Процессы, протекающие при сушке солода

Сушка солода протекает в две стадии. В первой стадии, когда удаляемая влагаявляется гигроскопической, влажность солода легко понижается до 10 %. Во второй стадии, когда остаточная влага более прочно связана с коллоидной структурой солода, снижение влажности до 2 – 5 % затруднено. На данной стадии сушки солод темнеет, появляются характерные аромат, цвет и вкус. Содержание клетчатки, пентозанов и крахмала изменяется незначительно. Количество инвертного сахара во время сушки снижается, а общее содержание белков не изменяется вовсе, происходит частичное осахаривание крахмала и растворение клетчатки.

В первой стадии сушки ферменты высокую активность. В дальнейшем с повышением температуры активность ферментов постепенно снижается. Чем быстрее высушивается свежепроросший солод, тем больше сохраняется в нем ферментов. Физические изменения свежепроросшего солода при сушке состоят в снижении его влажности, изменении объема, массы, аромата, цвета и вкуса. Солод становится твердым, хрупким и стойким при хранении. В зависимости от физиологических биохимических превращений, процесс сушки можно разделить на три основные фазы.

Первая фаза – физиологическая, в течение которой продолжаются биохимические процессы солодоращения, но при более благоприятных температурных условиях (40 – 45 °С). Влажность солода понижается до 30 %. Ферментативные процессы, протекающие в солоде, способствуют его растворению. Физиологическая фаза продолжается 10 – 12 ч. Ускорение физиологической фазы возможно путем предварительного подвяливания свежепроросщенного солода перед сушкой и более интенсивной продувки сушильным агентом в период сушки.

Рост зерна продолжается до тех пор, пока его влажность не снизится до

20 %, а температура не превысит 40 °С. В этой фазе продолжают накапливаться ферменты, способствующие растворению эндосперма, которое проявляется в увеличении количества низкомолекулярных продуктов гидролиза крахмала и белков.

Вторая фаза – ферментативная, во время которой повышается температура сушильного агента до 70 °С, в дальнейшем активность ферментов солода снижается. Влажность солода уменьшается с 30 до 10 %. Оптимальная температура действия большинства гидролитических ферментов находится в пределах 40 – 60 °С, поэтому их активность в этой фазе сушки увеличивается. Продолжительность ферментативной фазы 5 – 7 ч.

Процессы расщепления под действием ферментов продолжаются до тех пор, пока снижение влажности и повышение температуры не приведут к их инактивации. Чем быстрее происходит удаление влаги в период физиологической и ферментативной фаз сушки, тем менее энергично протекают биологические и ферментативные процессы в солоде и тем меньше накапливаются в нем продукты гидролиза. Все это способствует получению солода высокого качества, то есть содержащего ароматические и красящие вещества в большом количестве.

При равномерном повышении температуры, зависящей от снижения влажности солода, эндосперм зерен приобретает мучнистый вид. Крахмальные зерна, входящие в состав эндосперма, освобождаются от гемицеллюлозы и белковых веществ и становятся рыхлыми. При нарушении режима сушки, то есть при воздействии на свежепроросший солод с большим содержанием влаги высоких температур, эндосперм становится стекловидным. Повышение температуры солода без учета снижения его влажности приводит к образованию высокомолекулярных белков, которые заполняют поры мучнистого тела эндосперма и превращают его в плотную стекловидную массу.

Третья фаза – химическая протекает при температуре 70 – 80 °С для светлого, 105 °С для темного, 140 °С для карамельного, 160 °С для жженого солода, влажность снижается с 10 до 5 %. Продолжительность фазы зависит от скорости химических превращений, протекающих в солоде, и составляет 3 –

4 ч. Фаза характеризуется образованием в солоде специфических вкусовых, красящих и ароматических веществ. Продукты распада белков и углеводов под влиянием высоких температур взаимодействуют с образованием меланоидинов, обеспечивающих характерные для пивоваренного солода органолептические свойства. Все ферментативные процессы прекращаются. Сокращение продолжительности химической фазы приводит к снижению качества готового пива: ухудшаются его аромат, вкус, стойкость и пенообразование. Оптимальным режимом сушки солода разных типов является такой режим, который при заданной скорости и строго определенных во времени соотношениях между температурой сушильного агента и влажностью солода обеспечивает получение продукта высокого качества с минимальными удельными энергетическими затратами. В процессе сушки солода цитолитические ферменты, растворяющие клетчатку, при умеренной температуре ингибируется, активность амилолитических ферментов уменьшается, активность протеолитических ферментов в начальный период сушки возрастает, а затем снижается. В целом активность ферментов в процессе сушки зависит от влажности солода температуры сушильного агента и продолжительности сушки. Так, активность a-амилазы при температуре 50 °С увеличивается значительно. При нагревании солода до 80 °С наблюдаются большие потери a-амилазы, но окончательное содержание ее в сухом солоде на 15 % больше, чем в свежепроросшем. Наибольший эффект дает подсушивание солода при постепенном увеличении температуры сушильного агента. β-Амилаза чувствительнее к изменению температуры, чем a-амилаза. Наименьшие потери активности β-амилазы наблюдаются при температуре

65 °С.

Типы сушилок

Солодосушилки делятся на два типа периодического и непрерывного действия. К солодосушилкам периодического действия относятся горизонтальные одно- и двухъярусные сушилки, которые в настоящее время имеют самое широкое распространение. Сушка солода в этих сушилках происходит с перерывами, необходимыми для выгрузки сухого и загрузки свежепроросшего солода. Температура сушильного агента изменяется от 45 до 80 – 105°С. К солодосушилкам непрерывного действия относятся вертикальные сушилки типа ЛСХА, карусельные сушилки КТИПП и др. Сушилка карусельного типа применяется в комплексе с существующими системами проращивания ячменного солода: пневматическими ящичными солодовнями или солодовнями типа «передвижной грядки» и предназначена для сушки свежепроросшего солода.

Рис. 6. Установка непрерывного действия для сушки солода

1 – вентилятор; 2 – калориферы; 3 – опорный ролик; 4 - перфорированная платформа; 5 – ленточный конвейер для свежепроросшего солода; 6 – бункер-питатель; 7 – слой солода; 8 – приводной ролик; 9 – разгрузочное устройство; 10 – винтовой конвейер; 11 – корпус конвейера; 12 – шлюзовой затвор; 13 – ленточный конвейер для сухого солода; 14 – неподвижный корпус сушилки

 

После загрузки сушилки (рис. 6) свежепроросшим солодом и вывода на установившийся режим процесс сушки осуществляют в плотном, движущемся сверху вниз слое 7 в противотоке с сушильном агентом. Движение слоя солода достигается за счет непрерывного отбора в горизонтальной плоскости нижнего высушенного слоя солода винтовым конвейером 10 и одновременного пополнения слоя свежепроросшим солодом через бункер-питатель 6. Винтовой конвейер 10 выполнен в виде шнека, заключенного в открытый корпус 11 со стороны движения слоя. На верхней крышке корпуса шнека установлен рыхлитель. В процессе сушки вследствие вращения перфорированной платформы 4 нижний слой солода, отделенный от остальной массы рыхлителем, попадает на витки шнека и через шлюзовой затвор 12 удаляется из зоны сушки. Высота удаленного сухого солода соответствует диаметру корпуса шнека. Пополнение верхнего слоя свежепроросшим солодом осуществляется через бункер-питатель под действием гравитационных сил. Скорость вращения платформы, высота удаляемого слоя солода, общая высота высушиваемого слоя, количество и температура сушильного агента согласованы между собой и определяют максимальную производительность при минимальных энергозатратах и высоком качестве готового солода.

Противоточный непрерывный процесс позволяет обеспечить технологические требования по соотношению между температурой сушильного агента и влажностью высушиваемого солода в каждом слое, а также требуемую согласно оптимальному режиму сушки продолжительность физиологической, ферментативной и химической фаз.

Научно-производственным объединением пиво-безалкогольной промышленности совместно с Киевским ТИПП разработана одноярусная горизонтальная солодосушилка Р3/ВСО-1 периодического действия (рис. 7) мощностью 16 т/сут. и более с механизированной загрузкой свежепроросшего солода и выгрузкой готового продукта. Сушилка оснащена нагнетательными вентиляторами соответствующей производительности и давления.

Технико-экономический анализ работы солодосушилки в период промышленных испытаний при разных удельных нагрузках солода и расходах сушильного агента показала, что удельные затраты теплоты и себестоимость продукта ниже, чем на вертикальных сушилках типа ЛСХА. Высота слоя свежепроросшего солода на решетках сушилки составляет 0,5 – 1 м, температура сушильного агента изменяется от 55 до 85 °С в течение 20 ч. Рециркуляция сушильного агента осуществляется в течение 6 ч на последней стадии сушки.

Свежепроросший солод ровным слоем высотой до 1 м загружается на решетку и высушивается в течение 16 – 18 ч без перемешивания. Полный цикл всех операций, включая загрузку, сушку и выгрузку готового солода, составляет 24 ч. Однако в сушилках периодического действия трудно оптимизировать режим сушки. В верхнем слое солода длительнее, чем в среднем и нижнем слоях, протекают физиологические и ферментативные процессы, а в нижнем слое настолько же продолжительнее идут химические процессы, что повышает цветность солода.

Рис. 7. Одноярусная горизонтальная солодосушилка

1 – теплогенератор; 2 – шибер; 3 – канал для рециркуляции агента; 4 – подъемник солода;

5 – опрокидывающаяся решетка; 6 – распределитель солода; 7 – вытяжные вентиляторы;

8 – сборник солода; 9 – шнек; 10 – вентилятор

 

В настоящее время на пивоваренных и солодовенных заводах страны широко используются сушилки непрерывного действия системы ЛСХА (Латвийской сельскохозяйственной академии). В металлическом корпусе сушилки (рис. 8) находятся две вертикальные сетчатые сушильные шахты, заполненные солодом, который медленно продвигается вниз непрерывным потоком. Во избежание залегания солода между ситами шахты книзу постепенно расширяются. Сушильный агент четыре раза зигзагообразно проходит слой солода снизу вверх.

Свежепроросший солод из камеры подвяливания, расположенной над корпусом сушилки, самотеком поступает в ситчатые шахты. Высушенный солод из нижней части сушилки разгрузочным механизмом, состоящим из двух пар вальцов, удаляется в проемный бункер, а оттуда направляется на обработку и хранение.

Продолжительность сушки солода в сушилке ЛСХА составляет 10 – 12 ч. Для использования теплоты отработанного сушильного агента сушилки снабжены стеклянным теплообменником 5.

Сушилки непрерывного действия типа ЛСХА, являющиеся составной частью классической схемы производства солода, обладают существенными недостатками: низкая удельная производительность, неравномерность движения солода внутри шахты из-за неудовлетворительной работы разгрузочного устройства и трения зерен о перфорированные стенки, неравномерность распределения солода и движение его по сечению шахты приводят к неравномерной сушке и, следовательно, к низкому качеству готового продукта. Сушилки этого типа имеют высокую удельную металлоемкость.

Рис. 8. Вертикальная солодосушилка непрерывного действия ЛСХА

1 – корпус сушилки; 2 – калориферы для подогрева воздуха; 3 – вентиляторы; 4 – сборник конденсата; 5 – стеклянный теплообменник; 6 – вертикальные ситчатые шахты

 

В нашей стране и за рубежом в пивоваренной промышленности применяются сушилки, спаренные одноярусные, двухъярусные, многоярусные и др. Сушка солода в разных сушилках проводится в соответствии с технологической инструкцией. Поступающий на сушку свежепроросший солод должен соответствовать требованиям ОСТ, иметь хорошее растворение эндосперма и включать активные амилолитические, протеолитические и цитолитические ферменты.

Для получения светлого солода при сушке (физиологическая и ферментативная фазы) влажность его должна понижаться как можно быстрее во избежание инактивации ферментов. Ферменты солода при низкой влажности и высокой температуре сохраняют свою активность лучше, чем при высоких влажности и температуре, поэтому в целях избежания их инактивации в первый период сушки необходимо значительно снизить влажность солода. Для сохранения оптимального объема и рыхлости солода сушку следует начинать при температуре сушильного агента 45 – 50 °С и расходе около 4500 м³/ (ч×т).

При сушке темного солода необходимы такие влажность и температура, которые обеспечивали бы дальнейший рост активности ферментов и растворение эндосперма солода. Поэтому влажность солода в первой фазе сушки следует снижать медленно. В связи с тем, что температура солода в период ферментации составляет около 50 °С, сушку темного солода следует начинать при температуре сушильного агента 60 °С с последующей рециркуляцией воздуха в течение 1 ч. Затем температуру агента повышают до 70 °С, и под действием амилаз наступает пауза осахаривания.

В дальнейшем температуру сушильного агента поднимают до 100 °С. Термическая обработка солода (обжаривание) проводится при температуре сушильного агента 105 °С, влажность солода понижается до 2 – 3 %.