Двухъярусная сушилка солода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Пивоваренный солод получают контролируемым проращиванием ячменного зерна в определенных температурных условиях. В процессе приготовления солода в зерне протекают сложные биохимические процессы, в результате которых синтезируются и активируются ферменты, и при участии этих ферментов осуществляется изменение различных компонентов зерна.

Амилазы - один из самых важных ферментов, накапливаемых во время солодоращения. Они расщепляют крахмал, превращают его в сбраживаемые сахара. Гидролиз крахмала в зерне ячменя осуществляется в основном четырьмя ферментами: б-амилазой, в-амилазой, предельной декстриназой и б-глюканазой. Активность этих четырех крахмалодеградирующих ферментов в совокупности называются диастатической силой (ДС). Ее измеряют для оценки способности солода превращать крахмал в сбраживаемые дрожжами сахара, что служит одним из определяющих свойств качества солода. Уровень ДС в хорошем солоде должен быть достаточно высок, для светлого солода ДС должна составлять более 220 ед. Виндиш-Кольбаха (°WK).

Хотя ДС представляет собой суммарную активность нескольких ферментов, расщепляющих крахмал, которые накапливаются или активируются во время солодоращения, считается, что в величину ДС наибольший вклад вносят в-амилазы. При этом в-амилазная активность хорошо коррелируется со значением ДС. А так как в зрелом непроросшем зерне ячменя присутствуют в-амилазы, некоторые исследователи предлагают использовать уровень в-амилаз непроросшего ячменя для предсказания активности амилолитических ферментов в готовом солоде.

Для получения солода пригоден не всякий ячмень. Согласно ГОСТ «Ячмень пивоваренный» ячмени, предназначенные для солодоращения, должны обрадать определенными характеристиками. Одни из важнейших требований к пивоваренному ячменю - низкое содержание белка и высокое содержание крахмала. Содержание белка в пивоваренном ячмене не должно превышать 12%.

Считается, что ячмень, содержащий более высокий уровень белка в непроросшем зерне, будет производить более высокий уровень амилолитических ферментов. Но не все авторы согласны с прямо пропорциональной зависимостью между уровнем белка и образованием амилолитических ферментов во время солодоращения.

Проводились исследования о соотношении уровня белка в ячмене и диастатической силой непроросшего зерна. Для исследования использовались пять сортов ячменя урожая 2011 г. С различным уровнем белка. Сорта Айдзу и Приморский 137 имели высокое содержание белка в пересчете на сухое вещество - 13,8% и 14,6% соответственно. У сортов Приморский 89, Приморский 98, Приморский 136 содержание белка составляло 12-13%. Сорта ячменя Приморский выращены в Приморском крае, сорт Айдзу - в Амурской области. Химические показатели представлены в табл. 1.

Таблица 1. Химические показатели зерна

Образец ячменя	Влажность,%	Массовая доля белковых веществ, % СВ	ДС °WK, СВ
Айдзу	9,5	13,8	50,1
Приморский 89	8,2	12,2	78,5
Приморский 98	6,9	12,7	75,2
Приморский 136	8,2	12,9	75,0
Приморский 137	7,7	14,6	70,2

Лабораторное солодоращение проводили при 17°С в течении 4 суток в следующем режиме: замачивание - 4 часа, воздушная пауза - 16 часов, повторное замачивание - 4 часа, последующее проращивание - в течение 75 часов, при периодическом орошении и ворошении. Проращивание прекращали, когда росток достигал 2/3 от длины зерна. Общее время солодоращения составило 99 часов. После этого свежепроросший солод подвергали сушке. Высушенный солод анализировали. Часть солода продолжали растить после 99 часов солодоращения еще трое суток, поддерживая необходимый уровень влажности солода, чтобы проследить дальнейшее изменение диастатической силы.

Во время проращивания ежедневно контролировали содержание влаги в зерне и измеряли диастатическую силу. Зерно орошали по мере необходимости, следя за тем, чтобы уровень влаги в зерне не начинал уменьшаться. После 99 часов солодоращения степень замачивания зерна составляла от 46 до 52% в зависимости от сорта ячменя. Изменение диастатической силы проводили по методу Виндиш - Кольбаха, основанному на осахаривании крахмала солодовой вытяжкой. Результаты измерения представлены в табл. 2.

Таблица 2. Изменение диастатической силы ячменя в процессе солодоращения

Показатель	Сорт
	Айдзу
Время от начала солодоращения	0	4	25,5	52	73	98	121	169
Содержание влаги,%	9,5	28,3	34,9	45,3	53,4	52,2	57,6	58,4
ДС,°WK	45,3	88,1	90,5	128,9	140,5	145,3	124,8	116,3
ДС,°WK, СВ	50,1	72,3	138,9	235,5	301,8	304,1	294,2	279,7
	Приморский 89
Время от начала солодоращения	0	4	26,5	49	72	96,5	119	169,5
Содержание влаги,%	8,2	29,5	38,6	41,1	42,2	46,6	46,3	49,2
ДС,°WK	72,1	22,7	73,2	102,9	135,6	161,4	236,7	241,0
ДС,°WK, СВ	78,5	32,2	122,2	174,6	233,8	302,5	401,1	454,6
	Приморский 98
Время от начала солодоращения	0	4	24	46	72	95	105,5	142,5
Содержание влаги,%	6,9	29,3	34,9	41,1	42,7	47,3	51,6	56,5
ДС,°WK	69,9	33,4	81,4	97,8	123,5	158,9	179,2	224,5
ДС,°WK, СВ	75,2	47,4	125,0	166,0	215,5	301,2	370,0	461,8
	Приморский 136
Время от начала солодоращения	0	4	26	49,5	71	95,5	118	169,5
Содержание влаги,%	8,2	30,1	37,6	43,0	47,9	47,5	46,8	48,3
ДС,°WK		9,7	47,5	92,5	125,7	158,2	195,1	240,5
ДС,°WK, СВ		13,9	76,2	162,4	241,3	301,0	366,4	465,2
	Приморский 137
Время от начала солодоращения	0	4	25	50	75,5	96	110,5	150,5
Содержание влаги,%	7,7	25,9	41,7	42,9	48,9	48,0	43,7	46,5
ДС,°WK	64,8	7,2	72,8	87,9	96,4	140,2	134,0	152,0
ДС,°WK, СВ	70,2	9,7	124,9	153,8	188,7	269,7	318,7	284,1

Сушку свежепроросшего солода всех сортов начинали в одно и то же время - по прошествии 99 часов от начала солодоращения. Режим сушки: 8 ч подвяливали зерно при 50°С, затем каждые 2 ч увеличивали температуру на 5°С, достигая температуры 80°С, при которой зерно выдерживали 2 часа.

В высушенных образцах солода определяли содержание влаги, содержание белковых веществ и ДС (табл. 3).

Таблица 3. Показатели высушенных сортов солода

Образец солода	Влага,%	Содержание белка, % СВ	ДС, °WK, СВ в свежепроросшем солоде после 99 ч проращивания	ДС, °WK, СВ в сухом солоде
Айдзу	5,7	13,1	304,1	149,2
Приморский 89	7,8	13,6	310,5	201,4
Приморский 98	4,8	13,1	320,0	205,9
Приморский 136	6,3	13,4	305,0	171,5
Приморский 137	5,7	15,1	275,5	190,6

Для Приморских сортов ячменя наблюдали обратную зависимость - чем выше содержание белковых веществ в зерне, тем ниже значение ДС в непроросшем ячмене. При этом разница в ДС зерна разных сортов крайне незначительна - между сортами Приморский 89 и Приморский 137 она составляет 8°WK, хотя разница в уровне белка достигает 2,4%. Сорт Айдзу при высоком уровне белка показал наименьшую величину ДС. При этом следует учитывать, что данный ячмень выращен в других климатических условиях.

Изменение диастатической силы в исследуемых сортах в процессе солодоращения происходило по-разному. Первое определение ДС проводили по окончании первого замачивания, через 4 часа после погружения в воду. При этом все Приморские сорта показали уменьшение ДС по сравнению с непроросшим зерном. Это можно определить тем, что ферменты в-амилазы содержится как в непроросшем зерне, так и в солоде, но так по разнородные группы ферментов. В-Амилазы, находящиеся в зерне, подвергаются протеолитическому расщеплению и активации во время процесса солодоращении, производя «солодовый» тип в-амилаз. После первого замачивания в-амилазы зерна начали расщепляться, а синтез в-амилаз солода еще не начался. В зерне Айдзу уменьшения ДС после первого замачивания мы не наблюдали. Возможно, период перед началом синтеза амилолитических ферментов у этого сорта короче.

Сушку свежепроросшего солода из всех сортов ячменя начинали в одно и то же время - по прошествии 99 ч от начала солодоращения. Показатели ДС в этот момент представлены в табл. 3. Наименьшее значение ДС в это время отмечали у самого высокобелкового сорта - Приморский 137.

После высушивания солода ДС значительно уменьшилась. Можно отметить, что режим сушки был подобран неудачно. Обычно при сушке светлого солода теряется 30-40% амилолитической активности, а в нашем случае потери были значительно выше. Причем наибольшие потери ДС наблюдали у сортов Айдзу и Приморский 136, которые высушивали одновременно в той установке.

Таким образом, исследовав влияния уровня белковых веществ в зерне на ДС свежепроросшего солода, установили, что количество белковых веществ влияет на накопление амилолитических ферментов во время солодоращения, но при этом мы не обнаружили прямо пропорциональной зависимости между уровнем белков и ДС свежепроросшего солода. Маскимальный уровень ДС для разных сортов ячменя наблюдается в разное время, прошедшее от начала солодоращения.



Сушка солода

солод сушилка пивоварение

Конечной стадией соложения является сушка зеленого солода, которая должна обеспечить получение продукта определенных технологических свойств.

Солодовые ростки после сушки, когда они становятся хрупкими, должны быть удалены, так как они придают пиву неприятные весовые ощущения и горечь.

Кроме того, солод перед его использованием должен быть подвергнут отлежке в течение определенного времени, что необходимо для осуществления медленно протекающих в зерне дополнительных биохимических и физико-химических процессов, обеспечивающих высокое качество готового сухого солода, и возможно только при низком содержании влаги. Сушка солода -- сложный биохимический процесс, в котором ферменты, накопившиеся в зерне, еще некоторое время продолжают свою деятельность, причем с большей, чем в начале процесса, интенсивностью, что способствует дополнительному образованию продуктов распада, необходимых для последующих химических реакций. Продолжается процесс дыхания с образованием всех продуктов аэробиоза.

Зеленый солод содержит 43--45% воды. Это количество должно быть снижено до 3--4%.

При нормальной сушке, при постепенном удалении влаги эндосперм зерна хорошо растворенного солода приобретает мучнистый вид, который в основном зависит от крахмальных зерен, освобожденных в большой мере от цементирующей их массы гемицеллюлозы, гумми- и белковых веществ. Между крахмальными зернами образуются поры, наполненные воздухом.

При достаточно высокой влажности и высокой температуре нераспавшиеся при проращивании белковые вещества подвергаются действию протеолитических ферментов, которые работают при высокой температуре энергично. Высокомолекулярные белки образуют гели, которые заполняют поры мучнистого тела.

Кроме того, при температуре около 60°С при наличии достаточно большого количества воды происходит клейстеризация крахмала, а отсюда и указанные структурные изменения эндосперма зерна, которые затрудняют в значительной степени нормальное протекание технологического процесса при затирании.

В первый период сушки, когда в зерне содержится большое количество влаги и температура постепенно приближается к оптимальной для действия ферментов, активность последних значительно повышается. Одновременно с этим и физиологические процессы в зерне еще продолжаются. Фактически зерно продолжает расти, но в более благоприятных условиях, чем в грядке, -- происходит заметное для глаза развитие зародышевого листка и ростков. Зерно продолжает дышать, что сопровождается расходом углеводов, причем процесс дыхания несколько отличается от обычного дыхания, поскольку при этом происходит неполное окисление углеводов. В воздухе удастся обнаружить спирт и альдегиды, последние как очень нестойкие вещества вступают в химические реакции с другими веществами и участвуют в дальнейшем процессе меланондинообразования. Эта фаза сушки называется физиологической и продолжается до достижения температуры 40°С и при сушке светлого солода сопровождается понижением влажности до 30%.

При более высокой температуре физиологические процессы в зерне подавляются, однако действие ферментов еще продолжается, особенно энергично вначале, что ведет к накоплению продуктов распада веществ зерна. При быстром подъеме температуры, при высокой влажности зерна происходит частичная клейстеризации крахмала, что приводит к получению стекловидного солода; наоборот, при быстром удалении влаги, особенно в сочетании с побудительной тягой, получается мучнистый и рыхлый солод. Эта вторая фаза сушки, называемая ферментативной, ограничивается повышением температуры до 50°С при постепенном снижении влажности до 10--12% и менее. В этих условиях дальнейшее действие ферментов прекращается, зато химические процессы при повышении температуры протекают интенсивно: продукты распада белков и углеводов вступают во взаимодействие с образованием новых соединений, обеспечивающих характерные для солода органолептические свойства. Этой третьей фазе сушки солода дано название химической, и она сопровождается понижением влажности до указанного выше предела и повышением температуры до 70°С.

Для ускорения сушки солода, т. е. для достижения содержания влаги, при котором повышение температуры не оказывает губительного влияния на ферменты, существует только один прием--увеличение объема воздуха, просасываемого через слой солода, лежащего на решетке, что может быть осуществлено применением искусственной тяги.

Перелопачивание высушиваемого солода, когда нижние высушенные слои замещаются влажными верхними слоями, едва ли благоприятствует ускорению сушки, так как влага в этом случае, испаряясь, вновь увлажняет находящиеся сверху уже в значительной степени обезвоженные слои солода. Лучший эффект может быть обеспечен простым рыхлением солода, что способствует лучшим условиям прохождения воздуха; при этом возможно максимальное использование влагоотнимающих свойств быстровысыхающих ростков.

Влага свыше 12% испаряется свободно, но ниже этого предела, когда приходится удалить «связанную» воду, процесс сушки требует высоких температур. Фактически процесс удаления влаги состоит из трех стадий: стадия свободной воды, которая имеет низший предел при 20%, промежуточная стадия, находящаяся между 20 и 12%, и стадия связанной воды. В стадии свободной воды необходимы высокая скорость воздуха и низкая температура; в стадии связанной воды требуется понижение скорости воздуха и повышение температуры.

Существенными физическими факторами, влияющими на процесс сушки солода, являются: количество влаги для удаления из зерна, температура и влажность воздуха, вводимого и удаляющегося из помещения сушилки, температура, до которой нагрет воздух, гигроскопическое состояние зерна и, конечно, объем применяемого воздуха.

График сушки для получения светлого солода должен быть построен так," чтобы было определенное соотношение между температурой и влажностью: если температура 40°С допустима при влажности 30%, то при температуре 50° С_ влажность должна быть снижена до 12%, а при температуре 60°С--до 8%. При такой влажности и при дальнейшем постепенном ее уменьшении температура для отсушки может быть повышена до 75--85°С и даже выше без заметного повышения цветности.

При получении темного солода, в котором важны ярко выраженные ароматические свойства и более высокая цветность, чем в светлом солоде, график сушки должен быть построен так, чтобы усилить возможность накопления продуктов распада, поэтому в этом случае ферментативную фазу следует растянуть на более длительный период, а для более энергичного взаимодействия между образовавшимися продуктами распада химическую фазу вести при более высокой температуре.

Получение специальных сортов солода

При получении карамельного солода обычно готовый светлый солод подвергают сильному увлажнению и нагреванию сначала до температуры 70--75°С для осахаривания крахмала, а затем до температуры 110--170°С для карамелизации, основанной на потере сахаром частиц воды прп нагревании выше температуры плавления сахара. Процесс карамелизацин очень сложный и в зависимости от температуры и продолжительности нагревания получаются продукты, разные по аромату и цветности. От степени дегидратации зависят интенсивность окраски, а также вкус и аромат. Продукты карамелизации теряют способность сбраживаться, но растворимость хорошая.

Жженый солод готовят из сухого солода или из ячменя путем медленного нагревания (1--1,5 ч) до температуры 210--225°С и при этой температуре досушивают до нужной окраски.

Перед выгрузкой солода из барабана к зерну добавляют 1--1,5% воды. При этом образующийся пар извлекает вещества, полученные пpи возможном пригорания, и снижает горечь.

Аромат, характерный для жженый, получается при прохождении через температуры в пределах 150--160°С. рН получаемого продукта кислый. При повышении температуры выше 180°С увеличивается содержание фенолов, карбонильных групп, редуцирующих веществ, водорастворимого азота, а рН резко понижается.

Ферментативный солод (днафарнн) представляет собой светлый солод 9--10-дневного ращения, высушенный при температуре, не превышающей 50° С. Сушка должна производиться при доступе большого количества воздуха, предпочтительно при искусственной тяге, до содержания в нем влаги 6%. Помимо более высокого содержания в нем ферментов, обычно содержащихся в солоде, он обладает сравнительно высокой цитолитической активностью. Для его изготовления целесообразно применять ячмень с повышенным содержанием белки и использовать мелкие фракции зерна.

Биохимические превращения солода при сушке

Сушка не на все ферменты оказывает одинаковое влияние. В зависимости от лабильности часть ферментов при повышении температуры гибнет, а часть только ослабевает. Группа цитолитических ферментов значительно инактивируется уже при температуре 60°С в течение непродолжительного срока. Амилаза понижает свою активность, причем при сушке по режиму светлых солодов в меньшей степени, чем для темных. В-Амилаза теряет активность в большей степени, чем б-амилаза, которая способна переносить более высокие температуры.

Активность протеолитических ферментов при нормальной сушке светлых солодов сохраняется достаточно хорошо. В начале сушки отмечается некоторое повышение активности, которая потом постепенно понижается и в готовом солоде остается близкой к исходной.

Конечно, в темном солоде ферменты подвергаются действию очень высоких температур и даже активность протеолитических ферментов значительно понижается и ослабевает.

Естественным является некоторое увеличение ферментативной активности в большинстве случаев во время нахождения солода на верхней решетке и очень значительное инактивирование ферментов в процессе отсушки солода.

По данным Н.В. Леонович и Э.В. Терешиной, амилолитическая активность при нормальном выполнении режима сушки снижается по общей осахаривающей способности на 32% (с 14,9 до 10,1 единиц Климовского), а по дескринирующей - на 16% (с 13,4 до 11,2).

Цитолитическая активность при сушке даже светлых солодов резко падает (в 4 раза), несмотря на то, что в солоде, находящемся на верхней решетке, отмечается некоторое ее повышение.

В начале сушке в солоде еще продолжаюстя некоторые процессы гидролиза, но они зависят от влажности зерна и температуры сушки. Так, например, распад крахмала при влажности 43% является наиболее эффективным пр температуре 25°С, а при при влажности 24% - при температуре 50°С.

Имеются наблюдения (Люерса), что во время сушки солода происходит некоторое уменьшение количества крахмала и инвертного сахара за счет образования сахарозы, количество которой у светлых солодов повысилось (от 3,94 - 4,30% до 4,22 - 4,84%), в то время как количество инвертного сахара уменьшилось (от 2,25 - 2,94% до 2,21 - 2,62%). Содержание крахмала в это же время понизилось в пределах от 55,2 - 55,5% до 54,6 - 54,7%. Для темных солодов были получены следующие величины: понижение инвертного сахара от 2,77 до 2,15% и увеличение сахарозы от 4,64 до 5,40%.

Общее содержание белковых веществ уменьшается незначительно, но качественный состав их меняется. Количество коагулируемого азота уменьшилось в светлом солоде от 0,138 - 0,144% до 0,111 - 0,134%, а в темном солоде от 0,108 до 0,068%, что, по-видимому, обусловлено действием высоких температур. Вместе с тем количество стойко растворимого азота увеличивается; например, в опыте, проведенным в течение 8 ч сушки при влажности солода 44% и температуре 60°С, было достигнуто увеличение от 18,7 до 34,8%, т.е. на 16,1%, в то время как за весь период 8-дневнего солодоращения при температуре 14 - 20°С содержание стойко растворимого азота повышалось от 8,5 до 18,7% т.е. на 10,2%.

Количество формально титруемого азота уменьшается во всех случаях сушки, причем наиболее значительно при сушке темного солода. Уменьшение величины этого азота по отношению к общему растворимому азоту при сушке светлого солода было в одном случае от 23,7 до 22,0% и в другом - от 17,1 до 15,3%, в то время как в темном солоде содержание формольно титруемого азота понизилось от 14,5 до 11,6%. Уменьшение содержания формольно титруемого азота, т.е. азота аминокислот, вполне закономерно, так как (как это будет показано дальше) оно происходит за счет взаимодействия аминокислот с сахарами при образовании меланоидинов.

Очень важной биохимической реакцией, протекающей во время сушки солода и ответственной за образование аромата и цветности, является взаимодействие продукта распада белков с сахарами, в результате которого происходит образование новых продуктов, названных Майаром меланоидинами. Эта реакция имеет широкое распространение в природе и в промышленности, поэтому вопросами меланоидинообразования занимаются уже в течение многих лет.

В 1908 г. Линг высказал предположение, что образование окраски солодов во время сушки обусловлено взаимодействием продуктов распада углеводов и белков, а в 1912 г. Майар описал реакцию меланоидинообразования. Уже в том же году Литнер (известный в то время научный работник пивоваренной промышленности) правильно оценил значение этой реакции для производства солода и пива.

В настоящее время можно считать, что образование темно-окрашенных меланоидинов происходит за счет окислительно-восстановительных реакций между редуцирующими сахарами и белковыми веществами и зависит от количества свободных аминных групп в продуктах распада белков.

Аминогруппа аминокислоты при высокой температуре вступает во взаимодействие с карбонильной группой сахара при наличии некоторого количества воды, причем образуется продукт, имеющий коллоидный характер. Цвет этого продукта от светло-коричневого до темно-коричневого, запах (аромат) специфический. Водный раствор продукта обладает вязкостью и тем более сильной, чем полнее прошла реакция между образующими его соединениями и чем интенсивнее его окраска. Наиболее сильное окрашивание характерно для продукта с наибольшей вязкостью.

Полнота протекания реакции аминокислоты с сахаром зависит от температуры и продолжительности нагревания: убыль сахара в 3 - 4% достигается при температуре 130°С за 20 мин, а при температуре 150°С за 2,5 мин.

По вопросу образования меланоидинов при сушке солода, при хлебопечении в настоящее время накопилась обширная литература, и исследования, проводимые В.Л. Кретовичем, являются основополагающими работами по сушке пивоваренного солода. Годжа рассматривает три основные стадии меланоидинообразования: начальная (без образования цвета и поглощения ультрафиолетового света), промежуточная (без изменения цвета или слабое пожелтение, но сильная степень адсорбции длинных волн ультрофиолетовой части света) и конечная (с интенсивной окраской получаемых продуктов).

В первой стадии происходят сахаро-аминная конденсация и изомеризация Амадори:

(2.2.1)

При нагревании и длительном хранении в полученном N-глюкозиде происходит изомеризация - внутримолекулярная перегруппировка Амадори, сопровождаемое образованием 1-амино-1-дезокси-2-кетозы, которая является реакционноспособным веществом и при дальнейшем нагревании служит исходным продуктом для образования темноокрашенных азотосодержащих меланоидинов.

Во второй стадии проходит в основном дегидратация указанного весьма реакционноспособного соединения (благодаря наличию группы С - О), которая может идти разными путями, в зависимости от условий среду и температуры.

При дальнейшем нагревании продукт перегруппировки Амадори может превращаться в фурфурол, если исходным сахаром были пептоза или оксиметилфурфурол в случае участия в реакции гексозы. Наличие фурфурола и оксиметилфурфурола доказано разными методами исследования: химическими, хроматографическими и спектрофотометрическими.

В нейтральной среде при невысоких температурах основными промежуточными продуктами являются не фурфурол или оксифурфурол, а другие соединения из аминодезоксикетозы. Некоторые авторы считают, что 1-амино-1-дезокси-2-кетоза при дегидратации с потерей двух молекул воды и разрывом кольца образует шестиуглеродные редуктоны.

Общим свойством редуктонов является сильно выраженная редуцирующая способность, обязанная наличию эндиольной группы

Эта группа связана с альдегидным или кислотным радикалом

Наличие эндиольной и карбонильной групп придает подобным соединениям особенную чувствительность к реакциям окисления и восстановления.

Примером шестиуглеродного редуктона является дегидроаскорбиновая кислота.

Редуктоны в дегидроформе участвуют в создании коричневого цвета продуктов.

Некоторые продукты распада сахаров, в частности сахарного компонента - соединения 1-амино-1-дезокси-2-кетоза, обладают приятным вкусом и ароматом. Среди них следует отметить пировиноградный и другие альдегиды, метилглиоксаль, ацетоин, диацетил. С другой стороны, и продукты распада белков в процессе меланоидинообразования играют большую роль. Продукты распада получаемые на прошлых сдадиях, реагирую с аминокислотами, дают ряд альдегидов. Следует отметить, что происходят реакции фурфурола и оксиметилфурфурола с аминокислотами, реакции переаминирования редуктонов с аминокислотами и др.

Образовавщиеся альдегиды играют основную роль в создании вкусовых и ароматических свойств.

В последней стадии реакции побурения и реакции ароматических и вкусовых веществ промежуточные продукты полимеризуются, наряду с этим происходит альдольная конденсация, когда из двух молекул альдегида получается новое соединение - альдоль, например:

В результате полимеризации получается ряд сложных компонентов ненасыщенных гетероциклических азотистых соединений типа пиррола, имидазола, пиридина и пиразола:

Эти соединения имеют коричневую окраску различной интенсивности. Они вместе с непрореагировавшими альдегидами, обладающими определенным запахом и вкусом, обуславливают органолептические свойства пищевых продуктов, подвергшихся воздействию повышенных температур.

В.Л. Кретович приводит следующую схему меланоидинообразования (рис. 1).

Рис. 1 Схема меланоидинообразования

Схема показывает, что процесс меланоидинообразования состоит из двух стадий. В первой стадии происходит взаимодействие сахаров с аминокислотами, сопровождающееся образованием рада соединений, содержащих карбонильные группы. Во второй стадии эти соединения реагируют с аминокислотами, причем получаются меланоидины темного цвета.

Если в реакцию аиминокислот с сахарами включить вещества, связывающие альдегиды, то образование цвета и аромата, присущих меланоидинам, резко ослабляется. Кретович и Токарева для этого применяли димедон, который является специфическим реактивом на альдегиды (две молекулы димедона конденсируются с молекулой альдегида (табл. 4)).

Таблица 4. Показатели компоненты образования окраски и запаха

Компоненты реакционной смеси	Интенсивность окраски (в мг I2 на 1 мл раствора) при продолжительности опыта, ч	Запах хлеба
	1	2	3	4	5
Ксилоза + лейцин	0,74	5,00	6,35	12,7	25,4	Сильный запах
Ксилоза + лейцин + димедон	0,74	0,84	0,98	2,54	4,23	Очень слабый запах
Арабиноза + лейцин	0,20	0,74	1,41	5,0	-	Сильный запах
Арабиноза + лейцин + димедон	0,06	0,30	0,84	2,54	-	Очень слабый запах

Считается, что меланоидинообразование протекает интенсивнее в щелочной среде. А.Г. Забродский и В.А. Витковская подтверждает это, однако указывают, что реакция может протекать и в кислотной среде, причем большого влияния на интенсивность в этом рН не оказывает.

По способности к меланоидинообразованию моносахариды располагаются в следующий ряд: пентозы - ксилоза и арабиноза, гескозы - манноза, галактоза, фруктоза и глюкоза. Дисахарид мальтоза характеризуется меньшей способностью к меланоидинообразованию, чем моносахариды. Сахара по способности к меланоидинообразованию значительно уступают альдегидам (табл 5).

Таблица 5. Способность сахаров к меланоидинообразованию

Вещество	Способность к меланоидинообразованию, условные единицы
Глюкоза	1,0
Фруктоза	1,2
Манноза	1,4
Галактоза	2,0
Ксилоза	5,5
Арабиноза	6,7
Фурфурол	15.0
Метилглиоксаль	30,0

Одновременно с влиянием сахаров на интенсивность окраски и на характер аромата оказывают влияние отдельные аминокислоты. Они по силе меланоидинообразования располагаются в следующем порядке: гликокол, аланин, денилаланин, валин, лейцин, метионин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, цистин, тирозин. Вообще, с увеличением молекулярной массы аминокислоты образование комплексных соединений с сахарами затрудняется.

Следует отметить, что гликокол энергично реагирует с сахарами, давая меланоидины, обладающие сильной окраской, но сравнительно слабым ароматом пива. Лейцин наряду со сравнительной сильной окраской, обуславливает появление интенсивного хлебного аромата. Среди меланоидинов, в образовании которых принимают участие другие аминокислоты, имеются продукты с тонким ароматом, напоминающим аромат розы.

Аспарагиновая и глютаминовая кислоты дают запах, напоминающий аромат миндаля. Характерный аромат темных сортов пива приписывают наличию меланоидинов, в образовании которых принимают участие валин и лейцин.

Продукты образующиеся в результате взаимодействия сахаров с аммиаком, обладают сильной окраской, однако вкус их неприятный - пригорелого хлеба и даже горький.

Состав меланоидинов сложный и полностью ещё не изучен, однако некоторые характерные свойства их известны.

М.И. Княгинечев и П.М. Плотников установили в составе меланоидинов 54 - 60% углерода, 4.9 - 5,2% водорода, 3,5 - 5,3% азота и 31,3 - 35,1% кислорода, кроме того, наличие спиртовых, карбонильных, карбоксильных и фенольных групп.

Растворы меланоидинов являются лиофильными коллоидами и защищают нестойкие коллоиды, находящиеся в пиве, предотвращая их выпадение и образование в пиве мути и выделение осадков. Они являются антиоксидантами и предохраняют нестабильные белковые вещества от окисления, Благодаря своим коллоидным свойствам меланоидины в растворе дают прочные поверхностные пленки и являются хорошими пенообразующими продуктами. Добавление их к пиву повышает его пену. Например, пиво, оцениваемое по цене величиной 33,5, после добавления меланоидинов, достигло оценки 41,5. Как известно, темное пиво всегда имеет более стойкую (богатую) пену, чем светлое.

При сушке солода для накопления красящих и ароматических веществ, большое значение имеет большое содержание влаги. Если солод подвергся сильному обезвоживанию на верхней решетке, то количество продуктов распада белков в нем недостаточное для интенсивного протекания реакции меланоидинообразования. При влажности 6-8% светлый солод не приобретает аромата (и цветности), характерного для темного солода, который переходит с верхней решетки на нижнюю с влажностью 20 - 25%.

Составление теплового баланса и расчет расхода топлива в двухъярусной сушилке

Горизонтальная двухъярусная сушилка периодического действия (рис. 2) представляет собой высокое здание с расположенными внутри решетками, на которых высушивается солод. Свежепроросший солод загружается ровным слоем на верхнюю решетку, где из него удаляется часть влаги. На нижней решетки одновременно с удалением остатков влаги происходит тепловая обработка солода. Горячие газы из топки проходят через калорифер и через дымовую трубу выбрасываются наружу. Для регулирования количества воздуха в перекрытиях установлены клапаны.

Рис. 2 Схема горизонтальной двухъярусной сушилки

Холодный наружный воздух можно подавать, минуя калорифер, непосредственно под верхнюю решетку. Солод на решетках периодически перемешивается солодоворошителями. Производительность такой сушилки невелика, так как она работает на естественной тяге, поэтому для улучшения тяги снизу создают подпор, а сверху - разрежение.

Производительность сушилки (кг/ч) периодического действия с горизонтальными решетками определяют по количеству сухого солода, снимаемого с площади решетки. Она так же зависит от высоты слоя солода на решетках и продолжительности пребывания его в сушилке между очередными разгрузками:

(4.1)

Уравнение теплового баланса двухъярусной сушилки без учета дополнительного подвода свежего воздуха под верхнюю решетку имеет вид

(4.2)

Откуда теплота, сообщаемая воздуху в калорифере

(),

определяется как

. (4.3)

Задание. Рассчитать рациональный расход топлива на сушку солода в двухъярусной сушилке с горизонтальными решетками площадью F=20 м2 каждая. Свежепроросший солод загружается на верхнюю решетку слоем h_c=0.25 м через каждые =10 ч. Топливо, сжигаемое в топке сушилки, - мазут. Начальная влажность свежспроросшего солода W_н=45%, конечная влажность сухого солода W_к=3.5%. Температура свежепроросшего солода летом t_1л=17°С; зимой t_1з=13°С. Температура солода, высушенного летом и зимой, t₂=75°С. Температура свежего (атмосферного) воздуха летом t_0л=20°С, зимой t_0з=-10°С. Температура отработанного воздуха летом t'_2л=30°С, зимой t`_2з=25°С. Относительная влажность свежего воздуха летом ц_0л=62%, зимой ц_0з=90%. Относительная влажность отработанного воздуха летом и зимой ц₂=70%. Влагосодержание свежего воздуха летом d_0л=0.01499 кг/кг, зимой d_0з=0.00163 кг/кг. Влагосодержание отработанного воздуха летом d_2л=0.02776 кг/кг, зимой d_2з=0.02048 кг/кг.

Суточная производительность по условиям задания проекта

(4.4)

Удельная теплоемкость сухого солода при

Расход теплоты на нагревание солода в сушилке:

летом ; (4.6)

зимой . (4.7)

Количество влаги, испаряемой из солода,

. (4.8)

Энтальпия этой влаги:

летом ; (4.9)

зимой . (4.10)

Удельная энтальпия свежего воздуха:

летом

; (4.11)

зимой

. (4.12)

Удельная энтальпия отработанного воздуха:

летом

; (4.13)

зимой

. (4.14)

Расход воздуха:

летом ; (4.15)

зимой . (4.16)

Расход теплоты, сообщаемой воздуху калорифером (без учета ):

летом

; (4.17)

зимой

. (4.18)

Принимаем максимальный расход теплоты, сообщаемой воздуху в калорифере, соответствующий зимнему периоду.

Потери теплоты в окружающую среду принимаем равными ?Q_пот=35% общего расхода, тогда расход теплоты

(4.19)

Расход теплоты на 1 кг сухого солода

. (4.20)

Сопоставляем полученное значение удельного расхода теплоты с заданным q_уд и выбираем в качестве топлива мазут с теплотой сгорания q_т=39300 кДж/кг.

Суточный расход мазута

(4.21)

В пересчете на условное топливо с теплотой сгорания q_усл=29308 кДж/кг этот расход составит

. (4.22)

Расход условного топлива на 1 кг сухого солода

. (4.23)

Сравниваем полученный расход условного топлива на 1 кг сухого солода с заданным значением и делаем заключение о целесообразности использования выбранного мазута в качестве топлива.

Сравнительные характеристики сушильных аппаратов

Шахтные сушилки с движущимся слоем (рис. 3) применяют для сушки зерновых сыпучих материалов. По оси сушилки расположены трубы для подачи теплоносителя. Трубы оканчиваются жалюзи для равномерного распределения теплоносителя по сечению сушилки. Система подвода и циркуляции теплоносителя разделяет объем сушилки на две зоны. В первой зоне используется теплота теплоносителя, выходящего из второй зоны. В первой зоне удаляется в основном поверхностная влага, во второй -- внутренняя.

Предварительно теплоноситель, может осушаться в конденсаторе второй зоны. В верхней части сушилки оба потока объединяются и подаются газодувкой после подогрева в калорифере в первую зону сушилки. Выгрузка высушенного материала осуществляется непрерывно полочным дозатором.

Рис. 3 Шахтная сушильная установка для сушки зерновых материалов:

1 - бункер-холодильник; 2 - промежуточный бункер; 3 - газодувки; 4 - калориферы; 5 - бункер; 6 - шахта; 7 - трубы для подвода теплоносителя; 8 - холодильник-конденсатор; 9 - жалюзи; 10 - дозатор; 11 - холодильник.

Барабанные сушилки (рис. 4) применяют для сушки свекловичного жома, зерно-картофельной барды, кукурузных ростков и мезги, зерна и сахара-песка. Сушка в барабанных сушилках происходит при атмосферном давлении. Теплоносителем являются воздух либо топочные газы.

Рис.4 Барабанная сушилка:

1 - топка; 2 - бункер; 3 - барабан; 4 - бандажи; 5 - зубчатое колесо; 6 - вентилятор; 7 - циклон; 8 - приемный бункер; 9 - щлюзовой питатель; 10 - опорные ролики.

Барабанные сушилки имеют цилиндрический полый горизонтальный барабан, установленный под небольшим углом к горизонту. Барабан снабжен бандажами, каждый из которых катится по двум опорным роликам и фиксируется упорными роликами. Барабан приводится во вращение от электропривода с помощью насаженного на барабан зубчатого колеса. Частота вращения барабана не превышает 5...8 мин"1. Влажный материал поступает в сушилку через питатель. При вращении барабана высушиваемый материал пересыпается и движется к разгрузочному отверстию. За время пребывания в барабане материал высушивается при взаимодействии с теплоносителем -- в данном случае с топочными газами, которые поступают в барабан из топки.

Для улучшения контакта материала с сушильным агентом в барабане устанавливают внутреннюю насадку, которая при вращении барабана способствует перемешиванию материала и улучшает обтекание его сушильным агентом. Тип насадки выбирают в зависимости от свойств материала. На рис. 5 показаны некоторые типы внутренних насадок.

Рис. 5 Внутренние распределительные насадки барабанов:

а - подъемно-лопастная; б - распределительная (полочная); в - перевалочная (ячейковая).

Подъемно-лопастную насадку используют для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов. Для сушки мелкокусковых, сыпучих материалов применяют распределительную насадку. Пылящие, тонкодисперсные материалы сушат в барабанах, снабженных перевалочной (ячейковой) насадкой.

Газы и материал могут двигаться прямотоком и противотоком. При прямотоке удается избежать перегрева материала, так как при этом горячие газы взаимодействуют с материалом с высокой влажностью. Чтобы исключить большой унос пыли, газы просасываются через барабан вентилятором со скоростью 2...3 м/с. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются в циклоне.

Сушилка с опрокидывающейся решеткой

Многие сушилки оснащены опрокидывающейся решеткой. Путем выбора соответствующих температурных и воздушных режимов достигается экономия на ворошении, и такие сушилки обычно не имеют ворошителя. Для опорожнения сушилки решетка опрокидывается, и солод ссыпается вниз.

Опрокидывание осуществляется с использованием оси, обеспечивающей вращение решетки вокруг ее центра тяжести. Небольшие сушилки с опрокидывающейся решеткой чаще опрокидываются в одну сторожу, а более крупные обычно делятся на две части и опорожняются посередине (рис. 5). Сушилки снабжены загрузочными устройствами различной конструкции В таких сушилах сушка длится от 18 до 20 часов.

В настоящее время одноярусные сушилки с опрокидывающейся решеткой уже не производят.

Рис. 5 Одноярусная сушилка с опрокидывающейся решеткой:

1 - камера напорного горячего воздуха; 2- камера сушилки; 3 - выпуск от вентилятора; 4 - распределительная плита; 5 - цепной скребковый транспортер; 6 - направляющий лист; 7 - опрокидывающаяся решетка; 8 - боковая стенка; 9 - штанги подвески; 10 - шнековый привод; 11 - подача свежепроросшего солода; 12 - выпуск отработанного воздуха

Высокопроизводительные сушилки с погрузочно-разгрузочным устройством

Современные сушилки оснащены погрузчиками и разгрузчиками. Такие сушилки бывают в прямоугольном или круглом исполнении и могут иметь конструкцию в виде одно- или двухъярусной сушилки (рис. 6, 7). На рис. 6 представлен пример одноярусной высокопроизводительной сушилки с круглой решеткой. Она оборудована погрузочно-разгрузочным устройством. Для таких сушилок отсутствует необходимость в ворошителе.

Решетки в виде перфорированных листов или сит с прорезями имеют 30%-ную свободную проходную поверхность, опираются снаружи на ролики и равномерно приводятся в движение 3-6 двигателями мощностью по 1-2 кВт каждый. Приводы снабжены переключателями для правого и левого вращения, а также имеют две скорости.

Погрузочно-разгрузочное устройство может подниматься и опускаться и имеет в качестве основного элемента конструкции горизонтальный транспортирующий шнек, который по мере необходимости перемещает продукт из переферии к центру или наоборот. Вся операция занимает обычно около часа.

Рис. 6 Одноярусная сушилка с погрузочно-разгрузочным устройством и неподвижной решеткой:

1 - подача свежепроросшего солода; 2 - высушенный солод; 3 - погрузочно-разгрузочный шнек; 4 - подъемно-опускной механизм; 5 - горячий воздух для сушки; 6 - отводной воздух

Для загрузки погрузочно-разгрузочное устройство устанавливается на высоте, соответствующей предусмотренной толщине слоя. В конструкциях со вращающейся решеткой транспортировка и загрузка продукта осуществляется из переферии к центру, при этом полная загрузка занимает около часа.

По окончании процесса сушки погрузочно-разгрузочное устройство опускается в нижнее положение и при поворачивающейся решетке постепенно перемещает солод к выгружному отверстию.

Размещено на Allbest.ru