Дипломная работа: Разработка стратегии модернизации производства пива на малом предприятии

Основополагающими процессами на стадии затирания являются:

- расщепление крахмала;

- расщепление глюкана (гумми-веществ);

- расщепление белковых веществ;

- превращения жирных кислот.

Важнейшим ферментативным процессом при затирании является расщепление крахмала. Весовое соотношение крахмала, расщепляемого при солодоращении и затирании, равно 1:10 и 1:17, в то время как для белков – 1:1. В качестве катализаторов расщепления крахмала в заторе выступают амилолитические ферменты солода. Под действием - и - амилаз крахмал гидролизуется до мальтозы и декстринов по следующим основным реакциям:

(С6Н10О5)n + Н2О n/2 С12Н22О11,

(С6Н10О5)n + Н2О n/х (С6Н10О5)х.

Осахаривание крахмала представляет собой его трехстадийное ферментативное расщепление на продукты, не дающие с йодом цветной реакции, характеризующееся последовательным протеканием следующих этапов:

- клейстеризация,

- разжижение,

- собственно осахаривание.

Клейстеризация является физико-химическим процессом и неотъемлемым условием эффективности ферментативного гидролиза крахмала. В первом приближении, по данным можно считать температуру клейстеризации крахмала солода и ячменя в присутствии амилаз равной 60 0С. Медленный нагрев крахмальной суспензии является фактором лучшей набухаемости зерна и возможности проведения процесса при более низкой температуре.

Разжижение представляет собой снижение вязкости крахмального клейстера под действием α – амилазы. Протекающая ферментативная реакция связана с распадом амилопектина под действием указанного фермента. Оптимальная температура разжижения крахмального клейстера в заторе равна 65 – 70 0С при оптимальном рН=4,6.

Собственно осахаривание – это полное расщепление разжиженного крахмала амилазами на мальтозу и декстрины, которое становится возможным только после проведения первых двух стадий. α – Амилаза разрывает цепочки амилозы и амилопектина преимущественно на декстрины с 7 – 12 глюкозными остатками. От концевых групп образовавшихся цепочек - амилаза отщепляет мальтозу; этот процесс продолжается в течение более длительного времени, чем разделение цепочек большей длины α – амилазой.

Из-за различной длины цепочек кроме мальтозы образуются и другие сахара, глюкоза и мальтотриоза. Но во всех случаях расщепление веществ останавливается на 2 – 3 глюкозных остатках перед α–1,6–связями амилопектина, поскольку они не могут быть расщеплены ни одной из двух амилаз. Данный факт ведет к неизбежному содержанию этих предельных декстринов в нормальном сусле. Содержание в солоде предельной декстриназы – фермента, способного расщеплять кроме α –1,4–связей и α–1,6–связи, не оказывает заметного влияния на протекающие процессы ввиду принадлежности значения температурного оптимума для данного фермента интервалу 50 – 60 0С; поэтому при 70 0С обнаруживается лишь слабая активность этого биокатализатора.

Важнейшими факторами, влияющими на расщепление крахмала являются:

- температура при затирании;

- продолжительность затирания;

- величина рН при затирании;

- концентрация затора.

Максимально возможное содержание мальтозы и наивысшая конечная степень сбраживания достигается при температуре 62 – 63 0С . Паузы при затирании выдерживаются при оптимальных для амилаз температурах:

а) мальтозная пауза при 62 – 65 0С, – соответствует низшим температурам осахаривания, которые поддерживают действие - амилазы (при этом образуется больше мальтозы, но не происходит полного осахаривания затора);

б) пауза осахаривания при 72 – 75 0С, – соответствует оптимальной температуре для α – амилазы (происходит интенсивное образование декстринов);

в) максимальная температура осахаривания затора (76 – 78 0С), соответствующая перекачке заторной массы в фильтрационный чан (активна только α – амилаза).

Влияние длительности затирания на процесс расщепления крахмала связано с тем, что действие ферментов на данной стадии является неравномерным. Выделяются как минимум две области активности ферментов, зависящие от времени .

Максимум ферментативной активности достигается через 10 – 20 минут, при этом максимум ферментативной активности при 62 – 63 0С выше, чем при 67 – 68 0С. Через 40 – 60 минут активность ферментов снижается сначала быстро, а затем этот спад уменьшается. Таким образом:

- с увеличением длительности затирания растет концентрация раствора экстракта, но этот процесс все больше замедляется;

- с увеличением длительности затирания (особенно при 62 – 63 0С) возрастает содержание мальтозы и с ним растет конечная степень сбраживания, - такое сусло может интенсифицировать процесс главного брожения.