют состояние мякинных оболочек, степень их измельчения и свойства крупки, а также количество муки. Количественная оценка возможна только с помощью набора сит. Для сит, рекомендованных в настоящее время MEBAK, за основу взят набор пфунгштадских сит (планзихтер), однако за исключением сита № 5 имеются небольшие отличия в размере ситовых отверстий. В табл. 2.3 приведены примеры помола на наборе пфунгштадских сит.
Таблица 2.3. Примеры помола на базе пфунгштадских сит
Сито № Тип помола Набор сит, стандарт DIN 4188, по MEBAK Пфунгштадский рассев Помол для фильтр-чана Помол после пфунгштадского рассева
Просвет ситового отверстия, мм Толщина проволоки, мм Просвет ситового отверстия, мм Толщина проволоки, мм Помол для майш-фильтра
Обычный Пудра
1 Оболочки 1,250 0,80 1,270 0,31 18 11 0,6
2 Крупная крупка 1,000 0,63 1,010 0,26 8 4 0,9
3 Тонкая крупка I 0,500 0,315 0,547 0,15 35 16 7,0
4 Тонкая крупка II 0,250 0,160 0,253 0,07 21 43 14,3
5 Тонкая крупка III 0,125 0,080 0,152 0,04 7 10 12,0
Дно ситового набора Мука 11 16 65,2
* Помол молотковой дробилки в зависимости от ее состояния.
С учетом того что содержание оболочек солода составляет около 10 %, первое сито этого рассева задерживает также и грубую крупку, что несколько искажает картину. Для определения «содержания муки» в лабораторном помоле не дифференцируются фракции «мука», «топкая крупка III» и «тонкая крупка II», то есть суммируются частицы менее 0,5 мм. В помоле для майш-фильтра учтены значения как для старых фильтров, так и для заторных фильтров нового поколения. В зависимости от степени износа молотков и сит дробилок результаты сортирования могут изменяться.
При помоле для фильтр-чана оболочки должны по возможности сохраняться в целях обеспечения быстрого и беспрепятственного фильтрования, однако для получения желаемого состава и высокого выхода их следует хорошо измельчить. Для оценки свойств оболочек определяют объем 100 г оболочек, который должен быть более 700 см3.
Встряхивание набора сит должно осуществляться механическим путем с частотой вращения двигателя 300 об/мин. и продолжительностью встряхивания 5 мин. Для исследования состава помола необходимо безупречно провести отбор средних проб массой 100-200 г, которые в ходе дробления отбирают несколько раз. На отдельных проходах дробилки целесообразно расположить пробоотборники, причем каждую пробу следует просеивать по непрерывной технологии, так как пробы, отобранные позже из бункера, могут оказаться не релевантными.
2.2.2. Солодовые дробилки
Дробление солода осуществляется с помощью гладких или рифленых вальцов из чугуна с высокой поверхностной твердостью, которые вращаются навстречу друг другу с одинаковой или с различной скоростью. Процесс дробления проводится в одну или две стадии, причем на повторное измельчение иногда направляют только отдельные части помола. Число вальцов у солодовых дробилок варьирует от 2 до 6. Подача материала осуществляется питающими вальцами, снабженными регулировочным устройством.
2.2.2.1. Двухвальцовая дробилка характеризуется самой простой конструкцией. При условии хорошего и однородного растворения солода, равномерной несильной подачи материала (не более 15-20 кг/см ширины вальца в час, а также небольшой частоты вращения (160- 180 об/мин) вальцов диаметром 250 мм и величине рабочего зазора между вальцами 0,7 мм можно получить помол следующего состава:
Таблица 2.4. Состав помола на двухвальцовой дробилке
Фракция 1 2 3 4 5 6
22 16 30 12 6 14
Объем оболочек некондициопированного солода составляет 400-500 мл/100 г.
При повышенных требованиях к производительности или в случае плохо растворенного солода требуется более мощная дробилка, и, естественно, напрашивается решение повторить процесс дробления, установив две пары вальцов друг над другом.
2.2.2.2. Четырехвалъцовые дробилки нашли широкое применение. Процесс дробления в них немного видоизменен в том, что на верхней паре вальцов происходит предварительное дробление солода (зерно только раздавливается с частичным сохранением мучнистого тела в оболочке). Продукт после предварительного дробления характеризуется относительно грубым помолом. Условиями хорошего предварительного дробления является низкая скорость вращения верхней пары вальцов (около 160-180 об/мин) и равномерная небольшая загрузка дробилки (около 20 кг/см ширины вальца в час).
Для обеспечения дальнейшего дробления материала рабочий зазор у второй нижней пары вальцов должна быть меньше, чем у верхней пары. Поскольку объем материала при переходе от первой пары вальцов ко второй увеличивается примерно на 50%, скорость вращения второй пары вальцов должны быть больше (240-260 об/мин). На более производительных четырехвальцовых дробилках установлены крестообразные молотковые вальцы, вращающиеся в направлении наружных стенок и отбрасывающие предварительно раздробленный солод на стенку камеры с прорезями. Это позволяет отделить муку и, возможно, тонкую крупку до второй пары вальцов, но эти прорези очень быстро забиваются. Скорость вращения дробилок большей производительности составляет у верхних вальцов 200, а у нижних - 300 об/'мин. Необходимо точно отрегулировать вальцы предварительного дробления: если помол получается слишком грубым, то нижняя пара вальцов испытывает сильную перегрузку, а если у продукта предварительного дробления помол слишком тонок, то выход муки будет очень высоким. Практически регулировка зазора на двух парах вальцов составляет 1,6 и, соответственно, 0,7 мм. Сортирование помола на пфунгштадском рассеве дает следующие результаты:
Таблица 2.5. Состав помола на четырехвальцоиой дробилке
Фракция 1 2 3 4 5 6
Продукт предварительного дробления, % 62 10 10 6 4 8
Дробленый продукт, % 22 13 32 15 5 13
С технологической точки зрения целесообразно не дробить дважды весь помол, а подвергать повторному дроблению лишь более твердые его части, облегчая их перевод в растворимое состояние при затирании. Поэтому после предварительного дробления проводят разделение помола. Для этого в дробилке подвешены вибросита, которые для просеивания продукта предварительного дробления интенсивно встряхиваются. Следует избегать избыточной их загрузки, излишнего или слишком незначительного наклона и слабого встряхивания. Для разгрузки поверхности сита подпружинивают и оборудуют резиновыми шарами, стряхивающим с сит мучную пыль.
В четырехвальцовых дробилках возможны различные варианты установки сит. В одном случае отсеивается тонкая крупка и мука, а оболочки и грубая крупка подаются для дальнейшего измельчения на вторую пару вальцов. Производительность таких дробилок составляет около 25 кг/см ширины вальца в час. Во избежание разрушения оболочек пара вальцов предварительного дробления вращается со скоростью 200-220 об/мин.
Во втором варианте размещения сит с одной стороны происходит отсеивание тонкой крупки и муки, а с другой - удаление оболочек, так что на второй паре вальцов дополнительно измельчается только грубая крупка. Между вальцами предварительного дробления необходимо тщательно отрегулировать зазор, так как оболочки должны освобождаться от крупной крупки только за этот проход в результате встряхивающего движения набора сит. Вторая пара вальцов, предназначенная для дополнительного измельчения, может иметь более высокую или различную скорость вращения (например, 330/165 об/мин). Производительность такой дробилки соответствует производительности пары вальцов предварительного дробления и составляет около 20 кг/см ширины вальца.
Наилучшим образом к переработке солода различного качества и требованиям к помолу адаптированы трехпроходные дробилки. Если производительность не очень велика, то этим задачам отвечает четырехвальцовая дробилка особой конструкции; но для обеспечения большей производительности применяют только пяти- и шестивальцовые дробилки, в которых предусмотрено три прохода и два набора сит, смонтированных отдельно.
2.2.2.3. В классической шестивальцовой дробилке материал после предварительного дробления разделяется на первом наборе сит на три фракции (оболочки, крупку и муку). Мука, не требующая дальнейшего измельчения, сразу же отводится из дробилки и собирается как пудра. Оболочки остаются на верхнем сите и поступают на вторую пару вальцов, где они не столько дополнительно измельчаются, сколько отделяются от прилипших к ним частичек эндосперма и после второго вибросита отводятся из дробилки. Крупная крупка после первой и второй пары вальцов подводится к третьей паре для более интенсивного размола.
Производительность дробилок старой конструкции составляет 24 кг/ч на 1 см ширины вальцов, а более новой конструкции - до 80 кг/ч.
У современных шестивальцовых дробилок зачастую отсутствует сито между первым и вторым проходом. На дробилках небольшой производительности весь помол попадает на одно сито большой площади. При этом оболочки должны быть размолоты до такого состояния, чтобы их отделение от прилипшей к ним крупки происходило только за счет встряхивающего и сепарирующего движения сит так, чтобы продукт помола можно было сразу отводить из дробилки. Крупка дополнительно размалывается на паре предназначенных для этого вальцов. На крупных дробилках помол первых двух проходов подают на симметрично расположенные наборы сит. Состав помола, полученного после отдельных проходов, приведен в табл. 2.6.
Таблица 2.6. Состав помола на шестивальцовой дробилке после отдельных проходов
Фракция 1
оболочки 2
грубая
крупка I 3
тонкая
крупка II 4
тонкая
крупка III 5
мука 6
пудра
Вальцы для предварительного дробления, % 60 9 12 8 1 10
Вальцы для измельчения оболочки, % 55 11 16 8 1 9
Вальцы для измельчения крупки, % 0 10 46 22 5 17
Помол в целом, % 18 8 38 17 5 14
2.2.2.4. Пятивальцовые дробилки работают по сходному принципу, только первый и второй проход в данном случае объединены таким образом, что второй валец служит как для предварительного дробления, так и для размола оболочек. С помощью шести- и пятивальцовых дробилок можно производить дробление различного солода для всех способов затирания.
2.2.2.5. Дополнительные устройства. Существенного улучшения действия многовальцовых дробилок удается добиться путем кондиционирования солода за счет его увлажнения. Кондиционирование осуществляется в шнеке для кондиционирования, устанавливаемом после весов перед дробилкой. Влажность солода в таком шнеке путем обработки паром низкого давления (избыточное давление около 0,5 бар) возрастает на 0,5 %, причем влажность оболочек увеличивается на 1,2%. Температура солода в процессе кондиционирования не должна превышать 40 °С. Вместо пара в настоящее время увлажнение осуществляют почти исключительно водой температурой 30-70 °С с избыточным давлением 2 бара (через форсунки специальной конструкции), так как образующийся от пара конденсат требует особых мер предосторожности. В зависимости от температуры воды и продолжительности ее контакта с материалом, зависящей от длины шнека, водопоглощение составляет 1-2 %. В результате оболочки становятся настолько жесткими, что даже при очень сильном дроблении в двух первых парах вальцов они не раздавливаются, и из них образуется очень мало муки. Содержание оболочек в помоле возрастает, объем оболочек увеличивается примерно на 20 % и соотношение крупной и тонкой крупки смещается в сторону последней, хотя содержание муки не возрастает. Этот метод имеет преимущества, выражающиеся в скорости фильтрования, выходе продукта, цвете и вкусе пива, так как менее раздробленные оболочки дают меньшее содержание побочных и красящих веществ. Кондиционирование солода может положительно сказаться и на помоле для майш-фильтра.
В дробилках с несколькими проходами предусмотрена возможность отведения размолотых оболочек из дробилки в отдельный бункер.
Отделение оболочек позволяет позднее добавлять их в процессе затирания. Они меньше выщелачиваются, в результате получается пиво с меньшим содержанием дубильных веществ, более светлое и с более мягким вкусом. При этом следует следить, чтобы оболочки были хорошо размолоты, так как в противном случае горячее охмеленное сусло может характеризоваться неполной йодной реакцией и привести к низкой конечной степени сбраживания, ухудшению выхода экстракта и появлению у пива неприятного привкуса.
2.2.2.6. Производительность дробилки для солода выбирают с таким расчетом, чтобы солод для одной варки можно было получить за полтора-два часа. Она определяется размером вальцов (от 30 до 150 см), числом оборотов, рифлением и, возможно, отношением их окружных скоростей. При эксплуатации и контроле работы дробилок следует учитывать следующие факторы.
При отделении оболочек ради лучшего дробления и просеивания оболочек производительность дробилки следует уменьшить примерно на 20 %.
Для обеспечения виброустойчивости дробилка должна быть установлена строго горизонтально.
Подача на вальцы должна быть небольшой и осуществляться в виде тонкого равномерного слоя по всей ширине вальцов.
Вальцы должны быть установлены параллельно, что проверяется с помощью щупа, бумажной или свинцовой палочки.
Регулировка зазора между вальцами выполняется по результатам помола. Вальцы предварительного дробления следует отрегулировать так, чтобы все зерна были раздавлены и эндосперм мог отделиться от оболочек. Вальцы для измельчения крупки (нижняя пара) должны давать продукт средней крупности, а вальцы для оболочек должны размалывать всю крупку, приставшую к оболочкам. Основными показателями качества помола является степень выхода экстракта и продолжительность фильтрования. Примерная базовая регулировка зазора вальцов шестивальцовой дробилки (мм) в различных условиях приведена в табл. 2.7, однако для отделения оболочек при выполнении регулировки помола для фильтр-чана зазор должен быть немного меньше.
Таблица 2.7. Базовая регулировка зазора вальцов шестивальцовой дробилки
Помол для фильтр-чана Дробление
оболочек Дробление для майш-фильтра
сухой кондици-
ионированный Зазор вальцов для предварительного дробления, мм 1,6 1,4 1,1 0,9
Зазор вальцов для дробления оболочек, мм 0,8 0,6 0,4 0,4
Зазор вальцы для крупки, мм 0,4 0,4 0,4 0,2
Следует контролировать число оборотов вальцов, так как неправильно подобранные значения окружной скорости могут стать причиной неудачного помола. С повышением производительности дробилок увеличилась и частота вращения вальцов, и отношение их окружных скоростей. Приведенные в табл. 2.8 значения являются ориентировочными и зависят от типа дробилки и фирмы-изготовителя. Число колебаний вибросита - около 450/мин.
Таблица 2.8. Число оборотов вальцов в зависимости от производительности дробилки
Тип помола Помол для фильтр-чана Помол для майш-фильтра
Производительность, м3/ч 25 45 80 35
Вальцы предварительного помола, об/мин 200/190 260/225 450/370 325/255
Вальцы для оболочек, об/мин 200/220 355/365 550/450 255/325
Вальцы для крупки, об/мин 165/330 455/198 450/335 455/198
Диаметр и рифление вальцов зависят от ступени и типа помола. Вальцы для предварительного дробления и вальцы для оболочек имеют диаметр 200-250 мм; у дробилок для грубого помола, предназначенного для фильтр-чана, они гладкие, а вальцы для тонкой крупки - рифленые, диаметром 200-220 мм. Вальцы высокопроизводительных дробилок для грубого и тонкого помола только рифленые, рифли у них в зависимости от требуемой степени дробления расположены «острие против острия» или «спинка против острия». Все пары вальцов для тонкого помола расположены «острие против острия», а у двух первых пар вальцов для грубого помола рифление «спинка против спинки». Количество рифлей у современных высокопроизводительных дробилок составляет: для вальцов предварительного дробления - 275 на длину окружности, у вальцов для оболочек и вальцов для крупки - по 700.
Сита следует поддерживать в безупречном состоянии, их нельзя переставлять, особенно при дроблении влажного или кондиционированного солода.
Выпуск из дробилки следует располагать так, чтобы избежать заторов дробленого солода, нарушающих работу дробилки.
Все дробилки для солода оснащены автоматическими тарированными весами со счетчиком для определения количества продукта.
Удельное потребление энергии у современных шестивальцовых дробилок составляет при помоле для фильтр-чана 1,4 кВт ч/т, причем 0,25 кВт ч/т приходится на холостой ход. Дробилки более старых конструкций, а также дробилки при помоле для майш-фильтра потребляют больше энергии (до 2,0 кВт ч/т).
Целесообразно очищать подлежащий дроблению солод на солодополировочной машине (см. раздел 1.6.7.3). Перед ней устанавливают магнитный сепаратор для удаления металлических примесей. Для защиты рифленых вальцов целесообразно также использовать камнеотборник (см. раздел 1.2.3.4). Дробленый солод собирают в бункере из стальных листов с коническим выпуском. 1 т дроблёного солода по объему составляет примерно 3 м3. Эта величина зависит от тонкости помола и его особенностей. Объем бункера для дробленого солода рассчитывают, исходя из значений насыпной массы всего помола в целом или, соответственно, оболочек и крупки. Ориентировочные значения для расчетов указаны в табл. 2.9.
Таблица 2.9. Данные для расчета объема бункера для дробленого солода
Насыпная масса, кг/м3 Общий помол Мука и крупка Оболочки
Грубый помол, сухой 380 530 200
Грубый помол, кондиционированный 310 560 120
Тонкий помол, сухой 430 580 110
Для правильного подбора габаритов бункера для дробленого солода и беспрепятственного выпуска помола следует учитывать образующийся угол откоса (для дробленого солода - 45°, для оболочек - 55°), а также угол выпуска, равный 65°. Для прямоугольных бункеров требуется один распределительный и один разгрузочный шнек.
Весь процесс дробления, включая операции, выполняемые на дополнительном и транспортном оборудовании, а также работу весов можно полностью автоматизировать благодаря ступенчатой схеме подключения агрегатов.
2.2.2.7. При мокром дроблении применяется совершенно иной принцип. Здесь солод непосредственно перед дроблением на 10-30 мин замачивают в воде температурой 12-50 °С. Для получения солода с влажностью 30 % при более высоких температурах замачивания требуется соответственно более короткая продолжительность замачивания. Вода после замачивания спускается в канализацию или используется при затирании, причем потери экстракта составляют при этом около 3,5 кг/т солода. Оболочки под действием воды для замачивания становятся более эластичными, однако слишком сильное или продолжительное замачивание затрудняют их дробление и при известных условиях кончики зерна полностью не размалываются. Для уменьшения различий в качестве помола в его начале и конце рекомендуется проводить замачивание при пониженных температурах.
Желательно подводить воду к солоду непрерывно с помощью установленных в емкости для замачивания форсунок в зависимости от температуры воды (50-70 °C) и требуемой продолжительности замачивания. Для получения хорошего помола рекомендуемая влажность должна составлять 18-22 %.
Для измельчения замоченного солода достаточно двухвальцовых дробилок. Вальцы диаметром 400 мм вращаются с одинаковой скоростью (400 об/мин). Использование разных скоростей вальцов или коническое их исполнение не дают заметных преимуществ. Вальцы изготавливают из хромоникелевой стали со специальным рифлением для обеспечения надежного втягивания солода в рабочий зазор вальцов (0,35-0,40 мм).
Так как продолжительность мокрого дробления соответствует продолжительности замачивания и не должно превышать 30 мин, необходимо использовать высокопроизводительные дробилки. При потребности до 20 т солода в час достаточно одной двухвальцовой дробилки, при большей потребности рекомендуется либо использовать две дробилки параллельно, либо одну четырехвальцовую. Замачивание можно выполнять при любых температурах, при этом вода для главного налива проходит через нижнюю часть дробилки и захватывает дробленый солод. В случае установки дробилки рядом с замочным чаном требуется насос подачи материала, управляемый от датчика уровня так, чтобы полностью исключался подсос воздуха.
Продолжительность мокрого дробления составляет: замачивание - 10-30 мин, выпуск замочной воды - 5-10 мин, дробление - 25-35 мин и промывка - 5-10 мин. Таким образом общая продолжительность составляет 60-70 мин.
Энергопотребление при дроблении составляет 2,0 кВт · ч/т засыпи (при использовании насоса - 2,5 кВт · ч/т). Эффективность дробилки для солода и эксплуатационные затраты зависят от качества предварительной очистки солода в полировочной машине, системы обеспыливания, работы камнеотборника и магнитного сепаратора.
2.2.2.8. Порошковый помол получают на молотковых дробилках или дробилках ударного действия с ситами, размер отверстий в которых составляет 0,5-1,0 мм. Определенное затруднение представляет измельчение оболочек, которое не должно препятствовать нормальной работе применяемых фильтрационных устройств. Окружная скорость бил составляет 70-120 м/с. Состав порошкового помола, определяемый с помощью пфунгштадских сит, отличается тем, что доля муки составляет 95-99 %, и разделить порошковый помол невозможно. Для этого необходимы воздухоструйные сита, после которых в порошковом помоле содержится около 70 % частиц, размеры которых не превышают 150 мкм, и нет частиц размером более 400 мкм. Желательно, чтобы частиц размером менее 50 мкм было как можно меньше, так как они склонны к образованию комков при затирании.
Такая тщательная подготовка солода позволяет добиться нормального состава сусла при очень коротких ферментативных паузах при затирании, которое можно вести непрерывно, однако для этого требуются отдельные устройства для разделения затора (вакуумный фильтр, система центрифугирования).
Энергозатраты при получении порошкового помола довольно высоки (10-12 кВт · ч / т ) , причем дополнительных затрат требует также износ дробильных устройств и сит. Дальнейшие разработки по тонкому помолу направлены на разделение его на муку, полученную из эндосперма, и муку, полученную из алейронового слоя.
2.2.3.Свойства и состав помола
На свойства и состав помола оказывают влияние следующие факторы.
2.2.3.1. Степень растворения солода имеет определяющее значение для выбора фракции помола. Чем хуже растворён солод, тем тоньше он должен быть размолот для беспрепятственного расщепления ферментами труднорастворимых и твердых частиц. Именно для такого солода следует применять шестивальцовые дробилки (как правило, с предварительным кондиционированием солода). Хорошо зарекомендовало себя мокрое дробление с непрерывным замачиванием.
2.2.3.2. Влажность солода влияет на тонкость помола. Чем влажнее и эластичнее солод, тем более грубым будет помол, особенно на гладких (нерифленых) вальцах. С увеличением влажности солода возрастает доля оболочек со снижением содержания муки. В некоторых случаях прилипшие к оболочкам частицы грубой крупки не могут полностью растворяться и осахариваться при затирании. Процесс фильтрования сусла идет легче, однако возрастают потери с дробиной, и, наоборот, если сильно измельчить солод низкой влажности, то оболочки разрушатся, а содержание муки возрастет. Использовать в пивоварении молодой (невылежавшийся) солод не рекомендуется. Вследствие пониженного содержания оболочек в помоле ухудшается процесс фильтрования и вымывания дробины, а также уменьшается выход экстракта. Лучше использовать дробилки с кондиционированием солода (особенно дробилки для мокрого помола).
2.2.3.3. Способ затирания. Чем медленнее и тщательнее проводится процесс растворения при затирании и чаще выдерживаются ферментативные паузы, тем меньшее значение имеет состав помола. При интенсивном двухотварочном способе затирания помол может быть более грубым, чем при настойном и ускоренном способах затирания. Порошковый помол позволяет за 60-80 мин получить затор нормального состава. Вывод о соответствии состава помола применяемому способу затирания можно сделать по содержанию крахмала в дробине, по продолжительности фильтрования и величине выхода экстракта.
2.2.3.4. Определенный характер помола определяется фильтрационными установками. При использовании фильтр-чана степень измельчения помола с точки зрения использования оболочек в качестве фильтрующего слоя не может превышать некоторого предела. При помоле с увлажнением и мокром помоле допускается более глубокое измельчение оболочек, чем при сухом помоле. При применении «стрейнмастера» помол может быть тоньше, а при использовании майш-фильтра оболочки как фильтрующий слой менее важны, так как в данном случае фильтрование производится через фильтровальное полотно. Однако и в этом случае дробление не может производиться до произвольной степени измельчения, поскольку образующаяся из оболочек мука снижает качество пива и затрудняет осветление. Здесь большое значение имеет кондиционирование солода. Для новых заторных фильтров и устройств фильтрования непрерывного действия в целях предотвращения расслоения смеси в большинстве случаев требуется порошковый помол.
2.3. Затирание
На этой стадии процесса пивоварения компоненты солода растворяются в воде. Образующийся при этом раствор называют суслом, а сумму растворенных компонентов - экстрактом.
2.3.1. Теория затирания
Перевод твердых частиц дробленого солода в растворенное состояние с помощью воды лишь в самой незначительной степени является простым самопроизвольным растворением, так как содержание водорастворимых веществ в солоде еще невелико. Для растворения веществ солода, как и в процессе проращивания, необходим целый ряд ферментов, благодаря деятельности которых происходит расщепление высокомолекулярных органических соединений до низкомолекулярных, после чего осуществляется их переход в водорастворимое состояние.
2.3.1.1. Расщепление крахмала является важнейшим ферментативным процессом, протекающем при затирании. Крахмал солода, подобно крахмалу ячменя, существует в виде крахмальных зерен и состоит из двух основных компонентов - амилозы и амилопектина Амилоза состоит из глюкозных единиц, соединенных α-1,4-связями, а амилопектин - из глюкозных остатков, соединенных α-1,4-и α-1,6-связями (см. раздел 1.1.2.1).
Процесс растворения зерен крахмала при соединении и нагревании с водой проходит различные стадии, в которых действуют механические, химические и ферментативные процессы, а именно:
набухание зерен крахмала;
клейстеризация крахмала;
собственно ферментативное расщепление крахмала.
В холодной воде крахмал не растворим, его зерна поглощают немного воды и набухают (окрашивание с йодом еще не происходит). При повышении температуры сначала усиливается набухание, при температуре 50 0C и выше зерна заметно увеличиваются в размере, а при 70 °С в них образуются небольшие радиальные трещины, увеличивающиеся вплоть до распадения зерна крахмала на несколько слоев. Один ингредиент (амилоза) представляет собой коллоидный водный раствор чистого крахмала и определяется по реакции йодного окрашивания. Амилопектин при нагревании в воде растворяется с образованием коллоидной клейстеризованной массы, которая стабилизируется в растворе до образования крахмального клейстера. Образование этого клейстера при затирании не наблюдается, поскольку ферменты солода, с одной стороны, понижают температуру клейстеризации, а с другой - разжижают крахмальный клейстер. Поэтому переработка большинства видов крахмала не вызывает затруднений, и лишь при переработке риса требуются специальные методы его предварительной обработки (см. раздел 2.3.3.9).
Расщепление крахмала происходит либо непосредственно с образованием мальтозы, либо с образованием декстринов различной молекулярной массы, моносахаридов и трисахаридов. Эти процессы происходят под действием разных ферментов, к важнейшими из которых относятся α- и ß-амилазы, мальтаза, предельная декстриназа и сахараза.
ß-амилаза присутствует уже в покоящемся зерне и при его проращивании переводится из латентного в активное состояние. Она расщепляет амилозу и амилопектин с нередуцирующего конца до мальтозы. В молекуле амилопектина расщепление ß-амилазой прекращается при приближении к α-1,6-связи. Остаток амилопектина представляет собой так называемый «конечный ß-декстрин», который дает с йодом красное окрашивание. Оптимальный диапазон действия ß-амилазы находится в следующих пределах:
В чистых растворах крахмала pH 4,6
температура 40-50 °С
В заторе (некипяченом) pH 5,4-5,6
температура 60-65 °С
При температуре выше 70 °С ß-амилаза быстро инактивируется.
а-Амилаза разрушает макромолекулу крахмала изнутри, расщепляя комплекс на крупные фрагменты. Вязкость крахмального клейстера быстро падает, йодная реакция также исчезает относительно быстро. Тем самым создаются новые возможности для воздействия ß-амилазы. В непроросшем ячмене α-амилаза не встречается, однако начиная со 2-го дня проращивания равномерно развивается, α-Амилаза разрушает только α-1,4-связи, не затрагивая α-1,6-связи. В качестве продуктов расщепления образуются α-пре-дельные декстрины с α-1,6- и α-1,4-свя-зями и олигосахариды, содержащие по 6-7 глюкозных остатков, а при более длительном воздействии - также мальтоза и глюкоза. Оптимальный диапазон действия α-амилазы находится в следующих пределах:
В чистых растворах крахмала pH 5,6
температура 60-65 °С
В заторе (некипяченом) pH 5,6-5,8
температура 72-75 °С
При температуре выше 80 °С α-амилаза быстро инактивируется.
Предельная декстриназа расщепляет α-1,6-связи амилопектина и предельных декстринов. Она способна сместить баланс (80 % мальтозы и 20 % декстринов) при расщеплении крахмала в сторону низкомолекулярных продуктов. Оптимальное значение pH затора составляет 5,1, оптимальная температура - 55-60 °С; при температуре свыше 65 °С фермент быстро инактивируется.
Мальтаза расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы. При низких температурах затирания (35-40 °С) образуется несколько больше моносахаридов, в связи с чем можно предположить, что данный диапазон температур оптимален для действия этого фермента. Оптимальное значение pH 6,0.
Сахараза активна при затирании и расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Оптимальные условия для действия этого фермента - значение pH 5,5 и температура 50 °С, но расщепление сахарозы происходит при температуре 62-67 °С.
Благодаря комплексному действию α- и ß-амилазы крахмал переводится главным образом в мальтозу (40-45%), однако остается некоторое количество крупных остатков, в которых самая маленькая молекулы мальтотриозы (трисахарида) сохраняется относительно постоянным (11-13%). Мальтотриоза, как и глюкоза (5-7%), является побочным продуктом деятельности α- и ß-амилаз при условии, что при пониженных температурах под действием мальтазы уже не была образована глюкоза. Вследствие малого сродства ß-амилазы к низкомолекулярным декстринам часть их остается не гидролизованными (обычно это декстрины с 4, 5, 6 и 7 глюкозными остатками), тогда как α-амилаза расщепляет крахмал до декстринов с 6-7-ю глюкозными остатками (при этом образуется примерно 20% сбраживаемых сахаров). Эти декстрины включают также предельные α-декстрины, которые сохраняются, так как при оптимальных температурах действия α-амилазы необходимая для их расщепления предельная декстриназа уже инактивирована.
Наряду с низкомолекулярными декстринами (G4-G9), составляющими 6-12 %, в сусле имеются также декстрины с большей молекулярной массой (от 19 до 24 %). Даже сусло, дающее нормальную реакцию с йодом, может содержать олигосахариды, имеющие 5 и более разветвлений, в состав которых входит до 60 глюкозных остатков. Фруктоза (1,0-3,5 %) и сахароза (2,5-6 %) образуются в ходе процессов расщепления еще при солодоращении; в результате действия сахаразы содержание фруктозы (глюкозы) можно повысить, причем содержание сахарозы, естественно, понизится.
Гидролиз крахмала в практике приготовления пива осуществляется в соответствии со следующими положениями.
1. Затор, а позднее сусло, должны характеризоваться нормальной йодной пробой, то есть гидролиз крахмала следует вести до тех пор, пока среди продуктов его гидролиза уже не будет продуктов, дающих йодное окрашивание. Это происходит в случае, когда в состав линейных декстринов входит не более 9 глюкозных остатков (G9), а в состав разветвленных - не более 60 (G60). Наряду с «простой» йодной пробой фотометрическая йодная проба позволяет определить нормальное йодное окрашивание (менее 0,3 ÄE), а также количество декстринов, характеризующихся положительным йодным окрашиванием.
2. Конечная степень сбраживания сусла должна соответствовать желаемому типу пива. Так, видимая конечная степень сбраживания светлых сортов пива составляет 78-85 %, темных - 68-75%.
Для реализации этих основных требований при затирании следует соблюдать целый ряд условий, содействовующих образованию сбраживаемых Сахаров. Конечная степень сбраживания сусла тем выше, чем лучше растворен солод, тоньше помол, больше количество и продолжительность действия амилаз. Темный солод осахаривается медленнее и характеризуется более низкой конечной степенью сбраживания, чем светлый.
При трехотварочном способе затирания, применяемом для темного солода, основное количество амилаз теряется, в связи с чем в первом сусле содержится менее 10 % первоначального количества амилаз. Важнейшими факторами, обусловливающими активность амилаз, являются температура и значение pH затора.
Температура влияет на амилазную активность двояко: при нагревании выше 50 °С амилазная активность повышается, но начиная с температуры 65 0C происходит инактивация ß-амилазы, а свыше 72 °С - ослабление действия α-амилазы. Таким образом, действие ферментов при их оптимальной температуре нарушается, и поэтому частицы крахмала должны быть способны к гидролизу еще до достижения этих температур. В густых заторах амилазы более стойки благодаря большему содержанию защитных коллоидов, чем в жидких заторах. Максимальное содержание сахаров при прочих равных условиях обнаруживается в диапазоне температур 60-65 °С, а нормальное йодное окрашивание быстрее всего происходит при температуре около 76 °С. Эти процессы отражены в табл. 2.10.
Таблица 2.10. Показатели затора в зависимости от температуры
Температура, °С 60 65 70 75 50/60
Конечная степень сбраживания, % 87,5 86,5 76,8 54,0 88,2
Температура, °С 68 70 72 74 76
Продолжительность осахаривания, мин 35 20 15 10 5
Значение pH 6,08 5,86 5,64 5,42 5,19
Конечная степень сбраживания, % 72,7 76,5 77,0 77,4 69,9
Продолжительность осахаривания, мин 30 20-25 10-15 15-20 30
Конечная степень сбраживания и состав сахаров улучшается, если затирание проводить при температурах ниже оптимальных. В этом случае происходит растворение эндосперма под действием ферментов, которое при наступлении оптимальных температур может усилиться. Осахаривание при температуре 76 °С идет так быстро потому, что уже в ходе нагревания конгрессного сусла наблюдаются описанные выше процессы набухания, клейстеризации и ферментативного расщепления. Например, при относительно высоких температурах затирания вполне возможно, что инактивация ферментов будет происходить быстрее, чем расщепление составных частей эндосперма. В этом случае затор не будет характеризоваться нормальным йодным окрашиванием и, следовательно, скорость нагревания затора до температуры осахаривания влияет и на конечную степень сбраживания, и на продолжительность осахаривания.
Реакционная способность затора влияет как на конечную степень сбраживания, так и на продолжительность осахаривания, что объясняется различным оптимумом значения pH для обеих амилаз. Если снижение значения pH с 5,8 до 5,4 способствует усилению активности ß-амилазы, то действие α-амилазы при этих значениях pH уже ограничено. Кроме того, затирание с использованием воды с высокой остаточной щелочностью отрицательно сказывается на конечной степени сбраживания сусла.
Увеличение продолжительности осахаривания приводит к повышению конечной степени сбраживания сусла лишь при пониженных температурах (табл. 2.11).
Таблица 2.11. KCC в зависимости от продолжительности осахаривания
Продолжительность осахаривания, мин 15 60
Конечная степень сбраживания: при 62 °С 84 89
при 70 °С 78 78
При 70 °С дальнейшего повышения степени сбраживания не происходит, так как ß-амилаза уже инактивирована, однако может наблюдаться дальнейшее расщепление высокомолекулярных декстринов в низкомолекулярные.
Влияние концентрации затора на расщепление крахмала при хорошо растворенном солоде незначительно. При высокой концентрации (1 : 2,5) несколько возрастает образование мальтозы (благодаря действию защитных коллоидов), однако действие α-амилазы может ингибироваться, что проявляется в увеличении продолжительности осахаривания.
Тонкость помола определяет скорость экстрагирования фермента и субстрата, однако она больше сказывается на образовании гексоз, чем на общем количестве сбраживаемых Сахаров. При этом уменьшается время до наступления нормального йодного окрашивания.
2.3.1.2. Расщепление белков имеет такое же важное значение, как и гидролиз крахмала, хотя в процессе расщепления участвует и относительно небольшое их количество. При солодоращении гидролиз азотсодержащих веществ происходит значительно интенсивнее, чем гидролиз крахмала, и при затирании образуется значительно больше труднорастворимых соединений азота, чем при солодоращении.
Между процессами расщепления крахмала и белка имеются существенные отличия. Если крахмал солода выступает в процессе затирания как однородное вещество со сравнительно простой структурой, то белковые вещества солода представляют собой смесь всевозможных азотсодержащих веществ - от высокомолекулярных нативных белковых соединений до простейших структурных элементов белковой молекулы (аминокислот). Кроме того, расщепляющие белок ферменты представляют собой не два вполне определенных фермента, а многообразный комплекс эндо- и экзопетидаз, действующих в различных условиях, причем часть белков может осаждаться под влиянием температуры или pH затора.
Важнейшие для нас азотсодержащие соединения можно разделить на собственно белки и продукты их расщепления. Первые уже присутствовали в ячмене (они или не были расщеплены во время проращивания, или в ходе проращивания снова накопились в листке зародыша). Речь идет о нерастворимых в заторе и сусле глютелинах и проламинах, а также о растворимых белковых веществах, например, альбуминах и (частично) о глобулинах (см. раздел 1.1.2.8).
Важнейшими продуктами расщепления белка солода, образующимися при проращивании под действием протеолитических ферментов, являются макропептиды, полипептиды, простые пептиды и аминокислоты (см. раздел 1.4.1.2). При затирании солода растворимые азотсодержащие вещества переходят в затор. В ходе затирания они подвергаются дальнейшему расщеплению протеолитическими ферментами (в случае их способности к расщеплению). Первоначально нерастворимые белковые вещества под воздействием ферментов переходят в растворимую форму, хотя большая их часть остается в дробине нерасщеплённой. Содержание растворимого азота во время затирания увеличивается: эндопептидазы воздействуют на нативный белок и расщепляют его с образованием полипептидов и (при увеличении длительности воздействия) низкомолекулярных соединений, а экзопептидазы переводят эти продукты расщепления в аминокислоты.
Хотя в процессе затирания происходит абсолютное увеличение доли низкомолекулярного азота (в первую очередь аминокислот), под действием эндопептидаз из протеинов образуются высокомолекулярные соединения, благодаря чему практически не наблюдается снижения содержания высокомолекулярных фракций.
Растворенные в сусле нативные белковые вещества, например альбумины и глобулины, осаждаются при высоких температурах затирания, особенно во время кипячения. Высокомолекулярные продукты расщепления белков также могут быть склонны к коагуляции благодаря реакции с дубильными веществами солода, а средне- и низкомолекулярные фракции в сусле всегда сохраняют растворимую форму.
Содержание проламинов, представляющих собой резервные белки, зависит от сорта ячменя и растворимости солода. При гидролизе они дают в основном пролин и глютаминовую кислоту, а также цистеин и цистин. Проламины частично расщепляются при затирании и переходят в растворимую форму. Благодаря процессам окисления образуются высокомолекулярные полипептиды, которые при повышенных температурах затирания становятся нерастворимыми и образуют в дробине своего рода «тесто». Они могут затруднять процесс фильтрования сусла. Аналогичное поведение свойственно и так называемым «гельпротеинам», образующимся в ходе солодоращения в результате редуцирования дисульфидных мостиков. Благодаря процессам окисления при затирании они могут образовывать высокомолекулярные соединения, в состав которых входят глютелины и альбумины. Благодаря гидрофобным свойствам глютелинов происходит также адсорбция липидов. Мелкие зерна крахмала, β-глю-каны и пентозаны, связанные с протеинами, также участвуют в образовании белковых комплексов, образующих указанное «тесто» и могут затруднить высвобождение зерен крахмала и тем самым - действие амилаз; замедляется также фильтрование.
Следует упомянуть также гликопротеиды, представляющие собой белки, связанные с углеводородной группой ковалентной связью. При солодоращении они расщепляются по мере процесса растворения, а при затирании - во время длительных пауз при температурах 50-65 °С. При температуре 70-72 °С в течение 60-90 мин происходит высвобождение из гликопротеидов высокомолекулярных групп, которые больше не расщепляются, в результате чего возрастает вязкость сусла. Гликопротеиды способствуют повышению пеностойкости пива.
Значение высокомолекулярных групп, с одной стороны, для пенообразующих свойств пива, полноты вкуса, способности связывать углекислоту, для небиологического помутнения, а с другой - значение аминокислот для питания дрожжей позволяют сделать вывод о том, что процесс расщепления белков не должен быть ни очень коротким, ни излишне глубоким. Следствием слишком низкого расщепления белков может стать недостаточная стабильность пива, а также неудовлетворительное питание дрожжей. В результате излишне глубокого расщепления белков при данном качестве солода получается пиво с неполным вкусом и недостаточной стойкостью пены, а при определенных обстоятельствах - пиво, подверженное инфицированию.
Получение желаемой степени расщепления белков зависит от степени растворимости белка и содержания ферментов в солоде, а также от условий затирания, в частности, от температуры и продолжительности ее воздействия, от pH затора и его концентрации.
У солода с высокой степенью растворения белка следует избегать слишком интенсивного расщепления белков, а у малорастворенного солода в ходе затирания требуется соответствующая коррекция расщепления белков. Оптимальные условия для действия протеолитических ферментов (протеаз) приведены в табл. 2.12.
Таблица 2.12. Оптимальные pH и температура для действия протеаз
Фермент Значение pH Температура, °С
Эндопептидаза 5,0 40-50(60)
Карбоксипептидаза 5,2 50 (60)
Дипептидаза 8,2 40-45
Аминопептидаза 7,2 40-45
Оптимальные значения pH и температуры для действия эндо- и карбоксипептидаз примерно совпадают, но первые более чувствительны к действию температуры и продуцируют меньше свободных концевых групп, тогда как карбоксипептидазы могут гидролизировать белки до аминокислот.
Таким образом, содержание и активность эндопептидаз является лимитирующим фактором для дальнейшего расщепления образовавшихся пептидов до аминокислот. Карбоксипептидазы отвечают за образование 80 % аминокислот, выделяющихся при затирании, так как дипептидазы при значениях pH затора действуют ограниченно, а аминопептидазы расщепляют пептиды до аминокислот только при пониженных температурах и значениях pH затора более 6.
Температурный интервал, наиболее благоприятный для гидролиза белка, сравнительно широк (40-60 °С), причем при температуре 50 °С наблюдается явный пик. Вне этих температурных границ протеолиз постоянно уменьшается, а при температуре около 80° С полностью прекращается. При температурах 45-50 °C доля низкомолекулярных азотсодержащих соединений по сравнению с высокомолекулярными несколько возрастает, а при температурах 60-70 °С происходит усиленное образование коллоидных высокомолекулярных азотистых соединений. При этом возможность воздействия на этот процесс с учетом указанных выше сходных оптимальных условий для действия эндопептидаз и карбоксипептидаз, невелика. После температур расщепления белка, которые в большинстве случаев поддерживаются на уровне 47-53 °С в виде «белковой паузы», применяют более высокие температуры, необходимые для осахаривания затора. При 65-70 °C еще отмечается заметное растворение белка, идущее тем интенсивнее, чем больше ферментов сохранилось при пониженных температурах. Растворимые протеазы при температуре 70 °С быстро инактивируются, а ферменты, первоначально нерастворимые и перешедшие в раствор после гидролиза соединений, находящихся в протоплазме, при этой температуре способны некоторое время действовать. Можно предположить, что именно эти десмоферменты ответственны за то, что даже при высоких температурах затирания не удается довести растворение белка ниже значения, заданного сортом солода. Ускорение процесса расщепления белков и, таким образом, увеличение содержания растворимого азота происходит в том случае, если затирание проводится при температурах ниже оптимальных, так что к моменту наступления температур гидролиза азотсодержащие соединения эндосперма и ферменты оказываются уже растворенными. При декокционном способе затирания температурный интервал между белковой паузой и температурой затора после возвращения отварки также влияет на растворение и состав азотсодержащих веществ. Чем выше разность температур после возвращения первой и второй отварок, тем хуже растворяются в сусле белковые вещества, причем при этом происходит изменение фракционного состава белковых и увеличение содержания высокомолекулярных азотистых соединений.
Влияние продолжительности белковой паузы определяется соответствующей температурой. При постоянной температуре затирания содержание различных фракций азота сначала непрерывно возрастает, и хотя содержание высокомолекулярного азота растет в абсолютном отношении, его доля в общем азоте сокращается. Доля низкомолекулярпых соединений, в первую очередь аминокислот, увеличивается как в абсолютном, так и процентном отношении, однако в ходе белковой паузы скорость инактивации ферментов превышает скорость их растворения. Так, например, протеолитическая активность оставшейся части затора при двухотварочном способе во время примерно двухчасового нахождения в заторном аппарате при температуре 50 °С снижается примерно в 2 раза по сравнению с исходным значением. Благодаря введению отварки она еще раз кратковременно активизируется, однако при температуре около 65 °С эта фаза сменяется быстрым и продолжительным спадом протеолптической активности.
Нa активность протеаз существенно влияет значение pH затора. Чем больше оно приближается к 5,0, тем больше возрастает содержание всех фракций, включая низкомолекулярные азотсодержащие соединения. Вода с высокой остаточной щелочностью замедляет протеолиз, и напротив, устранение карбонатной жесткости воды, добавление гипса, хлорида кальция или даже подкисление может значительно его усилить.
Концентрация затора важна для ферментативной активности вследствие действия защитных коллоидов. В концентрированных заторах (в первой и второй отварке - 1 : 2,5) содержание низкомолекулярного азота возрастает сильнее, чем в разбавленных частях.
Контроль расщепления белков можно вести путем определения содержания растворимого азота, коагулируемого азота и высокомолекулярных фракций. Желательно проводить регулярную проверку доли ассимилируемого азота в общем азоте горячего охмеленного сусла, которую можно примерно определить по содержанию формольного азота (33 %) или по содержанию α-аминного азота (22 %). Высокомолекулярный азот, стимулирующий ценообразование и полноту вкуса, следует указывать в процентах к растворимому азоту. Контролируемой величиной является также интенсивность затирания по Кольбаху (число Кольбаха), нормальное значение которого составляет 104, высокое - более 110, а низкое - ниже 100. Простого и ускоренного оперативного метода контроля расщепления белков (типа йодной пробы для определения степени расщепления крахмала), до сих пор не выработано.
2.3.1.3. При затирании продолжается также расщепление гемицеллюлоз и гумми-веществ, начавшееся при солодоращении. Изначально гемицеллюлозы солода нерастворимы. Они состоят из высокомолекулярных ß-глюканов и пентозанов и связаны с высокомолекулярными белковыми соединениям клеточных стенок одной эфирной связью (гидроксильная группа ß-глюканов с карбоксильной группой протеинов). В результате воздействия ß-глюкансолюбилазы - карбоксипептидазы, которая может действовать и как эстераза, гемицеллюлозы переходят в раствор при температурах выше 55 °С и до 70 °С. Они повышают вязкость затора и сусла. Высвободившиеся ß-глюканы состоят из глюкозных единиц с ß-1,4-и ß-l,3-cвязями (в отношении 70 : 30). Хотя последовательность из двух-трех ß-l,4-cвязeй преобладает над ß-l,3-cвя-зью, могут также существовать цепочки из ß-1,4- и ß-13-связей, которые затрудняют расщепление с помощью эндо-ß-1,4-глюканазы, а также неспецифической эндо-ß-глюканазы (оптимальная температура - 40-45 °С, pH 4,7-5,0, инактивация при температуре выше 50 °С) и менее эффективной эндо-ß-1,3-глюканазы (оптимальная температура 60 °С, pH 4,6/5,5, инактивация при температуре выше 70 °С). Экзо-ß-глюканазы еще более чувствительны, чем эндо-ß-1,4-глюканаза. Так как ß-глюкансолюбилаза оказывает заметное действие в интервале температур 63-70 °С, то эндо-ß-глюканазы способны лишь ограниченно расщеплять высокомолекулярный вязкий ß-глюкан, высвободившийся при этих температурах. Расщепление пентозанов, состоящих из арабоксилана, происходит под действием эндо- и экзоксиланаз (оптимальная температура 45 °С), а также арабинозидазы (оптимальная температура 40-45 °С), причем степень превращений здесь существенно меньше, чем под действием глюканаз.
Расщепление гемицеллюлоз протекает в несколько этапов:
сначала в раствор переходят свободные гумми-вещества, уже имеющиеся в солоде, повышая вязкость затора;
в диапазоне температур 35-50 °С под действием эндо-ß-1,4-глюканаз и неспецифических эндо-ß-глюканаз происходит расщепление этих высокомолекулярных соединений до глюкано-декстринов и веществ с более низкой молекулярной массой. Вязкость снижается;
при температурах 45-55 °С при участии эндо-ß-глюканаз продолжается растворение экстракта с высвобождением β-глюканов, которые вследствие ослабления действия эндо-ß-глюкана-зы расщепляются довольно медленно. При этом возможно действие эндо-ß-1,3-глюканазы;
начиная с температуры 55 °С и до 70 °С ß-глюкансолюбилаза отщепляет высокомолекулярный ß-глюкан от его соединений с белком. Содержание ß-глюкана и вязкость возрастают тем больше, чем выше температура в интервале 60-70 °С, так как при 60 °C эндо-ß-1,3-глюканаза еще способна оказывать определенное воздействие, а начиная с температуры 65 °С она все больше ингибируется. Эндо-ß-1,4-глюканаза больше не действует, так как она была инактивпрована уже при температуре 50-55 °С.
Количество ß-глюкана, освободившегося при затирании, зависит в первую очередь от степени и однородности растворения солода. Содержание ß-глюкана в сусле из солода с разной степень растворения может различаться в 10-14 раз. Особенно неблагоприятными являются смеси из солода со значительно различающимся цитолизом компонентов, особенно их солода с непроростками.
На расщепление вязких веществ влияют температура затирания, белковые паузы и, в меньшей степени, значение рH затора. Такое расщепление лучше всего протекает при температурах около 45 °С, а более низкие температуры затирания, например 35 °С перед паузой при 50 °C, существенно усиливают процесс превращений. Следствием повышенных температур затирания (порядка 62 °С) является быстрая инактивация эндо-ß-глюканаз, и в этом случае сусло характеризуется высоким содержанием гумми-веществ. Тем не менее подбором способа затирания содержание ß-глюкана при работе со слаборастворенным солодом можно скорректировать лишь примерно на 30%.
Содержание пентозанов изменяется в меньшей степени. Большие различия наблюдаются у слабо и неравномерно растворенного солода также в содержании в дробине гумми-веществ, которые могут замедлять процесс фильтрования. Так как гумми-вещества влияют на пенообразование и полноту вкуса пива, то слишком глубокого расщепления белков в случае хорошо растворенного солода следует избегать. В данном случае целесообразнее использовать повышенные температура затирания (55-62 °С). Контроль расщепления ß-глюкана можно осуществлять по вязкости горячего охмеленного сусла (ниже 1,85 мПа в 12%-ном экстракте) или непосредственно по содержанию в сусле ß-глюкана (менее 200 мг/л).
2.3.1.4. Изменение содержания фосфатов. Содержащиеся в солоде кислые фосфатазы расщепляют органические фосфаты солода. При этом выделяется фосфорная кислота, которая затем реагирует с первичными фосфатами и диссоциирует ионы водорода. Вследствие этого повышается кислотность затора, что проявляется в снижении значения pH и повышении буферности затора, сусла и пива. Оптимальные условия для действия фосфатаз - pH 5,0 и температура 50-53 °С. Эти ферменты действуют и при более высоких температурах, так как каждая пауза (при 50, 62, 65 и даже при 70 °С) повышает буферность, но их активность снижается (наиболее предпочтительна температура 50 °С). Самые низкие значения pH, а также самая низкая буферность затора достигаются при температуре затирания 62-65 °С. Снижение значения pH затора приводит к повышению буферности, которая впоследствии может ослабить снижение pH в ходе брожения.
2.3.1.5. Расщепление липидов. Вместе с солодом в затор вносятся липиды, состоящие в основном из триглицеридов, моно-и диглицеридов, свободных жирных кислот и нейтральных липидов (например, фосфолипидов). На расщепление липидов влияют два различных фактора. С одной стороны, на них действуют липазы, расщепляющие липиды до глицеридов (глицерина) и свободных жирных кислот (оптимальные температуры - 35-40 и 65-70 °С). Благодаря действию липаз возрастает содержание свободных жирных кислот. С другой стороны, жирные кислоты окисляются липоксигеназами (при 35-50 °С), что проявляется в уменьшении содержания линолевой и линоленовой кислот по сравнению с их первоначальным содержанием в солоде. После инактивации липоксигеназ при температуре 65 °С (втором оптимальном диапазоне для липаз) наблюдается существенное увеличение содержания линолевой и линоленовой кислот. Действие липоксигеназ зависит от потребления кислорода при затирании.
Содержание липидов в заторе при правильном фильтровании удерживается на определенном уровне или они осаждаются в процессе кипячения сусла.
2.3.1.6. На содержание полифенолов и антоцианогенов при затирании влияют несколько процессов. С повышением температуры и продолжительности затирания увеличивается их растворение. Фенольные и полифенольные соединения освобождаются в ходе двух параллельно протекающих реакций расщепления, например, расщепления белков и гликозидов. Их количество уменьшается также под действием пероксидаз (в диапазоне температур 40-50 °С) или полифенолоксидаз, наиболее активных при температуре 60-65 °С. Так как изменения в содержании полифенолов особенно четко выражены при температурах 40-50 °С (особенно если при одноотварочном способе затирания или в результате перемешивания происходит аэрация затора), то повышенные температуры затирания, например до 62 °С, вызывают увеличение содержания полифенолов в заторе и сусле. При доступе воздуха происходит снижение общего содержания полифенолов и антоцианогенов, в результате чего ухудшается индекс полимеризации. Из сильно растворенного солода в затор переходит больше полифенолов желаемого состава (см. раздел 1.4.1.6); в солоде, высушенном при высоких температурах, присутствует лишь незначительное количество оксидаз, благодаря чему поддерживается высокое содержание в сусле полифенолов и антоцианогенов.
2.3.1.7. Содержание цинка в заторе важно потому, что этот микроэлемент входит в состав алкогольдегидрогеназы. Недостаток цинка в начальном сусле проявляется в плохом размножении дрожжей, затяжном главном брожении и дображивании, а также в неполном восстановлении диацетила или его предшественника 2-аце-толактата. В солоде содержится 3-3,5 мг цинка на 100 г CB, причем наибольшая концентрация цинка отмечается во внешних слоях зерна (оболочке и алейроновом слое). При затирании в раствор переходит лишь 20-25% цинка, после чего содержание цинка постоянно уменьшается до 0,05-0,20 мг/л (в отфильтрованном пивном сусле). Еще одно сильное снижения содержания цинка происходит при кипячении сусла. Его содержание не должно превышать 0,15 мг/л.
Эксперименты показали положительное влияние следующих параметров затирания на содержание цинка: проведение затирания при температуре 45-50 °С, пауза в течение 30-60 мин, значение pH 5,45, небольшой главный налив при затирании (соотношение засыпь : налив - 1 : 2,5) и добавление горячей воды в ходе повышения температуры до соотношения засыпь : налив 1 : 4.
2.3.1.8. Окисление компонентов затора на фракции проламина или гельпротеинов может препятствовать расщеплению крахмала, β-глюканов и белков. Содержание полифенолов снижается, но прежде всего уменьшается содержание более чувствительных антоцианогенов и танноидов. Этот процесс фермеитативно катализируется пероксидазами (оптимальная температура - 45 °С) и полифенолоксидазами (оптимальная температура - 65 °С). Получаемые в результате сусло и пиво характеризуются более темным цветом, более размытым и менее стабильным вкусом.
Степень поглощения кислорода при затирании зависит от оборудования, например, от устройств подачи затора, подсоса воздуха при перекачивании, а также от интенсивности перемешивания. Имеет значение и форма заторных аппаратов - например, в прямоугольных заторных аппаратах для получения хорошего затора требуется более интенсивное перемешивание. Рекомендуется подача затора солода в аппарат снизу и перекачивание затора через сливные клапаны. Прямое определение содержания кислорода в заторе невозможно из-за активности оксидаз; косвенную оценку поглощения кислорода получают путем моделирования затирания с помощью раствора сульфита натрия по расходу этого реагента. В неблагоприятных условиях его расход составляет до 200 мг/л в течение всего процесса затирания, а в оптимизированных условиях варочных цехов - около 30-40 мг/л.
Отсутствие доступа кислорода при затирании приводит к усиленному расщеплению белков, проявляющемуся в повышении содержания растворимого азота и снижении содержания высокомолекулярных фракций в пользу свободного α-аминного азота. Расщепление ß-глюка-на проходит интенсивнее, как и расщепление крахмала, что проявляется в повышении конечной степени сбраживания и более благоприятных значениях йодной пробы. Содержание полифенолов (особенно антоцианогенов и танноидов) существенно возрастает. Во избежание слишком глубокого расщепления белков необходимо при известных условиях скорректировать параметры затирания.
2.3.2. Практика затирания
2.3.2.1 Процесс затирания начинается со смешивания дробленого солода с заторной водой. При этом большое значение имеют количество воды, используемой для растворения дробленого солода (то есть соотношение солода и воды), а также температура, при которой заторная вода добавляется к данному количеству солода.
2.3.2.2. Количество солода, которое должно быть переработано за одну варку, называют засыпью, а количество воды, используемой для этого процесса, - наливом. Смесь солода и воды называется затором. Налив подразделяют на главный налив и долив. Общее количество воды, необходимое для приготовления сусла, добавляется к засыпи не за один раз - сначала добавляется вода, требующаяся для растворения компонентов солода и биохимических превращений (главный налив). Получаемый раствор экстракта называют первым суслом. Промывная вода предназначена для вымывания остатков экстракта, сохранившихся в дробине после фильтрования первого сусла.
Для состава первого сусла большое значение имеет главный налив, а количество промывной вод