Процессы, происходящие при замачивании

Во время замачивания ячмень должен поглощать воду, снабжаться кислородом и очищаться.

Водопоглощение

Прежде всего вода проникает в область зародыша зерна, а затем через боковые оболочки - в зерно. Водопоглощение зависит от длительности замачивания, температуры, размеров зерна, сорта ячменя, а также особенностей года его уборки.

Длительность замачивания

Водопоглощение сначала идет быстро, замедляясь со временем. При 10°С кривая замачивания имеет следующий вид (рис. 2.38).

Температура замачивания

Чем теплее вода для замачивания, тем быстрее она поглощается. Например, для достижения влажности в 42% требуется:

· при 5°С - 100 ч;

· при 10°С - 75 ч;

· при 15°С - 50 ч.

Размеры зерна

Мелкие зерна поглощают воду значительно быстрее, чем крупные. Так, при 88-часовом замачивании ячменные зерна достигают следующей влажности.

Размеры зерна, мм	Влажность, %
2,9	43,7
2,8	43,3
2,7	43,6
2,6	43,7
2,5	43,7
2,4	44,7
2,3	45,6
2,2	48,9
2,1	47,8
2,0	49,0

Чтобы исключить неравномерный рост и с ним - снижение качества, полученный ячмень сортируют на I и II сорта + отходы.

Сорт ячменя и год уборки

Не меньшее влияние на водопоглощение ячменного зерна имеют сорт ячменя и год его уборки. Ячмень, собранный вдали от моря, набухает и прорастает быстрее, чем ячмень из приморских областей.

При анализе водопоглощения следует иметь в виду, что некоторые сорта ячменя более чувствительны к воде, чем другие.

Под водочувствительностью понимают явление, при котором энергия прорастаниясильно уменьшается при превышении уровня влажности зерна, требуемого для прорастания.Водочувствительность зависит от свойств мякинной оболочки зерна и исчезает с появлением корешка зародыша (или при снятии оболочки зерна). Поэтому целесообразно подождать до начала проклевывания зерна при влажности 37-40%, а затем поднять влажность до значения, предусмотренного технологией.

Водопоглощение зависит не только от различных физических свойств ячменя (влажности, массы 1000 зерен, содержания белка), но и от ряда физиологических свойств.С возрастающей продолжительностью процесса замачивания эти физиологические свойства все сильнее влияют на характер водопоглощения.

Вода поступает в основном в зародыш зерна, то есть в его главную часть, и оттуда проникает внутрь зерна (в эндосперм). Далее в ходе замачивания, особенно в его второй и третьей фазе, заметны различия в распределении влаги, зависящие от сорта и условий окружающей среды. При этом видно, что высокое водопоглощение не равнозначно быстрому и равномерному увлажнению мучнистого тела, так как распределение поглощенной воды очень неравномерно.

В целом при водопоглощении у ячменя следует различать два основных типа:

a) сорта ячменя с сильным ростом корешка и интенсивным прорастанием. Такой ячмень характеризуется высоким водопоглощением, но медленным распределением влаги, так что увеличение содержания влаги в эндосперме происходит замедленно (рис. 2.38а);

b) сорта ячменя с низкой интенсивностью прорастания и слабым ростом корешка. Такой ячмень характеризуется низким водопоглощением, но быстрым поступлением влаги в эндосперм (рис. 2.38, б), так что влажность эндосперма быстро возрастает.

Различное поведение в процессе замачивания требует также различной обработки ячменя при замачивании, чтобы добиться оптимального водопоглощения и распределения влаги.

a) жизнеспособные, интенсивно прорастающие сорта ячменя:

· интенсивное водопоглощение при замачивании путем замачивания в потоке и орошения водой в процессе проращивания;

b) менее активные сорта ячменя:

· при замачивании очень важно обеспечить достаточное снабжение кислородом;

· следует применять способы замачивания с длительными воздушными паузами.

Влажность замачиваемого ячменя называется степенью замачивания, которая приводится в процентах. Обычно считают, что у ячменей для светлого солода (Пилзнер) степень замачивания 42-44%, для темного солода степень замачивания 44-47%.

Если степень замачивания повышать постепенно, то для светлого солода можно увеличивать влажность до 48%, у определенных сортов ячменя такое повышение даже необходимо. Благодаря этому сокращается время проращивания и явно снижаются потери при солодоращении.

Большое значение имеет степень замачивания для ведения проращивания, поскольку она существенно влияет на образование ферментов, а также на процессы роста и обмена веществ.

Определение степени замачивания можно производить:

· с помощью специального сетчатого стакана (стакана Бернрейтера);

· путем определения массы 1000 зерен;

· прямым измерением влажности и

· практическим примером.

Сетчатый стаканпредставляет собой небольшой металлический цилиндр с отверстиями и длинной ручкой. Сначала определяют влажность сухого ячменя, затем отвешивают 100 г ячменя и помещают их в цилиндр. Прибор с ячменем опускают в замочный чан и держат там вместе с замачиваемым ячменем. В конце замачивания ячмень извлекают из цилиндра, осушают тканью и взвешивают. По увеличению массы можно рассчитать степень замачивания.

Пример

Было взвешено 100 г ячменя влажностью 16,0%. После замачивания ячмень весит 150 г. Какова степень замачивания?

В 100 г ячменя содержалось 16 г воды. 150 г замоченного ячменя содержит

16 г +50 г = 66 г воды.

Следовательно, 100 г замоченного ячменя удерживают 44 г воды, и

Прямое определение влажностив лаборатории.

Замоченный материал внешне обсушивают и точно взвешивают. Это количество подсушивают, часть его измельчают, в сушильном шкафу полностью досушивают и снова определяют влажность. Полученную потерю воды пересчитывают на общее количество.

Практический прием определения степени замачивания.Чтобы получить ориентировочное представление о полном замачивании, зерно сдавливают с концов между большим и указательным пальцами. Хорошо замоченное зерно должно сгибаться, но не раскалываться. При этом должно быть слышно характерное потрескивание.

При поглощении влаги ячмень увеличивает свой объем на 40-45%, и это следует учитывать при замачивании. На 100 кг ячменя необходимо примерно 2,3 гл объема замочного чана.

Снабжение кислородом

При сильном водопоглощении начинается интенсивное дыхание с одновременным увеличением потребности ячменя в кислороде. Если ячмень не аэрировать но возникает анаэробное дыхание, которое в результате может принести к гибели зapoдыша (так называемое «перемоченное зерно»).

Достаточное снабжение замачиваемого ячменя кислородом является основной предпосылкой для быстрого развития и безупречного хода проращивания.

Замочная вода содержит растворенный кислород, который быстро потребляется. Хотя длительное время делались попытки повысить содержание кислорода в замочной воде путем частого покачивания через нее воздуха, этот способ не дал желаемого результата.

В настоящее время замачивание водой снижают до минимума и как можно чаще и дольше продувают ячмень воздухом (так называемое «воздушное замачивание»). Так как образующаяся двуокись углерода опускается вниз, ее следует удалять. Эффект аэрации повышают путем орошения или промывания ячменя, не прерывая процесс поглощения влаги.

Очистка

Хотя ячмень уже предварительно обеспыливался, на него все равно прилипает определенное количество пыли. При замачивании очистку производят соударением зерен об отражательные щитки, перекачкой и использованием других механических процессов, а также путем растворения различных химических соединений в замочной воде.

У первой замочной воды видно и ощущается по запаху, как определенное количество грязи переходит с поверхности ячменя в раствор. Это относится и к дубильным и горьким веществам, кремниевой кислоте и белковым веществам оболочек, что существенно, так как данные вещества могли бы ухудшить вкус пива и привести к его помутнению.

Замочные чаны

Последние десятилетия замачивание осуществляют в основном в цилиндроконических емкостях. Изготавливают их из стального листа, а в последнее время - из нержавеющей стали. Такая форма емкостей выбрана для обеспечения полного опорожнения замочки в ящик.

Как правило, замочное отделение размещают над помещением для проращивания. В старых замочных цехах до сих пор существуют традиционные конструкции замочных чанов (рис. 2.39), когда два замочных чана размещаются друг под другом, и замачиваемый ячмень через них проходит последовательно.

Подобная форма замочного чана себя оправдывает, но проблемы возникают для части ячменя, находящегося в нижней части воронки. С поглощением воды усиливаются жизненные процессы, в частности дыхание. Для зерна, находящегося в нижней части воронки, это означает, что после ухода из нее воды она продолжает еще поступать вниз из верхних слоев зерна, тогда как зерно вверху уже аэрируется. С развитием дыхания образующаяся двуокись углерода опускается в нижнюю часть воронки и затрудняет дыхание находящегося там зерна. Если ничего не предпринимать, то может получиться неравномерно развивающийся солод.

Со временем была предложена (впервые - Вильдом (Wild)) замочная емкость с центральной вертикальной трубой,через которую в первый день замачивания ячмень перекачивался внутри емкости («предварительное замачивание по Вильну») (рис. 2.40).

Благодаря этому исключается невыгодное положение зерна в воронке и достигается равномерное снабжение его водой, а также аэрация всего зерна в чане. Такая конструкция чана используется и в настоящее время, но вместо прежнего механического перемещения ячменя через центральную трубу используется более бережная его перекачка сжатым воздухом.

Если не используется чан с воронкой, то в настоящее время большей частью применяют чаны, в которых сжатый воздух вдувается через форсунки,что гарантирует обеспечение ячменя воздухом и во время водопоглощения. Если замоченный ячмень транспортируется далее механическими средствами («сухая выгрузка»), то в конце выпуск должен быть под более острым углом (около 60°), чем при последующем гидравлическом транспортировании (около 90°, «мокрая выгрузка»).

В последнее время разработан тип замочного чана с плоским дном.Такие чаны могут применяться самостоятельно иди в качестве второго чана в комбинации с цилиндроконическим чаном (рис. 2.41).

Подобный замочный чан представляет собой цилиндрическую емкость с плоским дном, на ситовом днище которого из нержавеющей стали, имеющем 24-32%-ную щелевую проходную поверхность, размещается ячмень. Распределение ячменя и выгрузка уже наклюнувшегося материала осуществляется с помощью многорукавного радиального разгрузочной механизма, который при необходимости может подниматься или опускаться. Находящиеся на нем «весла» могут перемещать материал либо к середине или на края, либо разравнивать его (рис. 2.42).

Для аэрации замачиваемого материала под ситовым днищем имеются форсунки сжатого воздуха. Для промывки пространства под ситовым днищем размещены водяные форсунки. Благодаря размещению материала равномерным слоем в замочном чане возможно добиться быстрого и равномерного его прорастания.

Чаны с плоским днищем требуют несколько большего расхода воды, чем чаны с воронкой, так как пространство под ситовым дном нельзя уменьшить. Чтобы, несмотря на: это экономить воду, на некоторых солодовенных заводах применяют специальное устройство для поддержания над ячменем пониженного уровня воды.

В замочных чанах с плоским дном уже нет той части зерна, которая в замочных чанах с воронкой оказывается в невыгодном положении.

Еще одну возможность дают шнеки для замачивания,которые могут применяться для мойки, а также для предварительного и основного замачивания ячменя (рис. 2.43).

Ячмень подастся в заполненный водой желоб и медленно перемещается из воды наклонно установленным шнеком. При этом ячмень естественно насыщается водой. Сплав удаляется через предварительно установленное устройство.

Особенно интенсивно процесс мойки протекает в замочном барабане (рис. 2.43а и 2.43б).

Во вращающемся барабане ячмень в течение 30-45 мин заливается водой при 25°С. при этом продвигаясь вверх с помощью подъемных корзин, расположенных внутри корпуса. Хороший эффект промывки барабаном сказывается прежде всего на удалении с поверхности зерен спор плесневых грибов («антигашинговый барабан»). Замочный барабан способствует также ускоренному водопоглощению ячменя до 27-30% влажности.

На рис. 2.44 приведен разрез современного цеха для замачивания.

Используются также и другие варианты размещения.

Для сравнения:

Конусные замочные чаны

Используемые размеры - на 50-60 т ячменя, для увеличения суточной выработки используют несколько чанов, работающих параллельно. Расход воды - 4-6 м³ на тонну ячменя.

Чаны с плоским дном

Рассчитаны на загрузку больших партий и обеспечивают равномерную переработку продукта. К их недостаткам относят:

· увеличение затрат на устройство решетчатого настила, погрузочной и разгрузочной машины;

· увеличение водопотребления - до 5-7 м³ на тонну ячменя - из-за неиспользуемого пространства под решеткой;

· необходимость ручной очистки пространства под решеткой.

Замочные барабаны

Особенно хороши для первой фазы замачивания в комбинации с последующим замачиванием в непрерывном токе воды и воздуха или с воздушно-оросительным замачиванием. Водопотребление в них невелико, от 0,6 до 0,8 м³ на тонну ячменя.

Объем чана с воронкойвычисляют как сумму объемов цилиндра и конуса с одинаковыми диаметрами основания. Объем плоского чана вычисляют как объем цилиндра.

Пример

Диаметр чана составляет 4,90 м. Высота цилиндрической части 1,9 м, конической - 2,40 м. Каков объем чана с воронкой?

а) Объем цилиндрической части:

б) Объем конической части:

в) Объем замочного чана с воронкой:

Чан имеет объем 50,9 м³.

Задание

Определить, сколько ячменя можно поместить в этом чане?

Мы исходим из средней массы 1 гл ячменя, составляющего около 70 кг (см. раздел 1.1.5.2.3). При замачивании объем ячменя возрастет из-за водопоглощения примерно на 40%, и поэтому 1,40 гл замоченного ячменя будет равно 70 кг незамеченного ячменя:

1,40 гл = 70 кг.

Итак, в этом чане можно замочить примерно 25 т ячменя.

В настоящее время замочные чаны изготавливают для загрузки 75 т ячменя. В общем случае считают, что на одну тонну ячменя требуется 2,4 м³ объема чана (включая пространство для его подъема при аэрации).

Проведение замачивания

Выше уже было показано, что на первой фазе замачивания водопоглощение очень велико, а затем оно снижается. С другой стороны, жизнедеятельность зерна к началу замачивания еще относительно низка, а затем скачкообразно растет (особенно дыхание).

Это означает, что лишь в первые часы можно без особых забот держать ячмень под водой, а затем следует заботиться о подводе воздуха и отводе СО₂.

Замачивание осуществляют так, чтобы чан был заполнен водой, затем ячмень подается через отражательные щитки. Небольшая часть замачиваемого зерна не погружается под воду, несмотря на движение. Это мертвые зерна, которые собираются в переливе и затем реализуются как менее ценный корм. Эта часть, так называемый сплав,относительно невелика (от 0,1 до 0,2%).

Первая замочная вода всегда довольно сильно загрязнена, и поэтому ее следует быстро заменить. С другой стороны, важно экономить воду из-за ее высокой стоимости.

Поэтому некоторые солодовенные заводы удалением сплава пренебрегают, предполагая, что эти пустые зерна, не представляющие особой ценности даже как корм, в значительной мере уже удалены на рассеве в процессе очистки ячменя.

В замочном отделении потребляется около 90% всей воды, необходимой для работы солодовни. Считается, что в зависимости от способа замачивания потребность в воде составляет от 4 до максимум 7 м³. При повторном использовании воды эту потребность можно снизить до 3,5 м³, но 0,94 м³ на 1 т ячменя уходит только на то, чтобы поднять влажность с 12 до 45-46%. Дальнейшее снижение потребности в воде ниже указанной величины невозможно потому, что вода требуется еще и для промывки ячменя.

В этой связи возрастает значение сухой предварительной очистки ячменя с помощью полировочной машины. Таким образом, количество промывочной воды (от 3 до 3,5 м³/т) можно сократить и уменьшить плату за промышленные стоки. Данные по среднему загрязнению стоков солодовни составляют:

· от 2,9 до 4,5 кг БПК5 /т готового солода или, соответственно;

· от 3,4 до 7,95 кг ХПК /т готового солода.

Экономия воды достигается прежде всего повторным применением замочной воды.

Уже использованная вода должна применяться для замачивания следующей партии зерна. При этом стараются удалить не только загрязнения на поверхности зерен, но прежде всего - бактерии и плесневые грибы, которые в некоторых странах устраняют с помощью хлопьеобразующих средств - флокулянтов, таких как сульфат алюминия, полиакриламид или формальдегид (формалин). В Германии подобные методы запрещены согласно Закону о чистоте пивоварения.

С учетом вышеизложенного имеется большой спрос на недорогие методы оборотной водоподготовки, помогающие снижать стоимость воды и стоков.

В ряде новых исследований было показано, что при повторном применении уже использованной замочной воды количество микроорганизмов существенно возрастает, однако их состав сильно изменяется в положительную сторону. Грибок фузариум образующий микотоксин, вытесняется значительным ростом плесневых грибов рода Geotrichum или Aureobasidium (а также в связи с добавкой стартовой культуры). В готовом солоде исследователи смогли обнаружить лишь очень небольшое количество микроорганизмов.

Повторное применение замочной воды приводит поэтому не только к уменьшению удельного количества стоков, но при прочих равных условиях действует оздоравливающе (в микробиологическом смысле) на конечной продукт - солод.

Через 4, максимум 6 часов первую замочную воду спускают, а ячмень обильно аэрируют. Затем он продолжает впитывать воду со своей поверхности, и влажность, называемая степенью замачивания, продолжает повышаться. Образующийся СО₂ отводят в течение 10-15 мин каждый час, чтобы в прорастающем ячмене могли полностью продолжаться жизненные процессы. Подобная смена водяной и воздушной паузы к настоящему времени изменилась настолько, что сегодня почти 80% времени замачивания составляет воздушная пауза.

При таком способе замачивания пребывание ячменя в замочном чане можно сократить до 1-1,5 суток, так как водопоглощение продолжается на месте проращивания. В принципе оба этих процесса отделить друг от друга не представляется возможным.

Однако чтобы получить требуемую степень замачивания (44-47%), водопоглощение в замочном чане следует довести примерно до 36-38%. Как правило, это достигается путем двукратной водяной паузы по 4 часа каждое в течение суток.

Пример

Рабочий этап	Продолжительность	Повышение влажности
Водяная пауза	Начало	4 часа	От 14 до 30%
при этом аэрация	2-й + 3-й час	По 15 мин
Затем воздушная пауза	4-й час	20 часов	От 30 до 34%
водяная пауза	24-й час	3 часа	От 34 до 38%
при этом аэрация	Каждый час	По 15 мин

В заключение ячмень выгружают и разбрызгивают еще необходимую воду в отделении проращивания.

Нет необходимости обязательно придерживаться 24-часового ритма. Значительно важнее уметь «подстроиться» к условиям роста ячменя и его превращений, так что ритм может быть совершенно другим. Естественно, что это требует от обслуживающего персонала определенной гибкости.

При таком интенсивном снабжении ячменя кислородом и водой следует иметь в виду, что уже в конце замачивания происходит равномерное наклевывание ячменя.

Замачивание завершается:

· мокрым замачиванием под водой;

· воздушной паузой.

Проращивание ячменя

При проращивании из зерна возникает новое растение. Для его формирования ячмень нуждается в большом количестве энергии и «строительных материалов», которые он добывает с помощью дыхания и других жизненных процессов. Прежде чем молодое растение будет в состоянии взаимодействовать с окружающей средой и самостоятельно производить крахмал через ассимиляцию, оно должно использовать свои резервные вещества, содержащиеся в мучнистом теле.

Вещества мучнистого тела перед началом процесса солодоращения находятся в стабильной высокомолекулярной форме. Поскольку транспортируются они с помощью воды, то эти вещества должны быть «развалены» в низкомолекулярные продукты. Их расщепление происходит при помощи ферментов, образующихся во время проращивания.

Главная цель солодорашения - образование ферментов. Эти ферменты безусловно необходимы для расщепления веществ при затирании. Во избежание потерь веществ при солодоращении процессы ферментативного расщепления следует тормозить.

В настоящее время проращивание осуществляют в пневматических установках и очень редко - на токах.