Способ получения гречишного светлого солода

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к процессу получения гречишного светлого солода, и может быть использовано в хлебобулочном, кондитерском, пивоваренном, квасном производствах, для производства функциональных и диетических продуктов питания. Способ включает стадию солодоращения и сушки. Процесс солодоращения проводят путем водяного орошения зерна гречихи при температуре 15±1°C в течение 72-75 ч, а сушку осуществляют при скорости воздушного потока 0,7-0,9 м/с в две стадии, сначала 5-6 ч при температуре 50±3°C, а затем 5-6 ч при температуре 60±3°C. Изобретение обеспечивает снижение времени процесса получения гречишного солода, низкие потери сухих веществ, сохраняя высокие физико-химические показатели и ферментативную активность получаемого солода. 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к процессу получения светлого гречишного солода, и может быть использовано в хлебобулочном, кондитерском, пивоваренном, квасном производствах, для производства функциональных и диетических продуктов питания.

Процесс получения солода, как правило, включает замачивание и солодоращение с получением так называемого свежепроросшего солода, и последующую сушку для получения сухого светлого или темного солода, при этом технологические режимы проведения каждой из стадий процесса индивидуальны для каждого вида исходного зернового сырья.

Использование гречихи в качестве сырья для получения солода началось не так давно. Перспективность гречихи как сырья для солода основана на ее химическом составе - почти полном отсутствии проламинов, низком содержании глютелинов и, напротив, преобладании глобулинов и альбуминов, что существенно отличает белки гречихи от белков злаков, в составе которых преобладают проламины и глютелины. На этом основании гречиху относят к безглютеновой культуре и рекомендуют к использованию в диетическом питании для больных целиакией и функциональном питании. Важным достоинством гречихи является и высокое содержание в ее зерне флавоноидов, особенно рутина.

Гречишный солод имеет все качества для того, чтобы конкурировать с популярным на сегодняшний день сорго в безглютеновом пивоварении. Это утверждение особенно верно для Российской Федерации, которая занимает второе место в мире по производству гречихи. При сочетании ее ценных питательных свойств, хороших солодорастильных качеств, а также великолепных вкуса и аромата гречишный солод имеет огромный потенциал.

Однако на сегодняшний день для приготовления солода находит себе применение, главным образом, ячмень, технология получения которого довольно хорошо разработана (Технология переработки продукции растениеводства. Н.М.Личко. - М., Колос, 2006, с.208-215; п. РФ №2249032 C1; а.с. СССР №1836854 A3).

Известны способы получения свежепроросшего гречишного солода, используемого в составе различных растительных продуктов, например «Амисол» (п. РФ №2433745 C1) или порошкообразного солодового экстракта (п. РФ №2458114 C1). Данные способы основаны на стандартном методе солодоращения ячменя и включают замачивание гречихи - при температуре 14-16°C до накопления относительной влажности (W) 42-44% и солодоращение в течение 6-7 сут до накопления максимальной активности ферментов цитолитического, протеолитического, амилолитического действия, при этом время замачивания составляет 30-35 ч (Е.А.Короткова. Получение гречишного солода для производства солодовых экстрактов. - Сырье и материалы, 2010, №6, с.36-37).

Известен метод солодоращения по Бемфорту со следующими основными параметрами процесса: время замачивания 12 ч, температура замачивания 10°С, время солодоращения 96 ч, температура солодоращения 15°С, при этом влажность солода достигается 40-45% (по амилолитический активности данных нет) (Бэмфорт Ч. Новое в пивоварении. - СПб.: Профессия, 2007. - 520 с.).

Известен способ, в котором оптимальной для солодоращения гречихи указывается влажность 35-40%, рекомендуемое время замачивания 7-13 ч при температуре 10°C, солодоращение в течение 96 ч при температуре 15°C и сушка в течение 5 ч при температуре 45°C и 12 ч при температуре 50°C. При таких режимах потери сведены к допустимому минимуму и на выходе получается солод оптимальной ферментной активности [Wijngaard, Н.Н. The effect steeping time on the final malt quality of buck-wheat / H.H.Wijngaard, H.M.Ulmer, M.Neumann, E.K.Arendt // Journal of the Institute of Brewing. - 2005. - №111 (3). - P.275-281]. Данный способ является наиболее близким к заявляемому, однако следует отметить значительную длительность всего технологического процесса, его сложность и высокую потерю сухих веществ при солодоращении.

Задача изобретения - разработка эффективного способа получения гречишного светлого солода.

Технический результат - значительное сокращение времени процесса получения гречишного солода при сохранении высоких физико-химических показателей и амилолитической активности, низком уровне потерь сухих веществ при солодоращении.

Поставленная задача достигается способом получения гречишного светлого солода, включающим предварительную подготовку зерна гречихи, стадию солодоращения путем водяного орошения при температуре 15°±1°C в течение 72-75 ч и последующую ступенчатую сушку свежепророщенного гречишного солода первые 5-6 ч при температуре 50°±3°C, а затем 5-6 ч при 60°±3°C при скорости воздушного потока 0,7-0,9 м/с.

Способ позволяет сократить время приготовления солода более чем на 30% за счет исключения стадии замачивания, ведения процесса проращивания при неконтролируемом накоплении влаги зерном и регулирования интенсивности удаления влаги при сушке не только температурой, что является общеизвестным приемом, но и скоростью воздушного потока. При этом получаемый солод обладает высокой амилолитической активностью (АС) не менее 260 ед. W-K, низкой потерей сухих веществ при солодоращении, не превышающей 3% (в прототипе 7-10%), что повышает экстрактивность солода, а основные физико-химические показатели (число Кольбаха, содержание свободного аминного азота, цветность, кислотность и другие) не уступают солоду, полученному по другим технологиям.

Заявляемые технологические параметры способа были получены экспериментальным путем при проведении исследовательской работы по изучению влияния влажности зерна, температуры, продолжительности солодоращения, а также режимов сушки на одну из основных качественных характеристик солода - его амилолитическую активность (АС).

Были проведены исследования влияния температуры проращивания на изменение влажности (W) (ГОСТ 13586.5-93. Зерно. Метод определения влажности. Введ. 1995-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1993. - 8 с.) зерна гречихи и его АС методом Виндиша-Кольбаха (Ермолаева, Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия / Г.А.Ермолаева. - СПб.: Профессия, 2004. - 536 с.) в процессе солодоращения. Предварительную подготовку зерна осуществляли стандартным образом путем мойки и дезинфекции. Опыты проводили при 10 и 15°С с использованием сортов При 345 и При 373.

На Фиг.1 представлена динамика W и АС (в пересчете на сухое вещество, далее СВ) у сортов гречихи При 345 (a) и При 373 (б) в процессе солодоращения при 10°С и 15°С. Динамика W и АС для обоих сортов практически одинакова. Уже в процессе подготовки зерна к солодоращению W зерна резко возрастала до 35% у сорта При 345 и 30% у сорта При 373. Далее динамика поглощения воды была примерно одинакова и при 10°С и 15°С. Также был схож у обоих сортов характер нарастания АС при разных температурах. Однако температура оказывала влияние на время достижения максимума активности ферментов: при 15°С верхний предел отмечался уже на 3-3,5 сутки, а при 10°С - только на седьмые, что позволило считать оптимальным температурным режимом проращивания 15±1°С.

Более высокие температуры проращивания не использовали, поскольку известно, что при 20°С и выше в зерне резко активизируются процессы роста и развития, возрастает уровень окислительных процессов, что приводит к падению содержания запасных веществ (это отрицательно сказывается на экстрактивности солода). Кроме того, при этих более высоких температурах происходит интенсивное развитие посторонней микрофлоры (зерно «зарастает»), что, с одной стороны, угнетает физиологические процессы в зерне, а с другой, приводит к снижению сухих веществ (они расходуются на поддержание жизнедеятельности микроорганизмов). В результате качество получаемого солода снижается.

При исследовании влияния уровня W проращиваемого зерна на его АС использовали сорта При 345 и Изумруд, как обладающие низким (При 345) и высоким (Изумруд) содержанием белка. Орошение проводили по замкнутому циклу. Вода, находящаяся в емкости, насосом подавалась вверх по трубе и с помощью форсунок распрыскивалась на сита с размещенным на них зерном гречихи. Прошедшая через сито вода стекает обратно в емкость. В первом варианте опыта зерно орошали до W, равной 35%, во втором - 41…45% и далее контролировали этот параметр при проращивании в течение 6 суток. В третьем варианте зерно орошали на протяжении всего опыта (максимальная W равна 56…58%), не ограничивая накопление влаги (Фиг.2, где приведено изменение общей АС в зерне гречихи в процессе солодоращения в зависимости от уровня W: а - 35%, б - 41…45%, и в - 56…59% (не ограничивая накопление влажности).

Эксперимент показал, что самый высокий уровень АС отмечался в зерне обоих сортов в третьем варианте (Фиг.2, в) опыта при неконтролируемом нарастании W. При этом значения АС свежепроросшего солода гречихи (291 ед. W-K для сорта Изумруд и 320 ед. W-K для сорта При 345) соответствовали средним показателям для свежепроросшего ячменного солода (300…400 ед. W-К). Установлено также, что во всех вариантах проращивания оптимальный уровень АС достигался на третьи сутки. Далее АС либо не изменялась, либо изменялась незначительно, что позволило сделать вывод, что длительность процесса проращивания зерна гречихи оптимально составляет от трех до трех с половиной суток. Этого времени оказывается достаточно для того, чтобы зерно накопило оптимальный уровень АС. Визуально о степени проращивания гречихи можно судить по длине ростков. При максимальном уровне АС (3 сутки проращивания) размер ростка соизмерим с размером зерна. На Фиг.3 приведены снимки зерна гречихи в процессе прорастания при 15°С. Этот визуальный критерий можно использовать для определения момента завершения процесса солодоращения гречихи.

Для выбора оптимальной температуры сушки полученный свежепроросший гречишный солод сортов Изумруд и При 373 сушили при различных контролируемых температурах - 40, 50, 60°С. Более высокую температуру сушки не использовали, так как в предварительных экспериментах было установлено, что при температуре 70°С потери АС достигали 40…45%. Завершали процесс сушки при снижении W ниже 5%. Результаты показаны на Фиг.4, где приведены графики изменения W, ΔW и АС (на СВ) солода из сортов гречихи Изумруд (а) и При 373 (б) в процессе сушки при различных температурах.

Как видно из приведенных графиков в процессе сушки, скорость потери влаги (ΔW) зерном изменяется в различные периоды сушки. В течение первых пяти часов при всех температурных режимах ΔW была самая низкая и составляла от 1 до 4% в час. В следующие 5-6 ч отмечалась высокая скорость удаления влаги. Через 10-11 ч после начала сушки влажность обоих сортов зерна снижалась при 40 и 50°С в 4 раза, при 60°С - в 5 раз. Затем темпы потери влаги замедлялись, и в последние часы сушки была отмечена достаточно низкая скорость. Как и ожидалось, более быстрое удаление влаги из солода происходило при более высокой температуре сушки. Так, при 40°С влажность солода даже через 48 ч была 5,5%, при 50 и 60°С - немногим более 4% через 22 и 18 ч, соответственно.

Самый высокий уровень АС сохранялся в солоде после высушивания при 50 и 60°С (для Изумруда - около 230, для При 373 - около 250 ед. W-K в обоих случаях), более низкий - при 40°С (для Изумруда - 214, для При 373 - 232 ед. W-К). Учитывая продолжительность процесса и уровень амилолитической активности высушенного солода, оптимальной температурой сушки является температура 60°С.

Дополнительно были проведены эксперименты по изучению влияния скорости потока воздуха (0,4 и 0,8 м/с) в сушильной камере на изменение значений W и АС солода при температурах 50 и 60°С. На Фиг.5 приведена динамика изменения W, ΔW и АС (на СВ) в солоде гречихи сортов Изумруд (а) и При 373 (б) в процессе сушки при 50°С при различной скорости воздушного потока. На Фиг.6 - динамика изменения W, ΔW и АС (на СВ) в солоде гречихи сортов Изумруд (а) и При 373 (б) в процессе сушки при 60°С при различной скорости воздушного потока.

Установлено, что время сушки при скорости движения воздуха в сушильной камере 0,8 м/с значительно короче, чем при 0,4 м/с и составляет 14 и 22 ч при 50°С и 11 и 18 ч при 60°С, соответственно. При этом при 50°С АС была примерно на одном уровне (у Изумруда - 234 и 245 ед. W-K, у При 373 - 247 и 258 ед. W-K при 0,4 и 0,8 м/с соответственно), в то же время при 60°С значение АС при высокой скорости было значительно ниже. Так, для сорта Изумруд этот показатель составил 196 ед. W-K при 0,8 м/с и 232 при 0,4 м/с, а для сорта При 373 - 211 и 245 ед. W-K соответственно.

Таким образом, проведенные эксперименты позволили сделать вывод, что оптимальными условиями сушки свежепроросшего гречишного солода по сравнению с другими исследованными режимами оказываются температура 50°С и скорость потока воздуха в сушильной камере 0,8 м/с, поскольку они обеспечивают требуемый баланс между высоким уровнем АС и относительно короткой продолжительностью процесса (14 ч).

Для повышения эффективности производства и снижения энергозатрат следует стремиться с одной стороны к сокращению продолжительности процесса сушки солода, с другой - к использованию невысоких температур. Для подбора оптимального режима сушки был использован метод математического моделирования (метод итерации), целью которого является нахождение таких величин независимых параметров, при которых отклик или зависимый параметр достигает оптимальных значений. В качестве независимых параметров при сушке выступали: температура (Т, °С) и продолжительность (t, ч). Зависимыми параметрами являлись: уровень амилолитической активности (АС, ед. W-K) и скорость ее потери (ΔAC/Δt), значение влажности солода (W, %) и скорость ее убывания (ΔW/Δt). Уравнения зависимости принимают следующий вид:

$$\text{AC}=\text{F(T}\text{,t) }\text{(1)}$$ ;

$$\text{W}=\text{F(T}\text{, t) }\text{(2)}$$ ;

$$\Delta \text{AC/}\Delta \text{W}=\text{F(T}\text{, t) }\text{(3)}$$ .

При постоянных независимых параметрах уравнения 1 и 2 хорошо описываются полиномиальной зависимостью 5 порядка:

$$\text{ÀÑ}=\text{à*õ5}+\text{b*õ4}+\text{ñ*õ3}+\text{d*x2}+\text{å*õ}+\text{f}\text{ (4)}$$ ;

$$\text{W}=\text{à*õ5}+\text{b*õ4}+\text{ñ*õ3}+\text{d*x2}+\text{å*õ}+\text{f}\text{(5)}$$ .

Коэффициенты данных уравнений приведены в таблице, где R² - коэффициент корреляции; а, b, с, d, е и f - коэффициенты полиномиальной зависимости 5 порядка АС и W.

Таблица
Параметр	Сорт	АС, ед. W-K	W, %
Т, °C		40	50	60	40	50	60
	Изумруд	0,9030	0,9001	0,9883	0,9964	0,9948	0,9954
R2	При 373	0,9369	0,9593	0,9699	0,9981	0,9976	0,9959
	Изумруд	-0,0039	-0,0005	0,0027	-0,0004	0,0002	0,0092
а	При 373	-0,0031	0,0018	0,0133	-0,0004	0,0000	0,0077
	Изумруд	0,1728	-0,0177	-0,1639	0,0129	-0,0201	-0,2829
b	При 373	0,1276	0,0329	-0,4852	0,0126	-0,0106	-0,2395
	Изумруд	-2,6223	0,9844	2,9764	-0,0896	0,5022	3,0637
с	При 373	-1,7142	0,2305	6,3255	-0,0722	0,3440	2,6100

Продолжение таблицы
	Изумруд	15,2724	-11,9802	-20,3695	-0,4697	-4,2841	-12,7671
d	При 373	7,6187	-7,0358	-33,8301	-0,5896	-3,2065	-10,8750
	Изумруд	-23,6588	41,1597	34,7132	0,4328	5,7310	6,9026
e	При 373	0,0151	26,7628	49,5944	0,1996	3,5026	4,7753
	Изумруд	279,1155	280,0656	277,6529	56,7001	55,8315	56,6150
f	При 373	285,8237	315,2932	297,5120	56,1398	55,6390	56,0522

В уравнении 4 минимальные значения коэффициентов а, с, е наблюдались при 40°C, f - при 60°C (сорт Изумруд), b, d - при 60°C (сорт При 373). Максимальные значения коэффициентов а, с, е - при 60°C, f- при 50°C (сорт При 373), b, d - при 40°C (сорт Изумруд). В уравнении 5 минимальные значения коэффициентов а, с - при 40°C, b, d - при 60°C (сорт Изумруд), е - при 40°C, f - при 50°C (сорт При 373). Максимальные значения коэффициентов f, с, е - при 60°C; b, d, f - при 40°C (сорт Изумруд). Полученные данные показали, что эти два сорта дают разные отклики на изменение температуры сушки.

Для оценки эффективности процесса сушки важное значение имеет зависимый от температуры и времени сушки параметр ΔAC/AW, который характеризует отношение величины потери амилолитической активности к уменьшению содержания влаги в зерне в единицу времени. Чем ниже этот параметр, тем эффективнее проходит процесс, так как большая скорость сушки сопровождается меньшей потерей АС в определенный отрезок времени. Параметр ΣΔAC/ΔW, вычисляемый по формуле:

$$\Sigma \Delta \text{AC/}\Delta \text{W}=\text{-(}\Sigma \text{i-1}+\Delta \text{AC/}\Delta \text{W)}\left(\text{6}\right)$$ ,

наоборот, характеризует сохранение активности амилолитических ферментов при потере влажности. Чем выше этот параметр, тем эффективнее проходит процесс сушки солода. Зависимость этого параметра (ΣΔAC/ΔW) от времени сушки для солода сортов гречихи Изумруд (а) и При 373 (б) представлена на Фиг.7.

Установлено, что для сортов гречихи Изумруд и При 373, отличающихся по содержанию белка, получены различные отклики изменения отношения потери АС при уменьшении W (ΣΔAC/ΔW). Для сорта Изумруд наиболее оптимальные отклики наблюдались при 50°C, менее - при 60°C и хуже всего - при 40°С. Для сорта При 373 при 40°C - оптимальный режим, а при ступенчатом изменении температур оптимально сушить при 50°C, первые 5…6 ч, а далее до конца процесса - при 60°C.

Данный вывод проверили в эксперименте со ступенчатым повышением температуры при различной скорости воздушного потока в сушильной камере (0,4, 0,8, и 1,2 м/с). Сушку вели первые 6 ч при 50°C, далее постепенно поднимали температуру до 60°C и поддерживали ее до снижения уровня влаги в солоде до 4%. На Фиг.8 приведено изменение W, ΔW и ΔС (на СВ) у сортов гречихи Изумруд (а) и При 373 (б) в процессе сушки при ступенчатом повышении температуры сушки 50→60°C и различной скорости воздушного потока.

При самой высокой скорости воздухообмена - 1,2 м/с сушка солода до влажности 4% длилась всего 9 ч, но в этом случае потери амилолитической активности были высоки и составили 26%. При средней скорости воздушного потока - 0,8 м/с, продолжительность процесса была 12 ч, потери АС - 10% у сорта Изумруд и 18% у сорта При 373. При низкой скорости воздухообмена - 0,4 м/с сушка продолжалась в течение 16 ч, потери АС - 12 и 17% для сорта Изумруд и При 373, соответственно. При этом, при 60°C высокая скорость удаления влаги из солода наблюдалась уже в первые часы сушки, в то время как подъема АС не отмечалось. При более низких скоростях воздушного потока - 0,4 и 0,8 м/с, эти два процесса не совпадали во времени: прирост АС происходил через 4…5 ч, а максимальная скорость удаления влаги - через 7…10 ч. Следовательно, при ступенчатой сушке 50→60°C наиболее эффективна скорость воздушного потока 0,8 м/с. В этих условиях АС гречишного солода соответствовала показателям для готового ячменного солода (240…260 ед. W-K).

Долю потерь сухих веществ в процессе приготовления солода определяли с помощью разности между массой зерна гречихи до солодоращения и массой готового солода.

Разность между массой зерна гречихи перед солодоращением и массой полученного сухого солода без ростков (потеря СВ), составила 3,02% для сорта Изумруд и 2,99% для сорта При 373, что в 3 и более раз ниже по сравнению с технологией ирландских исследователей [Wijngaard, Н.Н. The effect steeping time on the final malt quality of buck-wheat / H.H.Wijngaard, H.M.Ulmer, M.Neumann, E.K.Arendt // Journal of the Institute of Brewing. - 2005. - №111 (3). - P.275-281]. В их исследованиях потери для гречихи составили от 7,43% до 10, 74% в зависимости от времени проращивания.

Низкие значения потерь СВ при солодоращении у обоих сортов гречихи обусловлены, по-видимому, с одной стороны, коротким сроком проращивания, а с другой - небольшой длиной ростков.

Таким образом, проведенные экспериментальные работы позволили определить новые технологические параметры проведения процесса солодоращения, позволяющие сократить время приготовления солода более чем на 30% за счет исключения стадии замачивания, ведения процесса проращивания при неконтролируемом накоплении влаги зерном и регулирования интенсивности удаления влаги при сушке не только температурой, но и скоростью воздушного потока. При этом получаемый солод обладает высокой амилолитической активностью (АС) не менее 260 ед. W-K, низкой потерей сухих веществ при солодоращении, не превышающей 3% (в прототипе 7-10%), что повышает экстрактивность солода, а основные физико-химические показатели (число Кольбаха, содержание свободного аминного азота, цветность, кислотность и другие) не уступают солоду, полученному по другим технологиям.

1. Способ получения гречишного светлого солода, включающий подготовку зерна гречихи, стадию солодоращения путем водяного орошения при температуре 15±1°C в течение 72-75 ч и последующую ступенчатую сушку свежепророщенного гречишного солода 5-6 ч при температуре 50±3°C, а затем 5-6 ч при температуре 60±3°C при скорости воздушного потока 0,7-0,9 м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что солодоращение проводят в течение 72 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку осуществляют сначала при температуре 50°С в течение 6 ч, а затем при температуре 60°С в течение 6 ч при скорости воздушного потока равной 0,8 м/с.