Совершенствование технологии обработки зернового сырья в процессе солодоращения

На сегодняшний день, несмотря на то, что пищевая и перерабатывающая промышленность занимает лидирующее положение в структуре промышленного производства России, в которой наблюдается увеличение объемов производства российских продуктов питания, существует ряд проблем, связанных с высокой импортной зависимостью страны по отдельным видам сельскохозяйственной продукции и продовольствия [1].

В связи с этим приоритетными задачами в сфере производства пищевых продуктов являются: внедрение современных достижений науки и техники для повышения качества сырья и готовой продукции, а также использование ресурсосберегающих технологий и технических средств [1].

Пивоваренная отрасль не стала исключением в решении данных задач, в ней сущест- вует ряд проблем, связанных с недостатком зернового сырья с определенными качественными характеристиками.

Ячмень для производства пива - традиционная зерновая культура, так как изготовляемый из него солод придает пиву те специфические вкус и аромат, которые отличают его от других продуктов брожения. Технология производства солода предусматривает следующие операции: замачивание, проращивание очищенного и отсортированного зерна и сушку свежепроросшего солода [2].

Самым длительным и ответственным этапом является процесс проращивания зерна, который будет проходить успешно при условии, что качество зерна ячменя является удовлетворительным [2].

В настоящее время на пивзаводы поступает большое количество товарных партий зерна ячменя различного уровня качества, то есть встречается и нестандартное зерно, использование которого приводит к снижению качества пива из-за снижения качества самого солода и не позволяет снизить затраты на его производство за счет наличия потерь при обработке сырья. В связи с этим технологический цикл требует обоснованного и целенаправленного процесса обработки зерна перед солодоращением. Современные научноисследовательские разработки позволяют не только улучшить этот процесс, но и совершенствовать его.

В основе наших исследований лежит решение технической задачи – устранение этого недостатка, а именно повышение качества солода, повышающего качество конечного продукта – пива, при использовании нестандартного зерна ячменя и одновременно снижение затрат на производство пива.

Зерновые культуры, в том числе и ячмень, поражаются микроорганизмами еще в процессе созревания, так как развитие бактериальной микрофлоры на зерне может происходить в поле, в хранилищах и при проращивании. Микроорганизмы, поражающие зерно, наносят значительный ущерб качеству как самого зерна, так и качеству солода и пива [3, 4, 16–18].

Известна обработка растений ячменя препаратом алкилоксибензол (АОБ), при которой уже на стадии колошения значительно снижается загрязнение зерна ячменя как бактериями, так и мицелиальными грибами [5].

Недостатком такого способа является его трудоемкость, так как обработку необходимо осуществлять на разных стадиях технологического цикла (замачивание, солодоращение и др.).

Поскольку поступающее на пивзаводы количество партий зерна ячменя, зараженного инфекцией, увеличивается, становится актуальной задачей его обеззараживание прежде, чем ячмень поступит на дальнейшую переработку или хранение.

Известно, что некоторые физические факторы обладают стерилизующим эффектом, угнетая развитие микроорганизмов. Например, использование γ-лучей, ультразвука, электронно-ионной технологии и других физических методов обработки зерна дает положительные результаты. Однако микроорганизмы имеют различную чувствительность к физическим факторам воздействия, так, к действию γ-лучей и ультразвука были устойчивы мицелиальные грибы, а ИК-лучи, наоборот, угнетают развитие мицелиальных грибов, но в меньшей степени воздействуют на бактерии [6, 12–15].

Таким образом, ни один из этих способов не обеспечивает полное обеззараживание от вирусов и грибов.

Известен способ обработки зерна ячменя повышенной влажности электрическим током частотой 50–10 000 Гц и определение влияния переменного тока на солодоращение ячменя. Способ стимулирует всхожесть ячменя и повышает активность всех гидролитических ферментов. После первого замачивания и обработки зерна микроэлектротоком частотой 200 Гц наблюдается хорошо воспроизводимый рост всех показателей солода, необходимых для получения пива [7].

Недостаток указанного способа заключается в том, что он не оказывает существенного влияния на обеззараживание зерна ячменя от вредной микрофлоры, что очень важно для приготовления пива высокого качества.

Наиболее близким является способ производства солода из пивоваренных сортов ячменя, предусматривающий обработку зерна ячменя, включающую промывку ячменя водой перед замачиванием, определение влажности ячменя, обработку его в поле сверхвысоких частот (СВЧ). Пивоваренный ячмень влажностью 15,5–17,5 % обрабатывают в СВЧ-поле с частотой 2450 МГц, со скоростью нагрева зерна 0,4–0,8 °С/с в течение 60–90 с до конечной температуры продукта 57–60 °С. Это позволяет обеспечить снижение обсеме-ненности ячменя микроорганизмами, активацию роста при солодоращении, снижение потерь ценных веществ, улучшение качества, получение экологически чистого ячменя при снижении энергозатрат [8].

Как уже отмечено ранее, на пивзаводы поступает большое количество товарных партий зерна ячменя с различными параметрами, т. е. нестандартное зерно, что в значительной мере влияет на качество пива из-за снижения качества самого солода и не позволяет снизить затраты на его производство за счет наличия потерь при обработке сырья. Наша задача заключалась в устранении этого недостатка.

Указанная задача решается тем, что в способе обработки зерна ячменя пивоваренных сортов при производстве солода, вклю- чающем промывку ячменя водой, обработку ячменя влажностью 15,5–17,5 % в СВЧ-поле с частотой 2450 МГц, со скоростью нагрева зерна 0,4–0,8 °С/с в течение 60–90 с до конечной температуры 58–60 °С, замачивание, со-лодоращение, согласно нашим исследованиям, после обработки в СВЧ-поле осуществляют сортировку ячменя на I-й и II-й классы по крупности и выравненности зерна, после которой ячмень I-го класса отправляют на замачивание, а ячмень II-го класса повторно обрабатывают в СВЧ-поле с частотой 2450 МГц со скоростью нагрева зерна 0,1–0,3 °С/с в течение 95–125 с.

Отличительная особенность предлагаемого способа заключается в том, что после обработки в СВЧ-поле осуществляют сортировку ячменя на I-й и II-й классы по крупности и выравненности зерна, после которой отсортированный ячмень I-го класса отправляют на замачивание и далее на солодоращение и приготовление пива. Оставшееся зерно ячменя II-го класса повторно обрабатывают в СВЧ-поле с частотой 2450 МГц, но уже с другими параметрами – со скоростью нагрева зерна 0,1–0,3 °С/с в течение 95–125 с.

Эта особенность способа дает возможность получить из нестандартного зерна солод, по своим показателям приближающийся к солоду II-го класса, а из ячменя II-го класса – солод I-го класса, а полученный солод используют для производства качественного пива. Кроме того, исключаются потери из-за отбраковки и возврата партий зерна ячменя, что снижает затраты на производство пива. Зерно I-го класса, полученное после сортировки по крупности и выравненности, соответствует ГОСТ 5060-86.

Крупное зерно содержит больше веществ, определяющих плотность пива; оно равномерно замачивается, равномерно растворяется, меньше греется при соложении, что влияет на улучшение качества солода [9].

Кроме того, повторная обработка в СВЧ-поле оставшегося зерна с указанными режимами гарантирует получение микробиологически чистой продукции. В результате мы обеспечиваем повышение качества солода (или пива) и практически безотходное производство за счет исключения потерь зерна путем повышения качества при повторной СВЧ-обработке отсортированного зерна.

В табл. 1 представлены режимы обработ- ки ячменя. Учитывая, что изучали два фактора (m = 2), влияющих на технологию солодо-ращения (процесс проращивания), выбрали план активного планирования эксперимента Кона-2.

Входными параметрами были: экспозиция обработки ( Т , с) и скорость нагрева (V t , °С/с). Входные параметры варьировались на 3-х уровнях: минимум, среднее, максимум. Экспозиция обработки была равна 95; 110 и 125 с, а скорость нагрева составляла 0,1; 0,2 и 0,3 °С/с.

Таблица 1 Режимы обработки ячменя

№ варианта	Режимы		Температура, °С
	Экспозиция обработки τ, с	Скорость нагрева Vt, °С/с
1	125	0,3	87
2	125	0,1	58
3	95	0,3	49
4	95	0,1	36
5	125	0,2	71
6	95	0,2	45
7	110	0,3	79
8	110	0,1	52
9	110	0,2	63
10	Контроль		20

В табл. 2 представлены результаты влияния СВЧ-энергии на фитопатогенный комплекс зерна ячменя после сортировки; в табл. 3 – результаты влияния СВЧ-энергии на интенсивность прорастания зерна ячменя.

Принятый план активного планирования эксперимента позволил получить влияние 2-х факторов на обеззараживание зерна при 9 вариантах опыта. Эксперимент проводили в 3-кратной повторности.

Таким образом, совершенствование технологии обработки зернового сырья позволило нам, во-первых, получить из нестандартного зерна ячменя солод, по своим показателям приближающийся к солоду II-го класса, а из ячменя II-го класса – солод I-го класса; во-вторых, получить микробиологически чистую продукцию, что исключает отбраковку и возврат партий зерна ячменя пивоваренного.

Предлагаемый способ может быть использован не только при получении пива и кваса, но и в хлебопечении, и в кондитерском производстве, где по технологии предусмотрено использование солода.

Таблица 2

Результаты влияния СВЧ-энергии на фитопатогенный комплекс зерна ячменя

Объект исследования	Температура нагрева, °С	Зараженных зерен ячменя, %
		Aspergillus	Alternaria	Penicillium	Fusarium	Mucor
Ячмень пивоваренный	87	0	0	0	0	11
	58	0	10	6	2	16
	49	0	14	8	1	19
	36	71	29	5	3	21
	71	0	2	0	0	16
	45	9	31	7	1	18
	79	0	0	0	0	9
	52	34	36	5	2	15
	63	0	8	3	1	7
	23	100	31	21	6	49

Таблица 3

Результаты влияния СВЧ-энергии на интенсивность прорастания зерна ячменя

№ вари-анта	Режимы		Температура, °С	Количество проросших зерен ячменя
				Повторность			Среднее значение, шт.	%
	Экспозиция обработки, τ, с	Скорость нагрева V t , °С/с		I	II	III
1	125	0,3	87	0	0	0	0	0
2	125	0,1	58	15	15	14	14,47	58,67
3	95	0,3	49	9	10	11	10,0	40,0
4	95	0,1	36	22	21	20	21,0	84
5	125	0,2	71	0	0	0	0	0
6	95	0,2	45	11	11	10	10,67	42,7
7	110	0,3	79	0	0	0	0	0
8	110	0,1	52	19	22	22	21,0	84,0
9	110	0,2	63	19	17	17	17,67	70,7
10	Контроль			20	18	20	19,33	77,3