CC BY
102
УДК 663.422.039.40
Ван Хынг Нгуен, Р. Г. Разумовская ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СОЛОДОРАЩЕНИЯ КУКУРУЗЫ
Введение
Солод является основным сырьем пивоварения, источником экстрактивных веществ и гидролитических ферментов, главным образом амилолитических и протеолитических. Технология производства солода предусматривает замачивание, проращивание очищенного и отсортированного зерна и сушку свежепроросшего солода. Самым длительным и ответственным этапом является процесс проращивания, цель которого - накопление максимального количества активных ферментов и растворение эндосперма зерна [1].
Основным направлением совершенствования технологии солодоращения является ускорение процесса и снижение потерь при проращивании на дыхание и образование ростков.
С целью сокращения длительности технологического процесса, снижения потерь ценных веществ зерна и улучшения качества солода в промышленности применяются различные способы: биохимические, ферментативные, химические, физические и др. [2].
Электрохимически активированные (ЭХА) растворы обладают особыми свойствами и характеризуются наличием в их составе окислителей и восстановителей. ЭХА-растворы применяются в пищевой промышленности достаточно широко, т. к. не требуют дополнительного монтажа оборудования и достаточно недороги. Применение такого способа солодоращения позволяет, кроме интенсификации процесса, решать проблемы, связанные с утилизацией отходов производства [3].
Целью наших исследований явилось изучение возможности применения ЭХА-растворов для интенсификации процессов солодоращения кукурузы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
— изучить химический состав зерна кукурузы;
— исследовать физико-химические свойства ЭХА-растворов и исходной воды;
— пронализировать влияние ЭХА-растворов на процессы солодоращения.
Методы исследований
Для аналитических исследований мы использовали стандартные методики, принятые в пивоваренной промышленности. Амилолитическую активность полученных образцов кукурузного солода определяли методом Виндиша - Кольбаха, а протеолитическую активность -по изменению количества азота концевых аминогрупп (ФТА) [4].
Результаты исследований и их обсуждение
Химический состав кукурузы изучался в сравнении с химическим составом зерен ячменя (табл. 1).
Таблица 1
Химический состав зерна ячменя и кукурузы
Показатель, % Пивоваренный ячмень Зубовидная кукуруза сорта «ЬУ^25»
Влажность 13,5 12,7
Крахмал 58,7 62,5
Белок 10,5 10,3
Жир 2,2 4,75
Клетчатка 9,5 3,4
Минеральные вещества 2,5 1,6
Как свидетельствуют полученные данные, кукуруза сорта «ЬУК-25» незначительно отличается по содержанию крахмала и белка от пивоваренного ячменя. Это значит, что данное сырье можно применять для получения солода с хорошим экстрактивным выходом.
Для получения ЭХА-растворов использовали электроактиватор АП-1 с индикатором. Анализ литературных данных позволил выявить факторы, определяющие свойства ЭХА-растворов. Одним из важнейших факторов является химический состав католита, анолита и исходной воды. Для определения свойств ЭХА-растворов был проведен химический анализ католита, ано-лита и исходной воды (табл. 2).
Таблица 2
Основные физико-химические свойства ЭХА-растворов и воды
Показатель Исходная вода Анолит Католит
рН 6,8-7,2 2,5-4,5 8,5-10,5
Потенциал, мВ 250-450 600-950 550-800
Солесодержание, мг/дм3 150-200 80 120
Мутность, МТи 0,20 0,35 0,45
Щелочность, мг экв/дм3 170 20 180
Хлор свободный, мг/дм3 0,01 8,15 0,01
Хлор общий, мг/дм3 0,21 9,2 0,02
Жесткость общая, мг/дм3 210 127 165
Жесткость кальциевая, мг/дм3 112 45 86
Сульфаты, мг/дм3 18 40 15
Хлориды, мг/дм3 60 30 50
Как видно из табл. 2, колебания окислительно-восстановительного потенциала и рН като-лита и анолита лежат в относительно больших пределах. В анолите резко падает содержание хлоридов (почти в 2 раза). Это связано с переходом хлоридов под действием электрического тока в молекулярный хлор, поэтому в анолите резко возрастает количество хлора - как общего, так и свободного. В исходной воде и католите таких процессов не наблюдается.
Вещества, синтезируемые при униполярной обработке водных растворов, обладают нестабильной структурой и разрушаются при воздействии различных факторов. Для исследования влияния нагрева на свойства растворов был проведен эксперимент: воду и ЭХА-компоненты нагревали до определенных значений температуры, выдерживали 2 часа и измеряли рН и окислительно-восстановительный потенциал ф. Результаты представлены в табл. 3.
Таблица 3
Зависимость рН и окислительно-восстановительного потенциала от температуры раствора
Объект исследования Температура, °С
Т емпература, °С 15 20 25 30 45
рН Ф, мВ рН Ф рН Ф рН Ф рН Ф
Католит 10,5 -780 10,4 -650 10,1 -350 9,8 -200 9,6 0
Анолит 2,9 750 3,0 680 3,5 650 5,6 620 6,1 600
Исходная вода 7,2 420 7,2 400 7,2 370 7,3 350 7,4 320
Анализ данных табл. 3 показывает, что, начиная с 30 °С, при повышении температуры начинают изменяться основные физико-химические показатели ЭХА-компонентов, таких как рН и окислительно-восстановительный потенциал.
Кукурузное зерно подвергают сортировке, промывают водой и снимают сплав. Затем зерно заливают анолитом с рН 2,9 и выдерживают зерно в контакте с анолитом в течение 10 минут (для дезинфекции и предотвращения роста корешков), сливают анолит и оставляют зерно без воды в течение 2 часов. Далее кукурузное зерно подвергают многоцикловому перезамачиванию воздушно-оросительным способом ЭХА-раствором с рН 10 (католит), причем в каждый цикл входит контакт с католитом в течение 2 часов и с воздухом также в течение 2 часов. Замачивание проводят при температуре 25 °С, при этом скорость поглощения воды зерном достигает максимального значения и для достижения степени увлажненности зерна 44-46 % требуется 44-46 часов. Для доведения влажности в зерне при проращивании до 50 % кукурузу дополнительно увлажняют путем опрыскивания определенным количеством католита. За день до подачи на сушку увлажнение прекращают. Проращивание проводят при температуре 20 °С в течение 5 суток.
Скорость поглощения воды зерном кукурузы в зависимости от температуры активированной и обычной воды представлена на рис. 1.
га
I
а а> м л н о
0
1
* га
Продолжительность замачивания, ч
П родолжительность замачивания, ч 15" 20 ----25 -X-
15
20
25
30
30
б
Рис. 1. Зависимость степени замачивания зерна от температуры воды и продолжительности замачивания: а - в ЭХА-растворе; б - в обычной воде
Данные рис. 1 показывают, что степень замачивания зерна кукурузы зависит не только от температуры воды и продолжительности замачивания, но и от среды, в которой оно замачивается. Степень замачивания в ЭХА-растворе почти в 1,5 раза больше, чем в обычной воде при одной и той же температуре, т. е. ЭХА-раствор снижает продолжительность замачивания в 1,5 раза. Это объясняется тем, что ЭХА-растворы имеют пространственную структуру и повышенную капиллярную проницаемость, что значительно ускоряет транспорт в многоклеточных биологических объектах.
Динамика амилолитической и протеолитической активности процесса проращивания при разных значениях температуры отражена на рис. 2 и 3.
350 300 _ 250 га 200
го
I 150
ОТ
| 100 50 < 0
11111
15
20
25
30
Время, сут
350
I 200
1К
со .
3 150
<и
|л 100
X
Л 50
=
ш
< 0
15
20
25
30
4 5 V,
5 Время, сут
б
Рис. 2. Динамика амилолитической активности солода: а - в ЭХА-растворе; б - в обычной воде
а
1
2
3
4
5
2
3
а
о
о
со
И
а.
аз
о
О
300
250
200
150
100
50
0
І І I
15
20
25
30
160
.-140
0
§ 120
1_
<-100
Є 80
0)
I 60
сс
й
& 40
сі
о 20
5
Время, сут
3
б
4 5 Время, сут
Рис. 3. Динамика протеолитической активности солода: а - в ЭХА-растворе; б - в обычной воде
Из приведенных данных видно, что на протяжении всего периода солодоращения опытные образцы, обработанные ЭХА-растворами, имеют более высокую активность ферментных систем по сравнению с контролем. Так, значения амилолитической активности в конце процесса превышают таковые контрольного образца в 1,3 раза. Такое существенное увеличение амилолитической активности способствует интенсификации процесса осахаривания. Все это позволяет предположить, что опытные образцы, обработанные ЭХА-растворами, будут иметь более высокие качественные показатели по сравнению с контролем.
Сушка зеленого кукурузного солода проводилась на ситах сушильного шкафа в течение 22-24 часов до конечной влажности 10-12 % по температурному режиму, принятому в пивоваренной промышленности, т. е. с равномерным повышением температуры в слое солода от 20 °С в начале сушки до 60-65 °С в конце. По данному температурному режиму был получен кукурузный солод, состав сусла которого приведен в табл. 4.
Таблица 4
Качественные показатели солода
0
1
2
3
4
1
2
а
Показатель Образцы солода из кукурузы сорта «ЬУ^25»
Контроль Обработанные ЭХА-растворами
Влажность, % 5,5 5,2
Массовая доля экстракта, % 76,1 80,2
Продолжительность осахаривания, мин 40 20
рн 5,9 5,4
Содержание аминного азота, мг/100 мл 35,4 87,6
Анализируя данные табл. 4, можно сделать вывод о том, что солод, выращенный с использованием ЭХА-растворов, имеет более высокие качественные показатели по сравнению с контролем. Это можно объяснить тем, что использование ЭХА-растворов способствует ускорению процесса накопления ферментных систем и позволяет провести более глубокий гидролиз крахмала и азотистых соединений. Все это положительно отражается на выходе готового солода и на таких показателях, как массовая доля экстракта, продолжительность осахаривания, содержание аминного азота.
Таким образом, на основании результатов исследований можно сделать вывод о возможности использования ЭХА-растворов для интенсификации процесса солодоращения и улучшения качества кукурузного солода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология солода, пива и безалкогольных напитков / К. А. Калунянц, В. Л. Яровенко, В. А. Дома-рецкий, Р. А. Колчева. - М.: Колос, 1992. - 446 с.
2. Хорунжина С. И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. - М.: Колос, 1999. - 312 с.
3. Филатова Т. В. Интенсификация технологии солодоращения с применением электрохимически обработанной воды: дис. ... канд. техн. наук. - М., 1985. - 170 с.
4. Ермолаева Г. А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия. - СПб.: Профессия, 2004. - 536 с.
Статья поступила в редакцию 25.02.2011
INTENSIFICATION OF THE CORN MALTING PROCESSES
Van Hung Nguyen, R. G. Razumovskaya
The main trend of the improvement of malting technology is a speedup of the process and reduction of the losses in sprouting on breathing and sprout formation. The use of ECA-solutions in malting processes shortens duration of the technological process, reduces the losses of valuable materials of grain and improves malt quality. The study of the capability of ECA-solution use for intensification of the corn malting processes comprised the examination of the corn grain chemical composition, physical and chemical properties of ECA-elements and the analysis of ECA-solution impact on the malting processes. The analysis of the data on the dependence of wetting degree on temperature and duration in common water and ECA-solution showed that ECA-solution reduces the wetting duration in 1.5 times. The growth is noted in contrast with checking the activity of amylolytic and proteolytic ferments. As a whole, the results of the research indicate that ECA-solutions can be used for intensification of the corn malting process and improvement of the corn malt quality.
Key words: brewing, corn grain, electrochemically activated solutions (ECA-solutions), anolyte, catholyte, sprouting, malting, enzymatic activity, malt.
