Пригодность ячменя сорта Гонор для пивоваренной промышленности Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Пригодность ячменя сорта Гонор для пивоваренной промышленности

1Е.Д. Фараджева, А.Е. Чусова, А. Дамдинсурэн, О.Н. Ярославцева

Воронежская государственная технологическая академия

Ячмень для производства пива — традиционная зерновая культура, так как изготовляемый из него солод придает пиву те специфические вкус и аромат, которые отличают его от других продуктов брожения. Другие злаки применяются как добавки.

Требования к товарным партиям пивоваренного ячменя определяются стандартом ГОСТ 5060-86. В стандарте на пивоваренный ячмень отражена лишь незначительная часть показателей, характеризующих товарные качества зерна, а также химические (содержание белка) и физиологические (про-растаемость зерна) свойства. Большинство же важнейших химико-технологические показателей ячменя не регламентированы государственным стандартом вследствие сложности их контроля в условиях заготовок зерна. Однако перед переработкой зерна на пивоваренных заводах такая оценка обязательна.

Эксперимент по оценке качества сорта ячменя Гонор, выращенного на различных агроучастках НИИ ЦЧП им. В.В. Докучаева, проводили с целью выявления пригодности его к пивоварению. Он включает последовательность операций, позволяющих на основании исследования физико-химических показателей зерна и получения из него солода определить товарные и технологические свойства ячменя.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи: выбор перспективных агроучастков НИИ ЦЧП им. В.В. Докучаева для возделывания пивоваренного ячменя сорта Гонор; исследовали физико-химические показатели солода, полученного из ячменя с различных агроучастков.

Для выбора перспективных агроуча-стков анализировали ячмень, выращенный на агроучастках 027, 05, 2, 4, 12, 21, 25, 31 НИИ ЦЧП им. В.В. Докучаева, по следующим параметрам:

физиологические (энергия и способность прорастания, жизнеспособность, водочувствительность);

физические (натура, абсолютная масса, крупность и выравненность, пленча-тость);

химические (массовая доля влаги, содержание экстрактивных веществ, содержание белка и крахмала, титруемая кислотность).

Зерно пивоваренного ячменя имеет определенную форму: эллиптическую, ромбическую или овальную. У удлиненного зерна при соложении остаются не-растворенными конус, что увеличивает потери. Исследуемые образцы ячменя имеют овальную форму.

В результате исследования ячменя сорта Гонор получили физико-химические и физиологические показатели, представленные в табл. 1.

Другим важным химическим показателем служит содержание белка. Чем больше его в зерне, тем труднее проращивать. Содержание белка в зерне должно быть не более 12 %. Все исследуемые образцы ячменя соответствуют требованиям стандарта. Отметили зависимость между содержанием крахмала и белка. Наибольшее содержание белка — в образцах ячменя с аг-роучастков 2, 4, 12 и 05. В этих же образцах наблюдали пониженное содержание крахмала. Содержание белка у образца ячменя с агроучастка 12 на 0,8 % больше, чем у ячменя с агроуча-стка 31. Этот же образец ячменя содержит крахмала на 7,3 % меньше, чем у ячменя с агроучастка 31, т.е. с увеличением содержания белка понижается содержание крахмала.

Для характеристики качества пивоваренного ячменя имеет значение содержание наружных оболочек (пленча-тость), поскольку при повышенной плен-чатости снижается экстрактивность и может ухудшиться вкус пива из-за имеющихся в оболочках горьких веществ, переходящих в сусло. У пивоваренных сортов ячменя пленчатость не должна быть выше 9 %. При исследовании образцов ячменя наблюдали зависимость пленчатости от экстрактивности. У образца 12 пленчатость завышена на 0,3 %. В связи с этим содержание экстрактивных веществ уменьшилось на 3,7 %. Меньше всего пленок в образце 31, поэтому и содержание экстрактивных веществ в этом образце наибольшее.

Важнейший показатель — экстрак-тивность ячменного зерна [количество сухих веществ (%), способных при определенных условиях перейти под действием ферментов в раствор]. Количество экстрагированных веществ (плотность сусла) непосредственно определяет качество пива и его выход.

Лучшие отечественные сорта содержат 78-80 % экстрактивных веществ. Экстрактивные вещества представлены в основном крахмалом зерна. Содержание экстрактивных веществ в образцах с аг-роучастков 05, 027, 25 и 31 — в норме, т.е. не менее 78 %, а в образцах с агро-участков 2, 4, 12 и 21 этот показатель на 0,8-5,7 % ниже нормы. Если сравнить содержание экстрактивных веществ с участков 12 и 31, то разница составит 6,1 %. Таким образом, наблюдали зависимость экстрактивности от содержания крахмала, т.е. на агроучастке 31 содержание крахмала наибольшее, следствием этого является наибольшее содержание экстрактивных веществ.

Натура — это масса 1 дм3 зерна, выраженная в граммах. Натура пивоваренных ячменей колеблется от 600 до 750 г/дм3. Лучшими считаются ячмени с натурой 680-750 г/дм3, средними — с натурой

Таблица 1

Показатель Сорт Гонор, Е ыращенный на агроучастках

027 | 05 2 1 4 12 21 25 | 31

Массовая доля влаги, % 9,8 10,1 10,3 9,8 9,6 10,2 9,5 10,0

Содержание экстрактивных веществ, % 79,4 78,5 76,3 76,2 74,3 77,2 79,5 80,4

Массовая доля белка, % 11,2 11,6 11,8 11,7 11,9 11,5 11,2 11,1

Крупность, % 75,2 72,4 67,5 52,5 72,4 86,2 88,1 86,5

Выравненность, % 75,2 81,3 82,4 83,0 72,4 86,2 88,1 86,5

Способность к прорастанию, % 92,5 95,2 94,4 99,1 92,2 96,3 98,3 96,5

Натура, г/дм3 640 638 628 652 654 630 667 660

Абсолютна масса, г 45,3 42,7 38,4 38,2 33,2 39,1 45,6 46,2

Пленчатость, % 7,0 7,3 7,7 7,3 9,3 7,5 7,0 6,8

Водочувствительность, % 11,1 11,0 12,3 11,5 9,0 10,6 13,0 12,4

Массовая доля крахмала, % 62,8 62,0 59,0 59,1 56,9 61,3 62,9 64,2

Титруемая кислотность, см3 раствора NaOH, конц. 1 моль/ дм3 на 100 г ячменя 1,8 2,3 2,2 1,9 2,0 2,2 1,9 2,1

Урожайность, т/га 31,7 29,8 29,2 27,2 31,1 32,1 33,1 32,7

ПИ]

НАЛИТСИу 5 •

2004

Рис. 1. Зависимость крупности зерна от урожайности: 1 — агроучасток 027; 2 — агроучасток 05; 3 — агроучасток 2; 4 — агроучасток 4; 5 — агроучасток 12; 6 — агроучасток 21; 7 — агроучасток 25; 8 — агроучасток 31

Рис. 2. Зависимость выравненности зерна от урожайности: 1 — агроучасток 027; 2 — агроучасток 05; 3 — агроучасток 2; 4 — агроучасток 4; 5 — агроучасток 12; 6 — агроучасток 21; 7 — агроучасток 25; 8 — агроучасток 31

600-700 г/дм3. Анализируемые образцы ячменя сорта Гонор относятся к среднему ячменю, так как наименьшая натура 628 г/дм3 у ячменя, выращенного на агроучастке 2, а наибольшая натура — 667 г/дм3 у ячменя, выращенного на аг-роучастке 25.

Абсолютной массой зерна называют массу сухого вещества 1000 зерен. Ячмень, имеющий массу 1000 зерен до 40 г, считается легким, до 44 г— средним, более 45 г — тяжелым. Ячмень с агро-участков 2, 4, 12 и 21 относят к легкому ячменю, с агроучастка 05 — к среднему ячменю, так как содержание абсолютной массы в этом ячмене составляет 42,7 г. К тяжелому ячменю относят ячмень с агроучастков 027, 25 и 31, так как абсолютная масса этого ячменя выше 45 г.

Основным показателем физиологической полноценности ячменя, определяющим его пригодность для производства солода, служит способность прорастания. Способность к прорастанию (процент проросших зерен) определяли на 5-е сутки проращивания. Ячмень с агро-участков 05, 4, 21, 25 и 31 имеет способность к прорастанию не менее 95 %, что соответствует ГОСТ 5060 (I класс), а ячмень с агроучастков 027, 2, 12 имеет способность к прорастанию не менее 90 %, что соответствует II классу.

Водочувствительностьхарактеризует снижение способности к прорастанию даже при небольшом избытке воды. Во-дочувствительность выражается разницей между количеством проросших зерен при оптимальных и избыточных количествах воды. Если разница менее 25 %, то ячмень маловодочувствитель-ный, при 26-45 % — водочувствитель-ный, при разнице более 45 % — у зерна значительная водочувствительность. Проанализировав весь ячмень с различных агроучастков, пришли к выводу, что

все образцы ячменя неводочувствитель-ные, так как разница между количеством проросших зерен при оптимальных и избыточных количествах воды не превышает 25 %.

Крупность и выравненность зерна определяли ситовым анализом: просеиванием зерна последовательно через три металлических сита с прямоугольными отверстиями длиной 20 мм и шириной 2,8; 2,5 и 2,2 мм. Содержание крупного зерна (крупность) — это сход с сита 20 х 2,5 мм. Норма по ГОСТу не менее 85 % для первого и 60 % для второго классов. Крупное зерно содержит больше веществ, определяющих плотность пива; оно равномерно замачивается, равномерно растворяется, меньше греется при соложении, а также выравненность зерна по размеру (сумма двух наиболее крупных фракций в процентах к навеске) служат сортовыми признаками. Есть типично мелкозерные и крупнозерные сорта, хотя существенное влияние на формирование этих признаков оказывают также погодные условия и агротехнические мероприятия. Только образцы с агроучастков 25, 21, 31 соответствуют ГОСТ 5060 на ячмень I класса, а с других агроучастков — только на ячмень II класса.

При исследовании ячменя с различных агроучастков установили, что у крупного однородного ячменя величины крупности и выравненности совпадают. Это обнаружилось на агроучастках 31, 25, 21, 12, 027. Мелкий ячмень с агро-участков 05, 2 и 4 при невысоком значении крупности хорошо выравнен. По полученным значениям крупности и вы-равненности (табл. 1) построили диаграммы зависимости их от урожайности (рис. 1,2).

Проанализировав в совокупности показатели, представленные в табл. 1, пришли к выводу, что наилучшими являют-

ся образцы ячменя, выращенные на аг-роучастках 027, 21, 25 и 31, из которых в дальнейшем получали пивоваренный солод.

Также установили (см. рис.1, 2), что чем больше урожайность, тем ячмень крупнее и более выравнен. Такая закономерность обнаружена и на агроучаст-ках 31, 25, 21 и 027.

Производство пивоваренного солода включает следующие основные этапы: замачивание, проращивание и сушка.

Перед замачиванием очищенный и отсортированный ячмень мыли, снимали сплав, дезинфицировали КМп04 в количестве 30-50 г/1 т ячменя. Известно, что перманганат калия служит не только дезинфицирующим средством, но и стимулятором роста. Выдерживали с дезинфицирующим средством 1-2 ч.

Для замачивания использовали воздушно-оросительный способ. В ходе замачивания определяли массовую долю влаги, температуру воды для замачивания поддерживали в пределах 10...14 °С. Замачивание проводили до достижения массовой доли влаги ячменя 42-44 %.

Проращивание проводили в солодора-стильном ящике при температуре 12...16...13 °С. Основная цель проращивания — накопление в зерне максимального количества активных ферментов, поэтому на каждые сутки солодораще-ния определяли амилолитическую, оса-харивающую, протеолитическую и дек-стринолитическую активности ферментов солода. Амилолитическая активность характеризует способность ферментов солода катализировать расщепление крахмала в основном на декстрины с небольшим количеством олигосаха-ридов. Эта активность обусловлена главным образом присутствием а-амилазы (рис. 3). Быстрое накопление амилоли-тической активности происходило до 4-х суток проращивания. Максимум

0 2 4 6 8

Продолжительность проращивания, сут

-участок 027;- участок 25;

- участок 21;- участок 31;

Рис. 3. Изменение амилолитической активности солода в процессе проращивания с различных агроучастков

0 2 4 6 8

Продолжительность проращивания, сут

-участок 027;- участок 25;

- участок 21;- участок 31;

Рис. 4. Изменение осахаривающей активности солода в процессе проращивания с различных агроучастков

7

6

5

4

I 3

2

1

0

амилолитической активности достигается на 6-е сутки проращивания, а на 7-е и 8-е сутки практически остается без изменения. У солода, полученного из ячменя, возделанного на агроучастке 31, отметили наибольшее значение амило-литической активности. Активность же ячменя с агроучастков 027, 21, 25 на 3,5; 1; 2,2 % соответственно меньше, чем с агроучастка 31.

Осахаривающая активность характеризует способность ферментов катализировать гидролиз крахмала до восстанавливающих сахаров. Активность солода характеризуется числом единиц оса-харивающих ферментов, содержащихся в 1 г солода. Эта активность обусловлена присутствием Р-амилазы (рис. 4). Р-Амилаза в отличие от а-амилазы присутствует в непроросшем ячмене. Как видно на рис. 4, активность Р-амилазы резко возрастает до 4-х суток ращения, затем прирост ее незначителен. Наибольшее количество накапливается к концу проращивания. Максимальное значение активности наблюдается у солода из ячменя, выращенного на агро-участке 31. Значение осахаривающей активности солода, полученного из ячменя с агроучастка 31, выше, чем у солода, полученного из ячменя с участка 027, на 1,6 %, с участка 25 — на 1,2 %, с участка 21 — на 0,7 %.

Декстринолитическая активность характеризуется способностью ферментов катализировать гидролиз конечных дек-

стринов (фосфодекстринов) со связью 1-6 до редуцирующих сахаров. Изменение величины декстринолитической активности представлено на рис. 5. Наи-

ПИВО и НЛПИТКИ

5•2004

большая активность наблюдается у ячменя, выращенного на агроучастке 31, а наименьшая активность — у ячменя, выращенного на агроучастке 027. Кроме того, максимальное накопление активности наблюдается на 6-е сутки проращивания.

За единицу протеолитической активности принимается такое количество фермента, под действием которого в стандартных условиях (рН 4,8, температура гидролиза 40 °С, время проведения реакции 60 мин) гидролизуется 1 г белка, составляющий 50 % количества, введенного в ферментативную реакцию субстрата, до продуктов, не осаждаемых трихлоруксусной кислотой. Максимум активности протеолитических ферментов у исследуемых образцов ячменя накапливается на 6-е сутки ращения. Причем резкое повышение наблюдается до 4-х суток проращивания. Изменение величины активности протеолитических ферментов изучаемых образцов ячменя с различных агроучастков в процессе проращивания представлено на рис. 6. У солода, полученного из ячменя с агроучастков 31, 027, 21 и 25, наибольшее значение протеолитической активности 48,2 ед/г наблюдается у солода из пророщенного ячменя с агроучастка 31. Значение активности протеолити-ческих ферментов солода, полученного из ячменя на агроучастке 31, выше, чем на агроучастках 027, 21, 25, на 6; 2; 3 % соответственно.

Продолжительность проращивания, сут

-участок 025;- участок 21;

- участок 27;- участок 31;

Рис. 6. Изменение протеолитической активности солода в процессе проращивании с различных агроучастков

Таблица 2

Солод, полученный

ГОСТ 29294-92 из ячменя, со следующих

Показатель агроучастков

Высшее качество I класс 027 21 25 31

Проход через сито 2,5x20 мм, %, не более 3,0 5,0 3,0 3,0 2,0 2,0

Массовая доля сорной примеси, %, не более Не допуск. 0,3 0,1 0 0 0

Число зерен, %:

мучнистых, не менее 85 80 88 80 90 92

стекловидных, не более 3 5 3 2 3 2

темных, не более Нет

Массовая доля влаги, %, не более 4,5 5,0 4,1 4,3 4,0 3,8

Массовая доля экстракта в СВ солода тонкого помола, %, не менее 79,0 78,0 78,0 76,4 78,5 79,6

Разность массовых долей экстрактов в СВ солода тонкого и грубого помола, % Не более 1,5 1,6-2,5 2,1 2,4 2,0 1,2

Массовая доля белковых веществ в СВ солода, %, не более 11,5 11,5 10,9 11,0 10,0 9,7

Продолжительность осахаривания, мин, не более 15 20 16 18 15 12

Лабораторное сусло:

цвет, см3 раствора йода конц. 0,1 моль/дм3 на 100 см3 воды, не более 0,18 0,20 0,28 0,28 0,25 0,20

кислотность, см3 раствора гидроксида натрия конц. 1 моль/дм3 на 100 см3 сусла 0,9-1,1 0,9-1,2 1,2 1,2 1,2 1,0

Исходя из полученных данных ами-лолитической, осахаривающей, проте-олитической и декстринолитической активностей (см. рис. 3-6), следует отметить, что проращивание можно осуществлять в течение 6 сут, так как это время обусловливает накопление высоких активностей ферментов солода. После 6 сут проращивания амилолити-ческая, осахаривающая, протеолити-ческая и декстринолитическая активности увеличиваются, но незначительно, поэтому проращивание в течение 7-8 сут неэкономично.

После проращивания свежепророс-ший солод высушивали на лабораторной сушилке по общепринятому режиму. После высушивания солод отбивали от ростков и в течение 1 мес выдерживали в специально предназначенных для хранения солода емкостях. За это время в солоде завершались физико-химические превращения компонентов зерна, что делало его пригодным для производства пива.

Оценку качества полученного солода проводили по следующим физико-химическим показателям: химические (массовая доля экстракта в сухом веществе солода тонкого помола, продолжительность осахаривания и разница массовых долей экстракта грубого и тонкого помола, содержание белка); физико-химические (лабораторного сусла — титруемая кислотность, цвет, продолжительность осахарива-ния; стекловидность, сорная примесь).

В результате исследования получили данные (табл. 2), из которых видно,

что физико-химические показатели со-лодов удовлетворяют требованиям стандарта ГОСТ 29294-92.

Массовая доля экстракта солода характеризует количество сухих веществ солода, которое может перейти в раствор при определенных условиях. Она может колебаться в пределах 70-80 %, считая на сухое вещество. Массовая доля экстракта солода хорошего качества достигает 76-80 %. Разница между массовой долей экстракта ячменя и получаемого из него солода должна быть не более 1,5%. Массовая доля экстракта в сухом веществе (СВ) солода тонкого помола, полученного из ячменя с участков 027, 21, 25, 31, больше 76 %, следовательно, полученный солод относится к солоду хорошего качества.

Кроме того, солод, полученный из ячменя с участка 31, имеет массовую долю экстракта в СВ солода тонкого помола 79,6 %. Этот солод относится к солоду высокого качества. Массовая доля экстракта в СВ солода тонкого помола у солода, полученного из ячменя с участка 31, выше, чем у солода, полученного из ячменя с участков 027, 21 и 25, на 1,6; 3,2; 1,1 % соответственно. Если сравнить массовую долю экстракта в ячмене и полученном из него солоде, то разница между ними составит на агроуча-стках 31, 25, 21 и 027 соответственно 0,8; 1,1; 0,8 и 1,4 %. Уменьшение содержания массовой доли экстракта в солоде, полученном из ячменя с различных агроучастков, обусловлено потерей сухих веществ ячменя при проращивании на образование ростка и на дыхание ячменя.

О степени растворения можно судить по мучнистости солода, определяемой обычно с помощью фаринатома, разделяющего зерна пополам. Часть зерен, оставшуюся в ячейках нижней пластинки, просматривают и подсчитывают (%) мучнистые, стекловидные, темные зерна. Проанализировав солод, установили, что солод, полученный из ячменя с агроучастка 31, имеет наибольшее количество мучнистых зерен по сравнению с солодом, полученным из ячменя с агроучастков 027, 21 и 25, на 4; 12; 2 % соответственно. Кроме того, более мучнистый солод имеет меньшую разность массовых долей экстрактов в СВ солода тонкого и грубого помола.

Сущность определения продолжительности осахаривания основывается на способности крахмала давать интенсивное синее окрашивание с йодом. Продолжительность осахаривания выражается временем в минутах, которое требуется для полного осахаривания затора при 70 °C. Продолжительность осаха-ривания связана с разностью массовых долей экстракта солода в СВ солода тонкого и грубого помола. Чем меньше степень растворения солода, тем меньше продолжительность осахаривания. Наименьшую продолжительность осахари-вания имеет солод, полученный из ячменя с агроучастка 31. Продолжительность осахаривания у этого солода меньше, чем у солода, полученного из ячменя с агроучастков 027, 21 и 25, на 1,2; 1,3;

0.3.% соответственно. Кислотность солода оказывает большое влияние на ферментативные процессы при затирании. Кислотность у солода, полученного из ячменя с агроуча-стка 31, меньше, чем у солода, полученного из ячменя с агроучастков 027, 21 и 25, на 0,2; 0,4; 0,8 % соответственно. По этому показателю солод, полученный из ячменя с агроучастка 31, относится к высокому качеству, а солод, полученный из ячменя с агроучастков 027, 21 и 25, относится к I классу.

Таким образом, ячмень, выращенный в НИИ ЦЧП им. В.В. Докучаева, и солод, полученный из него, можно рекомендовать для использования в пивоваренном производстве.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хорунжина С.И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. — М.: Колос, 1999.

2. Савельев О.А., Лифщиц Д. Б. Использование ячменя в пивоварении//Ферментная и спиртовая промышленность. 1983. №5. С. 18-20.

3. Химико-технологический контроль производства солода и пива/Под ред. П.М. Мальцева. — М.: Пищевая промышленность, 1976.

4. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства. — М.: Агропромиздат, 1986. {ям"