Классификация ферментов

Классификация ферментов базируется на типичных реакциях, которые они катализируют. В соответствии с этим все ферменты разделяют на следующие шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы.

Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Из этих ферментов большую роль играют дегидрогеназы, катализирующие реакции дегидрирования – отнятия и присоединения водорода в различных органических соединениях. Это двухкомпонентные ферменты, в которых коферментом чаще являются пиридиннуклеотиды и флавиновые соединения.

Из пиридиннуклеотидов в анаэробных дегидрогеназах содержатся никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ) и соответственно их восстановленные формы НАДН2 и НАДФН2. Окисленные и восстановленные формы обоих коферментов могут взаимно превращаться одна в другую и служить как донорами, так и акцепторами водорода. В этих дегидрогеназах акцептором водорода могут быть не только другой кофермент, но и хиноноподобные соединения.

В аэробных дегидрогеназах коферментом являются флавиновые нуклеотиды – флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД), способные отнимать и передавать водород кислороду воздуха, фенолоксидазной и цитохромной системам. Некоторые флавопротеиды содержат ионы железа, меди, молибдена и других металлов.

Аэробные дегидрогеназы, для которых единственным акцептором водорода служит молекулярный кислород, называются оксидазами. Отнимая водород от окисляемого субстрата и передавая его кислороду воздуха, оксидазы могут образовывать воду или перекись кислорода. Из оксидаз важную роль играют полифенолоксидаза и глюкозооксидаза, окисляющие соответственно полифенольные соединения (например, пирокатехин в хинон) и глюкозу в глюконовую кислоту.

Лишь немногие дегидрогеназы способны передавать водород непосредственно кислороду воздуха. Роль посредника выполняет цитохромная система, с помощью которой и завершается биологическое окисление.

К оксидоредуктазам относятся также пероксидаза и каталаза. Первая катализирует окисление органических соединений пероксидом водорода или органическими пероксидами, вторая – разложение пероксида водорода на воду и молекулярный кислород. Оба фермента двухкомпонентны, активной группой в них является гематин, содержащий трехвалентное железо.

Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос отдельных радикалов, частей молекул и даже целых молекул от одних соединений к другим. Они участвуют в многочисленных реакциях обмена веществ.

Гидролазы – ферменты, катализирующие процессы как катаболизма, так и анаболизма. В первом случае процесс сопровождается присоединением воды, во втором – ее выделением. Гидролазы – однокомпонентные ферменты.

Эстеразы – ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров, например жиров (липазы), сложных эфиров фосфорной кислоты (фосфатазы), нуклеотидов (нуклеотидазы) и др.

Карбогидразы – ферменты, катализирующие гидролиз и синтез гликозидов и сахаридов. Действие карбогидраз направлено на связь -С-О-С- Карбогидразы разделяются на олигазы и полиазы. Так как под действием декстриназы эта связь нарушается с освобождением фосфорной кислоты, то логично было заключить, что фермент является фосфатазой. В зерновом крахмале фосфор химически не связан с ним, однако этот фермент катализирует разрыв α-1,6-глюкозидных связей и относится к типу карбогидраз.

Из ферментов микробного происхождения, катализирующих разрыв α-1,6-глюкозидных связей в крахмале, известны пуллуланаза, обнаруженная в бактериях Aerobacter aerogenes. При добавлении его к ферментам солода крахмал полностью гидролизуется.

Глюкоамилаза, содержащаяся в плесневых грибах, катализирует разрыв α-1,4- и α-1,6-глюкозидных связей в крахмале, панозе, изомальтозе и связей α-1,3 в нигерозе. При катализе этим ферментом от нередуцирующих концов амилозы и амилопектина последовательно отщепляются остатки глюкозы, являющейся конечным продуктом гидролиза.

Целлюлаза и гемицеллюлазы катализируют гидролиз соответственно целлюлозы и гемицеллюлоз до декстринов и олигосахаридов. Пектиназа катализирует гидролиз пектиновых веществ. Пектиназа – собирательное название группы ферментов, основными из которых являются три: пектинэстераза, катализирующая разрыв сложных эфирных связей в пектине; полигалактуроназа, катализирующая разрыв галактуронидных связей в пектине и других полигалактуронидах; пектинлиаза, катализирующая разрыв галактуронидных связей путем трансилиминирования. Таким образом, из пектиназ только полигалактуроназа, и то условно, может быть отнесена к карбогйдразам.

Протеазы (пептидгидролазы) катализируют гидролитическое расщепление белков и полипептидов, т.е. разрыв связи -СО-NH-. Обычно протеазы разделяют на протеиназы и пептидазы, из которых первые катализируют расщепление белков, вторые – расщепление полипептидов и дипептидов. Однако такие протеиназы, как папаин и некоторые другие, гидролизуют пептидные связи не только в белках, но и в различных пептидах.

Амидазы катализируют гидролиз амидов: уреаза – мочевину до аммиака, углекислоты и воды; аспарагиназа и глютаминаза – аспарагин и глютамин до аммиака и соответствующей аминокислоты.

Лиазы являются катализаторами отщепления от субстратов негидролитическим путем определенных групп с образованием двойной связи или с присоединением группы к двойной связи. Одни из них катализируют отщепление воды, другие – углекислоты или аммиака. Фермент альдолаза катализирует расщепление фруктозодифосфата на две молекулы фосфотриоз. Многие из них принимают участие в реакциях цикла Кребса.

Изомеразы служат катализаторами изомеризации различных органических соединений и играют важную роль в обмене веществ.

Лигазы (синтазы) катализируют соединение двух молекул, сопровождающееся расщеплением пирофосфатной связи в АТФ или в другом нуклеозидтрифосфате.

Аппаратурно-технологическая схема производства солода. Цели замачивания и проращивания зерна. Особенности технологических параметров при производстве солодов различных зерновых культур. Сравнительная характеристика способов замачивания и солодоращения, пути интенсификации процессов. Характеристика ферментативного комплекса солода. Приготовление солодового молока, перспективные технологии. Технологические потери при солодоращении и пути их снижения.

Получение солода

Ячмень, овес, рожь предварительно замачивают в воде в замочных чанах воздушно-водяным способом при температуре 18-20°С. При первом замачивании удаляют всплывшие примеси и зерно промывают водой, поступающей снизу в замочный чан. В процессе замачивания зерно 3-4 ч. находится в воде и 2-3 ч. без воды. Когда влажность зерна достигнет 38-40%, процесс прекращают. Дезинфекцию зерна проводят при втором замачивании, для чего добавляют в воду хлорную известь из расчета 300-400 г. на 1 т зерна.

Замоченное зерно укладывают для проращивания на току в вороха высотой 0,6-0,7 м. После повышения температуры до 23-24°С зерно перелопачивают и раскидывают в грядки высотой 0,4 м. Перелопачивание проводят не менее 2-3 раз в сутки, поддерживая температуру зерна в первые 2 сут. на уровне 19-20°С, к концу солодоращения – 13-14ºС.

Продолжительность ращения (с момента укладки зерна в грядку) для ячменного и овсяного солодов составляет 10-12 сут., ржаного – 7-8 и просяного – 5-6 сут.

В летний период допускается повышение температуры к концу процесса до 16-17°С, при этом срок выращивания ячменного и овсяного солодов сокращается до 7-8 сут. При этом режиме для осахаривания должна обязательно применяться смесь из трех солодов (ячмень или рожь, овес, просо).

Для предотвращения уменьшения влажности перед перелопачиванием зерно поливают водой, прекращая поливку за сутки до поступления солода в производство.

Влажность готового солода должна составлять (в %): ячменного и овсяного – 44-45, ржаного – 40-41.

Просо замачивают воздушно-водяным способом при температуре смеси зерна и воды 25-30°С, причем воду подогревают до поступления в замочный чан. Через 2 ч. удаляют всплывшие примеси и зерно промывают водой температурой 25-30°С. После промывки зерно остается в воде. Длительность первого замачивания 4 ч. Затем зерно оставляют без воды на 4-6 ч., замачивают в течение 6 ч. при температуре 25-35°С и выгружают на ток. После замачивания просо должно иметь влажность 35-38%.

Замоченное зерно укладывают слоем высотой 0,7-1,0 м в деревянный разборный ящик, не допуская понижения температуры ниже 25°С, для чего в случае необходимости просо поливают теплой водой.

В ящике просо выдерживают до тех пор, пока температура не поднимется до 30-35°С. Затем ящик разбирают и зерно складывают в грядку высотой 0,40 м. В течение первых 2 сут. в грядке поддерживают температуру 26-30°С. На 3-й и последующие сутки температуру в грядке необходимо снизить до 25-26°С, уменьшив высоту грядки путем перелопачивания до 0,15-0,20 м. Перед перелопачиванием просяной солод поливают водой, прекращая поливку за 12 ч. до поступления его в производство. Влажность готового просяного солода должна быть 40-42%.

При выращивании солода на пневматической солодовне зерно замачивают таким же способом, как и при солодоращении на току. По окончании замачивания зерно с водой подают на сито пневматической солодовни. После отделения воды и согревания зерна до 23-24°С его распределяют на ситах равномерным слоем высотой 0,5-0,6 м. В процессе солодоращения высоту слоя постепенно увеличивают до 0,8-0,9 м к 5-6-м суткам.

Температурный режим выращивания солода в пневматической солодовне такой же, как и на токовой солодовне. Температура солода регулируется продуванием кондиционированного воздуха и во время проращивания поддерживается в следующих пределах:

Продолжительность солодоращения, сут.								8-10
Температура, ºС	19-20	19-20	18-19	17-18	16-17	15-16	14-15	13-14

Относительная влажность воздуха должна быть не ниже 95%, а температура на 4-5°С ниже заданной температуры ращения солода в продуваемой грядке.

Расход воздуха при солодоращении составляет 80-100 м³/ч на 1 м² площади сит. На 1 дал суточной производительности завода по спирту должно приходиться не менее 0,25 м² площади сит солодовни.

На пневматической солодовне типа «передвижная грядка» механическое ворошение производится с помощью шнекового или ковшового ворошителя. Это устройство представляет собой подвижную каретку с ковшовым конвейером, ширина которого равна ширине грядки. При движении ворошителя вдоль грядки ковши захватывают зерно и высыпают его через каретку назад. Ворошение зерна на передвижной грядке проводится от последнего отделения к первому, от готового солода к вновь загружаемому замоченному зерну. В процессе перекидывания солод аэрируется и охлаждается. За 25-30 мин. до начала каждого ворошения зерно поливают водой (температура воды 12-18°С, расход 2-3 дал на 1 т зерна).

В летний период во избежание образования плесени рекомендуется проращивать рожь в смеси с овсом или ячменем. При этом получается более рыхлая грядка, что замедляет самосогревание и предупреждает слеживание и уплотнение проращиваемого зерна. При таком способе рожь после замачивания смешивают с овсяным или ячменным солодом 2-3-суточного ращения, после чего культуры проращивают совместно.

В настоящее время на пневматических солодовнях выращивают также просяной солод, при этом соблюдают те же режимы, что и на токовой солодовне.

В некоторых случаях при отсутствии других культур зерна можно перерабатывать на солод пшеницу. Зерно замачивают воздушно-водяным способом при температуре смеси зерна и воды 13-15°С зимой и не выше 18-20°С летом. При необходимости воду перед ее подачей в замочный чан подогревают.

Влажность замоченного зерна должна быть 38-40%.

Перед выгрузкой зерно следует перемешать в замочном чане, так как пшеница плотно ложится в конусной части чана и может вызвать затруднения при ее спуске.

Замоченное зерно укладывают слоем высотой 0,6-0,7 м. При достижении температуры в ворохе 23-24°С зерно перелопачивают и укладывают в грядку высотой 0,40-0,50 м. Температура в грядках поддерживается в первые 2-3 сут. 20-22°С, на 4-5-е сутки – 18-20°С, на 6-е и последующие сутки роста 16-18°С и к концу снижается до 14°С.

Перед ворошением солод поливают водой с таким расчетом, чтобы в первые 5 сут. проращивания влажность его поддерживалась в пределах 46-48%. В последующие сутки количество воды для полива уменьшают с тем, чтобы влажность готового солода была 44-46%. Поливка солода прекращается за 24 ч. до поступления его в производство.

Для пшеницы с прорастаемостыо 92-95% продолжительность солодоращеиия составляет 8-10 сут. с момента выгрузки зерна из замочного чана.

Для интенсификации солодоращения применяют гибберелловую кислоту. При этом повышаются прорастаемость и ферментативная активность солода, а продолжительность солодоращения сокращается на 1-2 сут.

Для обработки солода применяют водно-спиртовой раствор гибберелловой кислоты, который готовится следующим образом: необходимое количество гибберелловой кислоты рассчитывают, исходя из содержания ее в используемом препарате и нормы расхода на 1 т солода. Расчетное количество гибберелловой кислоты взвешивают на аналитических весах, переносят без потерь в химический стакан и растворяют этиловым спиртом из расчета 20 мл на 1 г. гибберелловой кислоты. После полного растворения препарата содержимое переводят в мерную колбу на 1 л, доводят водой до метки и тщательно перемешивают. Этот раствор является основным, из него готовят рабочий раствор, применяемый для обработки солодового зерна. Не рекомендуется приготовленный раствор хранить более 24 ч. Для обработки солода этот раствор разводится в 8-10 л воды.

Для обработки ячменя, овса, ржи и пшеницы используется 0,0012%-ный, для проса – 0,0008%-ный раствор гибберелловой кислоты.

Если гибберелловая кислота применяется для полива солода в процессе выращивания, норма ее расхода на 1 т солодового зерна составляет (в мг): для ячменя, ржи, пшеницы, овса – 600; для проса – 400 (в пересчете на 100%-ную гибберелловую кислоту).

Если гибберелловая кислота используется на стадии замачивания солодового зерна, то расход ее увеличивается и составляет на 1 т зерна (в мг): для ячменя, ржи, пшеницы и овса –800; для проса – 600 (в пересчете на 100%-ную гибберелловую кислоту).

Зерно обрабатывают рабочим раствором гибберелловой кислоты при оформлении грядки после согревания замоченного зерна, находящегося в ворохе на току или на ситах пневматической солодовни. Кислоту можно добавлять и непосредственно в замочный чан перед выгрузкой зерна на ток.

При поливе раствор гибберелловой кислоты разбрызгивается на солодовое зерно в несколько приемов с помощью опрыскивателя, лейки или других устройств. При опрыскивании необходимо добиться тонкого распыления раствора и равномерного смачивания всей массы зерна. Рекомендуется первоначально смочить весь ворох приблизительно половиной рабочего раствора, а затем перелопатить его, одновременно поливая оставшимся количеством раствора. На токовой солодовне раскиданный ворох опрыскивается один раз, после чего перелопачивается.

При использовании ячменя, ржи, овса и пшеницы температура в ворохе составляет 24-25°С, в грядках в первые 2-3 сут. роста – 22-24°С, к концу проращивания понижается до 17-20°С. Соответственно при проращивании проса температура в ворохе достигает 30°С, в первые 2 сут. – 25-30°С и в остальные дни – 22-24°С.

Ворошение грядки на пневматической солодовне производится 1 раз в смену, для аэрирования используется кондиционированный воздух с относительной влажностью не менее 95%.

На токовой солодовне перелопачивание производится не менее 3 раз в сутки с обязательным предварительным поливом солода водой из разбрызгивателя.

При выращивании солода, обработанного гибберелловой кислотой, непременным условием является поддержание повышенной влажности при замачивании зерна и в первые 2 сут. его роста. При недостаточном увлажнении в первые сутки роста действие гибберелловой кислоты замедляется. Влажность зерна после замачивания должна быть не менее 40%.

В течение первых 2-3 сут. проращивания в пневматической или на токовой солодовнях влажность ячменного и овсяного солодов должна быть 50-52%, пшеничного – 48-50, ржаного – 46-48 и просяного – 43-44%. В последующие дни количество воды для полива уменьшается с таким расчетом, чтобы влажность готового ячменного и овсяного солодов составляла 46-48%, ржаного и пшеничного – 46-48 и просяного – 42-44%.

Полив солода водой прекращают в пневматической солодовне за 16, на токовой – за 24 ч. до поступления ячменного, овсяного, ржаного и пшеничного солодов в производство и за 12 ч. – для просяного.

Температурный режим при выращивании солода, обработанного гибберелловой кислотой, сохраняется неизменным для просяного солода и повышается на 1-2°С в первые 3 дня для всех остальных солодов.

Продолжительность солодоращения при обработке зерна гибберелловой кислотой составляет (в сут.): для ячменного и овсяного – 8-9; пшеничного – 7-8; ржаного – 5-6; просяного – 4-5.

Замачивание зерна

Основная цель замачивания – увлажнить зерно; дополнительная – отмыть от остатков пыли, удалить, легкие зерновые и незерновые примеси и подавить микроорганизмы. Замачивание ведут воздушно-водяным способом, чередуя насыщение зерна водой и аэрацию.

Во время замачивания протекают физико-химические и биохимические процессы, приводящие к глубоким изменениям в зерне.

Физико-химические процессы

Зерно прорастает нормально при влажности 40-46%. При меньшей влажности ростки быстро увядают, накапливается мало ферментов, эндосперм плохо и неравномерно растворяется. Переувлажненное зерно долго не начинает прорастать, а затем быстро трогается в рост с большим выделением тепла. Замачивание обычно заканчивают по достижении 38-40%-ной влажности, но обильно орошают зерно водой во время проращивания.

Вода поступает в зерно через плодовую и семенную оболочки, обладающие иолупроницаемостью. Поэтому в процессе замачивания главную роль играют ультрафильтрация и осмодиффузия. Цветочная пленка (мякинная оболочка) в начале замачивания непроницаема, и вода впитывается по тонким капиллярам – трахеидам зародышевой части, не покрытой этой оболочкой. Сорбируясь крахмалом, белками и другими высокополимерами и растворяя минеральные вещества, через полупроницаемые стенки клеток зародыша и эндосперма вода проникает внутрь зерна. Со временем вследствие вымывания инкрустирующих веществ становится проницаемой и мякинная оболочка.

В нормально замоченном зерне ячменя влага распределена неравномерно. Наибольшая влажность (около 47%) в основании – в зоне расположения зародыша; в самом зародыше влажность еще выше (68-75%). Влажность в середине зерна 38%, в кончике 39%. Скорость замачивания зависит от структуры, величины зерна и температуры. Пленчатое, высокобелковистое и крупное зерно обычно увлажняется медленнее, чем голое, низкобелковистое и мелкое, хотя нередки исключения из этого правила. Зерно, выращенное в сухом жарком климате, впитывает влагу хуже зерна, выращенного во влажном умеренно теплом климате. С повышением температуры скорость замачивания возрастает.

Зерно большинства культур замачивают при температуре 18-20°С (смеси зерна и воды). Более высокая температура требует слишком частой смены воды, энергичного аэрирования, тщательно; го подавления микрофлоры, усложняет управление процессом. Исключение составляет просо, которое насыщается влагой труднее, поэтому температуру замачивания его поддерживают в пределах 25-30°С.

В воде с высокой жесткостью (14-15 мг-экв/л) и большой щелочностью замачивание замедляется. Такое же действие оказывают хлориды. Сульфаты, наоборот, ускоряют замачивание.

Во время замачивания зерно набухает, увеличиваясь в объеме, например, на 40-45% (ячмень). Из твердого и хрупкого оно становится мягким и эластичным.

Биохимические процессы

Увеличение влажности резко усиливает жизнедеятельность и в первую очередь дыхание зерна, сопровождающееся потребностью в кислороде. Вместе с тем запас кислорода в воде очень быстро истощается, например, при замачивании ячменя – за 60-80 мин., и обеспечение зерна кислородом затруднено. Проникновению кислорода в зерно через зародыш (в начале замачивания) препятствует щиток, а через оболочки впоследствии – большое количество воды в тканях. Диффузия кислорода в воде примерно в 10 000 раз медленнее, чем в газе, кроме того, растворимость его в воде в 40 раз меньше, чем диоксида углерода. Недостаток кислорода в процессе замачивания подтверждается и величиной дыхательного коэффициента, который выше единицы (около 1,07), а через 8 ч. от начала замочки равен 1,38, т.е. наблюдается уже анаэробное дыхание.

При кислородном голодании образуется этиловый спирт, вредна влияющий на жизнеспособность зародыша. В таких условиях частично нарушается структура тканей и зерно легко переувлажняется. Во время последующего проращивания требуются длительная перестройка типа дыхания, сжигание спирта и других метаболитов, на образование которых были затрачены углеводы. Отсюда следует, что с самого начала замачивания должны быть созданы условия для нормального дыхания зерна.

При замачивании зерна одновременно с усилением дыхания происходит глубокая перестройка всего ферментного комплекса.

Проращивание зерна

Солодоращение преследует следующие цели: накопление ферментов, растворение межклеточных пластинок и стенок клеток эндосперма, что необходимо для снабжения развивающегося зародыша питательными веществами и перехода ферментов в сусло.

Зерно проращивают в таких условиях, чтобы расход крахмала на дыхание и образование новых вегетативных органов был минимальным, при возможно меньшем обсеменении микроорганизмами, особенно кислотообразующими.

Морфологические и цитолитические изменения в зерне

При проращивании в зерне происходят процессы распада и синтеза. В эндосперме гидролизуются резервные вещества – крахмал, белки, а также пектиновые вещества, гемицеллюлозы, целлюлоза; образующиеся растворимые продукты, поступают через щиток в зародыш. В результате синтетических процессов из зародыша вырастают стебелек и корешки. У овса стебелек выходит наружу, корешки тоньше, но длиннее, чем у ячменя. У проса стебелек под мякинной оболочкой чуть заметен, корешок всего один, в 2-2,5 раза длиннее диаметра зерна. Рожь и пшеница не содержат цветочных пленок, и стебелек у них сразу пробивается наружу у края щитка.

Наряду с морфологическими происходят цитологические изменения – нарушение клеточной структуры (растворение) эндосперма. Зона растворения почти точно следует за длиной стебелька, поэтому по длине стебелька можно судить о готовности солода.

Биохимические изменения в зерне

Ферменты синтезируются в вегетативных частях растения, листьях и стеблях, и уже из них мигрируют в созревающее зерно. По исследованиям А.Н. Баха и А.И. Опарина, активность ферментов в зерне вначале увеличивается, достигает максимума в период молочной спелости, снижается в период восковой спелости и, наконец, во вполне созревшем зерне еле проявляется. При проращивании зерна активность ферментов вновь увеличивается, достигая даже значительно большей величины, чем в период молочной спелости.

Понижение активности амилаз при созревании зерна объясняется связыванием их с белками. В таком, зимогенном, состоянии амилазы нерастворимы и потому неактивны. Активность дх восстанавливается после воздействия протеаз, освобождающих амилазы из зимогена.

В созревающем зерне ячменя, ржи, пшеницы и овса присутствуют α- и β-амилазы, но в зрелом зерне обнаруживаются лишь следы β-амилазы. Заметное содержание свободной α-амилазы найдено в зерне ржи и овса. В пророщенном зерне всех этих культур содержание β-амилазы не превышает таковое при действии папаина на исходное зерно, т.е. β-амилаза накапливается в солоде в результате освобождения из зимогена. Полагают, что α-амилаза накапливается таким же путем и частично синтеризуется.

Величины АС и ДС достигают максимального значения на 10-е сутки, по другим данным, у ржи – на 7-8-е сутки. Декстринолитическая способность возрастает у овса на 10-12-е сутки, у проса – на 5-6-е сутки. Исходя из этого, устанавливают и продолжительность солодоращения.

В солоде амилолитические ферменты распределены неравномерно: в ячменном приблизительно 70% амилаз локализовано в нижней части эндосперма, прилегающей к щитку, в верхней части находится около 25%, в щитке 4%, в стебельке и корешках 1%.

Цитолитические ферменты в процессе проращивания зерна также активируются, и активность их возрастает до определенного времени, у ячменя – до 5-7 сут. Наибольшей активности цитазы соответствует переход твердого состояния мучнистого тела в рыхлое, когда эндосперм легко может быть растерт между пальцами.

Главная роль в растворении клеточных стенок принадлежит гемицеллюлазам и пектиназам. Основной составной частью гемицеллюлоз ячменя является β-глюкан, гидролиз которого катализируется эндо-β-глюканазой. Меньшая роль принадлежит арабинозидазе и ксиланазе.

В зерне злаков из протеиназ содержится фермент типа папаина, из пептидаз – аминопептидазы, карбоксипептидазы и дипептидазы.

В результате действия протеиназ из зимогена освобождаются амилазы, под действием пептидаз накапливаются аминокислоты, главным образом аспарагиновая и глютаминовая. Активность протеаз возрастает в процессе солодоращения симбатно увеличению активности амилаз.

Протеиназы ячменя, как и папаин, в зависимости от природы гидролизуемого белка могут проявлять свою активность при рН 3,8; 6,3 и 8,6, в соответствии с чем их подразделяют на кислые, нейтральные и щелочные. При солодоращении наибольшую каталитическую активность проявляют кислые протеиназы, активаторами которых служат сульфгидрильные соединения, содержащие группу -SH, цистин и восстановленный глютатион. В первые сутки проращивания зерна количество глютатиона значительно увеличивается, причем в зародыше более энергично, чем в эндосперме. В последующие сутки накопление глютатиона в зародыше происходит медленнее, но все время в зародыше его больше, чем в эндосперме.

Активность кислой протеиназы в продолжение солодоращения возрастает приблизительно в 40 раз. Пептидазная активность проявляется также сильно, но позже протеиназной.

К концу проращивания в зерне накапливаются довольно активные липаза и фосфатаза (фитаза, нуклеотидаза). Активность последней тем выше, чем ниже температура солодоращения.

По данным А.Н. Баха и А.И. Опарина, в зерне активность ферментов дыхания – оксидазы, пероксидазы и каталазы – выше активности гидролитических ферментов. Проращивание повышает активность обеих групп ферментов, но соотношение их активности резко изменяется в обратную сторону и тем сильнее, чем ниже температура. Поэтому в процессе солодоращения накапливается значительное количество гидролитических ферментов при сравнительно небольших тратах крахмала на дыхание.

В дореволюционной России готовили 16-суточный ячменный солод, в настоящее время в результате повышения температуры проращивания продолжительность сокращена до 10 сут. Этим достигается увеличение производительности солодовен в 1,6 раза при некотором проигрыше в тратах сбраживаемых углеводов на дыхание. Как правило, при низких температурах солодоращения получается солод с наибольшей амилолитической активностью при минимальных тратах сбраживаемых углеводов.

Изменения химического состава зерна

Несмотря на то что солодоращение протекает при сравнительно низких температурах, сильно отличающихся от оптимальных для действия ферментов, за время проращивания зерна происходят существенные изменения в его химическом составе.

Наибольшие изменения претерпевает крахмал – основной резервный углевод зерна. Приблизительно 20% от всего его количества гидролизуется: из них 8-9% расходуется на дыхание, 3-4% на построение стебелька и корешков и 8-10% остается в виде сахара, придающего солоду сладкий вкус.

Свободные сахара состоят главным образом из сахарозы, инвертного сахара и мальтозы. При температуре проращивания 15-16°С образуются преимущественно сахароза и продукты ее гидролиза, при температуре 20-23°С – мальтоза.

В нерастворенных гранулах крахмала при рассмотрении под микроскопом хорошо видны канальцы и повреждения поверхности, что является результатом действия амилаз. Размер гранул несколько уменьшается, повышается содержание амилозы, внешние цепи амилопектина укорачиваются. Температура клейстеризации возрастает приблизительно на 4°С, а вязкость клейстера, наоборот, понижается.

Токовое солодоращение

Током называется площадка для проращивания зерна, расположенная внутри здания. Он сделан следующим образом: на спланированный грунт уложен под трамбовку слой жирной глины толщиной около 30 см, на него – слой щебня или гравия толщиной 20-30 см, затем 8-10-сантиметровый слой тощего бетона и, наконец, 2-3-сантиметровый слой жирного бетона, который после затирки стальной лопаткой припудрен цементом. Чтобы вода не застаивалась, от середины к стенам току придан уклон, около 0,02°. Для сбора и удаления сточных вод у стен имеются неглубокие овальные канавки, а выводная труба снабжена гидравлическим затвором, как в ящичной солодовне. Поверхность тока поддерживают гладкой, без трещин и выбоин. Заменять бетон асфальтом не рекомендуется; асфальт имеет шероховатую поверхность и не впитывает влагу, в связи с чем нижние слои зерна переувлажняются.

Окна в солодовне небольшие, стекла матовые или покрытые мелом с добавлением ультрамарина.

В зимнее время требующаяся температура в солодовне поддерживается водяным отоплением, расположенным вдоль стен. В летнее время около стен устраивают завесы из распыленной воды. Для удаления тепла, диоксида углерода и водяных паров, выделяющихся при солодоращении, вверху и внизу стен имеются внутренние вентиляционные каналы, в которых возникает естественная тяга. Свежий воздух поступает по каналу в потолке.

На 1 м² полезной площади токовой солодовни размещается 15-17 кг зерна, т.е. на 1 т зерна требуется площадь 66-59 м². При выращивании солода в течение 6 сут. необходима площадь тока 0,65 м², в течение 10 сут. – 0,8 м² на 1 дал суточной мощности завода.

Проращивание ячменя, овса, ржи и пшеницы. Замоченное зерно складывают в виде вороха высотой 0,6-0,7 м. В ворохе зерно согревается и начинает энергично прорастать. По достижении температуры 19-20°С его перелопачивают и раскладывают в грядку («постель») трапецеидальной формы. Грядка должна быть ровной по всей площади, у основания – с небольшими валиками из зерна (чтобы оно в этих местах не так сильно охлаждалось).

При соложении на токах соблюдаются те же основные условия, что и в ящичных пневматических солодовнях, но достигается это только перелопачиванием и поливанием зерна водой. Во избежание частого перелопачивания грядку делают высотой не более 40 см.

В первые 3 сут. перелопачивание ведут следующим образом: берут зерно на лопату и перебрасывают на место новой грядки с таким расчетом, чтобы оно рассыпалось в воздухе и равномерно распределялось на току. Зерно с краев старой грядки перебрасывают в середину новой грядки; зерно, лежавшее внизу, должно попасть наверх. Поэтому сначала снимают верхний слой (приблизительно высоты грядки) и уже затем берут зерно с тока. С 4-5 сут. проращивания зерно лопатой забирают с основания и стряхивают обратно в грядку, затем перебрасывают в два приема в новую грядку. Необходимо, чтобы при перебрасывании зерно рассыпалось широким веером и каждое зерно пролетало отдельно.

Проведение перелопачивания требует хорошего навыка. О качестве перелопачивания судят по виду корешков. Так как при любом положении зерна корешки растут вниз, то чем чаще перелопачивают, тем чаще корешки меняют свое направление, тем они кудреватей. При каждом перелопачивании грядку «распускают» – размещают зерно на большей площади, уменьшая высоту грядки (с целью снижения температуры). Частота перелопачивания зависит от скорости повышения температуры в грядке. В первые 2 сут. температура повышается медленно, перелопачивание ведут через 8-12 ч.; на 3-4-е сутки температура нарастает быстро, перелопачивают зерно через 6-8 ч., в остальное время вследствие замедления выделения тепла достаточно перелопачивать через 10-12 ч.

Проращивание проса.

Режимы проращивания ячменя, овса, ржи и пшеницы в общем сходны; для них характерна относительно низкая температура. Просо проращивают при более, высокой температуре. Хотя содержание амилазы при этом будет меньше, накопится больше декстриназы, ради которой и применяется просяной солод. Зерно проса имеет малый угол естественного откоса, поэтому ворох получается очень низким, по краям зерно быстро охлаждается. В связи с этим просо складывают в деревянные разборные ящики высотой 0,7-1 м, не допуская падения температуры ниже 25°С. При необходимости просо поливают теплой водой. В ящике его держат до тех пор, пока температура не повысится до 33-35°С, на что требуется около 12 ч. Затем ящик разбирают и зерно складывают в грядку высотой до 40 см.

В течение первых 2 сут. поддерживают температуру 26-30°С. С 3 сут. постепенно уменьшают высоту грядки до 15-20 см и снижают температуру до 25-26°С. На каждый полив перед перелопачиванием расходуют 4-6 дал воды на 1 т зерна. Полив прекращают за 12 ч. до взятия солода в производство. Через 5-6 сут солод готов. Конечная влажность его должна быть 40-42%.

Биостимуляция процесса солодоращения

В последние годы в спиртовой промышленности для ускорения процесса солодоращения и повышения ферментативной активности солода нашли применение биостимуляторы, преимущественно гиббереллин. Расход гиббереллина составляет для ячменя, ржи и овса 600 мг, для проса – 400 мг 100%-ного препарата на 1 т солодуемого зерна.

Обрабатывают зерно водным раствором гиббереллина при оформлении грядки после согревания в ворохе. Рабочий раствор готовят из основного в емкости-дозаторе или прибавляют его в лейку. Количество воды должно быть достаточным для полива зерна. Если при спуске из замочного чана влажность зерна была 40%, для полива 1 т зерна ячменя, овса, ржи и пшеницы берут 6-8 дал воды, при 38%-ной влажности – 10-12 дал. Для полива проса требуется 3-4 дал воды. Обильный полив зерна – обязательное условие эффективности применения гиббереллина. Предварительно необходимо разровнять ворох и придать ему четырехугольную форму. Механизированный полив проводят с помощью перфорированной трубы, установленной на ковшовом ворошителе, ручной – с помощью лейки. Диаметр отверстий в них должен быть 1 мм.

При ручном поливе перед ворошением тщательно поливают весь ворох, затем зерно перебрасывают ворошителем и одновременно проводят полив перед ковшами ворошителя; затем ворошитель останавливают, поднимают ковши и поливают все оставшееся зерно с двух сторон. При механизированном поливе он начинается одновременно с перебрасыванием зерна из вороха в грядки. При этом следят за тем, чтобы достигалось равномерное смачивание всей массы зерна.

Полив чистой водой проводится 2-3 раза в сутки с таким расчетом, чтобы на 2-3 сут. ращения влажность в солоде ячменном и овсяном достигала 50-52%, пшеничном и ржаном – соответственно 48-50 и 46-48%. В дальнейшем количество воды для полива уменьшают с таким расчетом, чтобы влажность готового ячменного и овсяного солода была 48-50%, ржаного и пшеничного 46-48%. Влажность просяного солода как во время выращивания, так и готового должна быть 42-44%. Полив водой прекращают в пневматической солодовне за 16 ч., в токовой – за 24 ч.; при выращивании просяного солода – за 12 ч. до взятия в производство.