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 | ||||||||
| Выделяемая теплота, ккал/т • ч | ||||||||
| кДж/т • ч |
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 | ||
| Влажность свежепроросшего солода, % | ||
| 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).