Основы производства солода и солодовых экстрактов

Воздушно-оросительное замачивание является комбинированным способом, по которому зерно периодически орошается водой, а путём 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.

По этому способу зерно под водой находится в течение 30% всей продолжительности замачивания, а 70% времени орошается и аэрируется.

Наибольшее распространение в солодовенном производстве получили моечные и замочные аппараты с цилиндрическим корпусом и коническим днищем. Оптимальная вместимость таких аппаратов составляет обычно от 35 до 65 тонн зерна. По этой причине в крупных солодовенных производствах при одновременном замачивании ячменя более 70 тонн используют группы замочных аппаратов.

Однако увеличение замочных аппаратов ведёт к повышению капитальных затрат и удорожанию системы автоматизации производства. Поэтому при проектировании новых солодовенных производств или реконструкции существующих солодовен необходимо руководствоваться принципом масштабирования, то есть, стремиться к уменьшению количества оборудования за счёт увеличения его единичной мощности.

В связи с этим в последующие годы для замачивания ячменя начали применять замочные аппараты цилиндрической формы с плоским днищем, вместимость которых соответствует одноразовой загрузке солодорастильных аппаратов.

Аэрацию зерна в моечных аппаратах осуществляют различными способами:

· с применением эрлифта, при котором воздух в аппарат нагнетают через одно или несколько сопел, расположенных в нижней конической части аппарата под центральной трубой;

· с помощью барботеров – колец различного диаметра из перфорированных труб, расположенных на разных уровнях в конической части замочного аппарата;

· с применением эжекторов – струйных аппаратов, в которых за счёт кинетической энергии прокачиваемой жидкости создаётся разряжение и подсасывается воздух;

· через форсунки, равномерно расположенные в несколько ярусов по окружности конического днища замочного аппарата.

При аэрации с применением барботеров или эрлифта, образуются сравнительно большие воздушные пузыри, при этом массоперенос кислорода, осуществляемый преимущественно через стенки воздушных пузырей, менее интенсивен, а следовательно, и дыхание зерна происходит менее эффективно.

При использовании открытых моечных и замочных аппаратов аэрацию зерна в период водяной фазы замачивания и удаления диоксида углерода в период воздушной фазы замачивания осуществляют традиционным образом: воздух с помощью воздуходувки забирают из помещения и продувают через слой зерно-водяной смеси в аппарате, при чём отработанный воздух возвращается в то же помещение. При такой организации процесса необходимо осуществлять воздухообмен и поддерживать температуру на оптимальном уровне.

В современных солодовнях при использовании закрытых моечных и замочных аппаратов организацию воздушных потоков при замачивании зерна осуществляют иначе: воздух с помощью воздуходувки забирают из помещения, продувают через слой зерно-водяной смеси в аппарате, а отработанный воздух выбрасывается за пределы здания по воздуходуву, соединяющему крышку аппарата с атмосферой.

Во избежание переохлаждения или перегрева замоченного зерна при удалении диоксида углерода во время воздушной фазы замачивания в холодные, зимние или жаркие, летние времена года, атмосферный воздух, поступающий в замочные аппараты непосредственно с улицы, подвергают тепловой обработке - подогревают или охлаждают.

На практике встречаются и другие способы аэрации и удаления диоксида углерода в процессе замачивания ячменя.

4.2. Проращивание зерна.

Технологической целью солодоращения являются биосинтез ферментов и активация неактивных ферментов, в результате происходит растворение резервных веществ ячменя. Ферментативный гидролиз сложных веществ ячменя начинается при проращивании и завершается при затирании зернового сырья.

При искусственном проращивании ячменя в нём осуществляются те же биохимические процессы, что и при прорастании зерна в естественных условиях. Появление в зерне свободной влаги способствует улучшению проницаемости клеточных стенок, набуханию резервных веществ эндосперма и переходу их в состояние легко доступное действию ферментов.

В этом состоянии в зерне начинается ферментативный гидролиз высокомолекулярных веществ, входящих в состав стенок клеток и запасных веществ эндосперма (гемицеллюлоз, крахмала, белков, пектиновых веществ, жира и т.д.), которые, превращаясь в простейшие и растворимые соединения, приобретают способность к диффузии, что позволяет им в дальнейшем использоваться для питания зародыша.

На биосинтез ферментов и образование новых тканей в процессе проращивания расходуется энергия, которая высвобождается в процессе дыхания зерна, в ходе которого происходит окисление части углеводов и небольшого количества белков и жиров. В цитоплазме химическая энергтя окисления трансформируется в другие формы и частично расходуется на обмен веществ, а остаток ее выделяется в виде теплоты в окружающую среду.

Факторы, влияющие на проращивание. На качество проращиваемого солода влияют следующие факторы:

· расход воздуха для аэрации и охлаждения зерна;

· состав аэрируемого воздуха;

· влажность проращиваемого зерна;

· температурный режим;

· продолжительность процесса;

· увлажнение зерна во время ворошения;

· качество ворошения проращиваемого материала;

· равномерность слоя зерна в солодорастильном аппарате для улучшения тепло - и массообмена;

щадящие условия при загрузке и выгрузке, обеспечивающие меньшее травмирование зерна.

Граница между замачиванием и проращиванием весьма условна, поскольку при повышении влажности до 30% физиологические проявления в зерне становятся заметными, а при влажности 38% зерно уже на 2-е сутки постепенно начинает прорастать. Видимым признаком начала проращивания является проникновение зародышего корешка через цветковую оболочку.

Поскольку все жизненно важные процессы в зерне протекают при достаточном количестве влаги, то проращиваемое зерно должно иметь влажность не менее 40%.

При дыхании зерна выделяется диоксид углерода и водяной пар. Если солодоращение осуществляют в токовой солодовне, то пар конденсируется на проращиваемом зерне, образуя на его поверхности так называемый "пот", который, впитываясь зерном, способствует сохранению определённой степени влажности. В пневматических солодовнях выделяемый зерном водяной пар удаляется с продуваемым через зерно воздухом и отпотевание не происходит. В этом случае для поддержания необходимой степени влажности зерна, его орошают водой во время ворошения

Температура зерна при проращивании светлого солода не должна превышать 17…18ºС, а темного солода – 23…25ºС.

Основные процессы, осуществляемые при проращивании. При проращивании в зерне осуществляется комплекс взаимосвязанных внешних и внутренних процессов, среди которых можно выделить:

- физиологические, в ходе которых осуществляется дыхание зерна, рост зародышевых корешков и рост листка зародыша;

- активацию и биосинтез ферментов в зерне;

- биотрансформацию веществ в зерне в результате каталитического действия ферментов.

Оборудование для солодоращения. Замоченное зерно проращивают в солодорастильных аппаратах с соблюдением температурного и влажностного режима, подвода необходимого количества кондиционированного воздуха и удаление диоксида углерода. Указанные условия можно создать в помещениях или аппаратах, изолированных от окружающей среды.

Зерно проращивают в специальных помещениях называемых солодовнями. Солодоращение можно осуществлять в солодовнях следующего типа:

Токовая солодовня. Представляет собой помещение, в котором расположен пол "ток", на котором располагают зерно. Проращивание ведут 7-8 суток. Большим минусом таких солодовен является использование ручного труда и отсутствие механизации.

Ящичная солодовня. Ящичная солодовня состоит из нескольких длинных открытых солодорастильных ящиков, разделенных между собой стенкой. Солодорастильный ящик в плане имеет прямоугольную форму. Основное дно сделано с небольшим уклоном для стока воды. На второе (ситчатое) дно, укладывают замоченное зерно. Через подситовое пространство в слой зерна подают кондиционированный воздух. На стенках ящика установлен передвижной солодоворошитель с вертикальными шнеками. Замоченное зерно вместе с водой подают из замочного аппарата в ящик и с помощью ворошителя распределяют на сите ровным слоем высотой 0,6-0,85м. Продолжительность проращивания составляет 7-8 суток. В отличие от токовых солодовен ящичные механизированы, что облегчает работу. Свежепроросший солод, выращиваемый в ящичной солодовне, по своему химическому составу близок к токовому. В результате уменьшение потерь на дыхание и развитие ростков выход солода и его экстрактивность примерно на 1 процент выше, чем выход солода, приготовленного в токовой солодовне.

Этот тип солодовни в последние десятилетия приобретает наибольшее распространение. Современные солодовни - типа "передвижная грядка" и башенного типа - основаны на принципе ящичной солодовни, которая получила название по имени ее изобретателя - Saladin. Работа таких установок такая же, как и в простых ящичных солодовнях. Аэрация в старых установках осуществлялась с помощью вытяжных вентиляторов, которые с перерывами подавали воздух в материал через общую увлажнительную установку. В современных солодорастильных барабанах ящичного типа системы Saladin каждая грядка оснащается своим напорным вентилятором с агрегатом для увлажнения и охлаждения, причем аэрация осуществляется непрерывно. В аппаратах системы Saladin грядки легкодоступны для осмотра и контроля. В них благодаря равномерности слоя материала обеспечивается и равномерная вентиляция.

Солодовня передвижная грядка. В солодовне с передвижной грядкой, отличающейся от обычной ящичной солодовни только наличием ковшового ворошителя вместо шнекового, проращиваемое зерно постепенно перебрасывается ковшовым ворошителем вдоль ящика от места загрузки зерна до места выгрузки солода. Солодовня с передвижной грядкой представляет собой длинный ящик, в котором подситовое пространство разделено перегородками на секции, число которых равно числу суток ращения солода. Замоченное зерно из чанов выгружается на площадь сита. Перемещение зерна на сита последующих секций и его ворошение проводятся через каждые 12 часов при помощи ковшового ворошителя, установленного по ширине ящика передвижной грядки. На освободившуюся площадь сита вновь загружается замоченное зерно. Масса готового свежепроросшего солода выгружается в бункер, а из него подаётся на сушку.

К солодовням передвижная грядка можно отнести установку с солодорастильными аппаратами"Lausmann". Аппарат для проращивания Lausmann предусматривает ежедневное перемещение проращиваемого зерна в следующий ящик.

Ящики квадратного или прямоугольного сечения располагают в ряд, непосредственно друг около друга. Поднимают и опускают их с помощью подъемного устройства обычной конструкции, регулируя высоту пространства под ящиками. При максимальном подъеме сито достигает края ящика для проращивания, чем обеспечивается его полная очистка. Ворошение осуществляется при подъеме сита, в результате чего часть проращиваемого материала пересыпается через разделительную стенку двух ящиков и перемещается с помощью ворошителя особой конструкции в следующую секцию ящика или в сушилку. Ворошитель состоит из системы скребков и возвышается над двумя ящиками, благодаря чему можно полностью разровнять солод в следующем ящике. За последним ящиком располагается либо встроенная сушилка, либо бункер для транспортирования свежепроросшего солода. Поскольку сушилка требует большой площади, ворошитель должен исполнять и функцию по выгрузке из нее солода.

Солодорастильные аппараты барабанного типа. Представляют собой горизонтальный стальной цилиндрический корпус, установленный на двух парах опорных роликов. Проращиваемое зерно продувают кондиционированным воздухом, а перемешивают в результате медленного вращения барабана. Барабанные солодовни бывают закрытые и открытые. Особенностью закрытых барабанов – полная изолированность проращиваемого зерна от внешних условий. Существует два типа закрытых барабанов: с плоским ситом и с ситчатыми трубами. Барабанные солодовни с плоским ситом представляют собой горизонтальный цилиндрический корпус, внутри аппарата закреплено плоское сито, на котором равномерно загружают замоченное зерно. Высота слоя зерна на ситчатом днище может достигать 1м. Ворошение два раза в сутки, при этом барабан осуществляет 1 об. /45'. Барабанные солодовни с ситчатыми трубами во многом устроены идентично вышеописанному аппарату, но в центре барабана закреплена ситчатая труба. Кондиционированный воздух нагнетается или в подситовое пространство или в ситчатую трубу, в зависимости от типа солодовни. Качество солода, выращенного в такой солодовне, хорошее. Он достаточно растворен и имеет свежий вид и чистый солодовый запах.

Примером такой солодовни можно представить солодовню барабанного типа фирмы "Galland". Проращивание в ней ведется при местной аэрации и кондиционировании, а также с применением рециркуляционного воздуха.

Зерно в барабане после пневматического замачивания увлажняется или подсушивается до содержания влаги 38% и температуры 18 °С. Загрузка осуществляется через люки сначала на одну треть так, чтобы путем поворота барабана на пол оборота можно было равномерно распределить замоченное зерно. После стекания замочной воды начинается аэрация кондиционированным воздухом температурой 16 °С. Для поддержания режима сушки первые 4-6 ч барабан вращается постоянно. Равномерное начало проращивания наступает через 12-16 ч. Во время этой фазы барабан вращается в течение 3 ч. Если наклюнулось 95% зерен, то влажность повышают до 42% путем интенсивного орошения через отверстия при вращении. При правильном ведении процесса свежепроросший солод имеет свежий запах и характеризуется хорошо сохраненным зародышем.