Сокращение сроков соложения и уменьшения потерь ячменя

11.04.2017
При соложении ячменя потери сухих веществ достигают значительной величины, поэтому сокращение этих потерь является задачей работников пивоваренной промышленности. Потери сухих веществ являются следствием развития ростков и процесса дыхания. Эти два процесса взаимосвязаны, и подавление дыхания неизбежно вызывает торможение роста. В первый период соложения процесс накопления ферментов идет значительно более энергично, чем в последующее время, Когда их накапливается достаточное количество, гидролитические процессы в зерне протекают интенсивно. Подвод к зародышу кислорода в первый период соложения, обеспечивая в достаточной мере энергичное дыхание, ведет к нормальному течению обмена веществ в организме и повышению активности ферментов.
Одновременно с гидролитическими процессами протекают и процессы синтеза новых тканей (стебелька и ростков). Если стебелек остается в готовом солоде и участвует в общем обмене веществ, то ростки, которые при сушке удаляются, в общем балансе сухих веществ не принимают участие,
И.Я. Веселов предложил метод солодоращения с ферментированном при полном подавлении дыхания ячменя на определенной стадии проращивания. Таким образом, процесс солодоращения разграничивается на две стадии: стадию проращивания зерна и накопления в нем ферментов и стадию активного воздействия ферментов на вещество эндосперма при полном подавлении дыхания.
При аэробном процессе дыхания происходит выделение 2872 кДж (686 ккал) при распаде одной грамм-молекулы моносахарида, а при анаэробном процессе — только около 84 кДж (20 ккал). Поэтому можно считать, что при помещении прорастающего зерна в атмосферу полного анаэробиоза не происходит повышения температуры в солоде, понижается окислительно-восстановительный потенциал, вследствие чего улучшаются условия для действия протеолитических ферментов. Наличие углекислоты делает среду более кислой, что благоприятствует ферментативному распаду веществ эндосперма и значительно ускоряет процесс растворения зерна.
В приведенном выше примере солодоращения сокращенно потерь сухих веществ обусловлено накоплением углекислоты и торможением или даже полным прекращением в прорастающем зерне процесса дыхания.
Применение указанного выше приема солодоращения, с одной стороны, показывает, что углекислота является мощным фактором, который можно использовать для сокращения потерь. Включение ее в общий режим соложения, учитывая и сушку солода, может дать хорошие результаты.
С другой стороны, следует учесть, что углекислота включается в общий метаболизм прорастающего ячменя. В.Л. Кретович показал, что в высших растениях аспарагиновая кислота образуется из щавелевоуксусной кислоты, которая является первым продуктом фиксации углекислоты растительной тканью в темноте.
П.Я. Заринв на основании этих наблюдений считает, что в условиях интенсификации солодоращения накапливание углекислоты в межзерновом пространстве (до 20%) следует производить уже в конце процесса замочки.
И.Я. Веселов использовал суперфосфат и серную кислоту для ускорения соло до ращения ячменя и получил положительные результаты, которые он объясняет изменением pH среды в кислую сторону и подачей к зерну фосфорнокислых солей, необходимых для питания прорастающего зародыша.
Обработка ячменя 4%-ным раствором суперфосфата приводит к увеличению выхода солода, т. е. к уменьшению потерь на дыхание зерна, а также к повышению экстрактивности ячменя более чем на 1 %.
Одновременно с повышением протеолитической активности усиливалось действие амилолитических ферментов, диастатическая сила в исследуемых образцах солода составляла около 400.
Для получения солода хорошего качества достаточно 5-суточного солодоращения.
При создании определенной концентрации водородных ионов в среде, в которой происходит проращивание ячменя, можно значительно уменьшить потери сухого вещества зерна. Это следует также и из работы, приведенной выше, И.Я. Веселов, опрыскивая проращиваемый ячмень раствором только одной серной кислоты (0,1%-ным), получал такие же результаты, как и при опрыскивании раствором суперфосфата.
И.Г. Лернер с сотрудниками в качестве веществ, содержащих активаторы роста и ингибиторы дыхания зерна, предлагает ряд широко доступных химических препаратов, а также веществ, получаемых из отходов производства.
Препарат, содержащий соли поликарбоновых кислот (АПК), получают при окислении гидролизного лигнина. Он содержит хиноновые вещества, обладающие высоким окислительным потенциалом, вследствие чего они действуют на биохимические процессы при проращивании зерна. При добавлении этого препарата к массе замачиваемого ячменя в зерне повышается ферментативная активность, снижается величина ростков, повышаются выход солода и его экстрактивность.
Водный раствор молочной кислоты и диаммонийфосфат сдвигают pH среды зерна в кислую сторону и ингибируют дыхательные системы.
Препарат из автолизата остаточных пивных дрожжей с молочной кислотой содержит биологически активные вещества — витамины группы В и аминокислоты. Применяют его в комбинации с замочной водой, отобранной после 22—24 ч из соседнего замочного чана; вместе с замочной водой вводят флавонолы, сахара, аминокислоты.
Гидролизат хлореллы применяют для опрыскивания рощ проращиваемого ячменя. Гидролизат содержит аминокислоты, витамины, ростовые вещества.
Для опрыскивания проращиваемого ячменя может быть использована водная смесь упаренной барды, получаемой при переработке мелассы на спирт, и ортофосфата.
Барда содержит сахара, сернистые и минеральные вещества в хороших соотношениях, а также ряд витаминов (никотиновую кислоту, пиридоксин, пантотеновую кислоту, биотин, фолиевую кислоту, рибофлавин), которые оказывают стимулирующее действие на биохимический процесс развития зародыша и накопление ферментов при получении солода, а СаН4(РО4)2 ингибирует процесс дыхания и, замедляя его, приводит к снижению потерь крахмала при солодоращении.
При применении смеси гидрата окиси аммония, водной вытяжки из солодовых ростков и раствора диаммонийфосфата и качестве биостимуляторов используются аминокислоты, витамины и ростовые вещества, содержащиеся в вытяжке из солодовых ростков, а фосфат является ингибитором ферментов дыхания. При применении указанных препаратов достигалось ускорение процесса ращения солода на 1—1,5 сут, снижение потерь углеводов на дыхание и образование ростков, повышение ферментативной активности солода.
Л.М. Малков, перенеся полученные нм результаты работ но влиянию фосфата на торможение действия дрожжевых пероксидазы и каталазы на дыхание зерна, предложил новый метод солодоращения ячменя, позволяющий значительно сократить потери. Основой разработанного метода автор считает то, что раствор ортофосфата, омывающий живую растительную клетку, диффундируя внутрь ее, блокирует свободные валентности железа, содержащегося в цитохромных системах, ответственных за дыхание зародыша зерна, и таким образом тормозит этот процесс.
С другой стороны, в результате частичного торможения дыхания наклюнувшегося зерна происходят другие биохимические сдвиги, полезные для солодоращения, в частности усиление протеолитической и амилолитической активности,
Л.М. Малков и В.Е. Деева достигли значительного сокращения потерь сухого вещества (до 4,4%. на дыхание и ростки) при соложении обработкой ячменя 0,05 М раствором фторида натрия (NаF).
Возможность сокращения потерь сухого вещества и повышения экстрактивности ячменя подтверждают работы Стадника и Клюгера при солодоращении в «тумане» азотной кислоты по патенту Вольфрума, проведенные еще в 1937 г. Авторы рассматривают азотную кислоту как ингредиент питания.
В своих опытах опрыскивания зерна они достигли сокращения общих потерь сухого вещества при соложении на 5,14% и значительное повышение экстрактивности.
В.Е. Деева, исходя из положения, что дыхание прорастающего зерна ячменя осуществляется цитохромоксидазной ферментной системой, а полифенолоксидазная система в этом процессе вплоть до 8 сут ращения не принимает участия, выбрала для подавления дыхания сернистый ангидрид, который является специфическим ингибитором для цитохромоксидазной системы. Она установила, что замочка ячменя в растворах сернистого ангидрида вызывает задержку роста и дыхания зерна. Вместе с тем сернистый ангидрид оказывает благоприятный эффект на амилолитическую активность, в частности на активность ?-амилазы. Сульфитация зерна помогает сохранить ферментативную активность солода при сушке и сократить потери сухих веществ на этой технологической стадии примерно на 2%. Подавление роста, конечно, приводит к сокращению н общих потерь, причем экстрактивность солода повышается,
И.С. Ежов для подавления дыхания зерна и связанного с этим ограничения роста предлагает использовать вещества, содержащие в ячменной оболочке.
Путем экстракции мякинной оболочки и отрубей (алейроновый слой, семенная и плодовая оболочки) ячменя 75%-ным этиловым спиртом или водой и последующего сгущения этих вытяжек И.С. Ежов получил концентраты, которые вызывали задержку и даже полное прекращение процесса дыхания и роста зерна. Поскольку концентраты из ячменной муки (эндосперм) указанного тормозящего действия не проявляли, то, по-видимому, активные в этом отношении вещества сосредоточены в периферической части ячменного зерна, я не в эндосперме. Содержащиеся в полученных концентратах вещества, тормозящие рост, относятся к пигментам типа флавонолов, которые играют роль в регулировании биологических окислительно-восстановительных процессов. Деятельность окислительно-восстановительных ферментов находится в обратной зависимости к активности гидролитических ферментов, поэтому, блокируя окислительно-восстановительные ферменты, можно добиться более высокой активности протеолитических и амилолитических ферментов и накопления их, например, в прорастающем зерне.
О веществах, тормозящих рост ячменя, и об их использовании при соложении для сокращения потерь сухих веществ нс раз упоминалось в специальной литературе. Например, Ламберт достигал значительного сокращения потерь сухого вещества при опрыскивании зеленого солода замочной водой.
Повторное использование замочной воды при замочке ячменя с некоторым положительным действием на сокращение потерь при солодоращении получил И.Г. Лернер с сотрудниками,
С.П. Стяшко и В.Е. Самойлова при обработке ячменя с нормальной прорастаемостью ячменной вытяжкой, полученной при температуре 15° С в течение 35 ч при соотношении воды и ячменя 2:1, установили заметное торможение процесса проращивания.
Гамберт также установил наличие в ячмене веществ, подавляющих прорастаемость зерна, которые он выделил из воды замочного чана; в ячмене, обладающем хорошей прорастаемостью, их оказалось меньше, чем в ячмене с плохой прорастаемостью. Смешивать зерно с разной прорастасмостью не рекомендуется, так как процесс соложения смеси, приготовленной в любых соотношениях, ухудшается.
Поллок с соавторами путем адсорбции на катионообменных смолах и последующего элюирования этиловым эфиром уксусной кислоты также выделил концентрированный материал, невидимому, полифенольной природы, тормозящий прорастание ячменя. Дальнейшее разделение показало, что отдельные компоненты обладают разной интенсивностью действия, но вес вместе осуществляют коммулятивное действие на рост зерна. Одна из феноловых кислот была идентифицирована с ванилиновой кислотой.
Установлено, что эта кислота неэффективна в ранней стадии прорастания ячменя, но оказывает специфическое действие впоследствии.
Для полного перевода экстракта ячменя в экстракт солода вполне достаточно трехдневного соложения. Дальнейший процесс в этом отношении большого значения не имеет. Вместе с тем он обусловливает потери сухих веществ на дыхание и образование ростков. Исходя из этого, можно значительно снизить эти потери. В настоящее время разработаны и уже начинают довольно широко применяться методы повторной замочки. Варианты этих методов различны, один из них состоит в том, что зерно сначала замачивают обычным путем до содержания в нем влаги 35—40%. Затем его проращивают в течение 3 сут и снова замачивают в воде при температуре 16—18°С без продувания. При этом содержание влаги быстро повышается до 50%, из которых 3—5% находится под оболочкой зерна и в ростках. После этого зерно оставляют без воды в течение 2—3 сут при подаче сильного потока охлажденного воздуха, а затем солод подвергают сушке.
Ростки в процессе повторной замочки отмирают, и прекращаете и связанное с их ростом дыхание, что ведет к сокращению потерь (от 8—10% до 4—5%), а дальнейшее повышение влажности благоприятно влияет на гидролитические процессы. Общая продолжительность срока соложения значительно сокращается.
Конечно, метод повторной замочки может быть усовершенствован путем комбинации его с применением веществ, обладающих активирующим действием в начальной стадии соложения, а в последующих стадиях ингибирующим действием, что позволит ускорить весь процесс соложения.
Из химических веществ, подавляющих рост зерна, следует упомянуть сернокислую медь, кумарин, бромистые соли.
Ламберт применял раствор медного купороса (80 г на 10 л воды для порции ячменя в 4 т) для опрыскивания зеленого солода пяти дней ращения. При этом он достигал небольшого повышения экстракта в солоде и уменьшения потерь в среднем на 1,5%. Однако автор отмечает некоторое понижение амилолитической активности и даже понижение стойкости пива.
Использование кумарина (ортооксикумарового ангидрида С9Н6О2) сначала широко приветствовалось. Однако вскоре авторы стали отмечать, что даже уменьшенная доза в 100 мг/л придает пиву неприятный вкус и запах, что связывалось с содержанием в пиве продуктов распада кумарина.
С большим эффектом И.Я. Веселой, В.А. Поляков, И.Г. Арсланбекова использовали свой вариант повторной замочки. При наиболее высокой конечной влажности зерна (48- -50%), когда достигалось благоприятное влияние на гидролитические процессы в зерне, они добавляли в замочную воду различные соли СаС12, Мg(NО3)2, КМnO4, КВr, КВгrО3 для ингибирования окислительно-восстановительных ферментов и роста корешков.
Наиболее эффективным оказалось применение СаСl2 в 0,12%-ном растворе. Продолжительность солодоращения для получения нормального зеленого солода составляла 5,5 сут, а готовый солод характеризовался высоким качеством и содержал достаточное количество ферментов.
Бромат калия (КВrО3) в противоположность кумарину, который тормозит развитие ростков и незначительно влияет на процесс дыхания, в основном подавляет дыхание, что тоже в итоге приводит к снижению потерь. Влияние бромата калия на соложение показано в табл. 51.

Бромат калия нс оказывает влияния на вкус пива и другие его свойства, но благоприятно влияет на белковый распад ячменя.
Во всех частях растений содержатся ауксины, которые имеют высокую физиологическую активность. В настоящее время различают два ауксина; ауксин а, имеющий формулу С18Н32О5, и ауксин b С18Н30O4; оба ауксина являются высокомолекулярными одноосновны ми оксикислотами.
Ауксин а и ауксин b были получены из солода и кукурузного масла, из горчицы, льна, подсолнечника, а также из мочи человека.
Таким же активирующим действием на рост растительных клеток, как и ауксины, обладает вещество, имеющее совершенно другое химическое строение, — гетероауксин, представляющее собой ?-индолилуксуснуго кислоту (С10Н9NО2):

Гетероауксин хорошо растворим в спирте, эфире, плохо — в воде, бензоле и бензине; обладает очень высокой физиологической активностью и применяется для стимулирования роста растений в виде калиевой или других солей,
Гетероауксин синтезируется (образуется) также микроорганизмами — дрожжами, плесневыми грибами и бактериями. Из стимуляторов роста гибберелловая кислота в последнее время получила очень широкое распространение, и во многих странах производство солода ведется с применением этого стимулятора.
Еще в 1898 г. Хори обнаружил на японском рисе гриб Gibberella fujikurae, который выделяет вещество, поражающее растение, Это вещество, выделенное в чистом виде, оказалось состоящим из нескольких соединений, которые были названы гиббе-реллинами А1, А2 и А3 и имели соответственно химические формулы: C19H24O6, O19H26O6 и C18H22О6. Наибольшей активностью обладало третье соединение, которому было присвоено название гибберелловой кислоты. Структурная формула ее очень сложная, что является препятствием для получения гибберелловой кислоты синтетическим путем, и до сих пор еще получение ее осуществляется путем сложной обработки культуральной жидкости гриба Gibberella fujikurae.

Гибберелловая кислота повышает урожайность, сокращает сроки вызревания зерновых культур. Применяется она и в Других областях сельского хозяйства.
Обширные работы проведены с ячменем при его соложении. Было установлено, что эффект добавления гибберелловой кислоты связан с сокращением времени проращивания и повышением активности некоторых ферментов.
На опытной установке солодоращения в Стокгольме было установлено влияние гибберелловой кислоты на выход экстракта, число Кольбаха, активность разных ферментов, на вязкость и белковую муть сусла.
Г.Ф. Ипатова, сравнивая качество солода, полученного в заводских условиях с применением и без применения гиббереллима, установила, что разница в экстрактивности в грубом и тонком помоле была при применении гиббереллина значительно меньше. Амилолитическая способность выше (7,9 по сравнению с 6,23 г/ч на 100 г); аминного азота больше.
В результате многочисленных исследований в настоящее время разработаны режимы соложения с применением гибберелловой кислоты, установлены дозы, необходимые для получения максимального улучшения солода, годного для производства пива. Во многих странах налажено производство чистого препарата и гнбберелловая кислота широко внедрена в процесс соложения ячменя.
Ниже приведены данные из обзорной статьи Бриггса по влиянию гибберелловой кислоты на продукты пивоварения:


Для орошения ячменей раствором гибберелловой кислоты оптимальной является стадия, когда зерно после замачивания набухает и длина корешка не превышает 1 мм. В этот момент создаются наилучшие условия для контакта веществ, реагирующих с этой кислотой.
Использование одной гибберелловой кислоты обычно приводит к некоторым потерям: сухих веществ ячменя. Увеличение роста, вызываемое гибберелловой кислотой, повышает потери на дыхание и рост ростков. Эти потери оказываются больше той экономии в затратах сухих веществ, которая достигается при сокращении процесса солодоращения или в результате других преимуществ метода, Кроме того, солод приобретает некоторые нежелательные свойства из-за повышенной ферментативной активности, в особенности протеолитической, которая вызывает увеличение растворимости азота и потемнение солода. Чтобы устранить эти недостатки, предлагается вместе с гибберелловой кислотой применять бромистый калий, который сдерживает растворение белка, вместе с тем улучшая цитолитический распад.
Оригинальный способ ускорения солодоращения предложен Д.Г. Главинским, использовавшим физическое воздействие холода па солод четырех дневного ращения. Солод подвергают продуванию воздухом, имеющим температуру от -5 до -6° С, а затем через замороженный солод продувают теплый воздух (20—30° С), При замораживании его вследствие образования кристаллов льда происходит разрыв меж крахмальных стенок, что открывает доступ ферментов к крахмальным зернам.
К этому следует добавить, что во время обработки холодным воздухом солод подсушивается, а при оттаивании на нем конденсируется влага, которая при интенсивном продувании теплым воздухом испаряется. Все это позволяет значительно сократить весь процесс соложения.