Солод в пивоварении. Часть 1 - Производство солода.

Доброго времени суток, Реактор!

Мои посты таки нашли своих читателей, значит будем продолжать и надеяться что для кого-то это действительно окажется полезным. Что же, по итогам опроса лидирующие позиции занимает вариант с солодом, тогда о нем и продолжим.
В процессе написания статьи, столкнулся с тем, что нужно переработать и выдать неимоверное количество информации в читабельном и удобоваримом виде. В связи с этим, было принято решение разделить статью на две части:
1. Производство солода.
2. Цветность. Типы солодов и их применение.
Для начала, давайте определимся что же такое солод.
Солод - продукт, получаемый при проращивании семян злаков (ячмень, пшеница, рожь, в отдельных случаях кукуруза и даже рис) и их высушивании. Зерно проращивают главным образом с целью накопления амилолитических ферментов, производящих расщепление сложной крахмальной молекулы до простых сахаров, усваиваемых дрожжами.
Процесс получения солода делится на замачивание, проращивание и сушку семян. Проращивание необходимо, чтобы вызвать в семени связанные с этим процессом химические изменения. В одних случаях ценным является только одно из образующихся при этом веществ — диастаза (винокуренное производство), в других же случаях пользуются, помимо диастазы, совокупностью изменённых растворимых продуктов (пивоваренное производство). В обоих случаях пользуются способностью диастазы растворять и осахаривать крахмал, причём получается ряд сахаров, таких, как легкосбраживаемая мальтоза или частичносбраживаемые/несбраживаемые декстрины.
Для того, чтобы нам было проще дальше, давайте для начала посмотрим строение зерна на примере зерна ячменя:
,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница
Ячменное зерно делится на три основные части: зародышевую, эндосперм (мучнистое тело) и оболочки.
Зародышевая часть состоит из эмбрио (1) с вегетационными почками для зародыша листа (2) и зародыша корня (3). От эндосперма зародыш отделен тонким слоем ткани - щитком (4) и слоем эпителия (5), то есть слоем клеток вертикальной формы с очень тонкими стенками.

Эндосперм (мучнистое тело) (6) состоит из стабильных клеток, в которых находятся зерна крахмала. Стенки клеток представляют собой густое переплетение целлюлозы и высокомолекулярных белков, которые соединены цепочками бета-глюкана. В клетках находятся большие и малые зерна крахмала; зерна крахмала средней величины в клетках ячменного зерна отсутствуют. Большие крахмальные клетки имеют диаметр 20-30 мкм. Малые клетки диаметром 3-5 мкм составляют 70-95% от общего числа крахмальных клеток в эндосперме, но их масса — всего лишь 3-10% от общей массы крахмала.
В свою очередь, мучнистое тело окружено слоем богатых белком клеток - алейроновым слоем (8). При солодоращении он является важнейшим «исходным пунктом» ферментообразования. В стабильном белке этого слоя присутствуют и другие вещества — жиры, дубильные и красящие вещества.
Оболочки зерна состоят из семи различных слоев, которые принято объединять в три основных. Внутренняя оболочка снаружи алейронового слоя называется семенной оболочкой или «тестой» (9). Она окружает все зерно и пропускает только чистую воду, задеживая растворенные в ней соли, что обусловливается ее полунепроницаемостью.
Следующая за ней снаружи плодовая оболочка или «перикарп» (10) плотно срослась с семенной оболочкой. Она охватывает тесту, а та, в свою очередь, охватывается эпидермисом, который защищен снаружи мякинной оболочкой (11) зерна.
Оболочки состоят в основном из целлюлозы и гемицеллюлоз; в них содержится небольшое количество веществ, которые могут неблагоприятно влиять на качество пива - это прежде всего дубильные, горькие вещества и кремниевая кислота.
А теперь посмотрим на процесс соложения зерна более подробно.
1. Замачивание зерна.
,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница

Замачивание зерна является важным этапом в производстве солодов. Достаточная влажность, наличие кислорода и оптимальная температура — важнейшие предварительные условия для солодоращения. Свободная вегетационная влага в зерне, являющаяся результатом искусственного насыщения его водой, обеспечивает переход в раствор питательных веществ и их миграцию к зародышу. При этом создаются благоприятные условия для проникновения в эндосперм ферментов, которые переводят резервные нерастворимые вещества зерна в растворимые и легкоусвояемые зародышем. 
Таким образом, замачивая зерно, мы не только обеспечиваем миграцию питательных веществ к зародышу, но и ускоряем биохимические процессы, связанные с жизнедеятельностью зерна и активацией ферментов. Влажность зерна до замачивания составляет 10%-15%, оптимальная влажность для проращивания зерна составляет 42%-50% и зависит от сорта и типа получаемого солода.
,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница
Замачивание зерна на производстве.
На скорость замачивания влияют многие факторы. Например, химический состав - в следствии наличия в зародыше большого количества белковых веществ, обладающих высокой способностью набухания, вода быстро поглощается всей его массой. В свою очередь, эндосперм, содержащий основную часть крахмала, набухает медленно, следовательно, его ткани в меньшей степени поглощают воду. Именно поэтому на замачивание необходимо подавать однородное по составу и размеру зерно, полученное из одной зоны произрастания, так как климатические условия также сказываются на скорости замачивания. Зерно, выросшее при сухой и жаркой погоде, а также не достигшие солодовой зрелости, в процессе замачивания очень медленно поглощают воду.
Так же, на скорость замачивания влияет температура воды. Чем она выше, тем быстрее скорость набухания зерна, но нужно помнить, что 30оС - максимальная температура. При замачивании солода на более высоких температурах лишь ухудшает его качество.
1.1 Способ замачивания зерна.
Вода, используемая для замачивания, должна соответствовать требованиям питьевой и не содержать каких-либо загрязнений. При этом, зерно необходимо активно перемешивать.
Оросительное замачивание с воздушными паузами гарантирует эффективное увлажнение зерна, достаточный подвод кислорода и удаление ингибирующих веществ, выделяемых в процессе жизнедеятельности зерна. Воздушно-оросительное замачивание создает самые оптимальные условия для замачивания зерна и указывает на его чувствительность к прорастанию уже при влажности 27%-30%. Проводится оно в солодо-растильных аппаратах, снабженных шнековыми или лопастными ворошителями. 
Слой зерна периодически орошают водой, для чего на ворошителе устанавливают распылительные форсунки в два ряда с обеих.сторон рамы. Продолжительность замачивания воздушно-оросительным способом составляет 35-45 часов. Первую продувку слоя зерна кондиционированным воздухом температурой 12-14оС и влажностью 95-100 % производят через 5-6 часов после загрузки аппарата промытым зерном. Последующие продувки продолжительностью 20-25 мин следует проводить через каждые 1,5-2 часа в течение всего периода замачивания, поддерживая температуру принятого режима.
Орошают зерно водой одновременно с ворошением, т. е. через каждые 2—3 ч. Продувать слой зерна можно непрерывно.
Воздушно-оросительное замачивание предотвращает анаэробное дыхание, при котором накапливаются спирты, кислоты, эфиры и другие ингибирующие вещества, влияющие на физиологическое состояние зерна. В таких условиях зерно начинает прорастать через 18—25 часов, когда влажность составляет 34—36%, а необходимая активность ферментов и растворение эндосперма в дальнейшем достигаются на 1-2 суток раньше, чем при обычном замачивании.
2. Проращивание зерна.
Целью проращивания зерна является синтез и активация ферментов, под влиянием которых в процессе затирания достигается полное растворение всех резервных веществ его. Под действием ферментов еще при проращивании часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты и др. В прорастающем зерне происходят те же биохимические и физиологические изменения, что и при естественном проращивании его в почве. Образование и активация ферментов в зерне неразрывно связаны с жизнедеятельностью зародышевого корешка. В дальнейшем ферменты продолжают свою деятельность даже в условиях, неблагоприятных для развития зародыша, т. е. когда зерно находится без кислорода или при высоких температурах.
Ферменты зерна — природные катализаторы белкового происхождения — находятся в зародыше, в области эндосперма, прилегающей к щитку, и в алейроновом слое оболочки. Активность альфа-амилазы значительно увеличивается на третьи сутки проращивания в результате расщепления адсорбировавших ее белков под действием протеолитических ферментов. Бета-амилаза находится в активном состоянии еще в не проросшем зерне. При проращивании бета-амилаза повышает свою активность главным образом за счет новообразования этого фермента. 
Макет молекулы амилазы.
При проращивании ячменя значительно увеличивается активность фосфатаз (в 8-10 раз), расщепляющих фосфорорганические соединения. В проращиваемом зерне имеется также мальтаза (альфа-глюкозидаза) — фермент, расщепляющий мальтозу в глюкозу. Активность этого фермента при солодоращении увеличивается в два раза. К ферментам ячменя, катализирующим окислительно-восстановительные реакции дыхания, относятся оксидаза, пероксидаза и каталаза. Активность их при проращивании зерна значительно увеличивается.
Протекающие биохимические процессы в прорастающем зерне способствуют расщеплению всех высокомолекулярных соединений (крахмала, белков) и переходу их в низкомолекулярные вещества, которые используются для питания зародыша. Прорастание характеризуется двумя взаимно связанными процессами: гидролизом запасных веществ эндосперма и синтезом новых веществ в зародыше, изменяющих биохимический состав зерна. Важнейшим энергетическим процессом проращивания является дыхание зерна, протекающее под действием оксидаз.
При проращивании зерна около 24% крахмала превращается в сахара, из них 10% расходуется на дыхание, 3-4 % — на построение корешков и ростков и приблизительно 10% остается в солоде в виде сахара. При дыхании зерна происходит как полное, так и частичное окисление сахаров. Недостаточный приток кондиционированного воздуха при проращивании приводит к нарушению естественного дыхания зерна и образованию двуокиси углерода и спирта, что затормаживает жизненные процессы в зерне.
фермент (амилаза) крахмал (полисахарид) пищеварение/ воздействие фермента Г глюкоза,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница
Расщепление крахмала альфа-амилазой.
Гидролиз белковых веществ во время проращивания происходит под действием протеолитических ферментов. В первую очередь воздействию их подвергается резервный белок, который находится в клетках эндосперма вблизи алейронового слоя. Продукты гидролиза резервного белка являются источником азотистого питания зародыша. Более половины азотистых веществ ячменя во время солодоращения расщепляются до аминокислот, из них около 25% идет на синтез, превращаясь в нерастворимые белковые вещества ростков и корешков.
Степень растворения белков сказывается на качестве солода, сусла и пива. Наиболее интенсивное образование и активность протеолитических ферментов совпадают с высоким распадом белковых веществ на 4-5 сутки солодоращения зерна. Оптимальная температура для расщепления белковых веществ — в пределах 4-17оС. Степень расщепления белков значительно зависит от свойств данного сорта ячменя. Основным показателем каждого сорта ячменя является степень ферментативного гидролиза белковых веществ, который определяет характер и качество напитка и экстракта.
о HjN-CH-C- R О II -N-CH-C I I HR Полипептид О II N-CH-C-OH I I H R (n + 1)H20, Протеиназы (n + 2)H,N—CH—COOH I R а-Аминокислота,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница
Пример расщепления белкового вещества до аминокислоты.
Главной задачей солодоращения является получение богатого ферментами, микробиологически и канцерогенно-токсически чистого солода, при минимальных потерях сухих веществ и хорошем растворении содержимого зерна. В ходе солодоращения наблюдают за равномерностью замачивания, проращивания и сушкой солода, развитием и состоянием корешков, устанавливают запах свежепроросшего солода и совершенствуют технологический процесс его приготовления. 
Солод, проросший при оптимальных условиях, имеет свежий огуречный запах, а при наступлении анаэробного дыхания приобретает эфирный или яблочный. Основным признаком, определяющим окончание проращивания, является полная растворенность мучнистого тела зерна. При этом, благодаря ферментативным процессам, оно легко растирается между пальцами.
3. Сушка свежепроросшего светлого и темного солода.
Сухой солод является основным ингредиентом для изготовления пива. В процессе сушки солода достигаются две цели: снижение влажности материала с 50—40 % до 10—13 % общей массы и придание в процессе термической обработки целевому продукту определенных технологических качеств — специфического вкуса, цвета и аромата с высокой ферментативной активностью. Следовательно, сушка солода не только сложнейший нестационарный процесс тепло- и массообмена, но и биохимический процесс.
Свежепроросший солод во время сушки претерпевает глубокие физические, физиологические и биохимические изменения, которые зависят от скорости обезвоживания, температуры сушильного агента, его влажности и условий сушки. Физические преобразования состоят в изменении влажности, массы, цвета, аромата и вкуса. Часть содержащихся в солоде высокомолекулярных белков при сушке свертывается, что в дальнейшем благоприятно сказывается на процессе осветления сусла и пива. Ростки, придающие продукту неприятный горький вкус, при сушке становятся хрупкими и легко удаляются. Вкус сухого солода обусловлен меланоидинами — окрашенными и ароматическими веществами, образующимися при высокой температуре в результате химической реакции между сахарами и аминокислотами.
,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница

Процессы расщепления под действием ферментов продолжаются до тех пор, пока снижение влажности и повышение температуры не приведут к их инактивации. Чем быстрее удаляется влага в период физиологической и ферментативной фаз сушки, тем менее энергично протекают биологические и ферментативные процессы в солоде, и тем меньше накапливается продуктов распада. Это способствует получению светлого солода высокого качества с небольшим содержанием ароматических и красящих веществ.
Третья фаза — химическая, протекающая при температуре 70—80°С (для светлого солода) и снижении влажности с 10 до 5 %. Продолжительность этой фазы зависит от скорости химических превращений, протекающих в солоде, и составляет 3—4 часа. Она характеризуется образованием в солоде специфически вкусовых, красящих и ароматических веществ. Продукты распада белков и углеводов под влиянием высоких температур взаимодействуют с образованием меланоидинов, обеспечивающих специфические для солода органолептические свойства. Все ферментативные процессы прекращаются.
Светлый солод "Pilsen".
Темные солода сушатся при более высокой температуре и влажности чем светлые. В таких условиях ферменты проявляют большую активность, и образуется больше продуктов расщепления. В дальнейшем при температуре 80-105°С и сравнительно высокой влажности происходят большие потери ферментов.
,Сам себе пивовар,пивоварение,солод,ингредиенты для пивоварения,пиво,бухло,длиннопост,песочница
Солод темный жженный "CHATEAU BLACK".
В процессе сушки солода изменяются его основные вещества. В первой стадии (10—15 ч.) углеводы под действием ферментов подвергаются такому же расщеплению, как и в процессе проращивания зерна. Гидролиз крахмала приводит к увеличению количества сбраживающего экстракта. При этом влажность солода должна соответствовать предельной температуре сушильного агента. Например, при влажности солода 45 % его температура должна находиться в пределах 25 — 30оС, при влажности 25% — 45—50 °С, при влажности 15 % — 50-60 оС. Продукты гидролиза крахмала (сахароза, мальтоза, фруктоза, глюкоза) в этот период сушки солода ведут себя по разному. При высоких температурах сахароза накапливается интенсивнее, чем при низких. В первой стадии сушки содержание рафинозы убывает, а при температуре сушки от 90 до 100°С несколько возрастает. 
Образование мальтозы также зависит от температуры и значительно увеличивается в первые 12 часов сушки солода. Содержание фруктозы возрастает в первой стадии сушки, а затем снижается ниже исходной величины. Процесс накопления глюкозы протекает наоборот, т. е. расщепление достигает максимума при высоких температурах и низкой влажности солода. Активное образование протеолитических ферментов в процессе сушки солода приводит к более сильному расщеплению белков и увеличению содержания высокомолекулярного азота при затирании зернопродуктов.
Ну что же, думаю на этом достаточно. Сегодня мы несколько углубленно познакомились с производством солода (конечно, о многом не сказано, но это уже специфические химические процессы, в которых я не знаток, так что оставим на самостоятельное изучение) и смогли убедиться, что это целая наука, без которой у нас не было бы возможности наслаждаться изумительным пенным напитком!
Спасибо всем за внимание! И успешной рабочей недели!
Вкусного пива вам, комрады!