Превращения в зерне при замачивания
При замачивании объем зерна увеличивается на 35-40%. Изменяются его физические свойства: твердое и хрупкое зерно после замачивания становится мягким и эластичным вследствие набухания веществ коллоидной дисперсности, из оболочек зерна экстрагируются соли, дубильные и другие вещества и оболочки становятся более проницаемыми. При замачивании в воду переходят сахара, пентозаны, азотистые и минеральные вещества, всего теряется около 1 % сухих веществ зерна. Кроме того, со сплавом уносится от 1 до 2% сухих веществ зерна.
Зародыш зерна поглощает воды больше, чем другие его части, что происходит, благодаря большей проницаемости кончика зерна, где находится зародыш, и наличию в его составе значительного количества белковых веществ, обладающих гидрофильными свойствами (гидрофильность - это способность удерживать воду).
С увеличением содержания воды сильно возрастает энергия дыхания зерна. Например, при аэробном (кислородном) дыхании, когда реакция протекает при избытке кислорода, в процессе замачивания 1 кг зерна за 1 ч поглощает 63 мг кислорода. При таком расходе имеющегося в воде кислорода достаточно только на 15 мин, поэтому для поддержания нормального дыхания в замочную воду подают сжатый воздух.
Если же кислорода в воде недостаточно, то может наступить анаэробное дыхание, при котором происходит более быстрое разрушение запасных веществ зерна с образованием этилового спирта и диоксида углерода. Даже в очень малых количествах спирт тормозит развитие зародыша зерна, а при концентрации спирта 0,8% рост зародыша подавляется.
Отрицательно влияет на жизненный процесс зерна и присутствие диоксида углерода, накапливающегося в замочной воде как при аэробном, так и анаэробном дыхании.
На скорость замачивания сильно влияет температура воды: чем она выше, тем быстрее проникает вода в зерно, что объясняется увеличением броуновского движения молекул и снижением вязкости воды. Например, при температуре воды 15°С продолжительность замачивания зерна на 1/3 короче, чем при 10°С. Но с ростом температуры усиливается жизнедеятельность микроорганизмов, находящихся на поверхности зерна. Поэтому оптимальной температурой замачивания легкоразрыхляемого ячменя принято считать 10-12°С, так как при более низкой температуре сильно тормозится развитие зародыша, а при более высокой - интенсивно развиваются микроорганизмы. Трудноразрыхляемые ячмени замачивают при повышенной температуре.
На некоторых заводах применяют «теплое» замачивание ячменя (при 18°С и выше), что способствует интенсификации процесса. Но такое замачивание возможно лишь при использовании активных дезинфицирующих веществ и сильной аэрации зерна.
На скорость замачивания влияет также размер зерна. Крупное зерно замачивается дольше. Например, продолжительность замачивания ячменя толщиной 2,8 мм примерно на 1 сутки больше, чем ячменя толщиной 2,2 мм.
Только одинаковые по размеру зерна достигают при замачивании одинаковой влажности и равномерно развиваются при проращивании. Поэтому необходимо перед солодоращением разделять ячмень по размеру зерен на сорта.
Вода поглощается зерном неравномерно: в первые 25-30 ч замачивания влажность зерна увеличивается очень быстро (примерно на 1% за 1 ч) и достигает 35-40%, а за последующие 30-40 ч влажность повышается всего лишь на 4-5%.
На скорость замачивания влияет также солевой состав замочной воды. В мягкой воде ячмень замачивается быстрее, чем в жесткой, поэтому для замачивания зерна желательно использовать воду жесткостью до 3,5 ммоль/дм3.
Зерно должно замачиваться до оптимальной степени влажности, характерной, например, для естественного прорастания в почве (примерно 44-45%). При большем поглощении воды может разрушаться оболочка зерна, утрачивая свойства полупроницаемой мембраны, и в зерно начнут проникать из воды соли, что приведет к гибели зародыша.
Легкоразрыхляемые ячмени замачивают до влажности 43-44% в течение 46-48 ч и проращивают их по холодному режиму. Трудно-разрыхляемые ячмени замачивают до 46-47% за 56-62 ч.
В процессе замачивания в зерне происходит глубокая перестройка всего ферментативного комплекса, активирование ферментов, особенно амилолитических и протеолитических. Изменяется также состояние белковых веществ, в зерне уменьшается содержание нерастворимых соединений, а растворимых - увеличивается. Замачивание зерна можно считать первой стадией его проращивания.
§ 3. Оборудование для замачивания ячменя
Перед мойкой замочный аппарат освобождают от диоксида углерода, например, разбрызгиванием воды в течение получаса и дезинфицируют насыщенным раствором негашеной извести или 2%-ным раствором хлорной извести. В случае использования других антисептиков следует соблюдать рекомендации по его применению.
Мойка и дезинфекция зерна.Мойку зерна и замачивание осуществляют в открытых замочных аппаратах, оборудованных водяной и воздушной коммуникациями для подачи свежей воды и сжатого воздуха, устройствами для аэрации, перемешивания и перекачивания зерна.
Замочный аппарат (рис. 21) для солодовни периодического действия представляет собой цилиндрический сосуд с коническим дном. На поверхности конического днища укреплены кольцевые барботерные кольца 1, к которым по воздуховодам 4 подводится сжатый воздух под давлением до 0,3 МПа для перемешивания и мойки зерна. В центре укреплена труба 2 для перекачивания зерна вверх (работает как эрлифт - воздушный насос), снизу в расширенный конец этой трубы введена трубка 4 для подачи сжатого воздуха. На верхнем конце трубы 2 установлено сегнерово колесо 3 для равномерного распределения зерно-водной смеси по поверхности.
В нижней конической части аппарата имеется решетка 6 для задержания зерна при спуске воды через трубу 5.
На верхней кромке аппарата сделан вырез, через который сливается грязная вода с всплывшими легковесными зернами (сплавом).
При мойке зерно постепенно засыпают сверху в аппарат с водой. Снизу через решетку 6 подают воду, а через барботерные кольца пропускают сжатый воздух. Загрязненная вода, легковесные зерна и примеси вытесняются через верхний вырез в ловушку.
Центральная труба 2 предназначена для водо-воздушного перекачивания зерна снизу вверх. При подаче сжатого воздуха в ней образуется смесь воды, зерна и пузырьков воздуха, которая имеет почти в 2 раза меньшую плотность, чем окружающая трубу смесь воды и зерна. Поэтому такая зерно-водо-воздушная смесь легко поднимается вверх в сегнерово колесо, вращающееся вокруг своей оси, и равномерно распределяется по сечению аппарата.
Замоченное зерно спускают из аппарата по трубе 7, закрываемой задвижкой.
Вместимость и число замочных аппаратов определяются производительностью солодовни. Полная вместимость замочных аппаратов принимается из расчета 2,3-2,4 mj на 1 т сухого ячменя, так как при замачивании объем ячменя увеличивается примерно на 45%, кроме того, должен быть запас объема 5-10% для перекачивания.
При любом способе замачивания зерно должно быть предварительно промыто. Для этого чистый замочный аппарат на 1/3 объема заполняют водой и тонкой струей засыпают туда зерно, доливая аппарат водой с таким расчетом, чтобы уровень ее был выше зерна. Смесь воды и зерна при этом интенсивно перемешивают сжатым воздухом.
Первая вода предназначена для промывания зерна, в ней оно находится 1-1,5 ч. За это время всплывают легкое зерно и примеси, которые тут же удаляются. После этого ячмень моют вторично, вытесняя первую грязную воду чистой, подаваемой снизу. Промывание зерна в аппарате продолжается до тех пор, пока оно не станет чистым. Затем в воду в аппарате добавляют концентрированные растворы дезинфицирующих веществ и оставляют зерно на 2-3 ч. В зимнее время рекомендуется использовать замочную воду температурой 20-25°С.
При замачивании ячменя непрерывным током воды и воздуха дезинфицирующие вещества не применяют.
На 1 т зерна расходуется 300 г стандартной (содержащей 33% активного хлора) хлорной извести, 1,5-3 кг негашеной извести СаО, или из расчета на 1 м3 замочной воды 200-300 см3 концентрированной серной кислоты, 10-15 г КМпО, 300 см5 40%-ного раствора формалина.
Для дезинфекции применяют также 0,15%-ный раствор щелочи (NaOH). Это благоприятно отражается и на качестве замачивания, так как щелочная среда разрыхляет оболочку зерна, что способствует экстрагированию полифенольных и горьких веществ из оболочки зерна и улучшает вкус пива. При этом разрушаются и удаляются антоцианогены, являющиеся частью полифенольных веществ, и локализованные в клетках алейронового слоя красящие вещества. Поэтому замочная вода сильно окрашивается.
На крупных пивоваренных заводах мойку и дезинфекцию зерна проводят в дополнительно установленном моечном аппарате, который отличается от замочного отсутствием барботерных колец в конической части. Для основного замачивания чистое зерно перекачивают в другие замочные аппараты. Применение моечных аппаратов существенно упрощает процесс замачивания зерна и повышает качество солода.
Для того, чтобы обеспечить подачу зерна в замочные аппараты и выгрузку его из них самотеком, отделение для замачивания ячменя размещают между зернохранилищем и солодовней.
Способы замачивания ячменя
Замачивание промытого и продезинфицированного ячменя проводят воздушно-водяным способом, в непрерывном потоке воды и воздуха, оросительным и воздушно-оросительным способами при температуре не ниже 12°С и не выше 17°С.
При воздушно-водяном замачивании зерно попеременно находится то под водой (водяное замачивание), то без нее (воздушное замачивание). Такое чередование повторяется через каждые 3-6 ч.
Для поддержания аэробного дыхания через зерно каждый час в течение 10 мин продувают воздух независимо от того, находится ли оно под водой, или на воздухе. Через 8 ч зерно вместе с замочной водой перемешивают сжатым воздухом в течение 40 мин, перекачивая смесь через центральную трубу замочного аппарата. При замачивании ячменей с высоким содержанием белка (более 12,7%) температуру замочной воды не поднимают выше 11°С. Для зерна с низкой способностью прорастания длительность воздушных пауз увеличивают.
При проведении «теплого» замачивания (18°С) в аппарате чаще меняют воду и более интенсивно аэрируют зерно, так как дыхание зерна и развитие зародыша усиливаются и больше выделяется диоксида углерода. К моменту загрузки зерна из аппарата температура последней воды должна быть не выше 15°С и подают ее непрерывным потоком в течение 2 ч. При этом способе замачивания для дезинфекции в воду часто добавляют хлорную известь. Однако в конце замачивания ячмень следует обязательно отмывать от хлора, который придает пиву неприятный привкус.
Замачивание зерна в непрерывном потоке воды ивоздуха. При обычном способе замачивания растворенный в воде кислород потребляется ячменем в течение первых 15 мин, и периодическое продувание воздухом не обеспечивает равномерного дыхания зерна. Поэтому был разработан способ с непрерывной подачей в замочный аппарат с зерном предварительно насыщенной воздухом воды. По данному способу обеспечивается постоянное снабжение зерна аэрированной водой постоянной температуры, что создает условия для более быстрого прорастания зерна, которое начинается уже взамочном аппарате.
Для замачивания зерна в непрерывном потоке воды и воздуха на трубопроводе для воды монтируют смеситель воды и воздуха, куда подводят сжатый воздух. Для непрерывной подачи воды рядом устанавливают напорный бак. Воду, насыщенную воздухом, подают в аппарат снизу в таком количестве, чтобы на поверхности воды непрерывно проскакивали пузырьки воздуха. В этом случае зерно снабжается кислородом непрерывно. При работе по этому способу замачивание зерна происходит быстрее, чем при воздушно-водяном, и ускоряется процесс его проращивания.
По способу замачивания в непрерывном потоке воды, насыщенной воздухом, после наполнения аппарата водой и загрузки ячменя смесь перемешивают 5-10 мин воздухом, удаляют сплав, выдерживают в воде зерно в течение часа, повторяют перемешивание и удаление сплава, а затем устанавливают постоянный поток воды и воздуха.
При оросительном замачивании после мойки и удаления сплава поверхность зерна в замочном аппарате непрерывно орошается распыляемой водой, подаваемой через медленно вращающееся сегнерово колесо. Вода при распылении насыщается воздухом, проходит через слой зерна, увлекая с собой накопившийся диоксид углерода, и выводится снизу. Высота слоя зерна не выше 1 м. Зерно находится под водой первые 6-8 ч, остальное время вода поступает только через оросительное устройство.
При оросительном замачивании в высоких аппаратах зерно замачивается и прорастает неравномерно: в верхних слоях быстро, в нижних остается недомоченным. Поэтому оросительное замачивание лучше сочетать с аэрацией зерна снизу вверх.
Воздушно-оросительное замачивание является комбинированным способом, по которому зерно периодически орошается водой, а путем отсоса воздуха из межзернового пространства создаются стабильные условия аэробного дыхания зерна. Для этого над замочным аппаратом устанавливают сегнерово колесо или коллектор с форсунками для орошения водой поверхности зерна. Внизу аппарата в подситовом пространстве вварена труба, с помощью которой аппарат подключается к вакуум-насосу.
Этот способ замачивания осуществляется в следующем порядке: чисто вымытое зерно вначале оставляют под водой на 4 ч, воду спускают, в течение 18-20 ч орошают водой с периодическим аэрированием. Затем попеременно оставляют то под водой на 2-4 ч, то без воды на 12-20 ч с орошением. Зерно орошают в аппарате водой через форсунки или через сегнерово колесо в течение 15 мин, затем из нижней части аппарата вакуум-насосом отсасывают воздух в течение 15 мин и после этого создают продолжительную (1 ч) воздушную паузу, когда зерно находится в покое. В такой последовательности операции повторяются до достижения в зерне требуемой влажности. По этому способу зерно под водой находится в течение 30% всей продолжительности процесса замачивания, а 70% времени орошается и аэрируется.
Определение степени замачиваниязерна. Степень замачивания ячменя вычисляют по массе 1000 зерен, определяемой до замачивания и после него, предварительно установив влажность сухого зерна.
При органолепттеском определении степени замачивания готовое к соложению зерно сжимают большим и указательным пальцами вдоль длинной оси. При этом не должна чувствоваться жесткая структура зерна и должно быть слышно легкое потрескивание отделяющейся от эндосперма оболочки зерна.
На поперечном срезе ячменя в центре должно быть видно небольшое сухое белое пятнышко величиной с булавочную головку, а остальная масса эндосперма влажная, имеет желтоватый цвет.
Расход воды на мойку и дезинфекцию 1 т зерна составляет около 10 м3 воды, воздуха 140-160 м3.
Проращивание ячменя