Фракционирование зерна ячменя

Качество ячменя, используемого для пивоварения, определяет эффективность технологического процесса приготовления солода и скорость его прохождения, выбор режимов дальнейшей переработки, стабильность качества, тип, характер пива и его выход (Мальцев П.М., 1980; Калунянц К.А, 1992; Кунце И., 2003; Нарцисс Л., 2007). Требования к заготавливаемому и поставляемому на переработку зерну нормирует ГОСТ 5060-86 «Ячмень пивоваренный. Технические условия». В государственном стандарте отражены основные показатели, характеризующие товарные качества зерна пивоваренного ячменя, а также его химические и физиологические свойства. Многие важнейшие химико-технологические показатели качества зерна не регламентированы государственным стандартом ввиду сложности их контроля в условиях заготовок, но перед переработкой на пивоваренных заводах их оценка обязательна.

Общая оценка качества пивоваренного ячменя и пригодности его для солодоращения производится на основании оценки по следующим показателям (Горпинченко Т.В, 2002; Ермолаева Г.А., 2004):

внешним, или органолептическим (цвет, запах, форма, зараженность вредителями и др.);

- физическим (натура, прорастаемость, масса 1000 зерен, крупность, выравненность, пленчатость, влажность, засоренность);

- химическим (экстрактивность, содержание белка и крахмала,);

- физиологическим (способность прорастания и жизнеспособность).

Выделяют технологические показатели (натура, масса 1000 зерен воздушно-сухого ячменя, способность прорастания, мучнистость, содержание белка, пленчатость, экстрактивность, кислотность и др.), на основании которых можно судить о поведении зерна в процессе солодоращения. Заключение о пригодности зерна ячменя для пивоварения можно сделать только исходя из комплексной оценки показателей качества.

ГОСТ 5060-86 (Ячмень пивоваренный. Технические условия, 1990) предусматривает деление зерна ячменя на 2 класса в зависимости от совокупности качественных показателей. Ячмень пивоваренный должен соответствовать требованиям 1 класса.

Получение высококачественного солода возможно только из здорового зерна, крупного и однородного по размеру, полной спелости, чистого, с невысоким содержанием белка, хорошей прорастаемостью, чистосортного и биологически вызревшего. При использовании смеси различных сортов появляются значительные различия в скорости поглощения воды и проращивания, способности к растворению. Недопустимо также применять смесь зерна высушенного и влажного, с различным содержанием белка и всхожестью (Нарцисс Л., 1980).

Характеристика ячменя по органолептическим показателям.

Цвет оболочки зерна – светло-желтый, желтый или серовато-желтый, с блестящей морщинистой поверхностью; такой внешний вид показывает, что созревание и уборка проходили в сухую погоду, зерно правильно хранилось и имеет низкую пленчатость и влажность. Блеск является также показателем мягкости ячменя. Недозрелые зерна имеют зеленоватый оттенок. Не допускается темное или бурое пятно на зародышах зерновок, которые при нормальной жизнеспособности ослаблены и деформированы. Чаще всего бурые пятна вызываются значительным развитием колоний плесневых грибов, красные зерна с эндоспермом того же цвета свидетельствуют о поражении фузариозом. Матово-серое окрашивание также указывает на поражение плесенью. Коричневые кончики зерна нежелательны, поскольку указывают на воздействие влаги во время уборки, ведущее к повышению водочувствительности; такое окрашивание может вызываться грибком Cladosporium. Слишком светлые, «белые» ячмени часто являются недозрелыми, со стекловидным состоянием эндосперма, проявляют незначительную ферментативную активность.

Запах. У нормального ячменя запах чистый, свежий, свойственный зерну ячменя (или свежей ячменной соломы), без посторонних привнесений. Затхлый запах свидетельствует о проведении уборки под дождем или хранении в условиях повышенной влажности, при этом может снижаться способность к прорастанию, а малейшее увлажнение провоцирует появление плесневого запаха. С проникновением плесени внутрь зерна начинается распад органических соединений, появляется гнилостный запах. Посторонние запахи (полыни, топочных газов и др.) негативно отражаются на потребительских свойствах готовой продукции, но в некоторых случаях могут исчезать во время сушки.

Форма зерновки является наследственным признаком сорта. Зерно ячменя имеет эллипсоидную, ромбическую или овальную форму. Короткое толстое зерно дает обычно больше экстракта, так как содержит меньше мякины, чем удлиненное и плоское. При соложении удлиненных зерен потери увеличиваются за счет нерастворенных концов. Желательное соотношение длины  и ширины зерновки должно быть не более 2,25-2,5, длины и толщины – 2,0-2,5 (Нарцисс Л., 1980).

Характеристика ячменя по физическим показателям.

Натура (объемная масса) – масса 1 литра зерна, выраженная в граммах, определяется числом и абсолютной массой зерен в заданном объеме. Объемная масса зависит: 1) от количества зерен, укладывающихся в пурку, т.е. от их влажности, величины, формы, состояния поверхности и состава примесей зерна; 2) от абсолютного веса этих зерен. Показатель используется при контроле качества и, по мнению многих исследователей, является надежным показателем добротности зерна (Козьмина Н.М., 1961; Коданев И.М., 1970). От величины натуры напрямую зависит количество веществ, определяющих экстрактивность зерна (крахмал), т.к. они имеют наибольшую плотность среди составных частей зерновки (Нарцисс Л., 1980). По исследованиям Коданева И.М. (1976), имеется достоверная корреляция натуры с белковостью, экстрактивностью и пленчатостью зерновок, массой 1000 зерен.

Натура пивоваренных ячменей колеблется от 600 до 750 г/л, определяется сортовыми особенностями и условиями выращивания (Лапцевич Г.П., 1964). Лучшие ячмени имеют натуру 680-750, средние – 600-680 г/л. По мнению Трофимовской А.Я. (1972), лучший натурный вес ячменя для пивоварения – 720-750 г/л, а минимально допустимый – 600-650 г/л. Горак Л. (Чехословакия, 1961) считает, что натура 680-730 г/л свидетельствует о хорошем развитии зерна и высоком содержании крахмала. В работах Смолина В.П. (2001) говорится, что пивоваренный ячмень не должен иметь натуру менее 660 г/л.

Неттевич Э.Д., Аниканова З.Ф., Романова Л.М. (1981) на основании лабораторных исследований делают вывод о том, что натурный вес не является основным показателем пивоваренных достоинств.

Масса 1000 зерен (абсолютная масса) – это масса сухого вещества 1000 зерен, выраженная в граммах. Данный показатель характеризует физические качества зерна и зависит от размера зерновок. Абсолютная масса зерна является более надежным показателем для оценки ячменя, чем натурный вес, так как меньше искажается влиянием других факторов. Ячмень считается легким при массе 1000 зерен 21-30 г, средним – при 31-40 г, тяжелым – при 41-50 г и очень тяжелым – при более 50 г. Существует прямая зависимость экстрактивности  и выхода ячменя I сорта от массы 1000 зерен, однако слишком крупное зерно солодится недостаточно быстро, наблюдается снижение экстрактивности. С увеличением массы тысячи зерен при той же пленчатости наблюдается пропорциональное увеличение содержания белка (Пасынков А.В., 2001). Значения массы 1000 зерен оптимальны в пределах 40-47 г с известными допустимыми отклонениями. Масса тысячи зерен является признаком сорта (Нарцисс Л., 1980). Для определения соответствия требованиям стандарта и расчета выхода солода используют массу тысячи зерен как ячменя, так и солода.

Крупность – это отношение массы схода зерна ячменя на сите с продолговатыми отверстиями размером 2,5х20 мм к массе основного зерна анализируемой навески, выраженное в процентах. Согласно ГОСТу, заготавливаемый ячмень относят к первому классу, если содержание крупных зерен составляет не менее 85%.

Крупность зерна ячменя сильно зависит от формы, специфичной для каждого сорта, и условий выращивания. Крупное зерно обычно содержит больше крахмала и других веществ, определяющих плотность пива, меньше оболочек, равномерно замачивается и растворяется, меньше греется во время соложения, легче очищается от примесей, имеет бóльшую экстрактивность (при содержании зерен размером более 2,8 мм свыше 3,7% содержание экстракта повышается на 1% – Aufhammer W., 1998). Зерно ячменя с высоким показателем крупности (80 % и выше) предполагает наличие другого ценного качества – выравненности по размеру (Коданев И.М., 1976; Неттевич Э.Д. и др., 1981)

Выравненность. Этот показатель качества характеризует однородность партии по толщине зерновки. Определяется отношением суммы сходов с сит 2,8х20, 2,5х20 и 2,2х20 мм к массе основного зерна навески и должен составлять не менее 95%, с предпочтением крупным фракциям. При сортировке зерна на ситах аппарата Фогеля остаток на первом и втором ситах не должен быть менее 75 %. Преимущества выравненного зерна: одновременность развития процессов замачивания, дружное прорастание, одинаковые режимы на всех операциях соложения, однородный по биохимическому составу и качественный солод (Коновалов Ю.Б, Сидоренко В.С., 1990). Выравненность определяется в основном генетической предрасположенностью и, в меньшей степени, – условиями выращивания. Выравненность можно повысить калибровкой партии зерна.

Мелкое зерно. К этой фракции относят зерна, проходящие сквозь сито с продолговатыми отверстиями размером 2,2х20 мм. При заготовках базисные нормы предусматривают величину показателя в пределах 5%, ограничительные – 10%. Поставляемое зерно пивоваренных ячменей подразделяют на 2 класса качества по количеству мелких зерен в партии: 1-й – не более 5%, 2-й – не более 7%.

Снижение качества ячменя как сырья для пивоварения проявляется в существенной разнице по срокам прорастания зерен при значительном отличии их между собой по величине: прорастание мелких зерен идет гораздо быстрее, сильнее нагрев при соложении. Грязнов А.А. (1996)указывает на большее содержание в мелком зерне белка и его повышенную пленчатость.

Примеси. Вследствие повышенной интенсивности дыхания у примесей в сравнении с основным зерном, большое количество примесей повышает опасность самосогревания. Стандартом ограничивается содержание сорной и зерновой примеси. Семена сорняков существенно затрудняют очистку и переработку, снижают качество и выход продукции, увеличивают себестоимость солодового экстракта. Поврежденные при молотьбе зерна и половинки их подвержены плесневению, неравномерно размягчаются, дают сильно проросшие зерна – проростки (при неповрежденном зародыше) или вообще не прорастают. Оставшиеся в проращиваемом материале поврежденные зерна, поглотившие загрязненную замочную воду, придают солоду и пиву неприятный затхлый привкус. Зерно пивоваренного ячменя не должно содержать проросших зерен и вредителей (за исключением допустимой зараженности клещом первой степени – до 20 шт./кг), нормируется содержание вредных примесей, имеющих в своем составе токсины и сообщающих продуктам переработки неприятные запах и вкус.

Влажность зерна всегда учитывается при заготовках пивоваренного ячменя и химических исследованиях для расчета сухого вещества. Состояние зерна, в зависимости от влажности, может быть следующим: до14% включительно – сухое; более 14 до 15,5 – средней сухости; свыше 15,5 до 17 – влажное; более 17% - сырое. Базисные кондиции предусматривают верхнюю границу влажности в зависимости от зоны возделывания 14-15%, ограничительные – 17-19%. К первому классу может быть отнесено зерно пивоваренного ячменя с влажностью до 15%. Возможно доведение партии зерна до требуемых кондиций пропуском через установки для сушки семенного материала с выдерживанием температурного режима в пределах 400С; при этом зерно не должно травмироваться, а его прорастаемость, жизнеспособность и технологические свойства ухудшаться.

Пленчатость – это отношение массы цветочной чешуи к сухой массе зерна. Показатель не регламентируется ГОСТом, но контролируется пивзаводами под термином «мякинная оболочка». Для пивоваренных сортов ячменя пленчатость должна составлять около 9% с отклонениями в зависимости от года от 8 до 10%. Тонкопленчатым считается ячмень с содержанием пленок 6-7%, толсто- и грубопленчатым – 10% (ГОСТ 5060-49). Избыточная пленчатость увеличивает горечь пива из-за большого количества дубильных веществ в оболочке, замедляет процесс соложения, в какой-то степени снижает экстрактивность и содержание белка. Чрезмерно низкая пленчатость также отрицательно сказывается на технологическом процессе (размолотые пленки создают необходимый естественный фильтр), вкусе, цвете и букете пива (Коданев И.М., 1964; Пив. ячмени Советск. Союза); сорта голозерного ячменя непригодны для производства пива. В общем случае для получения светлых сортов пива предпочтительны ячмени с тонкой оболочкой. Для темных сортов желательна толстая цветковая оболочка, так как она усиливает полноту вкуса и интенсивность окраски. Содержание  в зерне толстой цветковой оболочки – 7-13%, тонкой – 7-9% (Нарцисс Л., 1980). Пленчатость является сортовым признаком, но также изменяется в зависимости от почвенно-климатических и агротехнических условий выращивания (Коданев И.М., 1981).

Характеристика ячменя по химическим показателям.

Экстрактивность – результирующий показатель технологической ценности зерна пивоваренного ячменя, отображает суммарное  количество органического вещества, способного при определенной температуре переходить в водный раствор из измельченного зерна под воздействием ферментов ячменного солода (Грязнов А.А., 1996). Экстрактивность зависит от химического состава зерновки, так как в раствор переходит основная масса крахмала, полисахариды, до половины белков, сахара, ряд минеральных веществ. Этот показатель строго контролируется пивзаводами, несмотря на отсутствие его в стандарте для заготавливаемого пивоваренного ячменя. Международный классификатор СЭВ для рода Hordeum L. (1983) дает следующую классификацию значений показателя: 75-75,9% – очень низкая; 76-77,9 – низкая; 78-79,9 – средняя; 80-81,9 – высокая; свыше 81,9% - очень высокая. Предварительное заключение о содержании экстракта можно сделать на основании следующих признаков (в порядке убывающей значимости): содержание протеина, содержание танина мякинной оболочки, процент фракции свыше 2,8 мм, содержание зародыша, энергия прорастания (Нарцисс Л., 1980). Экстрактивность определяется главным образом условиями выращивания и  генетикой сорта. Количество экстрактивных веществ, или плотность сусла, непосредственно определяет качество пива и его выход.