Производство солода

Поскольку все  жизненно важные процессы в зерне  протекают при достаточном количестве влаги, то проращиваемое зерно должно иметь влажность не менее 40%. При  дыхании зерна выделяется диоксид углерода и водяной пар. Температура в зерне при проращивании светлого солода не должны превышать 17-18°C, а тёмного солода – 23-25°C.

Дыхание зерна  продолжается и при проращивании, в результате чего часть сухих  веществ (крахмал) зерна окисляется, удовлетворяя потребности зародыша в энергии. В зависимости от размеров зародышевого корешка можно визуально определить, в какой стадии находится зерно. При солодоращении следует стремиться к тому, чтобы не допускать чрезмерного роста зародышевых корешков. Например, у светлого солода длина корешков должна быть около полуторной длины зерна, у тёмного солода - около одинарной длины зерна. Это обусловлено тем, что зародышевые корешки после сушки солода отбиваются и в качестве отхода солодовенного производства представляют технологические потери, доля которых составляет около 4% сухих веществ от общей массы пшеницы. Равномерность роста корешков свидетельствует о правильном ведении процесса, высоком качестве пшеницы и равномерности растворения при солодоращении.

В настоящее  время проращивание ведут почти  исключительно в круглых и  прямоугольных растительных ящиках. 

3. Замачивание  пшеницы или сорго 

При замачивании  пшеницы или сорго ферменты, важные для процесса солодоращения, не активны  или обладают сильно пониженной активностью. При замачивании внутрь зерна попадает вода, и благодаря этому имеющиеся ферменты активируются и способствуют процессу прорастания. Этот процесс не относится только к производству солода: все зерновые и бобовые, корнеплоды или семена начинают прорастать сразу после увлажнения. Одновременно усиливается и дыхание пшеницы, и потребность в кислороде. Так как замачивание и прорастание являются двумя переходящими друг в друга процессами, их всегда следует рассматривать во взаимосвязи. Так как проращивание необходимо провести как можно быстрее, пшеницу или сорго при замачивании следует обеспечивать как водой, так и кислородом. Осуществляют замачивание в замочных чанах. Во время замачивания пшеница или сорго должны поглощать воду, снабжаться кислородом и очищаться. Вода поступает в основном в зародыш зерна, то есть в его главную часть, и оттуда проникает внутрь зерна (в эндосперм).

Водопоглощение  зависит от длительности замачивания, температуры, размеров зерна, сорта  пшеницы или сорго, а также особенностей года уборки. В целом при водопоглощении у пшеницы или сорго следует различать два основных типа: а) сорта пшеницы или сорго с сильным ростом корешков и интенсивным прорастанием. Такая пшеница или сорго характеризуются высоким водопоглощением, но медленным распределением влаги, так что увеличение содержания влаги в эндосперме происходит замедленно;

б) сорта пшеницы  или сорго с низкой интенсивностью прорастания и слабым ростом корешка. Такая пшеница или сорго характеризуются  низким водопоглощением, но быстрым поступлением влаги в эндосперм, так что влажность эндосперма быстро возрастает.

Различное поведение  в процессе замачивания требует  также различной обработки пшеницы  или сорго при замачивании, чтобы  добиться оптимального водопоглощения и распределения влаги.

Влажность замачиваемой пшеницы называется степенью замачивания, которая приводится в процентах. Считают, что для светлого солода (Пилзнер) степень замачивания - 42-44%, а для тёмного солода степень  замачивания - 44-47%. Если степень замачивания повышать постепенно, то для светлого солода можно увеличивать влажность до 48%. Благодаря этому сокращается время проращивания и явно снижаются потери при солодоращении. Большое значение имеет степень замачивания для ведения проращивания, поскольку она существенно влияет на образование ферментов, а также на процессы роста и обмена веществ.

4. Образование  красящих и ароматических веществ  при сушке 

Очень важной биохимической  реакцией, протекающей во время сушки  солода и ответственной за образование аромата и цветности, является взаимодействие продуктов распада белков с сахарами, в результате которого происходит образование новых продуктов, названных учёным Майаром меланоидинами. Эта реакция имеет широкое распространение в природе и в промышленности. В 1908 году учёный Линг высказал предположение, что образование окраски солодов во время сушки обусловлено взаимодействием продуктов распада углеводов и белков, а в 1912 году 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.

Меланоидины представляют собой частично растворимые несбраживаемые вещества разной окраски. В виде коллоидов  они переходят в пиво и благодаря своим свойствам повышают физико-химическую стабильность пива и стойкость его пены. Для светлых солодов реакции меланоидинообразования нежелательны. Полностью избежать их в химической фазе сушки светлого солода (80°C) невозможно. Вместе с меланоидинами и их предшественниками образуются при сушке солода и другие красящие вещества (полифенолы).

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

Аминогруппы аминокислоты при высокой температуре вступает во взаимодействие с карбонильной группой  сахара при наличии некоторого количества воды, причём образуется продукт, имеющий коллоидный характер. Цвет этого продукта от светло-коричневого до тёмно-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.

В.Л.Кретович процесс  образования меланоидинов из продуктов  расщепления углеводов и белков представил в виде схемы: 
 

Существуют три основных стадии меланоидинообразования: начальная (без изменения цвета и поглощения ультрафиолетового света), промежуточная (без изменения цвета или слабое пожелтение, но сильная степень адсорбции длинных волн ультрафиолетовой части света) и конечная (с интенсивной окраской получаемых продуктов).

В первой стадии происходят сахаро-аминная конденсация: 
 

RH2 означает как  аминокислоту, так и амины или  аммиак.

Одной из реакций  меланоидинообразования является реакция  Амадори: 

5. Определение  содержания меланоидинов и редуктонов 

В промежуточной  стадии реакции меланоидинообразования происходит дегидратация сахаров. Известны два типа реакций дегидратаций. В  то время как в кислой среде  в зависимости от вида сахара (ксилоза, глюкоза) образуются фурфурол, метилфурфурол  или оксиметилфурфурол, в состоянии, близком к сухому, т.е. при сушке солода в присутствии аминов, образуются редуктоны. К редуктонам принадлежат соединения со следующей структурой: 
 

Эта группа связана  с альдегидным или кислотным  радикалом: 
 

Под редуктонами  понимают тип органических соединений, общим свойством которых является сильно выраженная восстанавливающая способность. Эта способность редуктонов может формально сводиться к дегидрированию, например, эндольных групп до α-дикарбонильных групп: 
 

Оба соединения можно принять за начальные члены виниленгомологического ряда, в основе которого лежит следующая обобщённая формула редуктона: 
 

При этом может  происходить либо частичное, либо полное замещение. Так возможно, что одна или обе группы OH будут замещены группами NH2, NHR и SH, вместо кетокислорода (=O) могут быть в качестве его заместителей группы (=NH), (=NR) или (=S).

К редуктонам или  их виниленовым гомологам можно  также причислить соединения, имеющие  кольцевую структуру, в особенности  вещества ароматического ряда. К ним относятся пирокатехин и гидрохинон: 
 

Другие соединения, имеющие кольцевую структуру, например, редуктоновая кислота, полученная гидролизом пектина и ксилозы, также могут  проявлять типичные восстанавливающие  свойства: 
 

Если в энольной структуре редуктона R и R1 различны, то эндиол является общей энольной формой обоих изомерных кетонов: 
 

В качестве примера  может служить метилглиоксаль (R=H, R = CH3). Если достигается окрашивание  редуктонов, то это происходит в  дегидроформе и ускоряется аминосоединениями. В высушенном солоде присутствует соединение малетол-3-гидрокси-2-метил-γ пирон, которое может быть представлено как дегидроформа циклического редуктона: 

Если принять  во внимание общую формулу виниленгомологического ряда, то можно привести как типичный пример этого 1,4-дегидроксимуконовую кислоту (C6H6O6), которая является настоящим редуктоном, а именно диэндиолом. Оба её энольных гидроксила легко могут дегидрировать до дегидроформы: 
 

Фурфурол, образующийся при дегидратации сахара, даёт после  гидролиза соединение с восстанавливающими свойствами. После гидролиза с расщеплением кольца усиливается сопряжённая диэндиольная структура III, причём R может обозначать группы H, CH2, OH, CH3 в зависимости от природы имеющегося фурфурола: 
 

Малетол-3-гидрокси-2-метил-γ-пирон может так же, как и фурфурол, подвергаться гидролизу с расщеплением кольца. В промежуточной стадии происходит также расщепление сахаров (глюкозы, ксилозы и др.) - деальдолизация, т.е. процесс, противоположный альдольной конденсации. Присутствие аминогрупп ускоряет деальдолизацию до триоз и других продуктов распада. К продуктам расщепления сахаров относятся метилглиоксаль, глицериновый альдегид, ацетоин и диацетил. Эти вещества обладают высокой реакционной способностью. Особенно активным в реакции меланоидинообразования является метилглиоксаль. Меланоидиновая реакция с метилглиоксалем, глицериновым альдегидом и диацетилом протекает произвольно. Пентозы (ксилоза, арабиноза) также проявляют сильную реакционную способность, слабее вступают в реакцию гексозы (манноза, галактоза, фруктоза и глюкоза). Сахароза из-за недостатка свободных карбонильных групп реагирует очень слабо.

Наряду с дегидратацией  и расщеплением сахаров в промежуточной  стадии происходит распад аминокислот, который является важной частью реакций образования красящих веществ. Ход этих реакций можно записать следующим образом: 
 

Эта реакция  протекает с образованием CO2 и  влияет на введение азота в состав коричневых красящих веществ. В конечной стадии меланоидинообразования промежуточные  продукты, включающие карбонильные группы, полимеризуются до ненасыщенных окрашенных полимеров. Главными реакциями при этом являются спиртовая конденсация, альдегидаминная полимеризация и образование гетероциклических (пиррола, имидазола, пиридина и пиразина), причём в составе конечных продуктов синтезируются высокомолекулярные окрашенные соединения. Образование меланоидинов тесно связано с появлением редуктонов. 
 

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

6. Биохимические  превращения солода при сушке 

Важной предпосылкой взаимодействия сахара с аминокислотами, приводящего к образованию меланоидинов, является наличие свободной карбонильной группы. Синтез меланоидинов происходит особенно легко с пентозами, и в первую очередь с ксилозой.

Из аминокислот  наибольшей реакционной способностью обладают глицин и аланин, которые образуют и наиболее окрашенные продукты. Валин и лейцин дают продукты с более сильным ароматом. Последние реагируют только при отсушке тёмного солода примерно при 100°C и обусловливают его аромат. Ди - и трипептиды интенсивно реагируют с арабинозой и ксилозой.

Глицин придаёт  продукту реакции весьма интенсивную  окраску, запах пивного колера и  слабокисловатый привкус. Аланин реагирует  медленнее с образованием тёмно-коричневого  продукта со слабым запахом розы. Валин  реагирует медленно и наряду с коричневой окраской придаёт продукту приятный запах, напоминающий нежный аромат роз. Лейцин, реагируя с сахарами, даёт продукт с незначительной окраской, но сильным хлебным ароматом.

Аспарагин и  глютаминовая кислота реагируют  с сахарами медленно и в незначительной степени и придают запах, напоминающий аромат миндаля. Тирозин и бетаин в реакциях образования ароматических и красящих веществ не участвуют. Продукты, образующиеся в результате взаимодействия сахаров с аммиаком, обладают сильной окраской, однако вкус их неприятный - пригорелого хлеба и даже горький.

Растворы меланоидинов обладают кислой реакцией, что зависит  от освободившейся карбоксильной группы аминокислоты. Меланоидины обладают ярко выраженными восстановительными свойствами, благодаря чему в сусле создаётся определённый окислительно-восстановительный потенциал.