CC BY
17
УДК 663.421
Применение электроконтактной обработки зерна в технологиях солодоращения
Т. Н. Данильчук, канд. хим. наук
Московский государственный университет прикладной биотехнологии
Электрофизические методы широко применяют для переработки пищевого сырья. В основном это сверхвысокочастотный (СВЧ) и инфракрасный (ИК) нагрев пищевых продуктов, который осуществляют с использованием удельных мощностей Руд от 1,5 до 2,0 кВт/кг [1]. Для доведения продукта до кулинарной готовности можно использовать электроконтактные способы подвода тепловой энергии [2], при этом Руд не должна превышать 1,5 кВт/кг в целях предотвращения локальных перегревов продукта в местах непосредственного контакта с электродами.
Менее широко в пищевых технологиях применяется так называемый эффект биологического действия электрофизических факторов. Для электромагнитных (в частности для СВЧ) полей этот эффект проявляется при мощности потока энергии < 10-2 Вт/см2, когда нагрев продукта не превышает 0,1 К. Биологическое действие СВЧ-полей проявляется в эффектах стерилизации и образования молекулярно-структурных образований воды, нетермического взаимодействия СВЧ-электромагнит-ных полей с водой, внутриклеточными структурами и биополимерами.
Нетепловое (биологическое) действие наблюдали при использовании электроконтактных методов обработки ячменя в целях интенсификации проращивания его на солод. Установлено,
Ключевые слова: зерно, ячмень, прорастание зерна, солодоращение, электрофизическое воздействие
что кратковременное пропускание переменного электрического тока через зерновую массу в условиях, когда сила тока в пересчете на одну зерновку составляет 4-5 мкА, не вызывает нагрева зерна и способствует увеличению активности основных групп гидролитических ферментов (амилолитических, цитолитических, протеолитических) [3]. Стимулирующий эффект в значительной степени определяется частотой приложенного электротока [4]. На воздействие микроэлектротоком реагируют ферментные системы ячменя любого класса (рис. 1). При определенных режимах электроконтактной обработки из нестандартного зерна можно получить солод, по своим показателям приближающийся к солоду второго класса (см. таблицу), а из ячменя второго класса — к солоду первого класса
Показатель Контроль Опыт
Есп., % Экстрактивность, % 72 68 76 74
Осахаривание, мин 28 23
Вязкость сусла, мПа-с 2,0 1,7
Число Кольбаха, % 35 38
Амилолитическая активность, ед/г 240 280
(солод получен из нестандартного ячменя сорта Одесский-115 в опытном соложении).
Анализ зависимости основных показателей прорастающего ячменя от частоты приложенного электрического тока (при соблюдении одинаковой силы тока и времени его пропускания через зерновую массу) показал, что существуют диапазоны частот (окна взаимодействия), в которых стабильно проявляется стимулирующий эффект. Это диапазоны 50-200 Гц и 5000-10000 Гц. Использование электроконтактной обработки при частоте тока 500-2000 Гц может привести как к стимулированию, так и к угнетению прорастания зерна в зависимости от его сорта, класса и технологической стадии его проращивания на солод [5].
Для предприятий, занимающихся проращиванием ячменя на солод, актуально внедрение технологий, позволяющих получать солод хорошего качества из зерна пониженного качества. Это особенно важно в условиях современного рынка сельхозсырья, когда потребности в солоде покрываются российским рынком только наполовину, при этом лишь 30 % российского ячменя соответствует качеству первого класса, а часть ячменя, который в России продается как пивоваренный, не является таковым.
Перспективно использование технологических схем, предусматривающих обработку ячменя электротоком силой не более 5 мкА в расчете на одну зерновку после первого или второго замачивания. Как правило, ферментные системы зерна активнее реагируют на воздействие химических и физических факторов после второго замачивания, когда степень набухания зерна а достигает величины > 33-35 %. Однако нетепловая обработка зерновой массы электротоком после первого за-
Рис. 1. Уровень активности амилолитических (а), протеолитических ( б) и цитолитических (в) ферментов
солода, выращенного из ячменя первого класса (сорт «Рядовой») (—) и ячменя второго класса (сорт «Зазерский») ( ) с использованием обработки зерна переменным микроэлектротоком частотой 50 Гц
ПИ
НАПИТКИ
3•2009
12
мачивания уже при а = 23-25 % приводит к значительному увеличению активности гидролитических ферментов (рис. 2), что позволяет рекомендовать обработку ячменя любого класса переменным электротоком в диапазоне его частот 50-200 Гц после технологических стадий промывки и выдерживания ячменя под водой. Такой способ обработки хорошо встраивается в технологическую схему производства солода статическим методом, когда после выдерживания ячменя под водой в течение 6-8 ч (влажность зерна при этом повышается на 20-25 %) ячмень поступает на сита аппарата для производства солода, где осуществляют дальнейшее замачивание ячменя воздушно-оросительным способом.
Мощность дополнительно потребляемой электроэнергии в процессе электроконтактной обработки ячменя переменным током, сила которого не превышает 3-5 мкА на одну зерновку — 0,2-0,5 Вт на 1 кг зерновой массы. Если выбрать оптимальное время обработки 15 мин, расход дополнительной электроэнергии при переработке 1 т ячменя составит 0,05-0,125 кВгч. Если на предприятии в месяц перерабатывают 1000 т ячменя, то дополнительный расход электроэнергии составит 50-125 кВгч. При средней стоимости электроэнергии 200 коп. за 1 кВгч дополнительные расходы предприятия составят 100-250 руб. в месяц, что несущественно по сравнению с другими расходами.
Если учесть, что закупочные цены на ячмень первого класса в 1,4-1,8 раза выше таковых для ячменя второго класса, а цена 1 т солода первого класса в 1,2-1,5 раз выше цены солода второго класса, то предприятие, которое может из ячменя второго класса получить солод, по своим показателям приближающийся к солоду первого класса, будет иметь не только экономическую выгоду, но и высокую конкурентоспособность. Экономическая эффективность от повышения качества солода настолько значительна, что перекрывает не только дополнительные расходы на электроэнергию, но и затраты на дополнительное оборудование и внедрение нового способа солодоращения в существующие на предприятии технологии.
Известно, что для приготовления солода хорошего разрыхления с большой ферментативной активностью необходимо применять медленное холодное проращивание зерна. Однако такое ведение процесса обусловливает удли-
190 -
Ь
150 -
130 -
90
200 500 1000 Частота тока, Гц
АС
ПА
СР
Рис. 2. Активность гидролитических ферментов солода, выращенного с использованием обработки ячменя сорта Рядовой микроэлектротоком после первого замачивания
0
50
100
2000
5000
10 000
нение цикла ращения и связано со значительными потерями экстрактивных веществ на дыхание (6-8 %) и образование ростков (4-5 %). Применение нетепловой электроконтактной обработки ячменя позволяет сократить время нахождения ячменя на солодо-растильных грядках, что подтверждается экспериментами по скорости роста корней зерновок ячменя в зависимости от частоты обработки зерна микроэлектротоком (рис. 3). Видно, что в диапазоне 50-200 Гц происходит ускорение роста корней. В этом диапазоне частот наблюдалось и значительное увеличение активности основных групп гидролитических ферментов (см. рис. 2). Сокращение процесса солодоращения во времени в совокупности с достаточным накоплением ферментов позволяет увеличить производительность труда на предприятии и дает возможность получить дополнительное количество солода хорошего качества.
Таким образом, технологические схемы проращивания зерна на солод, включающие стадию электроконтактной обработки влажной зерновой массы переменным током низкой мощности, позволяют повысить экономическую эффективность работы предприятия за счет повышения качества сырья в процессе солодоращения и сокращения времени нахождения зерна на солодорастильных грядках. Это позволяет предприятию работать стабильно и сохранять высокую конкурентоспособность в условиях современного рынка.
0 50 100 200
Частота тока, Гц
Рис. 3. Скорость роста корней ячменя
сорта Одесский-115 в зависимости от частоты обработки зерна микроэлектротоком после первого замачивания
ЛИТЕРАТУРА
1. Рогов И. А., Некрутман С. В. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1976.
2. Рогов И. А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. — М.: «Агро-промиздат», 1988, с. 94-107.
3. Зарубина Е. П., Данько С. Ф, Данильчук Т.Н. и др. Влияние переменного микроэлектротока на солодоращение ячменя//Пиво и напитки. 2002. № 2. С. 24-25.
4. Зарубина Е. П., Данько С. Ф, Данильчук Т. Н. и др. Влияние частоты переменного тока на солодоращение ячменя//Пиво и напитки. 2003. № 4. С. 14-15.
5. Данильчук Т. Н., Юрьев Д. Н, Ратников А. Ю. Стимуляция биохимических процессов в прорастающем зерне акустическими и электрофизическими методами воздействия//Пиво и напитки. 2008. №6. С. 11-14. &
3 • 2009
13
