CC BY
17
технология'
УдК 663.433 (045)
оптимизация параметров акустической обработки пивоваренного ячменного солода
Д. В. Карпенко, канд. техн. наук, доцент; М. А. Беркетова
Московский государственный университет пищевых производств
Ключевые слова: акустическая обработка; звук слышимого диапазона; экстрактивность светлого ячменного солода. Keywords: acoustic treatment; the sound of the audible range; extract of light barley malt.
Ранее сообщалось, что обработка светлого ячменного солода звуком с частотами из слышимого диапазона позволяет повысить экстрактивность зерна. Наилучшие результаты обеспечила обработка солода при 3070 Гц в звукоизолированной ячейке в течение 60 мин при комнатной температуре. Звук генерировали с помощью колонки мощностью 3 Вт при амплитуде 100 % и синусоидной форме сигнала, расстояние от источника звука до обрабатываемого солода составило 3 см.
На следующем этапе наших исследований решено было изучить зависимость обнаруженного положительного эффекта звуковой обработки ячменного солода от параметров ее проведения. В первую очередь варьировали продолжительность обработки, так как этот параметр важен как с технологической, так и с экономической точек зрения. Обработку светлого пивоваренного ячменного солода проводили в звукоизолированной ячейке в течение 5; 20; 40 и 60 мин при комнатной температуре. За исключением продолжительности обработки остальные условия экспериментов данной серии были одинаковыми и сводились к вышеописанным.
Для того чтобы оценить вклад ЭМК в возможные изменения контролируемых характеристик обрабатываемого ячменного солода, в каждом эксперименте серии использовали вариант сравнения, который представлял собой аналогичную навеску зерна, которую располагали на том же расстоянии, что и в опытном варианте, около колонки, не генерировавшей звуковых колебаний. Таким образом, солод подвергался воздействию тех же электромагнитных колебаний, что и зерно в опытном варианте при обработке его звуком определенной длины волны.
Контрольным вариантом служила навеска солода из той же партии зерна, которую выдерживали при комнатной температуре в соседнем помещении так, чтобы она не подвергалась воздействию звука или электромагнитных колебаний. Ввиду того что во всех экспериментах данной серии определение контролируемых характеристик проводили параллельно, использовали единственный для всех опытных образцов и образцов сравнения контроль.
По окончании обработки солод каждого варианта дробили и определяли его экстрактивность и количество крахмала, гидролизованного
амилазами солодовой вытяжки. Результаты этой серии экспериментов представлены в таблице.
Из результатов видно, что экс-трактивность солода после обработки акустическими колебаниями частотой 3070 Гц в течение 5 мин увеличивается на 9,4%, что практически равно увеличению этого показателя после обработки в течение 60 мин, составившему 9,3 % по сравнению с контролем. Это позволяет сделать вывод, что в самом начале обработки на структуру солода оказывается существенное деструктурирующее воздействие звуковых колебаний. Дальнейшее воздействие уже не оказывает положительного влияния на экстрак-тивность солода, по крайней мере в условиях эксперимента.
Не находит адекватного объяснения тот факт, что в анализируемой серии экспериментов обработка ЭМК (образцы сравнения) либо практически не приводила к повышению экстрактивности (длительность обработки 40 и 60 мин), либо даже приводила к снижению этой характеристики солода (длительность обработки 5 и 20 мин). В то же время полученные результаты были расценены нами как подтверждение сделанного ранее вывода о целесообразности повышения экстрак-тивности светлого солода за счет его совместной обработки звуком и возникающими при его генерации электромагнитными колебаниями.
Количество гидролизованного крахмала в данной серии экспериментов практически не изменялось во всех опытных вариантах и вариантах сравнения. На основании результатов анализируемых и предыдущих экспериментов мы пришли к подтверждению ранее сделанного вывода о том, что в условиях эксперимента звуковые колебания слышимого диапазона не оказывают существенного влияния на микрокомпоненты солода, по крайней мере на его амилолитические ферменты. Вследствие этого было решено отказаться от определения
Время обработки, Экстрактивность на воздушно-сухое вещество, % Экстрактивность на сухое вещество, % Количество гидролизованного крахмала, мг
мин звук + ЭМК ЭМК без обработки звук + ЭМК ЭМК без обработки звук + ЭМК ЭМК без обработки
5 83,38 75,55 76,2 88,14 79,87 80,55 97 97 97
20 81,52 72,92 76,2 86,18 77,11 80,55 97 96 97
40 82,66 76,56 76,2 87,38 80,93 80,55 97 97 97
60 83,25 76,65 76,2 88,00 81,03 80,55 98 97 97
8 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2012
количества гидролизованного крахмала в следующих экспериментах нашей работы.
Основной вывод, сделанный на основании результатов данной серии экспериментов, заключался в следующем: продолжительность обработки светлого ячменного пивоваренного солода акустическими колебаниями частотой 3070 Гц в течение 5 мин позволяет добиться технологически значимого повышения экстрактивности. В связи с этим было принято решение в последующих экспериментах обрабатывать солод именно в таком режиме, варьируя другие параметры акустической обработки.
Важный вопрос — выбор технологической стадии, на которой наиболее целесообразно проводить звуковую обработку ячменного солода с целью повышения его экс-трактивности. Поэтому было решено изучить, как будет меняться экс-трактивность солода, обработанного звуковыми и электромагнитными колебаниями, с течением времени. Для этого был проведен следующий эксперимент.
Звук частотой 3070 Гц генерировали 5 мин с помощью колонки мощностью 3 Вт с использованием программы «Generator» при амплитуде 100 % и синусоидной форме сигнала. Навеска обрабатываемого ячменя составляла 35 г, расстояние от источника звука до обрабатываемого солода — 3 см. Для определения влияния ЭМК на величину экстрактивности солода в каждом эксперименте серии использовали вариант сравнения, который представлял собой аналогичную навеску зерна, обработанную только электромагнитными колебаниями. Контрольным вариантом служила навеска солода из той же партии зерна, которую выдерживали при комнатной температуре в соседнем помещении так, чтобы она не подвергалась воздействию звука или электромагнитных колебаний.
Сразу после проведения обработки / выдержки всех образцов в них определяли экстрактивность, оставшееся зерно хранили при комнатной температуре в темном месте и повторяли определение экстрактивности через 1; 2; 3; 5; 10 и 30 сут. Результаты представлены на рис. 1 (экстрактивность образца, % к контролю).
Sí 100 -
m
98 "I—i—i—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I 0 5 10 15 20 25 30
Продолжительность хранения, сут — Звук + ЭМК — ЭМК — Контроль
Рис. 1. Изменение экстрактивности светлого солода при хранении
после обработки звуковыми или электромагнитными колебаниями
50
Амплитуда, % Звук + ЭМК — ЭМК ■
Контроль
0
25
75
100
Рис. 2. Влияние амплитуды акустических колебаний на экстрактивность солода
На протяжении первых 5 сут после обработки звуком светлый солод сохраняет повышенную (примерно на 9 %) по сравнению с контролем экстрактивность, затем положительный эффект обработки начинает постепенно снижаться, и через месяц хранения экстрактивность обработанного солода приближается к таковой у контрольного — превышение составило только 2 %. Тем не менее это означает, что обработка звуком не обязательно должна проводиться непосредственно перед дроблением солода. С другой стороны, нам представляется, что обработку ячменного солода звуковыми колебаниями целесообразно проводить именно в процессе транспортирования от места хранения к устройству для дробления.
В ряде литературных источников отмечается, что одним из значимых факторов, определяющих эффективность волновых воздействий на
обрабатываемый объект, является амплитуда колебаний. Поэтому было решено рассмотреть влияние данного параметра на результаты обработки светлого ячменного солода с целью повышения его экс-трактивности.
Для этого проводили обработку целых зерен солода в течение 5 мин звуком частотой 3070 Гц в условиях, аналогичных вышеописанным. Опыты данного эксперимента отличались один от другого величиной амплитуды акустических колебаний, которая в них составляла 0; 25; 50; 75 и 100 % от максимального значения, которое применяли во всех предыдущих экспериментах.
В виду того что экстрактивность всех образцов после обработки определяли параллельно, был использован единый для всей серии опытов контрольный вариант. Результаты определения экстрактив-ности представлены на рис. 2.
2012 ПИВО и НАПИТКИ 9
технология'
110
100 -,
98 4-
5 10 15
Расстояние от источника звука, см — Звук + ЭМК — ЭМК — Контроль
20
108
106
104
102
0
Рис. 3. Влияние удаленности от источника звуковых колебаний на экстрактивность солода
На основании полученных данных нами был сделан ряд выводов:
• влияние значения амплитуды звуковых колебаний на экстрактивность светлого ячменного солода носит закономерный характер: при амплитуде, равной 0 (что фактически означает отсутствие звука), величины экстрактивности опытного и контрольного вариантов были практически равны; по мере увеличения значения варьируемого фактора возрастала экстрак-тивность обработанного солода по сравнению с контролем;
• повышение значения экстрактив-ности опытного варианта при амплитуде 100%, т. е. в условиях, в которых проводился ряд опытов предыдущих экспериментов, составило 109,7% по отношению к контролю; очень близкие к этому значения были получены в аналогичных условиях несколько раз ранее, что свидетельствует о воспроизводимости результатов обработки, с одной стороны, и об ее эффективности — с другой;
• с учетом результатов последнего эксперимента можно заключить, что обработка солода только электромагнитными колебаниями дает разнонаправленные результаты, приводя то к снижению, то к повышению экстрактивно-сти обрабатываемого солода по сравнению с контролем; это позволяет предположить наличие некоторых неучтенных нами параметров проведения обработки солода таким способом;
• амплитуда звуковых колебаний (фактически мощность звука) является параметром, значимо влияющим на эффективность
обработки солода с целью повышения его экстрактивности; это позволяет предположить, что применение оборудования, позволяющего генерировать более мощный звук с частотой, признанной оптимальной, чем то, которое было использовано в нашей работе, обеспечит более эффективное решение поставленной задачи. В следующих экспериментах обработку солода проводили при максимальном значении амплитуды акустических колебаний.
В литературе отмечается, что звуковые колебания затухают по мере удаления от источника звука, причем скорость такого затухания зависит от ряда факторов, в частности, от свойств среды, по которой он распространяется.
Кроме того, на основании ранее полученных данных нами было предложено проводить звуковую обработку солода в процессе его транспортирования к солододробилке или другому оборудованию для дробления. На пивоваренных предприятиях такое транспортирование может осуществляться разными способами, в частности, могут использоваться ленточные транспортеры, по которым зерно перемещается слоем определенной толщины.
Для того чтобы, с одной стороны, изучить зависимость изменения экс-трактивности обрабатываемого солода в зависимости от его удаленности от источника звука, а с другой — оценить возможность проведения такой обработки при перемещении солода транспортером, был проведен следующий эксперимент.
Солодом полностью заполняли не имевший торцевых стенок кар-
тонный лоток квадратного сечения с длиной грани 2,5 см, длиной в продольном направлении 25 см. Источник звука (акустическую колонку) располагали вплотную к одному из торцов этого лотка (опытный образец). Такой же лоток, заполненный солодом, располагали торцом вплотную к колонке, генерировавшей только электромагнитные колебания (образец сравнения). Обработку и в том и в другом случае проводили в течение 5 мин при 3070 Гц и амплитуде, равной 100%.
После проведения обработки солод делили на части, отсчитывая от торца по 5 см. Таким образом получили пять образцов каждого варианта (опытного и сравнения), условно считая, что при обработке они располагались от источника звука на расстоянии 0; 5; 10; 15; 20 см.
От каждого образца отбирали навеску, равную 5 г, дробили ее и параллельно определяли экстрак-тивность, используя единственный контроль (солод, не подвергнутый обработке тем или иным способом) для всех опытов (рис. 3).
По мере увеличения расстояния обрабатываемого солода от источника акустических колебаний повышение экстрактивности, обусловленное воздействием звука, закономерно снижается (с 9 до 8,2%), что свидетельствует о поглощении звуковых волн зернами солода, рассеивании их в пространстве и уменьшении амплитуды звуковых колебаний по мере удаления от их источника.
В то же время, если высота слоя солода не превышает 20-25 см, предлагаемый способ повышения экстрактивности солода за счет обработки его звуком может быть технологически и экономически эффективным.
Суммируя вышеизложенное, можно заключить, что повышение экстрактивности светлого ячменного солода на 8-9% (по сравнению с необработанным зерном) может быть обеспечено за счет обработки зерновой массы в течение 5 мин звуком частотой 3000 ±100 Гц при амплитуде колебаний 100%, синусо-идной форме сигнала, расстоянии от источника звука 5-20 см, толщине слоя солода не более 20 см. Эффект такой обработки сохраняется практически неизменным при хранении солода в течение 3-5 сут. <&
10 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2012
