Способ производства солода из пивоваренных сортов ячменя
Владельцы патента RU 2283861:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к пивоваренной промышленности и может быть использовано при обработке ячменя в процессе производства солода. Способ производства солода из пивоваренных сортов ячменя включает промывку ячменя водой перед замачиванием, определение влажности ячменя, обработку его в поле сверхвысоких частот. 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 58-60°С. Это позволяет обеспечить снижение обсемененности ячменя микроорганизмами, активацию роста при солодоращении, снижение потерь ценных веществ, улучшение качества, получение экологически чистого ячменя, а также снижение энергозатрат, материалоемкости, повышение производительности. 1 ил., 3 табл.
Изобретение относится к пивоваренной промышленности и может быть использовано при обработке ячменя в процессе производства солода.
Сырьем для приготовления пива служит ячменный солод, который получают из пивоваренных сортов ячменя.
Зерновые культуры, в том числе и ячмень, поражаются микроорганизмами еще в процессе созревания. На начальных этапах развития зерно ячменя поражается «полевыми грибами», бактериальной микрофлорой и в незначительном количестве дрожжами. На зерне можно обнаружить и актиномицеты. При хранении ячменя происходит перераспределение состава микрофлоры, обсеменяющей зерно, постепенно представители «полевых грибов» вытесняются «плесенями хранения».
«Плесени хранения», присутствующие на зерне, отрицательно воздействуют на его качество. Особенно быстро снижается прорастаемость зерна, увеличивается кислотность, может появиться затхлый и плесневый запах. По этой причине партия ячменя может стать непригодной для производства солода.
Поскольку поступающее на пивзаводы количество партий зерна ячменя, зараженного инфекцией, увеличивается, становится актуальной задача его обеззараживания прежде, чем ячмень поступит на дальнейшую переработку или хранение.
Для обеззараживания зерна с целью снижения обсемененности ячменя микроорганизмами, активации роста при солодоращении, снижения потерь ценных веществ, улучшения качества применяют следующие методы.
В процессе производства солода, на стадии мойки зерна, проводят его дезинфекцию, что позволяет значительно снизить обсемененность ячменя, удалить микроорганизмы, находящиеся на поверхности зерна [1].
Недостатком такого метода является то, что в результате дезинфекции на стадии мойки удаляется только поверхностная микрофлора, а микрофлора, находящаяся под оболочкой зерна, не удаляется и, кроме того, активно развивается на зерне. Это приводит к тому, что снижается прорастаемость зерна, увеличивается кислотность, может появиться затхлый и плесневый запах и по этим причинам ячмень может стать непригодным для производства солода, а следовательно, и для приготовления пива.
Известен метод хранения зерновой массы в охлажденном состоянии, когда температура ее понижена до пределов, оказывающих значительное тормозящее влияние на жизненные фракции компонентов зерновой массы. Положительная роль пониженных температур заключается в действии, тормозящем развитие и жизнедеятельность всех живых компонентов зерновой массы, т.к. при температуре ниже 10°С замедляется развитие микроорганизмов, не размножаются насекомые и клещи, резко падает интенсивность дыхания зерна [2].
Недостатком описанного выше метода является то, что пониженные температуры, в том числе и отрицательные, к сожалению, в большинстве случаев лишь приостанавливают развитие микроорганизмов, но не вызывают их гибели.
При обработке пивоваренный ячмень подвергают многократной очистке, шелушению, шлифованию, разным приемам термической обработки. В результате перечисленных операций резко снижается обсемененность микрофлорой зерна ячменя. В настоящее время сушка является одним из эффективных способов снижения обсемененности зерна ячменя нежелательной микрофлорой [3].
Однако основной недостаток этого метода заключается в том, что процесс сушки характеризуется значительными затратами тепловой и электрической энергии и, что самое главное, загрязнением окружающей среды.
В настоящее время шире изучаются вопросы сохранения зерна при помощи химических соединений, которые подавляют рост бактерий и мицелиальных грибов на зерне, т.е. применяют химическое консервирование
В качестве консервантов применяют разнообразные химические вещества и препараты: низкомолекулярные жирные кислоты (пропионовая, уксусная, муравьиная, сорбиновая) и их смеси в различных соотношениях.
Ограниченное использование органических кислот связано с тем, что они не обеспечивают экологическую безопасность сырья, готовой продукции, побочных продуктов и отходов производства.
Отмечено, что некоторые физические факторы обладают стерилизующим эффектом, угнетая развитие микроорганизмов. Наиболее простым из физических методов является ПК-излучение. Однако малая глубина его проникновения в материал затрудняет применение этого метода.
Применение γ-лучей, ультразвука, электронно-ионной технологии и других физических методов для 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 [4]. Таким образом, ни один из этих способов не обеспечивает обеззараживание от вирусов и грибов.
Известна звуковая обработка ячменя на разных стадиях солодоращения, предусматривающая воздействие звуком в широком диапазоне частот 50-10000 Гц [5].
Недостаток этого способа заключается в том, что он оказывает существенное влияние только на прорастание зерна и активность ферментов солода, но не оказывает влияния на обеззараживание зерна ячменя от вредной микрофлоры.
Поскольку основным сырьем для приготовления пива служит солод, получаемый из пивоваренных сортов ячменя, а выращиваемый в России пивоваренный ячмень ни по количеству, ни по качеству не отвечает требованиям модернизированной пивоваренной отрасли, то ведется поиск новых способов воздействия на зерно ячменя с целью снижения обсемененности ячменя микроорганизмами, активации роста при солодоращении, снижения потерь ценных веществ, улучшения качества и получения экологически чистой продукции, а именно пива.
Наиболее близким к заявленному способу является способ обработки зерна ячменя повышенной влажности электрическим током частотой 50-10000 Гц и определение влияния переменного тока на солодоращение ячменя [5]. 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.
Недостаток указанного способа заключается в том, что он не оказывает существенного влияния на обеззараживание зерна ячменя от вредной микрофлоры, что очень важно при приготовлении пива высокого качества.
В основу изобретения положена техническая задача - устранение этого недостатка, а именно получение экологически чистой продукции за счет повышения обеззараживания зерна ячменя, а также одновременное снижение энергозатрат и материалоемкости при повышении качества конечного продукта - пива.
Данная задача решается тем, что в способе производства солода из пивоваренных сортов ячменя, включающем промывку ячменя водой перед замачиванием, определение влажности ячменя, обработку его в поле сверхвысоких частот (СВЧ), согласно изобретению 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 58-60°С.
Отличительная особенность способа заключается в том, что обработку ячменя ведут при определенной влажности зерна, значение которой составляет 15,5-17,5%, так как при этом значении влажности сохраняются не только жизнеспособность зерна, но и его технологические свойства. Частота обработки в СВЧ-поле 2450 МГц вызывает возникновение эффективного обеззараживания ячменя от нежелательной микрофлоры. Воздействие этой частотой должно происходить при указанной скорости нагрева до температуры продукта 58-60°С, так как только в этих условиях наблюдается эффективный режим обеззараживания ячменя от грибов рода Penicillium, Fusarium, Alternaria, Mucor, а также бактерий и других споровых возбудителей и наблюдается наибольшая интенсивность прорастания.
Все это в комплексе гарантирует не только снижение обсемененности ячменя микроорганизмами, активацию роста при солодоращении, снижение потерь ценных веществ, улучшение качества, но и получение экологически чистого ячменя.
Изобретение поясняется чертежом, на котором дана блок-схема способа в упрощенной форме, и таблицами: таблица 1 - Режимы обработки пивоваренного ячменя; таблица 2 - Влияние СВЧ-энергии на фитопатогенный комплекс зерна ячменя; таблица 3 - Влияние СВЧ-энергии на интенсивность прорастания ячменя при солодоращении.
Способ осуществляется следующим образом: перед замачиванием зерно ячменя должно быть предварительно промыто водой и продезинфицировано. В качестве дезинфицирующих средств применяли водные растворы хлорной извести, перманганата калия, формалина или другие рекомендованные для этих целей средства. Промывку и дезинфекцию ячменя проводили в замоченном чане. Для этого чан предварительно на 1/3 заполняли водой с температурой 10-12°С, после чего засыпали очищенный и отсортированный ячмень и доливали водой с таким расчетом, чтобы уровень воды был выше зерна; смесь тщательно перемешивали воздухом и оставляли на 1-5 часов, после чего снимали сплав. Грязную воду удаляли, набирали свежую, добавляли дезинфицирующий раствор. Затем определяли влажность ячменя.
Далее для снижения обсемененности ячменя микроорганизмами, активации роста при солодоращении, снижения потерь ценных веществ, улучшения качества и получения экологически чистого ячменя использовали СВЧ-обработку. Для этого ячмень помещали в электромагнитное поле высокой частоты и обрабатывали на заданных режимах в соответствии с выбранным планом эксперимента. Согласно основной идее термического обеззараживания и стимуляции роста зерен ячменя необходимо их нагреть на допустимую температуру за определенное время. Для этого использовался высокочастотный генератор ВЧД 2,5/81 МГц либо СЧВ-печь. Для достижения заданной температуры использовали сочетание экспозиции и скорости нагрева. В результате показатели температуры нагрева зерен ячменя варьировали от 23°С до 85°С. Скорость нагрева электромагнитного поля подбиралась в соответствии с температурой нагрева и определялась межэлектродным расстоянием. Время тепловой обработки (экспозиция обработки) изменялось в пределах 30-90 секунд. Для достижения обеззараживающего эффекта зерна ячменя необходимо предварительно перед обработкой увлажнять до допустимых пределов.
Для более качественной обработки зерна ячменя увлажняли в течение 1-20 минут путем опрыскивания раствора при их медленном перемешивании. Затем помещали в электромагнитное поле высокой и сверхвысокой частот и обрабатывали на заданных режимах в соответствии с выбранным планом эксперимента.
После выхода из ВЧ (СВЧ) камеры у зерен ячменя измеряли температуру нагрева. Из обработанных зерен ячменя отбирались навески для определения интенсивности прорастания путем проращивания на питательных средах в чашках Петри. На третьи сутки считали количество проросших зерен, а через 7 суток исследовали фитопатогенный комплекс.
После СВЧ-обработки зерен ячменя идет стандартная схема производства солода, а именно проводится замачивание ячменя при температуре 12°С в замочном чане. При достижении необходимой степени замачивания в чане зерно ячменя вымачивается на грядки. Далее идет непосредственно процесс солодоращения.
В таблице 1 представлены режимы обработки ячменя. Учитывая, что изучали два фактора (m=2), влияющих на технологию солодоращения (процесс проращивания), выбрали план активного планирования эксперимента Кона-2. Входными параметрами были: экспозиция обработки (т, с) и скорость нагрева (Vt, °C/c). Входные параметры варьировались на 3-х уровнях: минимум, среднее, максимум. Экспозиция обработки была равна 30; 60 и 90 с, а скорость нагрева составляла 0,4; 0,6 и 0,8°С/с.
Принятый план активного планирования эксперимента позволил получить влияние 2-х факторов на обеззараживание зерна при 10 вариантах опыта (в т.ч. один вариант использовался в качестве контроля). Эксперимент проводили в 3-кратной повторности.
В таблице 2 представлены результаты влияния СВЧ-энергии на фитопатогенный комплекс зерна ячменя.
Необходимо отметить высокий процент зараженности грибной инфекцией зерна ячменя, отобранного для производства солода. В контрольных образцах этот показатель составлял от 50 до 78%. В ходе анализа фитопатогенного комплекса пивоваренного ячменя был установлен его основной видовой состав. Наиболее часто встречались грибы родов: Aspergillus, Altemaria, Penicillium, Fusarium и Bacillus.
Кратковременное воздействие СВЧ-поля (от 10 до 40 с) независимо от интенсивности нагрева стимулирует образование конидиального спороношения у Altemaria, обильно развивается мицелий гриба. Количество пораженных зерен увеличивается по сравнению с контролем. Однако при дальнейшем росте нагрузок СВЧ-поля споры грибов теряют способность к прорастанию, количество пораженных зерен уменьшается в два раза уже при нагреве до 60°С. Зараженность снижается до нуля при показателях скорости нагрева свыше 0,8°С/с и экспозиции более 80 с. В целом наблюдается устойчивый обеззараживающий эффект по этому виду полевой инфекции при воздействии на нее СВЧ-поля.
Фузариозная инфекция также сохраняется на зерне после прохождения им всех стадий очистки. В контрольном варианте зараженность грибами рода Fusarium составила 6%. Такое зерно не допускается к переработке (его норма не должна превышать 1%). Разогрев до 34°С при скорости нагрева 0,4°С/с не избавляет от фузариозной инфекции, даже наоборот, несколько стимулирует рост грибов. Скорость нагрева 0,4 с и экспозиция 60-90 с позволяет снизить количество пораженных зерновок вдвое, а при определенных режимах воздействия СВЧ-поля (скорость нагрева 0,6°С/с и экспозиции 90 с и 0,8°С/с и 60-90 с соответственно) фузариозная инфекция практически сводится к нулю. При температуре 60°С пораженность зерна снижается до 1%, что также укладывается в санитарно-гигиенические нормы.
Группа плесневых грибов представлена грибами родов Aspergillus, Penicillium. При экспозиции 30 с и скорости нагрева 0,6-0,8°С/с зараженность грибами рода Penicillium снижается с 21 до 10%, а при экспозиции 60-90 с и скорости нагрева 0,6-0,8°С/с наступает полное обеззараживание по этому виду. Зараженность зерна ячменя грибами рода Aspergillus исчезает при условии, что скорость нагрева составляет 0,6-0,8°С/с, а экспозиция обработки 30-90 с.
В таблице 3 представлены результаты влияния СВЧ-энергии на интенсивность прорастания зерна ячменя.
Интенсивность прорастания пивоваренного ячменя имеет существенное значение при солодоращении. Разогрев зерна до 34°С при скорости нагрева 0,4°С/с стимулирует прорастание, однако при этих режимах зерно ячменя не избавляется от фузариозной инфекции. Однако скорость нагрева 0,6°С/с с экспозицией 60 с уменьшает интенсивность прорастания на 21%, но при этих значениях параметров фузариозная инфекция практически сводится к нулю и наступает полное обеззараживание по виду грибов рода Penicillium.
Таким образом, используя сочетание различных параметров - экспозиции обработки и скорости нагрева, можно добиться как снижения обсемененности ячменя микроорганизмами, так и активации роста зерна ячменя при солодоращении. Все это в комплексе снижает потери ценных веществ, способствует получению экологичного ячменя и улучшает качество конечного продукта - пива.
Промышленное применение
Предлагаемый способ может быть использован при получении пива и кваса, в хлебопечении, в кондитерском производстве. Отходы могут использоваться на корм животных.
Список использованных источников
1. Лапина Т.П. Характеристика микрофлоры пивоваренных ячменей // Пиво и напитки. 2001. №5. С.22-23.
2. Смирнова Т.А., Кострова Е.И. Микробиология зерна и продуктов его переработки: Учеб. пособие для вузов. - М.: Агропромиздат, 1989. С.109-113.
3. Емельянов А.Б., Гавриленков A.M. Выбор оптимального режима сушки солода // Пиво и напитки. 2000. №5. С.52-53.
4. Обеззараживание и подготовка семян к посеву // Механизация и электрификация с/х. 1984 г. №4.
5. Зарубина Е.П., Данько С.Ф., Данильчук Т.Н. Влияние частоты переменного тока на солодоращение ячменя // Пиво и напитки. 2003. №4. С.14-15.
| Таблица 1 Режимы обработки пивоваренного ячменя | |||||
| № варианта | Режимы | Температура, °С | |||
| Экспозиция обработки τ, с | Скорость нагрева Vt, °C/c | ||||
| 1 (опыт*) | 90 | 0,8 | 85 | ||
| 2 (опыт) | 90 | 0,4 | 59 | ||
| 3 (опыт) | 30 | 0,8 | 47 | ||
| 4 (опыт) | 30 | 0,4 | 34 | ||
| 5 (опыт) | 90 | 0,6 | 73 | ||
| 6 (опыт) | 30 | 0,6 | 42 | ||
| 7 (опыт) | 60 | 0,8 | 77 | ||
| 8 (опыт) | 60 | 0,4 | 50 | ||
| 9 (опыт) | 60 | 0,6 | 60 | ||
| 10 (контроль**) | Контроль | 23 | |||
| Примечание: *Зерна ячменя, которые подвергаются обеззараживанию СВЧ-энергией **Зерна ячменя, которые не подвергаются обеззараживанию СВЧ-энергией | |||||
| Таблица 2 Влияние СВЧ-энергии на фитопатогенный комплекс | |||||
| Объект исследования | Температура нагрева, °С | Зараженных зерен ячменя, % | |||
| Aspergillus | Alternaria | Penicillium | Fusarium | ||
| Ячмень пивоваренный | 85 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 59 | 0 | 14 | 7 | 3 | |
| 47 | 0 | 19 | 10 | 2 | |
| 34 | 93 | 37 | 8 | 5 | |
| 73 | 0 | 2 | 0 | 0 | |
| 42 | 13 | 41 | 10 | 1 | |
| 77 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 50 | 37 | 44 | 8 | 3 | |
| 60 | 0 | 14 | 5 | 1 | |
| 23 | 100 | 31 | 21 | 6 |
| Таблица 3 Влияние СВЧ-энергии на интенсивность прорастания | ||||||||
| № варианта | Режимы | Температура, °С | Количество проросших зерен ячменя | |||||
| Повторность | Среднее значение, шт | % | ||||||
| Экспозиция обработки, τ, с | Скорость нагрева Vt, °C/c | I | II | III | ||||
| 1 | 90 | 0,8 | 85 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 90 | 0,4 | 59 | 7 | 10 | 6 | 7,67 | 31 |
| 3 | 30 | 0,8 | 47 | 7 | 7 | 6 | 6,67 | 27 |
| 4 | 30 | 0,4 | 34 | 19 | 18 | 22 | 19,67 | 79 |
| 5 | 90 | 0,6 | 73 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 30 | 0,6 | 42 | 7 | 7 | 8 | 7,33 | 30 |
| 7 | 60 | 0,8 | 77 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 60 | 0,4 | 50 | 15 | 16 | 15 | 15,33 | 61 |
| 9 | 60 | 0,6 | 60 | 15 | 14 | 15 | 14,67 | 59 |
| 10 | Контроль | 18 | 18 | 10 | 15,33 | 61 |
Способ производства солода из пивоваренных сортов ячменя, включающий промывку ячменя водой перед замачиванием, определение влажности ячменя, обработку его в поле сверхвысоких частот, отличающийся тем, что 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 58-60°С.
