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 m^j 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 и воздуха. 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 в замочном 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 замачивания зерна. 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