Пиво и напитки

Производство солода

Солод в зависимости от назначения разделяется на спиртовой, пивоваренный, квасной. При производстве спирта солод используют сразу же после проращивания зерна (зеленый солод). Его готовят из ячменя, ржи овса, проса. Из ферментативного комплекса солода в спиртовом производстве основное значение имеют амилолитические ферменты, которые необходимы для осахаривания крахмала.

На пивоваренных заводах перерабатывают главным образом сухой ячменный солод. Для получения сухого солода зеленый сушат в специальных солодосушилках. При сушке солода в нем накопляются красящие и ароматические вещества, придающие пиву определенный цвет и аромат. Сухой солод хранится продолжительное время. В пивоваренной промышленности солод служит не только источников ферментов (амилолитических и протеолитических), но и основным сырьем для приготовления сусла.

В производстве хлебного кваса применяются сухой ржаной ферментированный солод и диастатический солод. Ферментированный солод почти не содержит амилолитических ферментов, так как они разрушаются при ферментации. При производстве хлебного кваса ферментированный солод вместе с ржаной мукой служит основным сырьем для приготовления сусла, а в качестве источника ферментов добавляют сухой диастатический (неферментированный солод) или светлый ячменный солод.

Очистка и сортировка зерна

Для очистки зерна от зерновых и сорных примесей с целью повышения его качества применяют зерновой и магнитный сепараторы и триер. Зерновой сепаратор очищает зерно от примесей, отличающихся от него по ширине, толщине и плотности. Основными частями сепаратора являются вентилятор и три сита с отверстиями различного диаметра (верхнее -1 0-12 мм, второе — 4-5 мм, третье -1 ,5 -2 мм). На верхнем сите задерживаются самые крупные примеси, на среднем — все примеси, которые крупнее зерна, через третье — просыпаются мелкие примеси. При входе в сепаратор струей воздуха, которая создается вентилятором, уносятся легкие примеси (пыль, солома, шелуха).

Металлические примеси удаляются магнитным сепаратором. Магнитные сепараторы бывают с постоянными магнитами и электромагнитами.

Очистка зерна на триере предназначена для разделения зерен различной длины.

Сортировка зерна по величине на крупные и мелкие зерна осуществляется с помощью специальных сит. Это имеет большое значение при замочке зерна, так как зерна мелкие быстрее увлажняются, а крупные не успевают за то же время набрать соответствующей влажности. При разделении зерна на три сорта применяют сита с отверстиями сит 2,2 и 2,5 мм. При разделении на четыре сорта — сита с отверстиями 2,2 — третий сорт, 2,5 — второй сорт и 2,8 — первый сорт. Используют для замачивания только 1-й и 2-й сорта.

Замачивание зерна

Приготовление зеленого солода состоит из двух операций: замачивание и проращивание зерна. Замачивание зерна обеспечивает насыщение зерна водой, насыщение зерна кислородом воздуха, промывку и дезинфекцию зерна.

Исходная влажность зерна 14-15%, а влажность замоченного зерна должна быть 42-45%. Влага в первую очередь проникает в зерно со стороны зародыша, где мякинная оболочка открыта. По всей поверхности вода проникает в незначительном количестве. С повышением влажности начинается жизнедеятельность зародыша и связанный с ней процесс дыхания. Для нормального дыхания зерно нуждается в постоянном контакте с кислородом воздуха. При недостатке кислорода наступает интрамолекулярное дыхание, продукты которого угнетают нормальную жизнедеятельность зерна. Накопляющийся углекислый газ при дыхании растворяется в воде и по мере повышения его концентрации он угнетающе действует на жизненные процессы в зерне. Поэтому для правильного замачивания и обеспечения нормального прорастания зерна его необходимо в достаточной мере насыщать водой и воздухом.

В воде с температурой 20°С зерно замачивается почти в два раза быстрее, чем в воде с температурой 10°С. Мелкое зерно также быстрее замачивается, чем крупное при тех же условиях. Время замачивания также зависит и от разных партий зерна, полученных на разных участках.

Скорость замочки зерна также зависит от химического состава воды. Для замачивания может использоваться вода с жесткостью не более 7 мг-экв/л (20° жесткости).

Различные культуры зерна замачиваются разное время. Одинаковая степень замочки достигается при температуре воды 10-13°С у ячменя за 2 суток, у овса — за 1,5 суток, у ржи — за 1 сутки, у проса — за 3 суток. С повышением влажности зерна создаются условия на его поверхности для развития микроорганизмов. Поэтому в начале замочки зерно тщательно моют и промывную воду удаляют. Кроме этого в промывную воду добавляют после промывки антисептирующие вещества для подавления жизнедеятельности микроорганизмов. Некоторые из дезинфицирующих веществ оказывают стимулирующее действие на жизнедеятельность зерна, например, насыщенный раствор хлорной извести, разбавленный водой в восемь раз, насыщенный раствор извести, разбавленный в четыре раза, слабый раствор марганцовокислого калия. В процессе замочки зерно набухает и его объем увеличивается в 1,4-1,45 раза. Зародышевый листок и корешок развиваются и к концу замачивания выходит наружу (зерно “наклевывается”, появляется “глазок”).

Способы замачивания

Замочку зерна производят в замочных чанах. Они изготовляются цилиндроконической формы. В конической части чана расположены горизонтальные кольцеобразные трубы (барботер), по всей длине которых имеются отверстия диаметром 2-3 мм. В барботер подводится сжатый воздух, который входит через отверстия в виде мелких пузырьков и насыщает кислородом зерно, находящееся в чане. Вода подводится в чан как сверху, так и снизу. Во время промывки зерна воду подают в нижнюю часть, для замочки — в верхнюю, в которой имеется сливная коробка, снабженная решеткой. При промывке зерна через коробку стекает грязная вода и удаляются легкие всплывшие и щуплые зерна (сплав). Замоченное зерно выгружают через вентиль, находящийся в нижней части чана.

Существует несколько способов замочки зерна, наиболее распространенные из которых: воздушно-водяной, замачивание в непрерывном токе воды и воздуха и оросительная замочка.

Воздушно-водяное замачивание зерна

Сущность этого способа замачивания заключается в том, что зерно находится попеременно то под водой, то без воды, чем достигается насыщение его водой и кислородом воздуха. Температура воды при замочке должна быть 10-15°С.

В замочный чан набирают 1/2 его объема воды и засыпают отсортированный и взвешенный ячмень. В воде зерно перемешивают сжатым воздухом и снимают всплывшие на поверхность щуплые зерна (сплав). Затем приступают к промывке зерна, для чего подают в чан воду снизу, а сверху через сливную коробку стекает грязная вода. Промывку заканчивают тогда, когда с верхней части чана стекает чистая вода. После этого зерно заливают водой, в которую добавляют дезинфицирующие вещества для подавления микроорганизмов и оставляют  зерно на несколько часов. Затем через каждые 4 ч зерно оставляют то под водой, то без воды до тех пор, пока не будет достигнута определенная степень замачивания, т.е. 42-45% влажности. В процессе замачивания зерно продувают воздухом каждый час по 5 мин.

Продолжительность замачивания зависит от температуры воды и сорта зерна. Обычно замачивание длится от 48 до 72 ч. При замачивании часть зерна теряется на сплав и выщелачивание (в среднем 1%). Потери на выщелачивание, которые происходят вследствие перехода в раствор некоторых составных частей оболочек, составляют в среднем 0,8% от сухого вещества зерна.

Замачивание в непрерывном токе воды и воздуха

Воздушно-водяное замачивание не позволяет равномерно насытить зерно кислородом воздуха. Зерно дышит неравномерно, а это отражается на процессах замачивания и проращивания, а также на качестве замачиваемого солода. Способ замачивания в непрерывном токе воды и воздуха обеспечивает постоянное и равномерное дыхание зерна.

При работе по этому способу в барботер замочного чана подают не сжатый воздух, а смесь воды и воздуха. В первый период замачивание не отличается от воздушно-водяного способа, т.е. зерно перемешивают, снимают сплав, промывают. Когда зерно промыто, чан наполняют свежей водой и в барботер подают одновременно и воду и воздух с такой скоростью, чтобы поверхность воды в чане имела вид кипящей жидкости. Способ позволяет производить замочку за 36-70 ч, а также сократить процесс проращивания до 4,5-6 сут.

Оросительное замачивание

Для замачивания зерна оросительным способом над замочным чаном должно быть установлено сегнерово колесо или другое приспособление для распыления воды. Засыпка зерна в замочный чан, мойка и дезинфекция производятся, как и в других способах. Затем зерно выдерживают 4 ч под водой, спускают воду, после чего, оставив спускной вентиль открытым, подают воду в сегнерово колесо и непрерывно орошают зерно до достижения необходимой степени замачивания. Пропустив через слой зерна, воду спускают в канализацию.

Вода из сегнерова колеса выходит в распыленном состоянии, она насыщена воздухом. Стекая через слой зерна, вода насыщает его воздухом, вытесняет накопившийся углекислый газ, увлажняет зерно, этим обеспечивается нормальное дыхание зерна при замачивании. Толщина слоя зерна должна быть не более 1,2 м. При большей высоте зерно нижних слоев недостаточно аэрируется.

Определение степени замачивания зерна

Конец замачивания определяют по следующим признакам. При сдавливании кончиков зерна не должен ощущаться укол. Если сдавить зерно и поднести к уху, то слышится характерный треск. При разрезании зерна поперек внутри должна быть видна небольшая белая точка не замоченного эндосперма. Если ее нет, то зерно является перемоченным.

Более точно степень замачивания определяется взвешиванием навески зерна до и после замачивания. Для этого навеску зерна помещают в небольшой металлический дырчатый стаканчик, подвешивают в замочном чане вместе со всем количеством зерна. При увеличении массы зерна в стаканчике после замачивания рассчитывают влажность его в процентах. Степень замачивания для светлого солода 41-43%, для темного солода 44-47.

Зерно лучше не домочить, чем перемочить. Недомоченное зерно можно дополнительно увлажнить в солодовне, а влажность перемоченного понизить невозможно. Перемоченное зерно плохо прорастает, в солоде наблюдается образование большого количества “гусаров», повышается кислотность солода.

Проращивание зерна

После достижения в зерне необходимой влажности оно поступает на проращивание Основная цель проращивания — накопление в зерне ферментов, необходимых для производства. В пивоварении преследуется также и вторая цель — частичное разложение составных частей зерна под действием ферментов.

Морфологические и физико-биохимические процессы солодоращения

При прорастании зерна в нем происходят внешние изменения и изменения его физического состава. Зародыш зерна развивается, листок растет под оболочкой, а корешки прорываются наружу. У нормально проросшего ячменного солода длина корешков достигает полуторной длины самого зерна, а листок растет под оболочкой и достигает 3/4 длины зерна. При своем развитии зародыш может усваивать питательные вещества только в растворимой форме. В зародыше содержится небольшое количество растворимых углеводов, белковых веществ, минеральных солей. При замачивание эти вещества растворяются в воде и используются зародышем для жизнедеятельности. Однако растворимых веществ зародыша достаточно лишь в первый период прорастания. В дальнейшем они образуются в результате ферментативных процессов распада сложных органических веществ (крахмала, белков и др.).

В процессе прорастания зерна в нем накапливаются ферменты. Из ферментов солода в бродильных производствах наибольшее значение имеют амилолитические ферменты, декстринофосфотаза, 1емицеллюлазы, фосфатазы, протеолитические ферменты, окислительно-восстановительные ферменты. Ферменты накапливаются в клетках зародыша и щитка. Отсюда ферменты, растворяясь в воде, постепенно транспортируются в клетки эндосперма, разлагают содержимое мучнистого тела. Продукты ферментативного распада органических веществ всасываются клетками щитка и передаются зародышу.

Под действием ферментов в зерне протекают сложные биохимические процессы: осахаривание крахмала амилолитическими ферментами, разложение белков под действием протеолитических ферментов. Большую роль в процессе солодоращения играют гемицеллюлозы (цитаза). Фермент цитаза разлагает высокомолекулярную гемицеллюлазу, которая входит в состав стенок клеток, превращая ее в растворимые в
воде гексозы и пентозы. Вследствие этого стенки клеток становятся рыхлыми, пористыми, что позволяет другим ферментам проникать внутрь клеток, а питательным веществам легче транспортироваться из клетки в клетку в направлении к зародышу.

Процесс разложения составных частей эндосперма под действием гемицеллюлаз и протеолитических ферментов называется растворением эндосперма. Процесс растворения начинается у эндосперма и постепенно распространяется по всему мучнистому телу к кончику зерна. В результате растворения мучнистое тело солода становится мягким и легко растирается между пальцами.

Под действием ферментов кислотность зерна при солодоращении повышается. Этому способствуют ферменты группы фосфатаз, из которых основное значение имеет фермент фитаза. Под действием фитазы разлагаются фосфорорганические соединения с образованием первичного фосфата, имеющего кислую реакцию. Повышению кислотности солода способствуют также ряд аминокислот, которые образуются в результате расщепления белков. Нарастание кислотности до определенного предела имеет большое значение для ферментативных процессов в периоды солодоращения и приготовления затора, особенно в пивоваренном производстве. Оно создает кислую реакцию среды, которая благоприятна для действия ферментов. Фосфаты и аминокислоты являются буферными веществами, которые поддерживают кислотность в пределах, необходимых для нормального протекания технологических процессов.

В процессе солодоращения зерно интенсивно дышит. Дыхание служит источником энергии, необходимой для прорастания зерна. При дыхании под действием окислительно-восстановительных ферментов происходит окисление сахара до углекислоты и воды с выделением значительного количества тепла.

На дыхание расходуется 6-7% углеводов от количества сухих веществ зерна (потери на дыхание).

Способы проращивания

Специально оборудованное помещение для проращивания зерна называется солодовней. На заводах бродильной промышленности применяют солодовни токовые и пневматические. В токовой солодовне регулирование режима солодоращения (охлаждение, проветривание) производится перелопачиванием солода. В пневматической солодовне охлаждение, увлажнение и аэрация зерна производится продуванием кондиционированного воздуха через слой проращиваемого зерна.

Проращивание зерна на току

Ток-это ровный, гладкий цементный пол, на котором прорастает зерно. Поверхность тока должна иметь легкий уклон к канализационным сливам для стока воды. Перед выгрузкой зерна из замочного чана ток тщательно промывают и дезинфицируют. Замоченное зерно выгружают на ток в гряду высотой 30-50 см. В таком состоянии зерно оставляют на 10-12 ч. За этот период зерно в результате дыхания согревается, появляются корешки, верхние слои слегка подсыхают, а влажность нижних слоев в результате отекания воды повышается.

Для регулирования температуры, влажности, подвода кислорода воздуха и удаления углекислого газа зерно перелопачивают с помощью деревянной лопаты вручную 2-3 раза в сутки. После каждого перелопачивания толщина грядки уменьшается и к концу проращивания составляет 15-20 см.

При солодоращении температуру в грядках поддерживают на уровне 15-20°С. Продолжительность проращивания 7-8 сут для светлого солода и 8-9 сут для темного солода. Весь период проращивания можно разбить на три стадии.

  1. Первые 3 сут развитие зародыша идет медленно, корешки только пробиваются, температура повышается медленно; в этот период ворошение солода достаточно производить два-три раза в сутки.
  2. В следующие 3 сут наблюдается бурный рост зерна, заметно удлиняются и разветвляются корешки, быстро повышается температура; солод в этой стадии необходимо перелопачивать три-четыре раза в сутки.
  3. В последние 2-3 сут процесс роста постепенно замедляется, корешки начинают увядать, уменьшается выделение тепла. В этот период солод необходимо перелопачивать три раза в сутки, чтобы избежать «схватывания” солода и образования «гусаров”. Схватывание в конце проращивания допускается только при получении темного солода.

Готовность зеленого солода определяется по следующим признакам: длина корешков должна быть в 1,5-2 раза больше длины зерна, зародышевый листок не должен выходить наружу ячменного зерна, при раздавливании между пальцами эндосперм должен легко расширяться.

1 - спускная коробка; 2 - труба подачи воды; 3 - труба спускная; 4 - труба циркуляционная; 5 - труба сжатого воздуха; 6 - конусообразный отражатель или сегнерово колесо; 7 - барботеры. Рисунок 1 - Замочный чан
1 — спускная коробка; 2 — труба подачи воды; 3 — труба спускная; 4 — труба циркуляционная; 5 — труба сжатого воздуха; 6 — конусообразный отражатель или сегнерово колесо; 7 — барботеры.
Рисунок 1 — Замочный чан

Выращивание солода в пневматических солодовнях

Более совершенными по сравнению с токовыми солодовнями являются пневматические, которые бывают ящичными и с передвижными грядками.

В пневматических солодовнях солод укладывают на сетчатое дно, которое расположено на высоте 0,7-0,8 м от настоящего цементного дна. Под сита по особым каналам подводится воздух, нагнетаемый вентилятором. Воздух проходит камеру кондиционирования, где установлены калориферы и ряд форсунок, которые распыляют воду. Воздух, проходя через водяную пыль, охлаждается и насыщается водяными парами. Температуру и влажность воздуха регулируют, что позволяет строго поддерживать режим выращивания солода.

Замоченное зерно из замочных чанов вместе с водой сливается в ящик (рисунок 2). Вода проходит через сетчатое дно, а зерно остается на сите, его разравнивают слоем высотой 0,5-0,6 м. Проращивание ведется так же, как и на току — зерно перелопачивают раз в сутки, охлаждают продуванием увлажненного воздуха определенной температуры.

Солодовня оборудуется 10 ящиками. Вместимость каждого ящика из них равна суточной замочке. Передняя и задняя стенка общая на все ящики, выполняется из кирпича высотой до 1м с цементной штукатуркой и железнением. Пневматические ящичные солодовни бывают двух типов.

1 - наружная стенка; 2 - внутренняя стенка (перегородка); 3 - сетчатое (ложное) дно; 4 - бетонное дно; 5 - подсеточное пространство; 6 - надсеточное пространство; 7 - желоб. Рисунок 2 - Ящик пневматической солодовни (поперечный разрез)
1 — наружная стенка; 2 — внутренняя стенка (перегородка); 3 — сетчатое (ложное) дно; 4 — бетонное дно; 5 — подсеточное пространство; 6 — надсеточное пространство; 7 — желоб.
Рисунок 2 — Ящик пневматической солодовни (поперечный разрез)

Солодовня первого типа

Солодовня первого типа выполнена так, что перегородки между отдельными ящиками выполнены съемными из сухих деревянных досок, вставляемых в пазы направляющих стоек. Замоченное зерно спускается на первый ящик, на следующие сутки перегородку снимают и зерно перелопачивают в очередной ящик и т.д. К концу проращивания на десятые сутки солод перемещают к последнему ящику, из которого его направляют на дальнейшую обработку.

После каждого освобождения сита,прикрепленные на шарнирах, поднимают, подсеточное пространство и сита промывают и дезинфицируют. На подготовленное сито солод засыпают из предыдущего ящика. Преимущество способа — возможность более строгого соблюдения санитарных требований, недостаток — ручное перелопачивание.

Солодовни второго типа

Солодовни второго типа выполнены с перегородками между ящиками из глухих бетонных или кирпичных стенок. Солод в такой солодовне находится от начала до конца в одном и том же ящике. В этом случае замоченное зерно по трубопроводу спускается в любой из ящиков. Зеленый солод из ящика по мере готовности водой по специальному лотку транспортируется на дальнейшую обработку. На стационарных перегородках между ящиками монтируется механический шнековый ворошитель. Ширина ящика определяется размерами стандартного ворошителя заданной производительности.

Солодовня с передвижной грядкой

Солодовня с передвижной грядкой является наиболее совершенной пневматической солодовней (рисунок 3). Применяется как в спиртовом, так и пивоваренном производстве. Она представляет собой сплошной сетчатый настил, под которым установлены опорные стенки-перегородки, а по продольным стенкам на рельсах монтируется ковшовый ворошитель. Передвигаясь вдоль солодовни, он с помощью ковшей захватывает солод и перебрасывает его вперед на определенное расстояние. Условия перелопачивания солода хорошие, благодаря мягким захватам ковшей, которые меньше разрушают солод, чем шнековые ворошители.

Работает такая солодовня следующим образом. Замоченное зерно выгружается на площадь сита, расположенную над первой и второй подситовыми секциями. Ворошение проводят два раза в сутки. Через каждые 12 ч ворошитель перебрасывает замоченное зерно далее — сначала на площадь сита под третьим и четвертым подситовым пространством, а на освободившуюся площадь загружается новая партия замоченного зерна, затем первая грядка перемещается на площадь над пятым и шестым отделениями, а вторая — на ее место и т.д. Замоченное зерно, передвигаясь вдоль ящика в течение 8 сут, прорастает и превращается в зеленый солод, который сбрасывается ковшовым ворошителем в бункер, откуда направляется на дальнейшую переработку. В спиртовом производстве солод дробят и готовят из него солодовое молоко. В пивоваренном производстве солод направляют на сушку. Высота слоя замоченного зерна 0,6-0,8 м, зеленого солода -1м.

Преимущество такой солодовни заключается в более полном использовании площади и в значительном увеличении производительности — в 3 раза по сравнению с токовой, в механизации операций перелопачивания и выгрузки зеленого солода.

1 - вентилятор; 2 - камера кондиционирования; 3 - бункер зеленого солода; 4 - транспортер для зеленого солода; 5 - подситовые отделения; 6 - ковшовый солодоворошитель; 7 - замочный чан. Рисунок 3 - Солодовня с передвижной грядкой
1 — вентилятор; 2 — камера кондиционирования; 3 — бункер зеленого солода; 4 — транспортер для зеленого солода; 5 — подситовые отделения; 6 — ковшовый солодоворошитель; 7 — замочный чан.
Рисунок 3 — Солодовня с передвижной грядкой

Барабанные солодовни

Барабанные солодовни- наиболее усовершенствованный тип пневматической солодовни. Однако сложность устройства, большая металлоемкость и недостаточная механизация выгрузки ограничивают ее применение. Солодовня состоит из барабанов для ращения солода и установки для кондиционирования и продувания воздуха. Ворошение солода достигается вращением самих барабанов, при этом прорастающее зерно полностью перемешивается.

По конструкции барабаны делятся на открытые (рисунок 4) и закрытые (рисунок 5). Закрытые барабаны имеют сплошную поверхность и отличаются от открытых тем, что в них проращиваемый солод изолирован от внешней среды. В открытых барабанах поверхность ситчатая. Закрытый барабан представляет собой полый металлический цилиндр с двумя днищами. Внутри его размещен ситчатый барабан меньшего диаметра, имеющий в правой стороне общее с ним днище, а с левой — наглухо закрытое “ложное” дно.

Загрузка и выгрузка солода проводится через люки на боковой поверхности барабана. Продувка солода проводится путем нагнетания воздуха вентилятором через входное отверстие в центре барабана в камеру, между основным и ложным дном и периферийные сетчатые трубы; проходя через слой солода, воздух поступает в центральную трубу, из которой отсасывается вентилятором наружу.

Перемещение солода происходит при вращении барабана.

Нужная температура в солоде поддерживается подачей кондиционированного воздуха.

Открытый барабан представляет собой сетчатый цилиндр, внутри которого проходит сетчатая труба, наглухо закрытая с одного конца. Недостатком открытого барабана является то, что отработанный воздух выводится прямо в помещение, что нарушает температурный и влажностный режимы.

1 - увлажнительная камера; 2 - форсунки для распыления воды; 3 - водоотделительная камера; 4 - перфорированный корпус барабана; 5 - подвижные лопасти на центральной трубе; 6 - центральная перфорированная труба; 7 - перфорированная тонкая труба для дополнительного увлажнения солода. Рисунок 4 - Схема барабанной солодовни с открытым барабаном:
1 — увлажнительная камера; 2 — форсунки для распыления воды; 3 — водоотделительная камера; 4 — перфорированный корпус барабана; 5 — подвижные лопасти на центральной трубе; 6 — центральная перфорированная труба; 7 — перфорированная тонкая труба для дополнительного увлажнения солода.
Рисунок 4 — Схема барабанной солодовни с открытым барабаном

Замоченное зерно загружают в барабан через люки, расположенные посередине боковой поверхности барабана. После загрузки зерна через слой его в течение 1-1,5 ч продувают сухой (неувлажненный) воздух, одновременно вращая барабан. Затем барабан оставляют на 4-6 ч в покое. После этого продувают кондиционированный увлажненный воздух; температуру проращиваемого зерна поддерживают регулированием продуваемого увлажненного воздуха с температурой 10-14°С и при помощи шиберной заслонки на выходе воздуха. Барабан с зерном в течение первых двух суш продувают и вращают по 1 ч через каждые 3 ч; на третий день — по 2 ч через каждые 3 ч, на четвертый — от 1 до 2 ч — через каждые 2-3 ч. Качество солода, выращиваемого в барабанах, очень хорошее.

1 - корпус барабана; 2 - боковой канал; 3 - центральная труба; 4 - подвесной шибер; 5 - отводящий канал; 6 - канал для подачи увлажненного воздуха; 7 - канал для отвода воздуха Рисунок 5 - Барабанная солодовня с закрытым барабаном
1 — корпус барабана; 2 — боковой канал; 3 — центральная труба; 4 — подвесной шибер; 5 — отводящий канал; 6 — канал для подачи увлажненного воздуха; 7 — канал для отвода воздуха
Рисунок 5 — Барабанная солодовня с закрытым барабаном

Особенности приготовления солода в спиртовом производстве

Для более полного осахаривания крахмала солод должен обладать высокими осахаривающей, декстринирующей и декстринолитической способностями. Осахаривающая способность обусловлена содержанием фермента а-амилазы, декстринирующая — (3-амилазы, декстринолитическая — декстринофосфатазы. В связи с этим режим приготовления солода разработан так, чтобы накопить при проращивании в зерне возможно большее количество амилолитических ферментов: α-амилазы, β-амилазы, декстринофосфатазы. Некоторые спиртовые заводы применяют солод и для дополнительного питания дрожжей.

Выбор культуры зерна для солодоращения

Для приготовления солода применяют ячмень, рожь, пшеницу, просо, чумизу и овес. По активности эти культуры разбиваются на три группы. Первая группа — ячмень, рожь, пшеница. Семена первой группы дают при проращивании высокую осахаривающую и декстринирующую способность, но обладают незначительной декстринолитической способностью. Вторая группа — просо, чумиза — характеризуется слабой осахаривающей, средней декстренирующей и очень высокой декстринолитической способностью. Третья группа (овес) по содержанию ферментов занимает промежуточное место между первой и второй группами.

Для более полного осахаривания крахмала на спиртовых заводах применяют смесь солодов из двух или трех указанных групп зерна. Такая смесь будет содержать в достаточном количестве ферменты: α-амилазы, (β-амилазы, декстринофосфатазы. Содержание просяного и овсяного солодов должно быть не менее 30%. Во всех смесях ячмень может быть заменен ржаным или пшеничным, а просяной — солодом из чумизы.

Приготовление солода из ячменя, овса, ржи и пшеницы

Замачивание зерна производят воздушно-водяным способом при 13-15°С. Ячмень, овес и пшеницу замачивают два-три раза, рожь — один-два раза. Длительность нахождения под водой при каждом замачивании составляет 3-4 ч. После каждого замачивания воду с чана сливают и зерно оставляют в замочном чане на 2-3 ч. Замачивание прекращают при достижении влажности зерна 38-40%. Замоченное зерно выгружают з замочного чана на ток и складывают в ворох высотой 60-70 см. Когда температура достигнет 23-24°С, зерно перелопачивают и складывают в грядку высотой 40 см. В процессе проращивания температуру солода
регулируют высотой грядки и перелопачиванием, чтобы первые двое суток она поддерживалась 19-20°С, постепенно снижаясь к концу проращивания до 13-14°С. Длительность проращивания ячменя, овса и пшеницы составляет 10-12 сут, ржи — 7-8 сут.

При проращивании зерно перелопачивается по надобности с предварительным поливом водой, но не менее двух-трех раз в сут. Полив прекращают за 24 ч до поступления солода на производство. В ящичных пневматических солодовнях слой на ситах в начале 0,5-0,6 м, по мере прорастания — до 0,8-0,9 м.

Приготовление просяного солода

Замачивание и проращивание ведут при более высоких температурах, чем других культур. Замачивают воздушно-водяным способом при температуре 25-30°С.

Через 2 часа после начала первого замачивания, снимают сплав и зерно промывают водой при 25-30°С. После промывки замачивание продолжается. Общая длительность замачивания 4 ч. Затем зерно оставляют без воды на 4-6 ч, снова замачивают в воде в течение 6 ч при той же температуре и спускают на ток. Замоченное зерно должно иметь влажность 35-38%. Длительность проращивания проса 5-6 сут.

Замоченное зерно складывают в разборный ящик слоем 0,7-1,0 м. Температуру в ящике поддерживают не ниже 25°С, что осуществляется поливом теплой водой. В ящике просо выдерживается до тех пор, пока температура поднимется до 30-35°С, на что требуется около 12 ч. Затем ящик разбирают и зерно складывают в грядки высотой 40 см. Первые двое суток поддерживают температуру 26-30°С. На третьи и последующие сутки высоту грядки уменьшают до 15-20 см. Перед перелопачиванием зерно поливают водой, прекращая полив за 12 ч до подачи солода на производство. Конечная влажность просяного солода 40-42%. Просяной солод в пневматической солодовне не проращивают.

Качество зеленого солода

Основным показателем зеленого солода является амилолитическая и декстринолитическая способность. Амилолитической способностью (АС) называют количество граммов крахмала, которое осахаривается 1 а солода до мальтозы и декстринов, неокрашиваемых йодом в течение 1 ч при 30°С. Декстринолитической способностью (ДС) называют количество миллиграммов мальтозы, образовавшееся из фосфодектринов под действием 1г солода в течение 1 ч при 30°С.

Амилолитическая способность характеризует содержание в солоде α-амилазы и (β-амилазы, декстринолитическая — декстринофосфатазы. Единица АС показывает количество фермента, которое способно за 1ч при 30°С расщепить 1 а крахмала, а единица ДС соответственно при тех же условиях образовать 1 мг мальтозы из фосфодекстринов. АС колеблется от 2 до 7, а ДС — от 25 до 100.

Зародышевый росток для ячменя и овса на десятые сутки проращивания должен быть не более длины зерна. Корешков должно быть 3-5 штук длиной 1,5-2 см, при чем они должны быть сочными, упругими, с завитками.

Ячменный солод должен иметь запах свежих огурцов, просяной-яблок.

Дезинфекция зеленого солода

Во время проращивания солода количество микроорганизмов возрастает по сравнению с первоначальным в 10-15 раз и достигает 1-15 млн. на одно проросшее зерно. Многие микроорганизмы, находящиеся на солоде безвредны для спиртового брожения. Однако другие требуют их уничтожения или дезактивации. Поэтому зеленый солод перед его дроблением обязательно должен подвергаться дезинфекции.

При гидравлической подаче солода в воду, с которой смешивают солод для транспортировки, задают хлорную известь (1-1,5 г на 1л воды). Перед дроблением вода удаляется на барабанном водоотделителе.

Если гидроподача отсутствует, солод загружают в чан с мешалкой, куда заливают воду с добавлением к ней хлорной извести. Солод перемешивают, выдерживают в воде 20-25 мин, затем воду сливают и солод направляют на дробление.

Сушка солода

Зеленый солод в пивоваренном производстве не применяется, так как по своему составу и вкусу не удовлетворяет требованиям пивоварения — в нем нет красящих и ароматических веществ, содержится много белков, растворяющихся в воде с образованием стойкой мути и не позволяющих получить светлое сусло и пиво даже при тщательной фильтрации. Из-за высокой влажности он не хранится без порчи даже непродолжительное время. Поэтому для получения готового продукта, удовлетворяющего всем требованиям пивоварения, зеленый солод подвергают сушке.

При сушке влажность солода снижается с 45 до 3,5% для светлого и до 2% — для темного солода. При сушке солода удаляются огуречный и бобовый запахи, свойственные зеленому солоду; накапливаются красящие и ароматические вещества, необходимые в пиве; уменьшается влажность, что позволяет хранить его длительное время. После сушки легко удаляются солодовые ростки, которые придают пиву горький вкус.

Биохимические и химические процессы при сушке солода

Во время сушки солода в нем происходят физические, биохимические и химические процессы. Изменяется влажность, объем, натура, цвет, запах и вкус солода.

Зеленый солод поступает на сушку с влажностью 42-45%. Во время сушки влага испаряется; сухой солод содержит 2-3,5% влаги. Сочные корешки, которые увеличивают объем солода, сильно высушиваются, и поэтому объем сухого солода, по сравнению с объемом зеленого, уменьшается. Сушка солода происходит при медленном, постепенном повышении температуры от 20 до 75-105°С. Весь период сушки можно разбить на три фазы: физиологическую, ферментативную и химическую. Физиологическая фаза протекает в первый период сушки при повышении температуры от 20 до 40°С и при понижении влажности до 30%. В этот период в солоде продолжаются физиологические процессы, которые происходили при солодоращении, т.е. продолжается рост листков и корешков. При дальнейшем повышении температуры от 40 до 70°С и понижении влажности до 10% условия для физиологических процессов становятся неблагоприятными, жизнедеятельность зародыша прекращается. Но этот температурный интервал является благоприятным для действия многих ферментов (оптимальная температура действия многих ферментов находится в пределах 40-60°С). Ферментативные процессы, протекающие при солодоращении, в этот период идут очень интенсивно, особенно в первый период фазы.

В результате этих процессов в солоде накопляются сахара и аминокислоты.

Дальнейшее повышение температуры прекращает ферментативные процессы, и в солоде начинается третья фаза — химическая. В этот период в солоде протекают химические процессы взаимодействия сахаров с аминокислотами, в результате чего образуются сложные химические соединения (меланоидины), которые придают солоду специфический цвет и аромат. Кроме того, химическая фаза характеризуется рядом других процессов (карамелизация сахара, побурение зародышевого листка), которые также влияют на цвет солода. Повышение температуры при сушке солода может привести к инактивации ферментов. В больших размерах этого допускать не следует, так как ферменты необходимы в дальнейшем для приготовления затора. Режим сушки должен обеспечить максимальное сохранение активности ферментов. Если в первый период сушки, когда влажность солода высокая, сразу повысить температуру, то можно значительно инактивировать ферменты. Кроме того, резкое увеличение температуры при высокой влажности приводит к получению стекловидного солода, который трудно перерабатывать. С понижением влажности возрастает устойчивость ферментов к повышению температуры.

В пивоварении готовят светлый и темный солод. Светлый солод применяют для производства светлых сортов пива, темный солод — для приготовления темных сортов пива. Темный солод содержит больше красящих и ароматических веществ, а для их образования конечная температура сушки должна быть более высокой, чем при сушке светлого солода. При сушке светлого солода температуру повышают до 78-80°С, а при сушке темного солода конечная температура сушки 105°С. В результате сушки амилолитическая способность светлого солода уменьшается на 25-30%, а темного солода на 70-75% по сравнению с амилолитической способностью зеленого солода.

Сушка солода

Сушка солода производится в солодовой сушилке. Существует несколько типов сушилок: горизонтальные двух- и трехъярусные, вертикальные, барабанные. Наиболее распространена горизонтальная двухъярусная сушилка (рисунок 6 и 7). В ней солод сушится на двух горизонтальных решетках, расположенных одна над другой.

1 - верхняя решетка, 2 - нижняя решетка, 3 - камера для ростков; 4 - калорифер; 5 - топка; 6 - ворошитель; 7 - вытяжная труба. Рисунок 6 - Горизонтальная двухъярусная сушилка
1 — верхняя решетка, 2 — нижняя решетка, 3 — камера для ростков; 4 — калорифер; 5 — топка; 6 — ворошитель; 7 — вытяжная труба.
Рисунок 6 — Горизонтальная двухъярусная сушилка

Сушилка представляет собой высокое многоэтажное здание. В нижнем этаже находится топка, где сжигается топливо. Топочные газы из топки поступают на второй этаж, где проходят по трубам и нагревают воздух. Горячий воздух поднимается выше в камеру смешивания для смешивания с холодным воздухом до необходимой температуры. Дальше воздух проходит через две решетки, на которых находится солод, высушивает его и через вытяжную трубу в верхней части сушилки выходит в атмосферу.

1 - корпус; 2 - вентиляторы; 3 - калориферы; 4 - пере-городки с механизмами перегрузки; 5 - бункеры; 5 - пульт управления; 6 - шкаф электроприборов. Рисунок 7 - Сушилка солода двухъярусная Ш4-ВСМ-1
1 — корпус; 2 — вентиляторы; 3 — калориферы; 4 — пере-городки с механизмами перегрузки; 5 — бункеры; 5 — пульт управления; 6 — шкаф электроприборов.
Рисунок 7 — Сушилка солода двухъярусная Ш4-ВСМ-1

Вертикальная сушилка отличается вертикальным расположением решеток попарно (рисунок 8). Расстояние между решетками 20 см. В это пространство засыпают зеленый солод. Каждая пара решеток образует высокую шахту, разделенную заслонками на три зоны.

1 - окно для выгрузки солода; 2 - смесительная камера для воздуха; 3 - калорифер; 4 - шнек; 5 - шахта для солода; 6 - трубы для холодного воздуха; 7 - воздушная шахта; 8 - шнек зеленого солода; 9 - вентилятор; 10 - канал для отсасывания холодного воздуха. Рисунок 8 - Вертикальная сушилка
1 — окно для выгрузки солода; 2 — смесительная камера для воздуха; 3 — калорифер; 4 — шнек; 5 — шахта для солода; 6 — трубы для холодного воздуха; 7 — воздушная шахта; 8 — шнек зеленого солода; 9 — вентилятор; 10 — канал для отсасывания холодного воздуха.
Рисунок 8 — Вертикальная сушилка

Нагретый воздух проходит через слой солода сбоку зигзагообразно, последовательно через нижнюю, среднюю и верхнюю зоны.

Сушка светлого солода

В зависимости от режима сушки можно получить светлый или темный солод. При приготовлении светлого солода стремятся сократить ферментативную фазу, быстрее прекратить ферментативные процессы, чтобы сохранить в основном тот химический состав, который был получен при солодоращении. Светлый солод сушат 24-36 ч, по 12 ч на каждой решетке. На верхней решетке температура медленно поднимается от 20-25°С до 40-50°С. При этом влажность солода уменьшается до 8-10%. Процесс сушки на верхней решетке называется подвяливанием солода. Затем солод перегружают на нижнюю решетку, где температура поднимается до 75-78°С. При этой температуре солод выдерживают последние 3-4 ч сушки. Такая выдержка солода при наивысшей температуре сушки называется отсушкой. В период отсушки в солоде образуются красящие и ароматические вещества. К концу сушки влажность солода понижается до 3-3,5%. Для равномерности сушки солод на решетках перемешивают.

Сушка темного солод

Задачей сушки темного солода является накопление больше красящих и ароматических веществ. Продолжительность сушки для этого увеличивается в два раза (48 ч), а температура отсушки доводится до 100-105°С. Для образования большого количества красящих и ароматических веществ в солоде должно накопиться достаточно сахаров и аминокислот. В связи с этим необходимо создать условия для ферментативных процессов разложения крахмала и белков. Поэтому при сушке темного солода влагу удаляют медленно, температуру поддерживают на соответствующем уровне, создавая условия для действия ферментов.

Зеленый солод загружают на верхнюю решетку слоем 22-30 см. Первые 14 ч на верхней решетке температуру поднимают не выше 40°С, влажность понижается с 45 до 20%. Таким образом создают условия для растворения солода. В последующие 10 ч температуру доводят до 65°С, но влажность сохраняют на уровне 20%. Это достигается регулированием тяги, при этом создаются благоприятные условия для действия амилолитических ферментов. Затем солод перегружают на нижнюю решетку. На нижней решетке сушка солода подразделяется на три стадии. В первой стадии влажность понижается до 8-10% при температуре 50°С. Во второй стадии медленно поднимают температуру до 74°С, влажность уменьшается до 5%. Чтобы избежать получения стекловидного солода, удаление влаги в этот период должно происходить очень медленно.

В последние 5-6 ч сушки температура сушки медленно повышается до 100-105°С влажность понижается до 1,5-2%. При этих условиях образуются красящие и ароматические вещества. Заводами пищевого машиностроения освоен выпуск горизонтальных двухъярусных сушилок ВСМ-1 (рисунок 7). Для сушки солода в этой сушилке используются паровые калориферы, в которых нагревается воздух, нагнетаемый вентиляторами. Ее производительность 12 т/сутки при продолжительности сушки 24 часа. Ее габариты -10700×16300х5400мм.

Обработка и хранение сухого солода

Высушенный солод из сушилки направляют на ростко-отбивную машину для отделения ростков. Ростки придают пиву неприятный горький вкус. Кроме того, они сильно впитывают влагу из окружающей среды, влажность солода быстро увеличивается и его нельзя долго хранить.

Ростко-отбивная машина представляет собой сетчатый барабан с вращающимися внутри лопастями. При вращении барабана солод сильно перемешивается, за счет трения ростки отделяются и сквозь отверстия барабана проваливаются наружу.

Потери сухих веществ за счет ростков составляют 4,5-5% от массы зерна. Сразу после сушки и отбивки ростков солод направляют на выдержку и хранение в течение 4-6 недель в закромах слоем 3-4 м или в силосах. При этом влажность его повышается до 5-6%. Такой солод называется отлежавшимся. Он становится менее хрупким, чем свежий после сушки, и дает удовлетворительный помол.

Основные показатели сухого солода

По существующим нормам из 100 кг очищенного и отсортированного ячменя получается 78 кг сухого отлежавшегося солода. Влажность его 5-6%. Цвет солода должен быть равномерный светло-желтый или желтый; солод должен иметь характерный солодовый аромат и сладковатый вкус. Мучнистое тело должно легко рассыпаться при растирании и иметь белый цвет. Масса 1л солода колеблется в пределах 480-600г. Одним из важных показателей солода является его экстрактивность, т.е. процент сухих веществ, способных перейти в раствор. Нормальный выход экстракта составляет 70-75%.

Приготовление ржаного квасного солода

Ржаной квасной солод применяется для производства хлебного кваса и браги. Кроме того, его применяют в хлебопекарной промышленности для выпечки заварных сортов ржаного хлеба. Ржаной солод в основном вырабатывают на специализированных солодовенных заводах. Этот солод готовится двух видов: ферментированный (красный, томленый) и неферментированный (диастатический или светлый).

Приготовление светлого ржаного квасного солода

Светлый (неферментированный) ржаной солод производится по такой же технологии, как и ячменный. После очистки и сортировки ржи ее замачивают в замочном чане при 13-14°С. Замачивание производится воздушно-водяным методом до влажности 45-48%; продолжительность замачивания 32-36 ч.

Замоченное зерно проращивают на току или в солодорастительном барабане. Температура проращивания 13-16°С, продолжительность ращения 3,5 сут. Сушка зеленого солода проводится в горизонтальной сушилке. Режим сушки тот же, что и для ячменного светлого солода. Фертментативная активность ржаного диастатического солода высокая, она мало отличается от ферментативной активности ячменного солода.

Приготовление ферментированного ржаного солода

Процесс приготовления ферментированного (красного) солода включает следующие операции: замачивание ржи, проращивание зерна, ферментация зеленого солода, сушка солода.

При ферментации сахара взаимодействуют с аминокислотами, и в результате этих реакций образуются меланоидины, которые сообщают солоду красно-бурый цвет, хлебный вкус и аромат.

Для приготовления ферментированного солода рожь замачивают по воздушно-водяному способу в течение 30-32 ч до влажности 46-48%. Замоченное зерно можно проращивать и подвергать ферментации в солодовне любой системы. Проращивают рожь при 17-18°С 3-5 сут. После проращивания проводят ферментацию (томление) солода. Для этого солод собирают в конические или пирамидальные кучи высотой около 1,5 м и выдерживают в течение 5-7 сут. За этот период солод согревается и температура постепенно повышается: первые сутки — до 36°С, вторые и третьи — до 45°С, четвертые сутки до 50°С и выше.

Через двое суток после начала ферментации в куче различают четыре слоя: верхний слой толщиной до 15 см (“плесневелый” слой), второй слой до 25 см (решающий), третий толщиной до 40 см (промежуточный) и нижний слой толщиной 15-20 см. Физические и биохимические процессы, влияющие на качество красного ржаного солода, происходят во втором и частично в третьем слоях. В первый период ферментации (1-3 суток) происходит глубокий ферментативный гидролиз крахмала и белков, а затем продукты этого распада взаимодействуют между собой с образованием меланоидинов. В результате солод темнеет и приобретает вкус и аромат ржаного хлеба. Чтобы достичь равномерного томления во всех слоях, солод перелопачивают через каждые двое суток. При каждом перелопачивании солод увлажняют.

1 - рожь; 2 - сепаратор; 3 - нория; 5 - бункеры для хранения разных сортов ржи; 6 - автоматические весы; 7 - замочный чан; 8 - воронка для сплава; 9 - сборник сплава; 10 - воздуходувка; 11 - влагомаслоотделитель; 12 - ресивер; 13 - токовая солодовня; 14 - томильная камера; 15 - калорифер; 16 - сушилка; 17 - ростко-отбивная машина; 18 - полировочная машина; 19 - дробилка; 20 - весы. Рисунок 9 - Аппаратурно-технологическая схема производства ржаного солода
1 — рожь; 2 — сепаратор; 3 — нория; 5 — бункеры для хранения разных сортов ржи; 6 — автоматические весы; 7 — замочный чан; 8 — воронка для сплава; 9 — сборник сплава; 10 — воздуходувка; 11 — влагомаслоотделитель; 12 — ресивер; 13 — токовая солодовня; 14 — томильная камера; 15 — калорифер; 16 — сушилка; 17 — ростко-отбивная машина; 18 — полировочная машина; 19 — дробилка; 20 — весы.
Рисунок 9 — Аппаратурно-технологическая схема производства ржаного солода

Сушка производится в одно- или двухъярусной сушилке до влажности 8-10%. Общая продолжительность сушки 24 ч. В первый период сушки (6 ч) температура поддерживается на уровне 40-45°С. При этой температуре продолжается процесс ферментации солода. Во второй период (10-12 ч) температуру повышают до 55-60°С, а содержание влаги в солоде снижается до 20-30%. В третьем периоде (4-6 ч) температуру постепенно повышают до 65-70°С, а к концу сушки влажность снижают до 8-10%. Перелопачивание солода производят каждый час.

Выход сухого солода составляет 80 кг из 100 кг ржи влажностью 15%. На рисунке 9 показана схема производства ржаного солода.