Использование экструдированного ячменя в пивоварении Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Использование экструдированного ячменя в пивоварении

A.А. Курочкин, Г.В. Шабурова

Пензенская государственная сельскохозяйственная академия

B.В. Новиков

Самарская государственная сельскохозяйственная академия

При производстве пива крахмал несоложеного ячменя, которым заменяют часть солода, поддается расщеплению значительно труднее, чем крахмал солода. Важная роль в процессах трансформации углеводного комплекса ячменя принадлежит ферментам. Эффективность ферментативного гидролиза существенно возрастает в случае предварительной подготовки крахмала к биотрансформации. В последнее время все более широкое распространение в теории и практике переработки зерна получает применение физических факторов воздействия [1, 2]. Подготовка субстрата к растворению возможна путем тепловой обработки целого зерна при избыточном давлении, что способствует изменению структуры зерна и его физико-химических свойств. Существенная деструкция крахмала, а также изменение структуры белка отмечены при обработке зерна в экструдере [3, 4, 5]. Экструзионная технология в настоящее время занимает значительное место среди традиционных технологий получения пищевых продуктов.

Цель наших экспериментов — изучение процесса экструзионной обработки ячменя и возможности применения обработанного зерна при производстве пивного сусла.

Объектом исследования служило цельное зерно ячменя сорта Волгарь, выращенное в условиях Самарской области. Экс-трудированный ячмень получали на экспериментальной лабораторной установке. Основные параметры обработки: температура в зоне пластификации 120.. .130 °С, давление 2,5-3,0 МПа. Продолжительность обработки (с): режим № 1 — 10; режим № 2 — 12; режим №3 — 15.

В задачи исследования входило получение пластического состояния исходной зерновой массы путем сжатия и нагрева непрерывно движущегося перерабатываемого материала на выходе из матрицы.

На выходе из фильеры матрицы экс-трудера экструдируемую массу подвергали воздействию избыточного давления паровоздушной среды. Избыточное давление составляло 5-15 % от давления экструзии с последующим его снижением до атмосферного давления. Указанный

технологический прием обеспечивает снижение интенсивности «взрыва» в получаемой массе на выходе ее из фильеры. При этом экструдат приобретает равномерную пористую структуру.

Пористая макроструктура экструди-рованного зерна образуется в результате мгновенного самоиспарения влаги из экструдатов, выходящих из матрицы. Самоиспарение приводит к резкому расширению, охлаждению и образованию трехмерной сетки клейстера. Процесс термопластической экструзии — одна из причин изменения структуры крахмальных гранул. Крахмальные гранулы, которые подвергались экструзионной обработке, увеличивают свои размеры, что приводит к более рыхлой упаковке их полисаха-ридных цепей и деструкции крахмала до декстринов, о чем свидетельствуют данные, приведенные в таблице. Физико-химические показатели ячменя определяли общепринятыми методами [6].

В результате экструзии повышается водорастворимая доля крахмала в ячмене, что способствует снижению вязкости крахмального клейстера. Можно предположить возможность активации эндогенной амилазы (в первую очередь, а-амилазы) на начальном этапе экструзии. Декстриниза-ция крахмала обусловливает уменьшение плотности экструдируемого материала и образование высокопористой структуры.

Полученные данные свидетельствуют о возможности использования экструди-рованного ячменя в качестве замены ча-

Показатель Образцы

Контрольный Режим № 1 Режим № 2 Режим № 3

Массовая доля влаги, % 14,0 11,7 9,6 9,5

Крахмал, % СВ 60,5 60,1 57,8 59,0

Декстрины, % СВ 0,1 6,8 8,2 5,9

Сахара, % СВ 1,2 1,7 2,6 2,2

Экстрактивность, % СВ 75,0 75,2 76,0 75,4

сти солода. При этом не требуется предварительного отваривания, поскольку крахмал зерна эффективно подготовлен для воздействия амилаз солода.

В процессе экструдирования масса нагревается равномерно, но достаточно интенсивно: за время прохождения массы по тракту экструдера до выхода (10-30 с) увеличение температуры составляет 110.120 °С. При таком характере процесса (и при толщине стальных стенок корпуса до 10-15 мм) быстрый и равномерный по о бъему нагрев продукта реально и рационально производить только за счет диссипации работы сил вязкости — внутреннего трения в самом продукте. Осуществление последнего возможно при достаточно высокой вязкости зерна в пластическом состоянии при средней влажности 14 %.

Процесс экструдирования можно регулировать с помощью расхода продукта, а также изменения сопротивления на вы-

5•2006

16

ходе продукта из установки, что подтверждается анализом аналитических связей параметров пресс-экструдера. Кроме того, анализ переработки зерна на экструдерах свидетельствует о том, что одним из действенных факторов регулирования нагрева также может быть и влажность исходного сырья. Влажность зерна одновременно и однонаправленно влияет на диссипацию энергии за счет изменения вязкости и удельной теплоемкости.

В гидромеханической модели процесса движения вязкой несжимаемой жидкости с подводом энергии от ротора через диссипацию работы сил вязкости должно быть соблюдено несколько физико-технических условий.

Во-первых, расход материала в направлении «вперед» через выходное устройство должен быть равен расходу материала в направлении «вперед» в любом сечении тракта. Кроме того, расходы материала в направлении «вперед» должны быть обязательно определены с учетом обратных токов материала «назад» под действием перепада давлений, например вдоль канала между гребнями шнека, а также с учетом перетока «в бок» через гребни витков шнеков. Указанные перемещения материала осуществляются внутри тракта и по своей величине сравнимы с основным расходом «вперед». Поэтому данное обстоятельство нужно учитывать

как в расчетной модели, так и в реальной машине (см. схему).

Во-вторых, мощность механического привода, подводящего энергию к материалу через ротор, с учетом незначительных потерь на теплоотдачу от корпусов в атмосферу должна быть равна сумме мощностей диссипации работы сил вязкости по тракту.

В рассматриваемой расчетной модели экструдера мощность, затрачиваемая на перемещение (подачу) исходного сырья в сыпучем состоянии, не учитывается. Поэтому для получения более точных результатов исследований ее можно учесть как один из видов потерь мощности привода или путем введения в расчетную формулу специального коэффициента.

В-третьих, изменение температуры материала за время его перемещения по тракту машины ^ = t - tв7) должно быть не менее заданного Шп.

Суть четвертого физико-технического условия заключается в исключении возможности вскипания влаги в тракте машины. Для реализации этого условия необходимо, чтобы давление материала при соответствующих температурах и во всех сечениях тракта было больше давления паров воды при тех же условиях.

Учитывая возможные колебания свойств материала (удельная теплоемкость, вязкость) и средних параметров гео-

метрии тракта, необходимо иметь запас по расчетному давлению не менее 0,5 МПа.

Изучение и оценка влияния перечисленных факторов на качество процесса экструзии материала сложная, но весьма важная практическая задача, решение которой позволит контролировать технологический процесс и получать продукт с заданными свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Царёва И.В., Даниловцева А.Б., Лунков С.В., Кос-мынин Е.Г. Влияние барогидротермической обработки на качество ячменя//Пиво и напитки. 2005. № 2. С. 92-93.

2. Шабурова Г.В. Повышение эффективности использования пивоваренного сырья//Пиво и напитки. 2005. № 3. С. 23-24.

3. Новиков В.В., Курочкин АА. Анализ рабочего процесса шнекового экструдера/В сб. мат III Международной научно-практической конф. «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы». — Пенза, 2005, с. 95-96.

4. Орлов А.И., Подгорнова Н.М. Производство комбикормов с применением экструзионной технологии. — М.: ЦНИИТЭИхлебопродуктов, 1990.

5. Магомедов Г.О., Брехов А.Ф., Черных В.Я., Юрьев В.П. Экструзионная технология пищевых продуктов//Пищевая промышленность. 2003. № 12.

6. Ермолаева Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия. — СПб. : Профессия, 2004. <&

БРАУМАСТЕР

Компетентность и кечество!

ОРГАНИЗАЦИЯ СЕМИНАРОВ И КОНСУЛЬТАЦИЙ

по технологии пивоварения на базе институтов Германии

СЫРЬЕ И МАТЕРИАЛЫ ИЗ ГЕРМАНИИ

СТАБИЛИЗАТОРЫ БЕЛКОВО-КОЛЛОИДНОЙ СТОЙКОСТИ и ОСВЕТЛИТЕЛИ ПИВА

♦ Стабиквик83;

♦ Стабиквик Седи;

♦ Стабизоль 300;

♦ Стабификс Экстра

МОЮЩИЕ и ДЕЗИНФИЦИРУЮЩИЕ СРЕДСТВА

СВЕТЛЫЕ и СПЕЦИАЛЬНЫЕ СОРТА СОЛОДА СИНАМАР — концентрат пива из жженого солода

ХМЕЛЬ И ХМЕЛЕПРОДУКТЫ

ЧИСТАЯ КУЛЬТУРА ДРОЖЖЕЙ

из дрожжевых банков Германии

Тел./факс: (495) 980-64-37, 417-84-40. E-mail: [email protected]

5 • 2006