Характеристика готового продукта

В массе зерна компоненты распределяются неравномерно. Наибольшее количество углеводов находится в эндосперме, жиры, азотистые и минеральные вещества - в зародыше, целлюлоза - в оболочке.

Углеводы, находящиеся в зерне, представлены моносахаридами, дисахаридами, трисахаридами, полисахаридами.

Моносахариды — это глюкоза и фруктоза, у которых химичес­кая формула одинаковая (С₆Н₁₂O₆), но структура молекул разная, и ксилоза (С₅Н₁₀О₅). Дисахариды в зерне в основном находятся в виде сахарозы и мальтозы с общей формулой С₁₂Н₂₂О₁₁. Трисахариды - представлены рафинозой (С₁₈Н₃₂O₁₆). Моно -, ди - и трисахариды находятся в зародыше и эндосперме, хорошо растворяются в воде. Они, являясь питанием для зародыша, благотворно влияют на прорастание зерна.

Полисахариды зерна — это крахмал, гемицеллюлозы, целлюлоза, гумми и пектиновые вещества. Но основную часть полисахаридов ячменя составляет крахмал. Крахмальные зерна величиной 5—30 мкм, входят в состав эндосперма. В крахмале содержится около 3% приме­сей (белки, жиры, минеральные вещества). Молекула крахмала (C₆H_l0O₆)_x состоит из остатков молекул глюкозы, повторяющихся в молекуле крахмала х раз. У ячменей с хорошими пивоваренными свойствами крахмальные зерна крупные.

Крахмал — это смесь двух полисахаридов: амилозы и амилопекти­на. В ячменном крахмале приблизительно 20% амилозы и 80% амилопектина. Под действием кислот оба полисахарида расщепляются и образуют глюкозу

(C₆H₁₀O₅) + х Н₂O — х С₆Н₁₂O₆.

В амилозе значение х равно 60—2000, для амилопектина — от 6000 до 40000. Амилоза находится преимущественно внутри крахмальных зерен, а амилопектин — в поверхностном слое.

В холодной воде крахмал не растворяется, но набухает, а при 65— 80°С он клейстеризуется (у ячменей, выросших в жарком климате, клейстеризуется при 50°С). С йодом крахмал образует адсорбционный комплекс и дает синее окрашивание.

Целлюлоза (С₆Н₁₀0₅)_x входит в состав оболочки зерна, значение х равно 2000-11000. В воде не растворяется. Под действием кислот целлюлоза распадается до глюкозы. В технологическом процессе остается неизменной.

Гемицеллюлозы располагаются в оболочке зерна и стенках клеток эндосперма. От крахмала и целлюлозы они отличаются продуктами распада, так как кроме глюкозы под действием кислот образуются пентозы (арабиноза и ксилоза) и уроновые кислоты. Гемицеллюлозы на 80—90% состоят из нерастворимых β-глюканов и на 10—20% из пентозанов, частично расщепляющихся при солодоращении. β-Глюканы растворимы в воде, обусловливают вязкость сусла и пива, пентозаны в значительно меньшей мере влияют на технологический про­цесс. В воде гемицеллюлозы нерастворимы.

Гемицеллюлозы оболочек зерна и эндосперма содержат 6 и 77% глюкана соответственно, ксилана 76 и 17%, арабана 15 и 6%.

Такое же строение, как гемицеллюлозы, имеют гумми-вещества, но у них меньшая молекулярная масса и они растворяются в воде. Однако растворы имеют большую вязкость, что в ходе технологи­ческих процессов замедляет фильтрование заторов.

Азотистые вещества ячменя - это белки, свободные аминокис­лоты, продукты распада белков. Белок, кроме углерода, водорода и кислорода всегда содержит азот. Азот, содержащийся в ячмене во всех формах, называют общим азотом, который состоит из белково­го и небелкового. Небелковый включает в себя аминный (азот ами­нокислот), аммиачный (содержащий соли органических кислот), минеральный (содержащий соли азотной кислоты), амидный (когда в органической кислоте гидроксил заменяется на аминогруппу, и образуется соединение, имеющее группу —CONH₂)..Для технологи­ческой оценки ячменя важны растворимый азот — азот водораство­римых белков и продуктов их распада, азот аминокислот, амидов, и коагулируемый азот — часть азота, входящего в белковые вещества, коагулирующие при назревании.

Молекулы белка построены из остатков аминокислот, содержа­щих одну или две аминогруппы (—NH₂) и одну или две карбок­сильные группы (—СООН). Всего в природе известно около 150 аминокислот, но в построении молекул белка ячменя участвуют: только 20 аминокислот: глицин, аланин, валин, лейцин, аспараги­новая и глютаминовая кислоты, лизин и др.

Белки находятся в алейроновом слое зерна и в эндосперме. Они разделяются на четыре группы: растворимые в воде и в разбавленных солевых растворах — альбумины (лейкозин); растворимые в разбав­ленных солевых растворах, но нерастворимые в чистой воде — глобу­лины (эдестин); растворимые в спирте - проламины (гордеин); ра­створимые в слабощелочных растворах - глютелины. Молекулярная масса белков колеблется от 26000 до 166000.

Кроме простых белков (протеинов), которых в ячмене около 92%, в зерне содержатся сложные белки (протеиды) - соединение белков с веществами небелковой природы, например фосфорной или нук­леиновой кислотой и др.

При прорастании белки подвергаются расщеплению до аминокис­лот и пептидов, которые используются прорастающим зерном в об­мене веществ и построении новых тканей. Содержание белков в зерне связано с содержанием крахмала: чем больше крахмала, тем меньше белков, и наоборот.

Жиры ячменя составляют 2—3%. Находятся в основном в зароды­ше и в алейроновом слое. Часть жира расходуется при проращива­нии зерна. Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и жирных кислот (олеиновой, линолевой, пальмитиновой, стеарино­вой и др.). Жиры имеют большую поверхностную активность, но низкую поверхностную прочность, поэтому являются пеногасите­лями, отрицательно влияя на пеностойкость. Большая часть жиров при приготовлении сусла остается в дробине и удаляется из техно­логического процесса.

Полифенольные (дубильные) вещества содержатся, в основном, в оболочке зерна и являются нежелательным компонентом экстракта солода, так как имеют неприятный терпкий вкус и могут отрица­тельно влиять на стойкость пива.

Минеральные вещества. В зерне ячменя имеются следующие мине­ральные вещества (% к массе сухих веществ):

В ячмене содержится комплекс основных ферментов: амилолитические (α-амилаза, β-амилаза), под действием которых крахмал превращается в сахар и декстрины; протеолитические ферменты, расщепляющие белки; цитолитические, разрушающие стенки клеток эндосперма. При хранении зерна активность ферментов невысокая, но при проращивании зерна она значительно повышается. Однако в плодовой оболочке ячменя содержится полифенолоксидаза, относящаяся к классу оксидоредуктаз, которая имеет более высокую активность, чем в солоде. Она окисляет антоцианогены.

Все пивоваренные ячмени относятся к яровым, так как озимые имеют слабую зимостойкость.

У одного и того же сорта, в зависимости от условий произраста­ния, бывают различный химический состав и величина зерна. Более крупные зерна у ячменей, выросших в зонах с умеренным климатом. В зонах с сухим и жарким климатом получают зерна мелкие, с высо­ким содержанием белка.

С технологической точки зрения лучшими являются ячмени, лег­ко прорастающие и теряющие при этом наименьшее количество пи­тательных веществ. Равномерно замачиваться, и прорастать будет яч­мень с зернами примерно одинаковой величины. Ячмень принято разделять на фракции по толщине зерна: более 2,8; 2,5 и 2,2 мм.

Цвет зерна должен быть светло-желтым, желтым или серовато-­желтым, недоспелые зерна обычно имеют зеленоватый оттенок. Тем­ные кончики свидетельствуют о том, что зерно было подмочено во время уборки или хранения. Такой ячмень хуже проращивается. У зерна должен быть свежий запах. Наличие плесневелого, солодо­вого или затхлого запаха свидетельствует о непригодности ячменя к солодоращению.

В ячмене не должно быть много зерновой и сорной примеси

Ячмень, поступающий на приготовление солода, должен быть одного сорта, так как зерна различных сортов замачиваются по-раз­ному и проращиваются с различной скоростью.

Для производства солода используют ячмень, разделяемый на два класса и удовлетворяющий требованиям действующего ГОСТ 5060. Свойства ячменя первого и второго классов по данному ГОСТ при­ведены в табл. 1.

Таблица 2

Отношение экстрактавности Способность к солодоращению к содержанию белка

Встречаются трудноразрыхляемые ячмени, которые в обычных ус­ловиях солодоращения не достигают разрыхления эндосперма, по­этому свежепроросший солод, полученный из него, имеет «резино­подобный»- эндосперм и обладает слабой ферментативной активнос­тью. Такие ячмени по анатомо-морфологическим характеристикам: массе зародыша, толщине алейронового слоя и цветочных пленок — не отличаются от ячменей с хорошими пивоваренными свойствами. Содержание белка в зерне не всегда большое, но в эндосперме его содержание в 2 раза выше, а на стенках крахмальных зерен в 1,5 раза больше прочно прикрепленного белка, чем у хорошего ячменя. Ак­тивность протеолитических ферментов не отличается, цитолитичес­ких на 25% ниже, дыхательного фермента каталазы в 2 раза ниже, чем у хороших пивоваренных ячменей.

Применение шестирядных ячменей в пивоварении.

В некоторых странах (США, Канаде и некоторых европейских странах) применя­ют такой ячмень в производстве солода и пива. Яровые сорта шести­рядного ячменя имеют невысокую урожайность, а озимые дают уро­жай с 1 га на 8 ц больше, чем яровой двухрядный. Созревает озимый ячмень на 10—20 дней раньше ярового, что позволяет убирать его в более ранние сроки и раньше начинать выпуск солода. Для пивоваре­ния неудовлетворительным является то, что в яровом ячмене более высокое содержание целлюлозы, гемицеллюлозы, белка и зольных веществ, а крахмальные зерна более мелкие, низкое содержание крах­мала и экстрактивность.

Солод из шестирядного ячменя имеет более высокую фермента­тивную активность, дробина более ценная как кормовой продукт из-за высокого содержания белка.

Считается, что использование шестирядных ячменей экономичес­ки целесообразно. Учитывая, что озимый шестирядный ячмень более высокоурожайный даже при меньшей его экстрактивности, выход экстракта в пересчете на посевную площадь выше. Но для его перера­ботки на солод необходимо соблюдать специальные технологические режимы: его необходимо замачивать до большей влажности и прора­щивать более продолжительное время.

Другие виды зернового сырья

В пивоварении в качестве несоложеных материалов, т. е. без прора­щивания, применяют также кукурузу, рис и, реже, пшеницу.

Кукуруза (Zea mays). Применяется как добавка к солоду в виде ку­курузной муки или кукурузной сечки. Кукуруза содержит много жира, снижающего стойкость пены. Жир содержится в основном в зароды­ше, поэтому снизить его количество в муке можно только предварительно отделив зародыш. Содержание жира для кукурузной муки или сечки не должно превышать 2%. Жир кукурузы легко прогоркает, поэтому сечку или муку должны хранить не более 3 мес в темном и прохладном месте. Экстрактивность кукурузы выше, чем у ячменя, и составляет 82-90%. Мука кукурузы содержит в среднем 12-13% воды, 63% крахмала и 9% белков.

Средний процентный химический состав зерна кукурузы (в пе­ресчете на сухое вещество СВ): углеводов — 78,5; белковых ве­ществ — 12,15; целлюлозы — 2,5; жира — 5,1; золы — 1,75. Крахмал кукурузы содержит 21—23% амилозы и 77-79% амилопектина. Крах­мальные зерна мелкие и трудно гидролизуются ферментами. За ру­бежом в пивоварении применяют кукурузные хлопья. Для этого увлажненный помол кукурузы пропускают через вальцы, обогре­ваемые паром, и получают спрессованные пластинки с небольшой влажностью. При такой обработке крахмал в значительной степени подвергается клейстеризации и не требует дополнительной подго­товки в пивоварении.

Рис (Oryza sativa). Его добавляют к солоду в виде муки или сечки, являющейся отходом рисоочистительного производства. До обработ­ки рис представляет собой зерно, покрытое цветочными оболочками. Количество пленки в зерне составляет 17—23%. Содержание крахмала в сечке около 80% (амилозы 21-31%, амилопектина 69-79%), белка 6~8%, экстрактивность 95-97% к массе сухих веществ.

Средний процентный химический состав зерна риса без пленок (в % к массе сухих веществ): крахмал — 75-81; сахар - 2-5; целлюлоза — 0,6—0,8; белковые вещества — 7-9; жиры — 1,6—2,5; зола — 1,0—1,2.

Как и у кукурузы, крахмальные зерна риса мелкие, они трудно гидролизуются амилазами.

Рисовая сечка содержит мало жира и много крахмала, что поло­жительно влияет на качество готового пива. В нем отсутствуют фрак­ция белка β - глобулина и антоцианогены, участвующие в помутне­нии пива, что позволяет повышать стойкость пива, приготовленного с использованием риса. Абсолютная масса составляет 15-43 г.

Все зерновые несоложеные материалы следует хранить в виде зер­на и размалывать непосредственно перед подачей в производство, поскольку в муке активно протекают окислительные процессы, и качество ее ухудшается.

Пшеница (Triticum), Иногда в качестве несоложеного сырья или как сырья для приготовления солода используют пшеницу.

Это — однолетнее яровое или озимое растение, относится к се­мейству злаковых. Соцветие представляет собой колос, в котором зерновка не срастается с цветочными пленками, поэтому пшеница относится к голозерным культурам. Зерно состоит из двух оболочек (плодовой и семенной), зародыша и эндосперма. Каждая из оболочек состоит из трех слоев клеток. В плодовой оболочке первый слой обра­зован продольными, второй поперечными, третий — трубчатыми клетками. В семенной оболочке первый слой состоит из прозрачных клеток, второй, называемым пигментным, содержит красящие ве­щества, определяющие окраску всего зерна, а третий состоит из не­прозрачных набухающих клеток.

Масса оболочек зерна составляет 5,6—11,2%; зародыша — 1,4— 4,2%; эндосперма — 78,7—84,3% к массе сухих веществ зерна. Влаж­ность зерна пшеницы 8—18%.

Сухие вещества зерна пшеницы содержат (в %): крахмала 60—80; белка 7—18; целлюлозы 2—2,5; сахаров примерно 3; жира 0,5—1; минеральных веществ 1,5—2; гумми-веществ 0,3—0,44% к массе су­хих веществ.

Основным углеводом пшеницы является крахмал, в зернах кото­рого содержится 17—24% амилозы и 76—83% амилопектина. Темпера­тура набухания крахмала 58°С, клейстеризации 64°С.

Содержание белка в пшенице может достигать 25%, но в пивова­рении допустимо 12-13%, лучше ниже 11%. При получении солода из такой пшеницы наблюдается хорошее растворение зерна, солод имеет высокое содержание экстракта и низкую цветность. Белки глиадин и глютенин (глютелин) образуют при затирании клейковину, затрудняющую фильтрование заторов. Пшеница содержит очень мало антоцианогенов, поэтому даже при повышенном содержании белка стабильность пшеничного пива выше. В зернах пшеницы имеются витамины: β - каротин, Е, В₆, биотин, ниацин, пантотеновая кисло­та, рибофлавин, тиамин, фолацин, холин.

Хмель, хмелепродукты

Характеристика хмеля. Хмель (Humulus lupulus L.) - вьющееся многолетнее растение, относящееся к семейству коноплевых. Он является дву­домным растением: мужские и женские соцветия находятся на раз­ных растениях. В пивоваренном производстве от хмеля используют только шишки — женские неоплодотворенные соцветия. При возде­лывании хмеля мужские хмелевые растения с плантаций удаляют.

Наряду с ячменным солодом хмель — ос­новное и пока незаменимое сырье для пивоварения. Входящие в со­став хмеля вещества придают пиву специфические вкус и аромат, увеличивают его стойкость при хранении, способствуют лучшему осветлению пива и образованию пены.

С точки зрения культивирования хмель трудоемкая культура: для его возделывания необходима высокоурожайная, богатая каль­цием и железом почва. Урожайность хмеля 600-2000 кг (в пересче­те на сухое вещество) с 1 га. Хмель может расти несколько десят­ков лет, но через 20—30 лет его продуктивность снижается. Расте­ние хмель — это лиана с отмирающим на зиму стеблем и многолетним корневищем, называемым маткой. Стебель полый, покрыт волосками, имеет в сечении шестигранную форму, вью­щийся, правого вращения. На каждом колене стебля появляются по два трех- и пятипальчатых встречных листа. В пазухах листьев вырастают боковые ветви, которые в верхней части образуют соц­ветия. В дальнейшем из соцветий образуются шишки. Окраска стебля считается сортовым признаком, бывает зеленой и красной, пере­ходный тип — полукрасный. Почти все культурные сорта относят­ся к группе красных. Хмель красных сортов быстрее растет и рань­ше созревает. Его шишки хорошо закрыты, у него более крупные зерна лупулина красноватого цвета (полукрасные возделываются в незначительном количестве).

Собирают хмель в период технической спелости, когда шишки приобретают золотисто-зеленый цвет и наибольшее количество горь­ких веществ. В последующую фазу физиологической спелости цвет становится буроватым и хмель теряет пивоваренные свойства.

В мире насчитывается более 100 сортов культурного хмеля. С учетом оценки его качества для пивоварения хмель подразделяют на 2 груп­пы: тонкие сорта, с содержанием горьких веществ около 15% и α - кислот от 3 до 5%, и грубые сорта, с содержанием горьких веществ более 20% и α - кислот 8—12%. Тонкие сорта используют непосред­ственно в пивоварении для охмеления сусла, а грубые — для приготов­ления экстрактов, концентратов, лупулиновых порошков и гранул.

Пивоваренное качество хмеля оценивают по содержанию в нем α - кислот — обычно их 4—7%, но может быть 10% и выше. В ароматных сортах содержание α - кислот ниже, но такие сорта ценят за аромат.

Химический состав. Состав хмелевых шишек различен и зависит от сорта хмеля, почвенно-климатических условий произрастания, пос­леуборочной обработки. Но главные составляющие, благодаря кото­рым хмель используют в пивоварении — горькие и полифенольные вещества, а также эфирное масло.

Средний химический состав сухих хмелевых шишек (в %) следу­ющий: вода 10—14, целлюлоза 12—16, азотистые вещества 15—24, безазотистые экстрактивные вещества 25—30, зола 6—9, хмелевые смолы 10—20 (α-кислоты 2—9, β-фракция 6—8, γ-твердые смолы 2— 3), полифенольные вещества 2—5, эфирные масла 0,2—1,7.

В небольшом количестве в хмеле содержатся жир, красящие веще­ства, сахар (глюкоза, фруктоза), пентозаны и органические кислоты (яблочная, лимонная, янтарная) и воски.

Наибольший интерес и исключительную ценность для пивоваре­ния составляют специфические составные части хмеля: горькие ве­щества, хмелевое масло и полифенольные вещества.

Горькие вещества, содержащиеся в хмеле, до настоящего времени в других растениях не найдены, но некоторые из них получены син­тетическим путем.

Горькие вещества придают пиву горечь, обладают антисептичес­кими свойствами, участвуют в пенообразовании. Они объединяют хмелевые смолы и горькие хмелевые кислоты. Классификация горь­ких веществ производится с учетом их отношения к разным раство­рителям и влияния на качество охмеления сусла.

Горькие вещества хмеля, называемые общими смолами, состо­ят из мягких и твердых смол.

Хмелевое масло. Хмелевое масло является носителем аромата. Оно относится к группе эфирных масел. Содержание хмелевого масла колеблется от 0,1 до 0,5%. Клейкость, характерная для свежего хмеля, обуславливается выделениями эфирных масел, которые вырабатываются в шишках, главным образом, в лупулиновых железках.

Дубильные вещества. Дубильных веществ в шишках находится от 3 до 6%. С технологической точки зрения интересно поведение дубильных веществ при кипячении сусла. Они дают соединения с белковыми веществами. Такие белково-дубильные соединения выделяются при охлаждении сусла. С некоагулирующми азотистыми веществами, типа альбумоз, дубильные вещества образуют труднорастворимые соединения.

Технологии

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману