Ресурсосберегающие технологии пищевых производств

Установлено, что потери сахаров (глюкозы) в период замачивания  достигают 15 кг на 1 т зерна. Из ферментов наибольшую активность приобретают амилолитические н протеолитические.

Замоченное зерно направляют для проращивания в солодовни  различных конструкций (ящики или  барабанные установки). Солодоращение протекает при температуре 15–19°С и хорошей аэрации в течение 5–8 суток. Эндосперм зерна к концу соложения размягчается и легко растирается. За счет гидролиза крахмала амилазами, а гемицеллюлоз – цитазой (комплексом ферментов) в зерне накапливаются растворимые сахара – мальтоза, гексозы и пентозы, придающие солоду сладковатый вкус. В результате активизации протеиназ, пептидаз и амидаз азотистые соединения гидролизуются с образованием растворимых белков, пептонов, аминокислот, аммиака. При гидролизе фитина фитазой образуются инозит и кальциево-магниевая соль фосфорной кислоты. Присутствие инозита в сусле стимулирует жизнедеятельность дрожжей, а фосфорная кислота определяет кислотность солода и сусла.

Проращивание зерна связано  и с процессами синтетического характера. Так, в соложеном ячмене накапливаются  витамины группы В, токоферолы, аскорбиновая кислота. Особенно возрастает содержание рибофлавина (до 210мг на 100г сухого вещества).

В результате химического  взаимодействия продуктов гидролиза  в солоде синтезируются новые, свойственные проросшему зерну ароматические  и вкусовые вещества.

Из сырого (зеленого) солода нельзя получить пива. Для придания необходимых свойств и хорошей  сохраняемости его сушат до остаточной влажности 2–3,5%. Различные температурные режимы и продолжительность сушки позволяют получить солод с разными технологическими свойствами, что в свою очередь обусловливает возможность приготовления пива широкого ассортимента.

Для производства отечественных  сортов пива вырабатывают солод следующих  видов:

Светлый солод получают высушиванием проросшего ячменя в течение 16ч при постепенном повышении температуры с 25–30 до 75–80°С. В готовом виде он имеет светлую окраску, сладковатый вкус, солодовый аромат, рыхлый мучнистый эидосперм и высокую осахаривающую способность. Используют его для большинства сортов пива.

Для получения темного солода проросшее зерно сушат 24–48ч при более высокой температуре .достигающей 105°С в конце процесса. Помимо коричнево-желтой окраски, темный солод отличается от светлого хрупкостью эидосперма и меньшей осахаривающей способностью. Используют его для томных сортов пива.

Диафарин – высокоферментативный солод – получают при наиболее мягком температурном режиме, постепенно возрастающем до 50–60°С, и активной вентиляции. Это позволяет сохранить у солода светлую окраску и максимальную ферментативную активность.

Карамельный солод по окраске делят на светлый, средний и темный. Для его приготовления сухой или зеленый солод с повышенным содержанием сахаров обжаривают при температуре 120–170°С.

Жженый солод–наиболее интенсивно окрашенный продукт. Его готовят из сухого белого солода путем обжаривания при температуре 210–260°С после предварительного увлажнения.

Экономическая ценность солода зависит от содержания в нем экстрактивных  веществ. Под экстрактивностью понимается общее количество солода, перешедших в растворимое состояние при участии ферментов самого солода. И карамельный и жженый солод отличеются высокой окрашенностью, сильной ароматичностью за счет продуктов карамелизации сахаров и образования меланоидиновых соединений.

В процессе сушки и обжарки  солода происходит интенсивное образование  ароматических и красящих веществ. От пентозанов отщепляются пентозы, преобразующиеся в фурфурол и другие альдегиды и ароматические вещества, обусловливающие запах солода. Красящие вещества солода – это продукт карамелизации сахаров и меланоидинообразования, протекающего наиболее интенсивно при температурах выше 80°С. Меланоидины, будучи коллоидами, являются хорошими пенообразователями, поэтому темные сорта пива дают более обильную пену.

После сушки солод освобождают  от ростков, придающих ему гигроскопичность и горький вкус за счет алкалоида  горденина. Необходимость этой операции связана еще и с тем, что в ростках накапливаются аминокислоты – источник образования сивушных масел при сбраживании сусла. Окончательную готовность к использованию солод приобретает после 3-5 – недельной отлежки (дозревания) на складах.

Готовый солод полируют, освобождая от остатков ростков и  загрязнений, пропускают через магнитные  аппараты, а затем подают на солодовые  дробилки. От качества дробления зависят  скорость осахаривання крахмала, уровень экстрактивности сусла, продолжительность фильтрования.

 

 

2.1.2 Приготовление сусла

Дробленый солод и несоложеные материалы смешивают с горячей водой в соотношении 1:4. Полученную смесь медленно перемешивают при подогревании до температуры 50–52°С в течение 10-30 мин. При этом 15-20% растворимых веществ солода переходят в раствор без ферментативной обработки и происходит ферментативное расщепление водонерастворимых азотистых веществ и фитина. Затем смесь переводят в заторные чаны, где под действием ферментов солода происходит дальнейшее превращение нерастворимых веществ сырья в растворимые, образующие экстракт будущего сусла. Чтобы обеспечить максимальный переход веществ в раствор, затор медленно нагревают до 70–72°С при постоянном перемешивании (настойный метод).

При втором (декокционном) способе 1/3 затора перекачивают в кипятильный котел, где кипятят 15-30 мин, после чего объединяют и перемешивают с остальной частью затора. Повторяя эту операцию 2–3 раза, доводят температуру всего затора до требуемого уровня. Весь процесс приготовления затора продолжается 3–3,5 ч. Затирание солода необходимо для ферментативного гидролиза крахмала. Схема последовательных превращений при гидролизе крахмала под действием - и - амилаз такова: крахмал амилодекстрины эритродекстрины ахродекстрины . мальтодекстрины мальтоза. Еще до полного осахаривания крахмала в заторе завершается протеолиз белка, продукты которого играют большую роль в формировании органолептических свойств и устойчивости пива при хранении.

Осахаренный затор направляют на фильтрование для отделения сладкого сусла от твердой фазы затора. При этом фильтрующий слои образует сама твердая фаза затора – пивная дробина (выщелоченные зерноприпасы, мякинные оболочки, свернувшиеся белки), оседающая на сетках фильтрационных чанов, фильтр-прессов или центрифуг, применяемых для фильтрования пивного сусла.

Отфильтрованное сусло и  полученные после промывания дробины  воды переводят в сусловарочный  котел для кипячения с хмелем, упаривания до нужной концентрации и  стерилизации. При этом полностью  инактивируются ферменты и коагулирует часть растворимых белков, а горькие и ароматические вещества хмеля растворяются в сусле. Дубильные вещества хмеля, хорошо растворимые в воде, обладают способностью осаждать белки, в том числе и не осаждаемые дубильными веществами солода. Крупные хлопья свернувшегося белка оседают, захватывая частицы мути, сусло осветляется.

Источником своеобразной горечи, свойственной пиву, является в  основном хмелевая - кислота (гумулон), которая при кипячении переходит в изогумулон, хорошо растворимый в воде. Растворимость -кислоты незначительна, а мягкая - смола гидролизуется с образованием - смолы и отщеплением изобутилового альдегида и уксусной кислоты, участвующих в формировании специфического аромата и вкуса сусла и пива.

Доведенное до нужной плотности  охмеленное сусло пропускают через  хмелецедильник, охлаждают до 4-6°С, а затем освобождают от свернувшегося белка с помощью сепараторов. Во время этих операций сусло окончательно осветляется и насыщается кислородом, что необходимо для развития дрожжей.

 

2.1.3 Сбраживание сусла

Этот процесс происходит в открытых или закрытых деревянных или металлических емкостях специальными расами дрожжей, преимущественно низового брожения, относящихся к семейству  Saccharomycetaceae, роду Saccharomyces и виду Carlsbergensis. Для специальных сортов белого и светлого пива, например белого пшеничного, применяют дрожжи верхового брожения. Для особых сортов Портера в конце брожения вводят слабободрящие дрожжи рода бреттаномицетов, придающие пиву особый аромат.

Через 15-20ч после внесения дрожжей на поверхности сусла  появляется полоса белой пены (стадия забела), а затем вся поверхность бродящего сусла покрывается мелкоячеистой пеной с постепенно увеличивающимися завитками. Достигнув максимума, завитки опадают, пена уплотняется и становится коричневой. Из-за горького вкуса осевшую пену (деку) обязательно удаляют с поверхности сусла. Дрожжи оседают на дно. Осветлившаяся жидкость называется зеленим (молодым) пивом. В нем, помимо этилового спирта и углекислого газа, в процессе брожения накапливается ряд побочных продуктов, участвующих в создании вкуса и аромата пива. Процесс главного брожения завершается за 7-9 суток. К этому времени в пиве остаются несброженными около 1,5% сахаров.

 

2.1.4 Выдержка (дображивание) пива

Эта операция способствует окончательному формированию потребительских  достоинств пива. Для дображивания молодое пиво перекачивают в герметично закрывающиеся металлические танки, внутренняя поверхность которых покрыта специальным лаком. Выдерживают пиво при температуре 0-3 С в течение 11-100 суток в зависимости от сорта. В результате дображивания остаточного экстракта несколько возрастает крепость пива, происходят насыщение его углекислотой и осветление. Взаимодействие разнообразных первичных и вторичных продуктов главного и побочных процессов приводит к образованию новых веществ, обусловливающих вкус и аромат зрелого пива а также его сортовые особенности.

 

2.1.5 Обработка и розлив пива

После лабораторного и  органолептического анализов, подтверждающих готовность пива, его обрабатывают и разливают. Для придания прозрачности пиво фильтруют через прессованные пластины из различных фильтрующих  масс. Лучшими являются диатомитовые (кизельгуровые) фильтры. В процессе осветления пиво теряет значительную часть СО₂, поэтому допускается дополнительная его карбонизация перед розливом с последующей выдержкой в течение 4-12ч для ассимиляции углекислоты.

 

3. Фундаментальный закон расчета материального баланса.

 

Материальный баланс - совокупность балансов, показатели которых характеризуют производство и распределение конкретных видов промышленной и сельскохозяйственной продукции.

Обычно материальный баланс составляют в расчете на единицу  массы 100% -го готового продукта. Различают  теоретический и практический материальные балансы. Теоретический материальный баланс рассчитывают на основе стехиометрических  уравнений реакции и известных  молекулярных масс реагирующих компонентов. Практический материальный баланс составляют с учетом состава сырья и целевого продукта; при этом учитывают необходимые  избытки некоторых компонентов, а также допустимые потери сырья, промежуточных и конечных продуктов, которые неизбежны при периодическом  способе организации технологических  процессов. Средние значения потерь составляют при фильтровании 1-2%, при  сушке 1-10%, при размоле, дроблении  и смешении 0.5%, при выпаривании, дистилляции, ректификации 5-15%, при фасовке и  упаковке 0.5%.

      Материальный  баланс любого технологического  процесса или части его

составляется на основании  закона сохранения веса (массы) вещества:

ΣGисх = ΣGкон,                          (3.1)

где ΣGисх – сумма весов (масс) исходных продуктов процесса; ΣGкон –

сумма весов (масс) конечных продуктов процесса в тех же единицах измерения.

       Таким  образом, если в какой-либо  аппарат или технологический  узел поступает GА кг продукта А, GВ кг продукта В и т.д., а в результате переработки их получается GС кг продукта С, GД кг продукта Д и т.д., а также если в конечных продуктах остается часть начальных продуктов А (GА кг), В (GВ кг) и т.д., то при этом должно сохраниться равенство

             GА + GВ +….= GА' + GВ' + GС + GД +….+ΔG,            (3.1а)

 

где ΔG –производственные  потери продукта.

     Определение массы вводимых компонентов и полученных продуктов производится отдельно для твердой, жидкой и газообразных фаз согласно уравнению

                       Gг + Gж + Gт.= Gг' + Gж' + G'т                (3.1б)

      В процессе  не всегда присутствуют все  фазы, в одной фазе может содержаться  несколько веществ, что приводит  к упрощению или усложнению  уравнения (3.1).

      При составлении  полного баланса обычно решают  систему уравнений (3.1) с несколькими  неизвестными. При этом могут  быть использованы соответствующие  формулы для определения равновесного  и фактического выхода продукта, скорости процесса и т. д.

      Теоретический  материальный баланс рассчитывается  на основе

стехиометрического уравнения реакции и молекулярной массы компонентов.

      Практический  материальный баланс учитывает  состав исходного сырья и готовой  продукции, избыток одного из  компонентов сырья, степень превращения,  потери сырья и готового продукта  и т. п.

Из данных материального  баланса можно найти расход сырья  и вспомогательных материалов на заданную мощность аппарата, цеха,

себестоимость продукта, выходы продукта, объем реакционной зоны, число реакторов, производственные потери.

      На основе  материального баланса составляют  тепловой баланс,

позволяющий определить потребность в топливе, величину теплообменных поверхностей, расход теплоты или хладоагентов.

      Результаты  этих подсчетов обычно сводят в таблицу материального баланса.