Повышение интенсивности замачивания и проращивания ячменя под влиянием ионоозонной взрывокавитации

Замачивание ячменя является очень важным этапом соложения, так как условия его проведения оказывают влияние на процесс проращивания, его длительность, на потери при соложении и на качество получаемого готового солода.

Этот технологический процесс не может рассматриваться как самостоятельный, в отрыве от общего процесса соложения, а является лишь первой его стадией. Стадия замачивания помимо снабжения зерна водой должна сопровождаться подводом к зерну достаточного количества кислорода. Чем больше зерно поглощает воду, тем интенсивнее протекают процессы обмена веществ и тем большей становится потребность в кислороде. Поэтому, внутри зерна должен поддерживаться минимальный уровень кислорода, который соответствует динамическому равновесию между низшим пределом потребления его зародышем и поступлении кислорода из внешней среды. В противном случае зерно начинает расходовать свои запасные вещества (углеводы) для покрытия необходимой ему энергии, причем образуются не вода и углекислота, а спирт и ряд таких промежуточных продуктов, как альдегиды, кислоты и эфиры, которые, отравляя зародыш, наносят вред дальнейшему этапу - проращиванию зерна.

Как правило, цель замачивания заключается в том, чтобы очистить зерно от легких примесей, дезинфицировать зерно, и, самое главное, довести до оптимальной для солодо-ращения влажности.

Таким образом, в основу разработки различных методов замачивания ячменя должны быть положены следующие требования:

• 1)    достижение необходимой влажности;

• 2)    поддержание оптимальной температуры;

• 3)    подача кислорода и удаление углекислого газа.

Главная цель солодоращения - образование ферментов. Эти ферменты, безусловно, необходимы для расщепления веществ при затирании. Под действием ферментов при проращивании часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты и др.

При проращивании протекает ряд сложных процессов:

• 1)    физиологические - развитие и прорастание зародыша;

• 2)    биофизические - передвижение ферментов из алейронового слоя к эндосперму и простых веществ от эндосперма к зародышу;

• 3)    биохимические - дыхание зерна, гидролиз запасных веществ эндосперма, синтез новых веществ, образование тканей, ароматических и вкусовых веществ [1].

Существует метод обработки, где комбинируются несколько путей воздействия на биологический объект: замачивание, тепловое влияние, вибрация, кавитация. Семена, прошедшие акустико-кавитационную обработку, имеют повышенную всхожесть, а также и ускоренное развитие, что дает возможность либо повысить качество продукции из пророщенного зерна, либо сократить сроки проращивания и снизить ее стоимость при исходном уровне качества [2].

С целью ускорения процесса замачивания нами разработана универсальная ионоозонная взрывокавитационная установка по обработке зерна ячменя и в настоящее время находится на стадии организации производства (рис. 1).

Рис. 1 - Ионоозонная взрывокавитационная установка

Ионоозонная взрывокавитационная установка в соответствии с рисунком 1 состоит из следующих элементов:

• 1.    Компрессор

• 2.    Воздухопровод

• 3.  Ионоозонная установка

• 4.  Трубопровод ионоозонной смеси

• 5.    Кавитационная установка

• 6.    Патрубок засыпки зерна

• 7.  Вентиль засыпки зерна

• 8.  Вентиль сброса давления

• 9.    Патрубок сброса зерна

• 10.    Емкость – сборник зерна

• 11.    Ловушка зерна.

Исследованиями в этой области науки занимаются ученые из Италии и России. Журнал Массачусетского технологического института рассказывает о революционном эксперименте, который может полностью изменить технологию пивоварения.

Объектом их внимания стала кавитация, процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости. Обычно этот процесс происходит при понижении давления в жидкости – жидкость закипает, а затем, при повышении давления, пар конденсируется [3].

В данном исследовании в основе обработки зерна ячменя лежит создание резкого перепада расчетного избыточного давления при ионоозонной обработке ячменя. В результате, при резком сбросе избыточного давления до атмосферного давления окружающей среды, озон взрывается, который увеличивает эффективность резкого перепада давления во взрывокавитационной установке, а именно в кавитации зерна. При резком сбросе избыточного давления от 4-8 атм до атмосферного давления окружающей среды, происходит взрывокавитационный удар. В этих процессах отпадает необходимость использования кавитационных деструкторов. Установка отличается простотой конструкции, а также высоким рабочим ресурсом ввиду отсутствия движущихся и электрических элементов.

Работа ионоозонной взрывокавитационной установки по обработке зерна ячменя отличается универсальностью применения в отношении исходного сырья, а также компактностью и очень высоким рабочим ресурсом, при этом дает большое преимущество в соотношении цена/качество/производительность, по сравнению со всеми существующими установками [4].

Объекты и методы исследований

Исследования проводили в Научно-исследовательской лаборатории инновационной технологии пищевых и перерабатывающих производств Алматинского технологического университета.

Объектами исследований являлись:

• -    пивоваренный ячмень I сорта;

• -    ионоозонная взрывокавитационная установка.

Методы исследований:

• -    определение влажности зерна ячменя по ГОСТ 13586.5-93;

• -    определение зараженности вредителями по ГОСТ 13586-4-83;

• -    определение экстрактивности по ГОСТ 12136-77;

• -    определение энергии и способности прорастания по ГОСТ 10968-88.

Результаты и их обсуждение

Нами проведены первоначальные исследования по изучению влияния ионоозонных взрывокавитационных процессов на время и степень замачивания зерна ячменя.

Ионоозонную взрывокавитацию применили перед замачиванием зерна ячменя. За контроль брали образец зерна, не подвергнутого обработке. Опыты проводили при режимах обработки, указанных в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние режимов обработки на технологические показатели зерна ячменя

Образцы	Режимы обработки					Технологические показатели
	о а са	X са К а (D а о а 5 ” S о а Щ сЗ 5 & к	о о	а	а a £ ч ^ С	С	са а	оГ а к а 8 а S g й « 5 ° са о а	са а са о СП	m
Контрольный образец	10	–	–	–	–	14,6	44,35	3 (72 ч.)	1	72
Образец, обработанный ионоозонной взрывокавитацией	10	500	0,1	0,8	10	14,6	45	0,5 (12 ч.)	0	80

Результаты эксперимента показывают, что влажность зерна ячменя, предварительно обработанного на ионоозонной взрывокавитационной установке, достигает требуемого количества, а это 45 % уже через 0,5 суток (12 ч.) по сравнению с контрольным образцом, накопившим 44,35 % влаги только через 3 суток (72 ч.). Кроме того, количество клещей и долгоносиков после обработки зерна ячменя ионоозонной взрывокавитацией равняется нулю, в то время как контрольный образец имеет первую степень зараженности вредителями (2 долгоносика и 15 клещей). Экстрактивность ячменя повышается до 80%.

Влияние различных концентраций ионо-озона на энергию и способность к прорастанию зерна ячменя при облучении зерна до замачивания показаны в таблице 2.

Таблица 2 - Влияние режимов обработки на энергию и способность прорастания

Режимы обработки, концентрация иона и озона, %	Энергия прорастания, %	Способность прорастания, %
Контрольный образец	96,4 %	98,6 %
4∙10-3	96,6 %	98,8 %
2,03∙10-5	97,2 %	98,9 %
6∙10-5	98,3 %	99,4 %

Как видно из представленных данных, во всех вариантах с обработкой выявлена тенденция в сторону увеличения показателей всхожес- ти зерна: энергия и способность к прорастанию выше контрольных показателей (на рисунке 2 представлена диаграмма).

100,00%

99,00%

98,00%

97,00%

96,00%

95,00%

94,00%

□ Энергия прорастания, %

□ Способность прорастания, % образец

Рис. 2 - Влияние режимов обработки на энергию и способность прорастания

Выводы

Анализ эффективности действия ионоозонной взрывокавитации при обработке ячменя, замоченного до влажности 45%, выявил увеличение способности прорастания зерна в опытных вариантах на 0,8-1,9% по отношению к контролю, доведя данный показатель до требуемых стандартом норм.

Полученные данные свидетельствуют о сокращении длительности замачивания за счет применения ионоозонной взрывокавитации.

Кроме того, эта технология позволяет уменьшить расходы на дезинфицирующие вещества, снизить потребление энергетических ресурсов за счет того, что происходит разрушение оболочки и эндосперма зерна ячменя, увеличивается объем зерна, а также увеличиваются поры.