CC BY
140
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 663.433:633.16
Совершенствование технологии пшеничного солода
Т. Ф. Киселева,
д-р техн. наук, профессор;
ВА. Помозова,
д-р техн. наук, профессор Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Ю. Ю. Миллер,
канд. техн. наук Сибирский университет потребительской кооперации
АЛ. Верещагин,
д-р хим. наук, профессор Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»
С целью расширения ассортимента выпускаемой продукции, а также для экономии дорогостоящего сырья, пивоваренные предприятия в настоящее время перерабатывают различные виды зерновых культур как в соложеном, так и в несоложеном виде. Одна из таких культур — пшеница.
Пшеница — самая важная продовольственная культура, занимающая первое место в мировом производстве, в том числе и в России. Основное направление ее использования — хлебопечение. Ценность пшеницы заключается в составе углеводного и белкового комплекса, в сбалансированном содержании макро- и микроэлементов, витаминов, аминокислот и некоторых ферментов. Основной барьер, препятствующий использованию на-тивной пшеницы в пивоваренном производстве, заключается в особенности ее химического состава, определяющей ряд трудностей при переработке. В частности, состав протеинового комплекса пшеницы, большая часть которого представлена спирто- и щелочераство-римыми фракциями: глютелином и глиадином, образующими при смешивании с водой клейкую массу, а также высокое содержание некрахмальных полисахаридов приводят к излишнему повышению вязкости и затруднению процесса фильтрации.
Решение данной проблемы может быть реализовано при солодо-ращении зерна, в результате которого исходный химический состав зерновой культуры претерпевает
количественные и качественные изменения за счет воздействия собственной ферментативной системы, активируемой в процессе проращивания [1, 2].
Основные технологические факторы, регулирующие процесс со-лодоращения, а также изменения состава получаемого солода — температурный режим, влажность, соотношение кислорода и углекислого газа, рН среды, присутствие активаторов роста и ингибиторов дыхания [3-6]. Оперируя вышеуказанными параметрами, можно добиться получения солода с требуемым химическим составом [7, 8]. Кроме специальных технологических приемов, в настоящее время существуют и другие способы воздействия на зерно, основанные на применении физических или химических методов с целью совершенствования как самого процесса солодоращения, так и улучшения протекания биокаталитических процессов за счет сформированного ферментативного комплекса, способного путем гидролиза высокомолекулярных соединений нативного зерна нивелировать имеющиеся недостатки при его использовании [9, 10].
В проведенном исследовании в качестве препарата, регулирующего процесс солодоращения, применяли уникальный комплекс органических кислот, состоящий из а-кетоглутаровой, лимонной, янтарной, яблочной и фумаровой кислот, входящих в цикл Кребса. Смесь кислот подобного состава в концентрации 10-8-10-10 моль/дм3
10 ПИВО и НАПИТКИ 5•2017
Современные технологии д.
для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ
способна оказывать стимулирующее влияние на рост растений и микроорганизмов [11-12] за счет повышения проницаемости клеточных мембран [13]. Одним из объяснений этого эффекта может служить специфическая транс-конформация органических кислот при концентрации ниже 10-8 моль/дм3 [14, 15]. Применение данного органического активатора способствует созданию оптимального уровня рН среды, необходимого для протекания биокаталитических превращений с образованием ростовых веществ в зерне и увеличением их концентрации, что в свою очередь окажет положительное влияние на процесс проращивания зерна и формирование его химического состава.
Целью работы стало изучение возможности применения комплекса органических кислот для повышения ферментативной активности зернового сырья в процессе проращивания и сокращения продолжительности процесса.
Объект исследования — пшеничный солод. Материалы исследования — пшеница сорта «Алтайская 100», проросшие зерна на разных стадиях получения солода, комплекс органических кислот.
Оценку качества зернового сырья проводили стандартными и специфическими методами, применяемыми в пивобезалкогольной промышленности [16].
В исследуемом образце пшеницы, произрастающей в Алтайском крае, определяли основные органо-
лептические и физико-химические показатели (табл. 1).
Для обеспечения оптимального протекания технологических стадий производства солода при оценке физико-химических показателей исходного зерна особое внимание следует уделять таким показателям, как способность прорастания, которая находится на достаточно высоком уровне, и показателям, определяющим активность ферментного потенциала зерна, в данном случае амило-литической и протеолитической активностям. Амилолитическая активность представляла интерес с той точки зрения, что солод, полученный на основе пшеницы, может обеспечить повышение общего ферментативного потенциала основного сырья — ячменного солода и увеличение выхода экстрактивных веществ. О глубине распада белков в процессе проращивания можно судить по активности протеолитических ферментов. Большое количество белков в пшенице может способствовать снижению коллоидной стойкости зерновых напитков. В связи с этим необходимо стимулировать снижение содержания белков при проращивании пшеницы, для чего необходимо способствовать увеличению протеолитической активности пшеничного солода.
Пшеничный солод получали классическим способом. Мойку пшеницы осуществляли при температуре воды 14.. .16 °С с добавле-
Таблица 1
Органолептические и физико-химические показатели пшеницы
Показатель Значения
Цвет, запах, вкус Свойственные нормальной пшенице, без посторонних оттенков
Массовая доля влаги, % 8,6 ±0,1
Абсолютная масса, г 32,2±1,0
Натура, г/дм3 780±5,0
Способность прорастания, % 90,8±0,1
Массовая доля, %:
экстрактивных веществ 62,2±1,0
белка 11,9±0,1
крахмала 63,2±0,5
жира 2,0±0,1
Активность, ед./г:
амилолитическая 146,6±0,5
протеолитическая 81,1±0,5
нием в последнюю моечную воду перманганата калия для дезинфицирующей обработки зерновой культуры.
Замачивание проводили воздушно-водяным способом при максимальной температуре воды 16°С до достижения влажности 45-46 %. Особенность проведения этой технологической стадии заключается в том, что вследствие отсутствия мякинной оболочки зерно очень быстро впитывает влагу, поэтому процесс замачивания протекает очень быстро.
Выбор данного режима замачивания обусловлен необходимостью получения зерна с одинаковым уровнем влажности во всех участках зерновой массы, при этом без выраженного числа наклюнувшихся зерен. Для достижения поставленных в исследовании задач за 6 ч до окончания процесса замачивания при проведении последней водяной паузы в замочную воду вносили комплекс органических кислот концентрацией 10-9 моль/дм3. Такая дозировка органического стимулятора выбрана с учетом ранее проведенных исследований с используемым органическим комплексом.
После замачивания образцы пшеницы (опыт — пшеница, обработанная комплексом органических кислот и контроль — пшеница без обработки) с влажностью 45,6% проращивали при температуре 16.18 °С, для обеспечения более тщательного растворения клеточных стенок по мере необходимости проводили орошение зерна для сохранения заданной влажности, два раза в сутки проводили ворошение зерновой массы для обеспечения доступа кислорода к зерну, а также предотвращения слеживания зерна.
На протяжении всего цикла проращивания в зерне визуально оценивали степень его физиологического развития, а также контролировали изменение ферментативной активности проращиваемого пшеничного солода. Эффективность обработки пшеницы комплексом органических кислот оценивали по накоплению амило-литической и протеолитической активностей обработанного и необработанного органическим активатором зерна (рис. 1 и 2).
£ ш
2
0
1
<
2 ш
ь
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ8
Из полученных данных отчетливо видно положительное влияние применения комплекса органических кислот на стадии замачивания зерна. Уже за первые 6 ч контакта пшеницы с органическим активатором, происходящим на стадии замачивания, значения амило-литической и протеолитической активностей зерна выше на 8,7 и 5,5 %, соответственно, относительно контрольного варианта. На протяжении всего периода проращивания различия активностей ферментов между обработанным и необработанным образцами зерна становятся более выраженными, и к концу данной стадии составляют для амилолитической активности —
26%, для протеолитической — чуть более 30%.
При оценке влияния обработки пшеницы комплексом органических кислот на прирост ферментативной активности пророщенного пшеничного солода относительно исходного необходимо отметить, что к концу проращивания ами-лолитическая и протеолитическая активности зерна возросли для опытного образца в 2 раза, для контрольного: амилолитическая — в 1,6 раза, протеолитическая — лишь в 1,5 раза.
Таким образом, подобная обработка зерна позволяет сократить продолжительность проращивания пшеницы до 3,5-4,0 сут, по-
350 -т 300
(и
¡5 250
0 X со
| 200
ГО
к
1 150
§ 100 4
£ <
50 -
Исходное Замоченное 1
2
3
4
зерно
зерно
Продолжительность проращивания, сут Контроль Опыт
0
5
Рис. 1. Динамика накопления активности амилолитических ферментов в пшенице
180 -г 160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 -
Исходное Замоченное
2
3
4
зерно
зерно
Продолжительность проращивания, сут Контроль Опыт
0
1
5
Рис. 2.Динамика накопления активности протеолитических ферментов в пшенице
скольку этого времени достаточно для полноценного протекания физиологических и биохимических превращений в зерне, связанных с гидролизом. Аналогичные характеристики наблюдали у необработанного зерна, прошедшего проращивание по классической технологии в течение 5 сут.
На заключительном этапе производства пшеничного солода проводили его сушку в два этапа: начальная температура 40 °С с постепенным ее повышением. Низкая начальная температура сушки и постепенное ее повышение способствуют щадящему удалению влаги через образовавшиеся при замачивании и проращивании воздушные капилляры без уплотнения структуры и образования твердой стекловидной массы. Отсушку солода проводили при максимальном значении температуры 80 °С для инактивации окислительных ферментов, коагуляции содержащихся в солоде высокомолекулярных азотсодержащих соединений. Все это позволило понизить влажность готового солода с максимально возможным сохранением накопленного ферментного потенциала зерна.
После сушки и отделения ростков в готовом пшеничном солоде были проанализированы основные органолептические и физико-химические показатели качества (табл. 2).
Следует отметить, что опытный образец солода по своим качественным показателям превосходит контрольный. Более высокая экстрактивность и меньшая разница массовых долей экстракта в сухом веществе солода тонкого и грубого помола (степень растворения) свидетельствует о более глубоких биохимических процессах, прошедших при солодоращении опытного образца солода по сравнению с контролем. Повышенное значение амилолитической и про-теолитической активности опытного образца по сравнению с контролем свидетельствует о более интенсивном формировании комплекса ферментов, отвечающих за гидролиз крахмала и азотистых соединений.
Таким образом, высокие технологические показатели пшеничного солода, полученного с
12
ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2017
Современные технологии д.
для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ
Таблица 2
Физико-химические показатели пшеничного солода
Показатель Образец
контрольный опытный
Органолептическая характеристика Однородная зерновая масса, светло-желтого цвета, с солодовенным запахом, сладковатым вкусом, без посторонних запахов и привкусов
Массовая доля, %:
влаги 6,0±0,1 5,9±0,1
экстракта в сухом веществе солода 73,1±0,1 76,2±0,1
белка 11,4±0,1 10,8±0,1
Степень растворения, % 3,5±0,01 2,9±0,01
Активность, ед/г:
амилолитическая 221,1±0,5 273,2±0,5
протеолитическая 114,2±0,5 152,3±0,5
Лабораторное сусло:
продолжительность осахаривания, мин 25±1 20±1
количество редуцирующих веществ, г/100 см3 6,8±0,1 7,3±0,1
аминный азот, мг/100 см3 26,91±0,1 28,07±0,1
цвет, ц. ед. 0,3±0,01 0,3±0,01
вязкость, мПа/с 2,15±0,1 1,95±0,1
кислотность, к. ед. 1,0±0,01 1,0±0,01
прозрачность Слегка замутненное Прозрачное
применением органического биостимулятора, относительно контрольного образца, подтверждают целесообразность использования комплекса органических кислот в концентрации 10-9 моль/дм3 на стадии замачивания зерна. Такая обработка позволяет интенсифицировать процесс солодоращения за счет ускорения физиологических и биохимических превращений зерна, повысить ферментативную активность пшеничного солода — амилолитическую и протеолитиче-скую соответственно на 23 и 33 % относительно ферментативной активности необработанного зерна, снизить вязкость сусла на 10 % за счет более глубокого гидролиза белков и накопить большее количество аминного азота, что в дальнейшем положительно отразится на процессе роста и размножения дрожжей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нарцисс, Л. Пивоварение. Т. 1: Технология солодоращения / Л. Нарцисс; пер. с нем. под общ. ред. Г. А. Ермолаевой и Е. Ф. Шаненко. — СПб.: Профессия, 2007. — 584 с.
2. Бережная, О.В. Проростки пшеницы — ингредиент для продуктов питания / О. В. Бережная, Г. Г. Дубцов, Л. И. Войно
// Пиво и напитки. — 2015. — № 5. — С. 6-29.
3. Киселева, Т. Ф. Совершенствование технологии овсяного солода / Т. Ф. Киселева, Ю. Ю. Миллер, С. В. Степанов [и др.]// Пиво и напитки. — 2014. — № 1. — С. 28-30.
4. Роздобудько, Б. В. Влияние режимов солодоращения на содержание диме-тилсульфида и его предшественников в солоде / Б. В. Роздобудько, Б. И. Хив-рич, Е. В. Шульга // Пиво и напитки. — 2014. — № 4. — С. 50-53.
5. Ростовская, М. Ф. Влияние параметров солодоращения на качество пшеничного солода / М. Ф. Ростовская, А. Н. Извекова, Н. Н. Извекова // Пиво и напитки. — 2014. — № 4. — С. 54-56.
6. Ростовская, М. Ф. Накопление амило-литических ферментов в зерне пшеницы в процессе проращивания при получении пшеничного солода / М. Ф. Ростовская, А. Н. Извекова, А. Г. Клыков // Химия растительного сырья. — 2014. — № 2. — С. 255-260.
7. Kalita, D. Influence of germination conditions on malting potential of low and normal amylose paddy and changes in enzymatic activity and physico chemical properties / D. Kalita, B. Sarma, B. Srivastava // Food Chemistry. — 2017. — Vol. 220. — Р. 67-75.
8. Optimization of wheat sprouting for production of selenium enriched kernels
using response surface methodology and desirability function / Marco A. Lazo-Vélez, Jonnatan Avilés-González, Sergio O. Serna-Saldivar, Maria C. Temblador-Pérez // LWT — Food Science and Technology. — 2016. — Vol. 65. — Р. 1080-1086.
9. Уваров, Ю.А. Воздействие наноча-стиц серебра на прорастание ячменя и качество свежепроросшего солода / Ю. А. Уваров, Д. В. Карпенко // Пиво и напитки. — 2012. — № 3. — С. 32-33.
10.Миракова, И. С. Повышение ферментативной активности светлого ячменного солода путем использования в технологии солодоращения некогерентного красного света / И. С. Миракова, О. В. Савина, С. А. Руделев // Естественные и технические науки. — 2012. — № 2. — С. 16-21.
11.Верещагин, А. Л. Влияние сверхмалых доз интермедиатов цикла Кребса на рост и развитие ряда двудольных растений / А. Л. Верещагин, В. В. Кропоткина. — Бийск: Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» (Бийск), 2010. — 93 с.
12.Верещагин, А. Л. Биологическая активность сверхмалых концентраций ряда природных органических кислот — ин-термедиатов цикла Кребса / А. Л. Верещагин, В. В. Еремина, Ю. И. Захарьева,
A. Н. Хмелева, Л. Л. Кунец // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. — 2012. — № 2 (3). — С. 72-75.
13.Верещагин, А. Л. Влияние ряда дикар-боновых кислот в сверхмалых концентрациях на барьерную функцию мембраны изолированной вакуоли / А. Л. Верещагин, В. Н. Нурминский,
B. В. Еремина [и др.]// Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. — 2013. — Т. 6. — № 2. — С. 3-7.
14.Верещагин, А. Л. Строение анионов кислот цикла Кребса в нано- и фемто-мольных концентрациях / А. Л. Верещагин, А. М. Звонок, Ю. И. Захарьева // Южно-Сибирский научный вестник. — 2014. — № 1 (5). — С. 80-85.
15.Захарьева, Ю.И. Изменение электропроводности водных растворов органических кислот цикла Кребса при разбавлении и ультразвуковой обработке / Ю. И. Захарьева, А. Л. Верещагин // Южно-Сибирский научный вестник. — 2014. — № 1 (5). — С. 88-89.
16.Ермолаева, Г. А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия / Г. А. Ермолаева. — СПб.: Профессия, 2004. — 536 с. &9
Î ш
I
0
1
<
I ш b
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ
В
Совершенствование технологии пшеничного солода
Ключевые слова
комплекс органических кислот; пшеничный солод; совершенствование технологии солода; способ проращивания; ферментативная активность.
Реферат
Пшеница - самая распространенная зерновая культура в мировом масштабе, ценность которой заключается в сбалансированном наборе углеводных и азотистых соединений различной молекулярной массы, а также витаминов и минеральных веществ. Однако использование пшеницы в производстве напитков провоцирует ряд трудностей, обусловленных ее химическим составом. Присутствующие в пшенице органические полимеры с большой сложностью подвергаются растворению и переходу в напиток за счет низкой ферментативной активности нативной зерновой культуры, в частности ферментов амилолитической и протеолитической направленности. С целью повышения ферментативной активности зерна проводят его проращивание, которое позволяет активизировать ферментный потенциал зерна, ускорить физиологические и биохимические превращения и тем самым скорректировать его химический состав. Современные способы солодоращения, основанные на применении физических, химических и других способов воздействия на зерно, ориентированы на ускорение протекания процесса проращивания, улучшение качества получаемого солода, оптимизацию производственных стадий. Применение при проращивании зерна различных органических и неорганических активаторов и стимуляторов роста способствует получению солода с требуемым химическим составом. В работе показана возможность использования органического препарата на одной из стадий солодоращения пшеницы с целью получения пшеничного солода с повышенной ферментативной активностью и высокими качественными и технологическими показателями. Пшеницу на стадии замачивания подвергали обработке комплексом органических кислот в концентрации 10-9 моль/дм3, выдерживали в течение 6 ч, затем подвергали проращиванию, сушке и удалению ростков. Солодораще-ние зерна проводили с постоянным контролем органолептических характеристик проращиваемого зерна, его физиологических превращений, а также изменений амилолитической и протеолитической активностей пшеницы на всех технологических этапах. Предлагаемый способ позволяет ускорить физиологические и биохимическое развитие пшеницы, повысить амилолитическую (на 23%) и протеолити-ческую (на 33%) активности солода относительно необработанного зерна, сократить процесс проращивания пшеницы на 2 сут, получить пшеничный солод с высокими качественными и технологическими показателями.
Авторы
Киселева Татьяна Федоровна, д-р техн. наук, профессор;
Помозова Валентина Александровна, д-р техн. наук, профессор
Кемеровский технологический институт
пищевой промышленности,
650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, д. 47,
[email protected], [email protected]
Миллер Юлия Юрьевна, канд. техн. наук, доцент
Сибирский университет потребительской кооперации,
630087, Россия, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, д. 26,
Верещагин Александр Леонидович, д-р хим. наук, профессор Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», 659305, Россия, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, д. 27, [email protected]
The Possibility of Improving the Technology Wheat Malt
Key words
the complex of organic acids; wheat malt;
improvement of technology of malt; method of germination;
the enzymatic activity.
Abstract
Wheat is the most common grain crop in the world scale, the value of which is in a balanced set of carbohydrate and nitrogenous compounds of various molecular weights, as well as vitamins and minerals, but the use of wheat in the beverage industry provokes a number of difficulties associated with its chemical composition. Present in wheat organic polymers with great difficulty be subjected to dissolution and transition into the drink due to the low enzymatic activity of the native grain crops, particularly of enzymes of amylolytic and proteolytic orientation. With the aim of increasing the enzymatic activity of grain is carried out germination, which allows to activate the enzyme potential of the grain, speed up the physiological and biochemical transformations, and thereby to adjust its chemical composition. Modern methods of malting, based on the application of physical, chemical and other methods of influence on the grain, focus on accelerating of the process of germination, improving the quality of the malt, optimization of production stages. Use in the germination of grain of various organic and inorganic activators and growth factors contributes to obtaining of malt with the required chemical composition. The paper shows the possibility of using organic drug on one of the stages of malting of wheat with the aim of obtaining wheat malt with high enzymatic activity and high qualitative and technological performance. The wheat at the stage of soaking was subjected to treatment with a complex of organic acids at a concentration of 10-9 mol/dm3, was aged for 6 hours, then subjected to the germination, drying and removing sprouts. The malting of grain was carried out with permanent control of organoleptic characteristics of the sprout of the grain, its physiological transformations as well as changes of amylolytic and proteolytic activity of wheat at all stages of the process. The proposed method allows to accelerate the physiological and biochemical ripening of wheat, increase amilolitic (by 23%) and proteolytic (by 33%) activity of malt relative to unprocessed grain, to shorten the process of germination of wheat in 2 days, get wheat malt with high qualitative and technological performance.
Authors
Kiseleva Tatiana Fedorovna, Doctor of Technical Science, Professor; Pomozova Valentina Aleksandrovna, Doctor of Technical Science, Professor Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University), 47 Stroiteley blrd., Kemerovo, Russia, 650056, [email protected]
Miller Yulia Yurievna, Candidate of Technical Science, Assocciated Professor Siberian University of Consumer Cooperation,
26 K. Marksa avenue, Novosibirsk, Russia, 630087, [email protected]
Vereshchagin Aleksandr Leonidovich, Doctor of Chemical Science, Professor Biysk technological Institute (branch) «Altai state technical University named after I. I. Polzunov»,
27 Trofimova str., Biysk, Altay region, Russia, 659305, [email protected]
14 ПИВО и НАПИТКИ
5•2017
